KR100365117B1 - 자동차용 물체의 위치측정 방법과 장치 - Google Patents

Abstract

이 발명은 광 레이다를 이용한 자동차용 물체의 위치측정 방법과 장치에 관한 것이다. 이 발명의 목적은 자동차로부터 다른 자동차나 물체의 위치를 측정하는 방법과 장치를 제공하는 것이다. 이 발명의 구성은 다음과 같다. 물체의 위치측정을 위해 적어도 두개의 광 레이다 유닛이 사용된다. 두개의 광 레이다 유닛은 일정한 거리만큼 떨어져 있다. 각 광 레이다 유닛은 광펄스를 한 방향으로 방출할 수 있고 그 방출된 광 빔과 같은 방향으로 오는 광 펄스를 받을 수 있다. 서로 떨어져있는 두개의 광레이다 유닛의 광 빔들은 한 점을 향하도록 한다. 그 점에 있는 물체를 탐지하기 위해 둘중의 첫번째 광 레이다 유닛이 광 펄스를 그 점으로 방출하고 두번째 광 레이다 유닛이 그 점으로부터 반사되는 광 펄스를 탐지한다. 일정한 시간 간격후에 두번째 광 레이다 유닛이 광 펄스를 그 점으로 방출하고 첫번째 광 레이다 유닛이 그 점으로부터 반사되는 광 펄스를 탐지하도록 스위치한다. 만일 한 물체가 그 점에 있으면 첫번째 광 레이다 유닛과 두번째 광 레이다 유닛이 각각 탐지한 신호의 시간차는 정확히 위의 스위칭 시간간격과 같다. 그래서 두 광 레이다 유닛이 탐지한 두 신호를 비교함으로써 물체가 그 점에 있는지 없는지를 결정하고 그 점의 위치 즉 물체의 위치는 두 광 레이다 유닛의 간격과 두 광 빔들의 방향에 의해서 얻어진다. 두 광 빔들의 방향을 바꿔서 위 과정을 반복함으로써 한 영역을 스캔할 수 있다. 이 발명의 효과로써 위 방법은 다른 차들에 장착된 광 레이다로부터의 간섭을 쉽게 제거하고 매우 근접한 물체의 위치를 정확히 측정하며 측정장치를 쉽게 만들수 있다는 것이다.

Description

자동차용 물체의 위치측정 방법과 장치 {method and apparatus for measuring position of object for vehicle}

이 발명은 광 레이다를 이용한 자동차용 물체의 위치측정 방법과 장치에 관한 것이다. 종래 기술로써 물체의 위치측정을 위해 마이크로파 레이다와 초음파 레이다 장치가 알려졌다. 이런 장치들을 사용할 때 같은 장치나 유사한 장치를 장착한 자동차들이 많을 경우 레이다들 간에 간섭이 문제가 된다. 마이크로파 레이다의 또 다른 단점은 가까운 거리에 있는 물체의 거리를 간단한 장치로 정확히 측정하기가 어렵고 초음파 레이다 장치 또한 물체의 정확한 위치측정이 어렵다는 것이다. 또 다른 종래 기술로써 레이저를 이용하는 광 레이다 장치들이 잘 알려져 있는데 예를 들어 U.S. Patent No.5529138(특허 날짜; 1996. 6. 25.)와 U.S. Patent No.5177462(특허날짜; 1993. 1. 5.)에서 물체의 위치측정을 위해서 광 레이다 장치들이 사용되었다. 이런 장치들은 물체까지의 거리를 측정하기 위해 자동차와 물체사이를 광 펄스가 진행하는 시간을 재는 방법을 사용하거나 혹은 이미지 센서에 감지된 이미지의 변위를 측정하는 방법을 사용한다. 이런 장치들 또한 다른 광 레이다로부터의 간섭문제와 가까운 거리에 있는 물체의 정확한 위치측정의 어려움을 갖고 있다.

위에 언급한 문제와 단점을 개선한 물체의 위치측정 방법과 장치를 제공하는 것이 이 발명의 목적이다. 이 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들로써 간단한 방법과 장치로 같은 장치나 유사한 장치를 장착한 다른 자동차들로부터의 간섭을 제거하고 가까운 거리에 있는 물체의 위치를 정확히 측정하는 것이다.

도 1은 자동차 후미에 장착된 두개의 광 레이다 유닛과 두 광 빔들의 방향과 x, y 좌표계를 보이는 도.

도 2(a)와 2(b)는 두개의 광 레이다 유닛이 점 p에 있는 물체를 탐지하는 것을 보이는 도.

도 3(a)와 3(b)는 광원 S로 부터의 간섭을 보이는 도.

도 4(a)와 4(b)는 두 광원 S와 S'로부터의 간섭을 보이는 도.

도 5는 이 발명의 첫번째 실시예의 블럭 선도.

도 6은 각 광 레이다 유닛의 세로절단 측면도.

도 7은 이 발명의 첫번째 실시예에서 스텝모터, 스위치들, 펄스변조기의 타이밍도.

도 8(a)-8(c)는 이 발명의 첫번째 실시예에서 위치측정장치의 작동 예들.

도 9는 이 발명의 두번째 실시예를 위한 광 레이다 유닛들의 윗면도.

도 10은 이 발명의 두번째 실시예의 블럭 선도.

