KR100255173B1 - 스케닝 레이져 레이더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 충돌방지경보장치에 이용되는 스케닝 레이져 레이더(SCANNING LASER RADAR)에 관한 것이다.

그 구성은, 특정 주파수대의 광파를 발생시켜 송광시키는 송광기, 송광기로부터 송광된 광파를 장애물을 감지하고자 하는 방향으로 반사시켜 송광시키는 반사경, 반사경을 특정각으로 회전시키기 위한 구동부, 반사경에서 반사되어 송광된 광파가 장애물에 반사되어 되돌아오는 광파를 반사경으로부터 반사받아 수광하는 수광기, 반사경으로부터 반사되어 송광되는 광파 및 상기 반사경으로부터 반사되어 수광되는 광파의 경로상에 마련되며 외부로부터 유입되는 오물을 차단하기 위한 보호유리, 외부의 조도량을 측정하기 위한 광량센서, 송광기에서 송광된 광파가 장애물에 반사되어 되돌아와 수광기에 수광된 시간을 연산하여 장애물까지의 거리를 연산하며 필요에 따라 경보동작을 수행하고, 광량센서로부터 읽어들인 외부의 조도량에 따라 구동부를 제어하여 반사경의 반사각을 회전시키므로서 장애물감지영역을 가변시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스케닝 레이져 레이더

본 발명은 스케닝 레이져 레이더에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 충돌방지경보장치에 이용되는 스케닝 레이져 레이더(SCANING LASER RADAR)에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 충돌방지경보장치는 전자파(광파) 및 탄성파(초음파)의 펄스 반사를 이용한 것으로, 송신펄스와 반사파의 시간간격을 계측하여 장애물과의 거리를 산출하고, 산출된 거리 및 제동거리, 그리고 장애물과 자차와의 상대속도 등을 종합적으로 고려하여 충돌가능성이 있다고 판단될 때 경보동작을 수행한다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이 종래 차량의 충돌방지경보장치는 스케닝 레이져 레이더를 이용하여 장애물에 대한 정보를 얻게되는데, 이를 간략히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 그 구성은 크게 장애물의 유무를 감지하고자 하는 방향으로 레이져 빔을 송광하는 송광부와, 송광된 레이져 빔의 반사파를 수광하는 수광부, 그리고 송광된 레이져 빔과 반사파의 시간간격의 계측 및 충돌방지경보장치의 전체적인 제어동작을 수행하는 제어부로 이루어진다.

전술한 송광부는 일정크기의 파장을 갖는 레이져 빔을 송광하는 송광기(1), 송광기(1)에서 송광된 레이져 빔을 집속시키는 송광렌즈(2), 송광렌즈(2)로부터 집속된 레이져 빔을 일정각으로 반사시켜 장애물의 유무를 감지하고자 하는 방향으로 송광시키는 송광반사경(3) 및 송광반사경(3)의 각도조절을 위한 구동부(4), 송광렌지(2) 및 송광반사경(3)을 보호하기 위한 보호유리(5), 그리고 보호유리(5)의 오물흡착에 따라 반사되는 레이져 빔을 감지하여 오물의 흡착 여부를 감지하는 오물감지기(6)로 이루어진다.

그리고 수광부는 외부로부터 수광되는 전파중 송광된 레이져 빔의 반사파만을 통과시키기 위한 광학필터(7), 광학필터(7)를 통과한 레이저 빔을 일정각으로 반사시켜 수광렌즈(10)쪽으로 송광시키는 수광반사경(8) 및 수광반사경(8)의 각도조절을 위한 구동부(4), 수광반사경(8)에서 송광된 반사파를 집속시키는 수광렌즈(9), 수광렌즈(9)로부터 송광된 레이져 빔을 수광하는 수광기(10), 그리고 광학필터(7) 및 수광반사경(8)을 보호하기 위한 보호유리(11)로 이루어진다.

그리고 제어부(11)는 송광기(1)의 송광동작, 반사경 구동부(4), 수광기(10)의 수광동작 등의 제어를 통하여 장애물까지의 거리를 연산하고, 연산 결과에 따라 경보동작을 수행한다. 또한 오물감지기(6)를 통하여 보호유리의 오물(12) 흡착상태를 감지한다.

이하, 전술한 구성부를 참조하여 종래 차량의 충돌방지경보장치의 스케닝 레이져 레이더의 동작을 간단히 설명하고자 한다.

