KR20110138102A - 스패클 패턴을 이용한 레인 센서 및 스패클 패턴을 이용한 레인센서에서 빗방울을 검출하는 방법 - Google Patents

스패클 패턴을 이용한 레인 센서 및 스패클 패턴을 이용한 레인센서에서 빗방울을 검출하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 스패클 패턴을 이용한 레인 센서 및 스패클 패턴을 이용한 레인센서에서 빗방울을 검출하는 방법은 레이저 다이오드를 이용하여 광을 출력하는 광신호 발생부; 상기 광을 윈드실드 유리내로 도파시켜 스패클 패턴을 형성할 수 있도록 전달하는 전달부; 및 광수신소자를 기초로 상기 광을 수신한 후, 스패클 패턴을 형성하고 그 무늬의 특징값을 출력하는 광신호 수신부;를 포함하는 것을 특징으로 하며, 광원에서 발산되는 송신광을 2개의 경로로 나누어 윈드실드 글래스 내부로 도파시킨 후 수신소자에 집적되도록 하므로서 수신소자에 스패클 패턴을 형성시키고 만약 빗방울이 존재는 경우에는 도파되는 경로에 변화가 생기므로, 수광소자 표면의 스패클 패턴이 그에 따라 변하게 되는 점을 이용하여 와이퍼를 유효 적절하게 제어할 수 있게 된다

Description

스패클 패턴을 이용한 레인 센서 및 스패클 패턴을 이용한 레인센서에서 빗방울을 검출하는 방법{Rain sensor using Speckle pattern and method thereof}
본 발명은 레인 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 윈드실드 글래스(windshield glass)에 낙하하는 빗방울이나 안개와 같은 수분의 양을 감지하여 자동차의 와이퍼를 구동할 수 있도록 제어신호를 발생하되, 레인 센서를 구성하는 수신소자에 스패클 패턴 형성을 유도하고 그 변화량을 감지하는 레인 센서와 스패클 패턴을 이용한 레인센서에서 빗방울을 검출하는 방법에 관한 것이다.
유리나 플렉시글라스(Plexiglass)와 같은 투명 물질에 습기가 누적되면, 그 물질을 통한 사람의 시야를 방해할 수 있다. 자동차에는 앞유리를 통해 시야를 개선시키도록 적어도 운전자의 시야 범위내에서, 일반적으로 더 넓은 영역에 걸쳐 앞유리의 외부 표면으로부터 습기를 닦아내기 위한 모터-구동형 앞유리 와이퍼(windshield wiper)가 갖추어져 왔다.
오늘날 대부분의 차량에서, 앞유리 와이퍼 시스템은 무한하게 다양한 것은 아니지만, 운전자가 상황에 따라 속도의 범위를 다양하게 선택하도록 허용하는 다중-위치 또는 가변 속도 스위치를 포함한다.
와이퍼 제어는 수동으로 동작되어, 전형적으로 지연 특성을 포함하고, 그에 의해 와이퍼는 선택된 시간 지연 간격으로 간헐적으로 동작하게 된다.
최근에는 창문 표면에 습기가 생길때 와이퍼 모터를 자동으로 작동시키도록 차량 창문 중 하나에 설치된 습기 센서 또는 레인 센서를 포함하는 와이퍼 제어 시스템이 개발되었다.
습기 센서 또는 레인 센서를 포함하는 와이퍼 제어 시스템은 대부분 전형적으로 앞유리에 장착되지만, 이 시스템은 뒤쪽 창문이나 습기가 제거되도록 의도되는 다른 유리 표면에 장착될 수 있다.
이러한 와이퍼 제어 시스템은 운전자가 운전상황이 변함에 따라 와이퍼 속도를 자주 조절하는 불편함을 없애준다.
와이퍼 제어 시스템은 전도성, 전기용량성, 압전 및 광 센서를 포함하여 자동차가 겪게 되는 습기 상황을 감지하기 위해 다수의 상이한 기술을 사용한다.
광 센서는 광빔이 앞유리의 외부 표면에 습기가 존재하는 경우 그것의 정상적인 경로에서 편향되어 확산된다는 원리에 근거하여 동작한다.
