KR20180010766A

KR20180010766A - 레인 센서 및 이를 포함하는 와이퍼 구동 장치

Info

Publication number: KR20180010766A
Application number: KR1020160093396A
Authority: KR
Inventors: 이정오
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2018-01-31
Also published as: KR102503129B1; WO2018016916A1; CN211001244U

Abstract

실시 예에 따른 레인 센서는 기판; 상기 기판 위에 배치된 제 1 감지 전극; 및 상기 기판 위에 배치되며, 상기 제 1 감지 전극과 일정 간격 이격된 제 2 감지 전극을 포함하고, 상기 제 1 감지 전극과 제 2 감지 전극 사이의 간격은, 상기 기판의 일 방향으로 갈수록 변화한다.

Description

레인 센서 및 이를 포함하는 와이퍼 구동 장치{RAIN SENSOR AND WIPER DRIVING DEVICE INCLUDING SAME}

본 발명은 레인 센서에 관한 것으로, 특히 극소량의 빗방울이나 많은 양의 빗방울에 의한 커패시턴스의 변화를 정확히 감지할 수 있는 레인 센서 및 이를 포함하는 와이퍼 구동 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 전면 윈드 실드에는 우천시 빗물 때문에 발생하는 시계장애를 극복하고자 와이퍼가 설치되고, 이러한 와이퍼는 빗물이 떨어지는 정도에 따라 와이퍼의 간헐속도 제어가 단계별로 이루어진다. 그러나, 이러한 와이퍼의 속도 제어 시스템은 몇 개의 단계만으로 조절되기 때문에 빗물의 양에 따라 운전자가 원하는 속도로 와이퍼를 움직이게 할 수 없는 단점이 있다.

이러한 점을 극복하기 위해 광원과 수광소자인 센서를 탑재한 회로기판을 윈드 실드 표면에 대해 경사지게 배치함으로 인하여, 윈드 실드 표면에서 반사되는 광의 영향을 최소하는 반면, 빗방울 자체에서 반사되는 광신호만을 수신하여 레인 센싱 효율을 높일 수 있도록 구성한 것이 있다. 즉, 윈드 실드에서 직접 반사되는 광은 수광소자의 수광 범위 바깥으로 빠져서 윈드 실드에 반사되어 수광소자에 의해 수신되는 광량을 최소화시키는 반면, 빗방울에서 반사되는 광량만을 수광소자에 수신하므로, 빗방울로부터의 난반사 신호만을 감지할 수 있도록 광원과 수광소자가 구비된 회로기판이 윈드 실드 표면에 대하여 일정 각도 경사지게 배치한 것이다.

그런데, 상기와 같이 광원과 수광소자를 회로기판에 의해 차량의 윈드 실드 표면에 대해 경사지게 배치한 제품의 경우에도 광원에서 방사되는 빛이 수광소자로 직접 흡수되는 경우가 있기 때문에, 레인 센싱 효율면에서 다소 불완전하고 미흡한 점이 없지 않다. 즉, 광원에서 방사되는 빛은 일정 각도 범위로 퍼지게 되는데, 광원과 수광소자를 윈드 실드 표면에 대해 경사지게 배치하였다 하더라도 윈드 실드 밖으로 빠지는 빛 이외에 일부의 빛이 수광소자 쪽으로 직접 비춰지기 때문에, 이러한 광원에서 수광소자로 흡수되는 간섭적인 빛으로 인하여 빗방울 감지 효율을 다소 저하시키는 문제가 없지 않으며, 이로 인하여 레인 센싱 효율면에서 완전성을 기하기에는 다소 미흡한 면이 있는 것이다.

상기와 같은 주위 통행 차량의 헤드라이트 광 등에 의한 주변 간섭광을 극소화시키고자 설계하는 경우에도 불가피하게 차단되지 못하는 간섭광은 생기게 마련이고, 광 감지 레인 센서 자체는 매우 민감한 센서 제품이라서 이처럼 미처 차단하지 못하는 미량의 주변광의 영향을 받을 수밖에 없는 것이라서 고도의 정밀한 레인 센싱 효과를 내기에는 한계를 가질 수밖에 없으며, 아울러, 상기와 같은 주변광의 영향을 극소화시키기 위한 구조를 구현하기 위해서는 다소 복잡한 구조를 가질 수밖에 없어서 생산성에서 다소 효율적이지 못하고 제품 코스트도 다소 높아지는 등의 한계를 가지는 것이 불가피한 실정이다.

본 발명에 따른 실시 예에서는, 차량의 전면 유리에 떨어지는 빗방울에 의한 카본 마이크로 코일의 임피던스 변화를 감지하여 강우 여부 및 강우량을 판단할 수 있는 레인 센서 및 이를 포함하는 와이퍼 구동 장치를 제공한다.

또한, 실시 예에서는 카본 마이크로 코일을 포함한 소자를 이용하여 강우 여부 및 강우량을 판단하고, 이에 따라 와이퍼의 구동 여부 및 와이퍼의 구동 속도를 제어할 수 있는 레인 센서 및 이를 포함하는 와이퍼 구동 장치를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는 감지 전극의 패턴 설계를 통해 극소량의 빗방울뿐 아니라, 많은 양의 빗방울에 대해서도 정확한 감지가 가능한 레인 센서 및 이를 포함하는 와이퍼 구동 장치를 제공한다.

제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

또한, 상기 제 1 감지 전극 및 제 2 감지 전극 중 적어도 하나는, 상기 기판 위에 상기 일 방향으로 연장되며 배치되고, 상기 일 방향으로 갈수록 폭이 점차 증가 또는 감소한다.

또한, 상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극은, 상호 대칭되는 형상을 가진다.

또한, 상기 제 1 감지 전극은, 상기 제 2 감지 전극의 표면과 마주보는 면이 곡면을 가진다.

또한, 상기 제 2 감지 전극은, 상기 제 1 감지 전극의 상기 곡면과 마주보는 면이 곡면을 가진다.

또한, 상기 제 1 감지 전극은, 상기 일 방향으로 연장되는 제 1 몸체와, 상기 제 1 몸체로부터 상기 제 2 감지 전극 방향으로 돌출 형성되며, 상호 일정 간격 이격된 제 1 분기 전극 및 제 2 분기 전극을 포함하고, 상기 제 2 감지 전극은, 상기 일 방향으로 연장되는 제 2 몸체와, 상기 제 2 몸체로부터 상기 제 1 감지 전극 방향으로 돌출 형성되며, 상호 일정 간격 이격된 제 3 분기 전극 및 제 4 분기 전극을 포함하며, 상기 제 3 분기 전극은 상기 제 1 분기 전극과 제 2 분기 전극 사이에 배치되고, 상기 제 4 분기 전극은 상기 제 2 분기 전극 아래에 배치되며, 상기 제 1 분기 전극과 제 3 분기 전극 사이의 제 1 간격, 상기 제 3 분기 전극과 제 2 분기 전극 사이의 제 2 간격, 상기 제 2 분기 전극과 제 4 분기 전극 사이의 제 3 간격은 모두 다르다.

또한, 상기 각 분기 전극 사이의 간격은 아래의 조건을 만족한다.

제 1 간격 < 제 2 간격 < 제 3 간격

또한, 상기 기판 위에 배치되며, 상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극을 매립하는 반응층을 더 포함하고, 상기 반응층은, 강우 여부에 의해 발생하는 힘 및 유전 상수 중 적어도 어느 하나의 변화에 따른 임피던스 특성이 변화하고, 상기 제 1 및 2 감지 전극은, 상기 반응층의 임피던스 특성의 변화에 따른 감지 신호를 출력한다.

또한, 상기 기판 아래에 배치되고, 상기 제 1 및 2 감지 전극과 연결되며, 상기 출력되는 감지 신호를 처리하는 구동부; 및 상기 기판, 상기 구동부 및 상기 반응층을 둘러싸며 배치되는 보호층을 더 포함한다.

