WO2009131316A2 - 빗방울 감지센서 - Google Patents

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    • G01N2201/062—LED's
    • G01N2201/0625—Modulated LED

Definitions

  • the present invention relates to a raindrop detection sensor to recognize the amount of raindrops by receiving the amount of light reflected from the raindrops in the direction of the light source when the raindrops sensor is attached to the windshield of the vehicle attached to the windshield attached to the sensor.
  • the present invention relates to a raindrop detection sensor that is not affected by the ambient light other than the optical signal reflected from the raindrops to increase the detection efficiency of the degree of rainfall.
  • the raindrop detection sensor injects the signal light into the windshield of the car, and when raindrops fall on the windshield, the waveguided light exits through the inside of the window to the outside, and the amount of light reaching the light receiving element installed on the opposite side is reduced to determine the degree of raindrop fall. If the raindrops fall on the glass window by inclining the signal light at an angle, the reflectance changes, and the amount of light reaching the light-receiving elements installed on the opposite side is changed to determine the degree of raindrop falling.
  • the raindrops fell on the glass window by inclining the signal light at an angle, the reflectance changes, and the amount of light reaching the light-receiving elements installed on the opposite side is changed to determine the degree of raindrop falling.
  • the first of these methods requires the optical coupler to be in close contact with the windshield of the car and to maintain the correct angle of incidence when the signal light used as the sensor is incident to be guided into the inside of the windshield of the car, making the optical system complicated and difficult to install. There was a downside.
  • the second method since the light receiving device is installed on the opposite side of the light source used as the sensor, not only the reflection by raindrops but also the reflected light reflected from the front windshield surface of the vehicle is incident on the light receiving device, which lowers the signal-to-noise ratio.
  • the light source and the light receiving element pairs used as sensors are arranged in a row, a large number of light source and light receiving element pairs are needed to detect raindrops falling on a large area, which has a disadvantage in that the detection area per light source and light receiving element pairs is narrow.
  • the raindrop detection method using the waveguide inside the front windshield of the vehicle according to the prior art has a disadvantage in that the optical system is complicated and difficult to install, and the method of measuring the reflected light due to the raindrop by placing the light source and the light receiving device on the opposite side is a surface of the glass window.
  • the signal-to-noise ratio was degraded due to the reflection at, and the reflection type arrangement in which the light source and the light receiving element were arranged in a row had a narrow raindrop detection area.
  • the windshield is installed on the windshield of the vehicle to overcome the clock obstacle caused by rain in the rain, the wiper is intermittent speed control of the wiper according to the degree of falling rain.
  • the speed control system of the wiper is adjusted in only a few steps, the driver cannot move the wiper at a desired speed according to the amount of rainwater.
  • the first of these methods requires the optical coupler to be in close contact with the windshield of the car and to maintain the correct angle of incidence when the signal light used as the sensor is incident to be guided into the inside of the windshield of the car, making the optical system complicated and difficult to install. There was a downside.
  • the second method since the light receiving device is installed on the opposite side of the light source used as the sensor, not only the reflection by raindrops but also the reflected light reflected from the surface of the front windshield of the vehicle is incident on the light receiving device, which lowers the signal-to-noise ratio.
  • the light source and the light receiving element pairs used as sensors are arranged in a row, a large number of light source and light receiving element pairs are needed to detect raindrops falling on a large area, which has a disadvantage in that the detection area per light source and light receiving element pairs is narrow.
  • the product developed to improve the above disadvantages still has a large amount of reflection from the glass window of the vehicle body as well as the optical signal reflected from the raindrops, the signal-to-band ratio is lowered, the performance of raindrop detection efficiency is not as expected. .
  • the optical signal obtained by the reciprocation of the wiper is also received, which is affected by the headlights of the vehicle on the opposite side, so that the efficiency is not better.
  • the optical signal obtained by the reciprocation of the wiper is also received, which is affected by the headlights of the vehicle on the opposite side, so that the efficiency is not better.
  • the optical signal obtained by the reciprocation of the wiper is also received, which is affected by the headlights of the vehicle on the opposite side, so that the efficiency is not better.
  • the optical signal obtained by the reciprocation of the wiper is also received, which is affected by the headlights of the vehicle on the opposite side, so that the efficiency is not better.
  • the present invention was developed to solve the above problems, the purpose of which is to detect raindrops over a larger area efficiently using a small number of light sources and light-receiving elements in a reflective raindrop detection method, at the same time It is simple to install and minimizes the influence of ambient light by using modulated signal light without being affected by the reflected light reflected from the windshield surface of the car, and implements effective raindrop detection method in terms of raindrop detection area.
  • an object of the present invention is to simplify the optical system, easy installation, light source for transmitting light to the glass window and the light receiving element for collecting light reflected from the raindrops on the surface of the glass window It is designed to prevent the signal-to-noise ratio from being lowered by being affected by the reflected light reflected from the front windshield surface of the vehicle instead of the reflection by raindrops, and not receiving the optical signal due to the round trip of the wiper. Therefore, to prevent the case of being affected by the headlights of the other vehicle at the moment of the wiper operation, to provide a raindrop detection sensor of a new structure that can significantly improve the operation reliability and the like.
  • the configuration of the present invention for achieving the above object in the raindrop detection device for detecting rainwater falling in rainy weather, the light source 5 for transmitting the signal light according to the signal generated by the transmitter 11, and the unit On one side of the light-receiving element 6 and the raindrop detection sensor case 1, which are arranged and received by being surrounded by four light sources 5 in a direction in which the light irradiated from the light source 5 is reflected by water droplets and returned to the water droplets in the detection zone.
  • the light emitted from the light source 5 is arranged in a grid shape to the left and right or up and down of the unit detection area composed of the light receiving elements 6 which are arranged and received by being surrounded by four light sources 5 in a return direction reflected by water droplets.
  • the light source 5 and one light receiving element 6 are further arranged to extend the detection zone,
  • the light source 5 is disposed in the form of a grid with the light receiving element 6, characterized in that the infrared LED,
  • the raindrop detection sensor case 1 is characterized in that the black and diffuse reflection processing to absorb light,
  • the transmitter 11 is characterized by consisting of an oscillator 13 for oscillating a square wave in the range of 10kHz ⁇ 100kHz and a modulator 14 for optically modulating the infrared LED light source 5 in accordance with the oscillation signal,
  • the receiver 9 comprises an amplifier 15 for amplifying an electrical signal photoelectrically converted by the light receiving element 6 and a band pass filter 16 for filtering only frequency components equal to the oscillation frequency of the oscillator 13.
  • the infrared filter mounted on the front surface of the light receiving element 6 is characterized in that the external light in the visible light band other than the signal light is received.
  • the receiver 9 transmits information to the microcomputer 10 according to the magnitude of the signal light, and the microcomputer 10 determines an operating frequency of a suitable vehicle windshield brush according to a previously input look-up table and detects raindrops. It is composed of a lattice arrangement type raindrop detection device to reduce the ambient light effect, characterized in that to output a signal (12).
  • a method of attaching the detection plate attached to the light source and the light receiving element in a grid shape at an angle to the front glass window is used.
  • the signal light modulated by the specific frequency emitted from the light source is reflected by the raindrops and is incident on the light-receiving element located in the grating.
  • the received optical signal is converted into an electrical signal and only the specific frequency component used to modulate the effect of ambient light This reconstructed signal was generated in comparison with the pre-input table input from the microcomputer to generate the window brush operation signal corresponding to the received signal.
  • the raindrop detection sensor for detecting rainwater falling in the rain, the light source 5 for irradiating light to transmit the light to the window 2 of the vehicle, and the light source 5
  • a light receiving element 6 for sensing and photoelectrically converting an optical signal when light irradiated from the raindrops falling on the glass window 2 is received, and receiving a photoelectrically converted signal of the light receiving element 6 to obtain a degree of rainfall.
  • a receiver 9 for determining the light source 5, and the light source 5 and the light receiving element 6 are disposed to be inclined with respect to the surface of the glass window 2 and reflected directly from the glass window 2.
  • Rain light is characterized in that the light is emitted to the outside of the light receiving element 6 and the light receiving element 6 receives the light reflected from the raindrops 8 on the glass window 2 to operate the wiper of the vehicle.
  • a sensor is provided.
