KR20120044328A - 우적 감지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 우적 감지 장치는 차량 유리면에 밀착되며 입사된 유도광이 유리면에서 전반사되도록 안내하는 광유도부와, 상기 광유도부의 입사측에 설치되어 광원을 방출하는 발광부와, 상기 광유도부의 출사측에 설치되어 수광되는 광에서 협대역의 소정 관심광을 필터링하는 수광부와, 상기 수광부로부터 필터링된 관심광으로부터 이미지 패턴을 감지하는 이미지 센서를 포함한다.

Description

우적 감지 장치{Rain Sensor}

본 발명은 우적 감지 장치에 관한 것으로, 특히 우적의 양을 파악하여 차량의 와이퍼 작동을 제어할 수 있도록 하는 우적 감지 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 와이퍼는 자동차의 우천 우행시 운전석 전방에 설치된 윈드 쉴드 글래스에 부착되는 물방울을 제거하여 운전자의 전방 시야를 확보함으로써 안전 운행을 할 수 있도록 하는 것으로, 자동차의 우천 운행시 운전자의 스위치 조작에 따라 와이퍼가 동작하도록 되어 있다.

그러나, 최근에는 운전자의 운행 편의를 위하여 자동차의 우천 주행시 운전자에 의한 스위치 조작이 없어도 자동적으로 와이퍼가 동작되도록 하기 위한 우적 감지 장치(rain sensor)가 개발되고 있다.

그런데, 종래의 우적 감지 장치는 지향성 빔 형태의 광이 반사된 광빔의 세기로 우적량을 판단한다. 이러한 광 빔은 예각으로 차량의 윈드 쉴드에 부딪혀 반사되는데, 이러한 광빔의 반사 지점에서 상기 윈드 실드 외부에 물방울이 있으면 공기에 대한 상기 윈드 실드이 외부 경계면의 굴절율이 변하게 되므로, 상기 경계면에서 광빔은 전반사되지 않고 오히려 외부를 향해 확산되는 성분이 발생하게 된다. 그 결과 약화된 반사 성분의 신호는 광다이오드에 의해 검출되어 양적으로 평가되고 그 결과 자동차의 윈드 실드 외부에서 습기층으로서 또는 비나 눈으로서 검출된다.

이러한 광빔을 이용하는 종래의 우적 감지 장치를 이용하면, 도 1에 도시된 바와 같이 중복 감지 영역(10), 감지 불능 영역(11)이 존재하고, 광빔이 도달하지 않는 영역(12)이 발생된다. 이러한 영역들로 인해 우적에 선형적으로 비례하는 패턴값이 도출되지 않고, 우적 감지 면적이 감소된 상태에서 우적량을 판단하므로 감지 성능 저하되어, 그 정확도가 감성 품질에 미치지 못한다는 문제점이 있다.

그리고, 우적 감지를 위한 수광에 있어서 비관심광 대비 관심광 투과 비율, 즉 태양광 등의 외란광 수광 비율이 높게 되면 감지되는 패턴에 백화 현상이 발생되어 우적 감지를 어렵게 한다. 따라서, 우적 감지 장치에서 비관심광 대비 관심광 투과 비율을 높이는 기술이 요구된다.

또한, 상기한 종래 방식의 문제점을 해결하기 위해서 카메라용 이미지 센서를 이용하는 방법이 활발히 연구 되고 있는데 여기에서 반사 이미지의 수광을 위한 카메라 렌즈의 광학 특성은 온도 등의 외부 환경 변화에 따라 변하게 되는데, 기존의 자동차용 카메라에서는 외부 환경 변화에 따라 전 파장대역에서 수차 등을 보정해주기 위해서 카메라 렌즈의 가공 정밀도를 높여야 하므로 비용이 증가된다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 우적 감지 정확도가 향상된 우적 감지 장치를 제공한다.본 발명은 비관심광 대비 관심광 투과 비율을 높여 관심광의 전반사 이미지 패턴의 변별력을 높이는 우적 감지 장치를 제공한다.

본 발명은 온도 변화 등의 외부 환경 변화에 따른 카메라 렌즈의 가공 비용을 줄일 수 있는 우적 감지 장치를 제공한다.

