KR101770628B1 - 폴리건 미러 및 멀티측정을 이용한 레이저 검지기 - Google Patents

폴리건 미러 및 멀티측정을 이용한 레이저 검지기 Download PDF

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유호진
박진용
신종식
최우혁
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컴레이저 (주)
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Abstract

본 발명은 5개의 각면을 갖되 각면에 미러가 설치되는 폴리건 미러를 이용하여 레이저부로부터 출사되는 레이저신호를 다양한 각도로 편향시켜 차선의 폭 방향으로 스캔이 이루어지도록 구성됨으로써 차량데이터 검출을 위한 대량의 데이터 확보가 이루어져 검지율 및 분해능을 획기적으로 높일 수 있고, 폴리건 미러의 양측에 레이저부들이 설치되어 폴리건 미러의 양측으로 대향되게 레이저신호들을 출사하도록 구성됨으로써 회전속도 대비 스캔속도를 극대화시켜 정밀한 스캔이 가능하여 분해능 및 차량감지의 정확성을 더욱 높일 수 있으며, 각 레이저부에 단일 스캔발광부 및 단일 스캔수광부가 설치되되, 스캔발광부 및 스캔수광부에 복수개의 레이저 다이오드들 및 APD(Avalanche Photo Diode)들이 설치되며, 스캔발광부 및 스캔수광부의 전방에 렌즈가 설치되어 각 레이저 다이오드들에서 출사되는 레이저신호들의 광축이 평면상으로 바라보았을 때 서로 다른 각도를 갖도록 출사됨으로써 스캔라인들이 차량 주행방향으로 간격을 두고 형성되어 서로 다른 영역의 스캔을 통해 차량을 더욱 정확하게 감지할 수 있으며, 간단한 구성으로 회전속도 대비 스캔속도를 더욱 극대화시킬 수 있는 레이저검지기에 관한 것이다.

Description

폴리건 미러 및 멀티측정을 이용한 레이저 검지기{laser detector using polygon mirror and multi-measurement}
본 발명은 폴리건 미러 및 멀티측정을 이용한 레이저 검지기에 관한 것으로서, 상세하게로는 폴리건 미러(Polygon mirror)의 양측에 레이저부들을 대향되게 설치함과 동시에 각 레이저부의 스캔발광부 및 스캔수광부에 복수개의 레이저 다이오드들 및 APD(Avalanche Photo Diode)들이 설치되어 차선의 폭 방향으로 스캔을 하되, 차량 주행방향으로 이격되는 복수개의 스캔라인들이 형성되도록 함으로써 분해능 및 스캔속도를 높여 차량감지의 정확성 및 신뢰도를 획기적으로 개선시킬 수 있는 레이저 검지기에 관한 것이다.
차량수요가 증가하고 통신기반이 확장됨에 따라 첨단기술을 교통체계에 적용시켜 교통체계를 일괄적으로 관리하기 위한 지능형 교통시스템(ITS, Intelligent Transportation Systems)이 널리 사용되고 있다.
이러한 지능형 교통시스템(ITS)은 차량검지기, AVI(Automatic Vehicle Identification, 차량번호인식장치) 등과 같이 도로 현장에 설치되어 차량을 감지하는 감지장비에 의하여 측정된 감지데이터를 기반으로 교통정보를 생성하기 때문에, 지능형 교통 시스템에 있어서 감지장비의 검출정확성은 교통정보 품질에 직접적인 영향을 주게 되고, 이러한 감지장비는 레이더검지기, 영상기반 검지장비, 레이저검지기 등으로 분류된다.
특히 레이저(Laser) 신호는 에너지밀도가 크며, 파장 및 위상이 일정하여 간섭에 강하고, 직진성 및 집광성이 우수한 장점으로 인하여 이러한 레이저신호를 이용하여 차량을 감지하는 레이저검지기가 널리 사용되고 있다.
도 1은 국내등록특허 제10-0877175호(발명의 명칭 : 레이저를 이용한 고정식 주행 차량 관련 데이터 획득시스템)에 개시된 데이터 획득 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1의 종래의 레이저 속도검지기(이하 종래기술이라고 함)(100)는 레이저신호(L1)를 도로에 송수신 하는 1채널(110)과, 1채널(110)의 레이저신호(L1)로부터 차량 주행방향으로 이격되게 레이저신호(L2)를 송수신 하는 2채널(120)과, 채널1, 2(110), (120)의 출력 신호를 활용하여 차종을 검출하는 프로파일 변환부(130)와, 프로파일변환부(130)에 의해 검출된 차종데이터가 저장되는 메모리(140)로 이루어진다.
즉 종래기술(100)은 1채널(110) 및 2채널(120)이 차량 주행방향으로 이격되는 레이저신호(L1), (L2)들을 조사하도록 구성됨으로써 두 개의 레이저신호들을 통해 차량정보 검출이 이루어지기 때문에 검출정확성을 높일 수 있는 장점을 갖는다.
그러나 종래기술(100)은 단순히 도로의 차량 주행방향으로 이격된 지점으로 단순히 두 개의 레이저신호(L1), (L2)들만이 조사되기 때문에 외부 요인에 의해 레이저신호들 중 어느 하나가 영향을 받는 경우 차량정보 검출이 정확하게 이루어지지 못하는 한계를 갖는다.
또한 종래기술(100)은 레이저신호(L1), (L2)들에 의해 감지되는 폭 방향의 면적이 전체 도로 폭 대비 과도하게 작기 때문에 검지율이 떨어짐과 동시에 이를 사전에 운전자가 인지하는 경우 해당 구간을 고의로 피해 운전하여 단속 회피율이 높은 구조적 한계를 갖는다.
즉 레이저검지기는 서로 다른 위치로 조사되는 레이저신호들의 수량이 증가할수록 이에 비례하여 검출의 정확성 및 신뢰도가 증가하게 된다.
이에 따라 종래기술(100)의 문제점을 해결하기 위해서는, 복수개의 레이저송수신부들을 설치하여 조사되는 레이저신호들의 수량을 높이는 방식이 있으나, 이러한 방식은 고가의 레이저 송수신부를 복수개로 장착하여야하기 때문에 제조비용 및 장비크기가 증가함과 동시에 소수의 레이저신호들의 추가로 인한 검출정확성 증가의 효과가 미비하여 효율성이 떨어지는 단점을 갖는다.
즉 종래기술(100)은 하나의 수신렌즈에 한 개의 수신렌즈에 한 개의 APD가 설치되며, 한 개의 송신렌즈에 한 개의 레이저다이오드가 설치된 채널이 2개가 구비된 것이기 때문에 부피를 컴팩트하게 제조할 수 없을 뿐만 아니라 한정된 폭의 2개 포인트를 통과하는 차량의 데이터만을 확보할 수 있고, 이에 따라 차량을 통과하는 도로의 차선폭이 넓거나 차선이 복수개인 경우에는 복수개의 인용발명을 설치하거나 스캔 기능을 갖는 고가의 레이저 측정 장비를 설치하여야 하는 것이어서 설치비용이 과다하게 소모되고, 유지 및 보수가 어려운 문제점이 발생한다.
한편, 최근 들어 프린터, 스캐너, 복사기, 거리측정기 등의 전자장비에는 결상면의 전체 영역으로 레이저신호를 조사하기 위한 폴리건 미러(Polygon mirror)가 널리 사용되고 있다.
도 2는 종래의 프린터 레이저 스캐닝 유닛트를 나타내는 구성도이다.
종래의 프린터 레이저 스캐닝 유닛트(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 광원인 레이저 빔을 출사시키는 레이저 다이오드(210)와, 레이저 다이오드(210)에서 출사된 레이저 빔을 광축에 대해 평행광 및 선형광으로 변형시키는 렌즈(220)들과, 렌즈9220)들을 통한 수평방향의 선형광을 등선속도로 이동시켜 스캐닝하는 폴리건 미러(240)로 이루어진다.
이때 폴리건 미러(240)는 스캐닝 모터(250)에 결합되어 스캐닝 모터(250)의 회전에 따라 회전한다.
또한 폴리건 미러(240)는 복수개의 경면(241)을 갖는 정다각형 형상의 기둥으로 형성되며, 상하 양면은 평행하고 경면은 상하 양면에 대해 수직으로 형성됨으로써 레이저 다이오드(210)로부터 조사되는 레이저 빔을 편향시킬 수 있게 된다.
이러한 폴리건 미러(240)는 스캐닝 모터(250)에 의해 회전됨과 동시에 서로 다른 경사각을 갖는 경면(241)들로 형성되기 때문에 한 개의 레이저신호를 다양한 각도로 편향시켜 복수개의 레이저신호들을 조사하는 효과를 기대할 수 있는 장점을 갖고 있으나, 아직 차량을 감지하기 위한 레이저검지기에 폴리건 미러를 적용시킨 연구는 전무한 상황이다.
