KR20190130923A - 라이다 센서 세척 장치 - Google Patents

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KR20190130923A
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window cover
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lidar sensor
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김원겸
김영신
김경린
조성은
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현대모비스 주식회사
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Abstract

라이다 센서 세척 장치가 개시된다. 본 발명의 라이다 센서 세척 장치는 라이다 센서의 윈도우 커버에 묻은 오염물을 검출하는 오염물 검출부; 윈도우 커버를 회전시키는 회전부; 윈도우 커버를 세척하는 세척부; 및 오염물 검출부에 의해 오염물이 검출되면 회전부를 제어하여 오염물 세척이 가능한 세척 영역에 위치하도록 윈도우 커버를 회전시키고, 세척부를 제어하여 오염물을 세척하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

라이다 센서 세척 장치{APPARATUS FOR CLEANING LIDAR SENSOR}
본 발명은 라이다 센서 세척 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 라이다 센서의 윈도우 커버에 묻은 오염물을 제거하는 라이다 센서 세척 장치에 관한 것이다.
자율주행 레벨 3의 기능은 고속도로 자율주행뿐만 아니라, 자율주차와 같은 기능들을 요구하고 있으며 이에 거리 분해능이 높은 라이다(LIDAR) 센서의 필요성이 높아지고 있다. 이러한 라이다 센서는 차량의 전후방을 센싱하여 사물이나 구조물 등을 감지한다.
일반적으로 라이다 센서는 전방 범퍼에 장착되어 외부에 노출되게 된다. 라이다 센서를 글라스나 자체 같은 다른 구조물 속에 설치하는 것은 라이다 센서의 감지 성능을 현저히 떨어뜨릴 수 있기 때문에 라이다 센서는 외부에 노출되어 장착되어야 한다.
통상적으로 라이다 센서는 레이저 송신부, 레이저 수신부 및 구동부 등을 포함하며, 외부의 오염물로부터 센서를 보호하는 커버가 별도로 존재한다.
이러한 라이다 센서는 빛을 송/수신하는 방식을 통해서 거리를 감지하는 센서이기 때문에, 커버의 오염에 매우 민감하다. 따라서, 라이다 센서의 오염을 방지하는 것은 라이다 센서의 성능 유지를 위해 필수적이다. 그러나, 종래에는 라이다 센서를 세척하는 연구가 미흡한 실정이다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-2015-0035204호(2015.04.06)의 '차량용 거리측정센서의 오염제거장치'에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 윈도우 커버의 오염물이 검출되면 윈도우 커버를 회전시키면서 오염물을 세척하는 라이다 센서 세척 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면에 따른 목적은 윈도우 커버를 세척하는 중에도 라이다 센서를 운용할 수 있어 라이다 센서의 운용시간을 개선하고 라이다 센서의 성능 저하를 방지하는 라이다 센서 세척 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 라이다 센서 세척 장치는 라이다 센서의 윈도우 커버에 묻은 오염물을 검출하는 오염물 검출부; 상기 윈도우 커버를 회전시키는 회전부; 상기 윈도우 커버를 세척하는 세척부; 및 상기 오염물 검출부에 의해 오염물이 검출되면 상기 회전부를 제어하여 오염물 세척이 가능한 세척 영역에 위치하도록 상기 윈도우 커버를 회전시키고, 상기 세척부를 제어하여 오염물을 세척하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어부는 상기 오염물 검출부에 의해 오염물이 검출되면 상기 라이다 센서의 운용 여부와 무관하게 상기 회전부를 제어하여 상기 윈도우 커버를 회전시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 회전부는 상기 윈도우 커버를 회전 가능하게 지지하는 회전판; 및 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 회전판을 회전시키는 회전 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 세척 영역을 밀폐시켜 외부로부터 오염물이 상기 세척 영역으로 유입되는 것을 차단하는 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 오염물 검출부는 상기 라이다 센서의 레이저 수신부로부터 입력된 신호의 신호 세기 또는 신호 특징을 분석하여 오염물을 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 세척부는 상기 윈도우 커버에 세척액을 분사하는 액상 분사부, 윈도우 커버에 에어를 분사하는 에어 분사부, 윈도우 커버를 가열하여 