KR102076478B1 - Optical Transceiver Using Movable Mirror, Three Dimensional Distance Measuring Apparatus, and Moving Object - Google Patents

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KR102076478B1 KR1020170137723A KR20170137723A KR102076478B1 KR 102076478 B1 KR102076478 B1 KR 102076478B1 KR 1020170137723 A KR1020170137723 A KR 1020170137723A KR 20170137723 A KR20170137723 A KR 20170137723A KR 102076478 B1 KR102076478 B1 KR 102076478B1
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Abstract

본 실시예들은 (i) 광원으로부터 출사된 광을 통과시키는 홀을 포함하며 곡면으로 형성된 반사면에 반사된 광선이 모이는 초점을 갖는 제1 거울 및 (ii) 제1 거울의 홀을 통과한 광을 대상체로 반사하고 대상체로부터 반사된 광을 수신하여 제1 거울로 반사하며 수직 방향으로 움직이는 제2 거울을 포함함으로써, 어레이 타입을 사용하지 않으면서 제품의 크기 및 비용을 최소화하고, 고성능으로 핀 포인트를 측정할 수 있는 광 송수신기, 3차원 거리 측정 장치, 및 이동체를 제공한다.The present embodiments include (i) a first mirror having a hole through which light emitted from a light source passes, and a light beam reflected on a reflective surface formed as a curved surface, and (ii) light passing through the hole of the first mirror. By including a second mirror that reflects to the object, receives the light reflected from the object, reflects it to the first mirror, and moves in the vertical direction, minimizes the size and cost of the product without using an array type, and pinpoints with high performance. An optical transceiver capable of being measured, a three-dimensional distance measuring device, and a moving object are provided.

Description

이동성 거울을 이용한 광 송수신기, 3차원 거리 측정 장치, 및 이동체 {Optical Transceiver Using Movable Mirror, Three Dimensional Distance Measuring Apparatus, and Moving Object}Optical Transceiver Using Mobile Mirror, 3D Distance Measuring Apparatus, and Moving Object {Optical Transceiver Using Movable Mirror, Three Dimensional Distance Measuring Apparatus, and Moving Object}

본 실시예가 속하는 기술 분야는 이동성 거울을 이용한 광 송수신기, 3차원 거리 측정 장치, 및 이동체에 관한 것이다.The technical field to which this embodiment belongs relates to an optical transceiver using a movable mirror, a three-dimensional distance measuring device, and a moving object.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information for this embodiment, and do not constitute a prior art.

3차원 거리 측정 시스템은 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서, 초음파 센서, 레이저 센서 등 다양한 센서를 이용하여 공간의 거리를 측정한다. The 3D distance measurement system measures the distance of a space using various sensors such as a Charge Coupled Device (CCD) image sensor, a Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) image sensor, an ultrasonic sensor, and a laser sensor.

통상의 3차원 거리 측정 시스템은 센서의 중심을 포함한 평면을 스캔하는 2차원 거리 센서를 회전시켜 공간을 스캔한다. 이러한 2차원 거리 센서를 이용한 장치는 비용, 크기, 및 샘플링 레이트를 제한하지 않기 때문에, 연구 목적이 아닌 상용제품으로 생산하는 데 한계가 있다.A typical 3D distance measurement system scans a space by rotating a 2D distance sensor that scans a plane including the center of the sensor. Since the apparatus using such a two-dimensional distance sensor does not limit cost, size, and sampling rate, there is a limit to production as a commercial product for research purposes.

2차원 광 다이오드 어레이(Photodiode Array)가 적용된 장치는 구조광(Structure Light) 또는 비행시간(Time of Flight)을 이용하여 거리를 측정한다. 구조광은 고유 패턴을 투사하고 대응점을 검출하여 깊이를 계산하는 방식이고, 비행시간은 시간차 또는 위상차를 측정하여 거리로 변환하는 방식이다. 2차원 광 다이오드 어레이가 적용된 장치는 화각을 넓히기 어렵고, 픽셀마다 갖는 3차원 정보가 많아 핀 포인트 측정이 곤란한 문제가 있다.A device to which a 2D photodiode array is applied measures a distance using a structure light or a time of flight. Structural light is a method of projecting an intrinsic pattern and detecting a corresponding point to calculate depth, and flight time is a method of measuring time difference or phase difference and converting it to a distance. A device to which a 2D photodiode array is applied has a problem in that it is difficult to widen an angle of view and it is difficult to measure pin points due to the large amount of 3D information per pixel.

1차원 광 다이오드 어레이가 적용된 거리 측정 장치는 광 다이오드 어레이 및 레이저 다이오드 어레이(또는 레이저 다이오드와 디퓨저)를 포함한다. 광 다이오드 어레이는 실리콘 결정 위에 직선형으로 수백 내지 수천 개의 광 다이오드를 배열한 구조를 갖는다. 1차원 광 다이오드 어레이가 적용된 거리 측정 장치는 화각을 넓히기 어렵고, 구현에 필요한 고효율의 디퓨저(Diffuser), 센서 어레이, 멤스 거울(Mems Mirror) 등의 모듈들이 고가이므로 상용제품으로 생산하는 데 곤란한 문제가 있다.The distance measuring device to which the one-dimensional photodiode array is applied includes a photodiode array and a laser diode array (or laser diode and diffuser). The photodiode array has a structure in which hundreds to thousands of photodiodes are arranged in a straight line on silicon crystals. The distance measuring device to which the 1D photodiode array is applied is difficult to widen the field of view, and it is difficult to produce it as a commercial product because modules such as high-efficiency diffusers, sensor arrays, and MEMS mirrors required for implementation are expensive. have.

본 발명의 실시예들은 (i) 광원으로부터 출사된 광을 통과시키는 홀을 포함하며 곡면으로 형성된 반사면에 반사된 광선이 모이는 초점을 갖는 제1 거울 및 (ii) 제1 거울의 홀을 통과한 광을 대상체로 반사하고 대상체로부터 반사된 광을 수신하여 제1 거울로 반사하며 수직 방향으로 움직이는 제2 거울을 포함함으로써, 어레이 타입을 사용하지 않으면서 제품의 크기 및 비용을 최소화하고, 고성능으로 핀 포인트를 측정하는 데 발명의 주된 목적이 있다.Embodiments of the present invention include (i) a first mirror having a focus through which a light beam reflected by a reflective surface formed by a curved surface formed by passing a light emitted from a light source and (ii) passing through the hole of the first mirror By including the second mirror that reflects light to the object, receives the light reflected from the object, reflects it to the first mirror, and moves in the vertical direction, minimizes the size and cost of the product without using an array type, and pins with high performance The main purpose of the invention is to measure points.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Still other unspecified objects of the present invention can be further considered within the scope of being easily deduced from the following detailed description and its effects.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 광을 출사하는 광원, 상기 출사된 광을 통과시키는 홀을 포함하는 제1 거울, 상기 제1 거울의 상기 홀을 통과한 광을 대상체로 반사하고, 상기 대상체로부터 반사된 광을 수신하여 상기 제1 거울로 반사하는 제2 거울, 및 상기 제2 거울로부터 반사된 광을 수신하여 전기 신호로 변환하는 광 다이오드를 포함하는 광 송수신기를 제공한다.According to an aspect of this embodiment, a light source that emits light, a first mirror including a hole through which the emitted light passes, reflects light passing through the hole of the first mirror to an object, and reflects from the object It provides an optical transceiver including a second mirror that receives the reflected light and reflects it to the first mirror, and a photodiode that receives the light reflected from the second mirror and converts it into an electrical signal.

본 실시예의 다른 측면에 의하면, 시작 제어 신호에 의해 대상체로 광을 출사하고 상기 대상체에 반사된 광을 수신하여 전기 신호로 변환하는 광 송수신기, 상기 전기 신호를 변환하여 정지 제어 신호를 생성하고, 상기 시작 제어 신호 및 상기 정지 제어 신호의 시간차를 기반으로 비행시간을 산출하여 거리를 측정하는 거리 측정기를 포함하며, 상기 광 송수신기는, 광을 출사하는 광원, 상기 출사된 광을 통과시키는 홀을 포함하며, 곡면으로 형성된 반사면에 반사된 광선이 모이는 초점을 갖는 제1 거울, 상기 제1 거울의 상기 홀을 통과한 광을 상기 대상체로 반사하고, 상기 대상체로부터 반사된 광을 수신하여 상기 제1 거울로 반사하는 제2 거울, 상기 제1 거울의 초점에 위치하며 상기 제1 거울로부터 반사된 광을 수신하여 반사시키는 반사체, 상기 반사체로부터 반사된 광을 수신하여 전기 신호로 변환하는 광 다이오드, 및 상기 광원, 상기 제1 거울, 상기 제2 거울, 상기 반사체, 및 상기 광 다이오드를 회전축을 기준으로 회전시키는 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치를 제공한다.According to another aspect of the present embodiment, an optical transceiver that emits light to an object by a start control signal and receives light reflected by the object and converts it into an electrical signal, converts the electrical signal to generate a stop control signal, and It includes a distance meter for measuring the distance by calculating the flight time based on the time difference between the start control signal and the stop control signal, the optical transceiver includes a light source for emitting light, a hole for passing the emitted light, , A first mirror having a focus where light rays reflected on a reflective surface formed as a curved surface are collected, and reflects light passing through the hole of the first mirror to the object, and receives the reflected light from the object to receive the first mirror A second mirror that reflects to, a reflector positioned at the focal point of the first mirror to receive and reflect light reflected from the first mirror, the And a photodiode for receiving the light reflected from the carcass and converting it into an electrical signal, and a rotating part for rotating the light source, the first mirror, the second mirror, the reflector, and the photodiode about an axis of rotation. It provides a distance measuring device.