본 발명의 우적 감지 장치는 차량 유리면에 밀착되며 입사된 유도광이 유리면에서 전반사되도록 안내하는 광유도부와, 상기 광유도부의 입사측에 설치되어 광원을 방출하는 발광부와, 상기 광유도부의 출사측에 설치되어 수광되는 광에서 협대역의 소정 관심광을 필터링하는 수광부와,상기 수광부로부터 필터링된 관심광으로부터 이미지 패턴을 감지하는 이미지 센서를 포함한다.

본 발명의 우적 감지 장치는 광도가 높은 태양광 및 기타 광원의 간섭을 관심광 파장대와 관심광의 입사각 이내로만 국한시키게 될 수 있어 본 발명에서 목표로 하는 관심광의 전반사 패턴의 변별력을 높일 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 광학 특성에 따라 협대역의 소정 관심광에 대한 보정만 해주면 되므로, 카메라 렌즈의 가공 정밀도를 높이기 위한 비용을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 협대역의 소정 관심광만을 감지하면 되므로 이미지 센서의 광센서 요소들을 단순화할 수 있어 비용을 줄일 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 우적 감지 장치에서의 광빔의 형태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 차량 유리 내벽면 상에 장착된 우적 감지 장치의 측면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 광유도부와 발광부의 밀착 형태를 보여주기 위한 단면도.
도 4는 발광부의 광원면에 형성된 파인홈을 보여주기 위한 사시도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 우적 감지 장치를 차량 유리에 장착시키기 위한 마운팅 개념도.
도 6은 본 발명의 이해를 돕기 위한 기포 제거 개념도.
도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따라 차량 유리 내벽면 상에 장착된 우적 감지 장치의 측면도.
도 8은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시 예에 따라 차량 유리 내벽면 상에 장착된 우적 감지 장치의 측면도.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 발광부의 상세 구성을 보여주는 단면도.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수광부의 상세 구성을 보여주는 단면도.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이미지 센서의 내부 구성도.
도 12는 본 발명의 이해를 돕기 위한 간섭광 유도 개념도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.

본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시 예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명을 설명하기에 앞서, 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

그러면, 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 우적 감지 장치를 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 우적 감지 장치는 유리면(110)에 밀착되어 입사된 유도광이 유리 표면에서 전반사 되도록 안내하는 광유도부(120)와, 광유도부(120)의 입사측에 설치되어 광원을 방출하는 발광부(130)와, 광유도부(120)의 출사측에 설치되어 수광되는 광에서 협대역의 소정 광심광을 필터링하여 통과시키는 수광부(140)와, 상기 수광부(140)에 의해 필터링된 관심광으로부터 이미지 패턴을 감지하는 이미지 센서(150)로 구성된다.

유리면(110)은 자동차의 전면 유리가 될 수도 있고, 후면 유리가 될 수도 있다. 이 유리면(110)을 기준으로 하여 윗부분은 실외, 아랫 부분은 실내이다.

광유도부(120)는 사출 성형이 가능하고 투명도가 높은 플라스틱으로 이루어지는 것이 바람직하며, 발광부(130)에서 방출되는 광원 및 수광부에 의해 검출되는 광 성분의 소정 집속 작용과 결속 작용을 수행하는 것으로, 발광부(130)로부터 방출된 광원이 평행하게 진행하도록 해주는 광평행 송신프리즘일 수 있다. 즉, 상기 발광부(130)로부터 발사된 광원은 대부분의 성분이 발광면에 수직으로 출력되며 광유도부면에 수직으로 입사하므로 대부분의 성분이 손실 없이 유리면(110)의 우적 측정점에 전반사 각으로 도달할 수 있게 해준다.따라서, 광유도부(120)는 발광부(130)에서 입사된 빛이 직진하여 차량 유리(110)와 이루는 각이 임계각인 42도 이내로 비춰지도록 하기 위하여 차량유리(110)의 굴절률과 유사한 굴절률을 갖는 재질로 제작되어야 한다.

