KR102226359B1

KR102226359B1 - 3D Scanning Lidar Sensor to Change Scan Mode

Info

Publication number: KR102226359B1
Application number: KR1020190018127A
Authority: KR
Inventors: 신경철; 박성주; 이재영; 천무웅; 김만열
Original assignee: 주식회사 유진로봇
Priority date: 2018-05-16
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2021-03-11
Also published as: KR102135559B1; KR20190131413A; KR20190131401A; KR102240518B1; KR20190131414A

Abstract

본 실시예들은 송신기 모듈과 수신기 모듈을 분리하고, 광원에서 출사된 광 또는 송신 거울에 반사된 광이 무빙 거울의 제1 반사 영역에 반사되어 대상체로 이동하고, 대상체로부터 반사된 광이 무빙 거울의 제2 반사 영역에 반사되어 송신 거울 또는 광 다이오드로 이동하도록 송신기, 거울, 수신기를 특정 공간에 배치하고, 광의 이동 경로를 분리하는 차단벽을 설치하고, 무빙 거울의 움직임의 범위를 조절함으로써, 산란광을 제거하여 3차원 스캐닝이 가능한 라이다 센서가 점군 데이터를 획득하기 위한 관심 영역을 설정할 수 있는 라이다 센서를 제공한다. In the present embodiments, the transmitter module and the receiver module are separated, and light emitted from a light source or light reflected by a transmitting mirror is reflected in the first reflection area of the moving mirror to move to the object, and the light reflected from the object is transferred to the moving mirror. Scattered light by placing the transmitter, mirror, and receiver in a specific space so that it is reflected in the second reflection area and moves to the transmitting mirror or photodiode, and by installing a barrier wall separating the movement path of the light, and adjusting the range of movement of the moving mirror. A lidar sensor capable of three-dimensional scanning by removing the LIDAR provides a lidar sensor capable of setting an ROI for acquiring point cloud data.

Description

3D Scanning Lidar Sensor to Change Scan Mode}

본 발명이 속하는 기술 분야는 3차원 공간을 스캔하는 라이다 센서에 관한 것이다.The technical field to which the present invention pertains is to a lidar sensor that scans a three-dimensional space.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section merely provides background information on the present embodiment and does not constitute the 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 three-dimensional distance measurement system scans a space by rotating a two-dimensional 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 the cost, size, and sampling rate, there is a limitation in producing it as a commercial product, not 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 two-dimensional photodiode array is applied measures a distance using structure light or time of flight. Structured light is a method of calculating a depth by projecting a unique pattern and detecting a corresponding point, and a flight time is a method of measuring a time difference or a phase difference and converting it into a distance. A device to which a two-dimensional photodiode array is applied has a problem in that it is difficult to widen the angle of view, and because of the large amount of three-dimensional information for each pixel, it is difficult to measure pinpoints.

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.A distance measuring apparatus to which a one-dimensional photodiode array is applied includes a photodiode array and a laser diode array (or a laser diode and a diffuser). The photodiode array has a structure in which hundreds to thousands of photodiodes are arranged in a straight line on a silicon crystal. The distance measuring device to which the one-dimensional photodiode array is applied is difficult to widen the angle of view, and modules such as high-efficiency diffusers, sensor arrays, and MEMS mirrors required for implementation are expensive, making it difficult to produce as a commercial product. have.

기존의 라이다 센서는 구현이 용이하도록, 송신기(Transmitter)를 위한 특정 튜브를 채택하거나 송신기와 수신기로부터 거울까지의 거리를 길게 확보하는 구조로 구현하였다. 기존의 2D 라이다 센서는 방사체(Emitter)로부터 거울까지 형성된 레이저 광 튜브를 갖고, 기존의 3D 라이다 센서는 특정 튜브를 통해 긴 거리를 형성하거나 제한된 영역에서 긴 거리를 생성하는 다중 거울을 이용한 빔 조절 방식을 채택한다.In order to facilitate the implementation of the existing lidar sensor, a specific tube for the transmitter is adopted or the distance between the transmitter and the receiver is secured to a long mirror. Existing 2D lidar sensors have a laser light tube formed from an emitter to a mirror, and conventional 3D lidar sensors form a long distance through a specific tube or a beam using multiple mirrors to generate a long distance in a limited area. Adopt a control method.

기존의 라이다 센서는 성능이 우수한 반면에 비용과 크기 측면에서 문제가 있다. 기존의 3D 라이다 센서는 효율적인 빔 경로를 형성하기 위해 복수의 고 반산율 거울을 필요하기 때문에 고가이다. 초소형 라이다는 크기가 제한되기 때문에, 기존의 튜브 또는 긴 거리 방식을 적용할 수 없다.While the conventional lidar sensor has excellent performance, there are problems in terms of cost and size. Conventional 3D lidar sensors are expensive because they require a plurality of high scatter mirrors to form an efficient beam path. Because the compact size is limited, the conventional tube or long distance method cannot be applied.

본 발명의 실시예들은 송신기 모듈과 수신기 모듈을 분리하고, 광원에서 출사된 광 또는 송신 거울에 반사된 광이 무빙 거울의 제1 반사 영역에 반사되어 대상체로 이동하고, 대상체로부터 반사된 광이 무빙 거울의 제2 반사 영역에 반사되어 송신 거울 또는 광 다이오드로 이동하도록 송신기, 거울, 수신기를 특정 공간에 배치하고, 광의 이동 경로를 분리하는 차단벽을 설치하고, 무빙 거울의 움직임의 범위를 조절함으로써, 산란광을 제거하여 3차원 스캐닝이 가능한 라이다 센서가 점군 데이터를 획득하기 위한 관심 영역을 설정하는 데 발명의 주된 목적이 있다.In the embodiments of the present invention, the transmitter module and the receiver module are separated, and light emitted from a light source or light reflected by a transmitting mirror is reflected in the first reflection area of the moving mirror to move to the object, and the light reflected from the object is moved. By arranging the transmitter, mirror, and receiver in a specific space so that it is reflected in the second reflection area of the mirror and moves to the transmitting mirror or photodiode, and by installing a barrier wall separating the movement path of light, and adjusting the range of movement of the moving mirror The main object of the invention is to set a region of interest for acquiring point cloud data by a lidar sensor capable of 3D scanning by removing scattered light.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other objects not specified of the present invention may be additionally considered within a range that can be easily deduced from the following detailed description and effects thereof.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 제1 반사 영역 및 제2 반사 영역을 포함하며 제1 방향 또는 제2 방향으로 움직이는 제1 각도 조절부; 상기 제1 각도 조절부의 상기 제1 반사 영역으로 광을 송신하는 광 송신부; 상기 제1 각도 조절부의 상기 제2 반사 영역으로부터 광을 수신하는 광 수신부; 상기 송신하는 광의 이동 경로와 상기 수신하는 광의 이동 경로를 분리하는 제1 차단막; 상기 제1 각도 조절부를 제3 방향 또는 제4 방향으로 움직이는 상기 제2 각도 조절부; 및 상기 제1 각도 조절부로 상기 제1 각도 조절부의 동작을 제어하는 신호를 송신하거나 상기 제2 각도 조절부로 상기 제2 각도 조절부의 동작을 제어하는 신호를 송신하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 스캔 모드에서 시간 흐름에 따라 점군 데이터를 획득하며, 상기 제1 각도 조절부의 이동 범위를 조절하여 상기 점군 데이터를 획득하기 위한 관심 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 광 송수신기를 제공한다.According to an aspect of the present embodiment, a first angle adjustment unit including a first reflection area and a second reflection area and moving in a first direction or a second direction; An optical transmission unit for transmitting light to the first reflection area of the first angle adjustment unit; A light receiving unit receiving light from the second reflective area of the first angle adjusting unit; A first blocking layer separating a movement path of the transmitting light and a movement path of the received light; The second angle adjusting part moving the first angle adjusting part in a third direction or a fourth direction; And a control unit for transmitting a signal for controlling an operation of the first angle adjusting unit to the first angle adjusting unit or for transmitting a signal for controlling the operation of the second angle adjusting unit to the second angle adjusting unit, wherein the control unit scans In the mode, point cloud data is acquired according to the passage of time, and an ROI for acquiring the point cloud data is set by adjusting a moving range of the first angle adjusting unit.

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, 제1 반사 영역 및 제2 반사 영역을 포함하며 제1 방향 또는 제2 방향으로 움직이는 제1 각도 조절부; 상기 제1 각도 조절부의 상기 제1 반사 영역으로 광을 송신하는 광 송신부; 상기 제1 각도 조절부의 상기 제2 반사 영역으로부터 광을 수신하는 광 수신부; 상기 송신하는 광의 이동 경로와 상기 수신하는 광의 이동 경로를 분리하는 제1 차단막; 상기 제1 각도 조절부를 제3 방향 또는 제4 방향으로 움직이는 상기 제2 각도 조절부; 및 상기 제1 각도 조절부로 상기 제1 각도 조절부의 동작을 제어하는 신호를 송신하거나 상기 제2 각도 조절부로 상기 제2 각도 조절부의 동작을 제어하는 신호를 송신하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 스캔 모드에서 시간 흐름에 따라 점군 데이터를 획득하며, 상기 제1 각도 조절부의 이동 범위를 조절하여 상기 점군 데이터를 획득하기 위한 관심 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치를 제공한다.According to another aspect of the present embodiment, there is provided an optical transceiver configured to emit light to an object according to a start control signal, receive light reflected from the object, and convert it into an electric signal; A distance measurer configured to convert the electric signal to generate a stop control signal, calculate a flight time based on a time difference between the start control signal and the stop control signal, and measure a distance, wherein the optical transceiver comprises: a first reflection A first angle adjustment unit including a region and a second reflection region and moving in a first direction or a second direction; An optical transmission unit for transmitting light to the first reflection area of the first angle adjustment unit; A light receiving unit receiving light from the second reflective area of the first angle adjusting unit; A first blocking layer separating a movement path of the transmitting light and a movement path of the received light; The second angle adjusting part moving the first angle adjusting part in a third direction or a fourth direction; And a control unit for transmitting a signal for controlling an operation of the first angle adjusting unit to the first angle adjusting unit or for transmitting a signal for controlling the operation of the second angle adjusting unit to the second angle adjusting unit, wherein the control unit scans A distance measuring apparatus is provided, wherein point cloud data is acquired in the mode according to the passage of time, and a region of interest for acquiring the point cloud data is set by adjusting a moving range of the first angle adjusting unit.