본 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 이동체에 있어서, 상기 이동체 및 대상체 간의 비행시간을 산출하여 상기 대상체까지의 거리를 측정하는 거리 측정 장치, 및 상기 대상체까지의 거리를 기반으로 상기 이동체를 이동하도록 구현된 이동 장치를 포함하며, 상기 거리 측정 장치는, 시작 제어 신호에 의해 대상체로 광을 출사하고 상기 대상체에 반사된 광을 수신하여 전기 신호로 변환하는 광 송수신기, 상기 전기 신호를 변환하여 정지 제어 신호를 생성하고, 상기 시작 제어 신호 및 상기 정지 제어 신호의 시간차를 기반으로 비행시간을 산출하여 거리를 측정하는 거리 측정기를 포함하며, 상기 광 송수신기는, 광을 출사하는 광원, 상기 출사된 광을 통과시키는 홀을 포함하며, 곡면으로 형성된 반사면에 반사된 광선이 모이는 초점을 갖는 제1 거울, 상기 제1 거울의 상기 홀을 통과한 광을 상기 대상체로 반사하고, 상기 대상체로부터 반사된 광을 수신하여 상기 제1 거울로 반사하는 제2 거울, 상기 제1 거울의 초점에 위치하며 상기 제1 거울로부터 반사된 광을 수신하여 반사시키는 반사체, 상기 반사체로부터 반사된 광을 수신하여 전기 신호로 변환하는 광 다이오드, 및 상기 광원, 상기 제1 거울, 상기 제2 거울, 상기 반사체, 및 상기 광 다이오드를 회전축을 기준으로 회전시키는 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체를 제공한다.According to another aspect of the present embodiment, in a moving object, a distance measuring device for calculating a flight time between the moving object and the object to measure the distance to the object, and implemented to move the moving object based on the distance to the object It includes a mobile device, the distance measuring device, the optical transceiver for emitting light to the object by the start control signal and receiving the light reflected by the object to convert to an electrical signal, converting the electrical signal to a stop control signal And a distance meter that measures a distance by calculating a flight time based on a time difference between the start control signal and the stop control signal, and the optical transceiver passes through a light source emitting light and the emitted light A first mirror including a hole, and having a focus where light rays reflected on a reflective surface formed as a curved surface gather, A second mirror that reflects light passing through the hole of the first mirror to the object, receives the light reflected from the object, and reflects the light to the first mirror, is positioned at the focal point of the first mirror, and the first A reflector that receives and reflects the light reflected from the mirror, a photodiode that receives the light reflected from the reflector and converts it into an electrical signal, and the light source, the first mirror, the second mirror, the reflector, and the photodiode It provides a moving body characterized in that it comprises a rotating portion for rotating relative to the rotation axis.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, (i) 광원으로부터 출사된 광을 통과시키는 홀을 포함하며 곡면으로 형성된 반사면에 반사된 광선이 모이는 초점을 갖는 제1 거울 및 (ii) 제1 거울의 홀을 통과한 광을 대상체로 반사하고 대상체로부터 반사된 광을 수신하여 제1 거울로 반사하며 수직 방향으로 움직이는 제2 거울을 포함함으로써, 어레이 타입을 사용하지 않으면서 제품의 크기 및 비용을 최소화하고, 고성능으로 핀 포인트를 측정할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to embodiments of the present invention, (i) a first mirror including a hole through which light emitted from a light source passes, and a focal point where light rays reflected on a reflective surface formed as a curved surface gather, and (ii) By including the second mirror moving in the vertical direction by reflecting the light passing through the hole of the first mirror to the object, receiving the light reflected from the object, and reflecting the first mirror, the size of the product without using an array type and It has the effect of minimizing cost and measuring pin points with high performance.

여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.Even if the effects are not explicitly mentioned here, the effects described in the following specification expected by the technical features of the present invention and the potential effects thereof are treated as described in the specification of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동체를 예시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동체를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 측정 장치를 예시한 블록도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 광 송수신기를 예시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 송수신기의 구조 및 광의 이동 경로를 예시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 송수신기의 이동성 거울의 이동 방식을 예시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 거리 측정 장치가 획득한 3차원 정보를 예시한 도면이다.
1 is a block diagram illustrating a moving object according to an embodiment of the present invention.
2 is a view illustrating a moving body according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating a distance measuring device according to another embodiment of the present invention.
4 and 5 are block diagrams illustrating an optical transceiver according to other embodiments of the present invention.
6 is a diagram illustrating a structure of an optical transceiver and a path of movement of light according to another embodiment of the present invention.
7 and 8 are diagrams illustrating a method of moving a movable mirror of an optical transceiver according to another embodiment of the present invention.
9 and 10 are views illustrating three-dimensional information acquired by a distance measuring device according to embodiments of the present invention.

이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.Hereinafter, when it is determined that the subject matter of the present invention may be unnecessarily obscured by those skilled in the art with respect to known functions related to the present invention, the detailed description will be omitted, and some embodiments of the present invention will be omitted. It will be described in detail through exemplary drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동체를 예시한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a moving object according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 이동체(1)는 거리 측정 장치(10) 및 이동 장치(20)를 포함한다. 이동체(1)는 도 1에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 이동체는 청소부를 추가로 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, the moving object 1 includes a distance measuring device 10 and a moving device 20. The movable body 1 may omit some components from among various components illustrated in FIG. 1 or additionally include other components. For example, the moving body may further include a cleaning part.

이동체(1)는 미리 정의된 방식에 따라 특정 위치에서 다른 위치로 이동 가능하도록 설계된 장치를 의미하며, 바퀴, 레일, 보행용 다리 등과 같은 이동 수단을 이용하여, 특정 위치에서 다른 위치로 이동할 수 있다. 이동체(1)는 센서 등을 이용하여 외부의 정보를 수집한 후 수집된 정보에 따라서 이동할 수도 있고, 사용자에 의해 별도의 조작 수단을 이용하여 이동할 수 있다.The moving body 1 means a device designed to be moved from a specific location to another location according to a predefined method, and can be moved from a specific location to another location by using moving means such as wheels, rails, and walking legs. . The moving object 1 may collect external information using a sensor or the like and then move according to the collected information, or may be moved by a user using a separate manipulation means.

이동체(1)의 일례로는 로봇 청소기, 장난감 자동차, 산업용 또는 군사용 목적 등으로 이용 가능한 이동 로봇 등이 있을 수 있으며, 이동체(1)는 바퀴를 이용하여 주행하거나, 하나 이상의 다리를 이용하여 보행하거나, 이들의 조합 등으로 구현될 수 있다.Examples of the mobile body 1 may include a robot cleaner, a toy car, a mobile robot that can be used for industrial or military purposes, etc., and the mobile body 1 travels using wheels or walks using one or more legs, or the like. , Combinations of these, and the like.

로봇 청소기는 청소 공간을 주행하면서 바닥에 쌓인 먼지 등의 이물질을 흡입함으로써 청소 공간을 자동으로 청소하는 장치이다. 일반적인 청소기가 사용자에 의한 외력으로 이동하는 것과 달리, 로봇 청소기는 외부의 정보 또는 미리 정의된 이동 패턴을 이용하여 이동하면서 청소 공간을 청소한다.The robot cleaner is a device that automatically cleans the cleaning space by driving foreign matter such as dust accumulated on the floor while driving in the cleaning space. Unlike a general vacuum cleaner that is moved by an external force by a user, the robot vacuum cleaner cleans the cleaning space while moving using external information or a predefined movement pattern.

로봇 청소기는 미리 정의된 패턴을 이용하여 자동적으로 이동하거나, 또는 감지 센서에 의해 외부의 장애물을 감지한 후, 감지된 바에 따라 이동할 수도 있고, 사용자에 의해 조작되는 원격 제어 장치로부터 전달되는 신호에 따라 이동 가능하다.The robot cleaner may move automatically using a predefined pattern, or after detecting an external obstacle by a detection sensor, move according to the sensed signal, or according to a signal transmitted from a remote control device operated by a user. It is movable.

감지 센서는 라이다(LIDAR)로 구현될 수 있다. 라이다는 레이저 신호를 쏘고 반사되어 돌아오는 시간을 측정하고, 빛의 속도를 이용하여 반사체의 거리를 측정하는 장치이다. 레이저 신호는 포토 다이오드를 통하여 전기적인 신호로 변경된다. 레이저 신호는 기 설정된 파장 대역을 가질 수 있다.The sensing sensor can be implemented with LIDAR. A lidar is a device that shoots a laser signal, measures the time it returns after being reflected, and measures the distance of the reflector using the speed of light. The laser signal is converted into an electrical signal through a photodiode. The laser signal may have a preset wavelength band.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동체를 예시한 도면이다.2 is a view illustrating a moving body according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 이동체 및 대상체 간의 비행시간을 산출하여 상기 대상체까지의 거리를 측정하는 거리 측정 장치(10)가 본체의 상단부에 위치하고 있으나, 이는 예시일 뿐이며 이에 한정되는 것은 아니고 구현되는 설계에 따라 적합한 위치에서 하나 이상으로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 2, a distance measuring device 10 for calculating a flight time between a moving object and an object and measuring a distance to the object is located at the upper end of the main body, but this is only an example and is not limited thereto. Therefore, it can be implemented in one or more at a suitable location.

거리 측정 장치(10)는 한 쌍의 광원 및 광 다이오드를 이용하여 광을 송수신하며, 이동성 거울 및 회전체를 이용하여 주변을 3차원 스캐닝한다.The distance measuring device 10 transmits and receives light using a pair of light sources and a photodiode, and scans the surroundings in three dimensions using a movable mirror and a rotating body.

거리 측정 장치(10)는 타임 오브 플라이트(Time of Flight, TOF) 방식으로 동작할 수 있다. 타임 오브 플라이트 방식은 레이저가 펄스 또는 구형파 신호를 방출하여 측정 범위 내에 있는 물체들로부터의 반사 펄스 또는 구형파 신호들이 수신기에 도착하는 시간을 측정함으로써, 측정 대상과 거리 측정 장치 사이의 거리를 측정한다.The distance measuring device 10 may operate in a time of flight (TOF) method. The time-of-flight method measures the distance between a measurement target and a distance measuring device by measuring the time at which the laser pulses or square wave signals from objects within a measurement range arrive at the receiver by emitting a pulse or square wave signal.

이동 장치(20)는 대상체까지의 거리를 기반으로 주행 경로를 산출하거나 장애물을 검출하여 이동체를 이동시킨다. 이동 장치(20)는 인공표식의 상대 위치를 기반으로 이동체를 이동시킬 수 있다. 이동 장치(20)는 바퀴, 레일, 보행용 다리 등과 같은 이동 수단으로 구현될 수 있다.The moving device 20 calculates a driving route based on the distance to the object or detects an obstacle to move the moving object. The moving device 20 may move the moving object based on the relative position of the artificial marker. The moving device 20 may be implemented as a moving means such as wheels, rails, and walking legs.

