조도센서

조도센서(illumination sensor)는 주변의 밝기를 측정하는 센서이다.

광에너지(빛)를 받으면 내부에 움직이는 전자가 발생하여 전도율이 변하는 광전효과를 가지는 소자를 사용한다. 황화카드뮴(CdS)를 소자로 사용한 경우, CdS 센서라고 한다. CdS는 +,-의 구분이 없는 무극성 소자이며 밝을 경우 약 1kΩ의 저항값을, 어두울 경우 약 50kΩ의 저항값을 유지한다. 이러한 성질을 전압 분배 법칙에 적용하면 간단한 회로로 밝기를 측정할 수 있다.

CdS센서는 작고 저렴하기 때문에 가장 보편적으로 사용되고 있다. 어두워지면 자동으로 켜지는 가로등, 자동차의 헤드라이트, 밝기에 따라 변하는 핸드폰 화면 액정 등 실생활에서도 쉽게 찾아 볼 수 있다. 조도센서는 정밀하게 밝기와 정비례 하며 전도율이 높아지지는 않기 때문에, 정확한 밝기를 측정한다기보단 밝고 어두운 정도를 판별하기에 적합하다.

사용방법

조도센서는 극성은 없으나 빛의 양에 따라 전도율이 변한다. 빛의 양이 많아질 수록 전도율이 높아져 저항이 낮아진다. 그러나 전도율이 밝기에 비례하여 선형적으로 증가하는 것이 아니기 때문에 정확한 Lux 값을 구하기보다는 밝고 어두운 정도만을 판별하기에 적합하다.

이 예제에서 사용된 조도센서 (CdS)는 옥외주차장, 휴식중의 극장 객석 정도의 빛의 양 (10 Lux) 에서 약 10KΩ의 저항을 가지며, 아무런 빛이 없는 암실에서약 200KΩ의 저항을 가진다.

조도센서도 일종의 저항이나, 빛의 양이 매우 많은 경우, 저항이 매우 작아저 과전류가 흐를 수 있다 , 또한 조도센서의 저항 값에 따른 전압을 신호로 입력받기 위해서 10K 저항을 달아준다.

이 예제에서는 풀업 저항을 사용한다. 풀업 저항 사용시, 조도센서의 저항값에 따라 전압 분배가 일어나며, 빛의 양이 많을 수 록 (밝을 수록) 측정되는 전압의 크기는 작아진다.

오토라이트 조도센서

자동차 등화장치는 LED 램프가 주간주행등(DRL)을 비롯해 콤비네이션 테일램프, 헤드라이트에까지 적용됨은 물론 레이저 헤드라이트, OLED 헤드라이트 등 다양한 광원이 새롭게 등장하고 있는 추세이다.

또한 코너링 때 사람의 눈처럼 스티어링 휠을 꺾는 방향에 따라 램프의 조사각이 바뀌는 풀 어댑티브(AFLS) 헤드램프나 코너링램프, 상향등을 켜고 운전할 때 마주오는 차가 있을 경우 자동으로 상향등과 하향등으로 변환시켜 주는 하이빔어시스트(HBA) 등 기능적인 측면에서도 많은 발전을 이루고 있다.

그 중 가장 일반화된 시스템 중 하나가 바로 오토라이트 컨트롤 시스템이다. 오토라이트 컨트롤 시스템은 어두운 저녁은 물론 터널이나 지하주차장 등 어두운 곳으로 차가 진입하면 자동으로 라이트를 켜주는 시스템으로, 1990년대 말부터 2000년대 초반 일부 국산 고급차에 적용되기 시작해 지금은 소형차나 경차에까지 옵션 또는 기본사양으로 적용되고 있다.

오토라이트 시스템은 비교적 간단한 시스템으로 햇빛 등 차량 주변의 광원 밝기를 조도센서가 감지해 미등이나 헤드램프를 켜주는 것이 작동원리라 할 수 있다. 오토라이트 컨트롤 시스템을 적용한 차들이 차량 주변의 광원이 밝고 어두운 정도를 감지하는 센서는 우적감지 와이퍼(레인센싱 와이퍼)의 적용여부에 따라 윈드실드 상단에 위치하거나 윈드실드 아래쪽 센터페시아 정중앙에 위치하는 방식 등 크게 두 가지로 구분할 수 있다.

