KR20100010752A - 프리즘 매개형 레인센서 - Google Patents

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KR20100010752A
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Abstract

본 발명은 프리즘을 이용하여 적외선 LED로부터 발생하여 차량의 전면 유리로 방사되는 적외선 빔을 반사 및 굴절시키고 차량의 전면 유리로부터 다시 적외선 필터와 프리즘을 통해 수광할 수 있도록 함으로써 집광구조가 간단해지고, 적외선 검출에 불필요한 변수들을 제거하여 비의 양을 더욱 정확히 감지할 수 있도록 하는 레인 센서에 관한 것이다.
본 발명은 프리즘을 이용하여 집광구조를 단순화시켜 양산시 조립성이 향상되도록 하며, 적외선필터와 프리즘을 차량의 전면 유리에 실리콘을 이용하여 부착, 고정시킴으로써 적외선 검출에 불필요한 습기, 성에 또는 적외선 빔 이외의 기타 빔을 차단시켜 비의 양을 정확히 감지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
차량, 레인센서, 프리즘, 실리콘, 적외선 빔, 적외선 필터

Description

프리즘 매개형 레인센서 {PRISM MEDIATED TYPE RAIN SENSOR}
본 발명은 레인 센서에 관한 것이다.
더욱 상세하게는 프리즘을 이용하여 발광부로부터 발생하여 차량의 전면 유리로 방사되는 적외선 빔을 굴절 및 반사시키고 적외선 필터를 이용하여 적외선 빔만을 수광할 수 있도록 하고, 수광된 빔을 이용하여 비의 양을 보다 정확히 감지할 수 있도록 하는 레인 센서에 관한 것이다.
일반적으로, 우천시 와이퍼는 ETACS 또는 BCM에서 제어되어 작동된다.
그리고, 와이퍼 자동 작동모드가 구비된 차량인 경우 도 1에 도시된 바와 같이 와이퍼 구동모터(12) 및 레인 센서(10) 이외에, 레인 센서(10)를 통해 감지된 결과를 이용하여 와이퍼 모터 구동신호를 출력하는 레인 센서 유니트(11)를 더 구비하고 있다. 우천시에는 레인 센서(10)가 유리창에 맺힌 물방울을 감지하여, 비가 오는지 안 오는지, 내지는 비가 많이 오는지, 적게 오는지 감지하여, 와이퍼를 구동시키는 신호로 사용하게 된다.
그러나 종래의 레인 센서 시스템의 경우 전면 유리의 투과율은 LED와 포토센서의 중심점 위에서 결정되었기 때문에 빗물의 양을 정확하게 측정할 수 없다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해소시키기 위해 도 2에 도시된 레인 센서를 고안하게 되었고, 현재 특허출원된 상태이다.
도 2의 레인 센서를 살펴보면, PCB 기판(180)의 하측을 향해 구비되는 1 이상의 발광부(110), 발광부(110)를 마주보며 발광부(110)의 하측에 상방을 향해 구비되는 제1반사부(130), 측방에 수직 방향 내지는 일정 각도로 상방 배치되는 제2반사부(140), 제2반사부(140)와 차량의 전면 유리(150) 사이의 빛의 경로에 배치되는 제1렌즈(160), PCB 기판(180)의 상면에 배치되는 수광부(120), 수광부(120)와 차량의 전면 유리(150) 사이의 빛의 경로에 배치되는 제2렌즈(160)로 구성되어 있다.
도 2에 도시된 레인 센서 시스템의 동작을 살펴보면, 우천시 운전자의 조작에 따라 와이퍼 자동 작동모드가 선택된 경우 도면에는 미도시된 컨트롤러에서 상기 발광부(110)가 주기적으로 발광되도록 제어한다.
컨트롤러의 발광 제어신호에 응하여 발광부(110)가 발광되면, 적외선 빔이 방출되고, 상기 적외선 빔은 하방에 소정 간격으로 이격된 제1반사부(130) 중 좌우로 형성되어 있는 경사면(131)으로 입사된다.
