KR101700445B1 - 차량 추돌 방지 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량 추돌 방지 장치로서, 차량에 레이저 센서를 탑재하여 차량간 추돌을 방지하는 차량 추돌 방지 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시 형태는 레이저 센싱에 의해 장애물을 검출하는 차량 추돌 방지 장치에 있어서, 레이저빔을 조사하는 레이저 조사기; 상기 레이저 조사기에서 조사된 레이저빔을 제1편광각의 편광방향을 가지는 편광빔으로 변환시켜 외부로 방사하는 편광 변환판; 수신되는 레이저빔 중에서 상기 제1편광각의 편광방향을 가지는 레이저빔만을 투과시키는 편광 분리판; 상기 편광 분리판에서 투과된 제1편광각의 편광방향을 가지는 레이저빔에 대응되는 크기의 전기 신호로 변환하여 반사 신호로서 출력하는 포토 다이오드; 및 상기 포토 다이오드를 통해 출력되는 반사 신호의 형태에 따라 장애물 여부, 장애물과의 거리를 파악하는 장애물 분석부;를 포함할 수 있다.

Description

차량 추돌 방지 장치{Apparatus for vehicle collision}
본 발명은 차량 추돌 방지 장치로서, 차량에 레이저 센서를 탑재하여 차량간 추돌을 방지하는 차량 추돌 방지 장치에 관한 것이다.
자동차에 있어서 사고는 운전자 및 탑승자의 생명과 직접적인 연관이 있으므로 자동차의 편리성 이면에 자동차 사고는 심각한 문제로 존재한다. 따라서 자동차 사고에 대비한 각종 안전장비들이 개발되고 있는데 이는 사고발생시에 인명을 구하는데 목적을 두고 있기 때문에 사고 발생시 위험정도는 감소할 수 있지만 사고를 예방할 수 있는 기능은 없었다.
종래의 자동차에는 차량의 측방 및 후방의 상황을 판단하기 위해 차량의 좌/우측에 사이드 백 미러를 사용하였는데, 일반적으로 차량의 사이드 백미러는 운전석에서 볼 경우 사이드 백 미러로는 확인이 되지 않는 사각지대가 있기 때문에 차선 변경등의 경우에 이러한 사각지대를 보기 위해서는 운전자가 고개를 돌려서 확인해야 함으로써, 전방의 위험상황을 감지하지 못하여 사고가 발생할 수 있고, 또한 악천후시에는 사이드 백 미러가 잘 보이지 않는 문제점이 있다.
이에 차량의 전, 후, 측면에 각종 센서를 부착하고 여기서 측정된 데이터를 종합분석하여 운전자에게 위험 여부를 알려주거나, 필요한 경우 각종 구동장치를 직접 구동하여 사고를 사전에 예방토록 하고 있다.
즉, 차량 전방의 물체를 검지하고 물체와의 거리를 측정할 수 있는 센서를 설치하여, 차량 운행중 운전자의 부주의로 인해 발생할 수 있는 각종 사고를 미연에 방지할 수 있도록 각 부분을 감시하고, 위험 발생시 운전자에게 경보하여 운전자의 조치를 유도하거나 장치 스스로 차량의 각종 구동장치를 구동하여 사고를 예방할 수 있도록 한 것이다.
이러한 차량에서 전방 추돌 방지 또는 경고 시스템에는 레이저 센서를 이용하는 경우가 많다. 즉, 레이저빔을 방사하고 물체에서 반사된 레이저빔을 검출하여 송수신 시간을 측정하거나 위상을 측정하여 물체까지의 거리를 측정하는 방식이다.
현재는 이러한 장치를 부착한 차량이 매우 적어서 상호 간섭에 대한 문제가 제기되지 않고 있으나 향후 이러한 시스템을 장착한 차량이 많아지게 되면 대향하여 운행중인 차량 장치 상호간에 간섭으로 인한 오동작의 발생 가능성이 높다.
한국공개특허 10-2001-0105342
본 발명의 기술적 과제는 차량에 레이저 센서를 탑재하여 차량간 추돌을 방지하는 차량 추돌 방지 장치에서 차량간 상호 간섭의 문제를 해결하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 차량간 상호 간섭에 의한 차량 추돌의 오동작을 방지하는데 있다.