건조하는 히팅 건조부, 및 와이퍼를 회동시켜 윈도우 커버 표면의 물기를 제거하는 와이퍼 구동부 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어부는 상기 오염물 검출부에 의해 오염물이 검출되면 상기 회전부를 통해 상기 윈도우 커버를 기 설정된 설정각도만큼 회전시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 라이다 센서 세척 장치는 윈도우 커버의 오염물이 검출되면 윈도우 커버를 회전시키면서 오염물을 세척한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 라이다 센서 세척 장치는 윈도우 커버를 세척하는 중에도 라이다 센서를 운용할 수 있어 라이다 센서의 운용시간을 개선하고 라이다 센서의 성능 저하를 방지한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 세척 장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 세척 장치의 평면도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 커버가 오염된 상태를 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 커버의 회전을 나타낸 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 커버를 세척하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 세척 방법의 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 세척 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 세척 장치의 블럭 구성도이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 세척 장치의 평면도이며, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 커버가 오염된 상태를 나타낸 도면이며, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 커버의 회전을 나타낸 도면이며, 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 커버를 세척하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 5 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 세척 장치는 오염물 검출부(20), 제어부(30), 회전부(40), 세척부(50) 및 케이스(70)를 포함한다.
오염물 검출부(20)는 라이다 센서(10)의 레이저 수신부(12)로부터 입력되는 신호를 분석하여 신호 특징에 따라 윈도우 커버(60)에 묻은 오염물을 검출한다.
통상적으로 라이다 센서(10)는 레이저 송신부(11), 레이저 수신부(12), 회전미러부(13), 제어기(14) 및 거리 계산부(15)를 포함한다.
레이저 송신부(11)는 외부에 존재하는 타겟과의 거리를 측정하기 위해서 설정 파장 대역의 광을 방출한다. 여기서, 레이저 송신부(11)에 의해 방출되는 광의 파장 대역은 특별히 한정되는 것은 아니다.
레이저 수신부(12)는 레이저 송신부(11)에서 방출되어 타겟에 반사된 광을 수광하고 전기적 신호로 변환한 후 거리 계산부(15)에 입력한다.
회전미러부(13)는 레이저 송신부(11) 또는 레이저 수신부(12)에 의해 송수신되는 광 경로 상에 설치되어 송신되는 광을 반사시키기 위해 회전한다.
제어기(14)는 레이저 송신부(11)를 제어하여 타겟으로 광을 방출하도록 하고 레이저 수신부(12)를 제어하여 타겟에 의해 반사된 광을 수신하도록 하며, 회전미러부(13)를 제어하여 광 경로를 조절한다.
거리 계산부(15)는 레이저 수신부(12)로부터 출력되는 신호, 즉 펄스 신호를 이용하여 타겟과의 거리를 계산한다.
참고로, 상기한 라이다 센서(10)는 라이다 센서(10)의 주요 구성을 개략적으로 기재한 것으로써, 라이다 센서(10)의 구성 및 동작은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니라 다양하게 추가 변경될 수 있다.
라이다 센서(10)의 레이저 수신부(12)로부터 입력되는 신호의 신호세기 또는 신호특징을 분석하여 윈도우 커버(60)에 묻은 오염물을 검출한다.
즉, 오염물 검출부(20)는 해당 신호의 신호 세기가 상대적으로 낮은 경우에는 윈도우 커버(60)에 오염물이 존재하는 것으로 판단한다.
게다가, 오염물 검출부(20)는 라이다 센서(10)의 레이저 수신부(12)로부터 거리 계산부(15)에 입력되는 신호의 신호 특징을 분석하여 윈도우 커버(60)에 묻은 오염물을 검출할 수 있는데, 신호 특징으로는 신호 크기, 검출 패턴, 검출 영역, 오염물 이동 여부, 및 에코 신호(Echo signal) 수신 여부 중 어느 하나가 포함될 수 있다.
신호 크기, 검출 패턴, 검출 영역, 오염물 이동 여부, 및 에코 신호 수신 여부와 같은 각 신호 특징은 각 오염물별로 각기 다르게 나타날 수 있으며, 이러한 신호 특징에 따라 현재 윈도우 커버(60)에 있는 오염물을 검출할 수 있다.