도 11은 이 발명의 두번째 실시예에서 스텝모터, 스위치들, 펄스변조기의 타이밍도.

도 12는 이 발명의 두번째 실시예에서 한 영역의 스캔닝 예.

도 13은 x, y 좌표계 위의 점들로 표현된 각 A와 각 B의 조들을 보이는 도.

도 14는 빔 폭이 D인 두 빔의 교차를 보이는 도.

도 15는 도 12에서 각각의 점들을 중심으로 하는 두 빔의 교차들을 보이는 도.

도 16은 사이드미러밑에 장착된 광 레이더 유닛들을 보이는 도.

도 17은 사이드미러밑에 장착된 광 레이다 유닛들이 한 영역을 스캔닝하는예.

도 18은 이 발명의 세번째 실시예의 블럭 선도.

이 발명의 첫번째 실시예에서 물체의 위치측정장치는 두개의 광 레이다 유닛 (unit)으로 구성된다. 도 1은 자동차(3)의 후미에 장착된 서로 떨어진 두개의 광 레이다 유닛들(1,2)을 보여준다. 각각의 광 레이다 유닛은 광 펄스를 한 방향으로 방출할 수 있고 또 그 방출된 광 빔과 같은 방향으로부터 오는 광 펄스를 받아 탐지할 수 있다. 도 1에서 x축은 자동차(3)의 가로 방향이고 y축은 세로 방향이다. 이 좌표계에서 광 레이다 유닛 1은 x축 위의 x = -0.5d에 그리고 광 레이다 유닛 2는 x축 위의 x = +0.5d에 위치한다. 여기서 d는 광 레이다 유닛들(1,2)사이의 간격이다. 광 레이다 유닛들(1,2)의 광 빔들(a,b)은 한 점 p를 향하도록 광 빔들의 방향을 맞춘다. 광 레이다 유닛 1의 광 빔(a) 방향과 +x축 사이의 각도는 A이고 광 레이다 유닛 2의 광 빔(b) 방향과 +x축 사이의 각은 B이다. 점 p의 x와 y 좌표는 x = 0.5d(tanB+tanA)/(tanB-tanA)와 y = d tanB tanA/(tanB-tanA)이다. 그러므로 점 p의 위치는 두각 A와 B 그리고 간격 d에 의해 결정된다.

한 물체가 점 p에 있는지 혹은 없는지를 결정하기 위해 광 레이다 유닛 1은 시간 t에서 점 p로 광 펄스를 방출하고 광 레이다 유닛 2는 그 점 p로부터 반사되는 광 펄스를 탐지한다. 만일 광 레이다 유닛 2가 광 펄스를 탐지하지 못하면 점 p에는 광을 산란시키는 물체가 없는 것이다. 만일 광 레이다 유닛 2가 빛을 탐지 한다면 다음과 같은 두가지 가능성이 있다.

1. 점 p에 빛을 산란시키는 물체가 있다. 도 2(a)에 보여진 것 처럼 시간 t에 광 레이다 유닛 1이 광 펄스(4)를 점 p로 방출하고 광 레이다 유닛 2가 점 p에 있는 물체로부터 반사된 광 펼스(5)를 탐지한다.

2. 점 p에 빛을 산란시키는 물체가 없다. 도 3(a)에 보여진 것 처럼 광 레이다 유닛 1에서 방출된 광 펄스(9)는 점 p에서 반사없이 통과 한다. 그러나 광 레이다 유닛 2는 다른 광원 S로부터 빛(10)을 탐지한다.

이 문제를 해결하기 위해 도 2(b)와 도 3(b)에 보여진 것 처럼 광 레이다 유닛 2가 시간 t+dt에 점 p로 광 펄스(7,11)를 방출하고 광 레이다 유닛 1이 그 점으로부터 반사되는 광 펄스를 탐지하도록 한다. 즉 시간간격 dt후에 광 레이다 유닛 1과 2의 역할을 스위치한다. 도 2(b)에 보여진 것처럼 만일 광 레이다 유닛 1이 광 펄스(8)을 탐지한다면 빛을 산란하는 물체(6)가 점 p에 있는 것이다. 도 3(b)에 보여진 것처럼 만일 광 레이다 유닛 1이 광 펄스를 탐지 못하면 비록 광 레이다 유닛 2가 스위칭 시간간격 dt전에 빛을 탐지했다 하더라도 점 p에는 빛을 산란하는 물체가 없는 것이다. 결론적으로 만일 광 레이다 유닛 1과 2가 광 펄스를 탐지하고 그 탐지된 두 광 펄스의 시간간격이 그 스위칭 시간간격 dt와 같다면 점 p에 물체가 있음을 결론 지을 수 있다. 이 방법이 도 3(a)와 3(b)에 보여진 다른 광원으로부터의 간섭을 쉽게 제거한다. 광 레이다 유닛 1과 2에 의해 탐지된 신호들은 신호 비교기에 의해 비교된다. 신호 비교기의 간단한 예는 시간지연회로와 곱셈기회로로 구성될 수 있다.