본 발명의 실시 형태는 레이저 센싱에 의해 장애물을 검출하는 차량 추돌 방지 장치에 있어서, 레이저빔을 조사하는 레이저 조사기; 상기 레이저 조사기에서 조사된 레이저빔을 제1편광각의 편광방향을 가지는 편광빔으로 변환시켜 외부로 방사하는 편광 변환판; 수신되는 레이저빔 중에서 상기 제1편광각의 편광방향을 가지는 레이저빔만을 투과시키는 편광 분리판; 상기 편광 분리판에서 투과된 제1편광각의 편광방향을 가지는 레이저빔에 대응되는 크기의 전기 신호로 변환하여 반사 신호로서 출력하는 포토 다이오드; 및 상기 포토 다이오드를 통해 출력되는 반사 신호의 형태에 따라 장애물 여부, 장애물과의 거리를 파악하는 장애물 분석부;를 포함할 수 있다.
상기 차량 추돌 방지 장치는, 상기 레이저 조사기와 편광 변환판 사이에 위치하여, 레이저 조사기에서 출력되는 레이저빔 중에서 수평 편광방향 및 수직 편광방향 중 어느 하나의 직선 편광방향의 레이저빔만을 투과시켜 상기 편광 변환판에 출력하는 직선 편광판;을 포함할 수 있다.
상기 편광 변환판은, 상기 직선 편광판에서 출력되는 직선 편광방향의 레이저빔을 제1편광각인 45°각도의 편광방향을 가지는 편광빔으로 변환하여 출력함을 특징으로 할 수 있다.
상기 편광 분리판은, 수신되는 레이저빔 중에서 투과되지 않는 레이저빔을 반사할 수 있다.
상기 차량 추돌 방지 장치는, 상기 편광 분리판에서 반사되는 레이저빔을 레이저빔의 수신 방향을 향해 반사하는 반사판; 및 상기 반사판을 통해 반사되는 레이저빔의 세기를 증대시켜 출력하는 렌즈 어셈블리;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 차량에 레이저 센서를 탑재하여 차량간 추돌을 방지하는데 있어서 차량간 상호 간섭을 해결할 수 있다. 따라서 차량간 상호 간섭에 의한 차량 추돌의 오동작을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 추돌 방지 장치의 구성 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수평 편광판을 투과한 레이저빔의 수평 직선 광축을 도시한 그림.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 편광 변환판에서 변환된 편광빔의 편광방향을 도시한 그림.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 맞은편 차량에서 수신되는 편광빔의 편광방향을 도시한 그림.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해서 보다 명확해질 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 추돌 방지 장치의 구성 블록도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수평 편광판을 투과한 레이저빔의 수평 직선 광축을 도시한 그림이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 편광 변환판에서 변환된 편광빔의 편광방향을 도시한 그림이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 맞은편 차량에서 수신되는 편광빔의 편광방향을 도시한 그림이다.
본 발명은 레이저 센싱에 의해 장애물을 검출하는 차량 추돌 방지 장치에 있어서, 차량에는 레이저 조사기(110), 편광 변환판(130), 편광 분리판(140), 포토 다이오드(150), 및 장애물 분석부(160)가 마련되어 포함될 수 있다. 이밖에 직선 편광판(120), 반사판(170), 및 렌즈 어셈블리(180)를 포함될 수 있다.
레이저 조사기(110)는, 레이저 다이오드를 통해 레이저빔을 조사하는 레이저빔을 조사하는 조사기이다. 차량이 주행중인 동안에 일정한 시간주기마다 매우 짧은 시간주기, 예를 들어 수 나노 세크(nano sec)의 시간주기를 가지는 펄스 신호를 출력하여 레이저 다이오드를 온(ON)시킴으로써 레이저빔을 차량의 전방을 향하여 발사시킨다. 출력되는 펄스 신호는 동시에 장애물 분석부(160)에 제공된다. 레이저빔은 직선 형태의 광축을 가지는 레이저빔이 사용됨이 바람직하다. 예컨대, 수평 직선 형태의 광축을 기준으로 펄스 신호가 출력되는 레이저빔이 사용됨이 바람직하다.
