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.