레인 센서가 빗방울을 감지하는 과학적 원리는 무엇인가요?

Question

비 오는 날 자동차 유리창에 설치된 우적 감지 센서(레인 센서)는 빗방울이 떨어지면 이를 감지하여 와이퍼를 자동으로 작동시키는데요. 레인 센서가 빗방울을 감지하는 과학적 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

자동차 레인 센서는 빛의 전반사 원리와 매질의 굴절률 변화를 이용하여 빗방울을 감지하는데, 센서는 차 전면 유리 안쪽에 밀착 설치되며, 주로 적외선을 쏘는 발광 소자와 반사된 빛을 받아들이는 수광 소자로 구성됩니다.

비가 오지 않을 때는 적외선 LED가 유리 안쪽에서 약 45도 각도로 빛을 입사시킵니다. 유리의 굴절률은 외부 공기의 굴절률보다 크기 때문에, 빛이 유리 표면에서 임계각 이상으로 부딪혀 외부로 나가지 않고 100% 반사 되는 전반사가 일어납니다. 이렇게 반사된 적외선은 맞은편 수광 소자로 손실 없이 대부분 들어옵니다. 빗방울이 닿았을 때는 유리 표면에 빗방울이 맺히면 표면 경계가 유리-공기에서 유리-물로 바뀝니다. 물의 굴절률은 공기보다 높아 전반사 조건이 깨지게 되어, 적외선 빛의 상당량이 빗방울을 통해 유리를 뚫고 외부로 굴절되어 새어 나갑니다.

빛이 밖으로 유출되면 수광 소자에 도달하는 빛의 양이 즉시 감소합니다. 센서의 제어장치는 도달하는 빛의 양이 얼마나 줄어들었는지, 그 변화가 얼마나 빈번하게 일어나는지를 측정하여 빗방울의 양과 강수 속도를 판별하고, 이에 맞춰 와이퍼의 동작 속도를 자동으로 조절합니다.