또한 레이저검지기는 고속 주행하는 차량을 감지하기 위한 목적을 갖는 것으로서, 동일 구간의 동일시간 동안 얼마나 많은 레이저신호들의 스캔이 이루어지는지(스캔속도)가 검출 정확성에 직결되나, 만약 레이저검지기에 폴리건 미러를 적용시킨다고 가정하더라도, 이러한 스캔속도를 높이기 위한 별도의 방법 및 기술이 적용되지 않아 검출정확성을 극대화시킬 수 없는 구조적 한계를 갖는다.
다시 말하면, 종래의 레이저검지기에 폴리건 미러를 적용시킨다고 할지라도, 스캔속도가 떨어지는 경우, 수집되는 프로파일 데이터양이 제한되어 경차 등과 같이 차량의 사이즈가 작거나 또는 차량이 고속으로 주행 중인 경우 차량검지가 정확하게 이루어지지 않을 뿐만 아니라 검출 정확성이 현저히 떨어지는 문제점이 발생한다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 5개의 결상면을 갖는 폴리건 미러를 이용하여 레이저부로부터 출사되는 레이저신호를 다양한 각도로 편향시켜 차선의 폭 방향으로 스캔이 이루어지도록 구성됨으로써 차량데이터 검출을 위한 대량의 데이터 확보가 이루어져 검지율 및 분해능을 획기적으로 높일 수 있는 레이저검지기를 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 다른 해결과제는 폴리건 미러의 양측에 레이저부들이 설치되어 각 레이저부가 폴리건 미러의 양측으로 대향되게 레이저신호들을 출사하도록 구성됨으로써 회전속도 대비 스캔속도를 극대화시켜 정밀한 스캔이 가능하여 분해능 및 차량감지의 정확성을 더욱 높일 수 있으며, 경차 등과 같이 사이즈가 작은 차량이나 고속으로 주행 중인 차량에 대해서도 정확한 차량 검지 및 프로파일 데이터 수집이 가능한 레이저검지기를 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 각 레이저부에 단일 스캔발광부 및 단일 스캔수광부가 설치되되, 스캔발광부 및 스캔수광부에 복수개의 레이저 다이오드들 및 APD(Avalanche Photo Diode)들이 설치되며, 스캔발광부 및 스캔수광부의 전방에 렌즈가 설치되어 각 레이저 다이오드들에서 출사되는 레이저신호들의 광축이 평면상으로 바라보았을 때 서로 다른 각도를 갖도록 출사됨으로써 스캔라인들이 차량 주행방향으로 간격을 두고 형성되어 서로 다른 영역의 스캔을 통해 차량을 더욱 정확하게 감지할 수 있으며, 간단한 구성으로 회전속도 대비 스캔속도를 더욱 극대화시킬 수 있는 레이저검지기를 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 폴리건 미러가 5개의 각면을 갖는 5각 기둥으로 형성됨과 동시에 레이저신호들의 광축이 측면상에서 바라보았을 때 18°의 각도로 경사를 갖도록 레이저부들이 설치됨으로써 폴리건 미러를 중심으로 양측으로 72°의 반사범위를 가질 수 있고, 이에 따라 각 레이저부의 스캔발광부들이 동일한 영역 및 위치를 스캔하되 72°의 간격을 유지하면서 스캔이 이루어지는 레이저검지기를 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 주행차량을 감지하기 위한 레이저검지기에 있어서: 하부가 개구된 하우징; 복수개의 결상면들을 갖는 다각 기둥형상으로 형성되며, 상기 하우징 내부에서 회동 가능하도록 설치되는 편향부; 상기 편향부를 구동시키는 구동부; 상기 하우징의 양측부에 설치되어 상기 편향부의 대향되는 결상면으로 레이저신호들을 각각 출사한 후 반사 신호를 수신하는 제1레이저부 및 제2 레이저부들을 포함하고, 상기 하우징은 상기 편향부의 길이 방향이 차선의 주행방향을 향하도록 설치되고, 상기 제1 레이저부 및 상기 제2 레이저부로부터 출사되는 레이저신호들을 편향시켜 차선의 폭 방향으로 동일 구간의 스캔이 이루어지도록 하고, 상기 제1 레이저부 및 상기 제2 레이저부는 레이저신호를 출사하는 스캔발광부와, 상기 스캔발광부로부터 출사되는 레이저신호의 반사 신호를 수광하는 스캔수광부를 더 포함하고, 상기 스캔발광부는 평면상으로 바라보았을 때, 서로 다른 광축을 갖는 레이저신호들을 출사하는 레이저 다이오드들을 더 포함하고, 상기 스캔수광부는 상기 레이저 다이오드들로부터 출사되어 반사되는 신호들 각각을 수신하는 APD(Avalanche Photo Diode)들을 더 포함하는 것이다.
또한 본 발명에서 상기 편향부는 5각 기둥형상으로 형성되어 외측면에 상기 결상면들이 형성되는 폴리건 미러(Polygon mirror)인 것이 바람직하다.
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또한 본 발명에서 상기 스캔발광부는 발광렌즈; 상기 발광렌즈의 초점거리 이내에 설치되며, 상기 편향부의 결상면에 수직으로 광축이 형성되는 수직 레이저 다이오드; 상기 발광렌즈의 초점거리 이내에 설치되되 상기 수직 레이저 다이오드와 이격되게 설치되며, 상기 편향부의 결상면에 경사지게 광축이 형성되는 전방 레이저 다이오드를 더 포함하고, 상기 스캔수광부는 수광렌즈; 상기 수광렌즈의 내측에 설치되며, 상기 수직 레이저 다이오드로부터 출사되어 반사되는 신호를 수집하는 수직 APD; 상기 수광렌즈의 내측에 설치되되 상기 수직 APD와 간격을 두고 설치되며, 상기 전방 레이저 다이오드로부터 출사되어 반사되는 신호를 수집하는 전방 APD를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 폴리건 미러는 스캔이 이루어지는 구간을 스캔라인이라고 할 때, 상기 수직 레이저 다이오드의 레이저신호를 편향시켜 수직 스캔라인(S1)이 직하부에 형성되도록 하며, 상기 전방 레이저 다이오드의 레이저신호를 편향시켜 상기 수직 스캔라인(S1) 보다 차량 진입방향인 전방으로 이격된 위치에 전방 스캔라인(S2)이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 제1 레이저부 및 상기 제2 레이저부는 상기 수직 레이저 다이오드, 상기 전방 레이저 다이오드, 상기 수직 APD 및 상기 전방 APD가 측면상에서 바라보았을 때, 광축이 18°의 각도로 경사지게 형성되도록 설치되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 제1 레이저부의 스캔발광부의 수직 레이저 다이오드에 의한 레이저신호의 스캔과, 상기 제2 레이저부의 스캔발광부의 수직 레이저 다이오드에 의한 레이저신호의 스캔은 상기 수직 스캔라인(S1)을 동일하게 스캔하되 72°의 위상차가 발생하여 72°의 간격으로 스캔이 이루어지고, 상기 제1 레이저부의 스캔발광부의 전방 레이저 다이오드에 의한 레이저신호의 스캔과, 상기 제2 레이저부의 스캔발광부의 전방 레이저 다이오드에 의한 레이저신호의 스캔은 상기 전방 스캔라인(S2)을 동일하게 스캔하되 72°의 위상차가 발생하여 72°의 간격으로 스캔이 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 레이저검지기는 상기 하우징의 양측부에 결합되는 경사판들을 더 포함하고, 상기 경사판들은 평평한 판재로 형성되되 일면에 상기 스캔발광부 및 상기 스캔수광부가 설치되며, 상기 하우징에 결합될 때 상기 일면이 상부에서 하부를 향할수록 외측을 향하도록 경사지게 설치되어 상기 수직 레이저 다이오드, 상기 전방 레이저 다이오드, 상기 수직 APD 및 상기 전방 APD가 측면상에서 바라보았을 때, 광축이 18°를 형성하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 제1 레이저부 및 상기 제2 레이저부는 감지대상의 위치가 포함되는 고감도 감지영역과, 상기 수직 레이저 다이오드 또는 전방 레이저 다이오드로부터 상기 고감도 감지영역 직전까지 사이의 저감도 감지영역의 감도 차등화가 이루어지도록, 감지대상이 6m 내지 18m의 거리 범위일 때, 상기 수직 레이저 다이오드 및 상기 수직 APD의 광축 중심이 감지대상과 0.5° 내지 5.0°의 각도 범위에 있도록 하거나 상기 전방 레이저 다이오드 및 상기 전방 APD의 광축 중심이 감지대상과 0.5° 내지 5.0°의 각도 범위에 있도록 하고, 상기 레이저검지기가 6m 높이에 설치될 때, 상기 수직 레이저 다이오드 및 상기 수직 APD의 광축 중심이 감지대상과 1.5°~ 5.0°의 각도 범위에 있도록 하거나 상기 전방 레이저 다이오드 및 상기 전방 APD의 광축 중심이 감지대상과 1.5°~ 5.0°의 각도 범위에 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 제1 레이저부 및 상기 제2 레이저부는 상기 수직 레이저 다이오드 또는 상기 전방 레이저 다이오드와 동일한 광축을 갖도록 설치되어 레이저포인터 신호를 출사하는 레이저포인터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 5개의 각면을 갖되 각면에 미러가 설치되는 폴리건 미러를 이용하여 레이저부로부터 출사되는 레이저신호를 다양한 각도로 편향시켜 차선의 폭 방향으로 스캔이 이루어지도록 구성됨으로써 차량데이터 검출을 위한 대량의 데이터 확보가 이루어져 검지율 및 분해능을 획기적으로 높일 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면 폴리건 미러의 양측에 레이저부들이 설치되어 폴리건 미러의 양측으로 대향되게 레이저신호들을 출사하도록 구성됨으로써 회전속도 대비 스캔속도를 극대화시켜 정밀한 스캔이 가능하여 분해능 및 차량감지의 정확성을 더욱 높일 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면 각 레이저부에 단일 스캔발광부 및 단일 스캔수광부가 설치되되, 스캔발광부 및 스캔수광부에 복수개의 레이저 다이오드들 및 APD(Avalanche Photo Diode)들이 설치되며, 스캔발광부 및 스캔수광부의 전방에 렌즈가 설치되어 각 레이저 다이오드들에서 출사되는 레이저신호들의 광축이 평면상으로 바라보았을 때 서로 다른 각도를 갖도록 출사됨으로써 스캔라인들이 차량 주행방향으로 간격을 두고 형성되어 서로 다른 영역의 스캔을 통해 차량을 더욱 정확하게 감지할 수 있으며, 간단한 구성으로 회전속도 대비 스캔속도를 더욱 극대화시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면 폴리건 미러가 5개의 각면을 갖는 5각 기둥으로 형성됨과 동시에 레이저신호들의 광축이 측면상에서 바라보았을 때 18°의 각도로 경사를 갖도록 레이저부들이 설치됨으로써 폴리건 미러를 중심으로 양측으로 72°의 반사범위를 가질 수 있고, 이에 따라 각 레이저부의 스캔발광부들이 동일한 영역 및 위치를 스캔하되 72°의 간격을 유지하면서 스캔이 이루어지게 된다.