이하에서는 도 3을 참조하여 이동체에 구현되거나 독립적으로 동작하는 거리 측정 장치를 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to Figure 3 will be described a distance measuring device that is implemented in the mobile body or operates independently.

도 3은 거리 측정 장치를 예시한 블록도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 거리 측정 장치(10)는 광 송수신기(100) 및 거리 측정기(200)를 포함한다. 거리 측정 장치(10)는 도 3에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 거리 측정 장치(10)는 인터페이스를 추가로 포함할 수 있다.3 is a block diagram illustrating a distance measuring device. As shown in FIG. 3, the distance measuring device 10 includes an optical transceiver 100 and a distance meter 200. The distance measuring device 10 may omit some components from among various components illustrated in FIG. 3 or additionally include other components. For example, the distance measuring device 10 may further include an interface.

광 송수신기(100)는 레이저 신호를 송신하고 반사된 신호를 수신한다. 광 송수신기(100)는 시작 제어 신호에 의해 대상체로 광을 출사하고 대상체에 반사된 광을 수신하여 전기 신호로 변환한다. 광 송수신기(100)는 기 설정된 검출 시간 동안 전기 신호를 출력한다. The optical transceiver 100 transmits a laser signal and receives a reflected signal. The optical transceiver 100 emits light to the object by the start control signal, receives the light reflected by the object, and converts it into an electrical signal. The optical transceiver 100 outputs an electrical signal for a preset detection time.

광 송수신기(100)는 빛을 전류나 전압으로 변환하는데, 광 다이오드의 출력을 버퍼링하고 스케일링하기 위한 회로가 필요하다. 예컨대, 광 다이오드에 트랜스 임피던스 증폭기(Trans Impedance Amplifier, TIA)가 연결될 수 있다. 트랜스 임피던스 증폭기는 광 다이오드의 전류를 증폭하고 전압으로 변환하여 출력한다. 트랜스 임피던스 증폭기는 R-TIA(Resistive Feedback TIA) 및 C-TIA(Capacitive Feedback TIA)로 구분될 수 있다.The optical transceiver 100 converts light into current or voltage, and requires a circuit for buffering and scaling the output of the photodiode. For example, a Trans Impedance Amplifier (TIA) may be connected to the photodiode. The transimpedance amplifier amplifies the current of the photodiode, converts it into a voltage, and outputs it. Transimpedance amplifiers can be divided into R-TIA (Resistive Feedback TIA) and C-TIA (Capacitive Feedback TIA).

광 송수신기(100)는 신호 변환부를 포함할 수 있다. 광 송수신기(100)의 광 다이오드에 신호 변환부가 연결되고, 신호 변환부에 트랜스 임피던스 증폭기가 연결될 수 있다.The optical transceiver 100 may include a signal converter. A signal converter may be connected to the photodiode of the optical transceiver 100, and a transimpedance amplifier may be connected to the signal converter.

광원은 기 설정된 샘플링 주기에 기반하여 대상체로 광을 출사한다. 샘플링 주기는 거리 측정 장치(10)의 제어부에 의해 설정될 수 있다. 샘플링 주기는 시작 제어 신호에 따라 광 송수신기(100)가 광을 출사하고 반사된 광을 수신하고 광을 전기 신호로 변환하기까지의 시간이다. 광 송수신기(100)는 다음 샘플링 주기에서 이러한 동작들을 반복하여 수행할 수 있다.The light source emits light to the object based on a preset sampling period. The sampling period may be set by the control unit of the distance measuring device 10. The sampling period is a time until the optical transceiver 100 emits light according to the start control signal, receives the reflected light, and converts the light into an electrical signal. The optical transceiver 100 may repeat these operations in the next sampling period.

광 다이오드는 대상체에 반사된 광을 수신하여 전기 신호로 변환한다. 광 다이오드는 PN 접합 광 다이오드, PIN 광 다이오드, 애벌란시 광 다이오드(Avalanche Photo Diode, APD) 등으로 구현될 수 있다. 광 다이오드는 광캐리어가 소멸할 때까지 전기 신호를 출력한다. 게다가, 출력 신호의 크기가 커질수록 신호가 소멸되기까지 소요되는 시간이 증가한다.The photodiode receives the light reflected by the object and converts it into an electrical signal. The photodiode may be implemented as a PN junction photodiode, a PIN photodiode, an avalanche photo diode (APD), or the like. The photodiode outputs an electrical signal until the photocarrier disappears. Moreover, as the size of the output signal increases, the time required for the signal to disappear is increased.

신호 변환부는 출력 신호의 소멸 시간에 제한되지 않도록, 샘플링 주기 중에서 검출 시간 동안 상기 전기 신호를 출력한다. 신호 변환부는 저항, 스위치, 및 커패시터를 포함할 수 있다.The signal converting unit outputs the electrical signal during the detection time during the sampling period so as not to be limited to the extinction time of the output signal. The signal conversion unit may include a resistor, a switch, and a capacitor.

저항은 광 다이오드에 연결된다. 저항의 일단은 광 다이오드에 연결되고 저항의 타단은 접지에 연결된다. 저항은 광 다이오드의 양극 또는 음극에 연결될 수 있다.The resistor is connected to the photodiode. One end of the resistor is connected to the photodiode and the other end of the resistor is connected to ground. The resistor can be connected to the anode or cathode of the photodiode.

저항 값이 작으면 광이 광 다이오드를 통과하는 시간과 유사한 시간 동안 파형이 0아닌 값을 갖지만 출력 신호의 크기가 작은 문제가 있다. 따라서, 저항에 대해 기 설정된 값보다 큰 값을 갖는 저항을 사용하여 전기 신호의 크기를 증폭시킬 필요가 있다. 이러한 경우 신호의 뒤끌림 현상이 발생하게 된다.When the resistance value is small, the waveform has a non-zero value for a time similar to the time when the light passes through the photodiode, but there is a problem in that the output signal is small in size. Therefore, it is necessary to amplify the magnitude of the electrical signal using a resistor having a value greater than a preset value for the resistor. In this case, a signal lag occurs.

신호의 뒤끌림 현상을 해결하기 위해 스위치를 통하여 전기 신호의 전달 경로를 변경한다. 광 송수신기(100)는 전기 신호의 크기가 감소하는 영역의 일부가 제거된 신호를 출력할 수 있다. 전기 신호의 후단을 제거하더라도, 거리 측정 장치(10)는 거리를 측정할 수 있다. 신호 판별기가 전기 신호의 종료 시점을 검출하지 않고, 전기 신호의 시작 시점 및 최대 크기 시점을 검출하여 상승 에지 및 하강 에지를 출력하기 때문이다.In order to solve the signal distortion, the transmission path of the electrical signal is changed through a switch. The optical transceiver 100 may output a signal in which a part of an area in which the size of the electrical signal is reduced is removed. Even if the rear end of the electrical signal is removed, the distance measuring device 10 can measure the distance. This is because the signal discriminator does not detect the end point of the electrical signal, but detects the start point and the maximum size point of the electrical signal and outputs a rising edge and a falling edge.

스위치는 저항에 병렬로 연결되어 전기 신호의 전달 경로를 변경한다. 예컨대, 스위치는 트랜지스터 등으로 구현될 수 있다. The switch is connected in parallel to the resistor to change the transmission path of the electrical signal. For example, the switch can be implemented with a transistor or the like.

스위치는 (i) 샘플링 주기(Ts) 중에서 검출 시간(Td) 동안 전기 신호를 제1 경로로 전달하고, (ii) 샘플링 주기(Ts) 중에서 차단 시간(Tc) 동안 전기 신호를 제2 경로로 전달한다. 제1 경로는 신호가 커패시터를 통해 전달되는 경로이고, 제2 경로는 신호가 스위치를 통해 접지로 전달되는 경로이다.Switch the electrical signal during the off time (T c) in (i) the sampling period (T s) detected time (T d) passing an electrical signal into a first path and, (ii) the sampling period (T s) while in 2 Pass by route. The first path is the path through which the signal is passed through the capacitor, and the second path is the path through which the signal is passed through the switch to ground.

거리 측정 장치(10)는 광 다이오드(140)에서 출력된 전기 신호가 뒤끌림 현상에 의해 신호 소멸 시간(T1, T2, T3)이 소요되더라도, 신호가 소멸될 때까지 대기할 필요없이 샘플링 주기에 따라 신호를 처리할 수 있다. The distance measuring device 10 is in the sampling cycle without having to wait for the signal to disappear even if the signal extinction time (T1, T2, T3) is required due to the phenomenon that the electrical signal output from the photodiode 140 is twisted. Therefore, the signal can be processed.

거리 측정 장치(10)는 샘플링 주기를 조절하고, 샘플링 주기에 따라 적절한 검출 시간을 산출하여 설정하고, 스위치(152)의 온오프 동작을 제어한다. 거리 측정 장치(10)의 제어부는 샘플링 주기, 검출 시간, 차단 시간, 출사한 광의 파형, 광원의 온오프 시간 간격, 시작 제어 신호의 펄스 폭, 정지 제어 신호의 펄스 폭, 광 송수신기의 회전 속도, 신호 판별기 및 시간 산출기의 신호 처리 및 대기 시간 등을 참조하여 스위치의 온오프 동작을 제어할 수 있다.The distance measuring device 10 adjusts the sampling period, calculates and sets an appropriate detection time according to the sampling period, and controls the on-off operation of the switch 152. The control unit of the distance measuring device 10 includes sampling period, detection time, cutoff time, waveform of emitted light, on / off time interval of light source, pulse width of start control signal, pulse width of stop control signal, rotation speed of optical transceiver, The on / off operation of the switch can be controlled by referring to signal processing and waiting time of the signal discriminator and the time calculator.

커패시터는 광 다이오드 및 저항이 연결된 지점에 연결되어 전기 신호를 출력한다. 커패시터는 전기 신호의 DC성분을 제거하는 기능을 한다. 커패시터의 후단에는 비반전 증폭기 회로가 연결될 수 있다.The capacitor is connected to the point where the photodiode and resistor are connected to output an electrical signal. The capacitor serves to remove the DC component of the electrical signal. A non-inverting amplifier circuit may be connected to the rear end of the capacitor.

거리 측정기(200)는 전기 신호를 변환하여 정확한 시점을 측정하고 정지 제어 신호를 출력하는 하나 이상의 신호 판별기를 포함할 수 있다. The distance meter 200 may include one or more signal discriminators that convert electrical signals to measure an accurate time point and output a stop control signal.

