KR102438191B1

KR102438191B1 - 차량용 졸음 방지 장치

Info

Publication number: KR102438191B1
Application number: KR1020170127307A
Authority: KR
Inventors: 조성식
Original assignee: 주식회사 루멘스
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2022-08-31
Anticipated expiration: 2037-09-29
Also published as: US20190100219A1; US10286921B2; KR20190037701A

Abstract

차량 내에 설치되는 차량용 졸음 방지 장치가 개시된다. 이러한 졸음 방지 장치는, 적외선 광의 지향각 패턴이 중심축선에서 기울어지고, 차량 운전자의 홍채 측으로 상기 적외선 광을 조사하는 발광부와, 상기 차량 운전자의 홍채를 촬영하는 적외선 카메라와, 상기 적외선 카메라에 의해 촬영된 상기 차량 운전자의 홍채를 감지하여 미리 설정된 기준 시간을 초과하여 상기 차량 운전자의 홍채가 감지되지 않는 경우, 상기 차량 운전자가 졸음 상태인 것으로 판단하여 경고음을 발생시키는 경고음 발생부를 포함하며, 상기 발광부는 상기 차량 내에서 상기 차량 운전자의 정면 이외의 영역에 설치된다.

Description

차량용 졸음 방지 장치{SLEEPINESS PREVENTION APPARATUS FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 졸음 방지 장치에 관한 것으로서, 차량의 다양한 위치에 설치하여 운전자의 홍채를 인식 및 분석하여 운전자의 졸음운전을 예방할 수 있는 차량용 졸음 방지 장치에 관한 것이다.

차량에 사용되는 종래의 졸음 방지 장치는, 적외선 카메라를 사용하여 운전자의 상태를 관찰하고 운전자에 관한 영상을 입력받아 운전자의 얼굴 전체에서 특히, 눈 주변의 영상 정보를 이용하여, 운전자의 졸음 상태 또는 피로 상태로 판단되는 경우 경고음을 내는 방식이 사용되고 있다. 운전자의 졸음 상태 또는 피로 상태에 관한 판단은, 운전자의 눈의 개도, 눈 깜빡임 주기 또는 일정 시간 내 하품의 횟수 등을 기준으로 하여 수행된다.

이러한 종래의 차량용 졸음 방지 장치는, 운전자의 얼굴 전체를 적외선 카메라를 이용하여 촬영한 후, 영상 정보를 분석하는 방식이므로, 운전자의 운전시 자세나 습관 또는 특이한 행동에 따라 오판인 경우가 빈번하여 안전 운전에 오히려 방해를 초래하는 경우가 있다.

이러한 문제점을 해소하고자 운전자의 상태를 보다 정확히 알 수 있도록 운전자의 눈 부분을 적외선 카메라를 이용하여 명확히 촬영하기 위해서는 촬영에 필요한 적외선 광과 운전자의 눈의 초점이 맞춰지게 할 필요가 있다. 더 나아가, 적외선 광과 운전자의 눈의 초점을 정확히 맞추기 위해서는, 부득이 운전자의 정면에서 눈으로 적외선 광이 향하도록 적외선 발광부가 위치하여야 한다.

하지만, 운전자의 정면 방향에는 전면 유리 이외에는 다른 구조물들이 없으므로, 적외선 광을 조사하는 발광부의 설치에도 제약이 많이 따른다. 그뿐만 아니라, 운전자의 눈과 적외선 광과의 초점을 정확히 맞추기 위해 적외선 광원이 운전자의 정면에 설치하더라도, 운전자의 시야에 방해가 되거나, 눈의 피로를 유발하게 된다. 또한, 운전자의 정면에 설치한 경우, 눈에서의 재귀 반사로 인한 효율 저하, 즉 정면에서 들어오는 빛과 눈에서 반사되는 빛의 간섭으로 인해 눈의 상태도 정확하게 파악하기 어렵게 되고, 운전 중에 지속적으로 정면에 위치한 발광부를 바라보아야 하는 결과가 되므로, 오히려 안전운전을 저해하는 요인이 될 수 있다. 따라서, 이러한 제약을 극복하기 위한 방안이 당해 기술 분야에서 요구되고 있다.

대한민국공개특허 10-2006-0126352(2006.12.07. 공개)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 차량 운전자의 졸음 여부를 보다 정확히 확인하기 위해 운전자의 눈과 적외선 광의 초점을 맞춰 적외선 광이 운전자의 눈을 향하도록 설치하고자 할 때, 적외선 광원, 즉 발광부를 운전자의 정면 위치에 설치하지 않으면서도 눈으로 직접적으로 향하도록 할 수 있는 개선된 차량용 졸음 방지 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른, 차량 내에 설치되는 졸음 방지 장치는, 적외선 광의 지향각 패턴이 중심축선에서 기울어지고, 차량 운전자의 홍채 측으로 상기 적외선 광을 조사하는 발광부와, 상기 차량 운전자의 홍채를 촬영하는 적외선 카메라와, 상기 적외선 카메라에 의해 촬영된 상기 차량 운전자의 홍채를 감지하여 미리 설정된 기준 시간을 초과하여 상기 차량 운전자의 홍채가 감지되지 않는 경우, 상기 차량 운전자가 졸음 상태인 것으로 판단하여 경고음을 발생시키는 경고음 발생부를 포함하며, 상기 발광부는 상기 차량 내에서 상기 차량 운전자의 정면 이외의 영역에 설치되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따라, 상기 발광부는, 상기 차량 내 운전석의 등받이와 마주하는 전방 윈도우 영역 이외의 전방 윈도우 영역, 룸미러, 계기판, 대시보드, 선바이저, 센터 페시아(center fascia) 및 에어콘 그릴 중 어느 하나에 설치된다.

