KR20190067466A - 차량용 먼지 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 산란 방식으로 미세먼지 등을 센싱하는 구성 중 수광 렌즈의 오염을 방지할 수 있도록 한 차량용 미세먼지 센서에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 수광 렌즈에 열 대류 발생이 가능한 전극 패턴을 형성하여 수광 렌즈의 표면에 강제 대류를 발생시킴으로써, 수광 렌즈의 표면에 먼지가 누적되는 오염을 방지할 수 있고, 렌즈 표면에 응축수가 발생하는 것을 억제시킬 수 있도록 한 열 대류 발생이 가능한 수광 렌즈를 포함하는 차량용 먼지 센서를 제공하고자 한 것이다.

Description

차량용 먼지 센서{DUST SENSOR FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 먼지 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광 산란 방식으로 미세먼지 등을 센싱하는 구성 중 수광 렌즈의 오염을 방지할 수 있도록 한 차량용 미세먼지 센서에 관한 것이다.

전 세계적으로 매년 교통사고로 사망하는 사람들의 수보다 2배 더 높은 300 만명 이상이 대기 오염에 의해 사망하고 있는 것으로 알려져 있으며, 이에 대기오염은 공중 보건에 중대한 영향을 미친다 할 것이다.

특히, 초미세먼지는 기관지 및 폐 관련 질환을 일으키는 주된 원인으로 밝혀지면서 실외에서는 전용 마스크를 사용하고, 실내에서도 공기청정기 등을 사용하는 등 다양한 미세먼지 차단 방법이 이용되고 있다.

최근에는 자동차의 실내로 유입되는 외부 공기 중 미세 먼지 등을 여과시키는 동시에 차량 실내공기의 오염도를 줄이기 위하여 고성능 필터로서 초미세먼지(PM2.5) 제거가 가능한 에어컨 필터가 적용되거나, HEPA 필터를 적용한 차량 실내 공기 정화 시스템이 적용되고 있다.

따라서, 상기 고성능 필터를 이용한 차량 실내 공기 정화 시스템의 효율적인 동작과 운전자에게 차량 실내 공기질에 대한 정보를 전달하기 위해 차량용 먼지 센서가 적용되고 있다.

상기 먼지 센서는 차량 내 미세먼지 농도를 실시간으로 측정하여 공조 시스템을 제어하고, 이를 통해 차량 실내에 좋은 공기 질이 유지된다는 것을 운전자에게 알려주는데 사용된다.

기존의 일반적인 먼지 센서는 센서 내부로 유입된 미세 먼지가 광 경로 내에서 발생한 산란 광을 수광소자로 측정하는 원리를 갖는 광 산란 방식을 채택하고 있으며, 가격이 싸고 구조가 단순하여 차량용 먼지 센서에 주로 적용되고 있다.

그러나, 기존의 먼지 센서는 산란광을 수집하는 수광렌즈의 오염 및 먼지 퇴적에 의해 센서 성능의 저하나 오작동이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 센서의 기구물과 측정 공기 사이의 온도차에 의하여 응축수가 발생하여 센서 출력 신호에 영향을 주는 문제점이 있다.

이에, 수광 렌즈의 오염에 대한 문제 해결을 위해 렌즈의 장착 위치 및 방향 변경과 같은 공기 역학적 방식을 개선하는 구조가 제안되고 있으나, 차량 실내 환경에서 공기 역학적 방식을 개선하는 것만으로는 수광 렌즈의 오염 및 응축수에 대한 문제를 해결하는데 한계가 있다.

대한민국 공개특허 공개번호 제10-2012-0106404호(2012.09.26) 대한민국 등록특허 등록번호 제10-0539310호(2005.12.21)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 수광 렌즈에 열 대류 발생이 가능한 전극 패턴을 형성하여 수광 렌즈의 표면에 강제 대류를 발생시킴으로써, 수광 렌즈의 표면에 먼지가 누적되는 오염을 방지할 수 있고, 렌즈 표면에 응축수가 발생하는 것을 억제시킬 수 있도록 한 열 대류 발생이 가능한 수광 렌즈를 포함하는 차량용 먼지 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: 먼지통과경로가 형성된 구조로 구비된 하우징; 상기 하우징의 내부에 배치되는 발광모듈 케이스; 상기 발광모듈 케이스에 장착되는 발광소자 및 빔스플리터; 상기 하우징의 내부에 배치되는 수광모듈 케이스; 및 상기 수광모듈 케이스의 상단부 및 하단부에 각각 장착되는 수광렌즈 및 제1수광소자; 를 포함하고, 상기 수광렌즈의 외주부에 열 대류를 발생시키는 전극패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 먼지 센서를 제공한다.