이는 이미지 패턴이 유리의 임계각인 42도 이내의 각도로 비춰질 때 이미지는 전반하사게 되고, 차량 유리 표면에 빗방울이나 눈이 있을 경우 해당 부분에서 전반사가 이루어지지 않고 산란하게 되는데, 이 현상은 비나 눈이 많은 정도에 비례하게 되어, 이 산란 정도를 측정하여 우적을 감지하게 되게 때문이다.

발광부(130)는 면광원으로, 상기 면광원에 의해 방출 가능한 광원은 특정 대역 파장대의 광원으로 한정되지는 않지만, 수광부(140)에서 비관심광 대비 관심광 투과 비율을 높이기 위해 소정 협소 대역의 광원으로 한정될 수도 있다.

수광부(140)는 본 발명의 바람직한 특징에 따라 발광부(120)에서 방출된 광원이 유리면(110)에 전반사되어 수광되는 광원 중에서 협대역의 소정 관심광의 투과 비율이 높아지도록 필터링한다. 그리고, 이미지 센서(150)는 수광부(140)에 의해 필터링된 광신호를 분석하여 수광된 관심광 대역의 광량에 따른 이미지 패턴을 감지한다.

이로써, 차량은 상기 우적 감지 장치로부터의 우적 감지 정보를 이용하여, 강우량이 적을 경우에는 와이퍼의 동작 시간 주기를 길게 하며 강우량이 많을 경우에는 와이퍼의 동작 시간 주기를 짧게 함으로써 강우량에 따른 최적의 와이퍼 동작을 할 수 있도록 한다.

한편, 발광부(130) 및 수광부(140)는 본 발명의 실시 예에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 광유도부(120)와 밀착되는 형태일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 광유도부(120)는 발광부(130)와의 밀착면에서 요철된 형태를 가질 수 있다. 발광부(130)는 일반적으로 사용되고 있는 백라이트 유닛과 유사하나 본 발명에서는 광차단판 개구부의 내측면이 광유도부(120)의 입사 동면에 직각으로 인접한 4 개 측면에 밀착되어 간섭광을 줄이고 발사광의 효율을 높이게 한 것이 특징이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 광유도부(120)과 발광부(130)의 밀착된 구조를 보여주기 위한 단면도이다.

일반적인 발광부(130)의 면광원은 도 3에 도시된 바와 같이 파인홈(131)의 형태를 갖게 된다. 이러한 발광부(130)의 파인홈(131) 형태의 면광원을 보여주는 사시도가 도 4에 도시되어 있다. 이러한 파인홈(131)의 계면에 외란광이 유입되는 것을 차단하기 위해 광유도부(120)가 발광부(130)의 계면과 밀착되기 위해 도 3에 도시된 바와 같이 요철 형태 모양으로 제작되어 광유도부(120)와 발광부(130)가 끼워져 결합되도록 제작될 수 있다.

한편, 유리면(110)과 광유도부(120) 사이의 접착면은 공기갭이 없이 밀착되어야 의도된 바대로 광경로가 형성된다. 이를 위해 본 발명에서는 투명 유리와 같이 광 투과율이 높고, 굴절율이 유리면(110)과 유사한 탄성층(160)을 유리면(110)과 광유도부(120) 사이에 삽입한다. 또한, 광유도부(120)와 탄성층(160)은 굴절율이 광유도부(120)의 재질과 유사하고 투명도가 높은 접착제로 접합된다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 우적 감지 장치가 차량 유리에 부착된 마운팅 개념도를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 우적 감지 장치를 차량에 탑재할 때, 차량의 유리면(110)에 마운팅 고리(410)를 장착한 후, 우적 감지 장치의 몸체(100)를 밀어 넣어서 마운팅 고리끼리 결합하도록 한다. 이때 탄성층(160)은 압력을 받아 원래의 두께보다 얇게 된다. 또한 제품 제조시의 공극이 눌려서 줄어든 만큼의 두께보다 두껍게 하여 탑재를 용이하게 한다.