또한, 상기 반응층은, 탄소 미세 코일(Carbon Micro Coil) 물질을 포함한다.

한편, 실시 예에 따른 와이퍼 구동 장치는 전면 유리; 상기 전면 유리의 제 1 면에 부착되며, 상기 전면 유리의 제 2 면에 접촉하는 물체에 의해 임피던스 값이 변화하는 센서부; 및 상기 센서부를 통해 상기 임피던스 값의 변화량을 따른 감지 신호를 수신하고, 상기 수신한 감지 신호를 토대로 강우 여부를 판단하며, 상기 판단한 강우 여부에 따라 와이퍼를 구동시키는 제어부를 포함하며, 상기 센서부는, 기판과, 상기 기판 위에 배치된 제 1 감지 전극과, 상기 기판 위에 배치되며, 상기 제 1 감지 전극과 일정 간격 이격된 제 2 감지 전극과, 상기 기판 위에 배치되며, 상기 제 1 및 2 감지 전극을 매립하는 반응층과, 상기 기판 아래에 배치되며, 상기 제 1 및 2 감지 전극과 연결되는 구동부와, 상기 기판, 상기 반응층 및 상기 구동부를 둘러싸는 보호층을 포함하고, 상기 제 1 감지 전극과 제 2 감지 전극 사이의 간격은, 상기 기판의 일 방향으로 갈수록 변화한다.

또한 상기 제 2 감지 전극은, 상기 제 1 감지 전극의 상기 곡면과 마주보는 면이 곡면을 가진다.

또한 상기 제어부는, 상기 센서부의 임피던스 값의 변화에 따른 제 1 주파수 및 기설정된 제 2 주파수의 차이 값에 대응하는 출력 값을 출력하는 강우량 감지부와, 상기 강우량 감지부를 통해 출력되는 출력 값을 이용하여 강우 여부 및 강우량을 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 와이퍼 구동 조건을 결정하는 결정부를 포함하며, 상기 제 1 주파수는, 상기 강우 여부 및 강우량에 따른 카본 마이크로 코일의 인덕턴스 값의 변화에 대응되어 변화한다.

또한, 상기 강우량 감지부는, 상기 센서부의 임피던스 변화에 대응하는 발진 주파수를 가지는 상기 제 1 주파수를 출력하는 제 1 주파수 발생기와, 기설정된 기준 발진 주파수에 대응하는 상기 제 2 주파수를 출력하는 제 2 주파수 발생기와, 상기 제 1 주파수와 상기 제 2 주파수의 차이 값을 출력하는 차이 주파수 발생기와, 상기 차이 주파수 발생기를 통해 출력되는 차이 값을 기설정된 필터링 영역 내에서 필터링하는 필터를 포함한다.

또한, 상기 필터의 필터링 영역은, 상기 강우의 발생에 따른 카본 마이크로 코일의 인덕턴스 값의 변화에 대한 제 1 임계 값을 기준으로 설정되며, 상기 결정부는, 상기 제 1 임계 값과 상기 강우를 제외한 다른 물질에 대한 상기 인덕턴스 값의 변화에 대한 제 2 임계 값을 기준으로 상기 차이 값을 발생시킨 물질을 각각 구분한다.

실시 예에 따르면, 강우가 발생하는 경우, 이에 즉각적으로 반응하여 강우량에 따른 구동 조건으로 와이퍼를 구동시킴으로써, 우천시에 운전자의 편의성을 향상시킬 수 있다.

또한, 실시 예에 의하면 카본 마이크로 코일을 이용하여 강우여부 및 강우량을 판단함으로써, 기존의 광학 방식에 대비하여 차별화된 특성(응답특성, 정밀, 정확도, 소비전력, 소형화 등)의 레인 센서를 제공할 수 있다.

또한, 실시 예에 의하면, 외부 환경이 레인 센서에 영향을 미치지 않음으로써, 상기 레인 센서의 특성 보정을 위한 추가적인 보정 센서가 불필요하며, 이에 따른 비용을 절감할 수 있다.

또한, 실시 예에 의하면 감지 전극의 폭 변화를 통해 소량의 강수량 뿐만 아니라, 많은 양의 강수량도 정확히 감지할 수 있으며, 이에 따른 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 실시 예에 의하면 복수의 감지 전극에서, 상호 마주보는 면을 곡면으로 형성하여, 동일 센서 면적에서 감지 영역을 최대로 늘릴 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 전면 유리에 레인 센서가 장착된 상태를 보여주는 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 레인 센서의 상세 구조를 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 반응층을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 감지 전극의 평면도이다.
도 5는 도 4의 A 방향에 대한 단면도이다.
도 6은 도 4의 B 방향에 대한 단면도이다.
도 7은 도 4의 C 방향에 대한 단면도이다.
도 8은 도 2에 도시된 레인 센서(20)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 감지 전극의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 감지 전극의 평면도이다.
도 11은 실시 예에 따른 와이퍼 구동 장치를 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 카본 마이크로 코일의 특성을 나타낸 것이다.
도 13은 도 11에 도시된 강우량 감지부(25)의 구성을 보여주는 도면이다.
도 14 내지 16은 본 발명의 실시 예에 따른 차이 주파수 값의 변화를 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 차이 주파수 값의 변화를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 와이퍼 구동 장치의 구동 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

첨부된 도면의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 도면의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 도면의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 도면의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 전면 유리에 레인 센서가 장착된 상태를 보여주는 측면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 레인 센서의 상세 구조를 보여주는 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 반응층을 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 감지 전극의 평면도이다.

[제 1 실시 예에 따른 레인 센서 구조]

도 1 내지 4를 참조하면. 차량의 전면 유리(10)에는 레인 센서(20)가 장착된다.

레인 센서(20)의 차량의 전면 유리(10)의 마주하도록 설치되며, 상기 전면 유리(10)에 떨어지는 빗방울의 존재 여부나 상기 빗방울의 양에 따른 임피던스의 변화를 감지한다.

상기 레인 센서(20)는 차량의 전면 유리(10)의 일정 위치에 감지 영역을 형성하고, 그에 따라 상기 감지 영역 내에서 발생하는 빗방울의 상태에 따른 정보를 감지한다.

도 2를 참조하면, 레인 센서(20)는 기판(21), 감지 전극(22), 반응층(23), 구동부(24) 및 보호층(25)을 포함한다.

상기와 같은 레인 센서(20)는 차량의 전면 유리(10) 안쪽의 일정 영역에서 상기 전면 유리(10)에 내리는 빗방울의 존재 여부에 따른 임피던스 변화를 감지하여 와이퍼의 구동을 위한 정보를 제공한다.

기판(21)은 감지 전극(22) 및 반응층(23), 그리고 구동부(24)가 장착되는 베이스 기판이다.

감지 전극(22)은 상기 기판(21) 위에 형성된다. 상기 감지 전극(22)은 상기 반응층(23)에 의해 매립되면서 상기 기판(21)의 상면 위에 형성된다.

상기 감지 전극(22)는 복수 개로 형성되며, 상기 반응층(23)의 표면에 형성되는 물질에 의해 상기 반응층(23)의 반응이 일어남에 따라 변화하는 임피던스를 감지한다.

바람직하게, 상기 감지 전극(22)은 포지티브 극성의 제 1 감지 전극과, 네거티브 극성의 제 2 감지 전극을 포함할 수 있다.

반응층(23)은 기판(21) 위에 형성되며, 상기 기판(21)의 상면 및 상기 감지 전극(22)을 매립하며 형성된다.

바람직하게, 상기 반응층(23)은 소정의 두께를 가지며 상기 감지 전극(22)이 형성되어 있는 기판(21) 위에 형성된다.

상기 반응층(23)은 전도성 물질로 형성되며, 외부의 물질에 의해 발생하는 힘이나 유전율의 변화에 따라 임피던스가 변화하는 성질을 가진다.