여기서 레이저빔은 다양한 종류가 사용될 수 있는데, Nd:YAG 레이저 장치, Nd:YLF 레이저 장치 또는 피코초 레이저 장치를 사용하여 발생시킨 레이저를 사용한다. 여기서, 레이저는 펄스 폭(pulse duration)이 10ps(picoseconds) 이하의 단파(short pulse) 레이저를 사용할 수 있는 등 그 종류에 제한이 없다.
편광 변환판(130)은, 레이저 조사기에서 조사된 레이저빔을 제1편광각의 편광방향을 가지는 편광빔으로 변환시켜 외부로 방사한다. 참고로, 편광이라 함은 빛의 진행방향으로서, 편광판(polarizing plate)은, 치우쳐 있지 않는 빛이나 임의의 편광에서 완전 편광으로 변환하는 광학 소자이다. 전기석(電氣石)이나 자수정(紫水晶)을 전기축에 평행하게 잘라서 얻어진다. 얻어지는 완전 편광에 따라 직선 편광판(120), 원 편광판, 타원 편광판이 있을 수 있는데, 본 발명의 실시에는 직선 편광판(120)을 지칭한다.
편광 변환판(130)은, 입사되는 레이저빔의 편광방향을 변환시키는 파장 변환판으로서 제1편광각은 45°의 각도를 가질 수 있다.. 예를 들어, 편광 변환판(130)으로 입사되는 레이저빔이 수평 편광방향을 가지는 경우 수평 편광방향에서 45°의 제1편광각을 가지는 편광방향으로 편광된 편광빔으로 출력할 수 있다. 반대로 편광 변환판(130)으로 입사되는 레이저빔이 수직 편광방향을 가지는 경우 수직 편광방향에서 45°의 제1편광각을 가지는 편광방향으로 편광된 편광빔으로 출력할 수 있다.
한편, 레이저 조사기(110)의 종류에 따라서 조사되는 레이저빔이 단일 편광방향을 가질 수 있지만, 복합된 편광방향을 가질 수 있다. 예컨대, 조사되는 레이저빔이 수평 편광방향 및 수직 편광방향을 모두 가지는 조사 장치로 구현될 수 있다.
이럴 경우, 미리 설정된 어느 하나의 편광방향의 레이저빔만이 방사되도록 구현한다. 이를 위해 차량 추돌 방지 장치는, 직선 편광판(120)을 구비할 수 있다.
직선 편광판(120)은, 레이저 조사기(110)와 편광 변환판(130) 사이에 위치하여, 직선 편광판(120)은 특정 편광방향만 투과시키는 편광 투과판으로서 구현될 수 있다. 직선 편광판(120)은, 레이저 조사기(110)에서 출력되는 레이저빔 중에서 수평 편광방향 및 수직 편광방향 중 어느 하나의 직선 편광방향의 레이저빔만을 투과시켜 편광 변환판(130)에 출력하여 제공할 수 있다.
예를 들어, 도 2(a)에 도시한 바와 같이 레이저 조사기(110)에서 출력되는 레이저빔이 수평 편광방향 및 수직 편광방향 모두를 포함하고 있는 경우, 도 2(b)에 도시한 바와 같이 수평 편광방향만을 투과시키고 수직 편광방향의 레이저빔을 차단할 수 있다. 반대로 도시하지는 않았지만, 레이저 조사기(110)에서 출력되는 레이저빔이 수평 편광방향 및 수직 편광방향 모두를 포함하고 있는 경우, 수직 편광방향만을 투과시키고 수평 편광방향의 레이저빔을 차단할 수 있다. 이하 설명에서는 직선 편광방향을 수평 편광방향으로서 예로 들어 설명하나 이에 한정되지 않는다. 또한 제1편광각을 45°의 예로서 설명한다.
따라서 편광 변환판(130)은, 도 3(a)에 도시한 직선 편광판(120)에서 출력되는 수평 편광방향의 레이저빔을 도 3(b)에 도시한 바와 같이 제1편광각인 45°각도의 편광방향을 가지는 편광빔으로 변환하여 출력할 수 있다.
