KR20180049930A - 동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치 - Google Patents

동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 주행정보 및 주변의 환경정보에 따라 발광부의 발광 강도를 조절하는 동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명은 임의의 물체로 빛을 조사하는 발광부; 제어부에서 출력되는 발광강도 정보에 따라 상기 발광부의 동작을 제어하는 발광 제어 구동부; 상기 발광부에서 조사된 빛이 물체에 반사되어 되돌아오는 빛에 기초하여 상기 물체와의 거리를 검출하는 수광부; 차량 제어부에서 전송되는 주행정보, 차량 주변의 환경정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 수신하고, 상기 수신된 정보를 미리 저장된 발광부의 발광강도 정보와 비교하여 대응하는 발광강도 정보를 검색하며, 상기 검색된 발광강도 정보를 상기 발광 제어 구동부로 출력하는 제어부 및 차량의 주행정보와 차량 주변의 환경정보를 검출하여 상기 제어부로 출력하는 차량 제어부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 차량의 주행정보 및 주변의 환경정보에 따라 발광부의 발광 강도를 조절하여 광원의 출력 세기를 자율적으로 조정할 수 있는 장점이 있다.

Description

동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치{APPARATUS FOR CONTROLLING INTENSITY OF ADAPTIVE LIGHT EMITTING SIGNAL USING DYNAMIC CONTROL}
본 발명은 동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 차량의 주행정보 및 주변의 환경정보에 따라 발광부의 발광 강도를 조절하는 동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치에 관한 것이다.
최근 차량 전방의 보행자를 인식하고, 충돌 위험이 존재하는 경우 운전자에게 경고하거나 자동으로 제동 제어나 조향 제어를 수행함으로써 충돌을 회피하는 시스템이 개발되고 있다.
이와 같은 차량 전방 물체 인식 시스템에는 차량 주변의 목표물을 인식하기 위해 목표물까지의 거리, 목표물의 방향, 속도, 온도, 재질 등을 감지할 수 있는 라이다 센서 시스템이 구비되며, 라이다 센서 시스템은 목표물에 레이저를 발광하고 목표물로부터 반사된 반사광을 통해 목표물의 정보를 수신할 수 있다.
종래에는 이와 같은 라이다 센서 시스템에 단일의 레이저 발광부를 구비하고 있어 목표물의 정보를 수신하였으나, 최근 차량의 근거리 및 원거리의 목표물들을 정확히 감지하기 위해 하나 이상의 레이저를 발광하는 라이다 센서 시스템에 대한 연구 개발이 진행되고 있다.
다수의 레이저 발광부를 광원으로 이용하여 탐지 거리를 증가하기 위해 TOF(Time of Flight) 카메라를 사용한다.
상기 TOF 카메라는, 소정의 주파수로 변조된 빛이 물체에서 반사되어 되돌아오는 과정에서, 발생되는 위상의 지연 등을 이용하여, 물체를 탐지하는 것으로, 지형측량 분야 또는 물체의 자세제어 분야 및 차량의 추돌방지장치 등에 사용되고 있다.
TOF 카메라의 동작 원리를 살펴보면, TOF 카메라는, 소정의 중심 파장을 갖는 빛을 출사하는 광원을 포함하고 있으며, 광원에서, 출사되는 빛을 소정 주파수로 변조시켜 탐지하고자 하는 물체에 조사하게 된다.
이후, 물체에 조사된 빛은 반사되어 TOF 카메라로 되돌아 오게 되며, TOF 카메라는, 내장된 센서를 이용하여, 되돌아오는 빛을 검출하게 된다.
이 경우, TOF 카메라에서, 출사되는 빛과 물체에 반사되어 되돌아오는 빛의 위상을 대비하게 되면, 물체까지의 거리를 알 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 TOF 카메라를 보여주는 블럭도로서, 도 1에 도시된 바와 같이, TOF 카메라는 물체(30)로부터 반사되는 반사신호를 수광하는 수광부(10)와, 변조된 광선을 물체(30)에 조사하는 발광부(20)를 포함하여 구성된다.