우선 흔히 조도센서로 알려진 차량 주변의 빛을 감지하는 센서는 일사센서(Sun Sensor)라고 부르는데, 빛의 세기에 따라 전기적 성질이 변화하는 포토다이오드의 원리를 이용하고 있는 것이 특징이다. 포토 다이오드는 광센서의 일종으로 빛의 양에 따라 저항값이 변화하는 특성을 갖고 있다.

일사센서는 이러한 저항값의 변화를 전류 또는 전압으로 변환해 오토라이트 컨트롤러가 차량 주변의 광원이 밤인지 낮인지 또는 터널이나 지하주차장인지를 판단하는 기준을 제공한다. 초기의 오토라이트 컨트롤 시스템은 윈드실드 하단의 센터페시아 정중앙에 있는 일사센서를 이용해 시스템을 제어하는 방식을 주로 사용해 왔다.

이러한 이유는 오토라이트 컨트롤 시스템이 적용되기 이전부터 일사센서가 전자동에어컨(FATC)의 중요한 입력센서 중 하나로 사용되어 왔기 때문이다. 일사센서는 전자동에어컨시스템에서 자동차 실내로 들어오는 빛의 양에 따라 실내온도 변화를 감지해 전자동에어컨 컨트롤러가 운전자가 설정한 온도에 따라 에어컨의 토출온도와 풍량을 제어할 수 있도록 도와주는 역할을 한다.

빛의 세기에 따라 광원의 밝기와 온도변화를 감지하는 것만 다를 뿐 작동원리는 같다고 할 수 있지요. 최근에는 이러한 일사센서에 오토라이트 기능과 도난방지시스템 작동램프나 우적감지 기능 등 다양한 기능을 통합해 사용되고 있는 추세이다.

우적감지 와이퍼시스템의 적용된 경우에는 일사센서가 윈드실드 상단에 위치한 우적(강우량)감지센서와 일사센서 등과 통합되어 있는 방식이 주로 사용되고 있으며, 일사센서보다는 다기능을 갖추고 있다 보니 콤비 센서라고도 불린다.

우적감지 와이퍼와 통합되어 윈드실드 상단에 위치한 일사센서의 경우 센터페시아 상단에 위치한 일사센서 방식보다 직접적으로 빛을 감지하므로 직관적이고 감도가 민감할 뿐 아니라 외관상으로도 유리한 측면이 많다는 것이 관련업계의 설명이다.

반면 센터페시아에 일사센서가 위치한 경우에는 전면유리를 통해 빛의 양을 감지하므로 유리의 반사율이나 주변환경에 따라 차이를 보이기도 합니다. 예를 들면 전면유리에 가시광선투과율이 낮은(진한) 틴팅필름을 붙인 경우 어두운 그늘만 드리워도 오토라이트가 작동하는 현상이 대표적이라 할 수 있다.

한편 같은 오토라이트 시스템이라도 터널을 지날 때 자동차제작사나 차종마다 오토라이트가 작동하는 시간이 다른 것을 볼 수 있습니다. 어떤 차는 터널에 들어서자마자 라이트가 켜지지만 또 다른 차종은 한참 지나서 라이트가 켜지는 것이다.

터널을 빠져나와서도 라이트가 꺼지는 시간이 상이하다. 해질 무렵과 같은 어중간한 밝기에서도 마찬가지이다. 이러한 이유는 자동차회사마다 또는 차종마다 정해진 작동기준(일사센서의 작동전압 기준)이 다르기 때문이다.

참고자료

• 〈조도센서로 어두워지면 LED 제어하기〉, 《㈜네패스 kocoaFAB》, 2018-11-30
• 〈조도 센서〉, 《자동차용어사전》
• 오토헤럴드 김아롱 기자, 〈해 떨어지면 알아서 켜지는 라이트 원리〉, 《네이버 포스트》, 2017-09-29

같이 보기

• 조도
• 광에너지
• 황화카드뮴
• 오토라이트

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