일 실시예에 따라, 상기 발광부는, 칩 실장면을 포함하는 베이스와, 중심축선을 포함하며, 상기 중심축선이 상기 칩 실장면과 수직을 이루는 엘이디 칩과, 상기 엘이디 칩의 상부 및 측면들을 덮는 매질의 굴절률보다 큰 굴절률을 가지며, 상기 매질과 경계를 이루는 입사면 및 상기 입사면을 통해 입사된 광이 출사되는 출사면을 포함하는 TIR 렌즈와, 상기 TIR 렌즈와 결합되는 리플렉터를 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 입사면의 횡단면은, 하나 이상의 곡률 반경을 가지고 상기 엘이디 칩을 향해 볼록하게 돌출된 주 입사면과, 상기 주 입사면의 가장자리에서 상기 주 입사면과 교차하며 아래로 연장된 한 쌍의 측면 입사면을 포함하며, 상기 출사면의 횡단면은 상기 주 입사면의 상측에 위치하는 주 출사면과, 상기 주 출사면의 가장자리에서 상기 주 출사면과 교차하며 아래로 연장되어 상기 한 쌍의 측면 입사면과 연결되는 한 쌍의 측면 출사면을 포함하며, 상기 주 입사면을 지나는 광의 양이 상기 중심축선을 기준으로 일측으로 치우치도록, 상기 엘이디 칩으로부터 동일한 높이에 있는 상기 주 입사면 상의 두 지점은 상기 중심축선을 기준으로 다른 거리에 있다.

일 실시예에 따라, 상기 주 입사면은 상기 중심축선을 기준으로 구분되는 제1 주 입사면과 제2 주 입사면을 포함하며, 상기 제2 주 입사면은 상기 제1 주 입사면보다 더 아래로 치우쳐 위치한다.

일 실시예에 따라, 상기 제1 주 입사면과 상기 제2 주 입사면은 같은 곡률 중심과 같은 곡률 반경을 갖는다.

일 실시예에 따라, 상기 한 쌍의 측면 출사면은 다른 높이를 가지며, 상기 주 출사면은 수평 상태로부터 경사져 있다.

일 실시예에 따라, 상기 한 쌍의 측면 출사면은 제1 측면 출사면과 상기 제1 측면 출사면의 상단보다 낮은 상단을 갖는 제2 측면 출사면을 포함하며, 상기 주 출사면은 상기 제1 측면 출사면으로부터 상기 제2 측면 출사면까지 아래로 경사지게 이어진다.

일 실시예에 따라, 상기 리플렉터는 상기 제1 측면 출사면을 거쳐 상기 주 출사면을 향해 반사시키는 적외선 광의 양이 상기 제2 측면 출사면을 거쳐 상기 주 출사면을 향해 반사시키는 적외선 광의 양보다 많도록 형성된다.

일 실시예에 따라, 상기 주 입사면은 상기 중심축선을 기준으로 구분되고 곡률 중심이 서로 다른 제1 주 입사면과 제2 주 입사면을 포함하며, 상기 제1 주 입사면의 곡률 반경은 상기 제2 주 입사면의 곡률 반경보다 크다.

일 실시예에 따라, 상기 한 쌍의 측면 출사면은 상기 중심축선과 이루는 각도가 서로 다르다.

본 발명은 개선된 차량용 졸음 방지 장치를 제공함으로써, 발광부를 차량 운전자의 정면 위치에 설치하지 않으면서도 눈으로 직접적으로 향하도록 하여, 운전자가 운전 중 지속적으로 발광부를 바라보지 않아도 되는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 졸음 방지 장치에서 발광부의 위치를 설명하기 위한 차량 내부의 구조를 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 졸음 방지 장치의 블록도이고,
도 3 및 도 4는 운전자의 정면을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 졸음 방지 장치에서 운전자의 눈으로 적외선을 조사하는 발광부의 일 예를 도시한 사시도이고,
도 6은 도 5에 대응되는 평면도이고,
도 7은 도 5의 A-A를 따라 취해진 단면도이고,
도 8은 도 5의 B-B를 따라 취해진 단면도이고,
도 9는 도 4의 발광부의 광 지향각 특성을 보여주기 위한 시뮬레이션 결과 도면이고,
도 10은 도 4의 발광부의 광 지향각 패턴을 보인 도면이고,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 졸음 방지 장치에서 운전자의 눈으로 적외선을 조사하는 발광부의 또 다른 예를 도시한 사시도이고,
도 12는 도 11에 대응되는 평면도이고,
도 13은 도 11의 C-C를 따라 취해진 단면도이고,
도 14는 도 11의 D-D를 따라 취해진 단면도이고,
도 15는 도 11의 발광부의 광 지향각 특성을 보여주기 위한 시뮬레이션 결과 도면이고,
도 16은 도 11의 발광부의 광 지향각 패턴을 보인 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들이 설명된다. 첨부된 도면들 및 이를 참조하여 설명되는 실시예들은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자로 하여금 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 의도로 간략화되고 예시된 것임에 유의하여야 할 것이다.