거리 측정기(200)는 신호 판별기를 이용하여 최대 신호 크기를 갖는 신호 지점을 기 설정된 크기를 갖도록 상기 전기 신호를 변환하고, 변환된 전기 신호의 크기를 조절하고, 기 설정된 크기를 갖는 시점을 검출한다. 신호 판별기는 전기 신호를 변환하여 정지 제어 신호를 생성한다. The distance meter 200 converts the electrical signal to a signal point having the maximum signal size to have a predetermined size by using a signal discriminator, adjusts the size of the converted electrical signal, and detects a time point having a predetermined size. . The signal discriminator converts the electrical signal to generate a stop control signal.

신호 판별기는 광 다이오드 또는 트랜스 임피던스 증폭기로부터 전기 신호를 수신한다. 수신한 전기 신호, 즉, 입력 신호는 반사된 광에 의해 상승하고 하강하는 형태를 갖는다. 신호 판별기는 입력 신호에 대해 목적하는 시점을 정확하게 측정하여 전기 신호를 출력한다. The signal discriminator receives an electrical signal from a photodiode or transimpedance amplifier. The received electrical signal, that is, the input signal has a form of rising and falling by the reflected light. The signal discriminator accurately measures a desired time point for the input signal and outputs an electrical signal.

입력 신호의 형태에 따라 입력 신호는 전단 시점(Tfront), 설정된 임계치와 만나는 목표 시점(T1, T2), 피크 시점(Tmax)을 갖는다. 신호 판별기는 전단 시점(Tfront) 및 피크 시점(Tmax)에 가장 근접한 시점을 검출하기 위해 2단계 변환 과정을 수행한다. 변환한 신호는 전단 시점(Tfront), 설정된 임계치와 만나는 상승 시점(Trising1, Trising2), 설정된 임계치와 만나는 하강 시점(Tfalling1, Tfalling2), 후단 시점(Tend)을 갖는다. 후단 시점(Tend)은 변환 전의 신호의 피크 시점(Tmax)과 동일한 시점이다.Depending on the type of the input signal, the input signal has a front time point (T front ), a target time point (T 1 , T 2 ) that meets a set threshold, and a peak time point (T max ). The signal discriminator performs a two-step conversion process to detect a time point closest to the front end point (T front ) and the peak point (T max ). The converted signal has a front end (T front ), a rising point (T rising1 , T rising2 ) meeting a set threshold, a falling time (T falling1 , T falling2 ), and a rear end point (T end ) meeting the set threshold. The rear end time point T end is the same time point as the peak time point T max of the signal before conversion.

신호 판별기는 입력 신호를 미분하거나 입력 신호를 일정 분율 판별(Constant Fraction Discriminator, CFD)을 이용하여 변환한다. 일정 분율 판별은 원 신호를 지연시킨 신호와 일정 크기 비율만큼 조절한 신호가 같아지는 시점이 최대 크기의 일정 비율이 되는 시점을 찾는 방식이다.The signal discriminator converts the input signal or converts the input signal using a constant fractionation discriminator (CFD). Determining a certain fraction is a method of finding a point in time at which the point at which the original signal is delayed and the signal adjusted by a predetermined size ratio become the same as the predetermined ratio of the maximum size.

신호 판별기는 상승하고 하강하는 전기 신호에서 정확한 시점을 측정하여 신호를 출력한다. 신호 판별기는 전기 신호를 변환하고 기 설정된 기준 크기를 갖는 시점을 검출하여 정지 제어 신호를 생성한다. 최대 신호 크기를 갖는 신호 지점을 기 설정된 크기를 갖도록 입력 신호의 기울기를 변환하면, 상승 시점(Trising1, Trising2)은 전단 시점(Tfront)에 가까워지고 하강 시점(Tfalling1, Tfalling2)은 후단 시점(Tend)에 가까워진다.The signal discriminator measures an accurate time point from the rising and falling electric signal and outputs the signal. The signal discriminator converts the electrical signal and detects a time point having a preset reference size to generate a stop control signal. If the slope of the input signal is converted so that the signal point having the maximum signal size has a predetermined size, the rising point (T rising1 , T rising2 ) is closer to the front point (T front ) and the falling point (T falling1 , T falling2 ) is It becomes closer to the T end .

신호 판별기는 변환된 입력 신호의 크기를 조절한다. 신호 판별기는 변환된 입력 신호의 크기를 N(상기 N은 자연수)차 증폭시킨다. 신호 판별기는 복수의 증폭 과정을 거쳐 신호의 기울기가 수직에 가깝도록 변환한다. 기울기가 크기 때문에, 단순히 비교기만으로 회로를 구현하더라도 정확한 시점을 획득할 수 있다.The signal discriminator adjusts the magnitude of the converted input signal. The signal discriminator amplifies the magnitude of the converted input signal by N (where N is a natural number). The signal discriminator converts the signal to have a slope close to vertical through a plurality of amplification processes. Since the slope is large, it is possible to obtain an accurate point of view even if the circuit is simply implemented with a comparator.

신호 판별기는 입력 신호에서 최대 신호 크기를 갖는 신호 지점을 기 설정된 크기를 갖도록 입력 신호를 변환한다. 예컨대, 신호의 크기가 제로가 되도록 변환한다. 거리 측정기(200)는 최대 크기를 갖는 시점을 제로로 변환하여 문턱치를 비교함으로써, 최대 크기를 갖는 시점으로부터 가까운 시점을 검출할 수 있다. The signal discriminator converts an input signal such that a signal point having a maximum signal size in the input signal has a predetermined size. For example, the signal is converted to zero. The distance measurer 200 may detect a point in time close to the point in time with the maximum size by converting the point in time with the maximum size to zero to compare the threshold.

신호 판별기는 크기가 조절된 입력 신호로부터 기 설정된 기준 크기를 갖는 적어도 하나의 시점을 검출하여 신호를 출력한다. 여기서, 출력 신호는 두 개의 유형일 수 있다. 예컨대, 거리 측정기(200)는 상승 에지 및 하강 에지를 출력할 수 있다. The signal discriminator detects at least one viewpoint having a preset reference size from the input signal whose size is adjusted, and outputs a signal. Here, the output signal may be of two types. For example, the range finder 200 may output rising and falling edges.

거리 측정기(200)는 타임 오브 플라이트 방식으로 시간 및 거리를 측정한다. 거리 측정기(200)는 시작 제어 신호 및 정지 제어 신호의 시간차를 기반으로 비행시간을 산출하여 거리를 측정한다. 거리 측정기(200)는 빛의 속도를 이용하여 시간으로부터 거리를 산출한다.The distance meter 200 measures time and distance in a time-of-flight manner. The distance measurer 200 measures the distance by calculating the flight time based on the time difference between the start control signal and the stop control signal. The distance meter 200 calculates a distance from time using the speed of light.

거리 측정기(200)는 두 시간의 차이를 디지털 값으로 변환하는 하나 이상의 시간 디지털 변환기를 포함할 수 있다. 시간 디지털 변환기의 입력 신호는 동일 신호원의 펄스 형태가 될 수도 있고, 다른 신호원의 에지가 될 수도 있다. 예컨대, 거리 측정 장치(10)는 시작 제어 신호의 상승 에지 또는 하강 에지, 정지 제어 신호의 상승 에지 또는 하강 에지를 기준으로 시간차를 산출할 수 있다.The distance meter 200 may include one or more time digital converters that convert the difference between the two times into digital values. The input signal of the time-to-digital converter may be in the form of a pulse of the same signal source or an edge of another signal source. For example, the distance measuring device 10 may calculate a time difference based on the rising edge or falling edge of the start control signal and the rising edge or falling edge of the stop control signal.

시간 디지털 변환기는 시간 지연 소자 및 플립플롭으로 구성될 수 있다. 시간 지연 소자는 인버터를 이용한 디지털 소자 또는 전류원을 이용한 아날로그 소자로 구현될 수 있다. 시간 디지털 변환기는 위상 편차 방식, 고해상도 클럭을 이용한 방식, 등가 시간 샘플링 방식 등 다양한 방식이 적용될 수 있다. The time digital converter may be composed of a time delay element and a flip-flop. The time delay device may be implemented as a digital device using an inverter or an analog device using a current source. Various methods such as a phase deviation method, a method using a high resolution clock, and an equivalent time sampling method can be applied to the time digital converter.

시간 디지털 변환기는 (i) 보통 카운터(Coarse Counter) 및 정밀 카운터(Fine Counter)가 카운팅한 개수(N1, N2)와 (ii) 보통 카운터의 큰 클록과 정밀 카운터의 작은 클록을 이용하여 시간을 측정한다. 보통 카운터의 큰 클록 및 정밀 카운터의 작은 클록 간의 시간차가 시간 디지털 변환기의 분해능을 결정된다.The time digital converter uses (i) the number counted by the coarse counter and the fine counter (N 1 , N 2 ) and (ii) the time by using the large clock of the normal counter and the small clock of the precision counter. Measure. The time difference between the large clock of the counter and the small clock of the precision counter usually determines the resolution of the time digital converter.

시간 디지털 변환기는 큰 클록을 발생시키는 느린 오실레이터(Slow Oscillator) 및 작은 클록을 발생시키는 빠른 오실레이터(Fast Oscillator)를 포함한다. 위상 검출기(Phase Detector)가 큰 클록 및 작은 클록이 동기화된 시점을 검출한다.The time-to-digital converter includes a slow oscillator that generates a large clock and a fast oscillator that generates a small clock. A phase detector detects when a large clock and a small clock are synchronized.

기존의 시간 디지털 변환기는 느린 오실레이터 및 빠른 오실레이터는 버퍼의 개수를 조절하여 클록 폭을 조절한다. 기존의 시간 디지털 변환기는 버퍼 자체의 신호 지연 시간으로 인하여, 80 피코 초(ps) 정도의 분해능을 갖는다. In conventional time digital converters, slow oscillators and fast oscillators adjust the number of buffers to adjust the clock width. The conventional time-to-digital converter has a resolution of 80 picoseconds (ps) due to the signal delay time of the buffer itself.