상기 경사면(131)으로 입사된 적외선 빔은 상기 경사면(131)에 의해 반사되 며, 상기 반사된 적외선 빔은 제2반사부(140)에 입사되면서 다시 반사되고, 상기 반사된 적외선 빔은 제1렌즈(160)에 의해 집속되어 차량의 전면 유리(150)로 입사된다.
상기 차량의 전면 유리(150)에 입사된 적외선 빔은 전면 유리(150)에 의해 반사되고, 반사된 적외선 빔은 제2렌즈(170)에 의해 집속되어 수광부(120)로 입사되며, 수광부(120)는 빗물의 양을 전기적 신호로 변환하고, 상기 전기적 신호로 변환된 빗물의 양 감지신호는 컨트롤러로 입력된다.
그러면 컨트롤러는 빗물의 양 감지신호를 이용하여 와이퍼 구동 제어신호를 생성하고, 상기 와이퍼 구동 제어신호는 와이퍼 구동모터로 출력되어 와이퍼의 작동속도를 제어하게 된다.
상기 레인 센서 시스템의 경우 측정 영역을 넓히고, 감지 성능을 향상시키기 위해 빛을 반사시키는 반사부와 빛을 집속시키는 렌즈 등을 다수개 필요로 하며, 이를 결합시키기 위한 복잡한 구조가 요구되므로 제조 단가가 상승할 뿐만 아니라, 제조시 복잡한 공정을 거쳐야 한다.
또한, 차량의 전면 유리에서 반사되어 수광부로 입사될 때 습기나, 성에 등과 같은 수광 방해 변수들로 의해 비의 양을 정확하고 신속하게 감지하기가 어려우므로 이에 해결 방안이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 대비 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 적외선 필터와 프리즘을 이용하여 발광부로부터 발생되어 차량의 전면 유리로 방사되는 적외선 빔을 굴절 및 반사시키고 차량의 전면 유리에서 재반사 되어진 적외선 빔을 다시 적외선 필터와 프리즘을 통해 수광할 수 있도록 함으로써 집광구조가 간단해지고, 적외선 검출에 불필요한 변수들을 제거하여 비의 양을 보다 정확히 감지할 수 있도록 하는 것이다.
또한, 본 발명은 프리즘 굴절의 법칙(SNELL'S LAW)을 이용하여 측정하고자 하는 빗물측정범위에 맞게 크기, 기울기 또는 매질을 변경할 수 있는 프리즘을 구비한 레인 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 차량의 전면 유리측에 구비되며, 발광부와 수광부를 구비하는 레인센서에 있어서, 상기 발광부와 상기 수광부는 소정 간격으로 이격된 상태로 기판에서 차량의 전면 유리를 향하도록 구비되고, 상기 기판의 상부에 안착되며, 제 1 경사면, 상단 수평면, 제 2 경사면을 구비하는 프리즘을 포함하여 구성되고, 상기 발광부에서 방사된 빛이 상기 프리즘의 제 1 경사면에서 반사되고, 상기 반사된 빛은 상기 상단수평면에 의해 굴절되어 상기 차량의 전면 유리로 입사되고, 상기 입사된 빛은 차량의 전면 유리에 의해 반사 되어 상기 상단수평면에 의해 굴절되어 제 2 경사면에 의해 반사되어 상기 수광부로 입사될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 필터부는 적외선만을 투과시키는 적외선 필터를 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 프리즘은 접착 부재에 의해 상기 필터부에 부착, 고정되고, 상기 필터부는 접착 부재에 의해 상기 유리내측면에 부착 고정되는 것을 특징으로 한다.
상기 접착 부재로서 실리콘을 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 프리즘의 폭 또는 높이 또는 경사각이 상기 프리즘의 입사각에 따라 예측된 굴절각에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
상기 프리즘의 폭 또는 높이 또는 경사각이 상기 프리즘의 매질의 굴절율에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
상기 프리즘은 내부에 상기 발광부와 상기 수광부를 수용하는 공간부가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 발광부에서 방사된 빛이 상기 프리즘으로 입사될 때 상기 프리즘 저면에서 굴절되고, 상기 제 2 경사면에서 반사되어 상기 수광부로 입사되는 빛이 상기 프리즘의 저면에 의해 굴절되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 적외선 필터와 프리즘을 이용하여 발광부로부터 발생되어 차량의 전면 유리로 방사되는 적외선 빔을 굴절 및 반사시켜 차량의 전면 유리로부터 다시 적외선 필터와 프리즘을 통해 수광할 수 있도록 함으로써 집광구조가 간단하여 양산시 조립성이 향상되도록 하는 효과를 갖는다.