도 1은 국내등록특허 제10-0877175호(발명의 명칭 : 레이저를 이용한 고정식 주행 차량 관련 데이터 획득시스템)에 개시된 데이터 획득 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 종래의 프린터 레이저 스캐닝 유닛트를 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 레이저검지기가 설치된 모습을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예인 레이저검지기를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 커버를 제거하였을 때 상부에서 바라본 사시도이다.
도 6은 도 5를 하부에서 바라본 사시도이다.
도 7은 도 6의 하우징 및 구동부를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 5와 6의 편향부를 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 6의 제2 레이저부를 나타내는 사시도이다.
도 10의 (a)는 도 9의 스캔발광부 및 스캔수광부의 원리를 설명하기 위한 측면도이고, (b)는 (a)의 정면도이다.
도 11은 도 9를 나타내는 블록도이다.
도 12는 도 9의 제2 레이저부의 스캔발광부를 설명하기 위한 개념도이다.
도 13은 도 9의 제2 레이저부를 설명하기 위한 구성 예시도이다.
도 14의 (a)는 폴리건 미러의 일측으로만 레이저신호가 출사될 때를 나타내는 예시도이고, (b)는 본 발명에서와 같이 폴리건 미러의 양측으로 레이저신호가 출사될 때를 나타내는 예시도이다.
도 15는 본 발명의 폴리건 미러의 회전에 따라 스캔라인이 형성되는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 16은 본 발명의 제1 레이저부 및 제2 레이저부에 의해 형성되는 스캔라인들을 설명하기 위한 예시도이다.
도 17은 본 발명에 의한 스캔라인을 설명하기 위한 예시도이다.
도 18은 본 발명의 레이저부의 스캔발광부 및 스캔수광부의 동작과정을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 레이저검지기가 설치된 모습을 설명하기 위한 예시도이다.
본 발명의 일실시예인 레이저검지기(1)는 지주 및 겐트리 등의 구조물(11)에 설치되어 감지대상인 차선(R)으로 레이저를 출사한 후 반사 신호를 수집하여 차량감지, 감지시간, 차량속도 등의 차량데이터를 검출하기 위한 장비이다. 이때 차량데이터 검출은 도 3에서와 같이 별도의 컨트롤러(13)에서 연산 처리되거나 또는 레이저검지기(1)의 제어부에서 자체적으로 수행되는 것으로 구성될 수 있다.
또한 레이저검지기(1)는 차선(R) 당 한 개씩 설치되어 차선의 주행차량을 감지하는 것이 바람직하다.
또한 레이저검지기(1)는 모터 등의 구동수단에 의하여 회전하는 폴리건 미러가 레이저신호를 다양한 각도로 편향시켜 차선(R)의 폭 방향(d)으로 스캔라인을 형성함으로써 폭 상의 차량 감지영역의 길이가 작아 감지율이 낮으면서 단속 회피율이 높은 종래의 문제점을 해결할 수 있게 된다.
또한 레이저검지기(1)는 폴리건 미러의 양측에, 스캔발광부 및 스캔수광부로 이루어지는 레이저부들이 대향되게 설치되어 각 레이저부에서 폴리건 미러의 대향되는 결상면으로 레이저신호(L1), (L2)들을 출사함으로써 폴리건 미러의 회전속도 대비 스캔속도를 극대화시켜 차량데이터 검출의 정밀성, 정확성 및 신뢰도를 획기적으로 높일 수 있게 된다.
즉, 레이저검지기(1)는 폴리건 미러의 양측에 레이저부들 각각이 설치됨에 따라 각 레이저부에서 출사되는 한 쌍의 레이저신호(L1), (L2)들이 다양한 각도로 편향되어 차선 폭 방향(d)으로 길이를 갖는 스캔라인을 형성함과 동시에 하나의 스캔라인에 대하여 각 레이저부에 의하여 2중으로 스캔이 이루어지게 되고, 이에 따라 차량데이터 검출이 정밀하게 이루어질 뿐만 아니라 소형 차량 또는 고속 주행 중인 차량에 대해서도 차량데이터를 검출하여 방대하면서도 정밀한 데이터를 수집할 수 있게 된다.
또한 레이저검지기(1)는 각 레이저부가 단일 스캔발광부 및 단일 스캔수광부를 포함하되, 스캔발광부에는 복수개의 레이저 다이오드들이 설치됨과 동시에 전방에 발광렌즈가 설치되고, 스캔수광부에는 복수개의 APD들이 설치됨과 동시에 전방에 수광렌즈가 설치되고, 각 레이저 다이오드들에서 출사되는 레이저신호들은 발광렌즈에 의해 굴절되어 평면상에서 바라보았을 때 서로 다른 광축을 갖도록 구성되기 때문에 각 레이저 다이오드들에 의해 차량 주행방향으로 이격되는 스캔라인(S1), (S2)들이 형성됨으로써 별도의 장비를 추가하지 않고도 스캔범위를 2배로 확대시켜 더욱 광대한 프로파일 데이터를 수집할 수 있고, 이에 따라 경차 등과 같이 차량의 사이즈가 작거나 또는 차량이 고속으로 주행 중이더라도 차량데이터(감지, 속도, 차종, 차간거리 등)를 정밀하고 정확하게 검출할 수 있게 된다.
이때 스캔라인(S1)은 본 발명이 설치된 위치로부터 직하부에 형성되고, 스캔라인(S2)은 스캔라인(S1)으로부터 전방을 향하여 이격되게 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 일실시예인 레이저검지기(1)의 기술적 특징은 1)폴리건 미러를 이용하여 레이저신호를 다양한 방향으로 편향시켜 차선의 폭 방향(d)으로 스캔이 이루어지도록 하고, 2)폴리건 미러의 양측부에 레이저부들을 각각 대향되게 설치하여 모터 회전속도 대비 스캔속도를 극대화시킬 수 있으며, 3)각 레이저부의 스캔발광부에 한 쌍의 레이저 다이오드들을, 스캔수광부에 한 쌍의 APD들을 설치하되, 레이저 다이오드들에서 출사되는 레이저신호들이 발광렌즈에 의하여 굴절되어 평면상으로 바라보았을 때 서로 다른 광축을 갖도록 하여 차량 주행방향으로 이격되는 스캔라인(S1), (S2)들이 형성됨으로써 스캔범위를 확대시켜 2중으로 차량데이터 검출이 이루어져 스캔의 효율성 및 신뢰도를 높이기 위한 것이다.
이러한 본 발명의 기술적 특징은 후술되는 도 4 내지 14를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예인 레이저검지기를 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4의 커버를 제거하였을 때 상부에서 바라본 사시도이고, 도 6은 도 5를 하부에서 바라본 사시도이다.