먼저, 도 1을 참조하여 차량의 내부 구조를 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이 차량은 핸들(30), 전방 윈도우(40), 룸미러(50), 계기판(60), 센터 페시아(center fascia)(70), 대시보드(80), 에어콘 그릴(85) 및 썬바이저(90) 등을 포함하고 있다. 본 발명의 차량용 졸음 방지 장치에서 특히 발광부는 이들 내부 구조물에 설치될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 차량용 졸음 방지 장치는, 발광부(110;110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f, 110g), 적외선 카메라(120) 및 경고음 발생부(130)를 포함한다.

발광부(110)는, 차량 운전자의 홍채(10) 측으로 적외선(IR) 광을 조사하는 구성요소이며, 도시된 바와 같이, 전방 윈도우(40)에 설치될 수도 있고(110a), 룸미러(50)에 설치될 수도 있고(110b), 계기판(60)에 설치될 수도 있고(110c), 중앙에 운전석과 조수석 사이에 있는 컨트롤 패널 보드인 센터 페시아(70)에 설치될 수도 있고(110d), 대시보드(80)에 설치될 수도 있으며(110e), 썬바이저(90)에 설치될 수도 있고, 에어컨 그릴(85)에 설치될 수도 있다(110g). 다만, 앞서 언급한 바와 같이, 운전자의 시야에 방해가 되거나, 눈의 피로를 유발하거나, 눈에서의 재귀 반사로 인한 효율 저하를 방지하기 위해, 차량 운전자의 정면 이외의 영역에 설치되어야 한다. 발광부(110)에서 적외선 광의 지향각 패턴은 중심축선에서 기울어지게 나타나며, 차량 운전자의 홍채 측으로 이렇게 중심축선에서 기울어진 지향각 패턴을 갖는 적외선 광을 조사한다. 상기 중심축선은 발광부(110)의 중심을 지나는 축이며, 이러한 중심축선과 발광부(110)의 적외선 광의 지향각 패턴에 관하여는 이후 도 5 내지 도 14를 참조하여 상세히 설명된다.

적외선 카메라(120)는 차량 운전자의 홍채(10)를 촬영하는 구성요소로서, 도시된 바와 같이, 발광부(110)와 분리되어 설치될 수도 있으며, 발광부(110)와 일체형으로 제작되어 설치될 수도 있다.

경고음 발생부(130)는, 적외선 카메라(120)에 의해 촬영된 차량 운전자의 홍채(10)를 분석하여 미리 설정된 기준 시간을 초과하여 차량 운전자의 홍채(10)가 감지되지 않는 경우, 차량 운전자가 졸음 상태인 것으로 판단하여 경고음을 발생시키는 구성요소이다. 짧은 시간, 예컨대 대략 3초 정도 동안 홍채가 감지되지 않을 경우(즉, 눈을 감고 있을 경우), 차량 운전자가 졸음 상태에 있는 것으로 판단하여 경고음을 발생시킬 수 있다. 적외선 카메라(120)와 경고음 발생부(130) 간은 유선 케이블을 통해 연결될 수도 있고, 무선 통신 방식이 이용될 수도 있으며, 무선 통신 방식의 경우, 감도 향상을 위해 VHF 대역 이상의 주파수 대역이 사용될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하여, 차량 운전자의 정면에 관하여 상세히 설명하면, 차량 운전자의 정면이라 함은, 차량의 전방 윈도우(40) 전체에서 차량 내 운전석의 등받이(20)와 마주하는 전방 윈도우(40)의 일부 영역(42), 그리고 그 사이의 공간으로서, 도 3 및 도 4에서 운전석의 등받이(20)에서 전방 윈도우(40) 측으로 가상의 선을 그어보면, 그 일부 영역은 운전석 등받이(20)의 폭에 대응하는 d1 만큼의 폭을 갖는다. 또한, 전방 윈도우(40)의 일부 영역(42)은 운전석 등받이(20)의 높이를 고려하여, 전방 윈도우(40) 측으로 가상의 선을 그어보면 대체로 전방 윈도우(40)의 최하단부에서 최상단부까지의 높이인 d2 만큼의 높이를 갖는 영역이다. 차량 운전자의 운전 중 발광부(110)가 정면에 위치하지 않도록 하기 위해, 그 일부 영역(42)을 포함하여, 그 일부 영역(42)과 운전석 등받이(20) 사이의 공간으로 정의되는 차량 운전자의 전방에는 발광부가 위치하지 않도록 한다. 도 3에서 선 X(도 2의 선 X와 동일한 선임)는 운전석의 등받이(20)의 중심에서부터 핸들(30)을 거쳐 전방 윈도우(40)까지 직선으로 연결한 선으로서, 위와 같이 정의되는 차량 운전자의 정면의 중심을 지나는 선이다.

