KR100937905B1 - 물체감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에는 간단한 시스템에 의하여 물체의 존재 및 물체의 이동속도 등을 감지하기 위한 물체감지장치가 개시된다.

본 발명의 특징적인 구성은 레이져 쉬트 빔(sheet beam)을 발광시키는 발광장치; 상기 레이져 쉬트 빔이 반사될 때 반사된 레이져 쉬트 빔을 수광하는 대물렌즈와, 균일속도로 회전하며 상기 대물렌즈를 통하여 입사되는 상기 반사된 레이져 쉬트 빔을 굴절시키는 로테이팅 프리즘과, 상기 로테이팅 프리즘을 통과하는 상기 반사된 레이져 쉬트 빔이 수광되어 전기신호를 발생시키는 적어도 하나 이상의

광전변환소자들을 포함하는 수광장치; 상기 로테이팅 프리즘이 회전각과 상기 광전변환소자들의 전기신호가 발생되는 시점에 의하여 상기 대물렌즈의 광축을 중심으로 상기 반사체가 놓여 있는 각도를 산출하는 각도산출수단을 포함하는 것이다.

로테이팅 프리즘, 레이져, 발광장치, 수광장치,시간비행방법(time of fright methode)

Description

물체감지장치{detecting apparatus for objects}

도 1은 본 발명의 일실시예를 설명하기 위한 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 적용되는 로테이팅 프리즘의 회전상태에 따라 반사체의 반사광이 광전변환소자에 다르게 수광되는 모양을 설명하는 모식도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예를 구현하는 회로도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예의 차량위치감지부의 동작과정을 설명하는 타임챠트이다.

본 발명은 물체를 감지하기 위한 감지장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 전방, 후방에 설치하여 차량의 전, 후방에 존재하는 물체를 감지하는 장치 에 관한 것이다.

인공지능형 차량을 제작하기 위하여 차량의 전방, 후방에 존재하는 물체를 감지하기 위한 많은 장치들이 연구 개발되어 왔다. 현재 시판되고 있는 일반적인 장치는 8개 정도의 레이저 발광장치로부터 레이져를 조사영역에 부채살처럼 보내고 조사영역으로부터 반사되는 반사광을 감지하여 자차량의 전방의 물체를 감지한다.

그러나, 자차량의 전방의 조사영역이 넓어지게 되면 물체를 감지하지 못하는 영역이 생기게 되고, 상대적으로 원거리에서 물체가 감지되지 못하는 영역이 점차 확대되기 때문에 물체가 감지되지 않는 문제점이 존재하였다.

본 발명은 이러한 문제점을 개선하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 시스템에 의하여 레이져의 조사영역 전체에 걸쳐 물체를 감지할 수 있는 능력을 갖는 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 레이져 쉬트 빔(sheet beam)을 발광시키는 발광장치; 상기 발광장치에서 발광된 레이져 쉬트 빔을 반사시키는 반사체; 상기 레이져 쉬트 빔이 반사될 때 반사된 레이져 쉬트 빔을 수광하는 대물렌즈와, 균일속도로 회전하며 상기 대물렌즈를 통하여 입사되는 상기 반사된 레이져 쉬트 빔을 굴절시키는 로테이팅 프리즘과, 상기 로테이팅 프리즘을 통과하는 상기 반사된 레이져 쉬트 빔이 수광되어 전기신호를 발생시키는 적어도 하나 이상의 광전변환소자들을 포함하는 수광장치; 상기 로테이팅 프리즘이 회전각과 상기 광전변환소자들의 전기신호가 발생되는 시점에 의하여 상기 대물렌즈의 광축을 중심으로 상기 반사체가 놓여 있는 각도를 산출하는 각도산출수단을 포함하는 것이다.

또한, 본 발명에서 상기 발광장치로부터 상기 레이져 쉬트 빔이 발광되는 시점과 상기 광전변환소자에서 전기신호가 발생되는 시점에 의하여 상기 반사체와 상기 수광장치 사이의 거리를 산출하는 거리 산출수단을 더 포함하는 것이 바람직하 다.

