KR20170014575A

KR20170014575A - 물체 감지 장치

Info

Publication number: KR20170014575A
Application number: KR1020150108211A
Authority: KR
Inventors: 장영배; 강재미; 정윤모
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2035-07-30
Also published as: KR102459040B1

Abstract

물체 감지 장치가 개시된다. 상기 물체 감지 장치는 지향하고 있는 방향으로 적외선을 방사하는 광송신 모듈; 입사되는 적외선을 감지하는 수광 센서와 상기 수광 센서를 에워싸도록 배치되어 외부광을 차단하며 상기 광송신 모듈이 방사한 적외선의 반사광이 입사되는 방향으로 개구부가 형성되는 광차단부를 포함하는 광수신 모듈; 및 상기 광수신 모듈에서 감지한 적외선을 이용하여 상기 광송신 모듈이 적외선을 방사하는 방향에 물체가 존재하는지 여부를 판단한다.

Description

물체 감지 장치{APPARATUS FOR DETECTING OBJECT}

본 발명은 물체 감지 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적외선을 이용하여 감시 범위내의 물체 존재 여부를 감지할 수 있는 물체 감지 장치에 관한 것이다.

적외선 센서는 일정 주파수의 빛을 발산하는 발광 소자와 발광 소자에서 발산하는 빛을 받아들이는 수광 소자로 이루어져 있다. 발광 소자에서 발생된 적외선은 물체에 부딪혀 반사되고 수광 소자에서는 이 반사된 빛을 감지하여 물체의 유무 또는 물체까지의 거리 등을 알 수 있다.

적외선 센서는 크게 나누면 양자형과 열형으로 구분될 수 있다. 양자형에는 광 기전력 효과를 중심으로 포토다이오드, 태양 전지 등이 있고, 광도전 효과를 이용한 PbS, CdS 셀 등이 있다. 반면 열형 센서는 열기전력 효과를 중심으로 서모 파일, 초전효과를 중심으로 PZT, LiTaO3 등이 있으며, 열도전 효과를 이용한 것은 서미스터와 볼로미터가 있다.

열형 대표적 센서로 초전 센서가 있으나 검출 감도의 파장 의존성이 없고 응답성이 늦다. 이것에 비해 양자형적외선 센서는 감도가 높고 응답특성이 빠르다는 특징을 가지고 있으나 센서부 냉각을 필요로 하는 단점을 가지고 있다. 특히 리모콘에 사용되는 적외선 인터럽트 등은 780 ㎚∼ 1.5 ㎛까지 소위 적외선을 사용하므로 가시광선에서 근적외광 영역까지 파장 감도를 가진 실리콘 포토다이오드가 사용된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 외부광 및 노이즈에 의한 감지 오차를 최소화하여 정확성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 물체 감지 장치를 제공하는데 있다.

일 실시예에 따르면, 지향하고 있는 방향으로 적외선을 방사하는 광송신 모듈; 입사되는 적외선을 감지하는 수광 센서와 상기 수광 센서를 에워싸도록 배치되어 외부광을 차단하며 상기 광송신 모듈이 방사한 적외선의 반사광이 입사되는 방향으로 개구부가 형성되는 광차단부를 포함하는 광수신 모듈; 및 상기 광수신 모듈에서 감지한 적외선을 이용하여 상기 광송신 모듈이 적외선을 방사하는 방향에 물체가 존재하는지 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 물체 감지 장치를 제공한다.

상기 광차단부는 상기 반사광의 진행 방향으로 연장 형성될 수 있다.

상기 광차단부의 직경은 상기 반사광의 입사 방향을 따라 작아질 수 있다.

상기 광차단부의 길이 및 직경은 상기 반사광의 입사각에 따라 결정될 수 있다.

상기 광차단부의 말단부에는 집광 렌즈가 배치될 수 있다.

상기 수광 센서의 전단에는 상기 광송신 모듈에서 방사한 파장 대역 이외의 광을 필터링하기 위한 필터부가 배치될 수 있다.

상기 광송신 모듈의 전단에는 방사되는 적외선을 다각도로 발산시키는 패턴렌즈가 배치될 수 있다.