그리고, 본 명세서 내에서 차량 운전자의 정면 이외의 영역이라 함은, 차량에서 차량 운전자의 눈(210)의 위치를 기준으로 하여 양측으로 가상의 선(L1)을 그을 경우, 그보다 앞에 위치한 영역 중에서, 전술한 차량 운전자의 정면을 제외한 영역이며, 예컨대, 전방 윈도우(40)의 일부 영역, 룸미러(50), 계기판(60), 센터 페시아(70), 대시보드(80) 또는 썬바이저(90) 등이 위치한 영역을 의미한다.

전술한 바와 같이, 발광부(110)의 적외선 광의 지향각 패턴이 중심축선에서 기울어져 조사되고 있으므로, 이와 같이 차량 운전자의 전방에 발광부(110)가 위치하지 않더라도 운전자의 홍채 측으로 정확하게 조사할 수 있게 된다.

전술한 설명에서는 미리 설정된 소정 시간을 초과하여 홍채가 인식되지 않는 경우에 알람을 작동하는 것에 관하여만 설명하였으나, 더 나아가, 적외선 카메라(120)를 이용하여 정상 상태의 눈을 사전에 촬영하여 메모리에 정상 상태의 눈 영역 영상으로 저장하여 두고, 적외선 카메라(120)에 의해 촬영되는 실시간 눈 영상과 비교하거나 눈의 개폐 여부를 분석하여 운전자의 졸음 여부를 판별하는 것도 가능하다. 또한, 졸음 여부를 판단하는 구체적인 방법으로서, 소정의 시간 내에 홍채가 검출되는 회수, 홍채가 검출되는 주기, 홍채가 검출되는 시간 간격 중 적어도 하나 또는 이들을 조합하여 졸음을 판단할 수도 있다.

또한, 경고음 발생부(130)로서 청각적 알람에 관하여만 설명하였으나, 더 나아가, 시각적 또는 촉각적 방식으로 차량 운전자에게 알릴 수도 있다.

다음으로 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 졸음 방지 장치에서의 발광부(110)의 일 예를 설명하면, 상기 발광부(110)는 베이스(20)와, 엘이디 칩(40)과, TIR 렌즈(60)와, 리플렉터(80)를 포함한다.

베이스(20)는 예컨대, 리드 단자들을 구비한 리드 프레임, 기판 또는 패키지 바디일 수 있으며, 평평한 저면과 평행한 칩 실장면(22)을 포함한다. 칩 실장면(22)은 베이스(20)의 상면에 오목하게 형성된 리세스(24)의 평평한 내부 바닥면이 것이 바람직하다. 엘이디 칩(40)은 발광면, 베이스(20)의 칩 실장면(22)과 수직을 이루는 가상의 중심축선(Z)을 포함한다. 베이스(20)는 상면에 엘이디 칩(40)의 전극들과 플립칩 본딩 방식 또는 와이어 본딩 방식으로 전기적으로 연결되는 상부 전극패드들을 포함하고, 저면에 외부 기판과 본딩되는 하부 전극패드들을 포함할 수 있다.

TIR 렌즈(60)는, 리플렉터(80)와 일체로 결합되어 이루어진 것으로서, 엘이디 칩(40)으로부터 방출된 적외선 광이 입사되는 입사면(61, 62, 63, 64)과, 입사면(61, 62, 63, 64)을 통해 들어온 적외선 광이 출사되는 출사면(65, 66, 67)을 포함한다. TIR 렌즈(60) 및 TIR 렌즈(60)와 일체화된 리플렉터(80)가 베이스(20)의 상면에 결합될 때, TIR 렌즈(60)와 베이스(80) 사이에는 TIR 렌즈(60)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 매질, 바람직하게는, 공기가 채워진 공간이 형성된다. 엘이디 칩(40)은 매질로 채워진 공간 내에서 베이스(20)의 칩 실장면(22) 상에 실장되므로, 매질은 엘이디 칩(40)의 상부 및 측면들을 덮는다. 그리고, TIR 렌즈(60)는 매질과 경계를 이루는 입사면(61, 62, 63, 64) 및 입사면(61, 62, 63, 64)을 통해 입사된 광이 출사되는 출사면(65, 66, 67)을 포함한다.

리플렉터(80)는 중심축선(Z)에 대하여 비대칭 구조를 이루며, 내측의 캐비티 내에 TIR 렌즈(60)가 결합된 형태로, TIR 렌즈(60)와 일체로 결합된다. 리플렉터(80)의 캐비티는 TIR 렌즈(60)가 결합되어 있는 하부 홀과, 최종적으로 광 방출을 허용하는 상부 홀과, 하부 홀과 상부 홀을 연결하는 측면 측의 반사면을 포함한다.