이 물체의 위치측정장치는 빛을 산란하는 물체가 점 p에 없어도 한 물체가 점 p에 있음을 잘못 표시할 가능성이 있다. 이것은 도 4(a)에 보여진 것처럼 광 레이다 유닛 2가 광원 S로부터 광 펄스(13)를 탐지하고 도 4(b)에 보여진 것처럼 스위칭 시간간격 dt후에 광 레이다 유닛 1이 또다른 광원 S'로부터 광 펄스(15)를 탐지할 때 나타난다. 도 4(a)에서 시간 t에 광 레이다 유닛 1로부터 방출된 광 펄스 (12)는 점 p를 산란없이 통과하고 도 4(b)에서 시간 t+dt에 광 레이다 유닛 2로부터 방출된 광 펄스(14)는 점 p를 산란없이 통과 한다. 그러나 이 가능성은 매우 희박하다. 왜냐하면 두 광원 S와 S'가 두 특정한 시간 t와 t+dt에 그리고 두 특정한 방향에 존재할 때만 위의 현상이 일어나기 때문이다. 그러므로 이 위치측정방법은 다른 자동차들의 광 레이다 유닛들로부터 간섭을 받지않고 물체의 위치를 측정한다.

도 5는 이 발명의 첫번째 실시예의 블럭 선도이다. 광 레이다 유닛 1은 하나의 광 방출장치(16)와 하나의 광 탐지장치(17)로 구성되는데 그 장치들은 서로 평행하게 배치되어 같은 방향으로 광 펄스를 방출할 수도 있고 받을 수도 있다. 광 레이다 유닛 2도 서로 평행한 하나의 광 방출장치(18)와 하나의 광 탐지장치(19)로 구성된다. 광 레이다 유닛의 한 예로써 도 6은 각각의 광 레이다 유닛의 세로로 절단한 측면도를 보여준다. 도 6에서 광 방출장치(16 혹은 18)는 반도체 적외선 레이저 다이오드인 발광소자(20)와 빔 확장기(21)와 조준렌즈(22)로 구성된다. 조준된 빔 폭은 D이다. 광 탐지장치(17 혹은 19)는 광 필터(23)와 초점거리가 f인 수렴렌즈(24)와 애벌런치 포토 다이오드(avalanche photodiode)인 수광소자(25)로 구성된다.

도 5에서 광 빔들의 방향을 맞추기 위해 방향 변환기의 한 예로써 스텝모터 (26,27)가 광 레이다 유닛(1,2)을 회전시킨다. 스텝모터(26,27)로 광 레이다 유닛들(1,2)의 방향인 각 A와 각 B를 바꿈으로써 광 레이다 유닛들(1,2)은 한 영역을 스캔 할 수 있다. 미리 정해진 두 각의 조(A, B)들의 순서열이 롬(ROM)(28)에 스캐닝 프로그램으로 저장되어있다. 마이크로 프로세서(29)가 이 스캐닝 프로그램을 실행해서 제어기들(30-33)에 신호를 전달한다. 각 A 제어기(30)와 각 B 제어기(31)는 스텝모터(26,27)에 각각 신호를 보내 각 A와 각 B를 맞추게 한다. 펄스 제어기(32)는 펄스 변조기(35)를 작동시켜 펄스폭이 τ인 광 펄스를 발생시키도록 한다. 광 방출장치 16은 그 광 펄스를 점 p로 방출한다. 점 p에 있는 물체(36)로부터 반사된 광 펄스는 광 탐지장치 19에 의해서 탐지되고 탐지된 신호는 신호 처리기(37)에 의해서 처리된다. 광 방출장치 16이 광 펄스를 방출한 뒤 시간간격 dt후에 스위치 제어기(33)는 스위치들(38-43)을 바꾼다. 빠른 스위치를 위해 핀(PIN) 다이오드 스위치를 이용할 수 있다. 그러면 광 방출장치 18은 광 펄스를 점 p로 방출하고 광 탐지장치 17은 물체(36)로부터 반사된 광 펄스를 탐지한다. 이 실시예에서는 하나의 신호처리기를 사용하기때문에 그 스위칭 시간간격 dt는 광 펄스가 광 레이다 유닛과 물체 사이를 진행하는 시간보다 길어야 한다. 예를 들어 만일 스캐닝 영역의 최대 범위가 150m라면 광 펄스의 진행시간은 약 1 마이크로초이므로 그 영역을 스캔하기 위해 dt는 1 마이크로초보다 길어야만 한다. 광 탐지장치 19가 탐지한 신호와 광 탐지장치 17이 탐지한 신호의 시간차는 정확히 스위칭 시간간격 dt여야 한다. 광 탐지장치 19와 17로부터의 신호들은 신호 처리기(37)를 통해 신호 비교기에 전달된다. 신호 비교기는 두개의 탐지된 신호들의 시간차가 스위칭 시간간격 dt와 같은 지를 판별한다. 신호 비교기의 한 예로써 시간지연회로(44)와 곱셈기회로(45)로 구성된다. 시간지연회로(44)는 광 탐지장치 19로부터의 신호를 스위칭 시간간격 dt만큼 지연 시킨다. 그 지연된 신호와 광 탐지장치 17로부터의 신호는 곱셈기회로 (45)에서 곱해진다. 곱셈기회로(45)의 출력은 영상장치(46)에서 점 p의 위치에 나타내 진다. 점 p의 위치는 각 A와 각 B 그리고 간격 d에 의해 위치계산장치(34)에서 결정된다.