레이저검지기(1)는 도 4 내지 6에 도시된 바와 같이, 하부가 개구된 함체로 형성되어 내부에 구성수단(2), (3), (5), (6), (7), (9)들이 수용되는 커버(10)와, 고정플레이트(21) 및 수직플레이트(23), (24)들로 이루어져 구성수단(3), (5), (6), (7), (9)들을 지지 및 고정시키는 하우징(2)과, 하우징(2)의 일측부에 설치되어 레이저신호(L1)를 후술되는 편향부(3)의 폴리건 미러(31)의 일측부로 출사한 후 반사 신호를 수광하는 제1 레이저부(5)와, 하우징(2)의 타측부에 설치되어 레이저신호(L2)를 후술되는 편향부(3)의 폴리건 미러(31)의 타측부로 출사한 후 반사 신호를 수광하는 제2 레이저부(6)와, 하우징(2)의 내부에 회동 가능하도록 설치되되 제1 레이저부(5) 및 제2 레이저(6)로부터 출사되는 각 레이저신호를 다양한 각도로 편향시키는 편향부(3)와, 편향부(3)를 회동시키는 구동부(7)와, 복수개의 회로기판(9)들로 이루어진다.
또한 레이저검지기(1)는 결합 시 차량운전자가 바라볼 때 제1 레이저부(5)가 좌측(-Y축)에 배치되고, 제2 레이저부(6)가 우측(+Y축)에 배치된 상태로 겐트리 등의 외부 구조물(11)에 설치된다.
또한 편향부(3)는 전방에서 바라보았을 때 반시계 방향으로 편향부(3)의 회전이 이루어진다.
커버(10)는 하부가 개구된 육면체 형상으로 형성되는 상부커버(101)와, 하우징(2)의 고정플레이트(21)의 하부에 설치되는 하부커버(130)로 이루어진다.
상부커버(101)는 개구부를 형성하는 하단부가 고정플레이트(21)에 결합되어 고정플레이트(21)의 상측에 설치되는 하우징(2), 편향부(3), 제1 레이저부(5), 제2 레이저부(6), 구동부(7) 및 회로기판(9)들이 내부에 수용됨으로써 우천, 외부 이물질의 내부 유입을 차단하여 내부 구성수단들을 보호한다.
또한 상부커버(101)는 하부 개구부에 인접한 영역의 Y축 방향의 양측부가 외측으로 확장되도록 형성된다.
또한 상부커버(101)는 대향되는 양측부에 손잡이(111)들이 설치되어 파지가 용이하게 이루어지도록 한다.
하부커버(103)는 중앙이 개구된 판재로 형성되며, 상단부가 고정플레이트(21)의 하면에 결합된다.
또한 하부커버(103)는 X축 방향의 대향되는 양측부가 하향 연장되게 형성된다.
도 7은 도 6의 하우징 및 구동부를 나타내는 사시도이다.
도 7의 하우징(2)은 중앙이 개구된 사각판재로 형성되는 고정플레이트(21)와, 고정플레이트(21)의 상면에 서로 대향되도록 수직 설치되는 수직플레이트(23), (24)들과, 수직플레이트(23), (24)들 사이에 결합되는 복수개의 프레임(25)들과, 고정플레이트(21)의 중앙 개구부에 설치되는 투명판(27)으로 이루어진다.
이때 도 7은 하우징(2)의 형상 및 구성을 예시적으로 보여준 것이며, 하우징(2)은 형상 및 구성은 이에 한정되지 않으며, 내부에 편향부(3)가 회동 가능하도록 설치될 수 있으며, 하부가 개구되어 레이저신호들이 통과될 수 있는 다양한 형상 및 구성으로 형성될 수 있다.
고정플레이트(21)는 중앙에 개구부가 형성되는 판재로 형성되며, 상세하게로는 복수개의 막대 형상의 바들이 사각형 형상으로 연결된다. 이때 고정플레이트(21)의 중앙 개구부로는 투명판(27)이 설치된다.
또한 고정플레이트(21)는 상면에 상부커버(101)가 결합되며, 하면에 하부커버(103)가 결합된다.
또한 고정플레이트(21)의 상면의 전후방에는 수직플레이트(24), (23)들이 수직 설치된다.
수직플레이트(24), (23)들은 사각형상의 판재로 형성되며, 고정플레이트(21)의 전후방에 수직 설치된다.
또한 전방의 수직플레이트(24)에는 회동운동을 발생시키는 모터 등의 구동부(7)가 설치되고, 후방의 수직플레이트(23)에는 구동부(7)의 회전축(미도시)이 회전 가능하도록 베어링 결합된다.
즉 구동부(7)는 회동 운동을 발생시키는 모터와 모터의 회전에 따라 회전하는 회전축으로 이루어지며, 회전축이 회동 가능하도록 수직플레이트(23), (24)들 사이에 결합된다.
또한 회전축은 후술되는 도 8의 편향부(3)의 폴리건 미러(Polygon mirror)(31)의 중앙에 장착됨으로써 모터의 회전운동은 회전축을 통해 폴리건 미러(31)로 전달되어 폴리건미러(31)를 회전시킨다.
또한 수직플레이트(23), (24)들 사이에는 바(bar) 또는 봉 형상의 프레임(25)들이 설치된다.
도 8은 도 5와 6의 편향부를 나타내는 사시도이다.
편향부(3)는 도 8에 도시된 바와 같이, 폴리건 미러(31)와, 보조플레이트(33), (34)들로 이루어진다.
폴리건 미러(31)는 5각 기둥 형상으로 형성된다.
또한 폴리건 미러(31)의 각면들은 레이저신호를 편향시킬 수 있는 결상면(311)으로 이루어진다.
또한 폴리건 미러(31)는 길이 방향(A)이 X축을 향하도록 하우징(2)의 내부에 설치된다.
또한 폴리건 미러(31)는 중앙에 전술하였던 구동부(7)의 회전축이 삽입 장착되는 결합공(313)이 형성됨으로써 모터의 회전에 따라 하우징(2) 내부에서 회전하게 된다.
이때 폴리건 미러(31)는 결합 시 차량운전자가 바라보았을 때 반시계방향으로 회전하게 된다.
또한 폴리건 미러(31)는 양측부로 제1 레이저부(5) 및 제2 레이저부(6)가 설치되어, 이들로부터 출사되는 레이저신호(L1), (L2)들 각각을 다양한 각도로 편향시켜 스캔라인이 형성되게 된다. 이때 각 레이저부에는 단일 스캔발광부가 설치되나, 본 발명에서는 스캔발광부에 한 쌍의 레이저 다이오드들을 설치하되, 레이저 다이오드들에서 출사되는 레이저신호들이 발광렌즈에 의해 굴절되어 평면상으로 바라보았을 때 서로 다른 광축을 갖도록 함으로써 폴리건 미러(31)에 의해 편향되는 레이저신호들은 차량 주행방향으로 이격되는 스캔라인(S1), (S2)들을 형성할 수 있게 된다.
또한 폴리건 미러(31)의 양단부에는 폴리건 미러(31)보다 큰 외경을 갖되 중앙이 개구되는 원판 형상의 보조플레이트(33), (34)들이 각각 결합되고, 이러한 보조 플레이트(33), (34)들은 폴리건 미러(31)를 지지하여 외부 충격 및 진동에 의한 폴리건 미러(31)의 파손을 방지한다.
이와 같이 구성되는 폴리건 미러(31)는 5각 기둥 형상으로 형성되어 인접하는 각면들의 각도(연접각)가 이 72°로 형성됨으로써 각 결상면(311)의 편향범위가 144°(72° × 2)를 갖게 되고, 본 발명은 폴리건 미러(31)의 편향범위가 144°인 점을 감안하여 측면상에서 바라보았을 때, 레이저신호들의 광축이 18°로 기울어지도록 레이저부들을 설치함으로써 폴리건 미러(31)의 편향범위가 72° ~ +72°로 이루어질 수 있도록 하였고, 이러한 폴리건 미러의 편향범위에 대한 설명은 후술되는 도 14 내지 17에서 상세하게 설명하기로 한다.
즉 폴리건 미러(31)는 5개의 각면을 갖는 5각 기둥으로 형성되어 1회 회전 시 레이저신호 하나 당 5회의 스캔을 수행할 수 있게 됨으로써 폭 상으로 차량 감지영역의 길이를 증가시켜 검지율을 획기적으로 높일 수 있을 뿐만 아니라 스캔 속도를 높일 수 있고, 이에 따라 광대한 프로파일 데이터의 수집이 가능하여 차량데이터를 정밀하고 정확하게 검출할 수 있을 뿐만 아니라 경차 등과 같이 사이즈가 작거나 또는 고속 주행 중인 차량에 대해서도 정확한 차량감지 및 차량데이터 검출을 수행할 수 있게 된다.
도 9는 도 6의 제2 레이저부를 나타내는 사시도이고, 도 10의 (a)는 도 9의 스캔발광부 및 스캔수광부의 원리를 설명하기 위한 측면도이고, (b)는 (a)의 정면도이다.