  • the light source 5 and the light receiving element 6 are mounted on a substrate 4, and the substrate 4 is disposed to be inclined with respect to the surface of the glass window 2 so that the light source 5 and the light receiving element ( 6) is inclined to the surface of the glass window (2),
  • the light receiving element 6 is mounted on the center portion of the substrate 4, the light source 5 is mounted on the substrate 4 so as to be located at the outer portion of the light receiving element 6,
  • the case 1 is installed in the glass window 2 of the vehicle to which the light of the light source 5 is irradiated so as to face the opening 3 on the front side, and the light source 5 and the light receiving unit are installed inside the case 1.
  • the substrate 4 on which the element 6 is mounted is embedded, and the substrate 4 on which the light source 5 and the light receiving element 6 are mounted is inclined with respect to the glass window 2.
  • the light source 5 is composed of an infrared LED, the light receiving element 6 is characterized in that the infrared sensor.
  • the plurality of light sources 5 are arranged in a lattice shape in the front and rear and left and right directions of the light receiving element 6,
  • Two light sources 5 and one light receiving element 6 are respectively arranged in a lattice form on the left and right or up and down sides of a unit sensing area in which a plurality of light sources 5 are arranged in a lattice shape in front, rear, left and right directions of the light receiving element 6, respectively. It is further arranged to extend the detection zone.
  • the raindrop detection method of the present invention is a detection method using a window of an automobile as an optical waveguide, a method of arranging the light source for transmitting the signal light and the receiving light receiving element to face, or the light source and the receiving light receiving element in the same direction in a line Unlike the arrangement in which the light source transmitting the signal light is arranged in a structure surrounding the light receiving element receiving the light, raindrops falling on the surface of the car window can be detected over a larger area, thereby increasing the probability of detecting raindrops. There is a suitable effect to reduce the probability that the sensor will malfunction.
  • the optical system is simplified and easy to install, and a light source for transmitting light to the glass window and a light receiving element for collecting light reflected from raindrops are inclined with respect to the surface of the glass window so that the front surface of the vehicle is not reflected by raindrops. Minimizes the case where signal-to-rack ratio decreases due to the influence of the reflected light reflected from the glass window surface, and it is designed not to receive the optical signal by the reciprocation of the wiper, so that the headlights of the other vehicle are affected at the moment of wiper operation.
  • a raindrop sensor having a new structure can be provided, which can significantly improve operation reliability and the like.
  • the present invention also provides a sensing method using a window of an automobile as an optical waveguide, a method of arranging a light source transmitting signal light and a receiving light receiving element to face each other, or arranging the light source and receiving light receiving elements in the same direction in a row.
  • a sensing method using a window of an automobile as an optical waveguide a method of arranging a light source transmitting signal light and a receiving light receiving element to face each other, or arranging the light source and receiving light receiving elements in the same direction in a row.
  • the light source transmitting the signal light surrounds the light receiving element, the raindrops falling on the surface of the vehicle window can be detected over a larger area, thereby increasing the probability of raindrop detection. This has the effect of reducing the probability of the sensor malfunctioning.
  • 1 is a view conceptually showing a state in which the raindrop sensor of the present invention is installed on the window of the vehicle
  • FIG. 2 is a view conceptually showing a process in which light of a light source, which is a main part of the present invention, is reflected from a surface of a glass window
  • FIG. 3 is a view conceptually illustrating a process in which light of a light source, which is a main part of the present invention, is reflected by raindrops and is received by a light receiving element;
  • FIG. 4 conceptually shows a first embodiment of an arrangement state of a light source and a light receiving element, which are main parts of the present invention
  • FIG. 5 conceptually shows a second embodiment of an arrangement state of a light source and a light receiving element, which are main parts of the present invention
  • FIG. 6 is a graph showing a pulse signal state of a light source, which is a main part of the present invention.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram of a signal detection conceptual diagram and ambient light influence reduction method of the raindrop detection sensor of the present invention
  • a raindrop detection device for detecting rainwater falling in rainy weather comprising: a light source (5) for transmitting signal light according to a signal generated by the transmitter (11), and the light irradiated from the light source (5) in a unit detection zone is reflected on water droplets
  • the light-receiving element 6 arranged and surrounded by four light sources 5 in a returning direction, an infrared filter mounted at an opening formed at one side of the raindrop sensor case, and reflection from the surface of the front windshield 2 of the vehicle.
  • the receiver detects the amount of raindrops on the surface of the glass window by removing only the modulation frequency components included in the signal light while eliminating the noise component due to the noise.
  • a raindrop detection device characterized in that consisting of.
  • the light source (5) for irradiating the light to transmit the light through the window (2) of the vehicle, and the light source (5) Receiver for sensing the optical signal when the light is reflected from the raindrops falling on the glass window (2) and photoelectric conversion, and a receiver for receiving the photoelectric conversion signal of the light receiving element (6) to determine the degree of rainfall
  • the light source 5 and the light receiving element 6 are inclined with respect to the surface of the glass window 2 so that the light of the light source 5 reflected directly from the glass window 2 is received.
  • the light-receiving element 6 receives light reflected from the raindrop 8 on the outside of the element 6 and reflected on the glass window 2 to operate the vehicle wiper, and the light source 5 and the light-receiving element ( 6) is mounted on the substrate 4, the substrate 4 on the surface of the glass window (2) It is arranged to be inclined, the light source 5 and the light-receiving element 6 is detected raindrops, characterized in that disposed on the inclined surface of the windshield (2) sensor.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a raindrop detection sensor to which the present invention is applied and a method of attaching a detection plate attached to a front glass window obliquely to a front glass window at a light source and a light receiving element on the front glass window surface
  • FIG. 2 is an ambient light in the sensor.
  • reference numeral 1 denotes a raindrop detection sensor enclosure according to the present invention
  • reference numeral 2 denotes a front windshield of an automobile
  • reference numeral 4 denotes a grating plate for arranging and attaching a light source and a light receiving element in a grid shape.
  • Reference numeral 5 denotes an LED used as a light source
  • reference numeral 6 denotes a light receiving element for converting a received optical signal into an electrical signal
  • reference numeral 7 denotes a bracket for fixing a grid plate
  • reference numeral 8 denotes a glass window surface. Represents raindrops dropped on.
  • the infrared signal light output from the LED 5 used as the light source in the above configuration passes through the infrared filter and the front windshield 2 of the vehicle, and is partially reflected from the raindrops 8 attached to the surface of the windshield.
  • After passing through the infrared filter (3) and the infrared filter (3) is photoelectric conversion in the light receiving element (6) located in the same direction as the LED (5).
  • the photoelectrically converted electrical signal is restored to a signal at the receiver and then compared with a control table previously input to the microcomputer to generate a window brush operating signal corresponding to the received signal.
  • the four LEDs 5 used as the light sources surround one light receiving element 6 in one unit detection area, four light paths may be included as one light receiving element 6, so It is economical.
  • the addition of two LEDs (5) and one light-receiving element (6) in the adjacent sensing zone has the effect of using four LEDs (5) as in the first sensing zone, thus increasing the sensing area and reducing the number of parts.
  • reference numeral 9 denotes a receiver
  • reference numeral 10 denotes a microcomputer
  • reference numeral 11 denotes a transmitter
  • reference numeral 12 denotes a raindrop detection signal for operating a window brush
  • reference numeral 13 Denotes an oscillator for generating an oscillation frequency for modulating the light source
  • reference numeral 14 denotes a modulator
  • reference numeral 15 denotes an amplifier for amplifying a photoelectrically converted signal in the light receiving element
  • reference numeral 16 denotes a signal included in the amplifier output.
  • the bandpass filter extracts only the frequency components such as the modulation frequency used in the transmitter initially.
  • the oscillator 13 oscillates a sine wave in the range of 10 kHz to 100 kHz, and the modulator 14 light modulates the LED 5 according to the oscillation signal.
  • the generated signal light is reflected by the raindrops 8 falling on the front windshield 2 of the vehicle and passed through the infrared light passing filter 3 attached to the front windshield of the vehicle, and then received by the light receiving element 6.
  • the infrared filter 3 has an effect of suppressing the reception of external light in the visible light band other than the signal light.
  • the electrical signal photoelectrically converted by the light receiving element is amplified by the amplifier 15 and then, in the band pass filter 16, filters out only frequency components equal to the oscillation frequency of the oscillator 13 at first.
  • the size of the signal light generated in this way is to determine the operation frequency of the suitable vehicle windshield brush according to a look-up table input in advance from the microcomputer and to output it.