차량의 충돌방지경보장치가 동작되게 되면, 송광기(1)로부터 레이져 빔이 송광되어, 송광렌즈(2)에서 집속된 후 송광반사경(3)에 의하여 일정각으로 반사되어 장애물의 유무를 감지하고자 하는 방향, 즉 차량의 전방으로 송광된다. 전방으로 송광된 레이져 빔은 장애물을 만나면 반사되는데 반사된 레이저 빔을 수광기(10)에서 포착하므로서 전방의 장애물 유무를 확인하게 된다. 즉, 반사된 레이져 빔은 보호유리(11)를 통과하여 수광반사경(8)에 의하여 일정각으로 꺽여 수광렌즈(9)쪽으로 송광된다. 따라서, 수광렌즈(9)에서 집속된 레이져 빔을 수광기(10)에서 수광되므로서 장애물의 유무를 감지할 수 있게 된다. 또한, 수광된 레이져 빔을 전기 신호로 변환, 증폭하여 증폭된 전기신호를 각 장애물까지의 거리에 비례하여 커지도록 회로구성하여 각 장애물 까지의 거리를 산출할 수 있게 된다.

그러나 종래 차량의 충돌방지경보장치에 이용되는 스케닝 레이져 레이더는 다음과 같은 문제점이 있었다.

먼저, 송광반사경과 수광반사경이 따로 마련되어, 조립공정시 각각의 반사경이 상호 90°를 이룰수 있도록 조절하는 과정이 별도로 있어야 한다. 또한, 송광부보호유리와 수광부보호유리가 따로 마련되어 송광부보호유리의 오물감지는 오물감지기에 의하여 양호하게 감지되는 반면, 수광부보호유리의 오물감지는 이루어지지 않아 장애물 감지시 에러를 발생시키는 요인이 되었다. 또한, 수광부측에 별도의 광학필터가 마련되어, 조립공정 및 부품의 수가 추가되어 원가상승의 요인이 발생되었다. 또한, 반사경의 각도조절을 위한 구동부가 세팅된 일정각으로만 구동되므로서, 장애물 감지영역이 한정되어 운전자에게 다양한 정보를 제공하는데 한계가 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 하나의 경로를 통하여 광파의 수광 및 송광이 이루어지도록 하므로서, 부품수 및 제조단가를 줄일 수 있는 스케닝 레이져 레이더를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 반사경의 초기위치감지 및 보호유리의 오염감지를 통하여 장치의 신뢰도를 향상시킨 스케닝 레이져 레이더를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 도로의 조도환경에 따라 장애물감지영역을 가변시킬 수 있도록 한 스케닝 레이져 레이더를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 스케닝 레이져 레이더의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 스케닝 레이져 레이더의 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 스케닝 레이져 레이더의 광학필터 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 스케닝 레이져 레이더의 반사경의 반사각도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

21:송광기 22:송광렌즈 23:반사경

24:반사경 구동부 25:보호유리 27:수광렌즈

28:수광기 29:위치감지기 30:오물

31:광량센서 40:제어부

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 특정 주파수대의 광파를 발생시켜 송광시키는 송광기, 상기 송광기로부터 송광된 광파를 장애물을 감지하고자 하는 방향으로 반사시켜 송광시키는 반사경, 상기 반사경을 특정각으로 회전시키기 위한 구동부, 상기 반사경에서 반사되어 송광된 광파가 상기 장애물에 반사되어 되돌아오는 광파를 상기 반사경으로부터 반사받아 수광하는 수광기, 상기 반사경으로부터 반사되어 송광되는 광파 및 상기 반사경으로부터 반사되어 수광되는 광파의 경로상에 마련되며 외부로부터 유입되는 오물을 차단하기 위한 보호유리, 외부의 조도량을 측정하기 위한 광량센서, 상기 송광기에서 송광된 광파가 상기 장애물에 반사되어 되돌아와 상기 수광기에 수광된 시간을 연산하여 상기 장애물까지의 거리를 연산하며 필요에 따라 경보동작을 수행하고, 상기 광량센서로부터 읽어들인 외부의 조도량에 따라 상기 구동부를 제어하여 상기 반사경의 반사각을 회전시키므로서 장애물감지영역을 가변시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 따른 스케닝 레이져 레이더의 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 스케닝 레이져 레이더의 광학필터 구성도, 그리고 도 4는 본 발명에 따른 스케닝 레이져 레이더의 반사경 구동부의 회전각을 도시한 것이다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 스케닝 레이져 레이더는 장애물의 유무를 감지하고자 하는 방향으로 레이져 빔을 송광하는 송광부와, 송광된 레이져 빔의 반사파를 수광하는 수광부, 그리고 송광된 레이져 빔과 반사파의 시간간격의 계측 및 충돌방지경보장치의 전체적인 제어동작을 수행하는 제어부로 크게 이루어진다.