레인 센서를 위하여 여러 가지 방식이 제안되고 있지만 광전자 방식을 제외한 다른 전자식 방법은 간단하지만 크거나 작은 물입자의 다소에 비례하는 전기적 출력을 얻는데 못 미치는 신뢰성으로 보편적이지 않으며 현재 대부분의 자동차에는 광전자 방식이 사용되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 자동차 전면 유리창에 레이저 다이오드에서 발산되는 송신광을 2개로 나누어 도파시켜 수광소자에 스패클 패턴을 형성시킴으로써, 빗방울이 존재하면 도파 경로에 변화가 발생하게 되고 결과적으로 수광소자 표면의 스패클 패턴이 변하므로 이를 검출하여 와이퍼 구동 신호의 기초로 삼는 레인 센서 및 그 레인 센서에 의한 빗방울 검출 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 스패클 패턴을 이용한 레인 센서는 레이저 다이오드를 이용하여 광을 출력하는 광신호 발생부; 상기 광을 윈드실드 유리내로 도파시켜 스패클 패턴을 형성할 수 있도록 전달하는 전달부; 및 광수신소자를 기초로 상기 광을 수신한 후, 스패클 패턴을 형성하고 그 무늬의 특징값을 출력하는 광신호 수신부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 레이저 다이오드는 멀티모드 레이저 다이오드인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전달부는 상기 광신호 발생부가 출력하는 광을 집속하여 평행광으로 출력하는 볼록렌즈; 상기 평행광을 2개의 광으로 분리하여 출력하는 빔분할기; 상기 분리된 2개의 광을 상기 레인센서가 부착되는 윈드실드 유리면 방향으로 입사하는 제1프리즘; 및 상기 입사된 2개의 광을 수신하여 상기 광수신소자로 모으는 제2프리즘;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 특징값은 상기 스패클 패턴의 평균값인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 스패클 패턴을 이용한 레인센서에서 빗방울을 검출하는 방법은 광을 생성한 후 윈드실드 유리면에 도파시켜 스패클 패턴을 형성할 수 있도록 전달하는 단계; 및 광수신소자를 이용하여 상기 광을 수신한 후, 스패클 패턴을 형성하고 그 무늬의 특징값을 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 광을 전달하는 단계는 상기 생성된 광을 집속하여 평행광으로 변환하는 단계; 상기 평행광을 2개의 광으로 분리하는 단계; 상기 분리된 2개의 광을 상기 레인센서가 부착되는 윈드실드 유리면 방향으로 입사하는 단계; 및 상기 입사된 2개의 광을 수신하여 상기 광수신소자로 모으는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 광은 멀티모드 레이저를 이용하여 생성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 스패클 특징값에 비례하여 와이퍼의 동작속도를 조절하는 신호를 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 스패클 패턴을 이용한 레인 센서 및 스패클 패턴을 이용한 레인센서에서 빗방울을 검출하는 방법에 의하면, 광원에서 발산되는 송신광을 2개의 경로로 나누어 윈드실드 글래스 내부로 도파시킨 후 수신소자에 집적되도록 하므로서 수신소자에 스패클 패턴을 형성시키고 만약 빗방울이 존재는 경우에는 도파되는 경로에 변화가 생기므로, 수광소자 표면의 스패클 패턴이 그에 따라 변하게 되는 점을 이용하여 와이퍼를 유효 적절하게 제어할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 스패클 패턴을 생성하기 위한 기본 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 스패클 패턴을 이용한 레인 센서의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 의한 스패클 패턴을 이용한 레인 센서의 바람직한 일 실시예의 평면 개념도이다.
도 4는 본 발명에 의한 스패클 패턴을 이용한 레인 센서의 바람직한 일 실시예의 단면 개념도이다.
도 5는 본 발명에 의한 스패클 패턴을 이용한 레인 센서에서 빗방울을 검출하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 스패클 패턴의 원리 및 본 발명에 대한 적용예에 대하여 설명하고 본원의 구성, 그리고 보다 구체적인 실시예를 설명하도록 한다. 먼저 스패클 패턴에 대하여 설명한다.
도 1을 참조한다. 다중모드 레이저다이오드 (Multi-mode Laser Diode, 110)로부터 방출되는 빛을 빔분할기(Beam Splitter,120)와 같은 광학 소자를 사용하여 2개의 경로로 나눈 후 다시 1개의 수광소자(140) 평면에 모으면 일정한 위상(phase)특성을 갖는 레이저광의 코히런트(coherent)한 특성으로 인하여 고유의 패턴이 만들어지는데 이 패턴을 스패클(Speckle) 패턴이라고 한다. 이 때 2개의 경로를 만들기 위하여 빔분할기를 사용하되, 하나의 경로는 반사경(130)을 통하여 전달하게 되는 것이다.