바람직하게는, 상기 전극패턴은 수광렌즈의 산란광 통과영역 외곽 쪽에 지그재그 배열로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 하우징은 한쪽에 먼지유입구가 형성되고, 다른 한 쪽에 먼저배출구가 형성되며, 먼지유입구과 먼지배출구 사이에는 먼지가 통과하는 먼지통과경로가 형성된 구조로 구비된 것임을 특징으로 한다.

상기 발광소자는 발광모듈 케이스의 내부에 고정 장착되고, 상기 빔스플리터는 발광모듈 케이스의 내벽에 장착되어 발광소자로부터의 빛 일부를 먼지통과경로로 투과시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 빔스플리터의 외주부에도 열 대류를 발생시키는 전극패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 발광모듈 케이스의 내부에는 빔 스플리터로부터 반사된 빛을 수광하여 발광소자의 오염도를 검출하기 위한 제2수광소자가 더 장착된 것을 특징으로 한다.

상기 수광모듈 케이스의 내부에서 수광렌즈와 수광소자 사이 위치에 적외선 필터가 장착된 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 먼저 센서의 구성 중 수광 렌즈에 열 대류를 발생시키는 전극패턴을 형성하여, 수광 렌즈 표면에 쌓이려던 미세 먼지 등이 열 대류에 의하여 유동되도록 함으로써, 수광 렌즈의 표면에 먼지 등이 쌓이는 것을 방지할 수 있고, 그에 따라 기존에 먼지 등이 수광 렌즈에 쌓여 오염되는 현상 및 오염으로 인하여 센싱 정확도가 떨어지는 점을 해결할 수 있다.

둘째, 수광 렌즈의 전극패턴에서 열 대류를 발생시킴으로써, 센서의 기구물과 측정 공기 사이의 온도차에 의하여 응축수가 수광 렌즈에 맺히는 현상을 방지할 수 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 차량용 먼지 센서의 외관을 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 차량용 먼지 센서를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 차량용 먼지 센서의 구성 중 수광 렌즈에 전극패턴이 형성된 예를 도시한 평면도,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 차량용 먼지 센서의 수광 렌즈에 열 대류가 발생하는 것을 도시한 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 차량용 먼지 센서의 외관을 나타내고, 도 4는 본 발명에 따른 먼지 센서의 내부를 보여주는 단면도이며, 각 도면에서 도면부호 10은 먼지 센서의 하우징을 지시한다.

상기 하우징(10)은 한쪽에 먼지유입구(11)가 형성되고, 다른 한 쪽에 먼저배출구(13)가 형성되며, 먼지유입구(11)과 먼지배출구(13) 사이의 내부에는 먼지가 통과하는 먼지통과경로(12)가 형성된 구조로 구비된다.

이에, 미세 먼지 등이 상기 하우징(10)의 먼지유입구(11)로부터 먼지통과경로(12)로 유입된 후 먼지배출구(13)를 통해 배출되는 바, 하우징(10)의 내부에 장착되는 발광소자 모듈 및 수광소자 모듈을 포함하는 센싱 수단에 먼지통과경로(12)를 통과하는 미세먼지 등의 농도를 센싱하게 된다.

이를 위해, 상기 하우징(10)의 내부에서 일측 벽면쪽에 발광모듈 케이스(20)가 고정 배치되고, 또한 하우징(10)의 내부에서 발광모듈 케이스(20)의 인접 위치에 수광모듈 케이스(30)가 고정 배치된다.

이때, 상기 발광모듈 케이스(20)에는 광원인 발광소자(21)와, 이 발광소자(21)로부터 조사된 빛의 일부를 투과시키는 동시에 나머지 일부를 반사시키는 빔스플리터(22)가 장착된다.

보다 상세하게는, 상기 발광소자(21)는 발광모듈 케이스(20)의 내부에 고정 장착되고, 상기 빔스플리터(22)는 발광소자(21)로부터 발광된 빛의 일부를 먼지통과경로(12)로 투과시키도록 발광모듈 케이스(20)의 안쪽 내벽에 장착된다.

또한, 상기 발광모듈 케이스(20)의 내부에는 빔스플리터(22)로부터 반사된 빛을 수광하여 발광소자(21)의 오염도를 검출하기 위한 제2수광소자(23)가 더 장착된다.

