KR101342549B1 - 조절된 빔각을 가지는 초음파 센서 - Google Patents

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Abstract

조절된 빔각을 가지는 초음파 센서가 개시된다. 이 초음파 센서는 바닥을 가지는 통형상의 하우징과, 하우징 내부에 배치된 진동자를 포함하고, 하우징은 측벽에 하나 이상의 중량감소부를 가지며, 빔각은 중량감소부가 위치하는 부위측이 좁아지게 된다. 중량감소부는 홈 또는 홀일 수 있고, 그 디멘션 요소의 개별적 또는 조합적인 변경에 의해 원하는 빔각을 얻을 수 있다.

Description

조절된 빔각을 가지는 초음파 센서{ULTRASONIC SENSOR WITH ADJUSTED BEAM ANGLE}
본 발명은 초음파 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조절된 빔각을 가지는 초음파 센서에 관한 것이다.
최근 초음파 센서를 자동차의 범퍼 등에 부착하여 장애물을 감지하는데 이용하고 있다. 이를테면, 초음파 센서에 펄스 버스트 전기신호를 입력하면 그에 대응되는 초음파신호가 발진되고, 발진된 초음파신호가 장애물에 반사되는 것을 수신함으로써 장애물을 검출해낸다. 따라서 운전자는 후진 등을 수행할 때 보이지 않는 장애물의 존재유무를 알 수 있게 된다.
이와 같이 차량 범퍼에 부착되는 초음파센서는 후방 장애물을 감지하는데 매우 유용하다고 할 수 있다. 운전자가 볼 수 없는 낮은 높이의 장애물은 물론 설치위치에 따라서 거의 모든 방향의 장애물을 감지할 수 있기 때문이다. 따라서 최근의 운전자들은 후진 등을 할 때는 장착된 초음파 센서에 대한 의존도가 높아지고 있다. 그만큼 초음파 센서의 동작에 오류가 없어야 할 뿐만 아니라 보다 정밀한 감지가 가능하여야 한다.
초음파 센서는 각각이 가지는 구조에 따라 고유한 빔각(beam angle)을 가지게 된다. 이러한 초음파 센서의 고유한 빔각은 장애물 탐지에 있어서 주요한 요소이다. 빔각에 따라서 오작동이 나거나 감도에 많은 영향을 주기 때문이다.
도 1은 기존의 일반적인 초음파 센서를 도시한 도면이고, 도 2는 기존의 일반적인 초음파 센서의 지향성을 보여주는 그래프이다.
기존에는 미국특허 8,085,621호에서와 같이 초음파 센서의 빔각을 조절하기 위해서 내부 구조의 변경에 의존하였다. 그러나 내부구조의 변경에는 한계가 있다.
미국특허 8,085,621호
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 조절된 빔각을 가지는 초음파 센서를 제공한다.
본 발명은 조절된 빔각을 가지는 초음파 센서를 제공하며, 이 초음파 센서는: 바닥을 가지는 통형상의 하우징; 및 상기 하우징 내부에 배치된 진동자;를 포함하고, 상기 하우징은 측벽에 하나 이상의 중량감소부를 가지며, 상기 빔각은 상기 중량감소부가 위치하는 부위측이 좁아진다.
상기 하우징은 강체일 수 있다.
상기 중량감소부는 홈 또는 홀일 수 있다.
상기 중량감소부의 배치 높이(h), 두께(t), 및 호의 길이(l)는 다음의 조건: 하우징 바닥두께 ≤ h ＜ 하우징 높이; 0 ＜ t ＜ (하우징 높이 - 하우징 바닥두께); 및 0 ＜ l ＜ 하우징 지름; 내에서 형성된다.
상기 빔각은, 상기 중량감소부의 배치 높이(h)에 비례하고, 상기 중량감소부의 두께(t)에 반비례하며, 상기 중량감소부의 호의 길이(l)에 반비례한다.
본 발명의 초음파 센서는 상기 중량감소부를 상기 하우징 종방향 및 횡방향 측벽의 하나 이상에 형성하고, 형성되는 중량감소부의 높이(h), 두께(t), 및 길이(l) 중 하나 이상을 조절하여 소망하는 빔각을 갖게 된다.
본 발명에 따르면, 원하는 빔각을 가지는 초음파 센서가 제공된다. 이러한 초음파 센서는 하우징의 측벽에 중량감소부로서 홈 또는 홀을 형성함으로써 구현될 수 있다. 따라서 기존과 같이 하우징 내부 구조를 변경하는 방식보다 빔각의 조절이 용이하다. 더구나 중량감소부의 디멘션과 배치 높이를 각각 또는 조합하여 변경함으로써 빔각의 정밀한 조절이 가능하게 된다.
도 1은 기존의 일반적인 초음파 센서를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 기존의 초음파 센서의 빔각을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 조절된 빔각을 가지는 초음파 센서를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 초음파 센서의 빔각을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 조절된 빔각을 가지는 초음파 센서를 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 6i는 본 발명의 조절된 빔각을 가지는 초음파 센서 및 그에 대응하는 빔각 그래프의 예들이다.
도 7a 내지 7c는 본 발명의 초음파 센서에서 빔각과 중량감소부의 디멘션과의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명에 따른 조절된 빔각을 가지는 초음파 센서를 도시한 도면으로서, (a)는 사시도이고, (b)는 정면도이고, (c)는 평면도이고, (d)는 측면도이다.
도 3을 참조하여, 본 발명은 조절된 빔각을 가지는 초음파 센서(1)는 바닥을 가지는 통형상의 하우징(10)과, 하우징(10) 내부에 배치된 진동자를 포함한다.
하우징(10)은 측벽에 하나 이상의 중량감소부(30)를 가지며, 이러한 중량감소부(30)가 위치하는 부위측으로부터의 빔각이 좁아지게 된다.
이는 중량감소부(30)에 의해 그 부위의 중량이 감소하게 됨으로써 진동자의 진동이 그 부위에서 상대적으로 많아지게 되어 빔각이 좁아지는 것이다.