상기 발광부(20)는 수광부(10)에서 제공되는 변조 신호를 이용하여, 각 발광 소자(22)를 제어함으로써, 변조된 광선을 물체(30)에 조사할 수 있게 되고, 변조된 광선은 물체(30)에서 반사되어 수광부(10)의 수광 렌즈(12)를 통해 수광소자(14)에 집광된다.
상기 수광소자(14)는 빛에너지를 전기에너지로 변환하여 신호처리부(16)에 전달하고, 상기 신호처리부(16)에서는 입력신호와 변조신호 사이의 위상 차이를 이용하여 물체의 거리를 판단하며, 상기 주파수 변조부(18)는 산출된 물체(30)와의 거리에 기초하여 발광부(20)에서 물체(30)로 조사되는 빛의 주파수를 변조한다.
한편, 종래 기술에 따른 발광부와 수광부의 제어방식은 3D 모터식과, 2D 스캔 방식과, 3D 플래시와 맴스 미러(MEMS Mirror)를 이용한 방식이 사용된다.
상기 3D 모터식은 발광부가 모터를 이용하여 360도 회전 가능하도록 구성되어 물체에 조사신호를 출력하지만, 모터를 이용한 발광부의 구성이 차량의 상부 외측에 설치됨으로써, 미관상의 제약이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 상기 2D 스캔 방식은 일정영역(조사각도)만 조사할 수 있도록 다수의 광원을 배치하여 원거리 영역과 근거리 영역의 물체에 조사신호를 출력하지만, 높은 구동전력이 요구되는 문제점이 있다.
또한, 상기 맴스 미러를 이용한 방식은 발광부의 광원을 개별 제어하고, 고속 변조가 가능하지만, 차량의 주행중 발생하는 진동으로 인해 정밀 측정이 어려운 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제10-2015-0027543호(발명의 명칭: 라이다 센서 시스템)
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 차량의 주행정보 및 주변의 환경정보에 따라 발광부의 발광 강도를 조절하는 동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 임의의 물체로 빛을 조사하는 발광부; 제어부에서 출력되는 발광강도 정보에 따라 상기 발광부의 동작을 제어하는 발광 제어 구동부; 상기 발광부에서 조사된 빛이 물체에 반사되어 되돌아오는 빛에 기초하여 상기 물체와의 거리를 검출하는 수광부; 차량 제어부에서 전송되는 주행정보, 차량 주변의 환경정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 수신하고, 상기 수신된 정보를 미리 저장된 발광부의 발광강도 정보와 비교하여 대응하는 발광강도 정보를 검색하며, 상기 검색된 발광강도 정보를 상기 발광 제어 구동부로 출력하는 제어부; 및 차량의 주행정보와 차량 주변의 환경정보를 검출하여 상기 제어부로 출력하는 차량 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제어부는 차량 제어부에서 전송되는 주행정보, 차량 주변의 환경정보를 수신하고, 상기 수신된 정보에 대응하는 발광부의 발광강도 정보를 LUT에서 검색하는 동적 판단 제어부; 상기 차량의 주행정보, 환경정보에 대응하여 미리 설정된 발광부의 발광 강도 정보를 저장한 LUT; 및 상기 동적 판단 제어부에서 검색된 발광강도 정보를 상기 발광 제어 구동부로 출력하는 광원 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제어부는 상기 수광부에서 출력되는 물체까지의 거리정보를 이용하여 3D 거리(Depth) 영상을 생성하는 3D 연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 동적 판단 제어부는 상기 차량의 주행정보로부터 주행, 주차, 정차 여부를 포함한 주행모드를 분석하고, 상기 분석결과에 대응하는 발광강도 정보를 검색하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 환경정보는 조도, 검출거리, 주행모드, 강우, 강설 정보인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 차량의 주행정보 및 주변의 환경정보에 따라 발광부의 발광 강도를 조절하여 광원의 출력 세기를 자율적으로 조정할 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 일반적인 TOF 카메라를 보여주는 블럭도.
도 2 는 본 발명에 따른 동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 3 은 도 2에 따른 동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치의 수광부 구성을 나타낸 블록도.
도 4 는 도 2에 따른 동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치의 제어부 구성을 나타낸 블록도.