또한, 본 발명에서 상기 반사체에 대하여 기설정된 시간간격으로 상기 거리 산출수단에 의하여 거리가 복수회 산출될 때, 기설정된 시간간격과 거리의 변화에 의하여 상기 반사체의 이동속도를 산출하는 속도산출수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기 레이져 쉬트 빔이 주기적으로 발광되고, 상기 레이져 쉬트 빔의 전체가 반사될 때, 상기 로테이팅 프리즘이 회전함에 따라서 한 주기에 반사된 레이져 쉬트 빔의 분할된 영역 중 특정 영역만이 상기 광전변환소자에 입사되고, 주기가 경과함에 따라서 순차적으로 분할된 영역이 상기 광전변환소자에 순차적으로 입사되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 설명하기 위한 구성도이다.

쉬트 빔(sheet beam) 발광장치(10)는 레이져 다이오드(1)에서 발산된 점광원 형태의 레이져를 연속한 선 상태의 쉬트 빔(6)으로 만들어 반사체(7)에 입사시키고, 반사체(7)에서 반사된 레이져 쉬트 빔(6)은 수광장치(20)에 수광되고, 수광장치(20) 내의 광전변환소자(21)에 입사되어 광량에 비례한 전기적신호로 변환된다.

쉬트 빔 발광장치(10)는 레이져 구동신호에 의하여 구동되어 레이져를 조사시키는 레이져 다이오드(1)와, 레이져 다이오드(1)로부터 조사된 빛을 일방향으로 연속되는 쉬트 빔(6)으로 변환시키는 복수의 렌즈들(3), (4), (5)로 이루어진다. 이때, 렌즈(3)는 아스페릭 렌즈(Asperic lens), 렌즈(4)는 아나아모픽렌즈(anamorphic lens), 렌즈(5)는 f-θ 렌즈가 바람직하다.

수광장치(20)는 반사체(7)에서 반사된 쉬트 빔(6)을 집광시키는 대물렌즈(22)와, 일정속도로 회전되어 대물렌즈(22)를 통하여 입사되는 쉬트 빔을 회전각에 따라서 다른 방향으로 굴절시켜 출력시키는 로테이팅 프리즘(rotating prism)(23)과 로테이팅 프리즘(23)의 출력되는 광을 수광하여 전기적 신호로 변환하는 광전변환소자(21)들로 이루어진다. 이때, 광전변환소자(21)는 광경로상 로테이팅 프리즘(23)의 뒤에 고정 배치된다.

로테이팅 프리즘(23)은 정육면체 프리즘이고, 모서리에 각 면을 통과하는 광선이 구분되도록 광흡수체(24)가 설치되어 있으며, 중심에 모터에 의하여 일정속도로 회전되는 회전축이 설치된다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 적용되는 로테이팅 프리즘의 회전상태에 따라 반사체의 반사광이 광전변환소자에 다르게 수광되는 모양을 설명하는 모식도이다.

자 차량에는 쉬트 빔(sheet beam) 발광장치(10)와 수광장치(20)가 설치되고, 쉬트 빔 발광장치(10)는 도시된 바와 같은 3개의 영역(x), (y), (z) 전체에 걸쳐 쉬트 빔을 조사한다. 이때, 영역(x), (y), (z)는 차량이 주행하는 차로의 폭에 해당할 수 있으나, 이에 국한되지 않기 때문에 일정 범위에 폭을 갖는 영역으로 정의한다. 자차량은 영역(x)을 따라 주행하고 있으며, 자차량이 주행하는 영역(x)의 전면에 3개의 영역의 중심영역인 영역(y)을 따라서 주행하고 있으며, 자차량의 전방의 동일 거리에 각각 차량이 모두 존재할 때, 각 차선의 차량에 의하여 반사되는 반사광이 수광장치에서 수광되는 위치는 영역(x'), (y'), (z')로 로테이팅 프리 즘(23)의 회전상태에 따라 좌우이동 된다. 이때, 광전변환소자(21)는 이동되거나 회전되지 않도록 자차량에 고정된 장치이고, 특정한 영역의 반사광만을 흡수하도록 설계한다면 로테이션 프리즘(23)이 특정 각도로 놓여 있을 때 특정한 하나의 영역의 차량으로부터 반사된 광을 수광하게 된다.