즉, 일정크기의 파장을 갖는 레이져 빔을 송광하는 송광기(21)와 송광기(21)에서 송광된 레이져 빔의 반사파를 검출하기 위한 수광기(28), 그리고 일체로 형성되어 송광기(21)로부터 송광된 레이져 빔을 일정각으로 반사시켜 장애물 감지영역으로 송광시키고, 장애물에 의하여 반사된 레이져 빔을 일정각으로 반사시켜 수광기(28)로 안내하는 반사경(23) 및 반사경 구동부(24)가 마련되며, 또한 반사경(23)의 기준위치를 체크하기 위한 위치감지기(29), 또한 송광기(21)와 반사경(23)사이, 수광기(28)와 반사경(23) 사이에 각각 마련되어 레이져 빔을 집속시키기 위한 송광렌즈(22) 및 수광렌즈(27), 또한 외부의 먼지 및 기타 오물의 유입을 차단하기 위한 보호유리(25), 또한 도로의 조도환경에 따라 장애물의 감지영역을 가변시키기 위한 광량센서(31) 등으로 구성된다.

전술한 구성부중 반사경(23)은 종래 송광 및 수광 반사경(3,8)을 일체로 구성한 것으로, 이를 위하여 송광기(21) 및 수광기(28)가 같은 방향에 설치되며, 상호 송광 및 수광에 영향을 받지 않도록 좌우 또는 상하로 배치된다. 또한, 반사경(23)은 후술하는 보호유리(25)와 짝을 이루어 밴드 패스 필터(Band pass filter)의 역할을 하게 된다.

그리고 위치감지기(29)는 반사경(23)의 초기위치를 감지하기 위한 것으로, 이는 차량의 충돌방지경보장치가 초기 동작하게 되면 제어부(40)에 의하여 세팅된 회전동작을 수행하게 된다. 즉, 송광기(21)에서 송광된 레이져 빔이 회전되는 반사경(23)에 의하여 소정의 각도차로 반사되는데, 이때 반사되는 레이져 빔을 위치검지기(29)에서 수광하므로서 반사경(23)의 초기위치를 설정하게 된다. 따라서, 제어부(40)는 반사경(23)을 초기화시킨 후 제어수순에 따라 반사경(23)을 제어할 수 있게 된다.

그리고 보호유리(25)는 송광기(21)에서 송광된 레이져 빔과 반사빔의 통로 역할 및 외부의 먼지등의 오물이 충돌방지경보장치 내부로 유입되는 것을 차단하기 커버 역할, 그리고 전술한 반사경(23)과 짝을 이루어 필터역할을 수행한다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 수광기(28)에 입사되는 광파는 그 파장이 매우 다양하며, 이러한 모든 영역의 파장을 가진 광파를 수광기(28)에서 수광할 경우, 장애물 감지에 있어서 오동작을 일으키게 된다. 따라서, 송광된 레이져 빔이 장애물에 반사되어 되돌아 올때 그 파장이 λa일경우 보호유리(25)는 λa보다 소정치 큰 파장λb까지 투과시키고, 그 이상은 차단한다. 또한, 반사경(23)은 λa보다 소정치 작은 파장λc까지 반사시키고, 그 이하는 흡수한다. 따라서, 수광기(28)에 수광된 빛은 그 파장이 λa를 포함하는 소정치의 파장으로 한정되어 반사파를 양호하게 검지할 수 있게 된다. 또한, 보호유리(25)는 종래 송광부측과 수광부측에 따로 마련된 보호유리(5,11)를 일체화 한 것으로, 이는 전술한 바와 같이, 송광 및 수광 반사경(23)이 일체로 제작되므로서, 레이져 빔의 송광경로 및 반사파의 수광경로가 근접하게 되어 일체화 할 수 있게 된다.