회전부(40)는 제어부(30)의 제어신호에 응답하여 윈도우 커버(60)를 회전시키는 것으로써, 회전판(41) 및 회전 모터(42)를 포함한다.
회전판(41)은 윈도우 커버(60)를 회전 가능하게 지지한다. 일 실시예로, 윈도우 커버(60)는 360도 또는 180도씩 회전 가능하게 설치될 수 있다.
도 2 를 참조하면, 회전판(41)은 윈도우 커버(60)의 하부에 설치되어 윈도우 커버(60)를 지지하며 회전 모터(42)의 구동에 따라 회전하면서 윈도우 커버(60)를 회전시킨다.
회전판(41)은 윈도우 커버(60)의 형태 및 구조에 따라 원형으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양하게 형태와 구조로 형성될 수 있다.
회전 모터(42)는 회전판(41)을 회전시킨다. 회전 모터(42)는 회전판(41)을 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시키며, 기 설정된 설정각도만큼씩 회전시킨다.
설정각도는 윈도우 커버(60)를 1회 회전시킬 경우 윈도우 커버(60)를 회전시키는 각도로써, 사전에 설정되며 센싱 영역 또는 세척 영역에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
센싱 영역은 타겟과의 거리를 검출하기 위해 라이다 센서의 윈도우 커버(60)가 위치하는 영역이며, 세척 영역은 윈도우 커버(60)에 묻은 오염물을 제거하기 위한 영역이다.
센싱 영역의 윈도우 커버(60)를 통해 타겟과의 거리가 감지되는 과정에서, 도 3 에 도시된 바와 같이 윈도우 커버(60)에 오염물이 묻으면, 오염물 검출부(20)에 의해 윈도우 커버(60)에 묻은 오염물이 검출되고, 이때 회전부(40)는 도 4 에 도시된 바와 같이 제어부(30)의 제어신호에 따라 윈도우 커버(60)를 설정각도 만큼 회전시킨다.
이에 따라, 센싱 영역의 윈도우 커버(60)는 세척 영역에 위치하게 되어 오염물이 세척 영역에 위치하게 되고, 세척 영역의 윈도우 커버(60)는 센싱 영역에 위치하게 된다.
세척부(50)는 케이스(70) 내부에 설치되어 윈도우 커버(60)를 세척한다. 세척부(50)는 윈도우 커버(60)에 세척액을 분사하는 액상 분사부(51), 윈도우 커버(60)를 가열하여 윈도우 커버(60)를 건조시키는 히팅 건조부(52)를 포함한다. 이외에도, 세척부(50)는 윈도우 커버(60)에 에어를 분사하여 윈도우 커버(60)의 오염물이나 물기를 제거하는 에어 분사부 및 와이퍼를 회동시켜 윈도우 커버(60)에 있는 물기를 제거하는 와이퍼 구동부를 더 포함할 수 있다.
참고로, 본 실시예에서는 도 5 에 도시된 바와 같이 세척부(50)가 액상 분사부(51) 및 히팅 건조부(52)를 포함하는 것을 예시로 설명하였다.
즉, 액상 분사부(51)가 윈도우 커버(60)에 세척액을 분사하여 윈도우 커버(60)에 묻은 오염물을 제거하면, 히팅 건조부(52)가 윈도우 커버(60)를 가열하여 윈도우 커버(60)에 남아 있는 물기를 제거한다.
케이스(70)는 세척 영역을 밀폐시켜 케이스(70) 내부에 외부로부터 오염물이 유입되거나 내부의 세척액 등이 외부로 배출되지 않도록 한다. 이와 같이, 케이스(70)가 세척 영역을 밀폐시킴으로써, 케이스(70) 내부는 청결한 상태가 유지될 수 있다. 그 결과, 세척 영역에서 세척된 윈도우 커버(60)는 항상 청결한 상태를 유지하게 되며, 그 결과 센싱 영역의 윈도우 커버(60)가 오염되어 윈도우 커버(60)가 회전되면, 세척 영역에 있던 윈도우 커버(60)가 센싱 영역에 위치하게 됨으로써, 라이다 센서가 깨끗한 상태의 윈도우 커버(60)를 통해 타겟과의 거리를 감지할 수 있게 된다.