도 5 는 도 2에 따른 동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치의 발광강도 제어를 위한 LUT 정보를 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 도 2에 따른 동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치의 수광부 구성을 나타낸 블록도이며, 도 4는 도 2에 따른 동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치의 제어부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치(100)는 발광부(110)와, 발광 제어 구동부(120)와, 수광부(130)와, 제어부(140)와, 차량 제어부(150)를 포함하여 구성된다.
상기 발광부(110)는 검출대상 물체로 빛을 조사하는 구성으로서, 복수의 광원(111)이 1차원 배열 또는 매트릭스 형상의 2차원 배열로 구성되며, 상기 광원(111)은 원거리 영역 또는 근거리 영역에 따라 상이한 화각(FOV: Field of View)를 갖도록 구성될 수 있다.
상기 광원(111)은 발광 다이오드(LED) 및 레이저 다이오드(LD) 중 적어도 하나의 발광소자로 이루어진다.
상기 발광 제어 구동부(120)는 발광부(110)의 동작을 제어하는 구성으로서, 광원(111)이 임의의 패턴에 따라 온/오프되도록 제어하고, 상기 광원(111)의 동작 전압을 제어하여 발광강도가 제어될 수 있도록 한다.
또한, 상기 발광 제어 구동부(120)는 미리 설정된 발광강도 정보에 따라 광원(111)의 동작 전압을 제어하고, 제어부(140)에서 출력되는 발광강도 정보에 따라 상기 설정된 동작 전압을 변경하여 상기 광원(111)의 동작이 제어되도록 한다.
상기 수광부(130)는 발광부(110)에서 조사된 빛이 물체에 반사되어 되돌아오는 빛에 기초하여 상기 물체와의 거리를 검출하는 구성으로서, 수광렌즈(131)와, 수광소자(132)와, 센싱 전류 제어부(133)와, 신호 처리부(134)를 포함하여 구성된다.
상기 수광렌즈(131)는 물체에서 반사되어 되돌아오는 빛을 수광한다.
상기 수광소자(132)는 수광된 빛을 전기신호로 변환하는 구성으로서, APD(avalanche photo diode), SPAD(Single Photon Avalanche Diode)와 같은 광전소자로 이루어지고, 바람직하게는 높은 분해능을 갖는 SPAD 어레이 센서로 이루어진다.
상기 SPAD 어레이 센서는 단일 광자 픽셀 어레이(Single-Photon Pixel Array)가 임의의 m*n 픽셀로 이루어지고, 상기 단일 광자 픽셀 어레이의 각 픽셀은 SPAD를 이용하여 광의 입자를 검출한다.
상기 센싱 전류 제어부(133)는 수광소자(132)에 수광되는 빛의 수신감도를 조절하는 구성으로서, 광원의 발광강도에 대한 조정시에 수광소자(132)와 신호 처리부(134) 사이의 전류검출, 연산 및 증폭을 통해 수신감도가 조절될 수 있도록 한다.
또한, 상기 센싱 전류 제어부(133)는 제어부(140)로부터 출력되는 수신감도 제어신호에 의해 수광소자(132)에 수광되는 빛의 수신 감도가 조절되도록 한다.
상기 신호 처리부(134, TDC)는 발광부(110)에서 조사되는 빛과 수광소자(132)에 수신된 빛의 위상 차이를 산출하고, 상기 산출된 위상 차이를 기초로 하여 물체와의 거리를 산출하는 구성으로서, 각 픽셀 별로 거리정보를 검출하여 출력한다.
상기 제어부(140)는 차량 제어부(150)에서 전송되는 주행정보, 차량 주변의 환경정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 수신하고, 상기 수신된 정보를 미리 저장된 발광부(110)의 발광강도 정보 및 수광부(130)의 수신감도 정보와 비교 검색하여 검색된 발광강도 정보 및 수신감도 정보를 상기 발광 제어 구동부(120)와 수광부(130)로 출력하여 자율적인 조정이 가능하도록 제어하는 구성으로서, 동적 판단 제어부(141)와, LUT(142)와, 광원 제어부(143)와, 센서 제어부(144)를 포함하여 구성된다.