  • FIG. 3 is a view conceptually showing a state in which the raindrop sensor of the present invention is installed on the windshield of the vehicle
  • FIG. 4 is a view conceptually showing a process in which light of a light source, which is a main part of the present invention, is reflected from the surface of the windshield
  • FIG. Conceptually showing a process in which light of a light source, which is a main part of the invention, is reflected by raindrops and received by a light receiving element
  • FIG. 6 conceptually shows a first embodiment of an arrangement of a light source and a light receiving element, which is a main part of the present invention
  • 7 is a conceptual view illustrating a second embodiment of an arrangement state of a light source and a light receiving element, which are main parts of the present invention
  • FIG. 8 is a graph showing a pulse signal state of a light source that is a main part of the present invention
  • FIG. 9 is a raindrop of the present invention. This is a conceptual diagram of the signal detection concept of the sensor and the method of reducing the influence of ambient light.
  • the substrate 4 on which the light source 5 and the light receiving element 6 are mounted is embedded in the case 1 attached to the glass window, and the light source 5 and the light receiving element are embedded therein.
  • substrate 4 which mounted 6 has the structure arrange
  • the case 1 is formed in a substantially rectangular enclosure having an opening 3 formed on a surface facing the automotive window 2, and a double-sided tape 20 is provided on an outer surface of the opening 3. It is attached to the surface of the windshield 2 of the automobile by the 20.
  • the case 1 is provided with a substrate 4 on which the light source 5 and the light receiving element 6 are mounted.
  • the substrate 4 is arranged in an inclined form with respect to the opening 3 of the case 1 by a support 7 (shown in FIG. 5), such as a bracket, so that the light source 5 and the light receiving element ( 6) is installed inclined with respect to the surface of the automobile windshield 2.
  • the angle at which the substrate 4 is inclined with respect to the surface of the window 2 is an acute angle range not exceeding 90 °.
  • an infrared LED is used as the light source 5
  • the light receiving element 6 is used as an infrared sensor, which will be described later.
  • the infrared signal light output from the infrared LED used as the light source (5) in rainy weather passes through the front windshield (2) of the vehicle through the opening (3) of the case (1) to the surface of the glass window (2) Partial reflection from the raindrops 8 is passed through the front windshield 2 of the vehicle, and then photoelectrically converted by the light emitting element 6 adjacent to the infrared LED which is the light source 5.
  • the wiper operation signal for the windshield 2 corresponding to the received signal is generated in comparison with the control table previously input to the microcomputer 10.
  • the size of the signal light generated as described above determines the operation frequency of the windshield wiper 2 suitable for the vehicle window 2 according to a look-up table previously input from the microcomputer 10.
  • the substrate 4 on which the light receiving element 6 and the light source 5 are mounted is disposed to be inclined with respect to the surface of the glass window 2, so that the light emitted from the light source 5 is incident on the automobile glass window 2.
  • the light reflected from the surface is not received by the light-receiving element 6, but the light exits to the outside, the light incident on the glass window 2 is refracted at a certain angle due to the difference in density, and the refracted light is outside the glass window 2 While extinguished in the plane, the light transmitted through the inside of the glass window 2 passes through the raindrops 8 and is refracted at a predetermined angle so that the light is diffusely reflected on the outer surface of the raindrops 8, and in the light receiving element 6, the raindrops 8 Since it minimizes the influence of light reflected from the surface of the glass window 2 while receiving only light that is diffusely reflected from the surface, it is affected by the reflected light reflected from the surface of the windshield 2 of the vehicle rather than by the raindrop 8.
  • the present invention minimizes the amount of light reflected directly from the surface of the glass window 2 and receives only the light that is diffusely reflected from the raindrops 8, thus improving the sensing performance of the raindrops 8.
  • the present invention minimizes the influence of the light reflected from the surface of the glass window 2 by arranging the substrate 4 on which the light source 5 and the sensor, which are the light receiving elements 6, are mounted inclined with respect to the surface of the glass window 2.
  • it is the invention that has the greatest feature in that it can increase the rain sensing efficiency by receiving only the optical signal reflected from the raindrop (8) itself.
  • the light irradiated from the light source 5 is irradiated in a form of being gradually diffused, and the surface of the light source 5 facing the light receiving element 6 side is irradiated.
  • the angle a of the irradiated light is adjusted to the light irradiation angle in the acute angle range (ie, the angle range of 90 degrees or less) with respect to the glass window 2.
  • the light reflected directly from the glass window 2 falls outside the light receiving range of the light receiving element 6 and is reflected by the glass window 2 to minimize the amount of light received by the light receiving element 6, while in the raindrop 8 Since only the amount of reflected light is received by the light receiving element 6, only the diffuse reflection signal from the raindrop 8 can be detected.
  • the case 1 is provided with a double-sided tape 20 on the surface on which the opening 3 is formed, and the substrate 4 on which the light receiving element 6 and the light source 5 are mounted by the double-sided tape 20.
  • the built-in case 1 can be quickly and easily attached to and detached from the glass window 2 surface.
  • the present invention has a configuration in which a plurality of light sources 5 are arranged in a lattice shape in the front-rear and left-right directions of the light receiving element 6 as shown in FIG. Specifically, a plurality of light sources 5 are arranged in a lattice shape in the front, rear, left and right directions of the light receiving element 6.
  • the raindrop 8 detection area can be made wider while economical.
  • two additional light sources 5 and one light receiving element 6 are respectively disposed in the one unit detection zone (that is, the detection zone in which one light receiving element 6 and four light sources 5 are arranged). Since the detection zone can be expanded, the addition of two LEDs (5) and one light receiving element (6) in the adjacent detection zone has the effect of using four LEDs (5) as in the first detection zone. Raindrops (8) detection area has an advantage that can reduce the number of parts while wider.
  • the present invention is also characterized in that the light source 5 is composed of an infrared LED, and the light receiving element 6 is also composed of an infrared sensor. That is, infrared rays are invisible light having a longer wavelength than visible light, and the infrared LED as the light source 5 emits several tens of times stronger infrared rays than external light, and the infrared sensor as the light receiving element 6 receives only invisible light. In the rainy weather at night, the headlights of the other vehicle by the wiper operation are not received, but only the invisible light emitted from the infrared LED and reflected from the raindrops, thus effectively operating without being affected by external light.
  • the infrared LED does not use visible light and the infrared sensor which is the light receiving element 6 does not receive the visible light, the optical signal of the other vehicle caused by the reciprocation of the wiper is excluded, thus preventing the malfunction in advance. It is.
  • the inside of the case 1 has a structure in which black and diffuse reflection are treated to absorb light, and the glass window (black and diffuse reflection which absorbs light in the interior of the light-receiving element 6 is absorbed). 2) Since most of the light reflected from the surface is extinguished, the influence by the light reflected from parts other than the raindrops 8 can be more surely reduced.
  • the infrared LED which is the light source 5 is designed to give an optical signal as a pulse signal, and is designed to give a pulsed optical signal having a power of several hundred mA instantaneously, and the light receiving element 6 Is designed to give a time delay so that it does not respond to a short optical signal, it can be expected to increase the detection efficiency.
  • the time delay is provided so that it does not react to the short optical signal generated when the wiper is operating, and thus the sensing efficiency can be more surely increased.
  • Figure 7 shows a conceptual diagram of the ambient light effect reduction method by the raindrop detection sensor of the present invention
  • the light source 5 transmits the signal light according to the signal generated by the transmitter 11
  • the transmitter in the present invention 11 includes an oscillator 13 for oscillating a square wave in the range of 10 kHz to 100 kHz and a modulator 14 for optically modulating the infrared LED light source 5 in accordance with an oscillation signal, and the receiver 9 in the light receiving element 6
  • An amplifier 15 for amplifying the photoelectrically converted electric signal, and a band pass filter 16 for filtering only frequency components equal to the oscillation frequency of the oscillator 13.
  • the oscillator 13 oscillates a sine wave in the range of 10 kHz to 100 kHz, and the modulator 14 optically modulates the LED 5 according to the oscillation signal.
  • the generated signal light is reflected by the raindrops 8 falling on the front windshield 2 of the vehicle and received by the light receiving element 6.
  • the electrical signal photoelectrically converted by the light receiving element is amplified by the amplifier 15 and then, in the band pass filter 16, filters out only frequency components equal to the oscillation frequency of the oscillator 13 at first.
  • the size of the generated signal light determines the operation frequency of the suitable windshield wiper according to the look-up table input in advance from the microcomputer 10 and outputs it to operate the wiper in response to rainfall. will be.
  • the present invention is simplified and easy to install the optical system, by installing a light source that transmits light to the glass window and a light receiving element that collects the light reflected from raindrops inclined with respect to the glass window surface, the front window surface of the vehicle rather than reflection by raindrops Minimizes the case where signal-to-stage ratio is lowered due to the reflected light reflected from, and it is designed not to receive the optical signal due to the reciprocation of the wiper, and is affected by the headlights of the other vehicle at the moment of wiper operation. Since it can prevent, it can be used as a raindrop sensor that can significantly improve the operation reliability and the like.