또한 본 발명은 간단한 구조로, 적외선 필터와 렌즈를 차창에 직접 실리콘을 사용하여 부착함으로써 적외선 검출에 불필요한 습기, 성에 또는 적외선 빔 이외의 기타 빔들을 차단하는 효과가 있다.
또한 본 발명은 굴절의 법칙(SNELL'S LAW)을 이용하여 입사각 변경을 통해 굴절각을 쉽게 예측하여 발광부에 따른 수광부의 위치 등을 쉽게 파악할 수 있기 때문에 측정하고자 하는 빗물의 측정범위에 따라 프리즘의 기울기를 조절하거나, 프리즘의 크기를 축소하거나 확대하여 측정하고자 하는 빗물검출범위에서의 빗물의 양을 정확하게 측정할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
이하, 본 발명의 구성을 첨부된 도면의 실시예들을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
먼저 레인 센서의 일반적인 동작을 설명하기 위해, 앞서 살펴본 대비 기술의 도 2를 참조하면, 레인 센서(100)는 기판(180)의 하측을 향해 구비되는 1 이상의 발광부(110), 발광부(110)를 마주보며 발광부(110)의 하측에 상방을 향해 구비되는 제1반사부(130), 측방에 수직 방향 내지는 일정 각도로 상방 배치되는 제2반사부(140), 제2반사부(140)와 유리(150) 사이의 빛의 경로에 배치되는 제1렌즈(160), PCB기판(180)의 상면에 배치되는 수광부(120), 수광부(120)와 유리(150) 사이의 빛의 경로에 배치되는 제2렌즈(160)를 구비하였다. 이러한 대비 기술과 본 발명을 비교해 보도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 레인 센서의 구성과 본 발명에 따른 레인 센서가 동작되는 방식을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 레인 센서의 구성과 본 발명에 따른 레인 센서가 동작되는 방식을 설명하기 위해 확대한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 레인 센서(50)는 PCB기판(180)의 상부에 차량의 전면 유리(150)를 향해 구비되는 발광부(110), 소정 간격으로 이격된 상태로 PCB기판(180)에서 유리를 향하도록 구비되는 수광부(120), PCB기판(180)의 상부에 안착되며 내부에 발광부(110)와 수광부(120)를 수용하고 있는 공간부가 형성된 프리즘(200), 프리즘(200)과 차량의 전면 유리(150) 사이에 구비되어 차량의 전면 유리(150)로부터 입사되는 빛을 투과시키는 필터부(300)를 포함하여 구성된다.
발광부(110)는 보통 적외선 LED를 사용하며, PCB기판(180)의 상부에 차량의 전면 유리(150)측을 향하여 설치된다.
수광부(120)는 보통 포토센서를 사용하며, PCB기판(180)의 상부에 상측을 향하여 발광부(110)와 소정 간격으로 이격된 상태로 설치되어 있다.
프리즘(200)은 발광부(110)에 의해 상방으로 방사되는 적외선 빔 굴절시키고 차량 전면 유리(150)에 의해 반사되어 수광부(120)로 입사되는 적외선 빔을 굴절시키는 저면부(260)와 상기 발광부(110)에 의해 방사되어 굴절된 적외선 빔을 반사시 키는 제 1 경사면(220)과, 차량 전면 유리(150)에 접착부재(400)로 부착시키기 용이하도록 면 형상의 상단부(280)와 차량 전면 유리(150)로부터 반사된 적외선 빔을 재반사 시키는 제 2 경사면(240)으로 이루어진다.
프리즘의 저면(260)은 발광부(110)가 상방을 향해 방사한 빛이 먼저 도달하는 부분으로서, 상방을 향하는 빛을 굴절시키는 역할을 한다. 굴절된 빛이 차량의 전면 유리(150)측을 향하여 비스듬하게 입사될 수 있도록 제 1 경사면(220)을 포함하고 있다. 경우에 따라 발광부(110)의 빛이 수직으로 입사하는 경우, 빛이 꺾이지 않을 수도 있다.