바람직하게, 상기 반응층(23)은 스프링 형상을 갖는 카본 마이크로 코일(CMC: Carbon Micro Coil)이다. 즉, 상기 반응층(23)은 탄화수소계, 즉 아세틸렌, 메탄, 프로판 및 벤젠 중 적어도 하나를 상기 기판(21) 위에 화학기상증착법(CVD) 공정으로 증착하여 형성된다.

또한, 이와 다르게 상기 반응층(23)은 니켈이나 니켈-철 등을 토대로 금속 촉매를 이용하여 제조될 수 있다.

상기와 같은, 카본 마이크로 코일은 도 3에 도시된 바와 같이, 직선 모양이 아닌 돼지 꼬리처럼 말려져 있는 형상을 가질 수 있으며, 섬유 소재가 가질 수 없는 독특한 구조를 지닌 비정질 탄소 섬유이다. 그리고, 카본 마이크로 코일은 원래 코일 길이의 10배 이상의 길이로 늘어나는 초탄력성을 가진다.

도 3의 (a)는 반응층(23) 내에 형성되는 카본 마이크로 코일을 보여주며, (b)는 상기 카본 마이크로 코일의 상세 도면이다.

상기 반응층(23)의 모폴로지(Morphology)는 3D- 헬리컬(helical)/스파이럴(spiral) 구조를 가지며, 크리스털 구조는 비결정질(amorphous)이다.

다시 말해서, 상기와 같은 반응층(23)은 카본 섬유를 코일 모양으로 성장시키는 것에 의해 형성되며, 이에 따라 상기 반응층(23)은 카본 섬유를 코일 모양으로 성장시킨 형태의 단면 구조를 가진다.

즉, 상기 반응층(23)은 레인 센서(20)가 부착되는 전면 유리(10)의 표면에 특정 물질이 접촉함에 따라 가해지는 힘이나, 상기 특정 물질의 유전율에 의해 상기 반응층(23)의 임피던스 변화가 발생한다.

그리고, 감지 전극(22)은 상기 반응층(23)의 임피던스 변화를 감지하고, 그에 따라 상기 임피던스 변화에 따른 감지 신호를 구동부(24)로 전달한다.

구동부(24)는 상기 기판(21)의 하면에 형성되며, 그에 따라 상기 감지 전극(22)을 통해 전달되는 감지 신호에 따라 강우 여부 및 강우량을 감지하고, 상기 감지한 강우 여부 및 강우량에 따라 와이퍼의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 발생한다.

즉, 일반적으로 임피던스의 REAL TERM은 저항, POSITIVE IMAGINARY TERM은 인덕턴스, 그리고 NEGATIVE IMAGINARY TERM은 커패시턴스로 이루어지며, 상기 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스의 합산으로 이루어진다.

따라서, 일반적인 저항, 인덕터 및 커패시터와 같이 상기 레인 센서(20)도 상기 반응층(23)에서 발생하는 임피던스 변화를 감지하기 위해 한쌍의 감지 전극(22)이 필요하다. 상기 감지 전극(22)은 상기 반응층(23)의 감지 특성을 최적화시키면서, 상기 반응층(23)과 상기 구동부(24) 사이를 연결하는 역할을 한다.

여기에서, 상기 전면 유리(10)의 표면에 특정 힘이 가해지거나, 특정 유전율을 가지는 물질이 접촉하는 경우, 상기 반응층(23)의 커패시턴스는 증가하게 되며, 이에 따라 저항값과 인덕턴스 값은 상기 커패시턴스와 반대로 감소하게 된다.

이때, 상기 감지되는 임피던스 값은 상기 저항 값, 인덕턴스 값 및 커패시턴스를 모두 합한 값이 되며, 이에 따라 표면에 가해지는 힘이나 유전율의 정도에 따라 상기 임피던스 값은 선형적으로 감소하게 된다.

여기에서, 상기 감지 전극(22)은 도 4에 도시된 바와 같은 구조를 가지며, 상기 기판(21) 위에 배치된다.

상기 감지 전극(22)은 복수 개로 구비되며, 바람직하게 포지티브(+) 특성을 갖는 제 1 감지 전극과, 네거티브(-) 특성을 갖는 제 2 감지 전극을 포함한다.

이때, 상기 제 1 감지 전극과 제 2 감지 전극은 상기 기판(21) 위에 일정 간격 이격되어 배치된다. 여기에서, 종래에는 상기 제 1 감지 전극과 제 2 감지 전극이 동일한 형상을 가지면서, 상하 방향으로 길게 연장되는 사각 형상을 가졌다. 이에 따라, 종래에서의 상기 제 1 감지 전극과 제 2 감지 전극 사이의 간격은 모든 영역에서 동일하게 나타났다.

그러나, 상기 제 1 감지 전극과 제 2 감지 전극 사이의 간격은 강수량의 감지 특성과 밀접한 관계를 갖는다. 다시 말해서, 상기 제 1 감지 전극과 제 2 감지 전극 사이에 빗방울이 맺힘에 따라 임피던스 변화가 발생한다. 하지만, 상기와 같이 종래에는 상기 간격이 모든 영역에서 동일함에 따라 제 1 임계 값 이하의 빗방울에 대해서는 감지하지 못하는 상황이 발생하였다. 다시 말해서, 상기 제 1 감지 전극과 제 2 감지 전극 사이의 간격보다 좁은 면적에 대응하는 빗방울이 상기 센서에 맺히게 되면, 상기 센서에는 정상적인 임피던스 변화가 발생하지 않게 되며, 이에 따라 상기 제 1 임계 값 이하의 극소량의 빗방울을 감지하지 못하는 상황이 발생한다.

또한, 상기와 같은 종래의 센서에서는 상기 간격이 모든 영역에서 동일하게 나타남에 따라 제 2 임계 값 이상의 빗방울에 대해서는 정확한 강수량을 감지하지 못하는 상황이 발생하였다. 다시 말해서, 상기 제 1 감지 전극과 제 2 감지 전극 사이의 간격보다 넓은 면적에 대응하는 빗방울이 상기 센서에 맺히게 되면, 상기 임피던스 변화에 포화가 발생하게 되며, 이에 따라 종래의 센서에서는 강수량이 달라짐에도 불구하도 동일한 강수량이 감지되는 문제가 발생하게 된다.

이에 따라, 본 발명에서는 상기와 같이 제 1 감지 전극(22)과 제 2 감지 전극(22) 사이의 간격을 변화시켜, 극소량의 빗방울 뿐 아니라, 많은 양의 빗방울에 대해서도 정확한 강수량 감지가 이루어질 수 있도록 한다.

제 1 감지 전극(22)과 제 2 감지 전극(22)은 서로 동일한 형상을 가질 수 있다. 바람직하게, 상기 제 1 감지 전극(22)과 제 2 감지 전극(22)은 서로 대칭 형상을 가질 수 있다.

이때, 상기 제 1 감지 전극(22)과 제 2 감지 전극(22)의 상호 마주보는 면은 상측면에 대해 일정 기울기의 경사각을 가진다. 따라서, 상기 제 1 감지 전극(22)과 제 2 감지 전극(22) 각각은, 하측 방향으로 갈수록 폭이 점차 감소한다.

이에 따라, 상기 제 1 감지 전극(22)과 제 2 감지 전극(22) 사이의 간격은 최상측에서 가장 좁게 형성되고, 최하측에서 가장 넓게 형성된다.

다시 말해서, 상기 제 1 감지 전극(22)과 제 2 감지 전극(22) 사이의 간격은 하측으로 갈수록 점차 증가하게 된다.

그러나, 이는 본 발명의 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 제 1 감지 전극(22)과 제 2 감지 전극(22) 사이의 간격이 하측으로 갈수록 점차 감소하도록 형성하는 것도 가능하다.

도 5는 도 4의 A 방향에 대한 단면도이고, 도 6은 도 4의 B 방향에 대한 단면도이며, 도 7은 도 4의 C 방향에 대한 단면도이다.