하우징(10)은 강체로서, 예를 들어 알루미늄일 수 있다.
진동자는 압전소자이며, 하우징(10) 내부에서 와이어를 통해 리드(50)과 연결된다.
하우징(10) 내부에는 충진재가 채워지며, 중량감소부(30)가 홀일 경우 그 부위도 충진재로 채워질 수 있다.
본 발명의 조절된 빔각을 가지는 초음파 센서(1)에 형성되는 중량감소부(30)는 홀(구멍)이거나 홈일 수 있다.
도 4는 도 3에 도시한 본 발명의 조절된 빔각을 가지는 초음파 센서(1)의 지향성을 보여주는 그래프이다. 도면에서 "V"는 종방향의 지향성을 나타내고, "H"는 횡방향의 지향성을 나타낸다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 도 3의 본 발명의 초음파 센서(1)에 형성된 중량감소부(30)에 의해 세로 방향의 지향성이 좁아져 있는 것을 알 수 있다. 이는 도 2에 도시한 종래의 초음파 센서(100)의 지향성과는 차이가 있다.
본 발명의 조절된 빔각을 가지는 초음파 센서(1)에 적용되는 중량감소부(30)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 중량감소부의 배치 높이를 "h", 두께를 "t", 그리고 호의 길이를 "l"이라고 할 때 다음과 같은 조건 내에서 형성될 수 있다.
하우징 바닥두께 ≤ h ＜ 하우징 높이;
0 ＜ t ＜ (하우징 높이 - 하우징 바닥두께); 및
0 ＜ l ＜ 하우징 지름.
또한 이러한 중량감소부(30)는 적어도 하나 이상이 배치하여 빔각 또는 지향성을 원하는 형태로 조절할 수 있다. 예를 들어, 횡방향 80° 내지 100° 그리고 종방향 30° 내지 50°으로 빔각을 조절하여 자동차의 뒷 범퍼에 부착하여 후방 감시용으로 이용할 수 있다. 상술한 횡방향 각도범위와 종방향 각도범위는 차량의 후진 시에 감시하여야 할 최적으로 범위를 나타낼 수 있다. 이를테면, 종방향에 있어서는 초음파 센서로부터 발진된 초음파신호가 지면에 반사되지 않도록 범위를 제한하여야 하며, 이를 본 발명의 초음파 센서(1)를 이용하면 쉽게 구현할 수 있다.
도 6a 내지 6i는 본 발명의 조절된 빔각을 가지는 초음파 센서(1)에 대한 예시와 그들의 지향성 그래프를 나타낸다. 좌측의 초음파 센서(1)에 대한 도면은 정면도와 평면도로서, 평면도에서는 이해의 편의를 위하여 하우징(10)의 주요부분만을 도시하였다. 우측의 그래프에서는 "V"는 종방향의 지향성을 나타내고 "H"는 횡방향의 지향성을 나타낸다.
도 6a는 본 발명의 조절된 빔각을 가지는 초음파 센서(1)의 하나의 예를 보여준다. 중량감소부(30)가 전방과 후방에 형성되어 종방향의 빔각, 종방향 지향각(V)이 줄어든 것을 보여준다.
도 6b는 본 발명의 조절된 빔각을 가지는 초음파 센서(1)의 다른 예로서 중량감소부(30)의 길이(l)이 도 6a의 초음파 센서(1) 보다 큰 경우를 나타낸다. 이 경우 도 6a의 종방향 지향각 보다 더 줄어든 종방향 지향각(V)를 갖는다는 것을 보여준다.
도 6c는 도 6b와는 반대로 도 6a 보다 중량감소부(30)의 호의 길이(l)가 작은 경우를 나타낸다. 이 경우에는 도 6a의 초음파 센서(1) 보다 종방향 지향각(V)이 넓다.
도 6d는 도 6a 보다 중량감소부(30)의 설치 위치(높이(h))가 높은 경우로서, 중량감소부(30)의 두께(t)와 중량감소부(30)의 호의 길이(l)는 동일하다. 이때는 우측의 지향각 그래프에서도 알 수 있는 바와 같이 종방향 지향각(V)이 도 6a에 도시된 경우보다 넓다.
마찬가지로 도 6e는 도 6d의 경우 보다 중량감소부(30)의 설치 위치(h)가 더 높은 경우로서, 종방향 지향각(V)이 도 6d 보다 넓다.
도 6f는 도 6a의 초음파 센서(1)와 중량감소부(30)의 설치 위치(h)와 호 길이(l)은 동일하지만 두께(t)가 두꺼운 초음파 센서(1)의 예를 나타낸다. 이 경우, 우측 그래프에서도 알 수 있는 바와 같이 종방향 지향각(V)이 도 6a의 경우보다 더 좁아진다.
도 6g는 도 6f의 초음파 센서(1) 보다도 더 두께(t)가 두꺼운 초음파 초음파 센서(1)의 예이다. 우측 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 종방향 지향각(V)이 도 6f 보다도 좁다.
도 6h와 도 6i는 전, 후방 외에 측방에도 중량감소부(30)가 배치된 예를 보여주는 것이다. 이들 경우에서는 종방향 지향각(V)과 함께 횡방향 지향각(H)이 조절될 수 있다.
이를테면, 도 6h는 도 6a에 형성된 개별 중량감소부(30)과 동일한 중량감소부(30)가 4개 형성된 예이다. 즉, 중량감소부(30)가 전, 후방 외에 좌측 및 우측에 형성되어 있다. 따라서 도 6h의 우측 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 종방향 지향각(V)과 함께 횡방향 지향각(H)이 함께 줄어들게 된다.
도 6i는 3개의 중량감소부(30)가 배치된 예를 나타내며, 중량감소부(30)가 전, 후방, 그리고 우측에 형성되었다. 이러한 경우에는 횡방향에 있어서는 우측 부위의 빔각(지향각)은 줄어드는 반면 좌측 부위는 변화가 없는 것을 우측 그래프에서 확인할 수 있다.
본 발명의 조절된 빔각을 가지는 초음파 센서(1)는 도 7a 내지 7c에서 나타낸 바와 같이, 빔각(지향각)은 중량감소부의 길이(l)에 반비례하며(도 7a), 설치 위치(높이: h)에 비례하며(도 7b), 두께(t)에 반비례한다(도 7c).
이상과 같이 중량감소부(30)의 디멘션과 설치 위치를 조합을 적절하게 선택함으로써 원하는 빔각(지향각)을 가지는 초음파 센서를 얻어 낼 수 있다.
이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
1, 100: 초음파 센서 30: 중량감소부
50: 리드