한편, TIR 렌즈(60)와 리플렉터(80)는 도 7에 도시된 것 같은 횡단면을 포함하며, TIR 렌즈(60)의 입사면(61, 62. 63, 64)의 횡단면은, 하나의 곡률 반경을 가지고 엘이디 칩(40)을 향해 볼록하게 돌출된 주 입사면(61, 62)과, 주 입사면(61, 62)의 가장자리에서 주 입사면(61, 62)과 교차하며 리플렉터(80)의 반사면과 경계를 이루면서 아래로 연장된 한 쌍의 측면 입사면(63, 64)을 포함한다. 또한, TIR 렌즈(60)의 출사면(65, 66, 67)의 횡단면은 주 입사면(61, 62)의 상측에 위치하는 주 출사면(65)과, 주 출사면(65)의 가장자리에서 주 출사면(65)과 교차하며 아래로 연장되어 상기 한 쌍의 측면 입사면(63, 64)과 연결되는 한 쌍의 측면 출사면(66, 67)을 포함한다.

여기서, 주 입사면(61, 62)을 지나는 적외선 광의 양이 중심축선(Z)을 기준으로 일측(도 7의 중심축선을 기준으로 우측)으로 치우치도록 하면, 적외선 광의 지향각 패턴이 일측으로 기울어질 수 있다. 이러한 유형의 발광부(110)에서, 주 입사면(61, 62)을 지나는 적외선 광의 양이 중심축선(Z)을 기준으로 일측(도 7의 중심축선을 기준으로 우측)으로 치우치도록 하기 위해, 주 입사면(61, 62)을 도 7에 도시된 것과 같이 구현한다. 도 7에 도시된 주 입사면(61, 62)의 형상에 따르면, 엘이디 칩(40)으로부터 동일한 높이에 있는 주 입사면(61, 62) 상의 두 지점(P1, P2)이 중심축선(Z)에 대하여 서로 다른 거리(D1, D2)만큼 떨어져 있다.

반면, 엘이디 칩으로부터 동일한 높이에 있는 주 입사면 상의 두 지점이 중심축선에 대하여 서로 동일 거리만큼 떨어져 있는 대칭형 주 입사면을 이용하는 경우에 있어서는, 광의 세기가 주 입사면의 중앙에서 가장 커지므로, 일측으로 기울어진 형태의 광 지향각 패턴을 얻을 수 없을 것이다.

다시 도 7을 참조하면, 주 입사면(61, 62)은 중심축선(Z)을 기준으로 구분되는 제1 주 입사면(61)과 제2 주 입사면(62)을 포함한다. 주 입사면(61, 62)이 하나의 곡률 반경을 가지므로, 제1 주 입사면(61)과 제2 주 입사면(61)은 같은 곡률 중심과 같은 곡률 반경을 갖는다. 그럼에도 불구하고, 중심축선(Z)을 지나는 임의의 점을 중심으로 제1 주 입사면(61)이 위로 올라가고 제2 주 입사면(62)이 아래로 내려가 위치한 형상에 의해, 제2 주 입사면(62)은 제1 주 입사면(61)보다 더 아래로 치우쳐 위치한다.

앞서 언급한 바와 같이, TIR 렌즈(60)는 주 출사면(65, 66, 67)과 주 출사면(65)의 가장자리에서 교차하는 한 쌍의 측면 출사면, 즉, 제1 측면 출사면(66)과 제2 측면 출사면(67)을 포함하되, 제1 측면 출사면(66)과 제2 측면 출사면(67)은 상단이 서로 다른 높이를 가지며, 이에 의해, 주 출사면(65)은 수평 상태로부터 경사져 있게 된다. 더 구체적으로, 제2 측면 출사면(67)은 상기 제1 측면 출사면(66)의 상단보다 낮은 상단을 가지며, 이에 의해, 주 출사면(65)은 제1 측면 출사면(66)의 상단으로부터 제2 측면 출사면(67)의 상단까지 아래로 경사지게 이어진다. 주 출사면(65)은, 엘이디 패키지(20)로부터 최종적으로 광이 출사되는 면으로서, 중심축선(Z)과 교차하는 점에서의 주 입사면(65)의 접선 기울기와 동일한 기울기로 경사져 있는 것이 바람직하다.

한편, 리플렉터(80)는 제1 측면 출사면(66)을 거쳐 주 출사면(65)을 향해 반사시키는 광의 양이 제2 측면 출사면(67)을 거쳐 주 출사면(65)을 향해 반사시키는 광의 양보다 많도록 구성된다. 특히, 리플렉터(80)는 제1 측면 출사면(66)과 경계를 이루는 반사면을 이용하여 제1 측면 출사면(66)을 통해 출사된 광을 다시 주 출사면(65)을 향해 반사한다.

여기서, 제1 측면 출사면(66)은, 측면 출사면에 반사됨 없이 바로 주 출사면(65)을 거쳐 일측으로 기울어져 반사되는 광의 양을 보강하도록, 그 각도가 정해질 수 있다. 다시 말해, 제1 측면 출사면(66)이 중심축선(Z)과 이루는 제1 각도의 크기가 상기 제2 측면 출사면(67)이 중심축선(Z)과 이루는 제2 각도의 크기보다 큼으로써, 제1 측면 출사면(66)과 접해 있는 리플렉터(80)의 반사면에서 더 큰 각도로 광을 반사시켜 중심축선(Z)을 기준으로 우측 영역에 광의 양을 늘려줄 수 있다.