즉, 도 2 (a)에 도시된 바와 같이, z 영역의 차량이나 장애물에 의하여 반사된 빛은 광전변환소자(21)에 수광되고, 나머지 영역 x, y의 차량이나 장애물로부터 반사된 빛은 광전변환소자에 수광되지 않게 된다. 또한, 도 2의 (b) 상태에서는 y영역의 차량에 의하여 반사된 빛은 광전변환소자(21)에 수광되고, 나머지 영역x, z의 차량으로부터 반사된 빛은 광전변환소자에 수광되지 않게 된다. 또한, 도 2의 (c) 상태에서는 영역 x의 차량이나 장애물 에 의하여 반사된 빛만 광전변환소자에 수광되고, 나머지 영역 y, z의 차량이나 장애물로부터 반사된 빛은 광전변환소자에 수광되지 않게 된다.

이와 같이 각각의 로테이션 프리즘(23)의 회전상태에 따라서 광전변환소자(21)에 입사되는 반사광은 서로 다른 영역의 차량이나 장애물에 의한 반사광이므로 로테이션 프리즘의 회전각도는 엔코더등 회전각 검출장치에 의하여 검출되게 되고, 특정 회전각 상태에서 광전변환소자에 전압이 발생되면 레이저 펄스가 방출될 때를 스타트(start) 점으로 하고 광전변한 소자에 반사되어 올 때를 스톱(stop) 점으로 하여 소위 타임 오브 프라이트(time of fright) 방법에 의하여 시간을 측정할 수 있어 특정 영역에 장애물이 존재함을 알수 있다.

또한, 쉬트 빔(sheet beam) 발광장치(10)로 발광되는 시점과 수광장치(20)에 서 수광되는 시점은 시스템에서 인식할 수 있으며, 레이져는 광속을 갖으므로, 자차량으로부터 이격된 감지된 차량까지의 거리를 구할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예를 구현하는 회로도이다.

제어부(40)에는 주변기기들이 연결되는 마이컴 또는 기억장치와 중앙처리장치로 이루어지고, 연결된 주변기기들로부터 입력되는 신호들을 연산처리한 후 주변기기에 제어신호들을 출력하여 제어한다.

입력부(38)는 제어부(40)가 제어동작의 개시 및 종료등을 처리할 수 있도록 명령어를 입력한다. 제어부(40)에는 발광구동부(36)가 연결되고, 발광구동부(36)에는 쉬트 빔 발광장치(10)의 레이져 다이오드(1)가 연결된다. 제어부(40)는 발광구동부(36)에 일정 주기로 레이져 다이오드(1)를 발광시키기 위한 구동신호를 전송한다.

또한, 제어부(40)에는 차량위치감지부(35)가 연결된다. 차량위치감지부(35)는 발광구동부(36)와 광전변환소자(21)와 회전각 검출부(34)와 지리정보수신부(GPS)(39)가 연결된다. 지리정보 수신부(39)는 GPS 위성으로부터 제어부(40)의 위치 데이터를 전송받아 제어부의 위치를 검출하고, 제어부(40)의 위치를 포함하는 전자지도를 표시부(37)에 표시하도록 한다.

또한, 제어부(40)에는 모터 구동부(33)가 연결되고, 모터 구동부(33)에는 모터(32)가 연결된다. 모터(32)는 일정속도로 회전되고, 모터(32)의 회전축에는 엔코더(31)와 로테이팅 프리즘(23)이 설치되며, 엔코더(31)에는 회전각 검출부(34)가 설치되어 엔코더(31)의 회전상태에 따라서 회전각이 검출되고, 회전각 검출부(34) 에서 검출된 회전각은 차량위치감지부(35)로 출력된다.

또한, 제어부(40)에는 표시부(37)와 연결되며, 표시부(37)에 표시된 지리정보 수신부(39)로부터 수신되는 전자지도를 표시하고, 표시된 전자지도 상에 위치감지부(35)에서 감지된 차량의 위치와 자차량의 위치를 표시하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예의 위치감지부(35)의 동작과정을 설명하는 타임챠트이다.