제2 레이저부(6)는 도 9에 도시된 바와 같이, 판재로 형성되어 양단부가 하우징(2)의 수직플레이트(23), (24)들의 측부에 결합되되 측면상에서 바라보았을 때 하부를 향하여 18°기울어지도록 설치되는 경사판(608)과, 경사판(608)에 결합되되 하부가 하우징(2)의 고정플레이트(21)에 결합되는 고정브라켓(609)과, 경사판(608)의 일면에 설치되는 단일 스캔발광부(601)와, 스캔발광부(601)의 전방에 설치되어 스캔발광부(601)로부터 출사되는 레이저신호들을 굴절시키는 발광렌즈(605)와, 경사판(608)의 일면에 설치되는 단일 스캔수광부(603)와, 스캔수광부(603)의 전방에 설치되어 스캔발광부(601)로부터 출사되어 반사되는 레이저신호들을 수집하는 수광렌즈(606)와, 고정브라켓(609)의 하부에 설치되는 레이저 포인터(607)로 이루어진다.
경사판(608)은 하부가 고정브라켓(609)에 결합되며, 양단부가 하우징(2)의 수직플레이트(23), (24)들의 측부에 결합된다.
또한 경사판(608)은 폴리건미러(31)를 향하는 일면에 스캔발광부(601) 및 스캔수광부(603)가 인접하게 설치된다. 이때 경사판(608)에는 후방에서 전방을 향하는 방향으로(-X축에서 +X축을 향하는 방향으로), 스캔발광부(601) -> 스캔수광부(603)가 설치된다.
또한 경사판(608)은 상부에서 하부를 향할수록 외측을 향하도록 경사지게 설치되며, 측면에서 바라보았을 때 고정플레이트(21)와 72°의 각도로 경사지게 설치됨으로써 경사판(608)에 설치되는 스캔발광부(601)는 측면상에서 바라보았을 때 출사되는 레이저신호의 광축이 18°로 기울어지게 출사되게 된다.
다시 말하면, 경사판(608)은 측면상에서 바라보았을 때, 72°의 각도로 기울어지게 형성됨으로써 경사판(608)에 수직 설치되는 스캔발광부(601)의 레이저신호의 광축은 고정플레이트(21)를 기준으로 18°로 기울어진 상태로 레이저신호를 출사하게 된다.
레이저포인터(607)는 고정브라켓(609)의 하부에 설치되어 장비설치 및 점검 시 작업자가 레이저포인터 신호를 통해 스캔발광부(601)에 의한 스캔라인을 육안으로 확인할 수 있게 된다.
스캔발광부(601)는 후술되는 도 10에서와 같이, 내부에 2개의 레이저 다이오드(611), (613)들이 설치된다. 이때 레이저 다이오드(611), (613)들은 X축 방향(차량 주행방향)으로 이격되게 설치된다.
또한 스캔발광부(601)의 레이저 다이오드(611), (613)들은 X축 방향으로 이격되게 설치되되 이들로부터 출사되는 레이저신호(L2-1), (L2-2)들의 광축들이 평면상으로 바라보았을 때 ‘θ’의 사이각을 갖도록 설치되고, 이에 따라 레이저 다이오드(611), (613)들에서 출사되는 레이저신호(L2-1), (L2-2)들은 평면상으로 바라보았을 때 서로 다른 광축을 갖게 됨으로써 차량 주행방향으로 이격되는 스캔라인(S2), (S1)들을 형성하게 된다.
이때 레이저 다이오드(611)에서 출사되는 레이저신호(L2-1)는 광축이 평면상으로 바라보았을 때 폴리건 미러(31)의 결상면(311)에 경사지게 출사됨으로써 레이저신호(L2-1)는 스캔라인(S1), (S2)들 중 전방에 형성되는 전방 스캔라인(S2)을 형성하게 되고, 레이저 다이오드(613)에서 출사되는 레이저신호(L2-2)는 평면상으로 바라보았을 때, 광축이 폴리건미러(31)의 결상면(311)과 수직으로 형성되도록 출사됨으로써 레이저신호(L2-2)는 스캔라인(S1), (S2)들 중 후방에 형성되는 수직 스캔라인(S1)을 형성하게 된다.
이하, -X축 방향에 설치되어 전방 스캔라인(S2)을 형성하는 레이저 다이오드(611)를 전방 레이저 다이오드라고 하고, +X축 방향에 설치되어 수직 스캔라인(S1)을 형성하는 레이저 다이오드(613)를 수직 레이저 다이오드라고 한다.
다시 말하면, 본 발명은 각 레이저부에 단일 스캔발광부를 구비하되, 각 스캔 발광부에 X축 방향으로 이격되는 한 쌍의 레이저 다이오드들을 설치함으로써 단일 스캔발광부를 이용하여 한 쌍의 스캔라인(S1), (S2)들을 형성할 수 있고, 이에 따라 레이저 다이오드가 한 개가 설치되는 경우와 비교하여 스캔속도를 2배로 높일 수 있게 된다.
스캔수광부(603)는 경사판(608)의 일면에 설치되며, 내부에 2개의 APD(631), (633)들이 설치된다. 이때 APD(631), (633)들은 X축 방향으로 이격되게 설치됨으로써 스캔발광부(601)의 레이저 다이오드(611), (613)들에서 출사되는 레이저신호(L2-1), (L2-2)들의 반사 신호들을 각각 수신한다.
이하, -X축 방향에 설치되어 전방 레이저 다이오드(611)에서 출사되는 레이저신호(L2-1)의 반사 신호를 수신 받는 APD(631)를 전방 APD라고 하고, +X축 방향에 설치되어 수직 레이저 다이오드(613)에서 출사되는 레이저신호(L2-2)의 반사 신호를 수신 받는 APD(633)를 수직 APD라고 한다.
발광렌즈(605)는 스캔발광부(601)의 레이저 다이오드(611), (612)들에서 출사되는 레이저신호(L2-1), (L2-2)들을 굴절시키고, 수광렌즈(606)는 레이저신호(L2-1), (L2-2)들의 반사 신호를 수집하여 스캔수광부(631), (633)들 각각으로 수신되도록 한다.
이와 같이 구성되는 제2 레이저부(6)에 대해서 도 10을 참조하여 다시 살펴보면, 본 발명의 제2 레이저부(6)는 단일 스캔발광부(601)에 한 쌍의 레이저신호((L2-1), (L2-2)들을 출사하기 위한 전방 레이저 다이오드(611) 및 수직 레이저 다이오드(613)가 설치되되, 전방 레이저 다이오드(611) 및 수직 레이저 다이오드(613)를 평면상으로 바라보았을 때 서로 다른 광축을 갖도록 설치하여 이들에 의해 형성되는 전방 스캔라인(S2) 및 수직 스캔라인(S1)이 차량 주행방향으로 이격되게 형성된다.
다시 말하면, 수직 레이저 다이오드(613)는 평면상으로 바라보았을 때 레이저신호(L2-2)의 광축이 결상면(311)과 수직을 향하도록 설치됨으로써 폴리건 미러(31)에 의해 편향되는 레이저신호(L2-2)는 직하부로 반사되어 수직 스캔라인(S1)을 형성하게 된다.
이에 반하여, 전방 레이저 다이오드(611)는 평면상으로 바라보았을 때 레이저신호(L2-1)의 광축이 결상면(311)과 소정 각도로 경사지도록 설치됨으로써 폴리건 미러(31)에 의해 편향되는 레이저신호(L2-1)의 전방 스캔라인(S2)은 수직 스캔라인(S1) 보다 전방에 이격된 위치에 형성된다.
즉, 스캔발광부(601)의 전방 레이저 다이오드(611)는 평면상에서 바라보았을 때 출사되는 레이저신호(L2-1)의 광축이 폴리건 미러(31)의 결상면(311)과 경사각을 형성하도록 설치되고, 전방 레이저 다이오드(611)에서 출사되어 폴리건 미러(31)에 의해 편향되는 레이저신호(L2-1)의 전방 스캔라인(S2)은 폴리건 미러(31)의 직하부보다 전방에 형성되게 된다.
이때 전방 레이저 다이오드(611)는 평면상으로 바라보았을 때 폴리건 미러(31)의 결상면(311)에 경사지는 광축을 갖는 레이저신호(L2-1)를 출사하기 때문에 결상면(311)에 의해 편향되는 레이저신호(L2-1)는 전방을 향한 위치에 반사되게 된다.
또한 스캔발광부(603)의 수직 레이저 다이오드(613)는 평면상에서 바라보았을 때 출사되는 레이저신호(L2-2)의 광축이 폴리건 미러(31)의 결상면(311)과 수직을 형성하도록 설치되고, 수직 레이저 다이오드(613)에서 출사되어 폴리건 미러(31)에 의해 편향되는 레이저신호(L2-2)의 수직 스캔라인(S1)은 폴리건 미러(31)의 직하부에 형성되게 된다.
이때 수직 레이저 다이오드(611)는 평면상으로 바라보았을 때 폴리건 미러(31)의 결상면(311)과 수직을 형성하는 광축의 레이저신호(L2-2)를 출사하기 때문에 결상면(311)에 의해 편향되는 레이저신호(L2-2)는 직하부로 출사된다.