그리고 광량센서(31)는 도로의 조도환경을 검지하여 장애물 감지영역을 가변하기 위한 것으로, 도로의 밝기가 양호한 경우 장애물에 대한 시각적 인지가 양호하므로, 장애물 감지영역을 좁게 설정하여 빈번한 감지동작을 줄이게 되며, 또한 도로의 밝기가 어두운 경우 장애물에 대한 시각적 인지가 불량하므로, 장애물 감지영역을 넓게 설정하여 미연에 장애물을 인지하여 이에 대비케 하고자 함이다. 즉, 광량센서(31)로부터 도로의 밝기가 가장밝게 검출된 경우 도 4에 도시된 바와 같이 반사경구동부(24)는 반사경(23)을 소정각도인 6°크기로 좌우회전시켜 장애물 감지영역을 설정한다. 이때 설정된 감지영역은 100미터 전방에서 3개차선폭을 양호하게 감지할 수 있게 된다. 또한, 광량센서(31)로부터 도로의 밝기가 가장 어둡게 검출된 경우 제어부(40)는 반사경구동부(24)를 제어하여 반사경(23)을 일정각도인 12˚크기로 좌우회전시켜 장애물 감지영역을 설정한다. 이때 설정된 감지영역은 100미터 전방에서 6개차선폭을 양호하게 감지할 수 있게 된다. 즉, 교행차량 및 옆차선의 차량, 그리고 기타 장애물에 대한 정보를 미리 인식하여 대비할 수 있게 된다. 그리고 광량센서(31)로부터 검출된 도로의 밝기에 따라 반사경(23)의 회전각은 소정의 크기로 가변되며, 본 예의 경우 6˚에서 12˚까지 회전각이 소정크기로 가변된다.

이하, 전술한 구성부를 참조하여 본 발명에 따른 차량의 충돌방지경보장치의 스케닝 레이져 레이더의 동작을 설명하고자 한다.

차량의 충돌방지경보장치가 동작되게 되면, 제어부(40)는 시스템의 이상유무를 체크한다음 스테핑모터로 구현된 반사경구동부(23)를 구동시켜 초기화시킨다. 즉, 반사경(23)이 회전하게 되면 송광기(21)에서 송광된 레이져 빔은 반사경(23)의 회전에 따라 그 반사각이 달리되느데 이때 반사되는 레이져 빔을 일정각에서 감지할 수 있도록 구현된 위치감지기(29)가 레이져 빔을 감지하게 되면, 이를 기초로 반사경구동부(24)의 초기위치를 찾게된다.

이후, 제어부(40)는 반사경구동부(24)의 초기위치를 기준으로하여 소정각도로 반사경(23)을 좌우로 회전시켜 가며 장애물을 감지하게 된다. 즉, 제어부(40)는 반사경의 회전각을 0.02˚씩 회전시키며, 송광된 레이져 빔이 다시 수광될 수 있는 시간(T)(T=2R/광속도, R은 최대감지거리)동안 반사경구동부(24)를 정지시켜 반사파의 유무를 감지하고, 이를 도로의 조도환경에 따라 설정된 감지영역에서 반복적으로 수행한다.

그리고 전방으로 송광된 레이져 빔은 장애물을 만나면 반사되는데 반사된 레이저 빔을 수광기(28)에서 포착하므로서 전방의 장애물 유무를 확인하게 된다. 즉, 반사파 및 충돌방지경보장치 내로 유입되는 광파는 보호유리(25) 및 반사경(23)으로 구성된 밴드 패스 필터에 의하여 필터링된 후 반사경(23)에 의하여 일정각으로 꺽여 수광렌즈(27)쪽으로 송광된다. 따라서, 송광렌즈(27)에서 집속된 레이져 빔을 수광기(28)에서 수광하므로서 장애물의 유무를 감지할 수 있게 된다. 또한, 제어부(40)는 수광된 레이져 빔을 전기 신호로 변환, 증폭하여 증폭된 전기신호를 기준전압 레벨과 비교하여 송광기(21)로부터 송광된 레이져 빔인가를 판단하고, 판단후 송광된 레이져 빔이 수광기(28)에 수신될 때 까지의 시간을 측정하여 장애물 까지의 거리를 산출하여 그 결과를 조건에 따라 경보하게 된다.

