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KR100981217B1 - 컴팩트 레인 센서 - Google Patents

컴팩트 레인 센서 Download PDF

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KR100981217B1
KR100981217B1 KR1020080055152A KR20080055152A KR100981217B1 KR 100981217 B1 KR100981217 B1 KR 100981217B1 KR 1020080055152 A KR1020080055152 A KR 1020080055152A KR 20080055152 A KR20080055152 A KR 20080055152A KR 100981217 B1 KR100981217 B1 KR 100981217B1
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KR
South Korea
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light
substrate
lens
light emitting
rain sensor
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김상범
이동희
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한국오므론전장주식회사
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Abstract

본 발명은 레인 센서에 관한 것이다. 보다 상세하게는 반사부 및 렌즈를 이용하여 적외선 LED로부터 발생되어 차량의 전면 유리로 방사되는 적외선 빔을 반사시켜 다시 렌즈를 통해 수광할 수 있도록 함으로써 측정 영역이 넓어지고, 전체 구성의 크기가 컴팩트화 되며, 비의 양을 보다 정확히 감지할 수 있도록 하는 레인 센서에 관한 것이다.
본 발명은 반사부 및 렌즈를 이용하여 적외선 LED로부터 발생되어 차량의 전면 유리로 방사되는 적외선 빔을 반사시켜 다시 렌즈를 통해 수광할 수 있도록 함으로써 측정 영역이 넓어지고, 감지 성능이 향상되도록 하는 효과를 갖는다. 또한 본 발명은 간단한 구조로, 최대한의 면적에 대한 센싱이 가능하도록 하여, 보다 정확하고 신속한 감지가 가능하도록 하는 효과가 있다. 또한 본 발명은 동일 크기의 기판 내에, 발광부를 증가시키는 것만으로 측정 영역을 계속적으로 확대시킬 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
차량, 레인센서, 렌즈, 적외선 LED, 리시버

Description

컴팩트 레인 센서{Compact Sensor for sensing rain}
본 발명은 레인 센서에 관한 것이다.
보다 상세하게는 반사부 및 렌즈를 이용하여 적외선 LED로부터 발생되어 차량의 전면 유리로 방사되는 적외선 빔을 반사시켜 다시 렌즈를 통해 수광할 수 있도록 함으로써 측정 영역이 넓어지고, 전체 구성의 크기가 컴팩트화 되며, 비의 양을 보다 정확히 감지할 수 있도록 하는 레인 센서에 관한 것이다.
일반적으로, 우천시 와이퍼는 ETACS 또는 BCM에서 제어되어 작동된다.
그리고, 와이퍼 자동 작동모드가 구비된 차량인 경우 도 1에 도시된 바와 같이 와이퍼 구동모터(12) 및 레인 센서(10) 이외에, 레인 센서(10)를 통해 감지된 결과를 이용하여 와이퍼 모터 구동신호를 출력하는 레인센서 유니트(11)를 더 구비하고 있다. 우천시에는 레인 센서(10)가 유리창에 맺힌 물방울을 감지하여, 비가 오는지 안 오는지, 내지는 비가 많이 오는지, 적게 오는지 감지하여, 와이퍼를 구동시키는 신호로 사용하게 된다.
일반적으로 우천시 운전자에 의해 와이퍼 자동모드로 설정된 경우 레인 센서(10)의 LED 발광부(도 2의 21)는 차량의 전면 유리 표면으로 적외선 빔을 방출시킨다. 방출된 적외선 빔은 유리표면에 의해 반사되어 다시 입사되고 입사되는 적외선 빔은 수광소자인 포토 센서(도 2의 22)에 의해 감지되며, 감지 결과값을 이용하여 비가 오는지 여부를 감지하거나 비의 양을 측정한다.
즉, 차량의 전면 유리 외부에 빗물이 묻게 되면 적외선 빔의 반사율이 달라지거나, 굴절에 의해 빛이 다른 쪽으로 향하게 된다. 따라서 레인 센서 시스템은 반사된 적외선 빔의 반사율과 정상적인 상태에서의 적외선 빔 반사율의 편차분을 산출하고, 편차분에 따라 미리 결정되어 있는 와이퍼 모터 구동신호를 와이퍼 모터로 출력한다.