한편, 방사된 레이저빔은 자차의 전방을 주행중인 선행 차량이나 기타 장애물 등에 의해 반사된다. 이때, 자신이 방사한 레이저빔의 반사신호뿐만 아니라, 반대편 차선에서 진행해 오는 다른 차량에서 방사한 레이저빔을 수신하는 경우가 발생할 수 있다. 향후에 레이저 조사기(110)를 장착한 차량이 많아지게 되면 대향하여 운행중인 차량 장치로에서 방사한 레이저빔을 수신할 가능성이 높다. 이럴 경우, 대향하여 운행중인 차량 장치 상호 간에 간섭으로 인한 오동작의 발생 가능성이 있다.
이를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예는 상기에서 설명한 바와 같이 레이저빔 방사시에 수평 편광방향의 레이저빔에서 45°의 제1편광각을 가지는 편광빔으로 방사한다. 아울러, 레이저빔의 수신 시에서, 45°의 제1편광각을 가지는 레이저빔만을 투과시켜 수신함으로써, 자신이 방사한 편광빔의 반사된 빔만을 수신하도록 한다.
예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이 제1차량(11)과 제2차량(12)의 진행방향이 서로 반대이기 때문에, 서로 마주보면 달려올 때, 제1차량(11)과 제2차량(12)은 왼쪽 45°의 제1편광각을 가지는 동일한 편광빔을 가지는 레이저빔을 방사한다.
그런데, 제1차량(11)의 입장에서 볼 때 제2차량(12)에서 방사한 레이저빔을 수신하는 경우 왼쪽 45°의 제1편광각이 아니라 오른쪽 45°의 편광각을 가지는 레이저빔에 불과하다. 이는 제2차량(12)이 제1차량(11)에서 방사한 레이저빔을 수신할 때도 마찬가지에 해당한다.
따라서 제1차량(11)의 입장에서는 자신이 방사한 레이저빔의 반사된 빔과, 제2차량(12)에서 방사한 레이저빔의 편광이 확연히 구별되기 때문에 자신이 방사한 레이저빔의 반사된 빔만을 수신하고 제2차량(12)에서 방사한 레이저빔의 수신을 차단하여, 측정 오차를 방지할 수 있다.
이를 위해 차량 추돌 수신되는 레이저빔 중에서 제1편광각의 편광방향을 가지는 레이저빔만을 투과시키는 편광 분리판(140)을 구비할 수 있다.
포토 다이오드(150)는, 편광 분리판에서 투과된 제1편광각의 편광방향을 가지는 레이저빔에 대응되는 크기의 전기 신호로 변환하여 반사 신호로서 출력한다.
장애물 분석부(160)는, 포토 다이오드(150)를 통해 출력되는 반사 신호의 형태에 따라 장애물 여부, 장애물과의 거리를 파악한다. 장애물에서 반사된 레이저빔을 검출하여 송수신 시간을 측정하거나 위상을 측정하여 장애물까지의 거리나 장애물 여부를 측정할 수 있다. 즉, 자차의 전방 또는 측후방의 장애물 유무를 판단하고 장애물이 있을 경우에는 장애물과의 거리, 상대 속도를 계산하며, 또한 기후 상태 및 자차속도, 공주거리, 제동거리등의 정보를 종합하여 각 상태별 최적 안전거리를 계산하고, 계산된 최적 안전거리를 기준으로 하여 각 주행상태별 위험여부를 판단하여 경보음을 발생시키거나 가감속 장치를 구동하여 적절한 조치를 행하도록 한다.
참고로, 반사되어 수신된 레이저빔은 증폭부(미도시)를 경유하여 적절한 크기로 증폭된 후에 비교기(미도시)에 입력되어 방사된 레이저빔의 기준전압과 비교된다. 비교기에서는 기준전압보다 높은 신호가 입력된 경우에 고전위신호를 출력할 수 있다.