따라서, 상기 발광소자(21)로부터 발광된 빛이 빔스플리터(22)로 조사되면, 일부의 빛은 빔스플리터(22)를 투과하여 먼지 센싱을 위해 먼지통과경로(12)로 조사되고, 나머지 일부의 빛은 빔스플리터(22)로부터 제2수광소자(23)로 반사된다.

이때, 상기 제2수광소자(23)에서 수광되는 빛의 조도 등을 제어부에서 판단하여, 조도가 기준치 미만이면 발광소자(21)의 빛 발산부가 이물질로 오염된 상태이거나 발광소자 자체가 노후된 것으로 결정할 수 있다.

상기 수광모듈 케이스(30)는 하우징(10)의 내부에서 발광모듈 케이스(20)의 인접 위치에 장착되는 바, 이 수광모듈 케이스(30)에는 발광소자(21)로부터 빔스플리터(22)를 통해 투과된 후 미세먼지 등에 닿아 산란된 빛을 수광하기 위한 수단으로서, 수광렌즈(31)를 비롯하여 적외선 필터(32) 및 제1수광소자(33)가 장착된다.

보다 상세하게는, 상기 수광렌즈(31)는 수광모듈 케이스(30)의 상단부에 장착되고, 상기 제1수광소자(33)는 수광모듈 케이스(30)의 하단부에 장착되며, 상기 적외선 필터(32)는 수광모듈 케이스(30)의 내부에서 수광렌즈(31)와 제1수광소자(33) 사이에 장착된다.

특히, 상기 수광렌즈(31)는 하우징(10)의 먼지통과경로(12) 쪽으로 노출됨에 따라, 미세먼지 등이 쌓일 수 있고, 쌓인 미세먼지는 먼지 농도 센싱을 위한 산란광의 간섭 요인이 되어 먼지 농도 센싱 정확도를 떨어뜨리게 된다.

이에, 상기 수광렌즈(31)에는 먼지가 쌓이는 것을 방지하기 위하여 열 대류를 발생시키는 전극패턴(34)이 형성된다.

보다 상세하게는, 상기 전극패턴(34)은 수광렌즈(31)의 중앙영역인 산란광 통과영역을 벗어난 수광렌즈(31)의 외주 영역쪽에 지그재그 배열로 형성되며, 예를 들어 첨부한 도 5에서 보듯이 수광렌즈(31)의 외주부에서 원주방향을 따라 형성되되 시계방향 및 반시계방향으로 반복하여 지그재그 배열로 형성되거나, 수광렌즈(31)의 외주부에서 원주방향을 따라 요철 형상의 궤적을 이루는 지그재그 배열로 형성된다.

한편, 상기 적외선 필터(32)는 가시광과 자외선을 차단시켜 먼지 센서가 오작동하는 것을 방지하는 역할을 한다.

여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 먼지 센서에 대한 센싱 동작을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 먼지 센서(10)가 차량 내부 또는 외부, 바람직하게는 공조장치의 공기 유입측 위치에 설치된 상태에서 먼지를 포함하는 공기가 상기 하우징(10)이 먼지유입구(11)를 통해 먼지통과경로(12)로 유입된 후 먼지배출구(13)를 통해 배출된다.

이러한 상태에서 첨부한 도 4에서 보듯이, 상기 발광소자(21)로부터 발광된 빛이 빔스플리터(22)로 조사되고, 조사된 빛의 일부가 빔스플리터(22)를 투과하여 먼지 센싱을 위해 먼지통과경로(12)로 조사된다.

연이어, 상기 먼지통과경로(12)로 조사된 빛이 먼지통과경로(12)에 부유된 미세먼지 등에 닿아 산란되고, 이때의 산란광은 수광렌즈(31)를 통해 집광된 후 제1수광소자(33)에서 수광된다.

이때, 상기 제1수광소자(33)에 수광되는 산란광을 기반으로 제어부에서 공기 중에 함유된 먼지 농도(량)를 판단하게 된다.

예를 들어, 상기 먼지통과경로(12)를 흐르는 공기 중에 먼지 함유량이 많으면 산란광이 많이 발생하여 제1수광소자(33)의 광전류량이 커지고, 반면 공기 중에 먼지 함유량이 적으면 산란광이 적게 발생하여 제1수광소자(33)의 광전류량이 작아지게 된다.