도 5를 참조하면, 상기 제 1 감지 전극(22)과 제 2 감지 전극(22)의 상측 영역은 제 1 간격(W1) 만큼 상호 이격될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따르면 상기 상측 영역의 제 1 간격(W1)에 의해 극소량의 밧방울(R)에 대해서 정확한 강수량 감지가 가능하다.

도 6을 참조하면, 상기 제 1 감지 전극(22)과 제 2 감지 전극(22)의 중앙 영역은 제 2 간격(W2) 만큼 상호 이격될 수 있다. 여기에서, 상기 제 2 간격(W2)은 상기 제 1 간격(W1)보다 큰 것이 바람직하다. 이에 따라, 본 발명에 따르면 상기 중앙 영역의 제 2 간격(W2)에 의해 적당량의 밧방울(R)에 대해서 정확한 강수량 감지가 가능하다.

도 7을 참조하면, 상기 제 1 감지 전극(22)과 제 2 감지 전극(22)의 하측 영역은 제 3 간격(W3) 만큼 상호 이격될 수 있다. 여기에서, 상기 제 3 간격(W3)은 상기 제 1 및 2 간격(W1, W2)보다 큰 것이 바람직하다. 이에 따라, 본 발명에 따르면 상기 하측 영역의 제 3 간격(W3)에 의해 많은 양의 밧방울(R)에 대해서 정확한 강수량 감지가 가능하다.

한편, 상기에서는 제 1 감지 전극(22) 및 제 2 감지 전극(22) 각각이 상측에서 하측으로 갈수록 폭이 변화한다고 하였지만, 상기 제 1 감지 전극(22) 및 제 2 감지 전극(22) 중 어느 하나만이 폭 변화가 발생하고, 다른 하나는 폭 변화 없이 모든 영역에서 동일한 폭을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 제 1 감지 전극(22)은 상측에서 하측으로 갈수록 폭이 점차 증가하는 사다리꼴 형상을 가질 수 있고, 제 2 감지 전극(22)은 모든 영역에서 폭이 변화하지 않은 직사각형 형상을 가질 수 있다. 이와 같은 경우, 상기 제 1 감지 전극(22)이 사다리꼴 형상을 가지기 때문에, 상기 제 1 감지 전극(22)과 제 2 감지 전극(22) 사이의 간격을 하측 방향으로 갈수폭 점차 증가하게 된다.

한편, 상기 제 1 감지 전극(22) 및 제 2 감지 전극(22)은 구동부(24)와 연결된다.

즉, 상기 구동부(24)는 AFE(Analog Front End)가 구비되며, 여기에 상기 감지 전극(22)(바람직하게는, 제 1 감지 전극 및 제 2 감지 전극)이 연결된다.

이때, 상기 AFE는 차동 증폭 기능을 수행하는데, 상기 차동 증폭을 Positive 증폭으로 할 것인지, 아니면 Negative 증폭으로 할 것인지에 따라 상기 강우 발생에 따른 임피던스의 변화 상태에 차이가 있다.

따라서, 상기 구동부(24)는 상기 차동 증폭 상태에 따라 기준 값을 기준으로 상기 임피던스 값의 변화 상태를 감지하며, 상기 변화 상태의 정도가 임계값을 벗어나는 경우에는 상기 와이퍼를 구동시켜 빗방울을 제거하도록 한다.

이하에서는 상기 와이퍼의 구동 단계를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

즉, 빗방울이 내리게 되면, 상기 빗방울이 전면 유리(10)에 일정 힘을 가지거나 유전율 변화를 발생시킨다.

그리고, 상기 가해지는 힘이나 유전율 변화에 따라 상기 반응층(23)에는 임피던스 변화가 발생한다.

이때, 상기 임피던스의 변화량은 상기 강우 여부 및 강우량에 대응될 수 있다. 즉, 상기 강우량에 비례하여 상기 반응층(23)에 가해지는 힘이나 유전율도 증가하게 되며, 상기 유전율이나 힘의 증가 정도에 반비례하여 상기 임피던스 변화량을 감소하게 된다.

상기와 같이, 상기 강우가 발생하면, 상기 반응층(23)의 임피던스 변화가 발생하며, 상기 임피던스 변화에 따라 상기 구동부(24)의 내부 클록에 대한 진폭 변화가 발생한다.

그리고, 상기 내부 클록의 진폭 변화에 따라 상기 구동부(24)의 AFE의 차동 증폭에 따른 차동 신호가 출력된다.

이후, 상기 차동 신호가 출력되면, 상기 출력되는 차동 신호는 디지털 신호로 변환되어 차량의 메인 제어부(추후 설명)에 전달된다.

상기 메인 제어부(도시하지 않음)는 상기 전달되는 디지털 신호에 따른 임피던스 변화량을 토대로 상기 강우 여부 및 강우량을 파악하며, 상기 강우가 발생하고, 그에 따른 강우량이 임계점을 초과하게 되면, 빗방울 제거를 위한 와이퍼를 가동시킨다.

도 8은 도 2에 도시된 레인 센서(20)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 먼저 도금조(80) 내에 상기 반응층(23)을 형성하기 위한 액(81)을 제조한다.

상기 액(81)은 카본 마이크로 코일로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 액(81)은 카본 마이크로 코일만을 포함할 수 있으며, 이와 다르게 수지 및 분산제가 더 첨가될 수 있다.

상기와 같이, 제 1 단계는, 도금조(80) 내에 카본 마이크로 코일 물질과 수지를 첨가하여 혼합시키고, 그에 따라 상기 분산제를 추가 첨가 하여 분산시킨다. 상기 분산제는 추후 기판(21) 위에 상기 액을 골고루 분산시키기 위한 것이다.

다음으로, 기판(21)을 준비하고, 상기 준비된 기판(21) 위에 감지 전극(22)을 형성한다.

상기 감지 전극(22)은 복수 개로 형성되며, 상기 도 4에 도시된 바와 같은 평면 구조를 가진다.

다음으로, 상기 기판(21)의 가장자리 영역에 틀(82)을 형성한다. 상기 틀(82)은 상기 기판(21)의 가장자리 영역을 덮으면서, 상기 기판(21)의 중앙 영역을 노출하며 상기 기판(21) 위에 형성된다.

다음으로, 상기 기판(21)의 틀(82) 내에 상기 제조한 액(81)을 투입한다.

그리고, 경과 과정을 거쳐 상기 투입한 액(81)을 토대로 반응층(23)을 형성한다.

이때, 상기 경화 과정은 120℃의 온도에서 30분 동안 수행될 수 있다.

이하에서는, 상기 레인 센서(20)의 구동 원리에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

상기와 같이, 카본 마이크로 코일로 이루어진 반응층(23) 내에는 감지 전극(22)이 매립된다. 그리고, 상기 감지 전극(22)은 기판(21)의 하부에 장착된 구동부(24)와 연결된다.

이때, 상기 반응층(23)은 그 자체로도 임피던스 변화량에 따른 강우 여부 및 강우량을 판단할 수 있으며, 상기 감지 전극(22)의 형상에 따라서도 그 측정 감도가 달라진다. 이에 따라, 실시 예에서는 상기와 같은 평면 형상을 가진 감지 전극(22)을 형성한다.

따라서, 실시 예에서는 카본 마이크로 코일의 함량비 조절에 의한 조성, 최적화된 전극 형상 및 구동부(24) 장착 위치 등과 같은 다양한 요소의 최적화가 중요하다.

또한, 상기 설명한 바와 같이 임피던스는 실수(real)부와 허수(reactace)부로 구성되며, 허수부는 양의 허수부(inductive)와 음의 허수부 (capacitive)로 구성되는데, 이때 상기 탄소 미세 코일을 포함하는 레인 센서(20)는 상기 양의 허수부(inductive)와 음의 허수부(capacitive)의 두가지 특성 변화를 이용하여 측정한다.

즉, 비가 올 때, 비의 양에 따라 차량의 전면 유리(10)에 가해지는 힘(force)이 달라지고, 또한 상기 전면 유리(10)에 존재하는 물(빗방울)의 양도 달라진다.