도 7은 스텝모터(26,27), 스위치들(38-43), 펄스 변조기(35)와 광 탐지장치 (17,19)로 부터의 신호들에 대한 타이밍도이다. 각 제어기(30,31)는 시간 t1에서 스텝모터(26,27)에 신호를 보내고 각 A와 각 B는 시간 t2에서 맞춰진다. 시간 t3에서 펄스 제어기(32)는 펄스 변조기(35)에 신호를 보내고 광 방출장치 16은 폭 τ인광 펄스를 방출한다. 시간 t3+T 에서 광 탐지장치 19는 물체(36)로부터 반사된 광 펄스를 탐지한다. 여기서 T는 광 펄스의 진행시간이다. 시간 t3+dt에서 스위치 제어기(33)는 스위치들(38-43)을 바꾸고 광 방출장치 18이 광 펄스를 방출하고 시간 t3+dt+T 에서 광 탐지장치 17이 물체(36)로부터 반사된 광 펄스를 탐지 한다. 시간 t4에서 각 제어기(30,31)는 스텝모터(26,27)에 신호를 보내 각 A와 각 B를 바꾸고 위의 과정이 반복된다.

도 8(a)-8(c)는 첫번째 실시예의 위치측정장치를 장착한 몇대의 자동차들이 한 도로에서 주행할 때 그 장치들의 동작을 보여준다. 도 8(a)에서 자동차들(47-50)은 같은방향(51)으로 주행한다. 자동차 47의 광 레이다 유닛(52,53)(도에는 안나타남)은 자동차 49의 앞 부분의 한 점(54)을 스캐닝한다. 자동차 47의 위치 측정장치는 비록 자동차 48의 광 레이다 유닛(56)으로부터 방출된 광 펄스의 반사에 의한 간섭이 있어도 그 점(54)에 한 물체가 있음을 올바르게 나타낸다. 위치측정장치의 신호 비교기가 그 간섭을 제거하기 때문이다. 한편 자동차 48의 광 레이다 유닛 (55,56)은 한점(57)을 스캐닝 한다. 자동차 48의 광 레이다 유닛 56은 자동차 47의 광 레이다 유닛(52,53)으로부터 방출된 광 펄스의 반사를 탐지하지만 자동차 48의 위치측정장치는 그점(57)에 물체가 없음을 올바르게 나타낸다. 왜냐하면 자동차 48의 광 레이다 유닛 55가 광 펄스를 탐지하지 못하기 때문이다. 도 8(b)에서는 도로의 중앙선(64)을 중심으로 자동차들 58, 59, 60은 같은방향(61)으로 주행하고 자동차 62는 반대방향(63)으로 주행한다. 자동차 58의 위치측정장치는 광 레이다 유닛 66이 광 펄스를 탐지하지 못하기 때문에 점 67에 물체가 없음을 나타낸다. 비슷하게 자동차 62의 위치측정장치도 점 70에 물체가 없음을 나타낸다. 자동차 59의 광 레이다 유닛 71은 자동차 62의 광 레이다 유닛 68로 부터 방출된 광 펄스를 탐지 할 수 있다. 그리고 자동차 59의 광 레이다 유닛 72는 자동차 58의 광 레이다 유닛 65로 부터 방출된 광 펄스의 반사를 탐지 할수 있다. 그러나 탐지된 두 광 펄스의 시간간격이 위치측정장치의 스위칭 시간간격 dt가 아니면 신호 비교기는 그 간섭을 제거하고 그점 73에 물체가 없음을 올바르게 나타낸다. 그런 간섭들의 시간간격이 위치측정장치의 스위칭 시간간격 dt와 같은 경우는 매우 드물다. 도 8(c)에서는 자동차들 74, 75, 76은 같은방향(77)으로 주행한다. 가드레일 이거나 빌딩인 물체 (78)가 자동차 74의 광 레이다 유닛(79,80)으로부터 방출된 광 펄스들을 전 방향으로 반사시킨다. 그 반사된 광 펄스들은 한번더 자동차 76에서 반사된다. 자동차 75의 광 레이다 유닛(81,82)은 한점 83을 스캐닝한다. 만일 자동차 74와 75에 장착된 위치측정장치들이 같은 시간으로 동조됐다면 자동차 75의 광 레이다 유닛 82는 자동차 74의 광 레이다 유닛 79로 부터 방출된 광 펄스의 반사를 탐지하고 스위칭 시간간격 dt후에 자동차 75의 광 레이다 유닛 81은 자동차 74의 광 레이다 유닛 80으로 부터 방출된 광 펄스의 반사를 탐지한다. 그래서 자동차 75의 위치측정장치는 비록 점 83에 물체가 없더라도 그 점에 물체가 있음을 잘못 나타낸다. 이 간섭은 자동차 74와 75에 장착된 위치측정장치들이 시간적으로 동조됐을 때만 일어난다. 그러나 두 자동차의 위치측정장치를 시간적으로 동조시킨다는 것 즉 두 자동차의 장치가 같은 시간에 광 펄스를 방출한다는 것은 거의 불가능하다. 또한 이런 위치측정장치들의 시간 동조에 의한 간섭은 서로 다른 스위칭 시간간격을 사용함으로써제거될수 있다. 그러므로 이 발명의 위치측정장치는 같은 장치들을 장착한 다른 자동차들로부터의 간섭 없이 올바르게 작동한다.