Abstract

본 발명은 빗방울 감지센서를 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로, 본 발명의 구성은 우천시에 내리는 빗물을 감지하는 빗방울 감지센서에 있어서, 차량의 유리창(2)에 빛을 투과시키도록 광을 조사하는 광원(5)과, 상기 광원(5)에서 조사된 빛이 상기 유리창(2)에 떨어진 빗방울로부터 반사될 때의 광신호를 센싱하여 광전 변환하는 수광소자(6)와, 상기 수광소자(6)의 광전 변환된 신호를 수신하여 강우 정도를 판단하는 수신기(9)를 포함하여 구성되며, 상기 광원(5)과 상기 수광소자(6)는 상기 유리창(2) 표면에 대해 경사지게 배치되어 상기 유리창(2)에서 직접 반사된 광원(5)의 빛은 수광소자(6)의 외측으로 빠지고 상기 유리창(2)에 묻은 빗방울(8)에서 반사된 빛을 상기 수광소자(6)가 수신하여 차량의 와이퍼를 작동시키도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

빗방울 감지센서
본 발명은 빗방울 감지센서를 자동차의 전면 유리창에 부착하여 빗방울이 센서가 부착된 유리창에 떨어질 때 빗방울에서 광원 방향으로 반사되는 광량을 수신하여 빗방울 량을 인식하는 빗방울 감지센서에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 빗방울에서 반사되는 광신호 이외의 주변 광의 영향을 받지 않아 강우 정도의 감지 효율성 등을 높인 빗방울 감지센서에 관한 것이다.
지금까지의 빗방울 감지센서는 자동차의 전면 유리창에 신호 광을 주입하여 유리창에 빗방울이 떨어지면 유리창 내부를 따라 도파되던 광이 외부로 빠져나가 반대쪽에 설치된 수광소자에 도달하는 광량이 줄어들어 빗방울 낙하 정도를 판별하는 방식이나, 신호 광을 유리창에 비스듬히 입사시켜 유리창에 빗방울이 떨어지면 반사율에 변화가 일어나 반대쪽에 설치된 수광소자에 도달하는 광량이 변화되어 빗방울 낙하 정도를 판별하는 방식이나, 일렬로 배열된 빗방울 감지센서를 자동차의 전면 유리창에 부착하여 빗방울이 센서가 부착된 유리창에 떨어질 때 빗방울에서 광원 방향으로 반사되는 광량을 수신하여 빗방울 량을 인식하는 방식을 사용하였다. 이러한 방식 중 첫 번째 방식은 센서로 사용되는 신호 광을 자동차의 전면 유리창 내부로 도파되도록 입사시킬 때 광결합기를 자동차 전면 유리창과 완전히 밀착시키고 정확한 입사각을 유지시킬 필요가 있어서 광학계가 복잡해지고 설치가 어려운 단점이 있었다. 두 번째 방식은 센서로 사용되는 광원의 반대쪽에 수광소자를 설치하므로 빗방울에 의한 반사뿐만 아니라 자동차의 전면 유리창 표면에서 반사되는 반사광도 수광소자에 입사되어 신호대 잡음비가 저하되는 단점이 있었다, 세 번째 방식은 센서로 사용되는 광원과 수광소자 쌍을 일렬로 배치하므로 넓은 면적에 떨어지는 빗방울을 감지하기 위하여는 많은 수의 광원과 수광소자 쌍이 필요하여 광원 및 수광소자 쌍당 감지 면적이 협소한 단점이 있었다.
결국, 종래 기술에 의한 자동차 전면 유리창 내부 도파현상을 이용한 빗방울 감지 방식은 광학계가 복잡해지고 설치가 어려운 단점이 있었고, 광원과 수광소자를 서로 반대쪽에 위치시켜 빗방울에 의한 반사광을 측정하는 방식은 유리창 표면에서의 반사로 인하여 신호대 잡음비가 저하되는 단점이 있었고, 광원과 수광소자를 일렬로 배치하는 반사형 방식은 빗방울 감지면적이 협소한 단점이 있었다.
한편, 차량의 전면 유리창에는 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 빗물의 양을 감지하여 와이퍼의 속도를 제어하는 방식이 채용되고 있는데, 종래에는 자동차의 전면 유리창에 신호 광을 주입하여 유리창에 빗방울이 떨어지면 유리창 내부를 따라 도파되던 광이 외부로 빠져나가 반대쪽에 설치된 수광소자에 도달하는 광량이 줄어들어 빗방울 낙하 정도를 판별하는 방식이나, 신호 광을 유리창에 비스듬히 입사시켜 유리창에 빗방울이 떨어지면 반사율에 변화가 일어나 반대쪽에 설치된 수광소자에 도달하는 광량이 변화되어 빗방울 낙하 정도를 판별하는 방식이나, 일렬로 배열된 빗방울 감지 센서를 자동차의 전면 유리창에 부착하여 빗방울이 센서가 부착된 유리창에 떨어질 때 빗방울에서 광원 방향으로 반사되는 광량을 수신하여 빗방울 량을 인식하는 방식을 사용하고 있다.
이러한 방식 중 첫 번째 방식은 센서로 사용되는 신호 광을 자동차의 전면 유리창 내부로 도파되도록 입사시킬 때 광결합기를 자동차 전면 유리창과 완전히 밀착시키고 정확한 입사각을 유지시킬 필요가 있어서 광학계가 복잡해지고 설치가 어려운 단점이 있었다. 두 번째 방식은 센서로 사용되는 광원의 반대쪽에 수광소자를 설치하므로 빗방울에 의한 반사뿐만 아니라 자동차의 전면 유리창 표면에서 반사되는 반사광도 수광소자에 입사되어 신호대 잡음비가 저하되는 단점이 있었다, 세 번째 방식은 센서로 사용되는 광원과 수광소자 쌍을 일렬로 배치하므로 넓은 면적에 떨어지는 빗방울을 감지하기 위하여는 많은 수의 광원과 수광소자 쌍이 필요하여 광원 및 수광소자 쌍당 감지 면적이 협소한 단점이 있었다.
또한, 상기의 단점을 개량하고자 개발된 제품도 여전히 빗방울에서 반사되는 광신호 뿐만 아니라 차체의 유리창에서 반사되는 량이 많기 때문에, 신호대 잡읍비가 저하되어 빗방울 감지 효율성에 있어서 기대만큼 성능이 나오지 않고 있는 실정이다.