상기 제어부는 하기 수학식에 따라 상기 광송신 모듈에서 방사하는 적외선의 대역폭을 제어할 수 있다.

[수학식]

(상기 수학식에서 BW는 광송신모듈의 광 대역폭, C는 전파의 속도, D는 감지 거리)

상기 광송신 모듈이 적외선을 방사하는 방향에 물체가 존재하는 경우 알림 신호를 외부로 출력하는 출력부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

물체 감지 장치는 외부광 및 노이즈에 의한 감지 오차를 최소화하여 정확성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도1은 일실시예에 따른 물체 감지 장치의 모식도,
도2는 일실시예에 따른 물체 감지 장치의 개념도,
도3은 일실시예에 따른 광송신 모듈의 모식도,
도4는 일실시예에 따른 패턴 렌즈의 모식도,
도5는 일실시예에 따른 패턴 렌즈의 패턴 개념도,
도6은 일실시예에 따른 광송신 모듈의 동작 개념도,
도7은 일실시예에 따른 광수신 모듈의 모식도,
도8은 일실시예에 따른 수광 센서의 모식도,
도9는 일실시예에 따른 광차단부의 모식도,
도10은 일실시예에 따른 반사광의 입사 경로를 설명하기 위한 개념도,
도11은 일실시예에 따른 집광 렌즈의 모식도 및
도12는 일실시예에 따른 광수신 모듈의 동작 개념도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도1은 일실시예에 따른 물체 감지 장치의 모식도이고, 도2는 일실시예에 따른 물체 감지 장치의 개념도이다. 도1 및 도2를 참조하면 일실시예에 따른 물체 감지 장치(1)는 광송신 모듈(10), 광수신 모듈(20), 제어부(30) 및 출력부(40)를 포함한다.

일실시예에 따른 물체 감지 장치(1)는 광송신 모듈(10), 광수신 모듈(20), 제어부(30) 및 출력부(40)가 동일 기판(2)상에 배치되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 제어부(30) 및 출력부(40)는 별도의 기판에 배치될 수 있다. 제어부(30) 및 출력부(40)가 별도의 기판에 배치되는 경우 기판상에 배치되어 있는 와이어(50)를 통하여 통신을 수행하거나 또는 별도의 무선 통신 모듈(미도시)을 통하여 통신을 수행할 수 있다. 광송신 모듈(10)과 광수신 모듈(20)은 소정 간격 이격하여 기판(2)상에 배치될 수 있으며, 이격 간격은 감시 범위, 광송신 모듈(10)에서 방사하는 광의 파장 대역, 광송신 모듈(10)과 광수신 모듈(20)간의 간섭 등에 다라 결정될 수 있다.

광송신 모듈(10)은 제어부(30)의 제어에 따라 다양한 파장대역의 적외선을 외부로 방사하고, 광수신 모듈(20)은 수신한 적외선 데이터를 제어부(30)로 전달한다.

제어부(30)는 광송신 모듈(10), 광수신 모듈(20) 및 출력부(40)의 동작을 제어하며 광수신 모듈(20)에서 감지한 적외선을 이용하여 광송신 모듈(10)이 적외선을 방사하는 방향에 물체가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 제어부(30)는 물체 존재 여부에 따라 출력부(40)를 제어하여 외부로 알림 신호를 출력할 수 있다.

출력부(40)는 광송신 모듈(10)이 적외선을 방사하는 방향에 물체가 존재하는 경우 알림 신호를 외부로 출력할 수 있다. 출력부(40)는 제어부(30)의 제어에 따라 동작하며 외부로 알림 신호를 출력하기 위한 시각적 출력 요소 및 청각적 출력 요소 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

도3은 일실시예에 따른 광송신 모듈의 모식도이다. 도3을 참조하면 일실시예에 따른 물체 감지 장치의 광송신 모듈(10)은 지향하고 있는 방향으로 적외선을 방사하는 적외선 광원을 포함하여 구성될 수 있다. 적외선 광원은 예를 들면 발광 다이오드(LED)일 수 있으며 제어부의 제어에 따라 일정한 대역의 파장을 지향하고 있는 방향으로 방사한다.