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, 제1 반사 영역 및 제2 반사 영역을 포함하며 제1 방향 또는 제2 방향으로 움직이는 제1 각도 조절부; 상기 제1 각도 조절부의 상기 제1 반사 영역으로 광을 송신하는 광 송신부; 상기 제1 각도 조절부의 상기 제2 반사 영역으로부터 광을 수신하는 광 수신부; 상기 송신하는 광의 이동 경로와 상기 수신하는 광의 이동 경로를 분리하는 제1 차단막; 상기 제1 각도 조절부를 제3 방향 또는 제4 방향으로 움직이는 상기 제2 각도 조절부; 및 상기 제1 각도 조절부로 상기 제1 각도 조절부의 동작을 제어하는 신호를 송신하거나 상기 제2 각도 조절부로 상기 제2 각도 조절부의 동작을 제어하는 신호를 송신하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 스캔 모드에서 시간 흐름에 따라 점군 데이터를 획득하며, 상기 제1 각도 조절부의 이동 범위를 조절하여 상기 점군 데이터를 획득하기 위한 관심 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 이동체를 제공한다.According to another aspect of the present embodiment, in a moving object, a distance measuring device for measuring a distance to the object by calculating a flight time between the moving object and the object; And a moving device implemented to move the moving object based on a distance to the object, wherein the distance measuring device emits light to the object by a start control signal and receives the light reflected from the object to receive an electrical signal. An optical transceiver that converts into; A distance measurer configured to convert the electric signal to generate a stop control signal, calculate a flight time based on a time difference between the start control signal and the stop control signal, and measure a distance, wherein the optical transceiver comprises: a first reflection A first angle adjustment unit including a region and a second reflection region and moving in a first direction or a second direction; An optical transmission unit for transmitting light to the first reflection area of the first angle adjustment unit; A light receiving unit receiving light from the second reflective area of the first angle adjusting unit; A first blocking layer separating a movement path of the transmitting light and a movement path of the received light; The second angle adjusting part moving the first angle adjusting part in a third direction or a fourth direction; And a control unit for transmitting a signal for controlling an operation of the first angle adjusting unit to the first angle adjusting unit or for transmitting a signal for controlling the operation of the second angle adjusting unit to the second angle adjusting unit, wherein the control unit is In the mode, point cloud data is acquired according to the passage of time, and an ROI for acquiring the point cloud data is set by adjusting a moving range of the first angle adjusting unit.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 송신기 모듈과 수신기 모듈을 분리하고, 광원에서 출사된 광 또는 송신 거울에 반사된 광이 무빙 거울의 제1 반사 영역에 반사되어 대상체로 이동하고, 대상체로부터 반사된 광이 무빙 거울의 제2 반사 영역에 반사되어 송신 거울 또는 광 다이오드로 이동하도록 송신기, 거울, 수신기를 특정 공간에 배치하고, 광의 이동 경로를 분리하는 차단벽을 설치하고, 무빙 거울의 움직임의 범위를 조절함으로써, 산란광을 제거하여 3차원 스캐닝이 가능한 라이다 센서가 점군 데이터를 획득하기 위한 관심 영역을 설정할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the embodiments of the present invention, the transmitter module and the receiver module are separated, and light emitted from a light source or light reflected by a transmission mirror is reflected in the first reflection area of the moving mirror and moves to the object. , A transmitter, a mirror, and a receiver are placed in a specific space so that the light reflected from the object is reflected in the second reflection area of the moving mirror and moves to the transmission mirror or photodiode, and a barrier wall is installed to separate the light movement path. By adjusting the range of motion of the mirror, there is an effect that a lidar sensor capable of 3D scanning by removing scattered light can set an ROI for acquiring point cloud data.

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 it is an effect not explicitly mentioned herein, the effect described in the following specification expected by the technical features of the present invention and the provisional effect 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 4는 광 송신기, 거울, 광 수신기의 배치에 따른 에코 현상을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 광 송수신기를 예시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 광 송수신기의 광 송신부를 예시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 광 송수신기의 광 수신부를 예시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 광 송수신기의 제1 각도 조절부를 예시한 블록도이다.
도 9 내지 도 11는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 광 송수신기를 예시한 도면이다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 광 송수신기의 제1 각도 조절부를 예시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 송수신기의 제1 각도 조절부를 예시한 블록도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 송수신기의 위치 센서 및 위치 표시자를 예시한 블록도이다.
도 17 내지 도 19은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 송수신기의 위치 센서 및 위치 표시자를 예시한 도면이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 광 송수신기의 송신 경로를 예시한 도면이다.
도 21은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 광 송수신기의 수신 경로를 예시한 도면이다.
도 23 내지 도 25는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 광 송수신기의 제2 각도 조절부를 예시한 도면이다.
도 26 및 도 27은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 광 송수신기의 동작을 예시한 흐름도이다.
도 28 내지 도 30은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 광 송수신기가 획득한 점군 데이터를 예시한 도면이다.1 is a block diagram illustrating a moving body according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a moving body according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating a distance measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an echo phenomenon according to an arrangement of an optical transmitter, a mirror, and an optical receiver.
5 is a block diagram illustrating an optical transceiver according to other embodiments of the present invention.
6 is a block diagram illustrating an optical transmission unit of an optical transceiver according to other embodiments of the present invention.
7 is a block diagram illustrating an optical receiver of an optical transceiver according to other embodiments of the present invention.
8 is a block diagram illustrating a first angle adjustment unit of an optical transceiver according to other embodiments of the present invention.
9 to 11 are diagrams illustrating an optical transceiver according to other embodiments of the present invention.
12 to 14 are diagrams illustrating a first angle adjustment unit of an optical transceiver according to other embodiments of the present invention.
15 is a block diagram illustrating a first angle adjustment unit of an optical transceiver according to another embodiment of the present invention.
16 is a block diagram illustrating a location sensor and a location indicator of an optical transceiver according to another embodiment of the present invention.
17 to 19 are diagrams illustrating a position sensor and a position indicator of an optical transceiver according to another embodiment of the present invention.
20 is a diagram illustrating a transmission path of an optical transceiver according to other embodiments of the present invention.
21 is a diagram illustrating a reception path of an optical transceiver according to other embodiments of the present invention.
23 to 25 are views illustrating a second angle adjusting unit of an optical transceiver according to other embodiments of the present invention.
26 and 27 are flowcharts illustrating an operation of an optical transceiver according to other embodiments of the present invention.
28 to 30 are diagrams illustrating point cloud data acquired by an optical transceiver according to other 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, in the description of the present invention, when it is determined that the subject matter of the present invention may be unnecessarily obscured as matters that are obvious to a person skilled in the art with respect to known functions related to the present invention, a detailed description thereof will be omitted, and some embodiments of the present invention will be described. It will be described in detail through exemplary drawings.

본 실시예에 따른 라이다 센서는 거리 측정 장치 또는 이동체에 적용될 수 있다. 즉, 라이다 센서는 소형 가전 등에 거리 측정이 필요한 제품 또는 드론, 자동차 등의 이동체에 적용이 가능하다. 라이다 센서는 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. 라이다 센서는 광 송수신기로 호칭될 수 있다.The lidar sensor according to the present embodiment may be applied to a distance measuring device or a moving object. That is, the lidar sensor can be applied to products that require distance measurement, such as small home appliances, or to moving objects such as drones and automobiles. The lidar sensor is a device that measures the return time after shooting a laser signal, 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. The lidar sensor may be referred to as an optical transceiver.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동체를 예시한 블록도이다. 1 is a block diagram illustrating a moving body 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 body 1 includes a distance measuring device 10 and a moving device 20. The moving body 1 may omit some of the various components illustrated by way of example in FIG. 1 or may additionally include other components. For example, the moving body may further include a cleaning unit.

이동체(1)는 미리 정의된 방식에 따라 특정 위치에서 다른 위치로 이동 가능하도록 설계된 장치를 의미하며, 바퀴, 레일, 보행용 다리, 날개, 멀티로터 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. 이동체(1)의 일례로는 로봇 청소기, 장난감 자동차, 산업용 또는 군사용 목적 등으로 이용 가능한 이동 로봇 등이 있을 수 있다. The moving body (1) refers to a device designed to move from a specific position to another position according to a predefined method, and by using moving means such as wheels, rails, walking legs, wings, multi-rotor, etc. You can move to the location. The moving object 1 may be moved according to the collected information after collecting external information using a sensor or the like, or may be moved by a user using a separate operation means. Examples of the moving body 1 may include a robot cleaner, a toy car, and a mobile robot that can be used for industrial or military purposes.

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.A robot cleaner is a device that automatically cleans a cleaning space by inhaling foreign substances such as dust accumulated on the floor while driving through the cleaning space. Unlike a general vacuum cleaner moving by external force by a user, a robot cleaner cleans a 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 automatically move using a predefined pattern, or may move according to the sensed after detecting an external obstacle by a detection sensor, or according to a signal transmitted from a remote control device operated by the user. It is possible to move.

감지 센서는 라이다(LIght Detection And Ranging, LIDAR)로 구현될 수 있다. 라이다는 레이저 신호를 쏘고 반사되어 돌아오는 시간 및 세기를 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 detection sensor may be implemented with LIght Detection And Ranging (LIDAR). Rida is a device that measures the time and intensity of the laser signal being reflected and returned, and 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 diagram illustrating a moving body according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 이동체 및 대상체 간의 비행시간을 산출하여 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 that measures the distance to the object by calculating the flight time between the moving object and the object is located at the upper end of the main body, but this is only an example and is not limited thereto, according to the design to be implemented. One or more can be implemented in 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 photodiodes, and scans the surroundings in 3D 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. In the time-of-flight method, the laser emits a pulse or square wave signal and measures the time when the reflected pulse or square wave signals from objects within the measurement range arrive at the receiver, thereby measuring the distance between the measurement object and the distance measuring device.

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. The moving device 20 calculates a driving path 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 mark.

이하에서는 도 3을 참조하여 이동체에 구현되거나 독립적으로 동작하는 거리 측정 장치를 설명하기로 한다. Hereinafter, a distance measuring apparatus implemented in a moving object or operated independently will be described with reference to FIG. 3.

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 measuring device 200. The distance measuring apparatus 10 may omit some components or additionally include other components among the various components exemplarily illustrated in FIG. 3. 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 according to the start control signal, receives the light reflected from the object, and converts it into an electric signal. The optical transceiver 100 outputs an electric 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. Trans-impedance amplifiers can be classified 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 electric signal. The optical transceiver 100 may repeatedly perform 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 light reflected from the object and converts it into an electric 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. In addition, as the size of the output signal increases, the time it takes for the signal to disappear increases.

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 converter outputs the electric signal during the detection time in the sampling period so as not to be limited to the extinguishing 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.If the resistance value is small, the waveform has a non-zero value for a time similar to the time that the light passes through the photodiode, but there is a problem that the size of the output signal is small. Therefore, it is necessary to amplify the magnitude of the electric signal by using a resistance having a value larger than a preset value for the resistance. In this case, signal distortion 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 stray phenomenon, the transmission path of the electric signal is changed through the switch. The optical transceiver 100 may output a signal from which a portion of an area in which the size of the electric signal is decreased has been removed. Even if the rear end of the electric 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 electric signal, but detects the start point and the maximum magnitude point of the electric 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 path of the electrical signal. For example, the switch may be implemented with a transistor or the like.

스위치는 (i) 샘플링 주기(T_s) 중에서 검출 시간(T_d) 동안 전기 신호를 제1 경로로 전달하고, (ii) 샘플링 주기(T_s) 중에서 차단 시간(T_c) 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 passes through the route. The first path is a path through which a signal is passed through the capacitor, and the second path is a path through which the signal is transferred to ground through a switch.