상세히 도시하지는 않았으나, 발광부(110)는 리플렉터(80)의 하부면과 베이스(20)의 상부면에 서로 오차 없이 면하는 스토퍼용 단차들을 구비하며, 이 단차들에 의해, 리플렉터(80) 및 그 리플렉터(80)에 일체화된 TIR 렌즈(60)가 베이스(20) 상의 정확한 위치에 조립될 수 있게 해주며, 이는, TIR 렌즈(60)와 엘이디 칩(40)이 서로 정확하게 대응되는 위치 관계에 놓이도록 해주어, 조립시 오차에 의해 광 지향각 패턴이 의도한 것과 달라지는 것을 막아준다.

또한, 본 발명의 발광부(110)는 상기 발광부로 한정되지 않고, 칩 실장면을 포함하는 베이스부와 엘이디칩을 포함하며, 칩 실장면에 대하여 중심축선이 기울어진 엘이디칩을 포함하는 구조로도 구성될 수 있다.

도 9를 참조하면, 도 5에서 설명된 형태의 발광부(110)의 광 지향각 특성을 보여주기 위한 시뮬레이션 결과를 볼 수 있으며, 이를 통해, 엘이디 칩(40)에서 나와 직접 주 입사면(61, 62)과 주 출사면(67)을 통과하여 발광부(110)의 외부로 방출되는 적외선 광의 대부분이 중심축선(Z)을 기준으로 우측으로 미세하게 치우쳐져 방출됨을 알 수 있다. 또한, 리플렉터(80)는 중심축선(Z)을 기준으로 우측에 위치하는 제1 측면 출사면(66)과 접해 있는 반사면을 이용하여 엘이디 칩(20)에서 나온 광을 중심축선(Z)을 기준으로 좌측을 향하도록 그리고 주 출사면(67)을 향해 반사시킨다. 제1 측면 출사면(66) 및 그와 접해 있는 리플렉터(80)의 반사면에 의해, 중심축선(Z)을 기준으로 일정 각도 기울어진 각도 내 광량을 증가시키는 한편, 의도한 방향으로 광 방출 균일성을 높일 수 있다.

도 10을 참조하면, 도 5에 도시된 발광부(110)의 광 지향각 패턴을 볼 수 있으며, 이를 통해, 엘이디 칩의 중심축선에 대하여 TIR 렌즈와 리플렉터가 대칭인 구조를 갖는 종래의 노멀한 유형이 엘이디 칩의 중심축선 부근(0°부근)에 광 지향각 패턴이 형성되는 것과 달리, 상기 발광부(110)는 중심축선에서 미세한 각도로 기울어진 광 지향각 분포를 구현함을 알 수 있다. 따라서, 차량 내에서 차량 운전자의 전방에 설치하지 않고 그 이외의 다양한 위치에 설치하여 차량 운전자의 졸음 상태를 정확히 파악하여 분석하기 위해 홍채 측으로 적외선 광을 조사할 수 있어, 운전자의 눈의 피로를 줄일 수 있으며, 설치 장소의 한정성을 극복할 수 있게 된다.

다음으로 도 11 내지 도 14를 참조하여, 본 발명의 차량용 졸음 방지 장치에서 발광부(110)의 또 다른 예를 설명하면, 상기 발광부(110)는, 앞선 예와 마찬가지로, 베이스(20)와, 엘이디 칩(40)과, TIR 렌즈(60)와, 리플렉터(80)를 포함한다.

TIR 렌즈(60)는, 리플렉터(80)에 일체로 결합되어 이루어진 것으로서, 엘이디 칩(40)으로부터 방출된 광이 입사되는 입사면(61, 62, 63, 64)과, 입사면(61, 62, 63, 64)을 통해 들어온 광이 출사되는 출사면(65, 66, 67)을 포함한다. TIR 렌즈(60)와 베이스(20) 사이에는 TIR 렌즈(60)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 매질인 공기가 채워진 공간이 형성된다. 엘이디 칩(40)은 매질로 채워진 공간 내에서 베이스(20)의 칩 실장면(22) 상에 실장되므로, 매질은 엘이디 칩(20)의 상부 및 측면들을 덮는다. 그리고, TIR 렌즈(60)는 매질과 경계를 이루는 입사면 및 입사면을 통해 입사된 광이 출사되는 출사면을 포함한다.

리플렉터(80)는 중심축선(Z)에 대하여 비대칭 구조를 이루며, 내측의 캐비티 내에 TIR 렌즈(60)가 결합된 형태로, TIR 렌즈(60)와 일체로 결합된다.

한편, TIR 렌즈(60)와 리플렉터(80)는 도 13에 도시된 것 같은 횡단면을 포함하며, TIR 렌즈(60)의 입사면의 횡단면은, 서로 다른 곡률 중심과 서로 다른 곡률 반경을 가지고 엘이디 칩(40)을 향해 볼록하게 돌출된 주 입사면(61, 62)과, 주 입사면(61, 62)의 가장자리에서 주 입사면(61, 62)과 교차하며 아래로 연장된 한 쌍의 측면 입사면(63, 64)을 포함한다. 또한, TIR 렌즈(60)의 출사면의 횡단면은 주 입사면(61, 62)의 상측에 위치하는 주 출사면(65)과, 주 출사면(65)의 가장자리에서 주 출사면(65)과 교차하며 아래로 연장되어 한 쌍의 측면 입사면(63, 64)과 연결되는 한 쌍의 측면 출사면(66, 67)을 포함한다.