광송신 모듈(10)은 제어부의 제어에 의하여 하기 수학식에 따라 방사하는 적외선의 대역폭이 제어될 수 있다.

[수학식]

광송신 모듈(10)은 복수개의 적외선 광원을 포함하여 구성될 수 있으며 복수개의 적외선 광원은 제어부의 제어에 따라 다채널 혼합 펄스 신호를 방사할 수 있다.

도4는 일실시예에 따른 패턴 렌즈의 모식도이다. 도4를 참조하면 패턴 렌즈(11)는 광송신 모듈의 전단에 배치되어 방사되는 적외선을 다각도로 발산시킬 수 있다. 패턴 렌즈(11)는 광송신 모듈을 둘러싸도록 기판상에 배치될 수 있으며 내부면에는 적외선 방사 방향을 따라 패턴이 형성될 수 있다.

패턴 렌즈(11)의 말단에는 둘레를 따라 기판에 고정되기 위한 돌출부(111)가 형성될 수 있다.

도5는 일실시예에 따른 패턴 렌즈의 패턴 개념도이다. 도5를 참조하면 패턴 렌즈의 내부면에는 적외선을 방사하고자 하는 범위에 따라 다양한 형태의 패턴((a) ~ (h))이 형성될 수 있다. 패턴은 감시하고자 하는 범위, 집중적으로 감시하고자 하는 범위 등에 따라 적외선의 방사 범위와 방사량 등을 조절할 수 있다.

도6은 일실시예에 따른 광송신 모듈의동작 개념도이다. 도6을 참조하면 광송신 모듈에서 방사되는 적외선은 패턴 렌즈(11)를 거쳐 소정의 각도로 발산한다.

도7은 일실시예에 따른 광수신 모듈의 모식도, 도8은 일실시예에 따른 수광 센서의 모식도, 도9는 일실시예에 따른 광차단부의 모식도, 도10은 일실시예에 따른 반사광의 입사 경로를 설명하기 위한 개념도, 도11은 일실시예에 따른 집광 렌즈의 모식도이다.

도7을 참조하면 일실시예에 따른 광수신 모듈(20)은 수광 센서(21), 광차단부(23), 집광 렌즈(24) 및 필터부(22)를 포함하여 구성될 수 있다.

도8을 참조하면, 일실시예에 따른 수광 센서(21)는 포토 다이오드 또는 광 검출기로 구성될 수 있으며 입사되는 적외선을 감지하고 이에 대한 데이터를 제어부로 출력한다. 이 때 수광 센서(21)의 전단에는 광송신 모듈에서 방사한 파장 대역 이외의 광을 필터링하기 위한 필터부(22)가 배치되어 있으며, 수광 센서(21)는 필터부(22)를 거쳐 입사하는 특정 대역대의 적외선을 감지하여 제어부로 전달한다.

도9를 참조하면 일실시예에 따른 광차단부(23)는 수광 센서(21)를 에워싸도록 배치되어 외부광을 차단하며 광송신 모듈이 방사한 적외선의 반사광이 입사되는 방향으로 개구부가 형성된다. 광차단부(23)는 반사광의 진행 방향으로 연장 형성될 수 있으며 광학적 비투과성 에폭시, 플라스틱, 폴리머, 금속 등을 재료로 할 수 있다.

광차단부(23)의 직경은 반사광의 입사 방향을 따라 작아지도록 형성될 수 있다. 광차단부(23)는 반사광 이외의 자연광, 광송신 모듈에서 방사하는 적외선, 기타 외부광 및 노이즈는 차단하되, 물체로부터 반사되어 입사하는 반사광은 차단하지 않도록 설계된다. 이 때 광차단부(23)의 길이 및 직경은 반사광의 입사각에 따라 결정된다.