이때, 카본 마이크로 코일(CMC:Carbon Micro Coil)은 그 이름과 같이 아주 미세한 코일 집단으로 이루어져 있으며, 유전상수를 가지고 있는 유전체이기도 하다.

이때, 상기 힘(force)은 이 inductive 성분의 변화, 즉 탄소 미세 코일의 특성 변화를 통해 측정하고, 상기 전면 유리(10) 위에 존재하는 물의 양은 유전상수 변화에 의한 capacitive 변화에 의해 측정된다..

즉, 상기 레인 센서(20)를 구성하는 각각의 층은 특정 유전상수를 가진 유전체 역할을 하는데, 상기와 같이 비가 온다면 전극 입장에서는 물이라는 유전체가 새로 존재하게 되며, 이에 따른 capacitive 변화가 생기게 된다..

이때, 상기 반응층(23)의 면적에 따라 실수(real)부는 조절이 가능하고, 비가 올때 위의 설명과 같이 inductive와 capacitive값 변화에 의해 임피던스 값 변화가 생긴다.

따라서, 실시 예에서는 상기와 같은 레인 센서(20)의 inductive와 capacitive 값 변화에 따른 임피던스 값 변화를 감지하여 강우 여부 및 강우량을 판단한다.

한편, 상기와 같은 레인 센서(20)은 전면유리(10)의 안쪽에 실리콘과 같은 접착 부재(도시하지 않음)을 형성하고, 상기 접착 부재에 의해 상기 전면 유리(10)의 특정 내부 영역에 장착된다.

이때, 상기 레인 센서(20)는 상기 접착 부재가 가지는 유전 상수까지 고려하여 임피던스 변화를 감지한다.

[제 2 실시 예의 감지 전극]

도 9는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 감지 전극의 평면도이다.

도 9를 참조하면, 제 2 실시 예에 따른 감지 전극(22A)은 상호 마주보는 면이 평면이 아닌 곡면을 가진다.

따라서, 제 1 감지 전극은 최상부에서 하부로 갈수록 폭이 점차 감소하다가 제 1 지점에서부터 다시 폭이 점차 증가하게 되며, 또한 제 2 지점에서부터 다시 폭이 점차 감소하게 되고, 또한, 제 3 지점에서부터 다시 폭이 점차 증가하게 된다.

또한, 제 2 전극은 최상부에서 하부로 갈수록 폭이 점차 증가하다가, 제 1 지점에서부터 다시 폭이 점차 감소하게 되고, 또한 제 2 지점에서부터 폭이 점차 증가하게 되고, 또한 제 3 지점에서부터 다시 폭이 점차 감소하게 된다.

상기와 같이, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 감지 전극은 측면이 곡면을 가지도록 형성됨으로써, 동일한 센서 면적에서 감지 영역을 최대화할 수 있으며, 이에 따른 센서 감지 능력을 향상시킬 수 있다.

[제 3 실시 예의 감지 전극]

도 10은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 감지 전극의 평면도이다.

도 10을 참조하면, 제 3 실시 예에 따른 감지 전극(22B)은 복수의 분기 전극을 포함할 수 있다.

즉, 제 1 감지 전극은 제 1 방향(바람직하게는, Y축 방향)으로 연장되는 제 1 몸체(221) 및 상기 제 1 몸체(221)로부터 상기 제 2 감지 전극 방향으로 돌출되는 복수의 분기 전극(222, 223, 224)를 포함한다.

또한, 제 2 감지 전극은 상기 제 1 방향으로 연장되는 제 2 몸체(225)와, 상기 제 2 몸체(225)로부터 상기 제 1 감지 전극 방향으로 돌출되는 복수의 분기 전극(226, 227)을 포함한다.

여기에서, 상기 제 1 감지 전극을 구성하는 복수의 분기 전극은 서로 일정 간격 이격된 제 1 분기 전극(222), 제 2 분기 전극(223) 및 제 3 분기 전극(224)을 포함한다.

그리고, 상기 제 2 감지 전극을 구성하는 복수의 분기 전극은 제 4 분기 전극(226) 및 제 5 분기 전극(227)을 포함한다.

이때, 상기 제 4 분기 전극(226)은 상기 제 1 분기 전극(222) 및 제 2 분기 전극(223) 사이에 배치되고, 상기 제 5 분기 전극(227)은 상기 제 2 분기 전극(223) 및 제 3 분기 전극(224) 사이에 배치된다.

이때, 상기 각각의 분기 전극 사이는 일정 간격 이격되어 있으며, 상기 이격 간격은 점차 변화할 수 있다.

다시 말해서, 상기 제 1 분기 전극(222)과 제 4 분기 전극(226)은 제 1 간격(W1)만큼 이격될 수 있고, 상기 제 4 분기 전극(226)과 제 2 분기 전극(223)은 상기 제 1 간격(W1)보다 큰 제 2 간격(W2)만큼 이격될 수 있다. 또한, 상기 제 2 분기 전극(223)과 제 5 분기 전극(227)은 상기 제 1 간격(W1) 및 제 2 간격(W2)보다 큰 제 3 간격(W3) 만큼 이격될 수 있다. 또한, 제 5 분기 전극(227)과 제 3 분기 전극(224)은 상기 제 1 간격(W1), 제 2 간격(W2) 및 제 3 간격(W3)보다 큰 제 4 간격(W4)만큼 이격될 수 있다.

본 발명의 제 3 실시 예에서는 상기 다수의 분기 전극 사이의 간격을 통해 빗방울 감지 영역의 최소 사이즈 및 최대 사이즈를 조절할 수 있으며, 이에 따른 감지 능력을 향상시킬 수 있다.

[와이퍼 구동 장치]

도 11은 실시 예에 따른 와이퍼 구동 장치를 보여주는 도면이다.

도 11을 참조하면, 센서부(20), 강우량 감지부(25), 메모리(30), 와이퍼(40), 모터(50), 와이퍼 구동부(60) 및 제어부(70)를 포함한다.

센서부(20)는 상기 레인 센서를 의미하며, 상기 강우 여부에 따라 발생하는 임피던스 변화를 감지한다.

상기 센서부(20)는 상기 도 2에 도시된 바와 같은 구조를 가지고 있다.

특히, 상기 센서부(20)는 카본 마이크로 코일과 커패시터가 병렬로 연결되는 회로 구조를 가질 수 있다.

강우량 감지부(25)는 상기 센서부(20)와 연결되며, 강우 여부 및 강우량에 따라 발생하는 상기 센서부(20)의 임피던스 변화에 따른 발진 주파수를 발생하고, 상기 발진 주파수와 기준 주파수의 차이에 따라 강우 여부 및 강우량을 판단한다.

이때, 상기 강우량 감지부(25)는 기설정된 필터링 영역 내에서 상기 발진 주파수와 기준 주파수의 차이 주파수가 속해있는지를 감지하며, 상기 차이 주파수가 상기 기설정된 필터링 영역 내에 존재하는 경우에만 상기 차이 주파수에 대응하는 디지털 값을 출력한다.

상기 강우량 감지부(25)의 상세 구성 및 동작에 대해서는 하기에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

메모리(30)에는 차량의 각종 구성요소를 제어하기 위한 정보가 저장된다.

특히, 메모리(30)에는 상기 강우량 감지부(25)를 통해 출력되는 상기 차이 주파수에 따른 디지털 값에 대응하여 와이퍼를 구동시키기 위한 와이퍼의 구동 조건 정보가 저장된다.

상기 구동 조건 정보는, 와이퍼의 구동 여부 및 이에 따른 와이퍼의 구동 속도 정보를 포함할 수 있다.

이때, 상기 구동 조건 정보는, 상기 강우량 감지부(25) 내에 포함된 필터의 종류에 따라 구분될 수 있다.

즉, 상기 강우량 감지부(25) 내에는 상기 센서부(20)의 특성에 따라 저역 통과 필터(LPF) 및 대역 통과 필터(BPF) 중 어느 하나의 필터가 포함될 수 있다.