시간 디지털 변환기는 느린 오실레이터 및 빠른 오실레이터를 회로 상에서 게이트들의 위치 및 신호 경로를 변경하여 클록 폭을 조절한다. 예컨대, 느린 오실레이터 및 빠른 오실레이터는 동일한 게이트로 조합될 수 있다. 본 실시예에 따른 시간 디지털 변환기의 느린 오실레이터 및 빠른 오실레이터는 게이트들의 위치 및 신호 경로를 변경함으로써, 시간 디지털 변환기는 10 피코 초(ps) 정도의 분해능을 갖는다. The time-to-digital converter adjusts the clock width by changing the position and signal path of the gates on the circuit to the slow and fast oscillators. For example, a slow oscillator and a fast oscillator can be combined into the same gate. The slow and fast oscillators of the time-to-digital converter according to this embodiment change the position and signal path of the gates, so that the time-to-digital converter has a resolution of about 10 picoseconds (ps).

시간 디지털 변환기는 상승 에지와 하강 에지를 함께 처리하기 때문에, 느린 오실레이터 또는 빠른 오실레이터를 공유하여 설계할 수 있다.The time-to-digital converter handles the rising and falling edges together, so you can design by sharing a slow or fast oscillator.

인터페이스는 다른 장치(또는 호스트)와 정보를 송수신하는 통신 경로이다. 다른 장치는 인터페이스를 통해 거리 측정 장치(10)에 접속하여 파라미터를 설정할 수 있다. 거리 측정 장치(10)는 인터페이스를 통해 측정한 시간 및 거리를 다른 장치로 전송할 수 있다. The interface is a communication path that transmits and receives information to and from other devices (or hosts). Other devices may connect to the distance measuring device 10 through an interface to set parameters. The distance measuring device 10 may transmit the time and distance measured through the interface to another device.

거리 측정 장치(10)가 신호의 기울기를 변환하는 과정에서 RC회로로 구현된 미분 방식을 적용하면, 거리 변화에 따른 신호의 주파수 특성이 변화하여 시간 오차를 발생한다. 신호의 기울기를 변환하는 과정에서 일정 분율 판별 방식을 적용하면, 신호의 기울기가 달라서 비교기의 커패시터의 충전 시간이 다르게 되고 비교기의 응답시간이 달라져서 시간 오차를 발생시킨다. 따라서, 거리 측정 장치(10)는 시간 오차를 보정하는 과정을 수행한다.When the distance measuring device 10 applies the differential method implemented by the RC circuit in the process of converting the slope of the signal, the frequency characteristic of the signal changes according to the distance change to generate a time error. If a certain fractional discrimination method is applied in the process of converting the slope of the signal, the slope of the signal is different, so the charging time of the capacitor of the comparator is different and the response time of the comparator is different to generate a time error. Therefore, the distance measuring device 10 performs a process of correcting the time error.

거리 측정기(200)는 정지 제어 신호의 펄스 폭을 이용하여 비행시간을 보정한다. 일반적인 광 다이오드의 출력 신호는 펄스 폭의 변화가 심하기 때문에, 펄스 폭 대 워크에러가 1 대 N으로 매칭하여 가까운 영역이 아니면 사용하기 곤란한 문제가 있다. 본 실시예는 신호를 변환하는 과정을 거쳤기 때문에, 펄스 폭 대 워크에러 간의 관계를 간단하게 모델링할 수 있다.The distance meter 200 corrects the flight time using the pulse width of the stop control signal. Since the pulse width of the output signal of a general photodiode is severely changed, there is a problem in that it is difficult to use the pulse width to work error when it is not in a close region by matching 1 to N. Since this embodiment has undergone a process of converting a signal, it is possible to simply model the relationship between the pulse width and the work error.

거리 측정기(200)는 워크에러 및 펄스 폭 간의 함수를 모델링하고, 보정 팩터를 미리 측정한다. 거리 측정기(200)는 펄스 폭에 반비례하는 보정 팩터를 적용하여 비행시간을 보정한다. 반사 신호의 세기가 약하여 펄스 폭이 좁아지면 워크에러가 커지므로, 거리 측정기(200)는 보정 팩터를 크게 설정한다. 반사 신호의 세기가 강하여 펄스 폭이 넓어지면 워크에러가 작아지므로, 거리 측정기(200)는 보정 팩터를 작게 설정한다.The distance meter 200 models the function between the work error and the pulse width, and measures the correction factor in advance. The distance meter 200 corrects the flight time by applying a correction factor inversely proportional to the pulse width. Since the intensity of the reflected signal is weak and the pulse width is narrow, the work error increases, so the distance meter 200 sets a large correction factor. Since the intensity of the reflected signal is strong and the pulse width is wide, the work error is small, so the distance meter 200 sets the correction factor to be small.

거리 측정기(200)는 정지 제어 신호의 상승 에지 또는 하강 에지를 기준으로 펄스 폭을 산출하고, 펄스 폭 대 워크에러의 함수에 적용한 팩터 값을 보정 전의 비행시간에 가산한다. 거리 측정 장치(10)는 반사 신호의 펄스 폭을 이용하여 비행시간을 보정함으로써, 정확한 비행시간을 산출할 수 있다.The distance meter 200 calculates the pulse width based on the rising edge or falling edge of the stop control signal, and adds the factor value applied to the function of the pulse width vs. work error to the flight time before correction. The distance measuring device 10 may calculate an accurate flight time by correcting the flight time using the pulse width of the reflected signal.

이하에서는 도 4 내지 도 8을 참조하여, 3차원 스캐닝이 가능한 광 송수신기의 구조를 설명하기로 한다.Hereinafter, a structure of an optical transceiver capable of 3D scanning will be described with reference to FIGS. 4 to 8.

도 4를 참조하면, 광 송수신기(100)는 광원(110), 제1 거울(120), 제2 거울(130), 및 광 다이오드(140)를 포함한다. 광 송수신기(100)는 도 4에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다. 도 5를 참조하면, 광 송수신기(100)는 반사체(150), 회전부(160), 포인트 조절부(112), 기준 각도 조절부(132), 이동 각도 조절부(134), 수직 주파수 조절부(136), 수평 주파수 조절부(162), 또는 이들의 조합을 추가로 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the optical transceiver 100 includes a light source 110, a first mirror 120, a second mirror 130, and a photodiode 140. The optical transceiver 100 may omit some of the various components exemplarily illustrated in FIG. 4 or additionally include other components. Referring to FIG. 5, the optical transceiver 100 includes a reflector 150, a rotating unit 160, a point adjusting unit 112, a reference angle adjusting unit 132, a moving angle adjusting unit 134, and a vertical frequency adjusting unit ( 136), the horizontal frequency control unit 162, or a combination thereof.

광원(110)은 광을 출사하는 장치이며, 레이저 다이오드(Laser Diode, LD) 등으로 구현될 수 있다. 광원은 나노 초 단위의 레이저 펄스 신호를 발생시킬 수 있다. 레이저 신호는 기 설정된 파장 대역을 가질 수 있다. 광원(110)에는 기 설정된 샘플링 주기에 기반하여 광원이 출사하는 속도를 조절하여 단위시간당 획득하는 점군 데이터 수를 조절하는 포인트 조절부(112)가 연결될 수 있다. 예컨대, 포인트 조절부(112)는 초당 10K 포인트를 획득하도록 광원(110)의 출사 속도를 설정할 수 있다.The light source 110 is a device that emits light, and may be implemented as a laser diode (LD). The light source may generate a nanosecond laser pulse signal. The laser signal may have a preset wavelength band. The light source 110 may be connected to a point control unit 112 for controlling the number of point group data acquired per unit time by adjusting a speed at which the light source emits based on a preset sampling period. For example, the point adjusting unit 112 may set the emission speed of the light source 110 to obtain 10K points per second.

제1 거울(120)은 출사된 광을 통과시키는 홀을 포함한다. 즉, 반사면을 관통하는 홀이 형성되어 있다. 광 송수신기(100)는 제1 거울(120)을 통과하도록 광의 이동 경로를 형성함으로써, 광원(110)으로부터 제2 거울(130)까지 광의 직진 경로를 유지하면서 광 송수신기(100)의 크기를 최소화할 수 있다. 제1 거울(120)의 반사면은 광의 일부를 투과하는 투웨이 미러(Two Way Mirror) 또는 하프 미러(Half Mirror)와 같은 광학부품들은 일반적으로 감도를 낮추므로 채용하지 않고, 거울의 중앙 부위에 구멍을 내고 수 mm의 광이 통과시켜 제2 미러(130)로 광의 이동 경로를 형성한다.The first mirror 120 includes a hole through which the emitted light passes. That is, a hole is formed through the reflective surface. The optical transceiver 100 forms a movement path of light to pass through the first mirror 120, thereby minimizing the size of the optical transceiver 100 while maintaining a straight path of light from the light source 110 to the second mirror 130. You can. The reflective surface of the first mirror 120 does not employ optical components such as a two-way mirror or a half mirror that transmits a portion of light, and thus is not employed because it generally reduces sensitivity, and is holed in the center of the mirror And a few mm of light passes therethrough to form a path for the light to travel to the second mirror 130.

제1 거울(120)은 곡면으로 형성되어 제1 거울(120)의 반사면에 반사된 광선이 모이는 초점을 갖는다. 제1 거울(120)의 반사면의 크기는 움직이는 제2 거울(130)의 각도에 따라 반사하는 광의 분포에 기반하여 적절한 크기를 갖는다. 제1 거울(120)은 파라볼릭 반사거울(렌즈와 거울을 하나로 구현한 형태)을 이용하여 집광 및 반사 기능을 수행한다. 즉, 제2 거울(130)을 통해서 다시 반사된 광을 모아서 반사체(150)로 보낸다.The first mirror 120 is formed as a curved surface and has a focus where light rays reflected on the reflective surface of the first mirror 120 are collected. The size of the reflective surface of the first mirror 120 has an appropriate size based on the distribution of light reflecting according to the angle of the moving second mirror 130. The first mirror 120 performs a condensing and reflection function using a parabolic reflective mirror (a lens and a mirror). That is, the light reflected back through the second mirror 130 is collected and sent to the reflector 150.