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 a sampling cycle without the need to wait until the signal disappears, even if the signal extinguishing time (T1, T2, T3) is required due to the trailing phenomenon of the electric signal output from the photodiode 140. The signal can be processed accordingly.

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 a sampling period, a detection time, a blocking time, a waveform of the emitted light, an on/off time interval of a light source, a pulse width of a start control signal, a pulse width of a stop control signal, a rotation speed of the optical transceiver, The on-off operation of the switch may 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 the resistor are connected to output an electrical signal. The capacitor functions 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 range finder 200 may include one or more signal discriminators that measure an accurate time point by converting an electrical signal 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 measurer 200 uses a signal discriminator to convert the electric signal to a signal point having a maximum signal level to have a preset size, adjusts the size of the converted electric signal, and detects a time point having a preset 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, rises and falls by reflected light. The signal discriminator accurately measures a desired point in time for the input signal and outputs an electric signal.

입력 신호의 형태에 따라 입력 신호는 전단 시점(T_front), 설정된 임계치와 만나는 목표 시점(T₁, T₂), 피크 시점(T_max)을 갖는다. 신호 판별기는 전단 시점(T_front) 및 피크 시점(T_max)에 가장 근접한 시점을 검출하기 위해 2단계 변환 과정을 수행한다. 변환한 신호는 전단 시점(T_front), 설정된 임계치와 만나는 상승 시점(T_rising1, T_rising2), 설정된 임계치와 만나는 하강 시점(T_falling1, T_falling2), 후단 시점(T_end)을 갖는다. 후단 시점(T_end)은 변환 전의 신호의 피크 시점(T_max)과 동일한 시점이다.Depending on the shape of the input signal, the input signal has a front point (T _front ), a target point (T ₁ , T ₂ ) meeting a set threshold, and a peak point (T _max ). The signal discriminator performs a two-step conversion process in order to detect a point closest to the _front point point (T front) and the peak point point (T _{max ).} The converted signal has a front point (T _front ), a rising point (T _rising1 , T _rising2 ) that meets the set threshold, a falling point (T _falling1 , T _falling2 ), and a rear end point (T _end ) that meets the set threshold. The later point T _end is the same as _{the peak 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 differentiates the input signal or converts the input signal using a constant fraction discriminator (CFD). The constant fraction discrimination is a method of finding the point at which the time point at which the delayed signal 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(T_rising1, T_rising2)은 전단 시점(T_front)에 가까워지고 하강 시점(T_falling1, T_falling2)은 후단 시점(T_end)에 가까워진다.The signal discriminator outputs a signal by measuring the precise point in time from the rising and falling electrical signals. The signal discriminator generates a stop control signal by converting the electric signal and detecting a time point having a preset reference size. When the slope of the input signal is converted so that the signal point with the maximum signal size has a preset size, the rising point (T _rising1 , T _rising2 _{) approaches the front} end point (T front) and the falling point (T _falling1 , T _falling2 ) is It approaches 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 so that the slope of the signal is close to the vertical through a plurality of amplification processes. Since the slope is large, even if a circuit is implemented with only a comparator, an accurate viewpoint can be obtained.

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 the input signal so that the signal point having the maximum signal level in the input signal has a preset size. For example, the signal is converted so that the amplitude becomes zero. The distance measurer 200 may detect a viewpoint close to the viewpoint having the maximum magnitude by converting the viewpoint having the maximum size to zero and comparing the threshold values.

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 adjusted input signal and outputs a signal. Here, the output signal can be of two types. For example, the range finder 200 may output a rising edge and a falling edge.

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 method. The distance meter 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 range finder 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 range finder 200 may include one or more time digital converters that convert the difference between two times into digital values. The input signal of the time digital converter may be in the form of a pulse of the same signal source or may be an edge of another signal source. For example, the distance measuring apparatus 10 may calculate a time difference based on a rising edge or a falling edge of a start control signal and a rising edge or a 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. As for the time digital converter, various methods such as a phase deviation method, a method using a high-resolution clock, and an equivalent time sampling method may be applied.

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 (N ₁ , N ₂ ) counted by a normal counter and a fine counter, and (ii) a large clock of a normal counter and a small clock of a precision counter. Measure Usually, the time difference between the large clock of the counter and the small clock of the precision counter determines the resolution of the time-to-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.Time-to-digital converters include a slow oscillator that generates a large clock and a fast oscillator that generates a small clock. The phase detector detects when the large clock and the 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. Conventional time-to-digital converters control the clock width by adjusting the number of buffers for slow oscillators and fast oscillators. The conventional time-to-digital converter has a resolution of about 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. Time-to-digital converters adjust the clock width by changing the position of the gates and the signal path on the circuit for slow oscillators and fast oscillators. For example, a slow oscillator and a fast oscillator can be combined into the same gate. The slow oscillator and the fast oscillator of the time digital converter according to the present embodiment change the position of the gates and the signal path, so that the time 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.Since the temporal digital converter handles rising and falling edges together, it can be designed to share a slow oscillator or a 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. An interface is a communication path through which information is transmitted and received with another device (or host). Another device may access 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, resulting in a time error. If a certain fraction discrimination method is applied in the process of converting the slope of the signal, the charging time of the capacitor of the comparator is different because the slope of the signal is different, and the response time of the comparator is changed, resulting in a time error. Accordingly, the distance measuring apparatus 10 performs a process of correcting a 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 range finder 200 corrects the flight time using the pulse width of the stop control signal. Since the output signal of a general photodiode has a large change in the pulse width, it is difficult to use unless the pulse width is matched with a work error of 1 to N, and is not close to each other. In this embodiment, since the process of converting the signal has been performed, the relationship between the pulse width and the work error can be modeled simply.

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 range finder 200 models a function between a work error and a pulse width, and measures a correction factor in advance. The range finder 200 corrects the flight time by applying a correction factor that is inversely proportional to the pulse width. Since the intensity of the reflected signal is weak and the pulse width is narrowed, the work error increases, so the distance measurer 200 sets a large correction factor. When the intensity of the reflected signal is strong and the pulse width is wider, the work error decreases, so the range finder 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 range finder 200 calculates the pulse width based on the rising edge or the falling edge of the stop control signal, and adds a factor value applied to the function of the pulse width versus the 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.

라이다 센서의 크기를 줄이기 위해서는 모든 부품, 예컨대, 송신기, 거울, 및 수신기 등을 긴밀하게 통합해야 한다. 광 송수신기의 크기를 줄이기 위해서는 송신기(Emitter) 및 수신기(Receiver)로부터 거울까지의 거리를 최소화해야 한다.To reduce the size of a lidar sensor, all components, such as transmitter, mirror, and receiver, must be tightly integrated. In order to reduce the size of the optical transceiver, the distance from the transmitter and receiver to the mirror must be minimized.

도 4는 광 송신기, 거울, 광 수신기의 배치에 따른 에코 현상을 예시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 광 송신기와 광 수신기 모두 하단에 위치하고, 거울이 상단에 위치할 경우에, 부품들을 소형화하는 과정에서 부품들의 위치와 광 경로에 따른 에코의 문제에 직면한다. 거울에서 나오는 확산 또는 산란한 광 신호로부터 에코가 발생한다. 레이저 신호가 거울을 만나면 약하게 확산 또는 반사되는 신호가 광 다이오드로 입력된다. 약한 신호로 인하여 상승 에지가 지연되고 실제 대상체의 거리에 따라 하강 에지가 변경된다. 4 is a diagram illustrating an echo phenomenon according to an arrangement of an optical transmitter, a mirror, and an optical receiver. Referring to FIG. 4, when both the optical transmitter and the optical receiver are located at the bottom, and the mirror is located at the top, in the process of miniaturizing the parts, a problem of echoes according to the positions of the parts and the optical path is encountered. An echo is generated from a diffuse or scattered light signal from a mirror. When the laser signal meets the mirror, a weakly diffused or reflected signal is input to the photodiode. The rising edge is delayed due to the weak signal, and the falling edge is changed according to the distance of the actual object.

라이다 센서를 소형화하기 위해서 송수신기와 거울과의 거리를 최소화해야 한다. 수직 시야각을 확보하기 위해 거울을 움직이되, 거울이 움직이는 공간을 확보해야 하고, 에코 신호를 차단할 필요가 있다. 이를 해결하기 위하여 본 실시예는 차단벽을 설치한다. In order to miniaturize the lidar sensor, the distance between the transceiver and the mirror must be minimized. In order to secure the vertical viewing angle, the mirror needs to be moved, but the space for the mirror to move needs to be secured and the echo signal needs to be blocked. In order to solve this problem, in this embodiment, a barrier wall is installed.

이하에서는 도 5 내지 도 25를 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. 5 to 25.

도 5를 참조하면, 광 송수신기(100)는 광 송신부(110), 광 수신부(120), 제1 차단막(130), 제1 각도 조절부(140), 제2 각도 조절부(150), 및 제어부(160)를 포함한다. 광 송수신기(100)는 도 5에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다. 도 6을 참조하면, 광 송신부(110)는 광원(112) 및 송신 반사체(114)를 포함할 수 있다. 도 7을 참조하면, 광 수신부(120)는 광 다이오드(122) 및 수신 반사체(124)를 포함할 수 있다. 도 8을 참조하면, 제1 각도 조절부(140)는 반사체(142), 제1 구동부(144), 제1 기어(145), 및 제2 기어(147)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the optical transceiver 100 includes an optical transmitter 110, an optical receiver 120, a first blocking layer 130, a first angle adjustment unit 140, a second angle adjustment unit 150, and It includes a control unit 160. The optical transceiver 100 may omit some of the various components exemplarily illustrated in FIG. 5 or may additionally include other components. Referring to FIG. 6, the light transmission unit 110 may include a light source 112 and a transmission reflector 114. Referring to FIG. 7, the light receiving unit 120 may include a photodiode 122 and a receiving reflector 124. Referring to FIG. 8, the first angle adjustment unit 140 may include a reflector 142, a first driving unit 144, a first gear 145, and a second gear 147.

도 9 내지 도 11는 광 송수신기를 예시한 도면이다.9 to 11 are diagrams illustrating an optical transceiver.

광 송신부(110)는 제1 각도 조절부(140)의 제1 반사 영역(143a)으로 광을 송신한다. 광 수신부(120)는 제1 각도 조절부(140)의 제2 반사 영역(143b)으로부터 광을 수신한다. 제1 차단막(130)은 송신하는 광의 이동 경로와 수신하는 광의 이동 경로를 분리한다. 제1 각도 조절부(140)는 제1 반사 영역(143a)과 제2 반사 영역(143b)을 갖고 광을 반사하며, 고정되거나 움직이도록 설치된다. The light transmitting unit 110 transmits light to the first reflective area 143a of the first angle adjusting unit 140. The light receiving unit 120 receives light from the second reflective area 143b of the first angle adjusting unit 140. The first blocking layer 130 separates a movement path of transmitted light and a movement path of received light. The first angle adjustment unit 140 has a first reflective area 143a and a second reflective area 143b, reflects light, and is installed to be fixed or movable.