한편, 도 6을 참조하면, 우적 감지 장치가 장착될 차량 유리면(510)은 일반적으로 곡률반경 R을 갖는 원형 곡선이다. 따라서, 광유도부(520)는 차량 유리(510)에 밀착되기 위해 최소한 곡률 반경 R과 같아야 한다. 그러나, 본 발명에서는 광유도부(520)의 면 곡률 반경 R1을 차량 유리 곡률 반경 R보다 작게 한다. 이로써, 도 6에 도시된 바와 같이 우적 감지 장치를 부착할 때 광유도부(520)의 중심부터 차례로 가장자리까지 밀착되게 하여 틈새에 있는 기포를 가장자리로 밀어내는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 우적 감지 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 수광부(140)가 광유도부(120)에 밀착된 형태가 아닌 다른 실시 예들이 가능하다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 우적 감지 장치를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 광유도부(120)를 통해 출사된 광이 수광부(140)에 바로 입사되는 것이 아니라, 반사 거울(170)에서 전반사된 후 수광부(140)에 입사되는 형태를 가질 수 있다. 이를 통해 우적 감지 장치의 용적을 줄이는 효과가 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 우적 감지 장치를 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 도 2에 도시된 바와 같은 광유도부(120)를 축소시킨 형태의 다수의 소형 광유도부들(121)이 탄성층(160)를 통해 톱니 형태의 모양으로 유리면(110)에 부착되는 형태를 가질 수 있다. 이는 광 투과성 플라스틱의 사출 성형 공정을 용이하게 할 수 있다는 이점이 있다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 발광부(130)의 상세 구성을 보여주는 단면도이다.

도 9를 참조하면, 도광판(820)은 광학 커플링층을 통해 내벽면 상에 장착된다. 도광판(820)은 LED(810)로부터의 광을 유도하는 것으로, 광학적으로 투명한 수지 재료(예컨대, 폴리카보네이트 아크릴)에 의해 발생된다. 대신에, 도광판(820)을 형성하는 재료는 유리 재료일 수 있는데, 이는 재료가 LED(810)로부터 광을 유도하기만 하면 되기 때문이다.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수광부(140)의 상세 구성을 보여주는 단면도이다.

도 10을 참조하면, 대물렌즈(910)는 카메라 렌즈(940)와 조합하여 이미지 센서(150) 표면에 상을 맺게 하는데 있어서 대상물의 상의 크기가 이미지 센서(150)의 면적보다 크게 하여 관심광의 광축에 평행한 광만을 이미지 센서(150)에서 인식하도록 한다. 이를 통해 사각으로 입사하는 태양광 등의 간섭광은 이미지 센서(150) 바깥으로 바이패스 된다.

그리고, 수광부(140)는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따라 형광 필름(920)을 포함할 수 있는데, 이는 빛의 파장 대역을 변환시켜 주는 역할을 한다. 즉, 발광부(130)에서 방출되는 빛의 파장과 이미지 센서(150)에서의 인식 파장대가 다를 경우에 빛의 파장을 변환시켜주는 역할을 한다. 예를 들면, 발광부(130)에서 출사되는 광원이 자외선이고, 이미지 센서(150)가 가시광 대역을 감지할 수 있는 경우를 말한다. 이와 같은 구성을 통해, 가시광이 차량 유리 외부에서 보이지 않도록 할 수 있다는 이점이 있다. ,

칼라 필터(930)는 협대역의 소정 관심광을 통과시킨다. 이로 인해 본 발명은 광학계를 단순하게 하고 이미지 센서(150)를 저렴하게 하는 효과가 있을 뿐만 아니라, 태양광 및 기타 광원의 간섭을 관심 파장 대역으로 국한시킬 수 있다. 즉, 광학 특성은 온도 등의 외부 환경 변화에 따라 변하게 되는데, 일반적인 카메라 렌즈는 외부 환경 변화에 따라 전주파수대를 보정해주기 위해서 가공 정밀도를 높여야 하므로 비용이 증가된다. 그러나, 본 발명에서는 협대역의 소정 관심광만을 통과시키므로 광학계를 단순하게 할 수 있다는 이점이 있다.카메라 렌즈(940)는 렌즈 세트의 출광면을 제공하며 통상적으로 간섭광을 차단해주는 글래어스톱이 구비되어 있고, 출광면에서 나온 광을 평행하게 만들어준다. 이는 후단에 위치하는 투명필름(950)의 간섭광 제거효율을 높여주는 역할도 한다.