그러면 와이퍼 모터는 상기 와이퍼 모터 구동신호에 응하여 구동되고, 와이퍼가 작동되기 시작하며, 감지된 비의 양에 따라 와이퍼의 좌우 움직임의 속도나 빈도수가 결정된다.
상기와 같은 종래의 레인 센서 시스템의 경우 전면 유리의 투과율은 LED와 포토 센서의 중심점 위에서 결정되었기 때문에 빗물의 양을 정확하게 측정할 수 없다는 문제점이 있다.
또한 윈도우의 감지 대상 영역이 넓을수록, 보다 정확하고 신속하게 감지할 수 있는데, 이를 위해서는 센서의 수를 늘려야 하고 이와 동시에 센서가 부착된 PCB 기판의 크기를 확대하여야 한다. 이에 따라 복잡하게 구조를 변경하여야 하므로, 제조상의 비용 과다, 제작성 악화 등의 문제점이 있다.
따라서 최소한의 부품을 통해 보다 넓은 감지 대상 영역의 물방울을 감지할 수 있도록 센싱되는 영역을 최대화하기 위한 새로운 구조의 필요성이 대두되고 있으며, 보다 정확하고 민감하게 물방울의 존재나 비의 양을 감지하기 위한 구조의 안출도 요청되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 반사부 및 렌즈를 이용하여 발광부로부터 발생되어 차량의 전면 유리로 방사되는 적외선 빔을 반사시켜 다시 렌즈를 통해 수광할 수 있도록 함으로써 측정 영역이 확장되고 감지 성능이 향상된 레인 센서를 제공하는데 있다.
또한 본 발명은 발광부 및 수광부가 구비되는 기판의 크기를 최소화하면서도, 측정 영역을 축소시키지 않고, 오히려 측정 영역을 확장시킬 수 있는 레인 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 차량의 전면 유리측에 구비되는 레인 센서에 있어서, 상기 전면 유리와 평행하게 배치되는 기판과, 상기 기판의 저면에 배치되어 빛을 방출하는 두 개의 발광부와, 상기 발광부들의 하부에 형성되어 상기 두 개의 발광부에서 방출되는 빛 각각이 상기 기판에 걸리지 않도록 좌측 상방 및 우측 상방으로 1차 반사하는 제1반사부와, 상기 기판과 일정 간격 이격되고 수직이 되도록 상기 기판의 양측면에 배치되어 상기 제1반사부에서 1차 반사되는 각각의 빛을 상기 전면 유리로 반사하는 제2반사부와, 상기 전면 유리와 대향하는 기판의 상부면에 형성되어 상기 전면 유리에 반사되어 입사하는 두 빛을 수광하여 출력하는 수광부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2반사부를 통해 반사된 빛을 집속시켜 상기 차량의 전면 유리로 방출시키는 제1렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 차량의 전면 유리를 통해 반사된 빛을 집속시켜 상기 수광부로 입사되도록 하는 제2렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 발광부는 기판 하부에 소정 간격으로 이격된 상태로 복수 개 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 발광부로부터 방출되는 빛이 입사되는 상기 제1반사부의 면은: 입사되는 빛이 기판 방향을 향하되 기판에 가리지 않는 위치로 반사될 수 있도록 경사각을 가지는 경사면인 것을 특징으로 한다.
상기 제1반사부가 상기 복수의 발광부마다 대응되도록 각각 구비되거나, 또는 상기 제1반사부의 경사면이 상기 복수의 발광부마다 대응되도록 각각 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 반사부 및 렌즈를 이용하여, 적외선 LED와 같은 발광부로부터 발생되어 차량의 전면 유리로 방사되는 적외선 빔을 반사시켜 다시 렌즈를 통해 수광할 수 있도록 함으로써 측정 영역이 넓어지고, 감지 성능이 향상되도록 하는 효과를 갖는다.