그리고, 종래에는 와이퍼의 왕복에 의한 광신호도 수신하는 것으로, 상대편 차량의 헤드라이트의 영향을 받기 때문에, 효율이 더 좋지 않게 된다. 이를테면, 와이퍼 작동 순간 빗방울에 반사된 신호를 수신하는 것 이외에 상대편 차량의 헤드라이트 광을 감지하여 오작동을 발생시키는 등의 여지가 있는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 그 목적은 반사형 빗방울 감지방식에서 적은 수의 광원 및 수광소자를 사용하여 보다 더 넓은 면적에 걸쳐 효율적으로 빗방울을 감지하면서, 동시에 광학계를 간단히 하여 설치가 간편하고 자동차 전면 유리창 표면에서 반사되는 반사광의 영향을 받지 않으면서 변조된 신호 광을 사용하여 주변광의 영향을 최소화 시키고 빗방울 감지면적 측면에서 효율적인 빗방울 감지방식을 구현하는데 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 광학계가 간소화되고 설치가 용이하며, 유리창에 빛을 투과시키는 광원과 빗방울에서 반사되는 광을 수집하는 수광소자를 유리창 표면에 대해 경사지게 설치함으로써, 빗방울에 의한 반사가 아닌 차량의 전면 유리창 표면에서 반사되는 반사광의 영향을 받음으로 인하여 신호대 잡음비가 저하되는 경우를 방지하며, 아울러, 와이퍼의 왕복에 의한 광신호는 수신하지 않도록 설계되어, 와이퍼 작동 순간에 상대편 차량의 헤드라이트의 영향을 받는 경우를 방지하므로, 작동 신뢰성 등을 현저히 향상시킬 수 있도록 된 새로운 구조의 빗방울 감지센서를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 구체적으로, 우천시에 내리는 빗물을 감지하는 빗방울 감지 장치에 있어서, 송신기(11)에서 생성된 신호에 따라 신호광을 송출하는 광원(5)과, 단위 감지 구역에서 상기 광원(5)에서 조사된 광이 물방울에 반사되어 돌아오는 방향으로 4개의 광원(5)에 둘러싸여 배치되어 수신하는 수광소자(6)와, 빗방울 감지센서 케이스(1)의 일측에 형성된 개구부에 장착되는 적외선 필터와, 자동차 전면 유리창(2) 표면에서의 반사에 의한 잡음요소를 배제하면서도 신호광에 포함된 변조주파수 성분만을 추출하여 유리창 표면의 빗방울 존재량을 판단하므로 빗방울에 의한 반사성분이 아닌 외부 광에 의한 영향을 최소화시켜 빗방울 감지 확률을 높여주는 수신기(9)로 구성된 것을 특징으로 하며,
상기 광원(5)에서 조사된 광이 물방울에 반사되어 돌아오는 방향으로 4개의 광원(5)에 둘러싸여 배치되어 수신하는 수광소자(6)로 구성된 단위 감지구역의 좌우 또는 상하로 격자 형태로 2개의 광원(5)과 1개의 수광소자(6)를 각각 추가 배치하여 감지구역을 확장하는 것을 특징으로 하고,
상기 광원(5)은 수광소자(6)와 격자 형태로 배치되며, 적외선 LED인 것을 특징으로 하고,
상기 빗방울 감지센서 케이스(1)의 내부에 빛을 흡수하는 검은 색과 난반사 처리가 된 것을 특징으로 하며,
상기 송신기(11)는 10kHz ~ 100kHz 대의 구형파를 발진하는 발진기(13)와 발진신호에 따라 적외선 LED 광원(5)을 광 변조시키는 변조기(14)로 구성된 것을 특징으로 하며,
상기 수신기(9)는 수광소자(6)에서 광전변환된 전기신호를 증폭하는 증폭기(15)와, 상시 발진기(13)의 발진주파수와 동일한 주파수 성분만을 걸러내는 대역통과필터(16)로 구성된 것을 특징으로 하며,
상기 수광소자(6) 전면에 장착된 적외선 필터는 신호 광 이외의 가시광선 대역의 외부 광이 수신되는 것을 억제하는 것을 특징으로 하며,
상기 수신기(9)는 신호 광의 크기에 따라 정보를 마이컴(10)에 전달하고, 마이컴(10)은 미리 입력된 대조표(Look-up Table)에 따라 적합한 자동차 유리창 브러시의 작동빈도를 결정하고 빗방울 감지 신호(12)를 출력하는 것을 특징으로 하는 주변 광 영향을 줄인 격자 배열 방식 빗방울 감지 장치로 구성된 것이다.
본 발명의 제 1 특징에 따르면, 빗방울 감지센서에서 감지오차를 줄이기기 위하여 빗방울이 떨어지는 면적을 보다 더 넓게 감지하여 광원과 수광소자를 격자 형태로 배열하는 방식을 사용하고, 또한 자동차 전면 유리창 표면에서 반사되는 반사광의 영향을 받지 않게 하기 위하여 광원과 수광소자가 격자 형태로 부착된 감지판을 전면 유리창에 비스듬히 부착하는 방식을 사용하였다. 이때 광원에서 발사되는 특정주파수로 변조된 신호광이 빗방울에서 반사되어 격자 내에 위치한 수광소자에 입사되고 이렇게 수신된 광신호는 전기신호로 변환되어 변조할 때 사용된 특정주파수 성분만이 걸러져서 주변광의 영향을 최소화하고 이렇게 복원된 신호는 마이컴에서 미리 입력된 대조표와 비교하여 수신된 신호에 대응한 유리창 브러쉬 작동신호를 발생하게 하였다.
이러한 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따르면, 우천시에 내리는 빗물을 감지하는 빗방울 감지센서에 있어서, 차량의 유리창(2)에 빛을 투과시키도록 광을 조사하는 광원(5)과, 상기 광원(5)에서 조사된 빛이 상기 유리창(2)에 떨어진 빗방울로부터 반사될 때의 광신호를 센싱하여 광전 변환하는 수광소자(6)와, 상기 수광소자(6)의 광전 변환된 신호를 수신하여 강우 정도를 판단하는 수신기(9)를 포함하여 구성되며, 상기 광원(5)과 상기 수광소자(6)는 상기 유리창(2) 표면에 대해 경사지게 배치되어 상기 유리창(2)에서 직접 반사된 광원(5)의 빛은 수광소자(6)의 외측으로 빠지고 상기 유리창(2)에 묻은 빗방울(8)에서 반사된 빛을 상기 수광소자(6)가 수신하여 차량의 와이퍼를 작동시키도록 된 것을 특징으로 하는 빗방울 감지센서가 제공된다.
상기 광원(5)과 상기 수광소자(6)는 기판(4)에 탑재되고, 상기 기판(4)이 상기 유리창(2) 표면에 대해 경사지도록 배치되어, 상기 광원(5)과 상기 수광소자(6)가 상기 유리창(2) 표면에 경사지게 배치되며,
상기 수광소자(6)는 상기 기판(4)의 중앙부에 탑재되고, 상기 광원(5)은 상기 수광소자(6)의 외곽부에 위치되도록 상기 기판(4)에 탑재되며,
상기 광원(5)의 빛이 조사되는 차량의 유리창(2)에는 전면의 개구부(3)가 마주하도록 케이스(1)가 설치되고, 상기 케이스(1)의 내부에는 상기 광원(5)과 상기 수광소자(6)가 탑재된 기판(4)이 내장되고, 상기 광원(5)과 수광소자(6)를 탑재한 상기 기판(4)은 상기 유리창(2)에 대해 경사지게 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 광원(5)은 적외선 엘이디로 구성되고, 상기 수광소자(6)는 적외선 센서로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수광소자(6)의 전후 좌우 방향으로 복수개의 광원(5)이 격자형으로 배열되어 구성되며,
상기 수광소자(6)의 전후 좌우 방향으로 격자형으로 복수개의 광원(5)이 배열된 단위 감지구역의 좌우 또는 상하로 격자 형태로 2개의 광원(5)과 1개의 수광소자(6)를 각각 추가 배치하여 감지구역을 확장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 빗방울 감지 방식은 자동차의 유리창을 광도파로로 사용하는 감지 방식이나, 신호 광을 송출하는 광원과 수신하는 수광소자가 마주보도록 배치하는 방식이나, 광원과 수신하는 수광소자를 일렬로 같은 방향에 배치하는 방식과는 달리, 신호 광을 송출하는 광원들이 수신하는 수광소자를 둘러싸는 구조로 배치하여 자동차 유리창 표면에 떨어지는 빗방울을 보다 더 넓은 면적에 걸쳐 감지할 수 있어 빗방울 감지 확률을 높여주어 빗방울 감지센서가 오동작 될 확률을 줄이는데 적합한 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 광학계가 간소화되고 설치가 용이하며, 유리창에 빛을 투과시키는 광원과 빗방울에서 반사되는 광을 집수하는 수광소자를 유리창 표면에 대해 경사지게 설치함으로써, 빗방울에 의한 반사가 아닌 차량의 전면 유리창 표면에서 반사되는 반사광의 영향을 받음으로 인하여 신호대 잡읍비가 저하되는 경우를 최소화시키며, 아울러, 와이퍼의 왕복에 의한 광신호는 수신하지 않도록 설계되어, 와이퍼 작동 순간에 상대편 차량의 헤드라이트의 영향을 받는 경우를 방지하므로, 작동 신뢰성 등을 현저히 향상시킬 수 있도록 된 새로운 구조의 빗방울 감지센서가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명은 자동차의 유리창을 광도파로로 사용하는 감지 방식이나, 신호 광을 송출하는 광원과 수신하는 수광소자가 마주보도록 배치하는 방식이나, 광원과 수신하는 수광소자를 일렬로 같은 방향에 배치하는 방식과는 달리, 신호 광을 송출하는 광원들이 수신하는 수광소자를 둘러싸는 구조로 배치하여 자동차 유리창 표면에 떨어지는 빗방울을 보다 더 넓은 면적에 걸쳐서 감지할 수 있으므로, 빗방울 감지 확률을 높여주어 빗방울 감지 센서가 오동작 될 확률을 줄이는데 적합한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 빗방울 감지센서가 자동차의 유리창에 설치된 상태를 개념적으로 보여주는 도면