투명필름(950)은 굴절률이 높고 광투과율이 좋은 플라스틱 박막이 공기를 사이에 두고 다수의 층을 형성한 것으로, 광축에 대하여 하기의 <수학식 1>을 만족하는 각도로 탑재된다.

상기 <수학식 1>에서

는 블루스타 앵글을 의미하고, n은 박막의 굴절률을 의미한다.

이로써 관심광의 광축 방향의 P 편광 성분이 100 퍼센트 투과하고, 사각으로 입사하는 간섭광에 대해서는 일명 프레넬 방정식에 따라 그 각도에 비례하는 만큼 P 편광의 반사율이 높아지게 되어 간섭광 대비 관심광의 투과율이 좋아지게 되며, 박막의 층이 많을수록 효과는 커지게 된다.

그리고, 수광부(140)는 투명 필름(950) 후단에 교대로 위치되는 하나 이상의 편광 필름들(960)과, 하나 이상의 위상차 필름들(970)이 포함한다.

상기 투명 필름(950)을 통과한 S 편광에 대해서는 다른 양상을 보이므로 상기 투명 필름(950)을 통과된 광을 P 편광 필터로 걸러내어 변별력을 높인다. P 편광 필터를 통과한 후, 관심광의 파장에 비해 반파장만큼 위상차를 갖는 위상차 필름을 통과하게 되면 관심광 파장은 완벽하게 S 편광으로 변환되지만 그 밖의 파장에 대해서는 파장 차이가 클수록 S 편광화 정도가 낮아지므로 후단 위치한 S 편광 필터를 통과할 시에 투과율이 저하되므로 비관심광 대비 관심광 투과 비율을 높이게 된다. 이러한 과정을 여러 번 반복할수록 그 효과는 커지게 된다.

전술한 모든 과정을 거치면 결국 광도가 높은 태양광 및 기타 광원의 간섭을 관심광 파장대와 관심광의 입사각 이내로만 국한시키게 될 수 있어 본 발명에서 목표로 하는 관심광의 전반사 패턴의 변별력을 높일 수 있게 되는 효과가 있다.

도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이미지 센서(150)의 내부 구성도로서, 광센서(151)와 상기 광센서(151)를 제어하는 제어부(152)로 구성된다. 일반적인 이미지 센서의 광센서는 빨강색(RED), 녹색(GREEN), 파랑색(BLUE)의 광을 감지할 수 있는 광센서 요소들로 구성되어 있는데, 본원 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서(150)는 전술한 바와 같은 수광부(140)에 의해 필터링된 협대역의 소정 관심광만을 감지하면 되므로, RED, GREEN, BLUE의 광센서 요소들을 모두 포함할 필요가 없다. 따라서, 광센서(151)의 제작 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 제어부(152)도 광센서(151)의 구성이 단순해지므로, 이를 제어하기 위한 회로 구조가 단순해질 수 있다는 이점이 있다.한편, 본 발명의 실시 예에 따라 상기 수광부(140)에 탑재된 각종 필름 일부 혹은 전부에 도 12에 도시된 바와 같은 간섭광 투과홈을 만들어준다. 이는 간섭광의 정도를 측정하여 관심광의 이미지 패턴이 영향받는 정도를 계산하여 보정을 해주는 정보로 사용되는 한편 외부의 조도를 측정하는 목적으로도 사용될 수 있다.

Claims (1)

1. 차량 유리면에 밀착되며 입사된 유도광이 유리면에서 전반사되도록 안내하는 광유도부와,
   상기 광유도부의 입사측에 설치되어 광원을 방출하는 발광부와,
   상기 광유도부의 출사측에 설치되어 수광되는 광에서 협대역의 소정 관심광을 필터링하는 수광부와,
   상기 수광부로부터 필터링된 관심광으로부터 이미지 패턴을 감지하는 이미지 센서를 포함함을 특징으로 하는 우적 감지 장치.

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