제 1 경사면(220)은 상방으로 일정 각도 기울어진 방향으로 세워지며 프리즘 저면(260)에서 굴절되어 들어온 빛을 차량의 전면 유리(150)측으로 반사시키는 역할을 한다. 제 1 경사면(220)의 기울기 각도는 설계시 굴절의 법칙(SNELL'S LAW)에 따라 다양하게 구성할 수 있다.
상기 굴절의 법칙(SNELL'S LAW)은 도 4의 확대도면을 참조하여 설명하면, 차량의 전면 유리에서 반사된 빛(a)이 굴절률 n1인 매질1에서 굴절율 n2인 매질2로 입사될 때 굴절각과 입사각의 사인값의 비는 항상 일정하며, 이 값이 매질1에 대한 매질2의 굴절률인 것이다.
즉, 식으로 나타내면 n1 sinθ1=n2 sinθ2로 표시할 수 있기 때문에 이 식을 이용하여 발광부의 입사각에 따라 굴절률을 계산할 수 있어 수광부의 위치를 예측할 수 있다. 따라서 빗물을 측정하고자 하고자 하는 범위에 따라 프리즘의 기울기를 다양하게 변경할 수 있다.
제 1 경사면(220)에서 반사되어 차량의 전면 유리(150)측을 향하던 적외선 빔은 프리즘(200)을 통과하면서 굴절 및 반사가 이루어지고 상기 굴절 및 반사된 적외선 빔은 필터부(300)를 통해 방사되어 차량 전면 유리(150)로 입사된다.
상기 차량의 전면 유리(150)에 입사된 적외선 빔은 차량의 전면 유리(150)에 의해 반사되고, 반사된 적외선 빔은 필터부(300)를 통해 필터링되어 프리즘(200)으로 입사된다.
필터부(300)는 적외선 필터를 사용하며, 프리즘(200)과 차량의 전면 유리 사이(150)에 설치되어 있고, 차량의 전면 유리(150)에서 입사되는 빛 중에 적외선 빔만을 투과하여 적외선 검출에 불필요한 변수들을 차단해주는 역할을 한다.
적외선 빔이 프리즘(200)에서 차량의 전면 유리(150)로 입사되거나 차량의 전면 유리(150)에서 프리즘(200)으로 입사될 때, 굴절율에 오차가 적게 하기 위해 프리즘(200)과 차량의 전면 유리 사이(150)에 설치될 때 접착부재(400)로써 실리콘을 사용하는 것이 바람직하다.
제 2 경사면(240)은 적외선 필터를 투과한 적외선 빔을 수광부(120)를 향해 반사시키는 역할을 한다.
프리즘의 저면(260)은 제 2 경사면(240)에서 반사 되어진 적외선 빔이 수광부(120)로 입사되기 전에 굴절시킨다.
차량 제조시 부품 사용의 감소는 계속적으로 요청되는 당면 과제인데 본 발명에서는 종래에 적외선 빔의 반사 내지 굴절을 위해 다수의 렌즈를 사용했던 것을 하나의 프리즘을 이용하여 집광구조를 간단하게 하여 전체적인 레인센서를 간단하 게 만들 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 굴절의 법칙(SNELL'S LAW)을 이용하여 입사각 변경을 통해 굴절각을 쉽게 예측하여 발광부에 따른 수광부의 위치 등을 쉽게 파악할 수 있기 때문에 측정하고자 하는 빗물의 측정범위에 따라 프리즘의 기울기를 조절하거나, 프리즘의 크기를 축소하거나 확대하여 측정하고자 하는 빗물검출범위에서의 빗물의 양을 정확하게 측정할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
도 4를 살펴보면, 우천시 운전자의 조작에 따라 와이퍼 자동 작동모드가 선택된 경우 도면에서는 미도시된 컨트롤러에서 상기 발광부(110)가 주기적으로 발광되도록 제어한다.
컨트롤러의 발광 제어신호에 응하여 발광부(110)가 발광되면, 적외선 빔이 방출되고, 상기 적외선 빔은 상방에 위치하고 있는 프리즘(200)으로 입사된다.