즉 본 발명의 제2 레이저부(6)는 단일 스캔발광부(601) 및 단일 스캔수광부(603)를 포함하되, 스캔발광부(601)에 전방 레이저 다이오드(611) 및 수직 레이저 다이오드(613)가 설치되고, 스캔수광부(603)에 전방 APD(631) 및 수직 APD(633)가 설치되고, 스캔발광부(601)의 전방 레이저 다이오드(611) 및 수직 레이저 다이오드(613)가 평면상으로 바라보았을 때 서로 다른 광축을 갖도록 설치되어 차량 주행방향으로 이격되는 한 쌍의 스캔라인(S1), (S2)들이 형성됨으로써 레이저 다이오드가 한 개가 설치되는 경우와 비교하여 스캔속도를 2배로 높일 수 있고, 이에 따라 더욱 다양하고 정확한 데이터 수집이 가능하여 감지데이터 검출의 정확성 및 신뢰도를 현저히 높일 수 있게 된다.
또한 도 10에서는 제2 레이저부(6)로만 예를 들어 설명하였으나, 제1 레이저부(5) 또한 제2 레이저부(6)와 동일한 구성으로 형성되기 때문에 이들에 의해 출사되는 레이저신호들은 72°의 위상차로, 동일한 수직 스캔라인(S1) 및 전방 스캔라인(S2)을 형성할 수 있게 된다.
도 11은 도 9를 나타내는 블록도이다.
제2 레이저부(6)는 도 11에 도시된 바와 같이, 스캔발광부(601)와, 스캔수광부(603), 레이저포인터(607), 멀티플렉서(608), (609)로 이루어진다. 이때 멀티플렉서(608), (609)들은 본 발명을 전반적으로 관리 및 제어함과 동시에 수집된 프로파일 데이터를 활용하여 차량데이터를 검출하는 제어부(미도시)와 연결된다.
스캔발광부(601)는 발광렌즈(605)와, 발광렌즈(605)의 내측에 이격되게 설치되어 차선의 주행방향으로 이격되는 레이저신호들을 출사하는 한 쌍의 레이저 다이오드(611), (613)들과, 레이저 다이오드(611), (613)들로 구동 전력을 공급하는 구동부(615)로 이루어진다. 이때 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 레이저 다이오드(611), (613)들이 2개인 것으로 예를 들어 설명하였으나, 레이저 다이오드들의 수량은 이에 한정되지 않으며, 3개 이상으로 구성될 수 있음은 당연하고, 차량 주행방향(X축 방향)으로 이격되는 스캔라인들의 수량은 레이저 다이오드들의 수량에 대응된다.
또한 구동부(615)는 멀티플렉서(608)의 출력 측에 연결된다.
또한 레이저 다이오드(611), (613)들은 발광렌즈(605)의 내측에 서로 이격되게 설치되는데, 레이저 다이오드(611), (613)들의 이격되는 거리(간격)는 레이저 다이오들(611), (613)들 각각에서 출사되는 레이저신호들의 스캔라인(S1), (S2)들의 간격에 대응되게 된다.
스캔수광부(603)는 수광렌즈(606)와, 레이저 다이오드(611), (613)들로부터 출사되어 반사되는 신호들 각각이 도달되는 위치에 설치되어 레이저 다이오들(611), (613)들 각각의 반사 신호를 수집하는 복수개의 APD(Avalanche Photo Diode)(631), (633)들과, APD(631), (633)들에 연결되어 입력신호를 증폭시키는 증폭부(635)로 이루어진다.
또한 증폭부(635)의 출력측은 멀티플렉서(609)에 연결된다.
이와 같이 구성되는 제2 레이저부(600)의 스캔발광부(601)는 레이저 다이오드(611), (613)들 및 발광렌즈(605)의 거리(Focal Length)와, 레이저 다이오드(611), (613)들 사이의 설치간격에 따라 레이저 다이오드(611), (613)들로부터 발광되는 레이저신호들에 의한 스캔라인(S1), (S2)들의 간격이 결정된다.
따라서 스캔발광부(601)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 구동부(612)로부터 구동 출력을 공급받으면, 레이저 다이오드(611), (613)들로부터 레이저신호(L2-1), (L2-2)들이 출사되고, 출사되는 레이저신호(L2-1), (L2-2)들이 노면에 반사되는 신호들은 스캔수광부(603)의 수광렌즈(606)를 통과하여 APD(631), (633)들로 각각 수집되고, APD(631), (633)들로 수집된 신호는 증폭부(635)를 통해 증폭된 후 멀티플렉서(609)를 통해 제어부(미도시)로 입력되고, 제어부는 입력된 신호들을 분석 및 활용하여 차량데이터를 검출한다.
또한 스캔수광부(603)의 APD(631), (633)들의 설치간격은 스캔발광부(601)의 레이저 다이오드(611), (613)들의 설치간격과 동일한 크기로 형성된다.
이때 스캔발광부(601)의 레이저 다이오드(611), (613)들의 설치순서 및 간격과, 이에 대응되는 스캔수광부(603)의 APD(631), (633)들의 설치순서 및 간격에 대해 후술되는 수광렌즈(620)가 설치순서 및 간격에 대하여 후술되는 도 11 내지 14를 통해 상세하게 설명하기로 한다.
한편, 제1 레이저부(5)는 제2 레이저부(6)와 동일한 구성으로 이루어지기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 12는 도 9의 제2 레이저부의 스캔발광부를 설명하기 위한 개념도이고, 도 13은 도 9의 제2 레이저부를 설명하기 위한 구성 예시도이다.
도 12와 13에 도시된 바와 같이, 스캔발광부(601)는 두 개의 레이저 다이오드(611), (633)들을 구비한다. 이때 레이저 다이오드(611), (613)들은 평면상으로 바라보았을 때 도 5의 X축 방향으로 이격되게 설치된다.
이때 레이저 다이오드(611), (613)들 중 X축 방향의 전방 레이저 다이오드(611)에서 송출되는 레이저신호(L2-1)는 발광렌즈(605)에 의해 굴절되어 되어 초점(P1)을 갖게 되고, +X축 방향의 수직 레이저 다이오드라고 함)(613)에서 송출되는 레이저신호(L2-2)는 발광렌즈(605)에 의해 굴절되어 초점(P2)을 갖게 된다. 이때 레이저신호(L2-1), (L2-2)들의 초점(P1), (P2)들의 거리는 레이저 다이오드(611), (613)들 사이의 설치간격(W)에 비례하게 된다.
또한 레이저 다이오드(611), (613)들로부터 출사되는 레이저신호(L2-1), (L2-2)들 사이의 차량 주행방향으로의 간격(S)은 다음의 수학식 1로 정의되는 연산을 통해 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112017009559291-pat00001
Figure 112017009559291-pat00002
이때, D는 발광렌즈 및 노면사이의 직선거리이고, F는 발광렌즈 및 레이저 다이오드들 사이의 초점거리이고, S는 레이저신호들의 초점들의 간격이다.
예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 발광렌즈(605) 및 노면 사이의 직선거리(D)가 20m이고, 발광렌즈(605) 및 레이저 다이오드 사이의 초점거리(F)가 80mm이고, 레이저 다이오드(611), (613)들 사이의 간격(W)이 4mm라고 가정할 때 전술하였던 수학식 1을 통해 스캔라인(S1), (S2)들이 차선 주행방향을 따라 이격된 거리(S)를 1m로 산출할 수 있게 된다.
또한 스캔수광부(603)의 APD(631), (633)들 중 X축 방향을 향하는 전방 APD(631)는 전방 레이저 다이오드(611)로부터 출사되는 레이저신호(L2-1)의 반사 신호를 수집하며, +X축 방향을 향하는 수직 APD(633)는 수직 레이저 다이오드(631)로부터 출사되는 레이저신호(L2-2)의 반사 신호를 수집한다.
즉 본 발명의 제2 레이저부(6)는 스캔발광부(601)가 한 쌍의 레이저 다이오 드(611), (613)들을 포함하여 한 쌍의 레이저신호(L2-1), (L2-2)들이 출사되되, 전방 레이저 다이오드(611) 및 수직 레이저 다이오드(613)들이 평면상으로 바라보았을 때 서로 다른 출사각도로 레이저신호(L2-1), (L2-2)들을 출사시킴과 동시에 폴리건미러(311)의 회전으로 인하여 레이저신호(L2-1), (L2-2)들에 의한 스캔라인(S2), (S1)들이 차량 주행방향으로 이격되게 형성됨으로써 더욱 다양하고 정확한 데이터 수집이 가능하여 감지데이터 검출의 정확성 및 신뢰도를 현저히 높일 수 있게 된다.
이때 수직 레이저 다이오드(613)에서 발광되는 레이저신호(L2-2)는 평면상으로 바라보았을 때 광축이 폴리건 미러(31)의 결상면(311)과 수직 방향을 향하도록 발광됨과 동시에 폴리건 미러(31)의 회전으로 인하여 레이저 검지기(1)의 직하부로 스캔라인(S1)을 형성하게 된다.