첫번째 실시예에서 위치측정장치는 두개의 광 레이다 유닛 한 조를 사용했다. 그러나 복수개의 광 레이다 유닛들을 다양한 방법으로 사용할 수 있다. 복수개의 광 레이다 유닛들을 사용할 때의 장점은 스캐닝 시간의 단축과 한 스캐닝 영역안에서 스캐닝하는 점들의 밀도의 증가이다.

두번째 실시예에서 위치측정장치는 광 레이다 유닛들의 두개의 집합을 사용한다. 각 집합은 네개의 광 레이다 유닛을 갖는다. 도 9는 두번째 실시예에서 광 레이다 유닛들의 윗면도이다. 왼쪽 집합에 있는 광 레이다 유닛 91과 92는 한 회전축 L1을 공유하나 한 고정된 각 A1만큼 방향이 다르다. 광 레이다 유닛 93과 94는 한 회전 L2를 중심으로 같은 각 A1만큼 방향이 다르다. 회전축 L1과 L2는 거리 e만큼 떨어져 있다. 네개의 광 레이다 유닛은 하나의 스텝모터에 의해 다같이 회전하도록 되어있다. 네개의 광 레이다 유닛을 다같이 회전 시키는 방법은 여러가지가 있을 수 있다. 예로써 회전축 L1과 L2를 기어로 연결하고 하나의 스텝모터가 회전축 L1을 회전 시키는 것이다. 유사하게 오른쪽 집합에 있는 광 레이다 유닛 95와 96은 한 회전축 R1을 중심으로 한 고정된 각 B1만큼 방향이 다르고 광 레이다 97과 98은 한 회전축 R2를 중심으로 같은 각 B1만큼 방향이 다르다. 회전축 R1과 R2의 간격은 e이고 네개의 광 레이다 유닛은 다같이 회전하게 되어있다. 회전축 L1과 R1의 간격은 d이다. 왼쪽 집합의 하나의 광 레이다 유닛과 오른쪽 집합의 하나의 광 레이다 유닛의 조합은 하나의 스캐닝 점을 형성한다. 도 9에 보여졌듯이 주어진 각들의 한 조(A,B)에서 광 레이다 유닛들의 16개 조합은 16개의 스캐닝 점들을 만든다. 만일 거리 e가 d보다 훨씬 작다면 16개의 스캐닝 점들중에 점 p2, p6, p10과 p14는 점 p3, p7, p11과 p15와 각각이 매우 근접하다. 예로써 점 p2와 점 p3의 y좌표는 같고 x좌표의 차이는 어떠한 각 A와 B에서도 e이다. 그러므로 스캐닝 점 p1, p2, p4, p5, p6, p8, p9, p10, p12, p13, p14와 p16을 형성하도록 광 레이다 유닛들의 12개 조합을 선택한다.

도 10은 두번째 실시예의 블럭 선도이다. 도 10에서 번호 101, 103, 105와 107은 각각이 광 레이다 유닛 94, 93, 92와 91의 광 방출장치들을 나타내고 번호 102, 104, 106과 108은 각각이 광 레이다 유닛 94, 93, 92와 91의 광 탐지장치들을 나타낸다. 유사하게 번호 109, 111, 113과 115는 각각이 광 레이다 유닛 95, 96, 97과 98의 광 방출장치들을 나타내고 번호 110, 112, 114와 116은 각각이 광 레이다 유닛 95, 96, 97과 98의 광 탐지장치들을 나타낸다. 스위치 제어기(33)가 스위치 123과 126을 ON시킴으로써 광 레이다 유닛 91과 95의 조합이 선택되었다. 도 10의 다른 부분들의 역할은 도 5와 같다.

도 11은 스텝모터(26,27), 스위치들(117-132)과 펄스 변조기(35)의 타이밍도이다. 각 A와 각 B를 맞춘 후에 12개의 점들의 스캐닝 시간순서는 p1 - p4 - p13 - p16 - p5 - p9 - p12 - p8 - p2 - p6 - p10 - p14 이고 시간 to에 시작해서 시간 to+24dt에 끝난다. 여기서 dt는 스위칭 시간간격이다.

도 12는 한 영역을 스캐닝하는 예를 보여준다. 도 12에서 점들은 광 레이다 유닛들의 스캐닝 점들이다. x와 y축은 도 1에 기술된 것과 같다. x와 y좌표의 원점은 위치측정장치를 장착한 자동차(3)(도 12에는 안 나타남)의 후미의 중앙이다. 이 예에서 회전축 L1과 R1사이의 거리는 d = 1m이고 회전축 L1과 L2(R1과 R2)사이의 거리는 e = 4.5 cm이다. 광 레이다 유닛 91과 92(93과 94)사이의 분리각은 A1 = 0.5°이고 광 레이다 유닛 95와 96(97과 98)사이의 분리각은 B1 = 0.3°이다. 각 A와 각 B의 범위는 45°부터 135°까지로 선택되었다. 각 A와 각 B의 스텝을 선택하는 데는 많은 방법이 있으나 스캐닝 시간과 스캐닝 영역내의 스캐닝 점들의 밀도를 동시에 고려하여야 한다. 만일 각 스텝이 작으면 스캐닝 점들의 밀도는 증가하나 스캐닝 시간도 증가하고 반대로 스텝이 크면 스캐닝 시간은 감소하나 스캐닝 점들의 밀도도 감소한다. 이 예에서는 각 A의 스텝을 1°로 각 B의 스텝을 0.6°로 선택했다. 도 13에서 미리 정해진 각들의 조(A, B)들이 x, y 좌표계 위에 점(x, y)들로 표현되어있다. 각각의 조(A, B)에서 광 레이다 유닛들은 도 9에 보여진 최대 12개의 점들 p1, p4, p13, p16, p5, p9, p12, p8, p2, p6, p10과 p14를 스캔한다. 도 12에서는 한 주어진 조(A, B)에서 스캐닝 점들이 다음과 같이 선택되었다.