한편, 편광 분리판(140)은, 수신되는 레이저빔 중에서 제1편광각의 편광방향을 가지는 레이저빔만을 투과시키는데, 나머지 다른 레이저빔을 투과시키지 않는다. 본 발명은 수신되는 레이저빔 중에서 투과되지 않는 레이저빔을 반사하도록 한다. 이는 상대편 차량에서 레이저빔을 방사한 경우, 이를 확실하게 반사시켜 상대편 차량이 자신의 차량에 대하여 확실한 인지를 하도록 하게 하기 위함이다.
참고로 편광 분리판(140)이, 수신되는 레이저빔 중에서 제1편광각의 편광방향을 가지는 레이저빔만을 투과시키고, 수신되는 레이저빔 중에서 투과되지 않는 레이저빔을 반사시키도록 하기 위해서, 복수의 편광판 어셈블리로 이루어지도록 구현할 수 있다. 즉, 편광 투과판, 미러, 편광 변환판(130)의 어셈블리 조합에 의하여 상기에서 설명한 광 경로 조합이 이루어지도록 할 수 있다. 이러한 편광판의 어셈블리 조합은 공지된 다양한 편광판의 조합이 적용될 수 있으며, 한정되지는 않는다.
한편, 편광 분리판(140)에서 투과되지 않은 레이저빔을 반사 시에, 레이저빔이 입사된 방향으로 그대로 반사해주는 것이 필요하다. 그래야만 레이저빔을 방사한 차량이 확실하게 반사되는 레이저빔을 수신할 수 있기 때문이다. 이를 위해 반사판(170), 및 렌즈 어셈블리(180)를 포함할 수 있다.
반사판(170)은, 편광 분리판(140)에서 반사되는 레이저빔을 레이저빔의 수신 방향을 향해 반사한다.
렌즈 어셈블리(180)는, 반사판(170)을 통해 반사되는 레이저빔의 세기를 증대시켜 출력한다. 렌즈 어셈블리(180)는, 레이저빔의 에너지 밀도를 증가시킨다. 이를 위해 렌즈 어셈블리(180)는 복수의 볼록렌즈의 조합이 이용될 수 있으며, 배율이 1 내지 20 배의 배율을 갖는 볼록 렌즈가 이용될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.
110:레이저 조사기
120:직선 편광판
130:편광 편환판
140:편광 분리판
150:포토 다이오드
160:장애물 분석부
170:반사판
180:렌즈 어셈블리

Claims (5)

  1. 레이저 센싱에 의해 장애물을 검출하는 차량 추돌 방지 장치에 있어서,
    레이저빔을 조사하는 레이저 조사기;
    상기 레이저 조사기에서 조사된 레이저빔을 제1편광각의 편광방향을 가지는 편광빔으로 변환시켜 외부로 방사하는 편광 변환판;
    수신되는 레이저빔 중에서 상기 제1편광각의 편광방향을 가지는 레이저빔만을 투과시키고, 투과되지 않는 레이저빔을 반사하는 편광 분리판;
    상기 편광 분리판에서 투과된 제1편광각의 편광방향을 가지는 레이저빔에 대응되는 크기의 전기 신호로 변환하여 반사 신호로서 출력하는 포토 다이오드; 및
    상기 포토 다이오드를 통해 출력되는 반사 신호의 형태에 따라 장애물 여부, 장애물과의 거리를 파악하는 장애물 분석부;
    상기 레이저 조사기와 편광 변환판 사이에 위치하여, 레이저 조사기에서 출력되는 레이저빔 중에서 수평 편광방향 및 수직 편광방향 중 어느 하나의 직선 편광방향의 레이저빔만을 투과시켜 상기 편광 변환판에 출력하는 직선 편광판;
    상기 편광 분리판에서 반사되는 레이저빔을 레이저빔의 수신 방향을 향해 반사하는 반사판; 및
    상기 반사판을 통해 반사되는 레이저빔의 세기를 증대시켜 출력하는 렌즈 어셈블리;를 포함하는 차량 추돌 방지 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 편광 변환판은,
    상기 직선 편광판에서 출력되는 직선 편광방향의 레이저빔을 제1편광각인 45°각도의 편광방향을 가지는 편광빔으로 변환하여 출력함을 특징으로 하는 차량 추돌 방지 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
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