또한 전방 레이저 다이오드(611)에서 발광되는 레이저신호(L2-1)는 평면상으로 바라보았을 대 광축이 폴리건 미러(31)의 결상면(311)과 경사지게 발광됨과 동시에 폴리건 미러(31)의 회전으로 인하여 수직 스캔라인(S1)으로부터 전방으로 이격된 지점에 스캔라인(S1)을 형성하게 된다.
이하, 도 14 내지 17을 참조하여 폴리건미러(31)의 동작과정 및 효과를 살펴보기로 한다.
도 14의 (a)는 폴리건 미러의 일측으로만 레이저신호가 출사될 때를 나타내는 예시도이고, (b)는 본 발명에서와 같이 폴리건 미러의 양측으로 레이저신호가 출사될 때를 나타내는 예시도이다.
도 14의 (a)에 도시된 바와 같이, 폴리건 미러(31)의 일측에 레이저부(905)가 설치되는 경우, 레이저부(905)로부터 출사되는 레이저신호는 회전하는 폴리건 미러(31)의 결상면(311)에 의하여 편향되어 스캔라인(910)을 형성한다.
즉 폴리건 미러(31)의 한 개의 결상면(311)에 의하여 레이저부(905)의 레이저신호는 한 번의 스캔을 수행하게 된다.
다시 말하면, 5개의 각면을 갖는 폴리건 미러(331)는 1회 회전 시 5회의 스캔을 수행할 수 있게 된다.
이에 반하여, 본 발명은 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이, 폴리건 미러(31)의 양측부에 제1 레이저부(5) 및 제2 레이저부(6)를 설치하여 폴리건 미러(31)를 향하여 대향되게 레이저신호(L1), (L2)들이 출사되도록 구성되고, 이에 따라 제1 레이저부(5)의 레이저신호(L1)에 의하여 스캔라인(S1-1)이 형성됨과 동시에 제2 레이저부(6)의 레이저신호(L2)에 의하여 스캔라인(S1-1)과 동일한 위치 및 영역의 스캔라인(S1-2)을 형성한다.
즉 본 발명은 폴리건 미러(31)의 한 개의 결상면(311)에 의하여 두 번의 스캔이 이루어지는 것으로서, 5개의 각면을 갖는 폴리건 미러(31)의 1회 회전 시 10회의 스캔이 이루어지게 된다.
다시 말하면, 5개의 각면을 갖는 폴리건 미러(331)의 1회 회전 시 10번의 스캔을 수행할 수 있으며, 전술하였던 도 11의 (a)에서와 같이 레이저부가 한 개 설치되는 경우와 비교하여, 회전속도 대비 스캔속도를 2배로 증가시킬 수 있고, 이에 따라 정밀한 스캔이 가능하여 감지데이터 분해능, 검출의 정확성 및 신뢰도를 현저히 높일 수 있게 된다.
도 15는 본 발명의 폴리건 미러의 회전에 따라 스캔라인이 형성되는 과정을 설명하기 위한 예시도이고, 도 16은 본 발명의 제1 레이저부 및 제2 레이저부에 의해 형성되는 스캔라인들을 설명하기 위한 예시도이다.
본 발명의 폴리건 미러(31)는 도 15와 16에 도시된 바와 같이, 5개의 각면(311)을 갖는 5각 기둥 형상으로 형성되어 인접하는 각면(311)들의 연접각이 72°를 형성하게 된다.
또한 폴리건 미러(31)의 양측에 대향되게 설치되는 제1 레이저부(5) 및 제2 레이저부(6)는 측면상으로 바라보았을 때, 광축이 18°의 각도로 하향되도록 경사지게 설치된다.
이에 따라 제1 레이저부(5)의 레이저신호(L1)는 폴리건 미러(31)의 회전에 의하여, 한 개의 결상면(311)에 대하여 반사범위를 가지며, 72° -> 0° -> 72°의 순서대로 스캔을 수행하게 된다.
이때 폴리건 미러(31)의 대향되는 결상면(311)으로는 제2 레이저부(6)의 레이저신호(L2)가 출사되는데, 레이저신호(L2) 또한 레이저신호(L1)와 마찬가지로 144°의 반사범위를 갖게 되나, 0°-> 72° -> -72°의 순서대로 스캔을 수행하게 된다.
즉 제1 레이저부(5) 및 제2 레이저부(6)의 레이저신호(L1), (L2)들은 폴리건 미러(31)에 의하여 동일한 위치 및 영역을 스캔하되, 72°의 위상차로 스캔을 수행하게 된다.
도 17은 본 발명에 의한 스캔라인을 설명하기 위한 예시도이다.
전술하였던 도 9 내지 16을 참조하여 본 발명을 살펴보면, 본 발명의 레이저검지기(1)는 도 17에 도시된 바와 같이, 제1 레이저부(5)의 전방 레이저 다이오드 및 수직 레이저 다이오드에 의하여 두 개의 레이저신호(L1-1), (L1-2)들이 폴리건 미러(31)의 좌측 영역의 결상면(311)으로 출사되고, 제2 레이저부(6)의 전방 레이저 다이오드 및 수직 레이저 다이오드에 의하여 두 개의 레이저신호(L2-1), (L2-2)들이 폴리건 미러(31)의 우측 영역의 결상면(311)으로 출사된다.
또한 제1 레이저부(5)의 수직 레이저 다이오드로부터 출사되는 레이저신호(L1-2)는 폴리건 미러(31)에 의해 편향되어 수직 스캔라인(S1)을 스캔하게 된다.
또한 제2 레이저부(6)의 수직 레이저 다이오드(613)로부터 출사되는 레이저신호(L2-2)는 폴리건 미러(31)에 의해 편향되어 동일한 수직 스캔라인(S1)을 스캔하게 된다.
즉 제2 레이저부(6)의 수직 레이저 다이오드(613)의 레이저신호(L2-2)는 제1 레이저부(5)의 수직 레이저 다이오드의 레이저신호(L1-2)와 동일한 영역의 수직스캔을 수행하되, 72°의 위상차가 발생하여 72°의 간격을 유지하면서 스캔을 수행한다.
또한 제1 레이저부(5)의 전방 레이저 다이오드로부터 출사되는 레이저신호(L1-1)는 폴리건 미러(31)에 의해 편향되어 전방 스캔라인(S2)을 스캔하게 된다.
또한 제2 레이저부(6)의 전방 레이저 다이오드(611)로부터 출사되는 레이저신호(L2-1)는 폴리건 미러(31)에 의해 편향되어 전방 스캔라인(S2)을 스캔하게 된다.
즉 제2 레이저부(6)의 전방 레이저 다이오드(611)의 레이저신호(L2-1)는 제1 레이저부(5)의 전방 레이저 다이오드의 레이저신호(L1-1)와 동일한 영역의 수직스캔을 수행하되, 72°의 위상차가 발생하여 72°의 간격을 유지하면서 스캔을 수행한다.
도 18은 본 발명의 레이저부의 스캔발광부 및 스캔수광부의 동작과정을 설명하기 위한 예시도이다.
본 발명의 레이저검지기(1)는 도 186에 도시된 바와 같이, 레이저신호가 출사된 상태에서 차량이 통과하면, 레이저신호가 차량의 상단 높이에서 반사되어 스캔 수광부(63)로 수집된다.
특히, 승용차는 1.5m ~ 1.8m 정도이고, 버스의 경우 높이가 3.2m 정도이며, 트럭은 4.2m 이하로 제한되어 있으므로, 이러한 4.2m 이하의 높이에서 감도가 높아지도록하기 위하여 목표물인 차량을 중심으로 하여 스캔발광부(61) 및 스캔수광부(63)를 평행하게 설치하는 것이 아니라, 목표물과의 거리에 따라 0.5도 ~ 5도의 각도를 유지함으로써, 차량의 높이 이하에서만 반사판의 광도가 강하게 스캔 수광부(63)로 수집되도록 하였다.
즉 종래의 레이저검지기에서는 차량을 중심으로 하여 발광부 및 수광부가 평행하게 설치되기 때문에 수신 강도의 차이 없이 레이저가 발사되어 물체에 도달하기까지의 전 구간이 균일하게 형성되어 차량은 물론 눈, 비, 낙엽이나 종이, 또는 기타 강풍으로 날아다니는 각종 이물질 등 모든 물질에 의하여 균일하게 높은 광도로 수신되나, 본 발명의 레이저 검지기(1)는 레이저가 각도 범위 내에서 사선상으로 발사되고 있으므로 저감도 영역과 고감도 영역으로 구별되며, 저감도 영역인 차량 위치까지 진행하는 도중 이물질에 부딪히는 경우 이물질에 의하여 레이저가 사선상으로 산란되어 스캔수광부(62)의 입사 광축과 다른 방향으로 반사되는 것이어서, 오동작을 방지하게 된다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예인 레이저 검지기(1)는 5개의 결상면(311)을 갖는 폴리건 미러(31)를 이용하여 레이저부로부터 출사되는 레이저신호를 다양한 각도로 편향시켜 차선의 폭 방향으로 스캔이 이루어지도록 구성됨으로써 차량데이터 검출을 위한 대량의 데이터 확보가 이루어져 검지율 및 분해능을 획기적으로 높일 수 있게 된다.