즉, 센싱 영역에 위치한 윈도우 커버(60)를 통해 타겟과의 거리가 감지되는 과정에서 윈도우 커버(60)에서 오염물이 검출되면, 윈도우 커버(60)는 회전부(40)에 의해 회전되어 해당 세척 영역에 위치하게 되며 이때, 세척부(50)에 의해 세척된다. 세척부(50)에 의해 세척이 완료되면 윈도우 커버(60)는 케이스(70)에 의해 청결한 상태를 유지하게 된다.
이후, 센싱 영역의 윈도우 커버(60)가 오염되어 회전부(40)에 의해 윈도우 커버(60)가 회전되면, 센싱 영역의 윈도우 커버(60)는 세척 영역에 위치하여 세척부(50)에 의해 세척되는 한편, 세척 영역의 윈도우 커버(60)는 센싱 영역에 위치하게 된다. 이 경우, 라이다 센서가 깨끗한 상태의 윈도우 커버(60)를 통해 타겟과의 거리를 감지할 수 있게 된다.
한편, 상기한 바와 같이 윈도우 커버(60)의 오염물이 검출되면, 윈도우 커버(60)를 세척하면서도 라이다 센서의 운용을 정지시키지 않으므로, 라이다 센서의 운용시간이 개선되고 그 성능이 유지될 수 있다. 즉, 윈도우 커버(60)는 라이다 센서의 운용 여부와 무관하게 라이다 센서가 운용중에도 세척될 수 있다.
제어부(30)는 라이다 센서가 운용되는 과정에서 윈도우 커버(60)에 오염물이 묻어 오염물 검출부(20)에 의해 오염물이 검출되면, 오염물 검출부(20)에 의해 검출된 오염물에 따라 회전부(40)를 제어하여 윈도우 커버(60)를 설정각도만큼 회전시킨다.
이에 따라, 센싱 영역의 윈도우 커버(60)는 세척 영역에 위치하고, 세척 영역의 윈도우 커버(60)는 센싱 영역에 위치한다.
센싱 영역의 윈도우 커버(60)가 세척 영역에 위치함에 따라, 제어부(30)는 세척부(50)를 제어하여 윈도우 커버(60)를 세척한다.
또한, 세척 영역에 있던 윈도우 커버(60)가 센싱 영역에 위치함에 따라, 라이다 센서는 깨끗한 상태의 윈도우 커버(60)를 통해 타겟과의 거리를 감지한다. 즉, 세척부(50)에 의헤 윈도우 커버(60)가 세척되는 과정에서도, 라이다 센서가 운용될 수 있어 라이다 센서의 라이다 센서의 운용시간을 개선하고 그 성능 저하를 방지할 수 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 세척 방법을 도 6 을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 세척 방법의 순서도이다.
도 6 을 참조하면, 먼저 라이다 센서가 운용(S10)되어 타겟과의 거리를 검출한다. 즉, 제어기(14)는 외부에 존재하는 타겟과의 거리를 측정하기 위해서 레이저 송신부(11)를 통해 광을 방출하고, 레이저 송신부(11)에서 방출되어 타겟에 반사된 광을 레이저 수신부(12)를 통해 수광하여 전기적 신호로 변환하도록 한다. 이러한 전기적 신호는 거리 계산부(15)에 입력된다. 이때, 회전미러부(13)는 제어기(14)의 제어신호에 따라 송신용 광 또는 수신용 광을 반사시키기 위해 회전한다. 거리 계산부(15)는 레이저 수신부(12)로부터 출력되는 전기적 신호, 즉 펄스 신호를 이용하여 타겟과의 거리를 계산한다.
이 과정에서 오염물 검출부(20)는 레이저 수신부로부터 출력된 신호의 신호 세기 또는 신호 특징을 토대로 윈도우 커버(60)에 있는 오염물을 검출한다(S20).