상기 동적 판단 제어부(141)는 차량 제어부(150)에서 전송되는 주행정보, 차량 주변의 환경정보 등을 수신하고, 상기 수신된 주행정보 및 환경정보에 대응하는 발광부(110)의 발광강도 정보 및 수광부(130)의 수신감도 정보를 LUT(142)에서 검색한다.
즉 상기 동적 판단 제어부(141)는 차량의 주행정보를 검출하는 차량 제어부(150)로부터 수신한 주행정보에서 차량이 주행중인지, 주차중인지, 정차중인지 여부를 판단하여 주행모드를 분석하고, 상기 분석결과에 대응하는 발광강도 정보를 LUT(142)에서 검색한다.
상기 주행모드에 따른 발광강도 정보는 차량이 주행중이면 원거리(예를 들면, 100m 이상)오토 크루즈 콘트롤 지원을 위한 원거리 발광 제어를 위해 광량이 증가되도록 설정된 발광강도 정보에 의해 제어하고, 일정 속도범위, 전진 및 후진의 반복에 의한 주차 또는 주차 보조 지원을 위한 근거리 발광 제어인 경우, 광량이 감소되도록 설정된 발광강도 정보에 의해 제어하며, 근거리에서 검출 객체가 많은 경우 낮은 광 출력이 이루어지도록 설정된 발광강도 정보에 의해 포화현상이 방지될 수 있도록 한다.
또한, 상기 동적 판단 제어부(141)는 차량 제어부(150)로부터 수신한 환경정보로부터 현재의 조도, 물체까지의 검출거리, 주행모드, 강우 및 강설 여부에 따른 기상정보를 분석하고, 상기 분석결과에 대응하는 수신감도 정보를 LUT(142)에서 검색한다.
또한, 상기 동적 판단 제어부(141)는 상기 LUT(142)에서 검색한 발광강도 정보와 수신감도 정보를 광원 제어부(143)와 센서 제어부(144)로 각각 출력한다.
상기 LUT(142, Look up Table)는 차량의 주행정보, 환경정보에 대응하여 미리 설정된 발광부(110)의 발광강도 정보와 수광부(130)의 수신감도 정보를 저장한 구성으로서, 상기 발광부(110)의 발광강도 정보와 수광부(130)의 수신감도 정보는 실증을 통해 확보한 기상정보와, 차량의 주행모드와, 조도 등의 환경별 상황에 따른 동작 특성을 정의한 데이터이다.
즉 기상정보가 강우 상태 또는 강설 상태이면, 강우량과 강설량에 따른 왜란 또는 왜곡의 발생도 상이하므로 수신감도의 제어 값에 차이가 발생하여 상기 발생되는 차이만큼 수광소자에서 검출되어 변환되는 검출 전류, 연산 및 증폭도 등이 조절되도록 수신 감도의 감도 제어가 이루어진 수신감도의 보정 정보가 제공될 수 있게 한다.
또한, 도 5는 발광강도 제어를 위한 LUT 정보를 나타낸 그래프로서, 도 5를 참조하면, 현재의 조도(300) 상태와, 물체의 검출거리(310)와, 차량의 주행모드(320)에 따라 발광강도를 구별하여 발광의 강도 제어(330)가 이루어질 수 있도록 발광강도의 보정 정보가 제공될 수 있게 한다.
즉 검출된 조도 값이 현재 설정된 조도값 보다 높으면, 적절한 발광강도를 유지할 수 있도록 발광부(110)의 발광강도가 증가되도록 발광강도의 보정 정보가 제공될 수 있게 하거나, 현재의 주행모드가 주차중이면, 검출거리에 따른 발광강도가 조정될 수 있도록 보정 정보를 제공한다.
상기 광원 제어부(143)는 동적 판단 제어부(141)에서 LUT(142)를 통해 검색한 발광강도 정보를 발광 제어 구동부(120)로 출력함으로써, 차량의 주행상태 및 환경정보에 대응하여 조절된 광원(111)의 발광이 이루어질 수 있게 한다.