광원(112)은 광을 출사하는 장치이며, 제1 반사 영역(143a) 또는 송신 반사체(114) 등으로 광을 송신한다. 광원(112)은 레이저 다이오드(Laser Diode, LD) 등으로 구현될 수 있다. 광원(112)은 나노 초 단위의 레이저 펄스 신호를 발생시킬 수 있다. 레이저 신호는 기 설정된 파장 대역을 가질 수 있다. 광원(112)에는 기 설정된 샘플링 주기에 기반하여 광원이 출사하는 속도를 조절하여 단위시간당 획득하는 점군 데이터 수를 조절하는 포인트 조절부가 연결될 수 있다. 포인트 조절부는 제어부(160)에 의해 구현될 수 있다. 예컨대, 포인트 조절부는 초당 10K 내지 200K 포인트를 획득하도록 광원(112)의 출사 속도를 설정할 수 있다.The light source 112 is a device that emits light, and transmits light to the first reflection region 143a or the transmission reflector 114 or the like. The light source 112 may be implemented as a laser diode (LD) or the like. The light source 112 may generate a laser pulse signal in units of nanoseconds. The laser signal may have a preset wavelength band. The light source 112 may be connected to a point control unit that adjusts the number of point cloud data acquired per unit time by adjusting the emission rate of the light source based on a preset sampling period. The point adjustment unit may be implemented by the control unit 160. For example, the point controller may set the emission speed of the light source 112 to obtain 10K to 200K points per second.

광 다이오드(122)는 제2 반사 영역(143b) 또는 수신 반사체(124) 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 122 is a device that receives light reflected from the second reflective region 143b or the receiving reflector 124 and converts it into an electric signal. In the photodiode 140, when light of photon energy strikes the diode, moving electrons and positively charged holes are generated, and the principle of electron activity may be applied. The photodiode 140 may be implemented as a PN junction photodiode, a PIN photodiode, an avalanche photo diode (APD), or the like.

송신 반사체(114), 수신 반사체(124), 반사체(142)는 거울로 구현될 수 있다. 광의 이동 경로 사이에 렌즈(113, 123)를 위치시킬 수 있다. 광 송수신기(100)는 렌즈 등을 이용하여 분광 또는 집광하거나 평행광을 형성할 수 있다. 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.The transmitting reflector 114, the receiving reflector 124, and the reflector 142 may be implemented as mirrors. The lenses 113 and 123 may be positioned between the light movement paths. The optical transceiver 100 may spectral or condensate or form parallel light using a lens or the like. The optical transceiver 100 may include a transmission optical unit and a reception optical unit. The transmission optical unit and the reception optical unit are paths of laser signals, and may be formed in a barrel structure.

반사체(142)는 제1 반사 영역(143a)과 제2 반사 영역(143b)을 포함한다. 제1 반사 영역(143a)은 광 송신부(110)가 송신한 광을 대상체로 반사한다. 제2 반사 영역(143b) 대상체로부터 반사된 광을 광 수신부(120)로 반사한다. 제1 차단막(130)은 광 송신부(110)가 송신하는 광의 일부가 제1 반사 영역(143a)에서 확산, 산란, 또는 반사되더라도 확산, 산란, 또는 반사된 광이 광 수신기(143b)로 이동하는 경로를 차단한다.The reflector 142 includes a first reflective area 143a and a second reflective area 143b. The first reflective area 143a reflects the light transmitted by the light transmitting unit 110 to the object. The light reflected from the object in the second reflective area 143b is reflected to the light receiving unit 120. The first blocking layer 130 allows diffused, scattered, or reflected light to move to the optical receiver 143b even if part of the light transmitted by the light transmitting unit 110 is diffused, scattered, or reflected in the first reflective region 143a. Block the path.

제어부(160)는 제1 각도 조절부(140)의 동작을 제어하는 신호를 송신하거나 제2 각도 조절부(150)의 동작을 제어하는 신호를 송신한다. 제어부(160)가 광 송수신기(100)의 각 구성요소를 제어하기 위해 설정하는 수치는 구현되는 설계에 따라 적합한 수치가 사용될 수 있다.The controller 160 transmits a signal that controls the operation of the first angle adjuster 140 or transmits a signal that controls the operation of the second angle adjuster 150. A numerical value set by the controller 160 to control each component of the optical transceiver 100 may be a numerical value suitable according to a design to be implemented.

도 12 내지 도 14는 광 송수신기의 제1 각도 조절부를 예시한 도면이다.12 to 14 are diagrams illustrating a first angle adjustment unit of an optical transceiver.

제1 각도 조절부(140)는 제1 차단막(130)에 의해 제1 반사 영역(143a)과 제2 반사 영역(143b)이 공간적으로 구분된 반사체(142)를 포함한다. 반사체(142)는 제1 반사 영역(143a)을 갖는 제1 반사체(142a)와 제2 반사 영역(143b)을 갖는 제2 반사체(142b)를 포함한다. 제1 반사체(142a)와 제2 반사체(142b)는 제1 차단막(130)에 의해 분리된 제1 공간과 제2 공간에 각각 위치한다.The first angle adjustment unit 140 includes a reflector 142 in which the first reflective area 143a and the second reflective area 143b are spatially divided by the first blocking layer 130. The reflector 142 includes a first reflector 142a having a first reflective area 143a and a second reflector 142b having a second reflective area 143b. The first reflector 142a and the second reflector 142b are respectively positioned in a first space and a second space separated by the first blocking layer 130.

본 실시예에서 광의 송신 경로와 광의 수신 경로는 제1 차단막(130)에 의해 상호 완벽하게 격리된다. 즉, 송신기 모듈과 수신기 모듈은 제1 차단막(130)으로 구분된 특정 공간 내부에 위치한다. 송신기 모듈과 수신기 모듈은 각각의 거울을 포함할 수 있다. 제1 차단막을 이용하여 에코 현상을 제거하므로, 광원의 출력을 높일 수 있다.In this embodiment, the light transmission path and the light reception path are completely isolated from each other by the first blocking layer 130. That is, the transmitter module and the receiver module are located inside a specific space divided by the first blocking layer 130. The transmitter module and the receiver module may each include a mirror. Since the echo phenomenon is removed by using the first blocking film, the output of the light source can be increased.

제어부(160)는 제1 반사 영역의 법선과 제2 반사 영역의 법선의 기울기를 변화시키고, 제어부(160)는 제1 반사 영역의 법선과 제2 반사 영역의 법선의 기울기의 변화를 동기화한다. 제어부(160)는 제1 반사 영역의 법선 방향과 제2 반사 영역의 법선 방향을 평행하게 조절한다.The controller 160 changes the inclination of the normal of the first reflective area and the normal of the second reflective area, and the controller 160 synchronizes the change of the inclination of the normal of the first reflective area and the normal of the second reflective area. The controller 160 adjusts the normal direction of the first reflection area and the normal direction of the second reflection area in parallel.

제1 각도 조절부(140)는 제1 각도 조절부(140)의 반사체(142)에 동력을 전달하는 제1 구동부(144)를 포함한다. 제1 구동부(144)는 일반 모터 또는 스텝 모터 등으로 구현될 수 있다. 제1 구동부(144)는 회전 방향, 회전 속도, 또는 회전 가속도를 조절할 수 있다. 제1 구동부(144)는 제1 방향 또는 제2 방향으로 회전한다. 제1 방향 또는 제2 방향은 수직 시야각에 따라 상 또는 하 방향을 의미할 수 있다.The first angle adjusting unit 140 includes a first driving unit 144 that transmits power to the reflector 142 of the first angle adjusting unit 140. The first driving unit 144 may be implemented as a general motor or a step motor. The first driving unit 144 may adjust a rotation direction, a rotation speed, or a rotation acceleration. The first driving unit 144 rotates in a first direction or a second direction. The first direction or the second direction may mean an up or down direction according to a vertical viewing angle.

제1 각도 조절부(140)는 제1 구동부(144)에 연결된 제1 기어(145)를 포함한다. 제1 각도 조절부(140)는 제1 기어(145)에 맞물려 움직이는 제2 기어(147)를 포함한다. 제2 기어(147)는 반사체(142)에 연결된다.The first angle adjustment unit 140 includes a first gear 145 connected to the first driving unit 144. The first angle adjustment unit 140 includes a second gear 147 meshed with the first gear 145 and moving. The second gear 147 is connected to the reflector 142.

제1 구동부(144)는 제어부(160)에 의해 설정된 제1 각도 범위 내에서 제1 방향 또는 제2 방향으로 회전한다. 제1 구동부(144)에 연결된 제1 기어(145)는 제1 방향 또는 제2 방향으로 회전한다. 제1 기어(145)에 맞물린 제2 기어(147)는 제1 방향 또는 제2 방향으로 회전한다. 제2 기어(147)에 연결된 반사체(142)는 기 설정된 제2 각도 범위 내에서 이동한다. The first driving unit 144 rotates in a first direction or a second direction within a first angular range set by the control unit 160. The first gear 145 connected to the first driving unit 144 rotates in a first direction or a second direction. The second gear 147 meshed with the first gear 145 rotates in a first direction or a second direction. The reflector 142 connected to the second gear 147 moves within a preset second angle range.

제1 각도 범위와 제2 각도 범위는 제1 기어(145) 및 제2 기어(147)의 톱니 비율에 따라 결정된다. 제1 기어(145)의 톱니의 개수와 제2 기어(147)의 톱니의 개수는 M 대 N(여기서 M과 N은 자연수)으로 설정되어 제1 구동부(144)의 회전 속도에 따라 반사체(142)의 이동 속도가 조절된다.The first and second angular ranges are determined according to tooth ratios of the first gear 145 and the second gear 147. The number of teeth of the first gear 145 and the number of teeth of the second gear 147 are set to M versus N (where M and N are natural numbers), and according to the rotation speed of the first driving unit 144, the reflector 142 ) Movement speed is adjusted.

제2 기어(147) 및 반사체(142)의 제2 각도 범위를 제한함으로써, 라이다 센서의 높이를 감소시킬 수 있다. 특히, 제2 각도 범위에 따른 공간 배치 효율을 증대시켜 반사체의 부피를 최소화할 수 있다. 제2 기어의 제2 각도 범위에 따라 제2 기어의 일부를 제거한다. 제1 기어와 맞닿지 않는 제2 기어의 톱니 부분의 형상을 최소할 수 있다. 즉, 제2 기어는 부채꼴 모양을 가질 수 있다. 부채꼴 모양의 제2 기어에서 호 부분에 톱니가 배치된다.By limiting the second angular range of the second gear 147 and the reflector 142, the height of the lidar sensor may be reduced. In particular, it is possible to minimize the volume of the reflector by increasing the space arrangement efficiency according to the second angular range. A part of the second gear is removed according to the second angular range of the second gear. The shape of the toothed portion of the second gear that does not come into contact with the first gear can be minimized. That is, the second gear may have a fan shape. In the second gear of the fan shape, the teeth are arranged in the arc part.