그리고, 상기 저역 통과 필터와 대역 통과 필터는 그의 필터링 주파수의 범위가 서로 다르게 나타난다.

이에 따라, 실시 예에서는 상기 메모리(30) 내에 상기 강우량 감지부(25)에 포함된 필터의 종류에 따른 출력 값에 각각 대응되는 상기 와이퍼의 구동 조건 정보를 저장한다.

와이퍼(40)는 차량의 전면 유리(10)의 외부에 장착되며, 상기 전면 유리(10)에 존재하는 빗방울과 같은 물기를 제거한다.

모터(50)는 기설정된 조건에 따라 상기 와이퍼(40)를 구동시킨다.

와이퍼 구동부(60)는 상기 와이퍼(40)를 구동시키기 위한 조건 정보를 모터(50)에 제공한다.

상기 조건 정보는, 상기 모터(50)를 통해 상기 와이퍼(40)로 공급될 구동 전원의 정보일 수 있다.

제어부(70)는 상기 강우량 감지부(25)를 통해 출력되는 출력 값을 수신하고, 상기 수신한 출력 값을 토대로 상기 와이퍼(40)를 구동시키기 위한 구동 조건을 설정한다.

이하에서는, 상기 강우량 감지부(25)의 구성 및 동작에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 카본 마이크로 코일의 특성을 나타낸 것이다.

상기 카본 마이크로 코일은 도 12에 도시된 바와 같이, 평상시에는 제 1 인턱턱스 값을 가지고 있으며, 상기 카본 마이크로 코일에 힘이나 유전율이 가해짐에 따라 상기 인덕턴스 값이 감소하게 된다.

상기 인덕턴스 값은 상기 카본 마이크로 코일 위에 놓이는 물질의 종류에 따라 서로 다른 감소량을 가지게 된다.

즉, 상기 인덕턴스 값은 상기 카본 마이크로 코일에 강우에 따른 빗물이 접촉하는 경우에 비교적 적은 감소량을 가지고, 사람과 같은 인체의 일부가 접촉하는 경우에는 상기 빗물이 접촉하는 경우보다는 높은 감소량을 가지며, 금속물질이 접촉하는 경우에는 상기 빗물이나 인체가 접촉한 경우보다 더 높은 감소량을 가지게 된다.

도 13은 도 11에 도시된 강우량 감지부(25)의 구성을 보여주는 도면이다.

도 13을 참조하면, 강우량 감지부(25)는 제 1 주파수 발생기(251), 제 2 주파수 발생기(252), 차이 주파수 발생기(253), 필터(245) 및 아날로그 디지털 컨버터(255)를 포함한다.

제 1 주파수 발생기(251)는 상기 센서부(20)와 연결되며, 상기 센서부(20)의 임피던스 변화에 따른 제 1 주파수를 발생한다.

상기 제 1 주파수 발생기(251)는 LC 발진 회로로 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 제 1 주파수 발생기(251)는 상기 센서부(20)를 구성하는 카본 마이크로 코일과 커패시터를 사용하여, 상기 카본 마이크로 코일의 인덕터스 값의 변화에 의해 변화하는 발진 주파수를 발생하도록 구성된다.

즉, 상기 제 1 주파수 발생기(251)는 윈드 실드에 부착되는 카본 마이크로 코일를 사용하여, 상기 센서부(20)에 의한 발진 주파수를 발진시킨다.

다시 말해서, 상기 센서부(20)를 구성하는 카본 마이크로 코일의 인덕턴스 값과 커패시터의 커패시턴스 값은 상기 제 1 주파수 발생기(251)의 발진 주파수를 결정한다.

제 2 주파수 발생기(252)는 기준 발진기일 수 있으며, 기준 발진 주파수에 대응하는 제 2 주파수를 발생한다.

이때, 상기 제 1 주파수 발생기(251)에서 발생하는 제 1 주파수는 미세한 변화를 가질 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 제 1 실시 예에서는 상기 필터(245)를 저역 통과 필터로 구성한다.

아래에서는 상기 필터(245)가 저역 통과 필터로 구성된 것으로 가정하여 설명하기로 한다.

이때, 상기 센서부(20)에 강우가 발생하지 않는 상태에서, 상기 제 1 주파수 발생기(251)에서 발생한 제 1 주파수와 상기 제 2 주파수 발생기(252)에서 발생하는 제 2 주파수는 동일한 값을 가지도록 설정될 수 있다.

그리고, 상기 센서부(20)에 강우가 발생하면, 강우량에 따라 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이가 커지게 되며, 상기 커지는 차이 값을 토대로 상기 강우량을 판단할 수 있도록 한다.

이때, 상기 센서부(20)에 포함되는 카본 마이크로 코일의 인덕턴스를 L이라 하고, 커패시터의 커패시턴스를 C라 하면, 제 1 주파수 발생기(251)에서 발생하는 제 1 주파수(ω0)는 수학식 1과 같다.

그리고, 상기 제 1 주파수 발생기(251)에서 발생하는 제 1 주파수에 대응하는 제 1 전압 값(V0)은 아래의 수학식 2와 같다.

또한, 상기 제 2 주파수 발생기(252) 발생하는 제 2 주파수에 대응하는 제 2 전압 값(Vr)은 아래의 수학식 3과 같다.

차이 주파수 발생기(253)는 상기 제 1 주파수 발생기(251) 및 상기 제 2 주파수 발생기(252)와 연결되며, 상기 제 1 주파수 발생기(251)에서 발생한 제 1 주파수와, 상기 제 2 주파수 발생기(252)에서 발생한 제 2 주파수의 차이에 대응하는 차이 값을 출력한다.

이때, 상기 차이 주파수 발생기(253)에서 발생하는 차이 값(Vdmod)는 아래의 수학식 4와 같다.

여기에서, 상기 차이 값이 상기 수학식 4와 같은 값을 가지는 이유는, 상기 센서부(20)에 강우가 발생하지 않는 경우에는 상기 제 1 주파수 발생기(251)에서 발생하는 제 1 주파수와, 상기 제 2 주파수 발생기(252)에서 발생하는 제 2 주파수가 서로 동일한 값을 가지기 때문이다.

필터(245)는 상기 차이 주파수 발생기(253)에서 발생하는 출력 값을 필터링하여 필터링된 출력 값을 출력한다.

이때, 상기 필터(245)에는 일정한 크기의 주파수 범위에 대응하는 필터링 영역이 존재하며, 상기 필터링 영역 내에서 상기 차이 주파수 발생기(253)의 출력 값을 필터링한다.

여기에서, 상기 필터링 영역은, 상기 필터(245)의 종류와, 상기 센서부(20)에 강우가 발생하였을 경우에 나타나는 카본 마이크로 코일의 변화 특성에 의해 결정될 수 있다.

상기 카본 마이크로 코일의 변화 특성에 대해서는 하기에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

한편, 상기 필터(245)의 종류는 상기 카본 마이크로 코일의 구조에 의해 결정될 수 있다.

즉, 상기 카본 마이크로 코일의 인덕턴스 값이 강우 여부 및 강우량에 따라 큰 범위 내에서 변화하지 않고 미세하게 변화하며, 상기 미세하게 변화하는 값에 따라 상기 제 1 주파수 발생기(251)에서 발생하는 제 1 주파수가 상기 제 2 주파수 발생기(252)에서 발생하는 제 2 주파수와 큰 차이가 없는 경우에는 상기 필터(245)를 저역 통과 필터로 구성할 수 있다.

그리고, 상기 상기 카본 마이크로 코일의 인덕턴스 값의 변화에 따라 상기 제 1 주파수 발생기(251)에서 발생하는 제 1 주파수가 상기 제 2 주파수 발생기(252)에서 발생하는 제 2 주파수와 큰 차이가 있는 경우에는 상기 필터(245)는 대역 통과 필터로 구성할 수 있다.

다시 말해서, 상기 필터(245)의 종류는 상기 센서부(20)를 구성하는 카본 마이크로 코일의 면적 등과 같은 구조에 의해 결정될 수 있다.