도 4에서 (a)는 회전각 검출부(34)에서 검출된 엔코더(31)의 회전각의 변화를 나타내고 있다. 이때, 엔코더(31)의 출발각은 0°이고, 이때 로테이팅 프리즘(23)의 전면과 후면이 대물렌즈(22)의 광축에 수직인 상태 즉 도 3의 (b)와 같은 상태를 나타내고 있다. 또한 도 4에서 (b)는 발광구동부(36)에서 레이져 다이오드(1)로 공급되는 주기적인 구동신호의 공급시점을 표시하는 것으로 발광주기(T)를 로테이팅 프리즘(23)의 회전각으로 표시하면 30°이다. 또한, 도 4에서 (c)는 광전변환소자(21)에서 발생되는 전기적 신호의 발생시간을 표시한다.

도 2에서 자차량이 Y 영역을 주행하고 있으며, 자차량의 전방에 Y 영역에만 차량이나 장애물(이하 차량이라고 함) 존재한다고 하면 도 2에서 (b)와 같이 로테이팅 프리즘(23)이 회전된 상태, 즉 회전각이 0°인 상태, 90°인 상태, 180°인 상태를 중심으로 일정 시간 동안(일정 각도 이내)만 Y 영역에 있는 차량으로부터 반사광이 광전변환소자(21)에 입사되고, 광전변환소자(21)에서는 반사광이 입사되는 시간 동안 전기신호를 발생시킨다.

도 4의 (c)에서 시간(t1)에서 발생된 신호는 엔코더의 회전각이 0°일 때 시 간 T1에 발생된 발광신호가 Y 영역의 전방에 존재하는 차량에 의하여 반사되어 광전변환소자(21)에 수광됨으로써 발생된 전기신호를 의미한다. 마찬가지로 시간(t2)에서 발생된 신호는 엔코더의 회전각이 90°일 때 시간 T4에 발생된 발광신호가 Y 영역의 전방에 존재하는 차량에 의하여 반사되어 광전변환소자(21)에 수광됨으로써 발생된 전기신호를 의미하고, 시간(t3)에서 발생된 신호는 엔코더의 회전각이 180°일 때 시각T7에서 발생된 발광신호가 Y차선의 전방에 존재하는 차량에 의하여 반사되어 광전변환소자(21)에 수광됨으로써 발생된 전기신호를 의미한다.

이와 같이 엔코더의 회전각의 범위에서 광전변환소자에서 수광되는 차선의 범위 즉, 전방각도가 틀려지게 된다. 즉 특정 회전각도에서 광전변환소자에 전기신호가 발생되면 자차량의 전방에 존재하는 차량의 위치각도를 결정할 수 있다.

또한, 도 4의 (c)에서 △t1은 레이져 다이오드(1)로부터 레이져가 발사되어 차량으로부터 반사되어 광전변환소자(21)에 수광되는 시점을 의미하므로 T1 시점에서 자차량과 전방의 차량 간의 거리는 C△t1/2 이다(이때 C는 광속을 의미한다). 따라서, t1의 시점을 검출하게 되면 자차량에서 전방의 차량까지의 거리와 전방의 차량이 위치하는 각도가 검출되게 되어 전방의 차량의 위치가 결정된다.

또한, 도 4의 (c)에서 △t2는 레이져 다이오드(1)로부터 레이져가 발사되어 차량으로부터 반사되어 광전변환소자(21)에 수광되는 시점을 의미하므로 T4 시점에서 자차량과 전방의 차량 간의 거리는 C△t2/2 이다. △t2가 △t1 보다 큰 경우에는 전방의 차량과 자차량이 멀어지는 것을 의미하고, 작은 경우는 전방의 차량과 자차량의 거리가 가까워지는 것을 의미한다.

또한, T1에서 T4까지의 시간동안, 즉 3T 동안에 전방 차량의 거리변화는

C│△t2 -△t1│/2

이고, 자차량의 속도는 지리정보 수신부(39)에서 감지되는 자차량의 위치변화를 변화시간으로 나눔으로써 자차량의 속도를 구할 수 있으므로, 결국 전방차량의 이동속도를 구할 수 있다.