도 14를 참조하면, 제2 기어(147)는 호형(Arc Shape)의 홀을 포함할 수 있다. 광 송수신기의 프레임에 설치된 스토퍼(146)가 호형의 홀(148)을 가로지른다. 스토퍼는 제2 기어(147)의 움직임을 기계적으로 제한한다. 위치 센서로 제2 기어의 움직임을 감지하고, 제어부가 모터의 회전을 조절함으로써 스토퍼(146)와 홀(148)의 충돌을 방지한다.Referring to FIG. 14, the second gear 147 may include an arc-shaped hole. A stopper 146 installed in the frame of the optical transceiver crosses the arc-shaped hole 148. The stopper mechanically limits the movement of the second gear 147. The position sensor detects the movement of the second gear and the control unit controls the rotation of the motor to prevent collision between the stopper 146 and the hole 148.

제1 각도 조절부(140)는 탄성체(149)를 포함할 수 있다. 탄성체는 제1 기어(145) 또는 제2 기어(147)에 연결되고, 광 송수신기의 프레임에 설치된다. 탄성체(149)가 이완 또는 수축하여 제1 기어(145) 또는 제2 기어(147) 간의 백래시(Backlash)를 감소시킨다. 탄성체(149)는 토션 스프링(Torsion Spring), 코일 스프링 등이 사용될 수 있다.The first angle adjustment unit 140 may include an elastic body 149. The elastic body is connected to the first gear 145 or the second gear 147, and is installed in the frame of the optical transceiver. The elastic body 149 relaxes or contracts to reduce backlash between the first gear 145 or the second gear 147. The elastic body 149 may be a torsion spring, a coil spring, or the like.

도 15 내지 도 19를 참조하면, 제1 각도 조절부(140)는 광 송수신기의 프레임에 설치된 위치 센서(180)를 포함할 수 있다. 위치 센서(180)는 반사체(142)에 부착된 위치 표시자(170)로 광을 송수신하여 제2 기어(147)가 회전한 상태에서 반사체(142)가 기 설정된 위치에 있는지 여부를 감지한다.15 to 19, the first angle adjustment unit 140 may include a position sensor 180 installed in a frame of an optical transceiver. The position sensor 180 transmits and receives light to the position indicator 170 attached to the reflector 142 to detect whether the reflector 142 is in a preset position while the second gear 147 is rotated.

위치 센서(180)는 광 송수신기의 프레임에 설치된 제1 위치 센서(181) 및 제2 위치 센서(182)를 포함한다. 위치 표시자(170)는 반사체(142)에 설치된 제1 위치 표시자(171) 및 제2 위치 표시자(172)를 포함한다. 위치 표시자(170)는 반사체의 측면에 부착되며 광을 반사하는 물질로 구현될 수 있다. 제1 위치 표시자(171) 및 제2 위치 표시자(172)는 제2 기어의 회전축으로부터 동일한 거리에 위치한다.The position sensor 180 includes a first position sensor 181 and a second position sensor 182 installed in the frame of the optical transceiver. The location indicator 170 includes a first location indicator 171 and a second location indicator 172 installed on the reflector 142. The location indicator 170 is attached to the side of the reflector and may be implemented with a material that reflects light. The first position indicator 171 and the second position indicator 172 are positioned at the same distance from the rotation axis of the second gear.

제1 위치 센서(181)는 제1 위치 표시자(171)로 광을 송수신하여, 제2 기어(147)가 제1 방향으로 회전한 상태에서 반사체(142)가 기 설정된 제1 위치에 있는지 여부를 감지한다. 제1 위치는 반사체(142)가 상 방향으로 최대로 회전한 상태일 때의 위치일 수 있다.The first position sensor 181 transmits and receives light to the first position indicator 171 to determine whether the reflector 142 is in a preset first position while the second gear 147 is rotated in the first direction. To detect. The first position may be a position when the reflector 142 is rotated to the maximum in the upward direction.

제2 기어가 제한된 각도 범위에서 회전하는 동안에, 제1 위치 센서가 송신한 광의 이동 경로와 제1 위치 표시자가 움직이는 이동 경로는 한 번 교차하고, 제1 위치 센서가 송신한 광의 이동 경로와 제2 위치 표시자가 움직이는 이동 경로는 교차하지 않는다. 제1 위치 센서가 제2 위치 표시자에 의한 반사된 광을 수신하여 제1 위치를 혼동하는 것을 방지한다.While the second gear rotates in a limited angular range, the movement path of the light transmitted by the first position sensor and the movement path of the first position indicator intersect once, and the movement path of the light transmitted by the first position sensor and the second The movement path the position indicator moves does not intersect. The first position sensor is prevented from confusing the first position by receiving the reflected light by the second position indicator.

제2 위치 센서(182)는 제2 위치 표시자(172)로 광을 송수신하여, 제2 기어(147)가 제2 방향으로 회전한 상태에서 반사체(142)가 기 설정된 제2 위치에 있는지 여부를 감지한다. 제2 위치는 반사체(142)가 하 방향으로 최대로 회전한 상태일 때의 위치일 수 있다.The second position sensor 182 transmits and receives light to the second position indicator 172 to determine whether the reflector 142 is in a preset second position while the second gear 147 is rotated in the second direction. To detect. The second position may be a position when the reflector 142 is rotated to the maximum in the downward direction.

제2 기어가 제한된 각도 범위에서 회전하는 동안에, 제2 위치 센서가 송신한 광의 이동 경로와 제2 위치 표시자가 움직이는 이동 경로는 한 번 교차하고, 제2 위치 센서가 송신한 광의 이동 경로와 제1 위치 표시자가 움직이는 이동 경로는 교차하지 않는다. 제2 위치 센서가 제1 위치 표시자에 의한 반사된 광을 수신하여 제2 위치를 혼동하는 것을 방지한다.While the second gear rotates in a limited angular range, the movement path of the light transmitted by the second position sensor and the movement path of the second position indicator intersect once, and the movement path of the light transmitted by the second position sensor and the first The movement path the position indicator moves does not intersect. The second position sensor is prevented from confusing the second position by receiving the reflected light by the first position indicator.

도 18 및 도 19는 도 17의 A-A'를 따라 절단된 단면을 도시한다.18 and 19 are cross-sectional views taken along line AA′ of FIG. 17.

제2 기어(147)가 제1 방향으로 계속 회전하다가 제2 기어(147)의 홀의 하단에 설치된 제1 위치 표시자(171)가 제1 위치 센서(181)와 평행하도록 위치하면, 제1 위치 센서(181)는 제1 제어 신호를 제어부(160)로 송신한다. 제2 기어(147)가 제1 방향으로 회전할 때, 제2 기어(147)에 연결된 반사체(142)는 제1 방향으로 움직인다.If the second gear 147 continues to rotate in the first direction and the first position indicator 171 installed at the lower end of the hole of the second gear 147 is positioned parallel to the first position sensor 181, the first position The sensor 181 transmits the first control signal to the controller 160. When the second gear 147 rotates in the first direction, the reflector 142 connected to the second gear 147 moves in the first direction.

제2 기어(147)가 제2 방향으로 계속 회전하다가 제2 기어(147)의 홀의 상단에 설치된 제2 위치 표시자(172)가 제2 위치 센서(182)와 평행하도록 위치하면, 제2 위치 센서(182)는 제2 제어 신호를 제어부(160)로 송신한다. 제2 기어(147)가 제2 방향으로 회전할 때, 제2 기어(147)에 연결된 반사체(142)는 제2 방향으로 움직인다.If the second gear 147 continues to rotate in the second direction and the second position indicator 172 installed at the top of the hole of the second gear 147 is positioned parallel to the second position sensor 182, the second position The sensor 182 transmits a second control signal to the controller 160. When the second gear 147 rotates in the second direction, the reflector 142 connected to the second gear 147 moves in the second direction.

제어부(160)는 제1 위치 센서(181)로부터 제1 제어 신호를 수신한 시점의 반사체(142)의 위치에 대응하는 제1 구동부(144)의 회전 각도를 저장한다. 제어부(160)는 제2 위치 센서(182)로부터 제2 제어 신호를 수신한 시점의 반사체(142)의 위치에 대응하는 제1 구동부(144)의 회전 각도를 저장한다.The control unit 160 stores the rotation angle of the first driving unit 144 corresponding to the position of the reflector 142 at the time when the first control signal is received from the first position sensor 181. The control unit 160 stores the rotation angle of the first driving unit 144 corresponding to the position of the reflector 142 at the time when the second control signal is received from the second position sensor 182.

위치 센서(180)에서 송수신하는 광이 광 송신부(110)의 광 또는 광 수신부(120)의 광과 간섭되지 않도록 위치 센서(180)에 제4 차단막이 설치될 수 있다. 제4 차단막은 위치 센서(180)의 주변에 설치되며 제1 위치 센서(181) 및 제2 위치 센서(182)에 각각 설치될 수도 있다. A fourth blocking layer may be provided on the position sensor 180 so that light transmitted and received by the position sensor 180 does not interfere with the light of the light transmitting unit 110 or the light of the light receiving unit 120. The fourth blocking layer is installed around the position sensor 180 and may be installed on the first position sensor 181 and the second position sensor 182 respectively.

광 송수신기(100)는 움직이는 반사체(142)를 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. 광 송수신기는 점군(point cloud) 데이터를 획득한다.The optical transceiver 100 uses a moving reflector 142 to adjust a moving path and angle of light to secure a vertical field of view, thereby implementing a single lens and a photodiode array. Unlike the device, pinpoint measurement is possible. The optical transceiver acquires point cloud data.

도 9, 도 14, 도 20, 도 21에 도시된 바와 같이 반사체는 직사각형 타입의 거울로 구현될 수 있고, 구현되는 설계에 따라 적합한 크기와 모양을 갖는 다양한 형상의 거울이 사용될 수 있다. 송신기 모듈과 수신기 모듈은 고정된 거울(114, 124)을 각각 포함할 수 있다. As shown in FIGS. 9, 14, 20, and 21, the reflector may be implemented as a rectangular type mirror, and mirrors of various shapes having appropriate sizes and shapes may be used according to the implemented design. The transmitter module and the receiver module may include fixed mirrors 114 and 124, respectively.

라이다 센서에서 광의 송신 경로는 광 송신부에서 제1 반사 영역으로 형성되고, 광의 수신 경로는 제2 반사 영역에서 광 수신부로 형성된다. 제1 반사 영역과 제2 반사 영역이 동일한 방향을 바라보면 일정 각도로 움직인다. In the lidar sensor, the light transmission path is formed from the light transmitting unit to the first reflective area, and the light receiving path is formed from the second reflective area to the light receiving unit. When the first reflective area and the second reflective area look in the same direction, they move at a certain angle.

광 송신부(110)와 광 수신부(120)는 렌즈(113, 123)를 포함할 수 있다. 송신기와 수신기의 렌즈에 단 초점 렌즈를 사용하면 완벽한 초점을 맞추기가 어려울 수 있다. 바람직하게 일반적인 초점 길이 렌즈와 렌즈 튜브 레이를 인터페이스 보드에 장착할 수 있다. The light transmitting unit 110 and the light receiving unit 120 may include lenses 113 and 123. It can be difficult to achieve perfect focus with short focal lenses on the lenses of the transmitter and receiver. Preferably, a general focal length lens and a lens tube ray can be mounted on the interface board.