Claims (6)

  1. 조절된 빔각을 가지는 초음파 센서로서:
    바닥을 가지는 통형상의 하우징; 및
    상기 하우징 내부에 배치된 진동자;를 포함하고,
    상기 하우징은 측벽에 하나 이상의 중량감소부를 가지며, 상기 빔각은 상기 중량감소부가 위치하는 부위측이 좁아지는 것인,
    조절된 빔각을 가지는 초음파 센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징은 강체인 것인,
    조절된 빔각을 가지는 초음파 센서.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 중량감소부는 홈 또는 홀인 것인,
    조절된 빔각을 가지는 초음파 센서.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 중량감소부의 배치 높이(h), 두께(t), 및 호의 길이(l)은 다음의 조건:
    하우징 바닥두께 ≤ h ＜ 하우징 높이;
    0 ＜ t ＜ (하우징 높이 - 하우징 바닥두께); 및
    0 ＜ l ＜ 하우징 지름; 내에서 형성되는 것인,
    조절된 빔각을 가지는 초음파 센서.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 빔각은,
    상기 중량감소부의 배치 높이(h)에 비례하고,
    상기 중량감소부의 두께(t)에 반비례하며,
    상기 중량감소부의 호의 길이(l)에 반비례하는 것인,
    조절된 빔각을 가지는 초음파 센서.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 중량감소부를 상기 하우징 종방향 및 횡방향 측벽의 하나 이상에 형성하고,
    형성되는 중량감소부의 높이(h), 두께(t), 및 길이(l) 중 하나 이상을 조절하여 소망하는 빔각을 갖게 되는,
    빔각이 조절된 초음파 센서.
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