제1 거울(120)의 곡면에 의한 초점에는 반사체(150)가 위치한다. 반사체(150)는 제1 거울(120)로부터 반사된 광을 수신하여 광 다이오드(140)로 광을 반사시킨다. 제1 거울(120)의 곡면에 의한 반사 광선들을 광 다이오드(140)가 직접 수신할 수도 있으나, 반사체(150)를 거치면 제1 거울(120)의 곡면에 의한 반사 광선들이 광 다이오드(140)에 수직 방향으로 이동할 수 있다. 즉, 반사 광선들은 광 다이오드(140)에 입사하기 전에, 평행한 직선 경로 또는 하나의 직선 경로를 형성할 수 있다. 광 다이오드(140)는 제1 거울(120)의 초점을 지나는 가상의 직선 경로 상에 위치한다. The reflector 150 is positioned at the focal point of the first mirror 120 by the curved surface. The reflector 150 receives light reflected from the first mirror 120 and reflects the light to the photodiode 140. Although the photodiode 140 may directly receive the reflected rays due to the curved surface of the first mirror 120, the reflected rays due to the curved surface of the first mirror 120 may pass through the reflector 150 to the photodiode 140. It can move in the vertical direction. That is, the reflected rays may form a parallel straight path or a straight path before entering the photodiode 140. The photodiode 140 is positioned on a virtual straight path passing through the focal point of the first mirror 120.

제2 거울(130)는 제1 거울의 홀을 통과한 광을 대상체로 반사하고, 대상체로부터 반사된 광을 수신하여 제1 거울로 반사한다. 제2 거울(130)는 기 설정된 주기로 움직여서 제2 거울의 법선의 기울기를 변화시킨다. 제2 거울(130)은 이동성 거울이며, 휨 운동, 떨림 운동, 왕복 운동, 시소 운동, 회전 운동, 또는 이들의 조합으로 움직일 수 있다. 예컨대, 스윙 거울로 구현될 수 있다.The second mirror 130 reflects the light passing through the hole of the first mirror to the object, and receives the reflected light from the object and reflects the light to the first mirror. The second mirror 130 moves at a predetermined period to change the slope of the normal of the second mirror. The second mirror 130 is a movable mirror, and can move in a bending motion, a shaking motion, a reciprocating motion, a seesaw motion, a rotation motion, or a combination thereof. For example, it can be implemented as a swing mirror.

제2 거울(130)에는 제2 거울(130)이 설치된 각도를 조절하는 기준 각도 조절부(132)가 연결될 수 있다. 예컨대, 기준 각도 조절부(132)는 제2 거울(130)의 법선을 지면의 수평면을 기준으로 -55도로 설정하여, 제2 거울(130)이 45도로 경사지게 설정할 수 있다. A reference angle adjusting unit 132 for adjusting the angle at which the second mirror 130 is installed may be connected to the second mirror 130. For example, the reference angle adjusting unit 132 may set the normal of the second mirror 130 to -55 degrees based on the horizontal surface of the ground, and set the second mirror 130 to be inclined at 45 degrees.

제2 거울(130)에는 제2 거울(130)이 움직이는 각도를 변화시키는 이동 각도 조절부(134)가 연결될 수 있다. 예컨대, 이동 각도 조절부(134)는 제2 거울(130)이 +/- 10도로 스윙하도록 설정할 수 있다.The second mirror 130 may be connected to a movement angle adjusting unit 134 for changing the angle at which the second mirror 130 moves. For example, the movement angle adjusting unit 134 may set the second mirror 130 to swing +/- 10 degrees.

제2 거울(130)에는 제2 거울(130)이 수직 방향으로 움직이는 주기를 변화시키는 수직 주파수 조절부(136)가 연결될 수 있다. 예컨대, 수직 주파수 조절부(136)는 제2 거울(130)이 200 Hz로 진동(Oscillation)하도록 설정할 수 있다.The second mirror 130 may be connected to a vertical frequency adjusting unit 136 that changes a period in which the second mirror 130 moves in the vertical direction. For example, the vertical frequency control unit 136 may set the second mirror 130 to oscillate at 200 Hz.

광 다이오드(140)는 제2 거울(130) 또는 반사체 등으로부터 반사된 광을 수신하여 전기 신호로 변환하는 장치이다. 광 다이오드(140)는 광자 에너지의 빛이 다이오드를 타격하면 이동전자와 양의 전하 정공이 생겨 전자가 활동하는 원리가 적용될 수 있다. 광 다이오드(140)는 PN 접합 광 다이오드, PIN 광 다이오드, 애벌란시 광 다이오드(Avalanche Photo Diode, APD) 등으로 구현될 수 있다.The photodiode 140 is a device that receives light reflected from the second mirror 130 or a reflector and converts it into an electrical signal. In the photodiode 140, when light of photon energy strikes the diode, a principle in which electrons are active because mobile electrons and positive charge holes are generated may be applied. The photodiode 140 may be implemented as a PN junction photodiode, a PIN photodiode, an avalanche photodiode (APD), or the like.

광 송수신기(100)는 움직이는 제2 거울(130)을 이용하여 광의 이동 경로 및 각도를 조절하여, 수직 시야각(Vertical Field of View)를 확보함으로써, 기존의 단일렌즈 및 광 다이오드 어레이(Photodiode Array)로 구현된 장치와는 달리 핀 포인트 측정이 가능하다.The optical transceiver 100 adjusts a moving path and angle of light using a moving second mirror 130 to secure a vertical field of view, thereby converting it into a conventional single lens and photodiode array. Unlike the implemented device, pin point measurement is possible.

광 송수신기(100)는 송신 광학부 및 수신 광학부를 포함할 수 있다. 송신 광학부 및 수신 광학부는 레이저 신호의 경로이고, 경통 구조로 형성될 수 있다. 광 송수신기(100)는 복수의 거울의 각도를 상이하게 설정하여 수평 방향과 지면 방향의 장애물을 동시에 검출할 수 있다. 송신 광학부 및 수신 광학부에 거울을 각각 연결하고, 송신 광학부 및 수신 광학부를 회전시켜 전방향으로 장애물을 검출할 수 있다. 예컨대, 스캔라인은 각각 45도와 60도로 설정될 수 있고, 2개 이상으로 구성될 수도 있다.The optical transceiver 100 may include a transmitting optical unit and a receiving optical unit. The transmitting optical section and the receiving optical section are paths of the laser signal, and may be formed in a barrel structure. The optical transceiver 100 may set the angles of the plurality of mirrors differently to simultaneously detect obstacles in the horizontal direction and the ground direction. Obstacles can be detected in all directions by connecting mirrors to the transmitting and receiving optics and rotating the transmitting and receiving optics, respectively. For example, the scan lines may be set at 45 degrees and 60 degrees, respectively, or may be composed of two or more.

광 송수신기(100)는 회전부(160)를 포함할 수 있다. 광 송수신기(100)는 회전부(160)를 통하여 수평 스캐닝(Horizontal Scanning)을 수행한다. 회전부(160)는 광원(110), 제1 거울(120), 제2 거울(130), 및 광 다이오드(140)를 회전축을 기준으로 회전시킨다. 광원(110) 및 광 다이오드(140)는 지지대에 설치되며 지지대에 연결된 모터 등의 구동장치를 동작시킨다.The optical transceiver 100 may include a rotating unit 160. The optical transceiver 100 performs horizontal scanning through the rotating unit 160. The rotating unit 160 rotates the light source 110, the first mirror 120, the second mirror 130, and the photodiode 140 based on the rotation axis. The light source 110 and the photodiode 140 are installed on a support and operate a driving device such as a motor connected to the support.

회전부(160)에는 회전부(160)가 회전하는 속도를 조절하는 수평 주파수 조절부(162)가 연결될 수 있다. 예컨대, 수평 주파수 조절부(162)는 회전부(160) 5 Hz로 회전(Rotation)하도록 설정할 수 있다.A horizontal frequency adjusting unit 162 for adjusting the rotation speed of the rotating unit 160 may be connected to the rotating unit 160. For example, the horizontal frequency adjusting unit 162 may be set to rotate the rotating unit 160 at 5 Hz.

도 6을 참조하면, 광원(110)으로부터 출사된 광은 ①부터 ⑥까지의 이동 경로를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6, light emitted from the light source 110 may form a movement path from ① to ⑥.

① 광원(110)으로부터 출사된 광은 제1 거울(120)의 홀을 지나 제2 거울(130)로 직선 경로로 이동한다. 광원(110)에서 출사된 광은 시준기(Collimator)를 통하여 콜리메이팅될 수 있다. 시준기(Collimator)는 입사 광선을 평행하게 만든다.① Light emitted from the light source 110 passes through the hole of the first mirror 120 and moves in a straight path to the second mirror 130. The light emitted from the light source 110 may be collimated through a collimator. The collimator makes the incident beam parallel.

② 움직이는 제2 거울(130)로부터 반사된 광은 제2 거울(130)의 각도에 따라 대상체(2)로 이동한다.② The light reflected from the moving second mirror 130 moves to the object 2 according to the angle of the second mirror 130.

③ 대상체(2)로부터 반사된 광은 제2 거울(130)로 직선 경로로 이동한다.③ The light reflected from the object 2 moves to the second mirror 130 in a straight path.

④ 움직이는 제2 거울(130)로부터 반사된 광은 제1 거울(120)로 이동한다.④ Light reflected from the moving second mirror 130 moves to the first mirror 120.

⑤ 제1 거울(120)에서 모인 광은 반사체(150)로 이동한다.⑤ Light collected from the first mirror 120 moves to the reflector 150.

⑥ 반사체(150)로부터 반사된 광은 광 다이오드(140)로 직선 경로로 이동한다.⑥ The light reflected from the reflector 150 moves in a straight path to the photodiode 140.

도 6에 도시된 바와 같이, 제1 거울의 홀, 제2 거울, 반사체, 광 다이오드를 배치하여 광의 이동 경로를 조절함으로써, 광원과 광 다이오드를 인접하게 위치시켜, 광 송수신기(100) 및 회전체의 크기를 최소화하고, 회전체(160)의 회전 반경을 최소화할 수 있다. As illustrated in FIG. 6, by arranging the holes of the first mirror, the second mirror, the reflector, and the photodiode to adjust the movement path of the light, the light source and the photodiode are positioned adjacent to each other, so that the light transceiver 100 and the rotating body To minimize the size of, it is possible to minimize the radius of rotation of the rotating body (160).

도 7 및 도 8은 광 송수신기의 이동성 거울의 이동 방식을 예시한 도면이다.7 and 8 are diagrams illustrating a method of moving the movable mirror of the optical transceiver.