또한, 제어부(40)는 위치감지부(35)에서 검출된 장애물(차량)의 위치를 입력받아 표시부(37)에 표시한다. 또한, 차량의 속도를 입력받아 표시부(37)에 문자로 표시한다.

또한, 제어부(40)에는 지리정보 수신부(39)에서 얻어지는 지도 맵을 표시부(37)에 표시하도록 하고, 지도 맵상에 자차량의 위치 및 전방 차량의 위치 및 전방 차량 및 자차량의 이동속도 및 이동궤적을 표시하도록 한다. 이때 지도 맵은 2차원 영상 및 3차원 영상으로 이루어진다.

또한, 제어부(40)에는 자차량과 전방 차량의 이격 거리가 기설정된 값 이내이면 음성경보 발생부(미도시)로 하여금 음성경보를 발생하도록 하거나 표시부에 경고 메시지를 표시하도록 하여 운전자로 하여금 경각심을 갖도록 한다.

상기 목적과 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 광전변환소자에 입력되는 반사광의 시점과 이때에 로테이팅 프리즘의 회전각도를 인식하면 수광장치의 중심으로부터 반사체가 위치하는 각도와 반사체가 자차량으로부터 이격된 거리를 알 수 있으므로, 차량감지장치를 간단히 구성할 수 있고, 고장이 없으며 제조비용을 대폭 절감할 수 있다.

Claims (5)

1. 레이져 쉬트 빔(sheet beam)을 발광시키는 발광장치;

   상기 발광장치에서 발광된 레이져 쉬트 빔을 반사시키는 반사체;

   상기 레이져 쉬트 빔이 반사될 때 반사된 레이져 쉬트 빔을 수광하는 대물렌즈와, 균일속도로 회전하며 상기 대물렌즈를 통하여 입사되는 상기 반사된 레이져 쉬트 빔을 굴절시키는 로테이팅 프리즘과, 상기 로테이팅 프리즘을 통과하는 상기 반사된 레이져 쉬트 빔이 수광되어 전기신호를 발생시키는 적어도 하나 이상의 광전변환소자들을 포함하는 수광장치;

   상기 로테이팅 프리즘이 회전각과 상기 광전변환소자들의 전기신호가 발생되는 시점에 의하여 상기 대물렌즈의 광축을 중심으로 상기 반사체가 놓여 있는 각도를 산출하는 각도산출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 물체감지장치.
2. 청구항 1에서, 상기 발광장치로부터 상기 레이져 쉬트 빔이 발광되는 시점과 상기 광전변환소자에서 전기신호가 발생되는 시점에 의하여 상기 반사체와 상기 수광장치 사이의 거리를 산출하는 거리 산출수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물체감지장치.
3. 청구항 2에서, 상기 반사체에 대하여 기설정된 시간간격으로 상기 거리 산출수단에 의하여 거리가 복수회 산출될 때, 기설정된 시간간격과 거리의 변화에 의하여 상기 반사체의 이동속도를 산출하는 속도산출수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물체감지장치.
4. 청구항 1에서, 상기 레이져 쉬트 빔이 주기적으로 발광되고, 상기 레이져 쉬트 빔의 전체가 반사될 때, 상기 로테이팅 프리즘이 회전함에 따라서 한 주기에 반사된 레이져 쉬트 빔의 분할된 영역 중 특정 영역만이 상기 광전변환소자에 입사되고, 주기가 경과함에 따라서 순차적으로 분할된 영역이 상기 광전변환소자에

   순차적으로 입사되는 것을 특징으로 하는 물체감지장치.
5. 청구항 3에서, 상기 물체감지장치는 상기 물체감지장치의 위치정보를 수신하여 표시부에 표시되는 전자지도 상에 상기 위치정보를 표시하도록 하는 지리정보수신부를 더 포함하고, 상기 물체감지장치는 상기 거리 산출수단에 의하여 산출된 상기 반사체의 위치를 상기 전자지도 상에 전자지도 상에 반사체의 위치를 표시하는 것을 특징으로 하는 물체감지장치.

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