하나의 레이저 빔은 여러 개의 전파경로를 갖는 광선들의 집합이므로 각 광선들은 수광소자(140) 표면상에 도착할 때는 각각의 전파경로의 길이가 다르므로 여러 개의 위상이 서로 다른 광선들의 집합이 되어 2차원 평면상에 상호간 간섭이 일어나게 된다. 이러한 간섭으로 인하여 수광소자 평면상에는 고유의 무늬가 나타나고 그 무늬의 평균값에 해당하는 광전변환전류를 도출하게 된다.
상기 언급된 2개의 경로 중 어느 한쪽에 전파되는 광의 강도를 변화시키는 외부 요인이 발생하면 당연히 수광소자 평면상에 나타나는 고유 무늬인 스패클 패턴에도 변화가 일어나고 이는 그 무늬의 평균값도 변화시키므로 광전변환전류에도 변화가 일어나게 된다.
이렇게 일어나는 광전변환전류의 변화를 감지하여 와이퍼 구동 신호로 생성하게 된다.
이제, 도 2와 도 5를 참조하면서 본 발명에 의한 스패클 패턴을 이용한 레인 센서의 구성 및 빗방울 검출 방법을 설명한다. 설명의 간략화와 이해의 명확성을 위하여 방법과 장치를 같이 설명하도록 한다. 아래에서 본원 발명의 구성 및 바람직한 일 실시예를 설명하면서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 이해할 수 있는 내용은 설명을 생략하기로 한다.
먼저 광신호 발생부(210)는 레이저 다이오드를 이용하여 광을 출력한다. 이 때 레이저 다이오드는 멀티모드 레이저 다이오드로 하는 것이 바람직하다(S510단계).
전달부(220)는 광신호 발생부(210)가 출력하는 광을 윈드실드 글래스내로 도파시켜 스패클 패턴을 형성할 수 있도록 광신호 수신부(230)로 전달하게 된다. 전달부(220)는 볼록렌즈(221), 빔분할기(223), 제1프리즘(225), 그리고 제2프리즘(227)로 이루어지는 것이 바람직하다. 볼록렌즈(221)는 광신호 발생부(210)가 출력하는 광을 집속하여 평행광으로 만들어 출력하고(S520단계), 빔분할기(223)는 이 평행광을 2개의 광으로 분리하게 된다(S530단계). 제1프리즘(225)은 수신한 2개의 광을 상기 레인센서가 부착되는 윈드실드 글래스면 방향으로 입사하게 된다(S540단계). 제2프리즘은 도파된 광을 광신호 수신부(230)로 집속하여 전달한다.
광신호 수신부(230)는 광을 수신한 후, 스패클 패턴을 형성하고(S550단계) 그 무늬의 특징값을 출력하며, 레인센서에서 일반적으로 사용하여는 광수신소자를 적용할 수 있다. 또한 여기에서 스패클 패턴의 특징값은 평균값으로 하는 것이 바람직하다(S560계). 이 특징값을 생성하면 빗방울의 정도에 따라 특징값이 변하게 되므로 결과적으로 와이퍼 조절 신호로 사용할 수 있게 된다(S570단계).
도 3은 본 발명에 의한 스패클 패턴을 이용한 레인 센서의 바람직한 일 실시예에서 도 1의 구성을 보다 잘 설명할 수 있도록 평면적인 개념에서 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 윈드실드 글래스에 적용되었을때의 모습을 단면도 형식으로 보여주는 도면이다. 도 3과 도4를 동시에 참조하면서 설명하도록 한다. 도3에는 도시되어 있으나 도 4에는 도시되지 않은 구성은 본 발명에 의한 레인 센서를 하나의 모듈로 보았을때 포함되지 않을 수도 있다는 의미이다. 즉 본 발명에 의한 레인 센서 외부에서 구현되어 신호만 송수신할 수 있다는 의미이다.
송신기(310)는 레이저 다이오드를 구동하기 위한 신호를 발생한다. 레이저 다이오드(315, 420)는 광을 발생시키고, 볼록렌즈(320, 430)는 레이저 다이오드에서 방출되는 광을 집속시켜 평행광을 만든다. 광학계인 빔분할기(325,440)는 이 평행광을 2개의 빔으로 분리시키게 된다. 개념적으로 빔분할기(325)에서 나오는 하나의 빔은 반사경(330), 그리고 그 반사경과 광학적으로 연결되는 프리즘(335)를 거치고, 나머지 하나의 빔은 프리즘(340)을 거쳐 수신쪽의 프리즘(345)를 통과하여 수광소자(350)에 모이게 된다. 이렇게 두 개의 빔이 전달되는 과정이 도 4에서는 윈드실드 글래스(410)에서 이루어진다. 즉 빔분할기(440)를 거친 두 개의 빔이 프리즘(450)을 통과하여 윈드실드 글래스(410) 내부에서 도파된다. 도면에서 하나의 점선으로 표시되었으나 빔분할기를 거친 것이므로 실제적으로는 두 개의 빔이다.