따라서, 상기 제1수광소자(33)의 광전류량은 먼지 농도를 나타내는 상대적인 척도가 되고, 이를 이용하여 제어부에서 공기 중의 먼지 농도를 판정하여 디스플레이 등에 수치화시켜 표시하게 된다.

한편, 위와 같이 수광렌즈(31)에서 산란광을 집광할 때 수광렌즈(31)의 표면에 미세 먼지 등이 쌓이면 산란광의 집광을 위한 간섭 요인이 되어 먼지 농도 센싱 정확도를 떨어뜨리게 된다.

이를 방지하고자, 첨부한 도 6 및 도 7에서 보듯이 상기 수광렌즈(31)의 외주부에 형성된 전극패턴(34)에 전기신호를 인가하면, 수광렌즈(31)의 주변에 열 대류가 발생하게 되고, 이와 동시에 수광렌즈(31)의 표면에 인접한 먼지가 열 대류로 인하여 강제 유동하게 된다.

따라서, 상기 수광 렌즈(31)의 표면 주위의 먼지가 강제 대류됨에 따라, 수광 렌즈의 표면에 먼지가 누적되는 오염을 용이하게 방지할 수 있고, 수광렌즈의 산란광 집광이 원활하게 이루어져 먼지 농도 센싱 정확도를 유지시킬 수 있다.

또한, 센서의 기구물과 측정 공기 사이의 온도차에 의하여 응축수가 수광 렌즈(31)의 표면에 맺히는 현상이 발생할 수 있지만, 상기 수광 렌즈(31)의 전극패턴에서 열 대류를 발생시킴으로써, 수광 렌즈(31)의 표면에 응축수(습기)가 발생되는 것을 차단할 수 있고, 습기가 수광 렌즈의 표면에 생기더라도 열 대류에 의하여 일정 시간 후에 증발 제거될 수 있으므로, 결국 수광 렌즈의 산란광 집광 성능을 유지시킬 수 있다.

한편, 상기 빔스플리터(22)도 먼지통과경로(12)쪽을 향하여 노출되어 먼지 등이 쌓일 수 있으므로, 상기 수광 렌즈(31)에 적용된 전극패턴(34)을 빔 스플리터(22)의 외주 영역에 동일하게 적용하면, 빔스플리터의 표면에 먼지가 누적되는 오염을 용이하게 방지할 수 있다.

10 : 하우징
11 : 먼지유입구
12 : 먼지통과경로
13 : 먼지배출구
20 : 발광모듈 케이스
21 : 발광소자
22 : 빔스플리터
23 : 제2수광소자
30 : 수광모듈 케이스
31 : 수광렌즈
32 : 적외선 필터
33 : 제1수광소자
34 : 전극패턴

Claims (7)

1. 먼지통과경로가 형성된 구조로 구비된 하우징;
   상기 하우징의 내부에 배치되는 발광모듈 케이스;
   상기 발광모듈 케이스에 장착되는 발광소자 및 빔스플리터;
   상기 하우징의 내부에 배치되는 수광모듈 케이스;
   상기 수광모듈 케이스의 상단부 및 하단부에 각각 장착되는 수광렌즈 및 제1수광소자; 를 포함하고,
   상기 수광렌즈의 외주부에 열 대류를 발생시키는 전극패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 먼지 센서.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전극패턴은 수광렌즈의 산란광 통과영역 외곽 쪽에 지그재그 배열로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 먼지 센서.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 하우징은 한쪽에 먼지유입구가 형성되고, 다른 한 쪽에 먼저배출구가 형성되며, 먼지유입구과 먼지배출구 사이에는 먼지가 통과하는 먼지통과경로가 형성된 구조로 구비된 것임을 특징으로 하는 차량용 먼지 센서.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 발광소자는 발광모듈 케이스의 내부에 고정 장착되고, 상기 빔스플리터는 발광모듈 케이스의 내벽에 장착되어 발광소자로부터의 빛 일부를 먼지통과경로로 투과시키는 것을 특징으로 하는 차량용 먼지 센서.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 빔스플리터의 외주부에도 열 대류를 발생시키는 전극패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 먼지 센서.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 발광모듈 케이스의 내부에는 빔 스플리터로부터 반사된 빛을 수광하여 발광소자의 오염도를 검출하기 위한 제2수광소자가 더 장착된 것을 특징으로 하는 차량용 먼지 센서.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 수광모듈 케이스의 내부에서 수광렌즈와 수광소자 사이 위치에 적외선 필터가 장착된 것을 특징으로 하는 차량용 먼지 센서.

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