여기서, 주 입사면(61, 62)을 지나는 적외선 광의 양이 중심축선(Z)을 기준으로 일측(도 13의 중심축선을 기준으로 우측)으로 치우치도록 하면, 적외선 광의 지향각 패턴이 일측으로 기울어질 수 있다. 이러한 유형의 발광부(110)에서, 주 입사면(61, 62)을 지나는 적외선 광의 양이 상기 중심축선(Z)을 기준으로 일측(도 13의 중심축선을 기준으로 우측)으로 치우치도록 하기 위해, 주 입사면(61, 62)은, 도 13에 도시된 바와 같이, 중심축선(Z)을 기준으로 구분되고 곡률 중심이 서로 다른 제1 주 입사면(61)과 제2 주 입사면(62)을 포함하며, 제1 주 입사면(61)의 곡률 반경은 제2 주 입사면(62)의 곡률 반경보다 크게 되어 있다. 제1 주 입사면(61)의 곡률 반경을 제2 주 입사면(62)의 곡률 반경보다 크게 함으로써, 엘이디 칩(40)으로부터 동일한 높이에 있는 주 입사면(61, 62) 상의 두 지점(P1, P2)이 중심축선(Z)에 대하여 서로 다른 거리(D1, D2)만큼 떨어져 있을 수 있다.

앞에서 언급한 바와 같이, TIR 렌즈(60)는 주 출사면(65)과 주 출사면(65)의 가장자리에서 교차하는 한 쌍의 측면 출사면, 즉, 제1 측면 출사면(66)과 제2 측면 출사면(67)을 포함하되, 제1 측면 출사면(66)과 제2 측면 출사면(67)은 상단이 서로 같은 높이를 가지며, 이에 의해, 주 출사면(65)은 수평 상태에 놓인다.

한편, 리플렉터(80)는 제1 측면 출사면(66)을 거쳐 주 출사면(65)을 향해 반사시키는 적외선 광의 양이 제2 측면 출사면(67)을 거쳐 주 출사면(65)을 향해 반사시키는 적외선 광의 양보다 많도록 구성된다. 특히, 리플렉터(80)는 제1 측면 출사면(66)과 경계를 이루는 반사면을 이용하여 제1 측면 출사면(66)을 통해 출사된 광을 다시 주 출사면(65)을 향해 반사한다. 이 경우, 제1 측면 출사면(66)은, 측면 출사면에 반사됨 없이 바로 주 출사면(65)을 거쳐 일측으로 기울어져 반사되는 광의 양을 보강하도록, 그 각도가 정해질 수 있다. 다시 말해, 제1 측면 출사면(66)이 중심축선(Z)과 이루는 제1 각도의 크기가 상기 제2 측면 출사면(67)이 중심축선(Z)과 이루는 제2 각도의 크기보다 큼으로써, 제1 측면 출사면(66)과 접해 있는 리플렉터(80)의 반사면에서 더 큰 각도로 광을 반사시켜 중심축선(Z)을 기준으로 우측 영역에 광의 양을 늘려줄 수 있다.

도 15를 참조하면, 도 11에 도시된 유형의 발광부(110)의 광 지향각 특성을 보여주기 위한 시뮬레이션 결과를 볼 수 있으며, 이를 통해, 엘이디 칩(40)에서 나와 직접 주 입사면(61, 62)과 주 출사면(65)을 통과하여 발광부의 외부로 방출되는 광의 대부분이 중심축선(Z)을 기준으로 우측으로 치우쳐져 방출됨을 알 수 있다. 앞선 실시예의 발광부의 경우 중심축선으로 나가는 광의 양을 줄인 것과 달리, 본 실시예의 발광부는 중심축선을 따라 나가는 광의 양을 줄이지 않고, 엘이디 칩에서 나와 좌측으로 나가는 광을 제1 측면 출사면과 접해 있는, 경사각이 큰 반사면을 이용해 중심축선 기준으로 우측 방향으로 반사시키고, 엘이디 칩에서 나와 우측으로 나가는 광을 제2 측면 출사면과 접해 있는, 경사각 작은 반사면을 이용해 우측 영역에서 수직 방향을 향하도록 반사시킴을 알 수 있다.

도 16을 참조하면, 도 11에 도시된 유형의 발광부(110)의 광 지향각 패턴을 볼 수 있으며, 이를 통해, 엘이디 칩의 중심축선에 대하여 TIR 렌즈와 리플렉터가 대칭인 구조를 갖는 종래의 유형이 엘이디 칩의 중심축선 부근(0°부근)에 광 지향각 패턴이 형성되는 것과 달리, 상기 발광부(110)는, 중심축선에서 소정의 각도로 기울어져 있는 광 지향각 분포를 구현함을 알 수 있다. 따라서, 차량 내에서 차량 운전자의 전방에 설치하지 않고 그 이외의 다양한 위치에 설치하여 차량 운전자의 졸음 상태를 정확히 파악하여 분석하기 위해 홍채 측으로 적외선 광을 조사할 수 있어, 운전자의 눈의 피로를 줄일 수 있으며, 설치 장소의 한정성을 극복할 수 있게 된다.