윈드실드 글래스를 통하여 도파된 빔은 프리즘(460)을 거쳐 수광소자(470)에 모이게 된다. 이렇게 모아진 빔이 수광소자(470) 평면위에 스패클 패턴을 형성하고 그 무늬의 평균값에 해당하는 광전변환전류를 출력하게 된다. 수신기(360)는 이 광전변환전류를 수신하고, 신호처리기(370)는 광전변환전류를 증폭하거나 잡음을 제거하는등의 적절한 조치를 취한 후 와이퍼 구동인터페이스(480)를 통하여 와이퍼구동을 위한 신호를 출력한다. 이 신호는 CPU등으로 보내지게 되어 와이퍼를 구동하기 위한 기본 정보로 활용하게 된다.
한번 더 정리하자면, 윈드실드 글래스 내부에 도파되는 2개의 경로 중 어느 한쪽 유리표면에 빗방울이 떨어지면 도파되는 광의 외부누설이 발생하고 이는 수광소자 평면위에 형성되는 스패클 패턴에도 변화를 야기시키게 되어 해당하는 광전변환전류에도 변화가 발생한다. 이러한 스패클 패턴의 변화를 이용하여 본 발명에 의한 레인 센서가 구성되고, 빗방울을 감지하게 된다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
본 발명의 상기 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

Claims (8)

  1. 레이저 다이오드를 이용하여 광을 출력하는 광신호 발생부;
    상기 광을 윈드실드 유리내로 도파시켜 스패클 패턴을 형성할 수 있도록 전달하는 전달부; 및
    광수신소자를 기초로 상기 광을 수신한 후, 스패클 패턴을 형성하고 그 무늬의 특징값을 출력하는 광신호 수신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스패클 패턴을 이용한 레인 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이저 다이오드는
    멀티모드 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 스패클 패턴을 이용한 레인 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전달부는
    상기 광신호 발생부가 출력하는 광을 집속하여 평행광으로 출력하는 볼록렌즈;
    상기 평행광을 2개의 광으로 분리하여 출력하는 빔분할기;
    상기 분리된 2개의 광을 상기 레인센서가 부착되는 윈드실드 유리면 방향으로 입사하는 제1프리즘; 및
    상기 입사된 2개의 광을 수신하여 상기 광수신소자로 모으는 제2프리즘;을 포함하는 것을 특징으로 하는 스패클 패턴을 이용한 레인 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 특징값은
    상기 스패클 패턴의 평균값인 것을 특징으로 하는 스패클 패턴을 이용한 레인 센서.
  5. 광을 생성한 후 윈드실드 유리면에 도파시켜 스패클 패턴을 형성할 수 있도록 전달하는 단계; 및
    광수신소자를 이용하여 상기 광을 수신한 후, 스패클 패턴을 형성하고 그 무늬의 특징값을 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 스패클 패턴을 이용한 레인센서에서 빗방울을 검출하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 광을 전달하는 단계는
    상기 생성된 광을 집속하여 평행광으로 변환하는 단계;
    상기 평행광을 2개의 광으로 분리하는 단계;
    상기 분리된 2개의 광을 상기 레인센서가 부착되는 윈드실드 유리면 방향으로 입사하는 단계; 및
    상기 입사된 2개의 광을 수신하여 상기 광수신소자로 모으는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 스패클 패턴을 이용한 레인센서에서 빗방울을 검출하는 방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 광은
    멀티모드 레이저를 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 스패클 패턴을 이용한 레인센서에서 빗방울을 검출하는 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 스패클 특징값에 비례하여 와이퍼의 동작속도를 조절하는 신호를 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스패클 패턴을 이용한 레인센서에서 빗방울을 검출하는 방법.
KR1020100058238A 2010-06-18 2010-06-18 스패클 패턴을 이용한 레인 센서 및 스패클 패턴을 이용한 레인 센서에서 빗방울을 검출하는 방법 KR101173676B1 (ko)

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