도 7을 참조하면, 이동성 거울인 제2 거울(130)은 자석 및 코일에 의한 전자기력을 이용하여 움직일 수 있다. 거울의 중앙부위에는 부드러운 힌지가 있고 양 끝단에는 영구자석이 위치한다. 반사면의 후면의 끝단(또는 끝단에 가까운 지점)에 코일을 위치시킨다. 코일에 주기적으로 방향을 달리하여 전류를 흘려주면 제2 거울은 흔들리게 된다. 여기에서 자석과 코일에 의해서 생기는 힘은 작기 때문에, 제2 거울(130) 또는 제2 거울(130)의 법선(135)이 높은 주파수로 움직이려면, 힌지가 부드럽게 움직일 수 있는 소재를 사용할 필요가 있다. 힌지의 장력(Tension)이 강할수록, 제2 거울(130)이 적은 힘으로도 움직일 수도 있지만 고주파의 움직임을 만들기 어렵다.Referring to FIG. 7, the second mirror 130, which is a movable mirror, may move using electromagnetic force by a magnet and a coil. The center of the mirror has a soft hinge and permanent magnets at both ends. The coil is placed at the end (or close to the end) of the back side of the reflective surface. The second mirror is shaken when a current is flowed by periodically changing the direction of the coil. Here, since the force generated by the magnet and the coil is small, in order for the second mirror 130 or the normal 135 of the second mirror 130 to move at a high frequency, it is necessary to use a material capable of smoothly moving the hinge. . As the tension of the hinge is stronger, the second mirror 130 may move even with less force, but it is difficult to make high-frequency movement.

이동성 거울은 멤스(MEMS) 기술을 사용하거나 초음파 모터(Piezo Motor)를 사용할 수도 있고, 가성비를 고려하여 도 7과 같은 구조로 동작하는 것이 바람직하다.The movable mirror may use MEMS technology or use an ultrasonic motor (Piezo Motor), and it is preferable to operate in a structure as shown in FIG. 7 in consideration of the cost ratio.

도 7과 같은 구조는 수직 스캐닝 속도(Vertical Scanning Speed)가 낮을 수 있어, 다면체를 모터에 연결하여 회전하는 방식이 적용될 수도 있다. 도 8에서는 이동성 거울인 제2 거울(130)은 다각형 기둥으로 형성되어 회전축을 회전하며 움직일 수 있는 구조가 도시되어 있다. 광 송수신기는 제2 거울(130)의 회전 속도와 광원의 출사 속도의 관계를 조절하여 주기적인 시점마다 반사면의 법선의 기울기를 상이하게 조절할 수 있다.7, the vertical scanning speed may be low, and a method of rotating the polyhedron by connecting the motor may be applied. In FIG. 8, the second mirror 130, which is a movable mirror, is formed of a polygonal column, and a structure capable of rotating and rotating the rotation axis is illustrated. The optical transceiver may adjust the relationship between the rotational speed of the second mirror 130 and the emission speed of the light source to differently adjust the inclination of the normal of the reflective surface at periodic viewpoints.

거리 측정 장치(10)는 FPGA 등으로 구현된 제어부를 통해 제2 거울의 수직 스캐닝 움직임을 조절한다. 제어부는 주기적으로 +/- 시그널을 송신하여, 제2 거울을 스윙시킨다. 시그널이 주기파형이면, 주기적인 시점에 따라 거울의 각도가 일정하다. 필요에 따라서는 거울의 후면에 PSD 센서를 장착하여 각도를 측정할 수 있다. The distance measuring device 10 adjusts the vertical scanning movement of the second mirror through a control unit implemented by an FPGA or the like. The control unit periodically sends a +/- signal to swing the second mirror. If the signal is a periodic waveform, the angle of the mirror is constant according to the periodic viewpoint. If necessary, the PSD sensor can be mounted on the back of the mirror to measure the angle.

거리 측정 장치(10)는 FPGA 등으로 구현된 제어부를 통해 수평 회전 움직임을 조절한다. 제어부는 회전부의 회전 속도를 제어하고 회전체 내부 또는 외부에 있는 엔코더를 통해서 회전 각도를 측정한다. The distance measuring device 10 controls horizontal rotational movement through a control unit implemented by an FPGA or the like. The control unit controls the rotation speed of the rotating unit and measures the rotation angle through an encoder inside or outside the rotating body.

제2 거울의 수직 스캐닝 움직임을 조절하는 제어부 및 수평 회전 움직임을 조절하는 제어부는 각각 독립된 모듈로 구현될 수 있다.The control unit for adjusting the vertical scanning movement of the second mirror and the control unit for adjusting the horizontal rotation movement may be implemented as independent modules.

거리 측정기(200)는 제2 거울의 수직 스캐닝 움직임을 조절하는 제어부로부터 수직 각도를 수신하고, 수평 회전 움직임을 조절하는 제어부로부터 수평 각도를 수신하여, 수직 각도와 수평 각도를 저장한다.The distance meter 200 receives the vertical angle from the control unit that controls the vertical scanning movement of the second mirror, receives the horizontal angle from the control unit that controls the horizontal rotational movement, and stores the vertical angle and the horizontal angle.

거리 측정 장치(10)는 광원에서 출사된 광을 광 다이오드에서 수신하여, 비행기간(ToF)을 산출한다. 거리 측정 장치(10)는 인터페이스를 통하여 호스트로 수직 각도, 수평 각도, 및 비행시간을 전달한다. 비행기간은 보정 또는 캘리브레이션될 수 있다. 거리 측정 장치(10)는 수직 각도, 수평 각도, 및 비행시간 중에서 적어도 하나에 대해 노이즈를 제거하는 필터링을 수행한 후 호스트로 데이터를 전송할 수 있다. The distance measuring device 10 receives the light emitted from the light source from the photodiode, and calculates the inter-plane (ToF). The distance measuring device 10 transmits a vertical angle, a horizontal angle, and a flight time to the host through the interface. Inter-aircraft can be calibrated or calibrated. The distance measuring device 10 may transmit data to the host after performing filtering to remove noise for at least one of vertical angle, horizontal angle, and flight time.

도 9 및 도 10은 거리 측정 장치가 획득한 3차원 정보를 예시한 도면이다. 도 9 및 도 10에 도시된 점군 데이터의 위치 단위는 미터이다.9 and 10 are diagrams illustrating 3D information acquired by a distance measuring device. The location unit of the point cloud data shown in FIGS. 9 and 10 is a meter.

도 6과 같은 구조를 갖는 광 송수신기를 이용하여 획득한 점군 데이터가 도 9에 도시되어 있다. (i) 이동성 거울의 법선을 지면의 수평면을 기준으로 -55도로 설정하여, 이동성 거울이 45도로 경사지게 설정하고, (ii) 회전부를 5 Hz로 회전하도록 설정하고, (iii) 이동성 거울을 +/- 10도 각도로 스윙하며 200 Hz로 진동하도록 설정하고, (iv) 초당 10K 포인트를 획득하도록 광원의 출사 속도 또는 거리 측정 장치의 샘플링 레이트를 설정하면, 거리 측정 장치는 도 9에 도시된 3차원의 점군 데이터를 획득할 수 있다.The point group data obtained using the optical transceiver having the structure shown in FIG. 6 is illustrated in FIG. 9. (i) the normal of the movable mirror is set to -55 degrees relative to the horizontal plane of the ground, the movable mirror is set to be inclined at 45 degrees, (ii) the rotating part is set to rotate at 5 Hz, and (iii) the movable mirror is + / -When swinging at an angle of 10 degrees and setting to vibrate at 200 Hz, (iv) setting the emission rate of the light source or the sampling rate of the distance measuring device to obtain 10K points per second, the distance measuring device is three-dimensional as shown in FIG. Can acquire point cloud data of.

바닥면을 함께 측정해야만 하는 어플리케이션은 도 10과 같은 점군 데이터를 획득할 수 있다. (i) 이동성 거울의 법선을 지면의 수평면을 기준으로 -55도로 설정하고, (ii) 회전부를 10 Hz로 회전하도록 설정하고, (iii) 이동성 거울을 +/- 10도 각도로 스윙하며 800 Hz로 진동하도록 설정하고, (iv) 초당 10K 포인트를 획득하도록 광원의 출사 속도 또는 거리 측정 장치의 샘플링 레이트를 설정하고, (v) 광 송수신기의 높이를 0.1 미터로 설정하면, 거리 측정 장치는 도 10에 도시된 3차원의 점군 데이터를 획득할 수 있다.An application that must measure the bottom surface together can acquire point cloud data as shown in FIG. 10. (i) set the normal of the movable mirror to -55 degrees relative to the horizontal plane of the ground, (ii) set the rotating part to rotate at 10 Hz, (iii) swing the movable mirror at an angle of +/- 10 degrees and swing at 800 Hz Set to vibrate to, (iv) set the light emission rate or the sampling rate of the distance measuring device to obtain 10K points per second, and (v) set the height of the optical transceiver to 0.1 meters, the distance measuring device 3D point cloud data shown in FIG.

포인트 조절부(112), 기준 각도 조절부(132), 이동 각도 조절부(134), 수직 주파수 조절부(136), 및 수평 주파수 조절부(162)가 설정하는 수치는 구현되는 설계에 따라 적합한 수치가 사용될 수 있다.The numerical values set by the point adjusting unit 112, the reference angle adjusting unit 132, the moving angle adjusting unit 134, the vertical frequency adjusting unit 136, and the horizontal frequency adjusting unit 162 are suitable according to the design to be implemented. Values can be used.

거리 측정 장치 및 광 송수신기에 포함된 구성요소들이 도 3 내지 도 5에서는 분리되어 도시되어 있으나, 복수의 구성요소들은 상호 결합되어 적어도 하나의 모듈로 구현될 수 있다. 구성요소들은 장치 내부의 소프트웨어적인 모듈 또는 하드웨어적인 모듈을 연결하는 통신 경로에 연결되어 상호 간에 유기적으로 동작한다. 이러한 구성요소들은 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 이용하여 통신한다.Although the components included in the distance measuring device and the optical transceiver are shown separately in FIGS. 3 to 5, a plurality of components may be combined with each other and implemented as at least one module. The components are connected to a communication path connecting a software module or hardware module inside the device to operate organically with each other. These components communicate using one or more communication buses or signal lines.

거리 측정 장치 및 거리 측정기는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 로직회로 내에서 구현될 수 있고, 범용 또는 특정 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수도 있다. 장치는 고정배선형(Hardwired) 기기, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 장치는 하나 이상의 프로세서 및 컨트롤러를 포함한 시스템온칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다.The distance measuring device and the distance measuring device may be implemented in a logic circuit by hardware, firmware, software, or a combination thereof, or may be implemented using a general purpose or special purpose computer. The device may be implemented using a fixed-wired device, a field programmable gate array (FPGA), an application specific integrated circuit (ASIC), or the like. In addition, the device may be implemented as a System on Chip (SoC) including one or more processors and controllers.