본 발명의 졸음 방지 장치는, 운전자의 졸음 운전을 예방하여 졸음 운전으로 인한 사고를 미연에 방지하는데 기여할 수 있으며, 특히 버스나 택시 등의 대중 교통 수단에 적용하여, 조수석에 앉은 사람이나 탑승자에게도 운전자의 상태를 알릴 수 있는 등 다양한 용도로 활용될 수 있을 것이다.

110, 110a ~ 110f : 발광부
120 : 적외선 카메라
130 : 경고음 발생부
20 : 베이스
40 : 엘이디 칩
60 : TIR 렌즈
80 : 리플렉터
61, 62, 63, 64 : 입사면
65, 66, 67 : 출사면

Claims

차량 내에 설치되는 졸음 방지 장치로서,
차량 운전자의 홍채 측으로 적외선 광을 조사하는 발광부;
상기 차량 운전자의 홍채를 촬영하는 적외선 카메라; 및
상기 적외선 카메라에 의해 촬영된 상기 차량 운전자의 홍채를 감지하고 미리 설정된 기준 시간을 초과하여 상기 차량 운전자의 홍채가 감지되지 않는 경우, 상기 차량 운전자가 졸음 상태인 것으로 판단하여 경고음을 발생시키는 경고음 발생부;를 포함하며,
상기 발광부는 칩 실장면을 포함하는 베이스와, 중심축선을 포함하며, 상기 중심축선이 상기 칩 실장면과 수직을 이루는 엘이디 칩과, 입사면 및 상기 입사면을 통해 입사된 광이 출사되는 출사면을 포함하는 TIR 렌즈와, 상기 TIR 렌즈와 결합되는 리플렉터를 포함하고,
상기 발광부에서 조사되는 상기 적외선 광의 지향각 패턴은 상기 중심축선에서 기울어지며,
상기 입사면의 횡단면은, 하나 이상의 곡률 반경을 가지고 상기 엘이디 칩을 향해 볼록하게 돌출된 주 입사면과, 상기 주 입사면의 가장자리에서 상기 주 입사면과 교차하며 아래로 연장된 한 쌍의 측면 입사면을 포함하며,
상기 출사면의 횡단면은 상기 주 입사면의 상측에 위치하는 주 출사면과, 상기 주 출사면의 가장자리에서 상기 주 출사면과 교차하며 아래로 연장되어 상기 한 쌍의 측면 입사면과 연결되는 한 쌍의 측면 출사면을 포함하며,
상기 주 입사면을 지나는 광의 양이 상기 중심축선을 기준으로 일측으로 치우치도록, 상기 엘이디 칩으로부터 동일한 높이에 있는 상기 주 입사면 상의 두 지점은 상기 중심축선을 기준으로 다른 거리에 있도록 하며,
상기 주 입사면은 상기 중심축선을 기준으로 구분되는 제1 주 입사면과 제2 주 입사면을 포함하며, 상기 제2 주 입사면은 상기 제1 주 입사면보다 더 아래로 치우쳐 위치하고,
상기 제1 주 입사면과 상기 제2 주 입사면은 같은 곡률 중심과 같은 곡률 반경을 가지는 것을 특징으로 하는, 졸음 방지 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 발광부는, 상기 차량 내 운전석의 등받이와 마주하는 전방 윈도우 영역 이외의 전방 윈도우 영역, 룸미러, 계기판, 대시보드, 선바이저, 센터 페시아(center fascia) 및 에어콘 그릴 중 어느 하나에 설치되는 것을 특징으로 하는 졸음 방지 장치.
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청구항 1에 있어서, 상기 한 쌍의 측면 출사면은 다른 높이를 가지며, 상기 주 출사면은 수평 상태로부터 경사져 있는 것을 특징으로 하는 졸음 방지 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 한 쌍의 측면 출사면은 제1 측면 출사면과 상기 제1 측면 출사면의 상단보다 낮은 상단을 갖는 제2 측면 출사면을 포함하며, 상기 주 출사면은 상기 제1 측면 출사면으로부터 상기 제2 측면 출사면까지 아래로 경사지게 이어진 것을 특징으로 하는 졸음 방지 장치.
청구항 8에 있어서, 상기 리플렉터는 상기 제1 측면 출사면을 거쳐 상기 주 출사면을 향해 반사시키는 적외선 광의 양이 상기 제2 측면 출사면을 거쳐 상기 주 출사면을 향해 반사시키는 적외선 광의 양보다 많도록 형성된 것을 특징으로 하는 졸음 방지 장치.
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청구항 1에 있어서, 상기 한 쌍의 측면 출사면은 상기 중심축선과 이루는 각도가 서로 다른 것을 특징으로 하는 졸음 방지 장치.
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