도 2는 본 발명의 주요부인 광원의 빛이 유리창 표면에서 반사되는 과정을 개념적으로 보여주는 도면
도 3은 본 발명의 주요부인 광원의 빛이 빗방울에 반사되어 수광소자로 수광되는 과정을 개념적으로 보여주는 도면
도 4는 본 발명의 주요부인 광원과 수광소자의 배치 상태의 제1실시예를 개념적으로 보여주는 도면
도 5는 본 발명의 주요부인 광원과 수광소자의 배치 상태의 제2실시예를 개념적으로 보여주는 도면
도 6은 본 발명의 주요부인 광원의 펄스 신호 상태를 보여주는 그래프
도 7은 본 발명의 빗방울 감지센서의 신호감지 개념도와 주변광 영향 감소방식의 개념도
우천시에 내리는 빗물을 감지하는 빗방울 감지장치에 있어서, 송신기(11)에서 생성된 신호에 따라 신호광을 송출하는 광원(5)과, 단위 감지 구역에서 상기 광원(5)에서 조사된 광이 물방울에 반사되어 돌아오는 방향으로 4개의 광원(5)에 둘러싸여 배치되어 수신하는 수광소자(6)와, 빗방울 감지센서 케이스의 일측에 형성된 개구부에 장착되는 적외선 필터와, 자동차 전면 유리창(2) 표면에서의 반사에 의한 잡음요소를 배제하면서도 신호광에 포함된 변조주파수 성분만을 추출하여 유리창 표면의 빗방울 존재량을 판단하므로 빗방울에 의한 반사성분이 아닌 외부광에 의한 영향을 최소화시켜 빗방울 감지 확률을 높여주는 수신기(9)로 구성된 것을 특징으로 하는 빗방울 감지장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 우천시에 내리는 빗물을 감지하는 빗방울 감지센서에 있어서, 차량의 유리창(2)에 빛을 투과시키도록 광을 조사하는 광원(5)과, 상기 광원(5)에서 조사된 빛이 상기 유리창(2)에 떨어진 빗방울로부터 반사될 때의 광신호를 센싱하여 광전 변환하는 수광소자(6)와, 상기 수광소자(6)의 광전 변환된 신호를 수신하여 강우 정도를 판단하는 수신기(9)를 포함하여 구성되며, 상기 광원(5)과 상기 수광소자(6)는 상기 유리창(2) 표면에 대해 경사지게 배치되어 상기 유리창(2)에서 직접 반사된 광원(5)의 빛은 수광소자(6)의 외측으로 빠지고 상기 유리창(2)에 묻은 빗방울(8)에서 반사된 빛을 상기 수광소자(6)가 수신하여 차량의 와이퍼를 작동시키며, 상기 광원(5)과 상기 수광소자(6)는 기판(4)에 탑재되고, 상기 기판(4)이 상기 유리창(2) 표면에 대해 경사지도록 배치되어, 상기 광원(5)과 상기 수광소자(6)가 상기 유리창(2) 표면에 경사지게 배치된 것을 특징으로 하는 빗방울 감지센서가 제공된다.
첨부도면 도 1은 본 발명이 적용된 빗방울 감지센서의 개념도와 전면 유리창 표면에 광원과 수광소자가 격자 형태로 부착된 감지판을 전면 유리창에 비스듬히 부착하는 방식의 개념도 이고, 도 2는 센서 내 주변광 영향 감소방식의 개념도 이다.
도 1을 참조하면, 참조번호 1은 본 발명에 의한 빗방울 감지센서 외함을 나타내고, 참조번호 2는 자동차 전면 유리창을 나타내고, 참조번호 4는 광원과 수광소자를 격자 모양으로 배열시켜 부착시키는 격자판을 나타내고, 참조번호 5는 광원으로 사용되는 LED를 나타내고, 참조번호 6은 수신된 광 신호를 전기신호로 바꾸기 위한 수광소자를 나타내고, 참조번호 7은 격자판을 고정시키는 브라켓을 나타내고, 참조번호 8은 유리창 표면에 떨어진 빗방울을 나타낸다.
상기의 구성에서 광원으로 사용되는 LED(5)로부터 출력되는 적외선 신호광은 적외선 필터와 자동차 전면 유리창(2)을 통과하여 유리창 표면에 부착된 빗방울(8)에서 일부가 반사되어 다시 자동차 전면 유리창(2)과 적외선 통과 필터(3)를 통과한 후 LED(5)와 같은 방향에 위치한 수광소자(6)에서 광전변환 된다. 이렇게 광전변환된 전기신호는 수신기에서 신호로 복원된 후 마이컴에 미리 입력된 대조표와 비교하여 수신된 신호에 대응한 유리창 브러쉬 작동신호를 발생하게 된다. 이때 1 단위감지구역에서는 광원으로 사용되는 4 개의 LED(5)가 1 개의 수광소자(6)를 둘러싸는 구조이므로 1 개의 수광소자(6)로 4 개의 경로를 포함시킬 수 있으므로 수광소자 개수 측면에서 경제적이다. 더욱이 인접 감지구역에서는 2 개의 LED(5)와 1 개의 수광소자(6)를 추가하여도 처음 감지구역에서와 같이 4개의 LED(5)를 사용하는 효과를 거두므로 감지면적은 넓히면서 부품수를 줄일 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 참조번호 9는 수신기를 나타내고, 참조번호 10은 마이컴을 나타내고, 참조번호 11은 송신기를 나타내고, 참조번호 12는 유리창 브러쉬를 작동시키는 빗방울 감지신호를 나타내고, 참조번호 13은 광원을 변조시키는 발진주파수를 생성하는 발진기를 나타내고, 참조번호 14는 변조기를 나타내고, 참조번호 15는 수광소자에서 광전변환된 신호를 증폭하는 증폭기를 나타내고, 참조번호 16은 증폭기 출력에 포함된 신호중에서 당초 송신기에 사용된 변조주파수와 같은 주파수 성분만을 추출하는 대역통과필터를 나타낸다.
상기의 구성에서 발진기(13)는 10kHz ~ 100kHz 대의 정현파를 발진하고 이 발진신호에 따라 변조기(14)는 LED(5)를 광변조시킨다. 이렇게 생성된 신호광은 자동차 전면 유리창(2)에 떨어진 빗방울(8)에서 반사되어 자동차 전면 유리창에 부착된 적외선통과필터(3)를 통과한 후 수광소자(6)에 수신된다. 이때 적외선통과필터(3)는 신호광 이외의 가시광선 대역의 외부광이 수신되는 것을 억제하는 효과를 가져온다. 수광소자에서 광전변환된 전기신호는 증폭기(15)에서 증폭된 후 대역통과필터(16)에서 당초 발진기(13)의 발진주파수와 동일한 주파수 성분만을 걸러내게 된다. 이러한 방법으로 신호광 이외의 외부광의 영향을 대부분 차단할 수 있게 된다. 이렇게 생성된 신호광의 크기는 마이컴에서 미리 입력된 대조표(Look-up Table)에 따라 적합한 자동차 유리창 브러쉬의 작동빈도를 결정하고 이를 출력(12)하도록 하였다.
도 3은 본 발명의 빗방울 감지센서가 자동차의 유리창에 설치된 상태를 개념적으로 보여주는 도면, 도 4는 본 발명의 주요부인 광원의 빛이 유리창 표면에서 반사되는 과정을 개념적으로 보여주는 도면, 도 5는 본 발명의 주요부인 광원의 빛이 빗방울에 반사되어 수광소자로 수광되는 과정을 개념적으로 보여주는 도면, 도 6은 본 발명의 주요부인 광원과 수광소자의 배치 상태의 제1실시예를 개념적으로 보여주는 도면, 도 7은 본 발명의 주요부인 광원과 수광소자의 배치 상태의 제2실시예를 개념적으로 보여주는 도면, 도 8은 본 발명의 주요부인 광원의 펄스 신호 상태를 보여주는 그래프, 도 9는 본 발명의 빗방울 감지센서의 신호감지 개념도와 주변광 영향 감소방식의 개념도이다.
이러한 도 3 내지 도 9에 의한 본 발명은 유리창에 부착되는 케이스(1)의 내부에 광원(5)과 수광소자(6)를 탑재한 기판(4)이 내장되며, 광원(5)과 수광소자(6)를 탑재한 기판(4)은 유리창(2) 표면에 대해 경사지게 배치된 구조를 이룬다.
상기 케이스(1)는 자동차 유리창(2)과 마주하는 면에 개구부(3)가 형성된 대략 사각의 함체 형상으로 이루어진 것으로, 개구부(3)의 외측면에는 양면 테이프(20)가 구비되어, 양면 테이프(20)에 의해 자동차의 유리창(2) 표면에 부착된다.