그리고 전방으로 송광된 레이져 빔이 보호유리(25)면에 흡착된 오염물(30)에 의하여 충돌방지경보장치내로 반사되어 수광기(28)에 수광되면, 제어부(40)는 기준전압 레벨과 비교하여 송광기(21)로부터 송광된 레이져 빔인가를 판단하고, 판단후 송광된 레이져 빔이 수광기(28)에 수신될 때 까지의 시간을 측정하여, 측정시간이 수 십 센치(본 발명에서는 50㎝를 예로 듦)의 거리에서 반사되어 되돌아 왔다고 판단된 경우, 이를 오염물(30)에 의한 것으로 판단하고, 에러 신호를 송출하여 운전자에게 오염여부를 알리게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 보호유리 및 반사경을 이용하여 밴드 패스 필터를 구성하므로서 부품수 및 제조비를 줄일 수 있다.

또한, 하나의 반사경을 이용하므로서 송광측 및 수광측의 보호유리를 하나로 구현할 수 있어, 제조비 절감 및 장치의 신뢰도를 높일 수 있다.

또한, 위치감지기를 통하여 반사경구동부의 초기위치를 양호하게 설정할 수 있게 된다.

또한, 도로의 조도환경에 따라 장애물 감지영역을 가변시킬 수 있어, 장애물 감지정보를 양호하게 제공받을 수 있다.

Claims (8)

1. 특정 주파수대의 광파를 발생시켜 송광시키는 송광기, 상기 송광기로부터 송광된 광파를 장애물을 감지하고자 하는 방향으로 반사시켜 송광시키는 반사경, 상기 반사경을 특정각으로 회전시키기 위한 구동부, 상기 반사경에서 반사되어 송광된 광파가 상기 장애물에 반사되어 되돌아오는 광파를 상기 반사경으로부터 반사받아 수광하는 수광기, 상기 반사경으로부터 반사되어 송광되는 광파 및 상기 반사경으로부터 반사되어 수광되는 광파의 경로상에 마련되며 외부로부터 유입되는 오물을 차단하기 위한 보호유리, 외부의 조도량을 측정하기 위한 광량센서, 상기 송광기에서 송광된 광파가 상기 장애물에 반사되어 되돌아와 상기 수광기에 수광된 시간을 연산하여 상기 장애물까지의 거리를 연산하며 필요에 따라 경보동작을 수행하고, 상기 광량센서로부터 읽어들인 외부의 조도량에 따라 상기 구동부를 제어하여 상기 반사경의 반사각을 회전시키므로서 장애물감지영역을 가변시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스케닝 레이져 레이더.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 송광기 및 상기 수광기가 동일측에 마련되어 송광 및 수광동작을 하나의 반사경을 통하여 수행하는 것을 특징으로 하는 스케닝 레이져 레이더.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 보호유리는 상기 반사경을 통하여 송광된 광파가 상기 장애물에 반사되어 되돌아오는 광파중 소정 주파수대 이하만의 광파를 통과시키고, 상기 반사경은 상기 보호유리를 통과한 광파중 소정 주파수대 이상만의 광파를 상기 수광기측으로 반사시켜 밴드 패스 필터를 구성하는 것을 특징으로 하는 스케닝 레이져 레이더.
4. 제 1항에 있어서, 상기 반사경을 구동시키는 구동부는

   초기 구동시 상기 반사경을 일정각으로 회전시켜 상기 송광기에서 발생된 광파를 반사시키므로서 반사된 광파가 위치감지부에 의하여 감지되면 이를 초기위치로 세팅하는 것을 특징으로 하는 스케닝 레이져 레이더.
5. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는

   상기 광량센서로부터 읽어들인 광량과 반비례되도록 상기 반사경의 회전각을 제어하는 것을 특징으로 하는 스케닝 레이져 레이더.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 반사경의 회전각은 6˚에서 12˚범위에서 제어되는 것을 특징으로 하는 스케닝 레이져 레이더.
7. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는

   상기 수광기에 의하여 수광된 레이져 빔을 전기신호로 변환, 증폭하여 증폭된 전기신호를 기준전압 레벨과 비교하여 수광여부를 판단하고, 수광으로 판단되면 상기 송광기에서 송광된 레이져 빔이 상기 수광기에 수광되는데 걸리는 시간을 측정하여 장애물까지의 거리를 연산하는 것을 특징으로 하는 스케닝 레이져 레이더.
8. 제 7항에 있어서, 상기 제어부는

   상기 송광기에서 송광된 레이져 빔이 상기 수광기에 수광되는데 걸리는 시간을 측정하여, 측정된시간이 미리 설정된 시간보다 짧다고 판단되면 상기 보호유리가 오염된 것으로 판단하여 경보동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 스케닝 레이져 레이더.

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