0.5m≤y ≤10m 범위에서 4개의 점 p1, p4, p13과 p16,

10m≤y ≤20m 범위에서 8개의 점 p1, p4, p13, p16, p5, p9, p12와 p8,

20m≤y ≤80m 범위에서 12개의 점 p1, p4, p13, p16, p5, p9, p12, p8, p2, p6, p10과 p14.

만일 스위칭 시간간격 dt가 1 마이크로초라면 한 주어진 각들의 조(A, B)에서 스캐닝 시간은 0.5m≤y ≤10m 범위에서 8 마이크로초, 10m≤y ≤20m 범위에서 16 마이크로초 그리고 20m≤y ≤80m 범위에서 24 마이크로초이다. 조(A, B)들의 순서열은 (A=45°, B=135°)[(x=0, y=0.5m)]에서 시작하여 도 13에 있는 모든 점들을 거친후 (A=67°, B=69.6°)[(x=7.573m, y=19.02m)] 에서 끝난다. 조(A, B)들의 총 수는 983개이다. 두개의 스텝모터와 기어가 각 A와 각 B의 스텝을 바꾸도록 사용되었다. 983개의 조(A, B)를 맞추기 위해 스텝모터의 총 스텝수는 1013스텝이 필요하다. 만일 스텝모터의 자기동 주파수가 3000펄스/초 보다 크다면 스텝모터가 1013스텝을 움직이는데 0.338초이하가 걸린다. 각 스텝에서 최대 24 마이크로초인 스캐닝 시간을 포함하면 도 12에 있는 영역을 스캔하는데 0.338초+ 983*24 마이크로초 =0.362초이하가 걸린다.

우리는 광 레이다 유닛에서 방출된 광의 빔 폭을 고려해야 한다. 도 14에 보여지듯이 빔 폭이 D인 두 빔은 교차할 때 평행 사변형 abcd를 만든다. 스캐닝 점 p는 그 평행 사변형의 중심이 된다. 그 평행 사변형 안의 어떤 물체도 광 레이다 유닛 OR1과 OR2에 의해 탐지된다. 이 예에서는 빔 폭이 D = 2cm 이다. 평행 사변형 abcd의 크기는 각 A와 각 B에 의해 달라진다. 길이 bd는 각이 45°≤ A, B≤135° 범위에서는 2.83cm 이하이다. 길이 ac는 그 평행 사변형의 중심의 y좌표가 증가함에 따라 증가한다. 그래서 그 평행 사변형은 큰 y좌표에서는 선분 ac로 보인다. 도 15는 도 12의 스캐닝 점들을 중심으로 하는 선분 ac들을 보여준다. 25m≤y ≤60m 영역에서는 한 선분과 x축 방향으로 바로 이웃하는 선분사이의 간격은 1.6m이하이고 그 선분들의 길이는 2.3m이하 이다. 10m≤y ≤25m 영역에서는 x축 방향으로 두 이웃하는 선분사이의 간격은 1.13m이하이고 선분들의 길이는 0.75m이하이다. 0.5m≤y ≤10m 영역에서는 x축 방향으로 두 이웃하는 선분사이의 간격은 0.65m이하이고선분들의 길이는 0.32m이하이다. 그러므로 0.5m≤y ≤10m 영역에서는 위치측정장치가 오차 △x≤0.65m 와 △y≤0.32m 내에서 물체의 위치를 정확히 측정할 수 있다. 스캐닝 프로그램을 바꿈으로써 그 장치는 위치를 더 정확히 측정할 수 있다. 이상에서 위치 측정장치는 0.5m≤y ≤70m 영역안의 자동차와 같은 물체의 위치를 측정할 수 있다.

도 16은 두개의 위치측정장치(141,142)가 사이드미러(144,145)밑에 장착된 두번째 예를 보여준다, 이 예에서 도 9의 파라미터들은 다음과 같다. d = 20cm, e = 2.5cm, A1 = 0.5°, B1 = 0.3°. 한 주어진 각의 조(A, B)에서 광 레이다 유닛들은 다음과 같이 스캔한다.

0.5m≤y ≤6m 영역에서 점들 p1, p4, p13과 p16을 스캔하고

6m≤y ≤50m 영역에서 점들 p1, p4, p13, p16, p5, p9, p12, p8, p2, p6, p10과 p14를 스캔한다.