상기 케이스(1)의 내부에는 광원(5)과 수광소자(6)를 탑재한 기판(4)이 구비된다. 이때, 기판(4)은 브라켓과 같은 지지구(7)(도 5에 도시됨)에 의해 케이스(1)의 개구부(3)에 대해 경사진 형태로 배열되어, 광원(5)과 수광소자(6)가 자동차 유리창(2)의 표면에 대해 경사지게 설치된다. 기판(4)이 유리창(2) 표면에 대해 경사진 각도는 90°를 넘지 않는 예각 범위이다.
그리고, 이때, 상기 광원(5)으로는 적외선 엘이디를 채용하고, 상기 수광소자(6)는 적외선 센서로 채용한 것이 다른 특징을 이루는데, 이러한 특징에 대해서는 후술하기로 한다.
이러한 구성의 본 발명에 의하면, 우천시 광원(5)으로 사용되는 적외선 엘이디로부터 출력되는 적외선 신호광이 케이스(1)의 개구부(3)를 통해 자동차 전면 유리창(2)을 투과하여 유리창(2) 표면에 묻은 빗방울(8)에서 일부가 반사되어 다시 자동차 전면 유리창(2)을 통과한 후 광원(5)인 적외선 엘이디와 인접된 수광소자(6)에서 광전변환되고, 이렇게 광전변환된 전기신호는 수신기(9)에서 신호로 복원된 후 마이컴(10)에 미리 입력된 대조표와 비교하여 수신된 신호에 대응한 유리창(2) 와이퍼 작동신호를 발생하게 된다. 그리고, 상기와 같이 생성된 신호광의 크기는 마이컴(10)에서 미리 입력된 대조표(Look-up Table)에 따라 적합한 자동차 유리창(2) 와이퍼의 작동빈도를 결정한다.
이때, 수광소자(6)와 광원(5)을 탑재한 기판(4)이 유리창(2) 표면에 대해 경사지게 배치되어, 광원(5)에서부터 발산되는 광이 자동차 유리창(2)에 입사되면서 유리창(2) 표면에서 반사된 빛은 수광소자(6)에서 수광되지 않고 외부로 빠지고, 유리창(2)에 입사된 광은 밀도의 차이에 의하여 일정한 각도로 굴절되고, 굴절된 광은 유리창(2) 바깥면에서 소멸되는 한편, 유리창(2) 내부를 투과한 광은 빗방울(8)을 통과하며 일정각도로 굴절되어 빗방울(8)의 외부 표면에서 광이 난반사되고, 수광소자(6)에서는 빗방울(8)에서 난반사되는 광만을 수신하면서 유리창(2) 표면에서 반사되는 빛의 영향을 최소화시키기 때문에, 빗방울(8)에 의한 반사가 아닌 차량의 전면 유리창(2) 표면에서 반사되는 반사광의 영향을 받음으로 인하여 신호대 잡읍비가 저하되는 경우를 방지하는 효과가 있고, 이는 빗방울(8) 감지 효율성에 있어서 기대한 만큼의 성능을 충분히 달성할 수 있으며, 자동차의 경우 와이퍼의 회동 속도를 정밀하게 조절하여 충분한 효율성을 거둘 수 있음을 의미한다. 이를테면, 본 발명은 유리창(2) 표면에서 직접 반사되는 광량을 최소화시키는 한편, 빗방울(8)에서 난반사되는 광만을 수광하므로, 빗방울(8) 센싱 성능 향상 등에 매우 효율적인 것이다.
결국, 본 발명은 광원(5)과 수광소자(6)인 센서를 탑재한 기판(4)을 유리창(2) 표면에 대해 경사지게 배치함으로 인하여, 유리창(2) 표면에서 반사되는 광의 영향을 최소하는 반면, 빗방울(8) 자체에서 반사되는 광신호만을 수신하여 레인 센싱 효율을 높일 수 있다는 점에 가장 큰 특징이 있는 발명이라 하겠다.
또한, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 광원(5)에서 조사되는 광은 점차적으로 확산되는 형태로 조사되는데, 광원(5)의 조사되는 광 중에서 상기 수광소자(6)측을 향하는 면의 조사광의 각도(a)는 유리창(2)에 대해 예각 범위(즉, 90ㅀ 이하의 각도 범위)로 광 조사 각도를 맞추어 준다.
따라서, 유리창(2)에서 직접 반사되는 광은 수광소자(6)의 수광 범위 바깥으로 빠져서 유리창(2)에 반사되어 수광소자(6)에 의해 수신되는 광량을 최소화시키는 반면, 빗방울(8)에서 반사되는 광량만을 수광소자(6)에 수신하므로, 빗방울(8)로부터의 난반사 신호만을 감지할 수 있게 된다.
이때, 상기 케이스(1)는 개구부(3)가 형성된 면에 양면테이프(20)가 구비되어, 양면테이프(20)에 의해 수광소자(6)와 광원(5)이 탑재된 기판(4)을 내장한 케이스(1)가 유리창(2) 표면에 신속 용이하게 탈부착될 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 도5와 같이 수광소자(6)의 전후 좌우 방향으로 복수개의 광원(5)이 격자형으로 배열된 구성을 취한다. 구체적으로, 수광소자(6)의 전후 좌우 방향으로 격자형으로 복수개의 광원(5)이 배열되어 구성된다.
따라서, 1 단위감지구역에서는 광원(5)으로 사용되는 4 개의 엘이디가 1 개의 수광소자(6)를 둘러싸는 구조이므로, 1 개의 수광소자(6)로 4 개의 경로를 포함시킬 수 있으므로 수광소자(6) 개수 측면에서 경제성을 기할 수 있으면서도 빗방울(8) 감지 영역은 더 넓힐 수 있는 효과를 갖는다.
아울러, 상기 1단위 감지구역(즉, 1개의 수광소자(6)와 4개의 광원(5)이 배열된 감지구역)에 추가로 2개의 광원(5)과 1개의 수광소자(6)를 각각 배치하여 감지구역을 확장할 수 있으므로, 인접 감지구역에서는 2 개의 LED(5)와 1 개의 수광소자(6)를 추가하여도 처음 감지구역에서와 같이 4개의 LED(5)를 사용하는 효과를 거두므로 빗방울(8) 감지면적은 더욱 넓힐 수 있으면서도 부품수를 줄일 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명은 광원(5)이 적외선 엘이디로 구성되고, 수광소자(6)도 적외선 센서로 구성된 것에도 역시 특징이 있다. 즉, 적외선은 가시광선에 비해 파장이 긴 비가시광선으로서, 광원(5)인 적외선 엘이디는 외부광보다 강한 수십배의 적외선을 발산하고, 수광소자(6)인 적외선 센서는 비가시광선만을 수광하여, 야간 우천시 차량 운행 중에 와이퍼 작동에 의한 상대편 차량의 헤드라이트 빛은 수광하지 않고 적외선 엘이디에서 발산되어 빗방울로부터 반사되는 비가시광선만 수광하므로, 외부광의 영향을 받지 않고 효율적으로 작동하게 된다. 즉, 적외선 엘디이가 가시광선을 쓰지 않고 수광소자(6)인 적외선 센서도 가시광선을 수광하지 않아서, 와이퍼의 왕복에 의한 상대편 차량의 광신호는 제외되므로, 오동작을 미연에 방지하는 등의 효과가 있는 것이다.
또한, 케이스(1)의 내부는 빛을 흡수하기 위해 검은 색과 난반사 처리가 된 구조를 취하여, 수광소자(6)를 내장한 부분의 내부에 빛을 흡수하는 검은색과 난반사 처리에 의하여 유리창(2) 표면에서 반사된 빛은 대부분 소멸되기 때문에, 빗방울(8) 이외의 부분에서 반사된 광에 의한 영향을 더 확실하게 줄일 수 있게 된다.
이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 광원(5)인 적외선 엘이디는 펄스 신호로 광신호를 내도록 설계되어, 순간적으로 수백 mA의 파워를 가진 펄스 광신호를 내도록 설계되고, 상기 수광소자(6)가 짧은 광신호에는 반응하지 않도록 타임 딜레이를 주어 설계되었으므로, 감지 효율성을 보다 높이는 효과를 기대할 수 있게 된다. 즉, 와이퍼가 작동할 때 순간적으로 발생하는 짧은 광신호에는 반응하지 않도록 타임 딜레이를 주었기 때문에, 감지 효율성을 보다 확실하게 높일 수 있는 것이다.