도 20을 참조하면, 광 송수신기(100)는 제1 기어에 연결된 모터를 이용하고, 제2 기어에 연결된 제1 반사체(142a)을 움직이게 할 수 있다. 송신기로부터 출력된 빔은 제1 반사체(142a)에 의해 조향된다. Referring to FIG. 20, the optical transceiver 100 may use a motor connected to a first gear and move a first reflector 142a connected to a second gear. The beam output from the transmitter is steered by the first reflector 142a.

도 20에서는 광의 송신 경로가 광원(112) -> 송신 렌즈(113) -> 송신 반사체(114) -> 제1 반사체(142a) -> 대상체로 형성될 수 있다. 필요에 따라 광의 수신 경로는 광원(112) -> 제1 반사체(142a)로 형성될 수도 있다. In FIG. 20, a light transmission path may be formed as a light source 112 -> a transmission lens 113 -> a transmission reflector 114 -> a first reflector 142a -> an object. If necessary, the light receiving path may be formed by the light source 112 -> the first reflector 142a.

도 21을 참조하면, 광 송수신기(100)는 제1 기어에 연결된 모터를 이용하고, 제2 기어에 연결된 제2 반사체(142b)을 움직이게 할 수 있다. 대상체로부터 수신한 빔은 제2 반사체(142b)에 의해 조향된다. Referring to FIG. 21, the optical transceiver 100 may use a motor connected to a first gear and move a second reflector 142b connected to a second gear. The beam received from the object is steered by the second reflector 142b.

도 21에서는 광의 수신 경로가 대상체 -> 제2 반사체(142b) -> 수신 반사체(124) -> 수신 렌즈(123) -> 광 다이오드(122)로 형성될 수 있다. 필요에 따라 광의 수신 경로는 제2 반사체(142b) -> 광 다이오드(122)로 형성될 수도 있다.In FIG. 21, a light receiving path may be formed as an object -> second reflector 142b -> receiving reflector 124 -> receiving lens 123 -> photodiode 122. If necessary, the light receiving path may be formed of the second reflector 142b -> photodiode 122.

제1 반사체(142a) 및 제2 반사체(142b)는 제2 기어에 연결되어 상호 동기화되어 움직인다. 제1 반사체와 제2 반사체는 제1 차단막을 관통하거나 제1 차단막을 넘어 연결되며, 일체로 구현될 수도 있다. The first reflector 142a and the second reflector 142b are connected to the second gear and move in synchronization with each other. The first reflector and the second reflector are connected through the first blocking layer or beyond the first blocking layer, and may be implemented integrally.

라이다 센서가 에코 현상에 의한 오차를 최소화한 핀 포인트 측정이 가능하면서 라이다 센서의 부피를 최소화할 수 있다.While the lidar sensor can measure pinpoints that minimize errors due to the echo phenomenon, the volume of the lidar sensor can be minimized.

3차원 라이다 센서, 즉 광 송수신기는 송신기 모듈, 수신기 모듈, 회전체, 및 제2 구동부를 포함한다. 송신기 모듈과 수신기 모듈은 회전체에 연결된다. 제2 구동부는 케이블, 체인 등을 통하여 회전체로 동력을 전달하며 모터 등으로 구현될 수 있다. 제2 구동부는 특정 방향으로 회전체를 회전시켜, 송신기 모듈과 수신기 모듈을 회전시킨다. The three-dimensional lidar sensor, that is, an optical transceiver, includes a transmitter module, a receiver module, a rotating body, and a second driver. The transmitter module and receiver module are connected to the rotating body. The second driving unit transmits power to the rotating body through a cable, a chain, or the like, and may be implemented as a motor or the like. The second driving unit rotates the rotating body in a specific direction to rotate the transmitter module and the receiver module.

도 22 내지 도 25에서는 광 송수신기의 제2 각도 조절부가 예시되어 있다.22 to 25 illustrate a second angle adjustment unit of the optical transceiver.

제2 각도 조절부(150)는 제1 각도 조절부(140)가 부착되어 회전하는 회전체(152)를 포함한다. 회전체(152)는 광 송신부, 광 수신부, 및 제1 차단막이 부착되어 회전한다. 회전체(152)는 베어링에 의해 제3 방향 또는 제4 방향으로 특정 각도만큼 회전할 수 있다.The second angle adjustment unit 150 includes a rotating body 152 to which the first angle adjustment unit 140 is attached and rotates. The rotating body 152 rotates with a light transmitting unit, a light receiving unit, and a first blocking film attached thereto. The rotating body 152 may be rotated by a specific angle in the third or fourth direction by the bearing.

제2 각도 조절부(150)는 회전체(152)에 연결되어 회전체(152)를 회전시키는 제2 구동부(154)를 포함한다. 제2 구동부(154)는 제2 각도 조절부(150)의 회전체(152)에 동력을 전달한다. 제2 구동부(154)는 일반 모터 또는 스텝 모터 등으로 구현될 수 있다. 제2 구동부(154)는 회전 방향, 회전 속도, 또는 회전 가속도를 조절할 수 있다. 제2 구동부(154)는 제3 방향 또는 제4 방향으로 회전한다. 제3 방향 또는 제4 방향은 수평 시야각에 따라 좌 또는 우 방향을 의미할 수 있다.The second angle adjusting unit 150 includes a second driving unit 154 connected to the rotating body 152 to rotate the rotating body 152. The second driving unit 154 transmits power to the rotating body 152 of the second angle adjusting unit 150. The second driving unit 154 may be implemented as a general motor or a step motor. The second driving unit 154 may adjust the rotation direction, rotation speed, or rotation acceleration. The second driving unit 154 rotates in a third or fourth direction. The third or fourth direction may mean a left or right direction according to a horizontal viewing angle.

제2 각도 조절부(150)는 광 송수신기(100)의 베이스(153, 고정체)와 회전체(152)를 연결하는 회전체 연결부(158)를 포함한다. 회전체 연결부(158)는 슬립링(159) 등을 통해 회전체의 내부로 파워(314, 315)를 전달하고 데이터를 통신할 수 있다.The second angle adjusting unit 150 includes a rotating body connecting part 158 that connects the base 153 (fixed body) of the optical transceiver 100 and the rotating body 152. The rotating body connection unit 158 may transmit power 314 and 315 to the interior of the rotating body through a slip ring 159 or the like and communicate data.

회전체 연결부(158)는 회전체의 내부에서 회전체와 무선으로 연결되어 데이터를 전달하는 데이터 통신부(316, 317)를 포함한다. The rotating body connection unit 158 includes data communication units 316 and 317 that are wirelessly connected to the rotating body and transmit data within the rotating body.

데이터 통신부는 제품에서 방출되는 전기적 노이즈 및 서지나 다이오드 스위칭에서 발생하는 방사 노이즈에 취약하기 때문에, 무선으로 연결된다. 통신 부분은 선을 완전히 제거하기 위해 적외선 통신 방식을 채택할 수 있다. 각각 상단 회전체와 하단 베이스의 중앙에는 적외선 송신기과 적외선 수신기가 구비되고, 이를 통해서 데이터를 양방향으로 송수신할 수 있다. Since the data communication unit is vulnerable to electrical noise emitted from the product and radiated noise generated by surge or diode switching, it is connected wirelessly. The communication part can adopt infrared communication method to completely remove the wire. An infrared transmitter and an infrared receiver are provided in the center of the upper rotating body and the lower base, respectively, and data can be transmitted and received in both directions.

데이터 통신부에서 무선으로 전송되는 데이터가 광 송신부의 광 또는 광 수신부의 광과 간섭되지 않도록, 데이터 통신부에 제2 차단막이 설치될 수 있다. 제2 차단막은 레이저와 적외선이 서로 간섭되지 않도록 한다. A second blocking layer may be provided in the data communication unit so that data transmitted wirelessly from the data communication unit does not interfere with the light of the optical transmission unit or the light of the light receiving unit. The second blocking layer prevents the laser and infrared rays from interfering with each other.

회전체 연결부(158)는 회전체의 내부에서 코일을 이용하여 무선 전력을 전달하는 파워 전달부를 포함한다. 코일은 제1 코일(311) 및 제2 코일(312)을 포함한다. 제1 코일(311)은 전력을 송신하고 제2 코일(312)을 전력을 수신할 수 있다. 반대의 경우도 가능하다.The rotating body connection unit 158 includes a power transmission unit that transmits wireless power using a coil inside the rotating body. The coil includes a first coil 311 and a second coil 312. The first coil 311 may transmit power and the second coil 312 may receive power. The opposite is also possible.

광 송수신기의 베이스에 연결된 제1 코일(311)과 회전체를 연결된 제2 코일(312)이 제3 차단막(313)에 의해 격리된다. 제3 차단막(313)은 베어링(155) 등의 금속 파트 주변에 설치되며, 페라이트 쉴드 등으로 구현될 수 있다. 제3 차단막(313)에 의해 코일의 전송 효율을 증가시킬 수 있다.The first coil 311 connected to the base of the optical transceiver and the second coil 312 connected to the rotating body are isolated by the third blocking film 313. The third blocking layer 313 is installed around a metal part such as the bearing 155 and may be implemented as a ferrite shield or the like. The third blocking layer 313 may increase the transmission efficiency of the coil.

거리 측정 장치는 FPGA, 프로세서 등으로 구현된 제어부를 통해 제1 각도 조절부의 반사체의 수직 스캐닝 움직임을 조절한다. 제어부는 제1 구동부로 제어 신호를 송신하여 반사체를 이동시킨다. 반사체의 수직 스캐닝 움직임을 조절하는 제어부 및 회전체의 수평 회전 움직임을 조절하는 제어부는 각각 독립된 모듈로 구현될 수 있다.The distance measuring device adjusts the vertical scanning movement of the reflector of the first angle adjustment unit through a control unit implemented by an FPGA or a processor. The control unit moves the reflector by transmitting a control signal to the first driving unit. The control unit for adjusting the vertical scanning movement of the reflector and the control unit for adjusting the horizontal rotational movement of the rotating body may be implemented as separate modules, respectively.

거리 측정기는 반사체의 수직 스캐닝 움직임을 조절하는 제어부로부터 수직 각도를 수신하고, 수평 회전 움직임을 조절하는 제어부로부터 수평 각도를 수신하여, 수직 각도와 수평 각도를 저장한다.The range finder receives a vertical angle from a controller that adjusts the vertical scanning motion of the reflector, and receives a horizontal angle from the controller that adjusts the horizontal rotational motion, and stores the vertical angle and the horizontal angle.

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

도 26 및 도 27은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 광 송수신기의 동작을 예시한 흐름도이다. 26 and 27 are flowcharts illustrating an operation of an optical transceiver according to other embodiments of the present invention.

단계 S1010에서 광 송수신기는 스캔 모드에서 교정 모드로 변경한다. 광 송수신기는 스캔을 시작하기 전에 점검할 때 또는 스캔하는 도중에 교정을 수행한다.In step S1010, the optical transceiver changes from the scan mode to the calibration mode. Optical transceivers perform calibration during checks or during scans before starting a scan.