빔 폭은 D = 1.2cm, 각 A의 스텝은 1°그리고 각 B의 스텝은 0.6°로 선택되었고 각 A와 B의 범위는 45°≤A <90°와 45°< B <135°로 선택되었다. 도 17은 위치측정장치(141)의 스캐닝을 보여준다. 이 도에서 x, y 좌표계의 원점은 위치측정장치(141)의 중심과 일치한다. 이 영역을 스캔하기 위해 필요한 스텝모터의 총 스텝수는 605스텝이다 스텝모터의 자기동 주파수가 3000펄스/초 이상이면 그 장치(141)가 도 17의 영역을 스캔하는데 0.21초 이하가 걸린다. 10m≤y ≤50m 영역에서 x축 방향으로 두 이웃하는 선분사이의 간격은 1.36m이하이고 선분들의 길이는 4.44m이하이다. 0.5m≤y ≤10m 영역에서 x축 방향으로 두 이웃하는 선분사이의 간격은 0.28m이하이고 선분들의 길이는 1m이하이다. 그로므로 이 위치측정장치는 0.5m≤y ≤50m 영역에서 자동차와 같은 물체의 위치를 측정할 수 있다.

위의 두 예를 같이 쓰면 위치측정장치는 그 장치를 장착한 자동차 주위의 영역을 스캔 할 수 있다. 몇개의 스캐닝 프로그램을 롬(ROM)에 저장함으로써 다른 스캐닝 영역을 선택할 수 있다.

세번째 실시예는 서로 거리 d만큼 떨어져 있는 적어도 하나의 광 레이다 유닛과 적어도 하나의 광 탐지장치를 사용하는 것이다. 그 광 레이다 유닛은 광 펄스를 한 방향으로 방출할 수 있고 그 방출된 광 빔과 같은 방향으로부터 광 펄스를 받을 수 있다. 그 광 탐지장치는 어느 한 방향으로부터 오는 광 펄스를 탐지할 수 있다. 광 레이다 유닛과 광 탐지장치의 광 빔들은 한 점을 향하도록 맞추어진다. 광 레이다 유닛이 광 펄스를 그 점으로 방출하고 그 광 레이다 유닛과 광 탐지장치가 그 점으로부터 반사되는 광 펄스를 동시에 탐지한다. 신호 비교기가 그 탐지된 두 신호를 비교하여 탐지된 두 신호의 시간차가 거의 없으면 한 물체가 그 점에 있음을 나타낸다. 도 18은 세번째 실시예의 블럭 선도이다. 광 레이다 유닛(151)은 서로 평행한 광 방출장치(152)와 광 탐지장치(153)로 구성된다. 광 레이다 유닛 (151)과 광 탐지장치 154는 한 점 p를 향한다. 광 레이다 유닛(151)의 광 방출장치 (152)는 광 펄스를 점 p로 방출하고 광 레이다 유닛(151)의 광 탐지장치 153과 광 탐지장치 154가 동시에 점 p로부터 반사되는 광 펄스를 탐지한다. 두 서로 떨어져 있는 광 탐지장치 153과 154로부터 탐지된 신호들은 두개의 신호 처리기(37,37')에 의해 처리되고 신호 비교기(155)에 의해 비교된다. 만일 점 p에 한 물체가 있다면광 탐지장치 153과 154는 그 점에서 반사된 광 펄스를 두 다른 시간에 탐지하고 그 두 시간의 차이는 d/(광속도)이하이다. 그러므로 만일 두 탐지된 신호의 시간차가 d/(광속도)이하이면 신호 비교기는 물체를 표시하는 출력을 낸다. 신호 비교기의 한 예로 곱셈기회로를 사용할 수 있다. 이경우에 광 펄스의 폭은 d/(광속도) 보다 커야 한다. 신호 비교기의 출력은 영상장치에서 점 p의 위치에 나타난다. 도 18의 다른 부분들의 역할은 도 5와 같다.

세번째 실시예는 첫번째와 두번째 실시예에서 사용된 서로 떨어진 두개의 광 방출장치와 스위치 없이 장치의 구성을 간단히 한다. 그러나 세번째 실시예는 첫 번째와 두번째 실시예만큼 다른 자동차들로부터의 간섭을 제거하지는 못한다.

이와같이 이 발명에 따른 위치측정장치는 예들에서 보였듯이 자동차와 같은 물체를 탐지하고 그 위치를 나타낼 수 있는데 도 8(a)-8(c)에 보여진 것처럼 같은 장치를 장착한 다른 자동차들로부터의 간섭을 받지 않는다. 또한 그 위치측정장치는 간단한 방법으로 가까운 거리에 있는 물체의 위치를 정확하게 측정할 수 있다.

이상에서 이 발명의 몇몇 실시예들이 상세히 기술되었으나 다음의 특허청구범위내에서 다양한 변화와 개조가 가능함을 인지하여야 한다. 예를들어 광 빔들의 방향을 바꾸기 위해 광 레이다 유닛에 회전 반사경과 초음파 광 편향기를 사용할 수 있다.

이상에서 기술된 바와 같이 이 발명에 따른 위치측정장치는 도 8의 (a),(b), (c)에서 보여진 것처럼 같은 장치를 장착한 다른 자동차들로부터 간섭을 받지 않고물체의 위치를 올바르게 측정하고 간단한 방법으로 가까운 거리에 있는 물체의 위치를 정확히 측정할 수 있다.