또한 본 발명은 간단한 구조로, 최대한의 면적에 대한 센싱이 가능하도록 하여, 보다 정확하고 신속한 감지가 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한 본 발명은 동일 크기의 기판 내에, 발광부를 증가시키는 것만으로 측정 영역을 계속적으로 확대시킬 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
이하, 본 발명의 구성을 첨부된 도면의 실시예들을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
먼저 레인 센서의 일반적인 동작을 설명하기 위해, 앞서 살펴본 종래 기술의 도 2를 참조하면, PCB 기판(20)에는 차량의 전면유리(15)를 향하여, 일측 단부에는 발광부(21), 타측 단부에는 수광부(22)를 구비하였다. 발광부(21)에서 출력된 빛은 굴절 또는 반사에 의해 수광부(22)에 도달하게 된다. 이 때 발광부(21) 및 수광부(22)는 기판(20)의 동일 평면상에 같은 쪽을 바라보며 설치된다. 이러한 종래 기술과 본 발명을 비교해 보도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 레인 센서의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 레인 센서가 동작되는 방식을 설명하기 위한 도면이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 레인 센서(100)는 기판(180)의 하측을 향해 구비되는 1 이상의 발광부(110), 발광부(110)를 마주보며 발광부(110)의 하측에 상방을 향해 구비되는 제1반사부(130), 측방에 수직 방향 내지는 일정 각도로 상방 배치되는 제2반사부(140), 제2반사부(140)와 유리(150) 사이의 빛의 경로에 배치되는 제1렌즈(160), 기판(180)의 상면에 배치되는 수광부(120), 수광부(120)와 유리(150) 사이의 빛의 경로에 배치되는 제2렌즈(160)를 포함하여 구성된다.
발광부(110)는 보통 적외선 LED를 사용하는 것이 바람직하며, 기판(180)의 하부에 하측을 향하여 1 이상 설치되어 있다. 발광부(110)는 1개만 구비할 수도 있으며, 2 이상 설치하는 것이 가능하다.
수광부(120)는 보통 포토센서를 사용하며, 기판(180)의 상부에 상측을 향하여 설치되어 있다. 수광부(120)는 통상 1개만 설치하면 족하며, 그 크기를 크게하거나, 또는 기판(180) 내에 다수 구비하는 것도 가능하다.
제1반사부(130)는 발광부(110)가 하방을 향해 발광한 빛이 먼저 도달하는 부분으로서, 하방을 향하는 빛을 상방으로 반사시키는 역할을 한다. 하방을 향한 빛이 상방을 향하여 비스듬하게 상승될 수 있도록, 경사면(131)을 포함하고 있다. (a)와 같이 2개의 발광부(110)가 있는 경우에는 각각의 발광 위치에 맞는 경사면(131)을 각각 구비하며, (b)와 같이 1개의 발광부(110)만 있는 경우에는 하나의 경사면만 포함해도 족하다. 또는 각각의 발광부(110)의 하측에 각각 개별적인 반사부(130)를 구비할 수도 있다. 제1반사부(130)는 하향 발광된 빛이 기판(110) 쪽으로 향하지 않고, 기판(110)의 외측으로 향하면서 제2반사부(140)을 향하도록 경사면의 각도를 적절히 설정한다. 제1반사부(130) 중 방출되는 적외선 빔이 입사되는 면(131)은 소정 각도의 경사각을 가지는 경사면이다.
제2반사부(140)는 수직 내지는 상방으로 일정 각도 기울어진 방향으로 세워지며, 제1반사부(130)로부터 기판(180)의 바깥쪽 방향으로 향하던 빛이, 다시 기판(180)의 상측 위치를 향하도록 반사시킨다. 제2반사부(140)의 세워진 각도는 설계시의 조건에 따라 다양하게 구성할 수 있다.
제1렌즈(160)는 제2반사부(140)에서 반사된 빛이 유리(150)를 향할 때, 특성 에 맞는 각도로 집속하여 입력되도록 하기 위해, 그 사이에 배치될 수 있다. 복수의 제1렌즈(160)는 제2렌즈(170)를 중심으로 상호 대향되게 설치되며, 제2렌즈(170)의 크기는 제1렌즈(160)의 크기보다 큰 것이 바람직하다. 제2반사부(140)에서 반사된 빛이 필요한 각도로 바로 유리(150)로 입력될 수 있다면 이 구성을 필요로 하지 않으나, 세밀한 각도의 조절이나, 빛의 분산, 확산 내지는 초점 모으기 등의 특성이 필요한 경우에는, 추가적으로 제1렌즈(160)를 도입할 수 있다.
제1렌즈(160)는 제1반사부(130)가 형성된 브라켓에 고정되는 제1고정부재(195)와 PCB 기판(180) 상부에 고정되는 제2고정부재(196) 사이에 끼워져 고정되며, 제2렌즈(170)는 양측의 제 2 고정부재(196) 사이에 끼워져 고정시키는 것이 가능하다.