도10을 참조하면 광송신 모듈(10)에서 방사된 적외선은 물체(100)에서 반사되어 광수신 모듈(20)로 입사한다. 반사광의 입사각을 물체의 위치에 따라 각각 θ₁, θ₂. θ₃라고 하면 광차단부(23)의 최외곽부의 직경(R)은 최소 입사각인 θ₁에 의하여 결정된다. 광차단부(23)의 직경은 반사광의 입사 방향에 따라 작아지므로 광차단부의 최외곽부의 직경(R)은 광차단부의 최대 직경을 의미한다. 또한, 반사광의 입사각은 광송신 모듈(10)과 광수신 모듈(20)간의 거리 및 광송신 모듈(10)과 물체(100)와의 거리에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 광차단부(23)의 최대 직경은 반사광의 최소 입사각에 따라 결정되며, 반사광의 최소 입사각은 광송신 모듈(10)과 광수신 모듈(20)간의 거리 및 광송신 모듈(10)과 물체(100)와의 거리에 따라 결정될 수 있다.

도11을 참조하면 광차단부의 말단부에는 집광 렌즈(24)가 배치될 수 있다. 집광 렌즈(24)는 광차단부의 최외곽을 커버하도록 배치되며 반사광을 집광하여 수광센서로 안내하는 기능을 수행할 수 있다.

도12는 일실시예에 따른 광수신 모듈의 동작 개념도이다. 도12를 참조하면 수광 센서(21)로 입사하는 자연광, 광송신 모듈에서 방사하는 적외선, 기타 외부광 및 노이즈는 광차단부(23)에 의하여 차단된다. 반사광은 집광 렌즈(24)를 통하여 광차단부(23) 내부로 안내되며 필터부(22)를 통하여 수광 센서(21)로 전달된다.

실시예에 따른 물체 감지 장치는 차량의 후방, 차량의 사이드 미러, 자전거의 미러 등에 장착되어 주행 중 물체를 감지하고 감지 상황에 따른 감지 신호를 출력할 수 있다.

실시예에 따른 물체 감지 장치는 외부광 및 노이즈를 효과적으로 차단함으로써 자연광, 가로등 등에 의한 오차를 최소화할 수 있으며, 높은 정확도로 물체를 감지할 수 있다.

본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 광송신 모듈
11: 필터 렌즈
20: 광수신 모듈
21: 수광 센서
22: 필터부
23: 광차단부
24: 집광렌즈
30: 제어부
40: 출력부

Claims

지향하고 있는 방향으로 적외선을 방사하는 광송신 모듈;
입사되는 적외선을 감지하는 수광 센서와 상기 수광 센서를 에워싸도록 배치되어 외부광을 차단하며 상기 광송신 모듈이 방사한 적외선의 반사광이 입사되는 방향으로 개구부가 형성되는 광차단부를 포함하는 광수신 모듈; 및
상기 광수신 모듈에서 감지한 적외선을 이용하여 상기 광송신 모듈이 적외선을 방사하는 방향에 물체가 존재하는지 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 물체 감지 장치.
제1항에 있어서,
상기 광차단부는 상기 반사광의 진행 방향으로 연장 형성되는 물체 감지 장치.
제2항에 있어서,
상기 광차단부의 직경은 상기 반사광의 입사 방향을 따라 작아지는 물체 감지 장치.
제3항에 있어서,
상기 광차단부의 길이 및 직경은 상기 반사광의 입사각에 따라 결정되는 물체 감지 장치.
제1항에 있어서,
상기 광차단부의 말단부에는 집광 렌즈가 배치되는 물체 감지 장치.
제1항에 있어서,
상기 수광 센서의 전단에는 상기 광송신 모듈에서 방사한 파장 대역 이외의 광을 필터링하기 위한 필터부가 배치되는 물체 감지 장치.
제1항에 있어서,
상기 광송신 모듈의 전단에는 방사되는 적외선을 다각도로 발산시키는 패턴렌즈가 배치되는 물체 감지 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 하기 수학식에 따라 상기 광송신 모듈에서 방사하는 적외선의 대역폭을 제어하는 물체 감지 장치.
[수학식]

(상기 수학식에서 BW는 광송신모듈의 광 대역폭, C는 전파의 속도, D는 감지 거리)
제1항에 있어서,
상기 광송신 모듈이 적외선을 방사하는 방향에 물체가 존재하는 경우 알림 신호를 외부로 출력하는 출력부를 더 포함하는 물체 감지 장치.