Claims (6)

1. 물체의 위치측정을 위해 사용되는 광 레이다 유닛은 광 펄스를 한 방향으로 방출할 수 있고 방출된 광 빔과 같은 방향으로 오는 광 펄스를 받을 수 있도록 구성되며, 일정 거리만큼 떨어진 적어도 두개의 제1 광 레이다 유닛과 제2 광 레이다 유닛을 사용하는 위치측정방법에 있어서, 상기 제1 광 레이다 유닛과 제2 광 레이다 유닛의 광 빔들이 한 점을 향하도록 두 광 빔들의 방향을 맞추고, 상기 제1 광 레이다 유닛이 상기 점으로 광 펄스를 어느 시간 t에 방출하고, 또 제2 광 레이다 유닛은 상기점으로부터 반사되는 광 펄스를 탐지하고, 스위칭 시간간격 dt후인 시간 t+dt에 상기 두 광 레이다 유닛의 역할을 스위치하여 상기 제2 광 레이다 유닛이 상기 점으로 광 펄스를 방출하고, 상기 제1 광 레이다 유닛이 상기 점으로부터 반사되는 광 펄스를 탐지하고, 상기 제1 광 레이다 유닛과 제2 광 레이다 유닛이 탐지한 두 신호들의 시간간격이 상기 스위칭 시간간격 dt와 같은지 결정하기 위해 탐지된 상기 두 신호들을 비교하고, 상기 두 광 레이다 유닛의 간격과 상기 두 광 빔들의 두 방향으로부터 상기 점의 위치를 결정하고, 물체가 상기 위치에 있는지 없는지를 결정하고 또한, 물체가 상기 위치에 있다면 그 위치를 측정하기 위하여 상기 두 탐지된 신호들의 비교 결과를 영상장치에서 상기 점의 위치에 나타내고, 미리 정해진 한 영역을 스캔하기 위해 상기 두 광 레이다 유닛의 광 빔들의 방향을 바꿔서 위 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 물체의 위치측정방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 두 광 빔들의 미리 정해진 두 방향들의 순서열을 적어도 하나 저장하고 미리 정해진 한 영역을 스캐닝하는 것을 더 포함하는 물체의 위치측정방법.
3. 물체의 위치측정을 위한 장치에 있어서, 광 펄스를 한 방향으로 방출하고 그 방출된 광 빔과 같은 방향으로 오는 광 펄스를 받을 수 있는 적어도 두개의 일정거리만큼 떨어져 있는 광 레이다 유닛과, 상기 두 광 레이다 유닛의 두 광 빔들의 방향을 바꾸기 위한 방향 변환장치와, 상기 광 레이다 유닛에 의해 탐지된 신호를 처리하기 위한 신호 처리기와, 스위칭 시간간격 dt후에 상기 두 광 레이다 유닛의 역할을 바꾸기 위한 스위치 제어기와, 스위치들과, 상기 두 탐지된 신호를 비교하기 위한 신호 비교기와, 상기 점의 위치를 결정하기 위한 위치 계산장치와, 물체가 상기 위치에 있는지 없는지를 결정하고 또한, 물체가 상기 위치에 있다면 그 위치를 측정하기 위하여 상기 점의 위치에 상기 신호 비교기의 결과를 나타내기 위한 영상장치와, 상기 두 광 빔들의 미리 정해진 방향들의 순서열을 적어도 하나이상 저장하기 위한 롬과, 상기 순서열을 실행하기 위한 마이크로 프로세서로 구성되는 것을 특징으로 하는 물체의 위치측정장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 신호 비교기는 시간지연회로와 곱셈기회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 물체의 위치측정장치.
5. 물체의 위치측정을 위해 사용되는 광 레이다 유닛은 광 펄스를 한 방향으로 방출할 수 있고 방출된 광 빔과 같은 방향으로부터 오는 광 펄스를 탐지할 수 있도록 구성되며, 광 탐지장치는 어느 한 방향으로 오는 광 펄스를 탐지할 수 있도록 구성되고, 일정거리 만큼 떨어진 적어도 하나의 상기 광 레이다 유닛과 적어도 하나의 상기 광 탐지장치를 사용하는 물체의 위치측정방법에 있어서, 상기 광 레이다 유닛과 상기 광 탐지장치의 두 광 빔들이 한 점을 향하도록 두 광 빔들의 방향을 맞추고, 상기 광 레이다 유닛이 상기 점으로 광 펄스를 방출하고, 상기 광 레이다 유닛과 상기 광 탐지장치가 상기 점으로부터 반사되는 광 펄스를 동시에 탐지해서 탐지된 두 신호의 시간을 신호 비교기에서 비교하고, 상기 광 레이다 유닛과 상기 광 탐지장치의 간격과 상기 두 빔들의 두 방향으로부터 상기 점의 위치를 결정하고 물체가 상기 위치에 있는지 없는지를 결정하고 또한, 물체가 상기 위치에 있다면 그 위치를 측정하기 위하여 상기 신호 비교기의 결과를 상기 점의 위치에 나타내고, 미리 정해진 한 영역을 스캔하기 위해 상기 두 광 빔들의 방향을 바꿔서 위 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 물체의 위치측정방법.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 두 광 빔들의 미리 정해진 두 방향들의 순서열을 적어도 하나 저장하고 미리 정해진 한 영역을 스캐닝하고 적어도 하나 정해진 순서열을 실행하도록 하는 것을 더 포함하는 물체의 위치측정방법.