아날로그 디지털 컨버터(255)는 상기 필터(245)를 통해 출력되는 출력 값을 디지털 값으로 변환하여 출력한다.

도 14 내지 16은 본 발명의 실시 예에 따른 차이 주파수 값의 변화를 나타낸 도면이다.

도 14를 참조하면, 상기 센서부(20)에 특정 물질이 접촉하지 않으면서 유전율 변화가 발생하지 않는 경우, 상기 제 1 주파수 발생기(251)에서 발생하는 제 1 주파수와, 상기 제 2 주파수 발생기(252)에서 발생하는 제 2 주파수는 동일한 주파수를 가질 수 있다.

따라서, 상기 강우가 발생하지 않는 상태에서 상기 차이 주파수 발생기(253)에서 출력되는 출력 값에 따라 상기 필터(245)에서 필터링된 출력 값은 거의 DC 전압 수준이다.

그리고, 도 15를 참조하면, 상기 센서부(20)에 특정 물질이 접촉하면서 유전율 변화가 발생하고, 상기 접촉 물질이 강우에 의한 빗물인 경우, 상기 필터(245)에서 필터링되는 출력 값은 기설정된 필터링 영역 내에서 주파수 쉬프트가 발생하게 된다.

다시 말해서, 강우가 발생함에 따라 상기 센서부(20)의 카본 마이크로 코일의 인덕턴스 값의 변화가 발생하게 되면, 제 1 주파수 발생기(251)에서 발생하는 제 1 주파수의 변화가 발생하게 되며, 이에 따라 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이가 존재하게 된다.

이때, 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이 주파수는 상기 발생한 강우의 강도(강우량)에 따라 증가하게 된다.

이에 따라, 본 발명의 실시 예에서는 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이 주파수의 값에 따라 상기 강우량을 판단할 수 있다. 다시 말해서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 필터(245)에서 출력되는 신호에 따른 주파수 도메인 변화량에 따라 강우 여부 및 강우량을 판단한다.

여기에서, 상기 제 1 주파수와 제2 주파수의 차이는 강우에 따른 빗물이나 습기에 의해 발생할 수 있고, 이와 다르게 다른 이물질에 의해서도 발생할 수 있다.

상기 이물질에는 인체, 종이, 돌 및 금속 물질 등을 포함할 수 있다.

여기에서, 상기 카본 마이크로 코일은 강우에 의한 인덕턴스 값의 변화 정도와, 상기 인체, 종이, 돌 및 금속 물질 등과 같은 이물질에 의한 인덕턴스 값의 변화 정도가 서로 다르게 나타난다.

다시 말해서, 상기 카본 마이크로 코일의 인턱턴스 값은 상기 강우에 의해 발생하는 변화의 임계점과, 상기 인체, 종이, 돌 및 금속 물질 등과 같은 이물질에 의해 발생하는 변화의 임계점이 다르게 나타난다.

따라서, 상기 인덕턴스 값의 변화 임계점(카본 마이크로 코일의 변화 특성)에 따라 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이가 강우에 의해 발생한 것인지 아니면 이물질에 의해 발생한 것인지를 구분할 수 있다.

그리고, 실시 예에서는 상기 각각의 물질에 의해 발생하는 상기 카본 마이크로 코일의 변화 특성에 따라 상기 필터(245)의 필터링 영역을 결정하고, 상기 결정한 필터링 영역 내에서 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이가 발생하는 경우에만 선택적으로 와이퍼를 구동시킬 수 있다.

도 16을 참조하면, 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이가 상기 강우가 아닌 이물질에 의해 발생한 경우, 상기 차이 주파수는 상기 필터(245)의 필터링 영역을 벗어난 주파수를 가질 수 있다.

이때, 상기 차이 주파수는 도 16에 도시된 바와 같이, 필터링 영역 내에 포함되어 있지 않기 때문에, 이와 같은 경우에는 상기 와이퍼를 구동시키지 않는다.

도 17은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 차이 주파수 값의 변화를 나타낸 도면이다.

도 17을 참조하면, 상기 센서부(20)의 설계가 강우가 발생하지 않은 경우에서의 제 1 주파수가 제 2 주파수와 차이가 존재하고, 상기 강우가 발생하는 상황에서의 제 1 주파수의 증감 정도가 큰 경우, 상기 필터(245)는 대역 통과 필터로 구성될 수 있다.

이때, 상기 필터(245)의 필터링 영역은 상기 저역 통과 필터로 구성된 경우와는 다른 주파수 범위를 가질 수 있다.

그리고, 상기 필터링 영역 내에서 상기 차이 주파수의 변화에 따라 발생하는 차이 주파수의 이동 정도에 따라 강우 여부 및 강우량을 판단할 수 있다.

이때, 상기 필터(245)가 대역 통과 필터인 경우, 상기 차이 주파수 발생기(253)의 출력 값은 아래의 수학식 5와 같다.

도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 와이퍼 구동 장치의 구동 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.

도 18을 참조하면, 먼저 제 1 주파수 발생기(251)는 센서부(20)를 구성하는 카본 마이크로 코일의 인덕턴스 값에 따른 제 1 주파수를 발생한다(10단계).

그리고, 제 2 주파수 발생기(252)는 기설정된 기준 발진 주파수에 대응하는 제 2 주파수를 발생한다(11단계).

이어서, 차이 주파수 발생기(253)는 상기 제 1 주파수 발생기(251)에서 발생된 제 1 주파수와, 제 2 주파수 발생기(252)에서 발생된 제 2 주파수를 수신하고, 그에 따라 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이 주파수를 출력한다(12단계).

이에 따라, 필터(245)는 상기 출력되는 차이 주파수를 필터링하여, 기설정된 필터링 영역 내에 상기 차이 주파수가 존재하는지를 판단한다(13단계).

그리고, 상기 차이 주파수가 기설정된 필터링 영역 내에 존재하면, 아날로그 디지털 컨버터(255)는 상기 차이 주파수에 대응하는 출력 값을 생성하여 출력한다. 그리고, 제어부는 상기 출력되는 출력 값을 수신하고, 상기 수신한 출력 값을 토대로 강우 여부 및 이에 따른 강우량을 검출한다(14단계).

이어서, 제어부는 상기 검출한 강우량을 토대로 와이퍼의 구동 조건을 결정하고, 상기 결정된 구동 조건에 따라 와이퍼의 구동이 이루어지도록 제어한다(15단계).

한편, 상기 필터(245)는 상기 수신한 차이 주파수가 기설정된 필터링 영역 내에 존재하지 않으면, 상기 수신한 차이 주파수에 대응하는 출력 값을 출력하지 않으며, 이에 따라 상기 수신한 차이 주파수를 무시한다(16단계).

즉, 이물질에 의해서 상기 제 1 주파수와 제 2 주파수의 차이가 발생한 경우에는 상기 차이 주파수가 상기 필터링 영역 내에 존재하지 않게 되며, 이에 따라 레인 센서가 반응하지 않게 된다.

또한, 실시 예에 의하면, 카본 마이크로 코일의 인덕턴스의 미세한 변화로도 강우 여부 및 강우량의 측정이 가능하므로, 낮은 수준의 강우의 감지도 가능하고, 이물질을 회피하기 위한 반응 영역을 설정하여 이물질에 의해 와이퍼가 구동되는 상황을 사전에 방지할 수 있다.