도 7은 본 발명의 빗방울 감지센서에 의한 주변광 영향 감소방식의 개념도를 보여주는데, 본 발명의 경우, 송신기(11)에서 생성된 신호에 따라 광원(5)이 신호광을 송출하는데, 본 발명에서 송신기(11)는 10kHz ~ 100kHz 대의 구형파를 발진하는 발진기(13)와 발진신호에 따라 적외선 엘이디 광원(5)을 광 변조시키는 변조기(14)로 구성되고, 수신기(9)는 수광소자(6)에서 광전변환된 전기신호를 증폭하는 증폭기(15)와, 발진기(13)의 발진주파수와 동일한 주파수 성분만을 걸러내는 대역통과필터(16)로 구성된다.
상기 발진기(13)는 10kHz ~ 100kHz 대의 정현파를 발진하고 이 발진신호에 따라 변조기(14)는 엘이디(5)를 광변조시킨다. 이렇게 생성된 신호광은 자동차 전면 유리창(2)에 떨어진 빗방울(8)에서 반사되어 수광소자(6)에 수신된다. 수광소자에서 광전변환된 전기신호는 증폭기(15)에서 증폭된 후 대역통과필터(16)에서 당초 발진기(13)의 발진주파수와 동일한 주파수 성분만을 걸러내게 된다. 이렇게 생성된 신호광의 크기는 마이컴(10)에서 미리 입력된 대조표(Look-up Table)에 따라 적합한 자동차 유리창 와이퍼의 작동빈도를 결정하고 이를 출력(12)함으로써, 와이퍼를 강우량에 대응하여 작동시키게 되는 것이다.
본 발명은 광학계가 간소화되고 설치가 용이하며, 유리창에 빛을 투과시키는 광원과 빗방울에서 반사되는 광을 집수하는 수광소자를 유리창 표면에 대해 경사지게 설치함으로써, 빗방울에 의한 반사가 아닌 차량의 전면 유리창 표면에서 반사되는 반사광의 영향을 받음으로 인하여 신호대 잡읍비가 저하되는 경우를 최소화시키며, 아울러, 와이퍼의 왕복에 의한 광신호는 수신하지 않도록 설계되어, 와이퍼 작동 순간에 상대편 차량의 헤드라이트의 영향을 받는 경우를 방지하므로, 작동 신뢰성 등을 현저히 향상시킬 수 있는 빗방울 감지센서로 이용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 우천시에 내리는 빗물을 감지하는 빗방울 감지장치에 있어서, 송신기(11)에서 생성된 신호에 따라 신호광을 송출하는 광원(5)과, 단위 감지 구역에서 상기 광원(5)에서 조사된 광이 물방울에 반사되어 돌아오는 방향으로 4개의 광원(5)에 둘러싸여 배치되어 수신하는 수광소자(6)와, 빗방울 감지센서 케이스의 일측에 형성된 개구부에 장착되는 적외선 필터와, 자동차 전면 유리창(2) 표면에서의 반사에 의한 잡음요소를 배제하면서도 신호광에 포함된 변조주파수 성분만을 추출하여 유리창 표면의 빗방울 존재량을 판단하므로 빗방울에 의한 반사성분이 아닌 외부광에 의한 영향을 최소화시켜 빗방울 감지 확률을 높여주는 수신기(9)로 구성된 것을 특징으로 하는 빗방울 감지장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광원(5)에서 조사된 광이 물방울에 반사되어 돌아오는 방향으로 4개의 광원(5)에 둘러싸여 배치되어 수신하는 수광소자(6)로 구성된 단위 감지구역의 좌우 또는 상하로 격자 형태로 2개의 광원(5)과 1개의 수광소자(6)를 각각 추가 배치하여 감지구역을 확장하는 것을 특징으로 하는 빗방울 감지장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 광원(5)은 수광소자(6)와 격자 형태로 배치되며, 적외선 LED인 것을 특징으로 하는 빗방울 감지장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 빗방울 감지센서 케이스(1)의 내부에 빛을 흡수하는 검은 색과 난반사 처리가 된 것을 특징으로 하는 빗방울 감지장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 송신기(11)는 10kHz ~ 100kHz 대의 구형파를 발진하는 발진기(13)와 발진신호에 따라 적외선 LED 광원(5)을 광 변조시키는 변조기(14)로 구성된 것을 특징으로 하는 빗방울 감지장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 수신기(9)는 수광소자(6)에서 광전변환된 전기신호를 증폭하는 증폭기(15)와, 상시 발진기(13)의 발진주파수와 동일한 주파수 성분만을 걸러내는 대역통과필터(16)로 구성된 것을 특징으로 하는 빗방울 감지장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 수광소자(6) 전면에 장착된 적외선 필터는 신호 광 이외의 가시광선 대역의 외부 광이 수신되는 것을 억제하는 것을 특징으로 하는 빗방울 감지장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수신기(9)는 신호 광의 크기에 따라 정보를 마이컴(10)에 전달하고, 마이컴(10)은 미리 입력된 대조표(Look-up Table)에 따라 적합한 자동차 유리창 브러시의 작동빈도를 결정하고 빗방울 감지 신호(12)를 출력하는 것을 특징으로 하는 빗방울 감지장치.
  9. 우천시에 내리는 빗물을 감지하는 빗방울 감지센서에 있어서, 차량의 유리창(2)에 빛을 투과시키도록 광을 조사하는 광원(5)과, 상기 광원(5)에서 조사된 빛이 상기 유리창(2)에 떨어진 빗방울로부터 반사될 때의 광신호를 센싱하여 광전 변환하는 수광소자(6)와, 상기 수광소자(6)의 광전 변환된 신호를 수신하여 강우 정도를 판단하는 수신기(9)를 포함하여 구성되며, 상기 광원(5)과 상기 수광소자(6)는 상기 유리창(2) 표면에 대해 경사지게 배치되어 상기 유리창(2)에서 직접 반사된 광원(5)의 빛은 수광소자(6)의 외측으로 빠지고 상기 유리창(2)에 묻은 빗방울(8)에서 반사된 빛을 상기 수광소자(6)가 수신하여 차량의 와이퍼를 작동시키며, 상기 광원(5)과 상기 수광소자(6)는 기판(4)에 탑재되고, 상기 기판(4)이 상기 유리창(2) 표면에 대해 경사지도록 배치되어, 상기 광원(5)과 상기 수광소자(6)가 상기 유리창(2) 표면에 경사지게 배치된 것을 특징으로 하는 빗방울 감지센서.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 수광소자(6)의 전후 좌우 방향으로 복수개의 광원(5)이 격자형으로 배열되어 구성된 것을 특징으로 하는 빗방울 감지센서.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 수광소자(6)의 전후 좌우 방향으로 격자형으로 복수개의 광원(5)이 배열된 단위 감지구역의 좌우 또는 상하로 격자형으로 2개의 광원(5)과 1개의 수광소자(6)를 각각 추가 배치하여 감지구역을 확장하는 것을 특징으로 하는 빗방울 감지센서.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 광원(5)은 적외선 엘이디로 구성되고, 상기 수광소자(6)는 적외선 센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 빗방울 감지센서.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 광원(5)의 빛이 조사되는 차량의 유리창(2)에는 전면의 개구부(3)가 마주하도록 케이스(1)가 설치되고, 상기 케이스(1)의 내부에는 상기 광원(5)과 상기 수광소자(6)가 탑재된 기판(4)이 내장되고, 상기 광원(5)과 수광소자(6)를 탑재한 상기 기판(4)은 상기 유리창(2)에 대해 경사지게 설치되며, 상기 케이스(1)의 내부는 빛을 흡수하기 위해 난반사 처리가 된 것을 특징으로 하는 빗방울 감지센서.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 광원(5)인 적외선 엘이디는 펄스 신호로 광신호를 내도록 설계되어, 상기 수광소자(6)가 상기 광원(5)의 펄스 신호가 아닌 짧은 주변 광에는 반응하지 않도록 타임 딜레이를 주어 설계된 것을 특징으로 하는 빗방울 감지센서.
  15. 제 9 항에 있어서, 상기 광원(5)은 송신기(11)에서 생성된 신호에 따라 신호광을 송출하도록 구성되며, 상기 송신기(11)는 10kHz ~ 100kHz 대의 구형파를 발진하는 발진기(13)와 발진신호에 따라 적외선 엘이디 광원(5)을 광 변조시키는 변조기(14)로 구성된 것을 특징으로 하는 빗방울 감지센서.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 수신기(9)는 수광소자(6)에서 광전변환된 전기신호를 증폭하는 증폭기(15)와, 상시 발진기(13)의 발진주파수와 동일한 주파수 성분만을 걸러내는 대역통과필터(16)로 구성된 것을 특징으로 하는 빗방울 감지센서.
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