제2렌즈(170)는 유리(150)에서 반사, 내지는 굴절된 빛이 수광부(120)를 향할 때에, 제1렌즈(160)와 같이 빛의 경로를 보정하거나, 분산, 확산 내지는 집속용으로 사용된다. 제2렌즈(170)의 도입에 따라, 수광부(120)의 수를 최소한으로 줄일 수 있는 효과도 뒤따르게 된다.
기판(180)은 발광부(110)와 수광부(120)가 양면으로 부착되는 PCB 이다. 차량 부품의 최소화, 컴팩트화는 계속적으로 요청되는 당면 과제인데, 본 발명에서는 PCB 기판(180)의 크기를 최소화하여, 전체적인 레인센서의 크기를 컴팩트하게 만들 수 있는 장점이 있다.
동작을 살펴보면, 우천시 운전자의 조작에 따라 와이퍼 자동 작동모드가 선택된 경우 도면에는 미도시된 컨트롤러에서 상기 적외선 LED 발광부(110)가 주기적 으로 발광되도록 제어한다.
컨트롤러의 발광 제어신호에 응하여 적외선 LED 발광부(110)가 발광되면, 적외선 빔이 방출되고, 상기 적외선 빔은 하방에 소정 간격으로 이격된 제1반사부(130) 중 좌우로 형성되어 있는 경사면(131)으로 입사된다.
상기 경사면(131)으로 입사된 적외선 빔은 상기 경사면(131)에 의해 반사되며, 상기 반사된 적외선 빔은 제2반사부(140)에 입사되면서 다시 반사되고, 상기 반사된 적외선 빔은 제1렌즈(160)에 의해 집속되어 차량의 전면 유리(150)로 입사된다.
상기 차량의 전면 유리(150)에 입사된 적외선 빔은 전면 유리(150)에 의해 반사되고, 반사된 적외선 빔은 제2렌즈(170)에 의해 집속되어 리시버 수광부(120)로 입사되며, 리시버 수광부(120)는 빗물의 양을 전기적 신호로 변환하고, 상기 전기적 신호로 변환된 빗물의 양 감지신호는 컨트롤러로 입력된다.
그러면 컨트롤러는 빗물의 양 감지신호를 이용하여 와이퍼 구동 제어신호를 생성하고, 상기 와이퍼 구동 제어신호는 와이퍼 구동모터로 출력되어 와이퍼의 작동속도를 제어하게 된다.
도 5는 종래의 레인 센서에 따른 감지 영역 및 구성의 크기와, 본 발명의 레인 센서에 따른 감지 영역 및 구성의 크기를 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, (a)는 종래의 레인센서 구성으로서, 기판(20)의 각 단부에는 발광부(21)와 수광부(22)가 구비되고 그 중앙 상측의 유리(15) 부분을 감지하게 된다. 이 경우 그 중앙에 있는 W2 만큼의 폭을 감지할 수 있게 된다. 이 때 필요한 기판(20)의 너비는 W1이다.
(b)와 같은 본 발명은, 기판(180)의 너비 W3은 종래의 W1에 비해 작으면서도, 2개의 발광부(110)가 구비될 수 있으며, 유리(150)에서는 W2보다 상대적으로 넓은 영역의 W4 만큼의 공간을 감지할 수 있게 되는 효과가 있다. 따라서 본 발명은 한정된 기판(180)의 크기를 컴팩트화 하면서도, 오히려 감지영역은 확장시키는 탁월한 효과를 갖게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예의 레인 센서가 동작되는 방식을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 레인 센서에 따른 구성의 크기를 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참조하면, 발광부(110)를 한 쪽에만 설치한 경우의 빛의 흐름을 나타내는 것이다. 수광부(120)와 발광부(110)가 반대방향을 향하고 있는 대신에, 서로 근접한 위치에 있어도 동작이 가능하므로, 기판(180)의 크기를 축소시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.