또한 본 발명의 레이저 검지기(1)는 폴리건 미러(31)의 양측에 레이저부(5), (6)들이 설치되어 폴리건 미러(3)의 양측으로 대향되게 레이저신호(L1), (L2)들을 출사하도록 구성됨으로써 회전속도 대비 스캔속도를 극대화시켜 정밀한 스캔이 가능하여 분해능 및 차량감지의 정확성을 더욱 높일 수 있게 된다.
또한 본 발명의 레이저 검지기(1)는 각 레이저부에 단일 스캔발광부 및 단일 스캔수광부가 설치되되, 스캔발광부(61) 및 스캔수광부(63)에 복수개의 레이저 다이오드(611), (613)들 및 APD(Avalanche Photo Diode)(631), (633)들이 설치되며, 스캔발광부(61) 및 스캔수광부(63)의 전방에 렌즈(605), (606)들이 각각 설치되어 각 레이저 다이오드(611), (613)들에서 출사되는 레이저신호들의 광축이 평면상으로 바라보았을 때 서로 다른 각도를 갖도록 출사됨으로써 스캔라인(S1), (S2)들이 차량 주행방향으로 간격을 두고 형성되어 서로 다른 영역의 스캔을 통해 차량을 더욱 정확하게 감지할 수 있으며, 간단한 구성으로 회전속도 대비 스캔속도를 더욱 극대화시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명의 레이저 검지기(1)는 폴리건 미러(31)가 5개의 각면을 갖는 5각 기둥으로 형성됨과 동시에 레이저신호들의 광축이 측면상에서 바라보았을 때 18°의 각도로 경사를 갖도록 레이저부(5), (6)들이 설치됨으로써 폴리건 미러를 중심으로 양측으로 72°의 반사범위를 가질 수 있고, 이에 따라 각 레이저부의 스캔발광부들이 동일한 영역 및 위치를 스캔하되 72°의 간격을 유지하면서 스캔이 이루어지게 된다.
1:레이저 검지기 2:하우징 3:편향부
5:제1 레이저부 6:제2 레이저부 7:구동부
21:고정플레이트 23, 24:수직플레이트 31:폴리건 미러
33:보조플레이트 601:스캔발광부 603:스캔수광부
605:발광렌즈 606:수광렌즈 607:레이저 포인터
608:경사판 609:고정브라켓

Claims (10)

  1. 주행차량을 감지하기 위한 레이저검지기에 있어서:
    하부가 개구된 하우징;
    복수개의 결상면들을 갖는 다각 기둥형상으로 형성되며, 상기 하우징 내부에서 회동 가능하도록 설치되는 편향부;
    상기 편향부를 구동시키는 구동부;
    상기 하우징의 양측부에 설치되어 상기 편향부의 대향되는 결상면으로 레이저신호들을 각각 출사한 후 반사 신호를 수신하는 제1레이저부 및 제2 레이저부들을 포함하고,
    상기 하우징은 상기 편향부의 길이 방향이 차선의 주행방향을 향하도록 설치되고,
    상기 제1 레이저부 및 상기 제2 레이저부로부터 출사되는 레이저신호들을 편향시켜 차선의 폭 방향으로 동일 구간의 스캔이 이루어지도록 하고,
    상기 제1 레이저부 및 상기 제2 레이저부는 레이저신호를 출사하는 스캔발광부와, 상기 스캔발광부로부터 출사되는 레이저신호의 반사 신호를 수광하는 스캔수광부를 더 포함하고,
    상기 스캔발광부는 평면상으로 바라보았을 때, 서로 다른 광축을 갖는 레이저신호들을 출사하는 레이저 다이오드들을 더 포함하고,
    상기 스캔수광부는 상기 레이저 다이오드들로부터 출사되어 반사되는 신호들 각각을 수신하는 APD(Avalanche Photo Diode)들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저검지기.
  2. 청구항 제1항에 있어서, 상기 편향부는
    5각 기둥형상으로 형성되어 외측면에 상기 결상면들이 형성되는 폴리건 미러(Polygon mirror)인 것을 특징으로 하는 레이저검지기.
  3. 삭제
  4. 청구항 제2항에 있어서, 상기 스캔발광부는
    발광렌즈;
    상기 발광렌즈의 초점거리 이내에 설치되며, 상기 편향부의 결상면에 수직으로 광축이 형성되는 수직 레이저 다이오드;
    상기 발광렌즈의 초점거리 이내에 설치되되 상기 수직 레이저 다이오드와 이격되게 설치되며, 상기 편향부의 결상면에 경사지게 광축이 형성되는 전방 레이저 다이오드를 더 포함하고,
    상기 스캔수광부는
    수광렌즈;
    상기 수광렌즈의 내측에 설치되며, 상기 수직 레이저 다이오드로부터 출사되어 반사되는 신호를 수집하는 수직 APD;
    상기 수광렌즈의 내측에 설치되되 상기 수직 APD와 간격을 두고 설치되며, 상기 전방 레이저 다이오드로부터 출사되어 반사되는 신호를 수집하는 전방 APD를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저검지기.
  5. 청구항 제4항에 있어서, 상기 폴리건 미러는 스캔이 이루어지는 구간을 스캔라인이라고 할 때, 상기 수직 레이저 다이오드의 레이저신호를 편향시켜 수직 스캔라인(S1)이 직하부에 형성되도록 하며, 상기 전방 레이저 다이오드의 레이저신호를 편향시켜 상기 수직 스캔라인(S1) 보다 차량 진입방향인 전방으로 이격된 위치에 전방 스캔라인(S2)이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 레이저검지기.
  6. 청구항 제5항에 있어서, 상기 제1 레이저부 및 상기 제2 레이저부는
    상기 수직 레이저 다이오드, 상기 전방 레이저 다이오드, 상기 수직 APD 및 상기 전방 APD가 측면상에서 바라보았을 때, 광축이 18°의 각도로 경사지게 형성되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저검지기.
  7. 청구항 제6항에 있어서, 상기 제1 레이저부의 스캔발광부의 수직 레이저 다이오드에 의한 레이저신호의 스캔과, 상기 제2 레이저부의 스캔발광부의 수직 레이저 다이오드에 의한 레이저신호의 스캔은 상기 수직 스캔라인(S1)을 동일하게 스캔하되 72°의 위상차가 발생하여 72°의 간격으로 스캔이 이루어지고,
    상기 제1 레이저부의 스캔발광부의 전방 레이저 다이오드에 의한 레이저신호의 스캔과, 상기 제2 레이저부의 스캔발광부의 전방 레이저 다이오드에 의한 레이저신호의 스캔은 상기 전방 스캔라인(S2)을 동일하게 스캔하되 72°의 위상차가 발생하여 72°의 간격으로 스캔이 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저검지기.
  8. 청구항 제7항에 있어서, 상기 레이저검지기는 상기 하우징의 양측부에 결합되는 경사판들을 더 포함하고,
    상기 경사판들은
    평평한 판재로 형성되되 일면에 상기 스캔발광부 및 상기 스캔수광부가 설치되며, 상기 하우징에 결합될 때 상기 일면이 상부에서 하부를 향할수록 외측을 향하도록 경사지게 설치되어 상기 수직 레이저 다이오드, 상기 전방 레이저 다이오드, 상기 수직 APD 및 상기 전방 APD가 측면상에서 바라보았을 때, 광축이 18°를 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저검지기.
  9. 청구항 제8항에 있어서, 상기 제1 레이저부 및 상기 제2 레이저부는
    감지대상의 위치가 포함되는 고감도 감지영역과, 상기 수직 레이저 다이오드 또는 전방 레이저 다이오드로부터 상기 고감도 감지영역 직전까지 사이의 저감도 감지영역의 감도 차등화가 이루어지도록, 감지대상이 6m 내지 18m의 거리 범위일 때, 상기 수직 레이저 다이오드 및 상기 수직 APD의 광축 중심이 감지대상과 0.5° 내지 5.0°의 각도 범위에 있도록 하거나 상기 전방 레이저 다이오드 및 상기 전방 APD의 광축 중심이 감지대상과 0.5° 내지 5.0°의 각도 범위에 있도록 하고,
    상기 레이저검지기가 6m 높이에 설치될 때, 상기 수직 레이저 다이오드 및 상기 수직 APD의 광축 중심이 감지대상과 1.5°~ 5.0°의 각도 범위에 있도록 하거나 상기 전방 레이저 다이오드 및 상기 전방 APD의 광축 중심이 감지대상과 1.5°~ 5.0°의 각도 범위에 있도록 하는 것을 특징으로 하는 레이저검지기.
  10. 청구항 제9항에 있어서, 상기 제1 레이저부 및 상기 제2 레이저부는
    상기 수직 레이저 다이오드 또는 상기 전방 레이저 다이오드와 동일한 광축을 갖도록 설치되어 레이저포인터 신호를 출사하는 레이저포인터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저검지기.
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