오염물 검출부(20)에 의해 윈도우 커버(60)에 묻은 오염물이 검출되면, 제어부(30)는 오염물 검출부(20)에 의해 검출된 오염물에 따라 회전부(40)를 제어하여 윈도우 커버(60)를 설정각도만큼 회전시킨다(S30).
제어부(30)가 회전부(40)를 통해 윈도우 커버(60)를 회전시킴에 따라, 센싱 영역의 윈도우 커버(60)는 세척 영역에 위치하고, 세척 영역의 윈도우 커버(60)는 센싱 영역에 위치한다.
이어 제어부(30)는 세척부(50)를 제어하여 윈도우 커버(60)를 세척한다(S40). 예를 들어 제어부(30)는 액상 분사부(51)를 통해 윈도우 커버(60)에 세척액을 분사하여 윈도우 커버(60)에 묻은 오염물을 제거하고, 히팅 건조부(52)를 통해 윈도우 커버(60)를 가열하여 윈도우 커버(60)에 남아 있는 물기를 제거함으로써, 윈도우 커버(60)에 묻은 오염물을 제거한다.
여기서, 세척 영역은 케이스(70)에 의해 밀폐되는 바, 세척 영역에 있는 윈도우 커버(60)는 청결한 상태를 유지하게 된다.
한편, 세척 영역에 있던 윈도우 커버(60)가 센싱 영역에 위치함에 따라, 라이다 센서는 청결한 상태의 윈도우 커버(60)를 통해 타겟과의 거리를 감지한다. 즉, 세척부(50)에 의헤 윈도우 커버(60)가 세척되는 과정에서도, 라이다 센서가 운용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 세척 장치는 윈도우 커버의 오염물이 검출되면 윈도우 커버를 회전시키면서 오염물을 세척한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 세척 장치는 윈도우 커버를 세척하는 중에도 라이다 센서를 운용할 수 있어 라이다 센서의 운용시간을 개선하고 라이다 센서의 성능 저하를 방지한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 라이다 센서 11: 레이저 송신부
12: 레이저 수신부 13: 회전 미러부
14: 제어기 15: 거리 계산부
15: 거리 계산부 20: 오염물 검출부
30: 제어부 40: 회전부
41: 회전판 42: 회전 모터
50: 세척부 51: 액상 분사부
52: 히팅 건조부 60: 윈도우 커버
70: 케이스

Claims (7)

  1. 라이다 센서의 윈도우 커버에 묻은 오염물을 검출하는 오염물 검출부;
    상기 윈도우 커버를 회전시키는 회전부;
    상기 윈도우 커버를 세척하는 세척부; 및
    상기 오염물 검출부에 의해 오염물이 검출되면 상기 회전부를 제어하여 오염물 세척이 가능한 세척 영역에 위치하도록 상기 윈도우 커버를 회전시키고, 상기 세척부를 제어하여 오염물을 세척하는 제어부를 포함하는 라이다 센서 세척 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 오염물 검출부에 의해 오염물이 검출되면 상기 라이다 센서의 운용 여부와 무관하게 상기 회전부를 제어하여 상기 윈도우 커버를 회전시키는 것을 특징으로 하는 라이다 센서 세척 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 회전부는
    상기 윈도우 커버를 회전 가능하게 지지하는 회전판; 및
    상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 회전판을 회전시키는 회전 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서 세척 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 세척 영역을 밀폐시켜 외부로부터 오염물이 상기 세척 영역으로 유입되는 것을 차단하는 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서 세척 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 오염물 검출부는 상기 라이다 센서의 레이저 수신부로부터 입력된 신호의 신호 세기 또는 신호 특징을 분석하여 오염물을 검출하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서 세척 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 세척부는 상기 윈도우 커버에 세척액을 분사하는 액상 분사부, 윈도우 커버에 에어를 분사하는 에어 분사부, 윈도우 커버를 가열하여 건조하는 히팅 건조부, 및 와이퍼를 회동시켜 윈도우 커버 표면의 물기를 제거하는 와이퍼 구동부 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서 세척 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 오염물 검출부에 의해 오염물이 검출되면 상기 회전부를 통해 상기 윈도우 커버를 기 설정된 설정각도만큼 회전시키는 것을 특징으로 하는 라이다 센서 세척 장치.

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