광 송수신기가 스캔 모드에서 교정 모드로 변경되면, 단계 S1020에서 광 송수신기는 반사체를 제1 방향으로 회전시켜 제1 위치 표시자를 기준으로 반사체의 제1 위치를 측정한다. 제어부는 제1 위치에 대응하는 제1 구동부의 제1 기준 위치를 저장한다.When the optical transceiver is changed from the scan mode to the calibration mode, in step S1020, the optical transceiver rotates the reflector in the first direction to measure the first position of the reflector based on the first position indicator. The control unit stores a first reference position of the first driving unit corresponding to the first position.

광 송수신기가 스캔 모드에서 교정 모드로 변경되면, 단계 S1030에서 광 송수신기는 반사체를 제2 방향으로 회전시켜 제2 위치 표시자를 기준으로 반사체의 제2 위치를 측정한다. 제어부는 제2 위치에 대응하는 제1 구동부의 제2 기준 위치를 저장한다.When the optical transceiver is changed from the scan mode to the calibration mode, in step S1030, the optical transceiver rotates the reflector in the second direction to measure the second position of the reflector based on the second position indicator. The control unit stores a second reference position of the first driving unit corresponding to the second position.

제어부는 제1 각도 조절부로 제1 각도 조절부의 동작을 제어하는 신호를 송신하거나 제2 각도 조절부로 제2 각도 조절부의 동작을 제어하는 신호를 송신한다. 제어부는 교정 모드에서 제1 구동부의 제1 기준 위치와 제2 기준 위치를 교정한다. The controller transmits a signal to control the operation of the first angle adjuster to the first angle adjuster or transmits a signal to control the operation of the second angle adjuster to the second angle adjuster. The control unit calibrates the first reference position and the second reference position of the first driving unit in the calibration mode.

모터의 방향 전환 횟수가 증가하면, 모터와 반사체 간의 정렬이 어긋날 수 있다. 정렬이 어긋난 상태에서 모터의 회전 각도 또는 반사체의 회전 각도만 측정한다면, 반사체가 스토퍼에 충돌할 수 있다. 광 송신기는 위치 표시자를 이용하여 반사체의 실제 위치를 측정함으로써, 반사체의 양끝 위치에 대응하는 모터의 양끝 초기치를 주기적으로 설정한다. 일종의 폴백 기능에 해당한다.If the number of turns of the motor increases, the alignment between the motor and the reflector may be misaligned. If only the rotation angle of the motor or the rotation angle of the reflector is measured in a misaligned state, the reflector may collide with the stopper. The optical transmitter periodically sets initial values of both ends of the motor corresponding to the positions of both ends of the reflector by measuring the actual position of the reflector using a position indicator. This is a kind of fallback function.

광 송수신기 또는 제어부는 스캔 모드에서 시간 흐름에 따라 점군 데이터를 획득한다. 샘플링 주기가 제한된 상황에서 가치가 있는 데이터의 개수를 증가시킬 필요가 있다. 제약 사항에 따라 평면에서 최소 비용 경로를 찾는 주행 애플리케이션의 경우에는 평면 객체의 범위를 획득하기 위한 각도를 조절할 필요가 있다. 광 송수신기는 반사체의 요동 범위를 쉽게 변경할 수 있다. 예컨대, 수평 시야각이 기 설정된 기준 각도로부터 -45도 내지 0도로 설정 가능할 때, 일부 각도 범위에서 스캔이 가능하다.The optical transceiver or controller acquires point cloud data over time in the scan mode. In situations where the sampling period is limited, it is necessary to increase the number of valuable data. In the case of a driving application that finds the least cost path in a plane according to constraints, it is necessary to adjust the angle to obtain the range of the plane object. The optical transceiver can easily change the swing range of the reflector. For example, when the horizontal viewing angle can be set from -45 degrees to 0 degrees from a preset reference angle, scanning is possible in a partial angle range.

단계 S1110에서, 광 송수신기 또는 제어부는 제1 각도 조절부 또는 반사체의 이동 범위를 조절하여 점군 데이터를 획득하기 위한 관심 영역을 설정한다. 제1 각도 조절부에 포함된 반사체의 제1 각도의 범위와 제2 각도 조절부에 포함된 회전체의 제2 각도의 범위에 따라 스캔 가능 영역이 결정된다. 제어부는 제1 각도의 범위를 조절하여 스캔 가능 영역의 일부에 해당하는 관심 영역을 설정한다. In step S1110, the optical transceiver or the control unit sets a region of interest for acquiring point cloud data by adjusting the moving range of the first angle adjusting unit or the reflector. The scannable area is determined according to the range of the first angle of the reflector included in the first angle adjusting unit and the range of the second angle of the rotating body included in the second angle adjusting unit. The controller sets a region of interest corresponding to a part of the scannable region by adjusting the range of the first angle.

단계 S1120에서, 광 송수신기 또는 제어부는 제1 각도 조절부에 포함된 반사체의 제1 각도를 변경한다. 광 송수신기 또는 제어부는 스캔 모드를 (i) 일반 스캔 모드, (ii) 집중 스캔 모드, (iii) 스킵 스캔 모드, (iv) 프로그레시브 스캔 모드, (v) 인터레이스 스캔 모드, 또는 이들의 조합으로 변경하여, 상기 광 송수신기가 획득하는 상기 점군 데이터의 밀도 및/또는 경로를 조절한다.In step S1120, the optical transceiver or the control unit changes the first angle of the reflector included in the first angle adjustment unit. The optical transceiver or control unit can change the scan mode to (i) normal scan mode, (ii) intensive scan mode, (iii) skip scan mode, (iv) progressive scan mode, (v) interlaced scan mode, or a combination thereof. , To adjust the density and/or path of the point cloud data acquired by the optical transceiver.

일반 스캔 모드는 광 송수신기가 기준 각도 간격마다 라인 스캔하여 점군 데이터를 획득한다. 제1 각도 조절부에서 제1 구동부의 회전 각도에 해당하는 제1 각도 범위 또는 반사체의 회전 각도에 해당하는 제2 각도 범위가 기준 각도 간격으로 회전한다.In the general scan mode, the optical transceiver performs a line scan at each reference angle interval to obtain point cloud data. In the first angle adjustment unit, a first angle range corresponding to the rotation angle of the first driving unit or a second angle range corresponding to the rotation angle of the reflector rotates at a reference angle interval.

집중 스캔 모드는 광 송수신기가 기준 각도 간격보다 좁은 각도 간격마다 점군 데이터를 획득한다. 제1 각도 조절부에서 제1 구동부의 회전 각도에 해당하는 제1 각도 범위 또는 반사체의 회전 각도에 해당하는 제2 각도 범위가 기준 각도 간격보다 좁은 각도 간격으로 회전한다.In the intensive scan mode, the optical transceiver acquires point cloud data at each angular interval narrower than the reference angular interval. In the first angle adjustment unit, the first angle range corresponding to the rotation angle of the first driving unit or the second angle range corresponding to the rotation angle of the reflector rotates at an angular interval narrower than the reference angular interval.

스킵 스캔 모드는 광 송수신기가 기준 각도 간격보다 넓은 각도 간격마다 획득하거나 특정 각도 범위를 건너뛰고 점군 데이터를 획득한다. 제1 각도 조절부에서 제1 구동부의 회전 각도에 해당하는 제1 각도 범위 또는 반사체의 회전 각도에 해당하는 제2 각도 범위가 기준 각도 간격보다 넓은 각도 간격마다 회전하거나 특정 각도 범위를 건너뛰고 회전한다.In the skip scan mode, the optical transceiver acquires every angular interval wider than a reference angular interval or skips a specific angular range and acquires point cloud data. In the first angle adjustment unit, the first angle range corresponding to the rotation angle of the first driving unit or the second angle range corresponding to the rotation angle of the reflector rotates at intervals wider than the reference angle interval, or skips a specific angular range and rotates. .

일반 스캔 모드, 집중 스캔 모드, 및 스킵 스캔 모드가 스캔 간격에 관한 모드라면, 프로그레시브 스캔 모드 및 인터레이스 스캔 모드는 스캔 순서에 관한 모드이다.If the general scan mode, the intensive scan mode, and the skip scan mode are modes related to the scan interval, the progressive scan mode and the interlaced scan mode are modes related to the scan order.

프로그레시브 스캔 모드는 광 송수신기가 복수의 행을 순서대로 라인 스캔하여 점군 데이터를 획득한다. In the progressive scan mode, the optical transceiver acquires point cloud data by sequentially line-scanning a plurality of rows.

광 송수신기가 프로그레시브 스캔 모드로 동작하면, 관심 영역에서 N(N은 자연수) 개의 행을 스캔할 때, 첫 번째 행부터 마지막 행까지 순차적으로 증가시켜서 반사체가 이동하는 제1 각도의 방향을 유지한다. When the optical transceiver operates in the progressive scan mode, when scanning N (N is a natural number) rows in the region of interest, the direction of the first angle at which the reflector moves is maintained by sequentially increasing from the first row to the last row.

인터레이스 스캔 모드는 광 송수신기가 스캔한 행과 스캔한 행 사이의 중간 행을 스캔하여 점군 데이터를 획득한다. In the interlace scan mode, the optical transceiver scans a scanned row and an intermediate row between the scanned row to obtain point cloud data.

광 송수신기가 인터레이스 스캔 모드로 동작하면, 관심 영역에서 N(N은 자연수) 개의 행을 스캔할 때, K 번째 행을 스캔하고, L 번째 행을 스캔하고, M 번째 행을 스캔하여 반사체가 이동하는 제1 각도의 방향을 전환하는 구간을 포함한다. K는 N보다 작은 자연수이고, L은 K보다 크고 N보다 작거나 동일한 자연수이고, M은 N보다 작은 자연수이다. K와 M은 다른 자연수이다. 광 송수신기는 간헐적으로 행을 건너 띄고 스캔하지 않은 행을 스캔하여 행을 메우는 방식으로 동작한다.When the optical transceiver operates in the interlace scan mode, when scanning N (N is a natural number) rows in the region of interest, the K-th row is scanned, the L-th row is scanned, and the M-th row is scanned to move the reflector. It includes a section for changing the direction of the first angle. K is a natural number less than N, L is a natural number greater than K and less than or equal to N, and M is a natural number less than N. K and M are different natural numbers. The optical transceiver operates by intermittently skipping rows and filling rows by scanning unscanned rows.

인터레이스 스캔 모드에서, 제어부는 관심 영역에서 광 송수신기가 라인 스캔하는 행을 B*P+Q로 설정한다. P는 t에서 라인 스캔 간격이고, B는 양의 부호 또는 음의 부호이고, Q는 t-1에서 라인 스캔을 수행한 행이다. P는 기 설정된 조건에 따라 t-1에서 라인 스캔을 수행한 간격보다 크거나 작게 설정되는 값을 포함하며, B는 기 설정된 조건에 따라 특정 t에서 양의 부호에서 음의 부호로 또는 음의 부호에서 양의 부호로 변경된다. 여기서 조건은 기 설정된 순번, 관심 영역의 끝 행 등으로 설정될 수 있다.In the interlace scan mode, the control unit sets a row to be line-scanned by the optical transceiver in the region of interest as B*P+Q. P is a line scan interval at t, B is a positive sign or a negative sign, and Q is a line scan at t-1. P contains a value set to be larger or smaller than the interval at which the line scan is performed at t-1 according to a preset condition, and B is a positive sign or a negative sign at a specific t according to a preset condition. Is changed to a positive sign. Here, the condition may be set to a preset sequence number, an end row of an ROI, or the like.