도 7을 참조하면, 발광 빛의 경로를 단순화하여 나타낸 것인데, 기판(180)을 중심으로 상측에 수광부(120), 하측에 발광부(110)를 설치하고 반사부를 구비한다. 종래와 같이 수광, 발광부가 같은 방향을 향하게 구성하는 경우 W6과 같이 넓은 폭으로 큰 기판을 구비하여야 했으나, 본 발명의 경우, W5와 같이 상대적으로 작은 기판(180)을 사용하더라도 동일한 효과를 갖게 된다. 기판이 작아지는 대신에 별도의 반사부를 구비하여야 하나, 실 제조상 기판이 작아지는 것이 전체적인 크기의 컴팩트화에 더 큰 기여를 하므로 실익이 있다.
도 8은 종래와 본 발명에 따른 레인 센서의 크기 및 감지 영역을 비교하기 위한 도면이다. 도 8을 참조하면, (a)는 종래의 레인 센서 기판 부분을 평면으로 나타낸 것이다. 발광부(21)와 수광부(22)가 너비 W1의 기판(20)에서 W2 영역만큼을 감지하게 된다. 만약 감지 영역을 W2보다 더 확장하고자 하면, 보다 많은 발광부와 수광부를 설치하여야 하고, 기판의 크기도 커져야 한다.
(b)는 본 발명의 레인 센서 기판 부분을 평면으로 나타낸 것으로서, 하나의 수광부(120)가 설치된 기판(180) 배면측에 발광부(110)가 구비되는데, 서로 밀접한 위치에 배치가 가능하므로, 기판의 너비는 W3과 같이 상대적으로 작다. 추가적으로 발광부(110)를 배면측에 설치할 때마다 감지 영역은 계속적으로 증가하는데, 이 때 수광부(120)의 수는 하나만으로도 족하다.
(c)의 경우, 발광부(110)를 2개 설치한 경우, W4와 같이 감지 영역이 증가하는데, 여전히 기판의 크기는 W3과 같이 상대적으로 작고, 수광부(120)는 하나면 족하다. 배면측에 발광부(110)를 3개, 4개,... 로 증가시키면서 적절한 반사부만 배치시키면 보다 넓은 면적에 대해 감지가 가능하며, 이 경우 레인 센서의 감지 성능이 향상되고 민감해지는 효과를 갖게 된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 레인 센서를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 일반적인 레인 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일반적인 레인 센서의 감지 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 레인 센서의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 레인 센서가 동작되는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 종래의 레인 센서에 따른 감지 영역 및 구성의 크기와, 본 발명의 레인 센서에 따른 감지 영역 및 구성의 크기를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예의 레인 센서가 동작되는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 레인 센서에 따른 구성의 크기를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 종래와 본 발명에 따른 레인 센서의 크기 및 감지 영역을 비교하기 위한 도면이다.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
100 : 레인 센서
110 : 발광부 120 : 수광부
130 : 제 1 반사부 140 : 제 2 반사부
150 : 차량의 전면유리 160 : 제 1 렌즈
170 : 제 2 렌즈 180 : PCB 기판
195, 196 : 고정부재

Claims (6)

  1. 차량의 전면 유리측에 구비되는 레인 센서에 있어서,
    상기 전면 유리와 평행하게 배치되는 기판과,
    상기 기판의 저면에 배치되어 빛을 방출하는 두 개의 발광부와,
    상기 발광부들의 하부에 형성되어 상기 두 개의 발광부에서 방출되는 빛 각각이 상기 기판에 걸리지 않도록 좌측 상방 및 우측 상방으로 1차 반사하는 제1반사부와,
    상기 기판과 일정 간격 이격되고 상기 기판에 수직이 되도록 양측면에 길게 배치되어 상기 제1반사부에서 1차 반사되는 각각의 빛을 상기 전면 유리로 반사하는 제2반사부와,
    상기 차량의 전면 유리를 통해 반사된 빛을 집속시켜 수광부로 입사되도록 하는 제2렌즈를 포함하고,
    상기 수광부는 상기 전면 유리와 대향하는 기판의 상부면에 형성되어 상기 제2렌즈를 통해 집속된 두 빛을 수광하는 것을 특징으로 하는 컴팩트 레인 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2반사부를 통해 반사된 빛을 집속시켜 상기 차량의 전면 유리로 방출시키는 제1렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 컴팩트 레인 센서.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1반사부가 상기 복수의 발광부마다 대응되도록 각각 구비되거나,
    또는 상기 제1반사부의 경사면이 상기 복수의 발광부마다 대응되도록 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 컴팩트 레인 센서.
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