상기 센서 제어부(144)는 동적 판단 제어부(141)에서 LUT(142)를 통해 검색한 수신감도 정보를 수광부(130)의 센싱 전류 제어부(133)로 출력함으로써, 차량의 주행상태 및 환경정보에 대응하여 수광소자(132)의 수신감도가 조절될 수 있게 한다.
상기 3D 연산부(145)는 수광부(130)의 신호 처리부(134)에서 출력되는 각 픽셀 별로 검출한 물체까지의 거리정보를 수신하여 3D 거리(Depth) 영상을 생성하고, 상기 생성된 3D 거리 영상 정보는 차량 제어부(150)로 출력한다.
상기 차량 제어부(150)는 차량의 메인 프로세서로서, 바람직하게는 ECU로 이루어지고, 차량에 설치된 변속기 제어장치, 휠센서, 조향센서, 속도센서, 조도센서, 온도센서, 강우센서 등의 차량의 주행상태와 차량 주변의 환경정보를 검출하는 구성들로부터 차량의 주행정보 및 환경정보를 검출하고, 상기 검출된 주행정보 및 환경정보를 제어부(140)의 동적 판단 제어부(141)로 출력한다.
또한, 상기 차량 제어부(150)는 제어부(140)로부터 전송되는 3D 거리 영상 정보를 수신하여 차량의 주행에 필요한 정보로 변환한다.
따라서 차량의 주행정보 및 주변의 환경정보에 따라 발광부의 발광 강도를 조절하여 광원의 출력 세기를 자율적으로 조정할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100 : 신호 제어장치 110 : 발광부
111 : 광원 120 : 발광 제어 구동부
130 : 수광부 131 : 수광 렌즈
132 : 수광 소자 133 : 센싱 전류 제어부
134 : 신호 처리부 140 : 제어부
141 : 동적 판단 제어부 142 : LUT
143 : 광원 제어부 144 : 센서 제어부
145 : 3D 연산부 150 : 차량 제어부
300 : 조도 310 : 검출거리
320 : 주행모드 330 : 강도 제어

Claims (5)

  1. 임의의 물체로 빛을 조사하는 발광부(110);
    제어부(140)에서 출력되는 발광강도 정보에 따라 상기 발광부(110)의 동작을 제어하는 발광 제어 구동부(120);
    상기 발광부(110)에서 조사된 빛이 물체에 반사되어 되돌아오는 빛에 기초하여 상기 물체와의 거리를 검출하는 수광부(130);
    차량 제어부(150)에서 전송되는 주행정보, 차량 주변의 환경정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 수신하고, 상기 수신된 정보를 미리 저장된 발광부(110)의 발광강도 정보와 비교하여 대응하는 발광강도 정보를 검색하며, 상기 검색된 발광강도 정보를 상기 발광 제어 구동부(120)로 출력하는 제어부(140); 및
    차량의 주행정보와 차량 주변의 환경정보를 검출하여 상기 제어부(140)로 출력하는 차량 제어부(150)를 포함하는 동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부(140)는 차량 제어부(150)에서 전송되는 주행정보, 차량 주변의 환경정보를 수신하고, 상기 수신된 정보에 대응하는 발광부(110)의 발광강도 정보를 LUT(142)에서 검색하는 동적 판단 제어부(141);
    상기 차량의 주행정보, 환경정보에 대응하여 미리 설정된 발광부(110)의 발광 강도 정보를 저장한 LUT(142); 및
    상기 동적 판단 제어부(141)에서 검색된 발광강도 정보를 상기 발광 제어 구동부(120)로 출력하는 광원 제어부(143)를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부(140)는 상기 수광부(130)에서 출력되는 물체까지의 거리정보를 이용하여 3D 거리(Depth) 영상을 생성하는 3D 연산부(145)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 동적 판단 제어부(141)는 상기 차량의 주행정보로부터 주행, 주차, 정차 여부를 포함한 주행모드를 분석하고, 상기 분석결과에 대응하는 발광강도 정보를 검색하는 것을 특징으로 하는 동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 환경정보는 조도, 검출거리, 주행모드, 강우, 강설 정보인 것을 특징으로 하는 동적 제어를 이용한 적응형 발광 신호의 광량 제어장치.
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