예컨대, 수평 시야각이 기 설정된 기준 각도로부터 -45도 내지 0도로 설정 가능할 때, 0도 -> -5도 -> -10도 -> -20도 -> -25도 -> -30도 -> -27.5도 -> -22.5도 -> -17.5도 -> -12.5도 -> -7.5도 -> -2.5도 -> ... 등으로 변경할 수 있다.For example, when the horizontal viewing angle can be set from -45 degrees to 0 degrees from a preset reference angle, 0 degrees -> -5 degrees -> -10 degrees -> -20 degrees -> -25 degrees -> -30 degrees ->- It can be changed to 27.5 degrees -> -22.5 degrees -> -17.5 degrees -> -12.5 degrees -> -7.5 degrees -> -2.5 degrees -> ...

도 28 내지 도 30은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 광 송수신기가 획득한 점군 데이터를 예시한 도면이다. 28 to 30 are diagrams illustrating point cloud data acquired by an optical transceiver according to other embodiments of the present invention.

도 28에 도시된 3차원 점군 데이터의 위치 단위는 미터이다. 거리 측정 장치는 바닥면과 벽면에 관한 점군 데이터를 획득할 수 있다.The location unit of the 3D point cloud data shown in FIG. 28 is a meter. The distance measuring device may acquire point cloud data on a floor surface and a wall surface.

도 29에 도시된 점군 데이터를 참조하면, 광 송수신기는 제1 각도 조절부를 이용하여 점군 데이터의 획득 밀도를 조절할 수 있다. 광 송수신기는 스캔 가능 영역(400)에서 관심 영역 1(410)을 스킵 스캔 모드로 설정하고, 관심 영역 2(420)를 집중 스캔 모드로 설정하고, 관심 영역 3(430)을 일반 스캔 모드로 설정하여, 정해진 시간 동안 다양한 밀도로 점군 데이터를 획득할 수 있다.Referring to the point cloud data illustrated in FIG. 29, the optical transceiver may adjust the acquisition density of the point cloud data by using the first angle adjustment unit. The optical transceiver sets the region of interest 1 (410) to the skip scan mode in the scanable region 400, the region of interest 2 (420) to the intensive scan mode, and the region of interest 3 (430) to the general scan mode. Thus, point cloud data can be obtained at various densities for a predetermined time.

도 30에 도시된 점군 데이터를 참조하면, 광 송수신기는 제1 각도 조절부를 이용하여 점군 데이터의 획득의 경로를 조절할 수 있다. 광 송수신기는 스캔 가능 영역(400)에서 관심 영역 4(440)를 프로그레시브 스캔 모드로 설정하고, 관심 영역 5(450)를 인터레이스 스캔 모드로 설정하여, 정해진 시간 동안 다양한 경로로 점군 데이터를 획득할 수 있다.Referring to the point cloud data illustrated in FIG. 30, the optical transceiver may adjust a path of acquiring point cloud data using a first angle adjustment unit. The optical transceiver sets the region of interest 4 (440) to the progressive scan mode in the scanable region 400 and the region of interest 5 (450) to the interlace scan mode, so that point cloud data can be acquired through various paths for a predetermined time. have.

라이다 센서(광 송수신기) 및 거리 측정 장치에 포함된 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.A plurality of components included in the lidar sensor (optical transceiver) and the distance measuring device may be combined with each other to be implemented as at least one module. Components are connected to a communication path connecting a software module or a hardware module inside the device and 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, and may be implemented using a general purpose or specific purpose computer. The device may be implemented using a hardwired 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 apparatus and the distance measuring apparatus may be mounted in a form of software, hardware, or a combination thereof on a computing device provided with hardware elements. Computing devices include all or part of a communication device such as a communication modem for performing communication with various devices or wired/wireless communication networks, a memory storing data for executing a program, and a microprocessor for calculating and commanding by executing a program. 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 operations 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 medium refers to any medium that has participated in providing instructions to a processor for execution. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, or a combination thereof. For example, there may be a magnetic medium, an optical recording medium, a memory, and the like. Computer programs may be distributed over networked computer systems to store and execute computer-readable codes in a distributed manner. Functional programs, codes, and code segments for implementing this embodiment may be easily inferred by programmers in the art to which this 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 idea of the present embodiment, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of this embodiment should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present embodiment.

Claims

A first angle adjustment unit including a first reflection area and a second reflection area and moving in a first direction or a second direction;
An optical transmission unit for transmitting light to the first reflection area of the first angle adjustment unit;
A light receiving unit receiving light from the second reflective area of the first angle adjusting unit;
A first blocking layer separating a movement path of the transmitting light and a movement path of the received light;
A second angle adjusting part moving the first angle adjusting part in a third direction or a fourth direction; And
A control unit for transmitting a signal for controlling the operation of the first angle adjusting unit to the first angle adjusting unit or for transmitting a signal for controlling the operation of the second angle adjusting unit to the second angle adjusting unit,
The control unit acquires point cloud data over time in a scan mode, adjusts a moving range of the first angle adjustment unit to set an ROI for acquiring the point cloud data,
The control unit changes a first angle of the reflector included in the first angle adjustment unit,
The control unit changes the scan mode to (i) normal scan mode, (ii) concentrated scan mode, (iii) skip scan mode, (iv) progressive scan mode, (v) interlaced scan mode, or a combination thereof, And controlling at least one of a density and a path of the acquired point cloud data.

The method of claim 1,
The first angle adjustment unit,
A reflector having the first reflective area and the second reflective area;
A first driving unit that transmits power to the reflector;
A first gear connected to the first driving unit; And
And a second gear connected to the reflector and engaged with the first gear to move.

The method of claim 1,
The second angle adjustment unit,
A rotating body to which the first angle adjustment part is attached to rotate;
A second driving unit connected to the rotating body to rotate the rotating body; And
And a rotating body connecting part connecting the base of the optical transceiver and the rotating body.

The method of claim 1,
The scannable area is determined according to the range of the first angle of the reflector included in the first angle adjusting part and the range of the second angle of the rotating body included in the second angle adjusting part,
And the control unit adjusts the range of the first angle to set an ROI corresponding to a part of the scannable area.

delete

The method of claim 1,
In the general scan mode, the optical transceiver obtains the point cloud data by performing a line scan at each reference angle interval.

The method of claim 1,
In the intensive scan mode, the optical transceiver acquires the point cloud data at an angular interval narrower than a reference angular interval.

The method of claim 1,
The skip scan mode is characterized in that the optical transceiver acquires every angular interval wider than a reference angular interval or skips a specific angular range and acquires the point cloud data.

The method of claim 1,
In the progressive scan mode, the optical transceiver obtains the point cloud data by sequentially scanning a plurality of rows.

The method of claim 9,
In the progressive scan mode,
When scanning N (where N is a natural number) rows in the ROI, the first row to the last row are sequentially increased to maintain a direction of a first angle at which the reflector moves.

The method of claim 1,
In the interlace scan mode, the point cloud data is obtained by scanning a row scanned by the optical transceiver and an intermediate row between the scanned row.

The method of claim 11,
In the interlace scan mode,
When scanning N (where N is a natural number) rows in the region of interest, the K-th row smaller than N is scanned, the L-th row larger than K, and the M-th row smaller than L are scanned. An optical transceiver comprising a section for changing a direction of a first angle in which the reflector moves, and operates in a manner of intermittently crossing rows and filling rows by scanning unscanned rows.

The method of claim 11,
In the interlace scan mode,
The control unit sets the line scanned by the optical transceiver in the ROI as B*P+Q, where P is a line scan interval at t, B is a positive sign or a negative sign, and Q is This is the line where the line scan was performed at t-1,
The P includes a value set to be larger or smaller than the interval at which the line scan is performed at t-1 according to a preset condition, and B is a positive sign or a negative sign at a specific t according to a preset condition. Optical transceiver, characterized in that it is changed from the sign of the positive sign.

An optical transceiver configured to emit light to an object according to a start control signal, receive light reflected from the object, and convert it into an electric signal;
A distance measuring device that converts the electrical signal to generate a stop control signal, calculates a flight time based on a time difference between the start control signal and the stop control signal, and measures a distance,
The optical transceiver,
A first angle adjustment unit including a first reflection area and a second reflection area and moving in a first direction or a second direction;
An optical transmission unit for transmitting light to the first reflection area of the first angle adjustment unit;
A light receiving unit receiving light from the second reflective area of the first angle adjusting unit;
A first blocking layer separating a movement path of the transmitting light and a movement path of the received light;
A second angle adjusting part moving the first angle adjusting part in a third direction or a fourth direction; And
A control unit for transmitting a signal for controlling the operation of the first angle adjusting unit to the first angle adjusting unit or for transmitting a signal for controlling the operation of the second angle adjusting unit to the second angle adjusting unit,
The control unit acquires point cloud data over time in a scan mode, adjusts a moving range of the first angle adjustment unit to set an ROI for acquiring the point cloud data,
The control unit changes a first angle of the reflector included in the first angle adjustment unit,
The control unit changes the scan mode to (i) normal scan mode, (ii) concentrated scan mode, (iii) skip scan mode, (iv) progressive scan mode, (v) interlaced scan mode, or a combination thereof, And controlling at least one of a density and a path of the point cloud data acquired by the optical transceiver.

In the moving body,
A distance measuring device for measuring a distance to the object by calculating a flight time between the moving object and the object; And
Including a moving device implemented to move the moving object based on the distance to the object,
The distance measuring device,
An optical transceiver configured to emit light to an object according to a start control signal, receive light reflected from the object, and convert it into an electric signal;
A distance measuring device that converts the electrical signal to generate a stop control signal, calculates a flight time based on a time difference between the start control signal and the stop control signal, and measures a distance,
The optical transceiver,
A first angle adjustment unit including a first reflection area and a second reflection area and moving in a first direction or a second direction;
An optical transmission unit for transmitting light to the first reflection area of the first angle adjustment unit;
A light receiving unit receiving light from the second reflective area of the first angle adjusting unit;
A first blocking layer separating a movement path of the transmitting light and a movement path of the received light;
A second angle adjusting part moving the first angle adjusting part in a third direction or a fourth direction; And
A control unit for transmitting a signal for controlling the operation of the first angle adjusting unit to the first angle adjusting unit or for transmitting a signal for controlling the operation of the second angle adjusting unit to the second angle adjusting unit,
The control unit acquires point cloud data over time in a scan mode, adjusts a moving range of the first angle adjustment unit to set an ROI for acquiring the point cloud data,
The control unit changes a first angle of the reflector included in the first angle adjustment unit,
The control unit changes the scan mode to (i) normal scan mode, (ii) concentrated scan mode, (iii) skip scan mode, (iv) progressive scan mode, (v) interlaced scan mode, or a combination thereof, And controlling at least one of a density and a path of the point cloud data acquired by the optical transceiver.