10: 전면 유리
20: 센서부
21: 기판
22: 감지 전극
23: 반응층
24: 구동부
25: 보호층
25: 강우량 감지부
30: 메모리
40: 와이퍼
50: 모터
60: 와이퍼 구동부
70: 제어부

Claims

기판;
상기 기판 위에 배치된 제 1 감지 전극; 및
상기 기판 위에 배치되며, 상기 제 1 감지 전극과 일정 간격 이격된 제 2 감지 전극을 포함하고,
상기 제 1 감지 전극과 제 2 감지 전극 사이의 간격은,
상기 기판의 일 방향으로 갈수록 변화하는
레인 센서.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 감지 전극 및 제 2 감지 전극 중 적어도 하나는,
상기 기판 위에 상기 일 방향으로 연장되며 배치되고,
상기 일 방향으로 갈수록 폭이 점차 증가 또는 감소하는
레인 센서.
제 2항에 있어서,
상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극은,
상호 대칭되는 형상을 가지는
레인 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 감지 전극은,
상기 제 2 감지 전극의 표면과 마주보는 면이 곡면을 가지는
레인 센서.
제4항에 있어서,
상기 제 2 감지 전극은,
상기 제 1 감지 전극의 상기 곡면과 마주보는 면이 곡면을 가지는
레인 센서.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 감지 전극은,
상기 일 방향으로 연장되는 제 1 몸체와,
상기 제 1 몸체로부터 상기 제 2 감지 전극 방향으로 돌출 형성되며, 상호 일정 간격 이격된 제 1 분기 전극 및 제 2 분기 전극을 포함하고,
상기 제 2 감지 전극은,
상기 일 방향으로 연장되는 제 2 몸체와,
상기 제 2 몸체로부터 상기 제 1 감지 전극 방향으로 돌출 형성되며, 상호 일정 간격 이격된 제 3 분기 전극 및 제 4 분기 전극을 포함하며,
상기 제 3 분기 전극은 상기 제 1 분기 전극과 제 2 분기 전극 사이에 배치되고,
상기 제 4 분기 전극은 상기 제 2 분기 전극 아래에 배치되며,
상기 제 1 분기 전극과 제 3 분기 전극 사이의 제 1 간격, 상기 제 3 분기 전극과 제 2 분기 전극 사이의 제 2 간격, 상기 제 2 분기 전극과 제 4 분기 전극 사이의 제 3 간격은 모두 다른
레인 센서.
제 6항에 있어서,
상기 각 분기 전극 사이의 간격은 아래의 조건을 만족하는
레인 센서.
제 1 간격 < 제 2 간격 < 제 3 간격
제 1항에 있어서,
상기 기판 위에 배치되며, 상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극을 매립하는 반응층을 더 포함하고,
상기 반응층은,
강우 여부에 의해 발생하는 힘 및 유전 상수 중 적어도 어느 하나의 변화에 따른 임피던스 특성이 변화하고,
상기 제 1 및 2 감지 전극은,
상기 반응층의 임피던스 특성의 변화에 따른 감지 신호를 출력하는
레인 센서.
제 8항에 있어서,
상기 기판 아래에 배치되고, 상기 제 1 및 2 감지 전극과 연결되며, 상기 출력되는 감지 신호를 처리하는 구동부; 및
상기 기판, 상기 구동부 및 상기 반응층을 둘러싸며 배치되는 보호층을 더 포함하는
레인 센서.
제 8항에 있어서,
상기 반응층은,
탄소 미세 코일(Carbon Micro Coil) 물질을 포함하는
레인 센서.
전면 유리;
상기 전면 유리의 제 1 면에 부착되며, 상기 전면 유리의 제 2 면에 접촉하는 물체에 의해 임피던스 값이 변화하는 센서부; 및
상기 센서부를 통해 상기 임피던스 값의 변화량을 따른 감지 신호를 수신하고, 상기 수신한 감지 신호를 토대로 강우 여부를 판단하며, 상기 판단한 강우 여부에 따라 와이퍼를 구동시키는 제어부를 포함하며,
상기 센서부는,
기판과,
상기 기판 위에 배치된 제 1 감지 전극과,
상기 기판 위에 배치되며, 상기 제 1 감지 전극과 일정 간격 이격된 제 2 감지 전극과,
상기 기판 위에 배치되며, 상기 제 1 및 2 감지 전극을 매립하는 반응층과,
상기 기판 아래에 배치되며, 상기 제 1 및 2 감지 전극과 연결되는 구동부와,
상기 기판, 상기 반응층 및 상기 구동부를 둘러싸는 보호층을 포함하고,
상기 제 1 감지 전극과 제 2 감지 전극 사이의 간격은,
상기 기판의 일 방향으로 갈수록 변화하는
와이퍼 구동 장치.
제 11항에 있어서,
상기 제 1 감지 전극 및 제 2 감지 전극 중 적어도 하나는,
상기 기판 위에 상기 일 방향으로 연장되며 배치되고,
상기 일 방향으로 갈수록 폭이 점차 증가 또는 감소하는
와이퍼 구동 장치.
제 21항에 있어서,
상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극은,
상호 대칭되는 형상을 가지는
와이퍼 구동 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 감지 전극은,
상기 제 2 감지 전극의 표면과 마주보는 면이 곡면을 가지는
와이퍼 구동 장치.
제14항에 있어서,
상기 제 2 감지 전극은,
상기 제 1 감지 전극의 상기 곡면과 마주보는 면이 곡면을 가지는
와이퍼 구동 장치.
제 11항에 있어서,
상기 제 1 감지 전극은,
상기 일 방향으로 연장되는 제 1 몸체와,
상기 제 1 몸체로부터 상기 제 2 감지 전극 방향으로 돌출 형성되며, 상호 일정 간격 이격된 제 1 분기 전극 및 제 2 분기 전극을 포함하고,
상기 제 2 감지 전극은,
상기 일 방향으로 연장되는 제 2 몸체와,
상기 제 2 몸체로부터 상기 제 1 감지 전극 방향으로 돌출 형성되며, 상호 일정 간격 이격된 제 3 분기 전극 및 제 4 분기 전극을 포함하며,
상기 제 3 분기 전극은 상기 제 1 분기 전극과 제 2 분기 전극 사이에 배치되고,
상기 제 4 분기 전극은 상기 제 2 분기 전극 아래에 배치되며,
상기 제 1 분기 전극과 제 3 분기 전극 사이의 제 1 간격, 상기 제 3 분기 전극과 제 2 분기 전극 사이의 제 2 간격, 상기 제 2 분기 전극과 제 4 분기 전극 사이의 제 3 간격은 모두 다른
와이퍼 구동 장치.
제 11항에 있어서,
상기 반응층은,
탄소 미세 코일(Carbon Micro Coil) 물질을 포함하는
와이퍼 구동 장치.
제 11항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 센서부의 임피던스 값의 변화에 따른 제 1 주파수 및 기설정된 제 2 주파수의 차이 값에 대응하는 출력 값을 출력하는 강우량 감지부와,
상기 강우량 감지부를 통해 출력되는 출력 값을 이용하여 강우 여부 및 강우량을 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 와이퍼 구동 조건을 결정하는 결정부를 포함하며,
상기 제 1 주파수는,
상기 강우 여부 및 강우량에 따른 카본 마이크로 코일의 인덕턴스 값의 변화에 대응되어 변화하는
와이퍼 구동 장치.
제 18항에 있어서,
상기 강우량 감지부는,
상기 센서부의 임피던스 변화에 대응하는 발진 주파수를 가지는 상기 제 1 주파수를 출력하는 제 1 주파수 발생기와,
기설정된 기준 발진 주파수에 대응하는 상기 제 2 주파수를 출력하는 제 2 주파수 발생기와,
상기 제 1 주파수와 상기 제 2 주파수의 차이 값을 출력하는 차이 주파수 발생기와,
상기 차이 주파수 발생기를 통해 출력되는 차이 값을 기설정된 필터링 영역 내에서 필터링하는 필터를 포함하는
와이퍼 구동 장치.
제 19항에 있어서,
상기 필터의 필터링 영역은,
상기 강우의 발생에 따른 카본 마이크로 코일의 인덕턴스 값의 변화에 대한 제 1 임계 값을 기준으로 설정되며,
상기 결정부는,
상기 제 1 임계 값과 상기 강우를 제외한 다른 물질에 대한 상기 인덕턴스 값의 변화에 대한 제 2 임계 값을 기준으로 상기 차이 값을 발생시킨 물질을 각각 구분하는
와이퍼 구동 장치.