상기 프리즘의 저면(260)으로 입사된 적외선 빔은 프리즘의 저면(260)에서 굴절되며, 상기 굴절된 적외선 빔은 제1경사면(220)에 입사되면서 반사되고, 상기 반사된 적외선 빔은 필터부(300)를 통과하여 차량의 전면 유리(150)로 입사된다.
상기 차량의 전면 유리(150)에 입사된 적외선 빔은 필터부(300)를 통해 습기, 성에, 또는 적외선 빔 이외의 기타 빔들은 차단하고 적외선 빔만을 투과시킨다. 필터부(300)를 통해 투과된 적외선 빔은 제 2 경사면(240)에 입사되고 제 2 경사면(240)에서 반사되어 프리즘의 저면(260)에서 다시 굴절되어 수광부(120)로 입사된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 레인 센서를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 일반적인 레인 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 레인센서가 동작하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 프리즘을 이용한 레인센서의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 프리즘을 이용한 레인센서의 구성을 설명하기 위해 확대한 도면이다.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
11 : 레인센서 유니트 12 : 와이퍼 구동모터
50 : 레인센서 110 : 발광부
120 : 수광부 100 : 레인센서
150 : 차량의 전면유리 180 : PCB기판
200 : 프리즘 220 : 제 1 경사면
240 : 제 2 경사면 260 : 프리즘의 저면
280 : 프리즘의 상단 수평면 300 : 필터부
400 : 실리콘

Claims (9)

  1. 차량의 전면 유리측에 구비되며, 발광부와 수광부를 구비하는 레인 센서에 있어서,
    상기 발광부와 상기 수광부는 소정 간격으로 이격된 상태로 기판에서 유리를 향하도록 구비되고,
    상기 기판의 상부에 안착되며, 제 1 경사면, 상단 수평면, 제 2 경사면을 구비하는 프리즘;을 포함하여 구성되고,
    상기 발광부에서 방사된 빛이 상기 프리즘의 제 1 경사면에서 반사되고, 상기 반사된 빛은 상기 상단수평면에 의해 굴절되어 상기 차량의 전면 유리로 입사되고, 상기 입사된 빛은 차량의 전면 유리에 의해 반사되어 상기 상단수평면에 의해 굴절되고, 상기 굴절된 빛이 상기 제 2 경사면에 의해 반사되어 상기 수광부로 입사될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 프리즘 매개형 레인센서
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리즘과 차량의 전면 유리 사이에 구비되어 상기 프리즘을 통해 굴절된 빛을 차량의 전면 유리로 투과시키고 차량의 전면 유리에서 반사된 빛을 상기 프리즘으로 투과시키는 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리즘 매개형 레인센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 필터부는 적외선만을 투과시키는 적외선 필터를 사용하는 것을 특징으로 하는 프리즘 매개형 레인센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리즘은 접착부재에 의해 상기 필터부에 부착, 고정되거나,
    상기 필터부는 접착부재에 의해 상기 유리내측면에 부착 고정되는 것을 특징으로 하는 프리즘 매개형 레인센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 접착부재로서 실리콘을 사용하는 것을 특징으로 하는 프리즘 매개형 레인센서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리즘의 폭 또는 높이 또는 경사각이 상기 프리즘의 입사각에 따라 예 측된 굴절각에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 프리즘 매개형 레인센서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리즘의 폭 또는 높이 또는 경사각이 상기 프리즘의 매질의 굴절률에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 프리즘 매개형 레인센서.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리즘은 내부에 상기 발광부와 상기 수광부를 수용하는 공간부가 형성된 것을 특징으로 하는 프리즘 매개형 레인센서.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광부에서 방사된 빛이 상기 프리즘으로 입사될 때 상기 프리즘 저면에서 굴절되고,
    상기 제 2 경사면에서 반사되어 상기 수광부로 입사되는 빛이 상기 프리즘의 저면에 의해 굴절되는 것을 특징으로 하는 프리즘 매개형 레인센서.
KR1020080071768A 2008-07-23 2008-07-23 프리즘 매개형 레인센서 KR100981196B1 (ko)

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