거리 측정 장치 및 거리 측정기는 하드웨어적 요소가 마련된 컴퓨팅 디바이스에 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합하는 형태로 탑재될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신장치, 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다.The distance measuring device and the distance measuring device may be mounted on a computing device provided with hardware elements in software, hardware, or a combination thereof. Computing devices include various devices or communication devices such as communication modems for performing communication with wired / wireless communication networks, memory for storing data for executing programs, and microprocessors for executing and calculating and executing programs. It can mean a device.

본 실시예들에 따른 동작은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는 데 참여한 임의의 매체를 나타낸다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자기 매체, 광기록 매체, 메모리 등이 있을 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드, 및 코드 세그먼트들은 본 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.The operation according to the present embodiments may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. Computer readable media refers to any media that participates in providing instructions to a processor for execution. Computer-readable media may include program instructions, data files, data structures, or combinations thereof. For example, there may be a magnetic medium, an optical recording medium, a memory, and the like. The computer program may be distributed over a networked computer system to store and execute computer readable code in a distributed manner. Functional programs, codes, and code segments for implementing the present embodiment can be easily deduced by programmers in the technical field to which the present embodiment belongs.

본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The present embodiments are for explaining the technical spirit of the present embodiment, and the scope of the technical spirit of the present embodiment is not limited by these examples. The protection scope of the present embodiment should be interpreted by the claims below, and all technical spirits within the equivalent range should be interpreted as being included in the scope of the present embodiment.

1: 이동체 10: 거리 측정 장치
20: 이동 장치 100: 광 송수신기
110: 광원 120: 제1 거울
130: 제2 거울 140: 광 다이오드
150: 반사체 160: 회전부
200: 거리 측정기
1: moving body 10: distance measuring device
20: mobile device 100: optical transceiver
110: light source 120: first mirror
130: second mirror 140: photodiode
150: reflector 160: rotating part
200: distance meter

Claims (16)

거리 측정 장치에 있어서,
시작 제어 신호에 의해 대상체로 광을 출사하고 상기 대상체에 반사된 광을 수신하여 전기 신호로 변환하는 광 송수신기;
상기 전기 신호를 변환하여 정지 제어 신호를 생성하고, 상기 시작 제어 신호 및 상기 정지 제어 신호의 시간차를 기반으로 오실레이터에 포함된 논리소자의 위치를 조절한 시간 디지털 변환기를 이용하여 비행시간을 산출하여 거리를 측정하는 거리 측정기를 포함하며,
상기 광 송수신기는,
광을 출사하는 광원;
상기 광을 대상체로 반사하고, 상기 대상체로부터 반사된 광을 수신하여 반사하는 이동성 거울; 및
상기 이동성 거울로부터 반사된 광을 수신하여 상기 전기 신호로 변환하는 광 다이오드를 포함하며,
상기 시간 디지털 변환기는,
제1 클럭을 발생시키는 느린 오실레이터;
상기 제1 클럭보다 작은 제2 클럭을 발생시키는 빠른 오실레이터;
상기 느린 오실레이터의 상기 제1 클럭을 카운팅하는 보통 카운터;
상기 빠른 오실레이터의 상기 제2 클럭을 카운팅하는 정밀 카운터; 및
상기 제1 클럭 및 상기 제2 클럭이 동기화된 시점을 검출하는 위상 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
In the distance measuring device,
An optical transceiver that emits light to an object by a start control signal and receives light reflected from the object and converts it into an electrical signal;
Convert the electrical signal to generate a stop control signal, and calculate the flight time using a time digital converter that adjusts the position of the logic element included in the oscillator based on the time difference between the start control signal and the stop control signal. It includes a distance meter for measuring,
The optical transceiver,
A light source that emits light;
A movable mirror that reflects the light to an object and receives and reflects light reflected from the object; And
And a photo diode that receives light reflected from the movable mirror and converts it into the electrical signal.
The time digital converter,
A slow oscillator generating a first clock;
A fast oscillator generating a second clock smaller than the first clock;
A normal counter for counting the first clock of the slow oscillator;
A precision counter counting the second clock of the fast oscillator; And
And a phase detector configured to detect a time point when the first clock and the second clock are synchronized.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 이동성 거울은 기 설정된 주기로 움직여서 상기 이동성 거울의 법선의 기울기를 변화시키는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
According to claim 1,
The movable mirror moves at a predetermined period to change the slope of the normal of the movable mirror.
제4항에 있어서,
상기 이동성 거울은 휨 운동, 떨림 운동, 왕복 운동, 시소 운동, 회전 운동, 또는 이들의 조합으로 움직이는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
According to claim 4,
The movable mirror is a distance measuring device characterized in that it moves in a bending motion, a tremor motion, a reciprocating motion, a seesaw motion, a rotation motion, or a combination thereof.
제4항에 있어서,
상기 이동성 거울은 자석 및 코일에 의한 전자기력을 이용하여 움직이는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
According to claim 4,
The movable mirror is a distance measuring device characterized in that it moves using electromagnetic force by a magnet and a coil.
제4항에 있어서,
상기 이동성 거울은 다각형 기둥으로 형성되어 회전하며 움직이는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
According to claim 4,
The movable mirror is formed of a polygonal column, and the distance measuring device is characterized in that it rotates and moves.
제4항에 있어서,
상기 이동성 거울이 설치된 각도를 조절하는 기준 각도 조절부를 추가로 포함하는 거리 측정 장치.
According to claim 4,
Distance measuring device further comprises a reference angle adjusting unit for adjusting the angle at which the movable mirror is installed.
제4항에 있어서,
상기 이동성 거울이 움직이는 각도를 변화시키는 이동 각도 조절부를 추가로 포함하는 거리 측정 장치.
According to claim 4,
Distance measuring device further comprises a moving angle adjusting unit for changing the angle at which the movable mirror moves.
제4항에 있어서,
상기 이동성 거울이 수직 방향으로 움직이는 주기를 변화시키는 수직 주파수 조절부를 추가로 포함하는 거리 측정 장치.
According to claim 4,
Distance measuring device further comprises a vertical frequency control unit for changing the period in which the movable mirror moves in the vertical direction.
제1항에 있어서,
상기 광원, 상기 이동성 거울, 및 상기 광 다이오드를 회전축을 기준으로 회전시키는 회전부를 추가로 포함하는 거리 측정 장치.
According to claim 1,
A distance measuring device further comprising a rotating part that rotates the light source, the movable mirror, and the photodiode about an axis of rotation.
제11항에 있어서,
상기 회전부가 회전하는 속도를 조절하는 수평 주파수 조절부를 추가로 포함하는 거리 측정 장치.
The method of claim 11,
Distance measuring device further comprises a horizontal frequency adjusting unit for adjusting the rotation speed of the rotating unit.
제1항에 있어서,
기 설정된 샘플링 주기에 기반하여 상기 광원이 출사하는 속도를 조절하여 단위시간당 획득하는 점군 데이터 수를 조절하는 포인트 조절부를 추가로 포함하는 거리 측정 장치.
According to claim 1,
A distance measuring device further comprising a point control unit for controlling the number of point group data acquired per unit time by adjusting the speed at which the light source emits based on a preset sampling period.
삭제delete 삭제delete 이동체에 있어서,
상기 이동체 및 대상체 간의 비행시간을 산출하여 상기 대상체까지의 거리를 측정하는 거리 측정 장치; 및
상기 대상체까지의 거리를 기반으로 상기 이동체를 이동하도록 구현된 이동 장치를 포함하며,
상기 거리 측정 장치는,
시작 제어 신호에 의해 대상체로 광을 출사하고 상기 대상체에 반사된 광을 수신하여 전기 신호로 변환하는 광 송수신기;
상기 전기 신호를 변환하여 정지 제어 신호를 생성하고, 상기 시작 제어 신호 및 상기 정지 제어 신호의 시간차를 기반으로 오실레이터에 포함된 논리소자의 위치를 조절한 시간 디지털 변환기를 이용하여 비행시간을 산출하여 거리를 측정하는 거리 측정기를 포함하며,
상기 광 송수신기는,
광을 출사하는 광원;
상기 광을 상기 대상체로 반사하고, 상기 대상체로부터 반사된 광을 수신하여 반사하는 이동성 거울;
상기 이동성 거울로부터 반사된 광을 수신하여 상기 전기 신호로 변환하는 광 다이오드; 및
상기 광원, 상기 이동성 거울, 및 상기 광 다이오드를 회전축을 기준으로 회전시키는 회전부를 포함하며,
상기 시간 디지털 변환기는,
제1 클럭을 발생시키는 느린 오실레이터;
상기 제1 클럭보다 작은 제2 클럭을 발생시키는 빠른 오실레이터;
상기 느린 오실레이터의 상기 제1 클럭을 카운팅하는 보통 카운터;
상기 빠른 오실레이터의 상기 제2 클럭을 카운팅하는 정밀 카운터; 및
상기 제1 클럭 및 상기 제2 클럭이 동기화된 시점을 검출하는 위상 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 이동체.
In the mobile body,
A distance measuring device that measures a distance to the object by calculating a flight time between the moving object and the object; And
And a moving device implemented to move the moving object based on the distance to the object,
The distance measuring device,
An optical transceiver that emits light to an object by a start control signal and receives light reflected from the object and converts it into an electrical signal;
Convert the electrical signal to generate a stop control signal, and calculate the flight time using a time digital converter that adjusts the position of the logic element included in the oscillator based on the time difference between the start control signal and the stop control signal. It includes a distance meter for measuring,
The optical transceiver,
A light source that emits light;
A movable mirror that reflects the light to the object and receives and reflects light reflected from the object;
A photo diode that receives light reflected from the movable mirror and converts it into the electrical signal; And
And a rotating part rotating the light source, the movable mirror, and the photodiode about an axis of rotation,
The time digital converter,
A slow oscillator generating a first clock;
A fast oscillator generating a second clock smaller than the first clock;
A normal counter for counting the first clock of the slow oscillator;
A precision counter counting the second clock of the fast oscillator; And
And a phase detector configured to detect a point in time at which the first clock and the second clock are synchronized.
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