KR100957084B1 - 공간 정보 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

강도 변조광을 사용하고, 대상 공간으로부터 반사되는 광의 광 강도에 기초하여 공간 정보를 검출하는 장치에 있어서, 발광 소자로부터의 강도 변조광의 위상과 강도 변조광을 수광하는 수광 소자를 동작 타이밍을 동기시키는 타이밍 동기 회로가 제공된다. 상기 수광 소자는 강도 변조광의 1주기 내에서 복수의 위상 구간 각각에 있어 수광된 광의 강도를 검출할 수 있도록 동작된다. 상기 타이밍 동기 회로는 수광 소자의 동작을 결정하는 주기적 변동과 발광 소자 구동 회로로부터의 출력에 따른 주기적 변동을 비교하여, 이들 주기적 변동의 위상차가 일정하게 유지되도록 기능한다.

Description

공간 정보 검출 장치 {SPATIAL INFORMATION DETECTING APPARATUS}
본 발명은 강도 변조광(intensity-modulated light)을 사용하여, 대상 공간에 조사한 강도 변조광과 물체로부터 반사된 강도 변조광의 관계에 기초하여, 대상 공간 내에 위치한 물체까지의 거리 및 물체의 반사율과 같은 공간 정보를 검출하는 공간 정보 검출 장치에 관한 것이다.
일본 특허공개공보 제2004-45304호는, 강도 변조광을 사용하여 대상 공간 내에 위치한 물체와의 거리를 측정하는 기술을 개시하고 있다. 정현파형(sinusoidal waveform)의 강도 변조광을 사용하면, 물체로부터 반사된 광 또한 물체와의 거리에 따라 변화하는 위상차를 가지는 정현파형이다. 따라서, 투광한 대상 공간 내의 물체까지의 거리를, 방사된 강도 변조광과 반사된 강도 변조광의 위상차에 기초하여 측정할 수 있다.
수광된 강도 변조광의 복수의 위상 구간(phase range) 각각에 대해 강도를 측정하면, 위상 구간의 위치와 수광 강도(received light intensity)의 관계로부터 위상차를 구할 수 있다. 예를 들면, 수광 강도 Ir는
Figure 112008038426229-pct00001
로 표현될 수 있으며, 여기서 i(t)는 시간 t의 함수인 조사한 광의 강도이고,
Figure 112008038426229-pct00002
은 물체까 지의 거리나 물체의 반사율에 의한 광 감쇠 계수이며, le는 환경 조명(environmental illumination)(외란 조명, disturbance illumination)의 강도이고, d는 물체까지의 거리 L에 상당하는 지연 시간이며 d = 2L/c로 표현된다.
위의 식은 3개의 미지수, 즉 감쇠 계수
Figure 112008038426229-pct00003
, 지연 시간 d, 및 환경 조명 강도 le를 가지고, 이것들은 3회 이상의 상이한 시각에서 수광 강도를 각각 측정함으로써 구할 수 있다. 따라서, 물체까지의 거리와 물체의 반사율을 공간 정보로서 구할 수 있다. 강도 변조광은 일반적으로 강도가 주기적으로 변화하도록 설계되기 때문에, 복수의 주기에 걸쳐 수광 강도를 적분하여 환경 조명의 변화 또는 장치의 내에서 발생하는 노이즈의 영향을 억제할 수 있다.
전술한 기술을 사용하여 공간 정보를 검출하기 위해서는, 대상 공간에 조사된 강도 변조광의 위상 구간과 수광된 광의 위상 구간이 정확하게 상호 관계를 가져야 한다. 특정한 하나의 위상 구간에서 수광 소자로부터 전하를 인출하는 일반적인 기술로서는, 전하의 인출 타이밍을 제어하는 제어 전극이 구비된 수광 소자로부터 전하를 인출하기 위해 특정한 위상 구간을 나타내는 신호를 전송하는 기술(CCD 등의 수광 소자를 사용하는 경우)과, 특정한 위상 구간에 대응하는 기간에 인출된 전하만을 선택하는 기술(포토 다이오드 등으로 이루어지는 수광 소자를 사용하는 경우)이 있다. 측정의 정밀도를 높이려면, 상기한 기술은 모두, 발광 소자에 제공되는 신호와 전하 인출을 위해 수광 소자에 제공되는 신호를 정확하게 동기시키는 것이 필요하다.
하지만, 발광 소자, 수광 소자, 그리고 발광 소자 및 수광 소자와 관련된 신 호를 생성하는 회로는, 주위 온도 및 습도의 변화에 따라 특성이 변화할 수 있다. 따라서, 캘리브레이션(calibration)한 후에 장치를 작동시켜도 환경 변화에 의해, 측정 결과에 오차가 확대될 가능성이 항상 존재한다.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 강도 변조광을 사용하여 주위 환경의 변화에 의한 검출 오차를 감소시키고 정확한 측정이 보장되도록 한 공간 정보 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 공간 정보 검출 장치는, 대상 공간에 강도 변조광을 방사하는 발광 소자(100); 상기 대상 공간 내의 물체로부터 반사되는 상기 강도 변조광을 수광하는 수광 소자(200); 및 상기 수광 소자에서 수광되는 광의 광 강도를 복수의 위상 구간(P0, P1, P2, P3) 각각에서 인출하고, 상기 인출된 광 강도에 기초하여, 상기 발광 소자로부터 방사된 강도 변조광과 상기 수광 소자에서 수광된 강도 변조광 사이의 관계를 결정하여, 상기 대상 공간 내의 공간 정보를 출력하도록 구성된 정보 출력 회로(300)를 포함한다.
상기 발광 소자로부터 강도 변조광을 발생시키기 위해, 상기 공간 정보 검출 장치는, 상기 발광 소자의 발광 타이밍을 결정하는 발광 타이밍 신호를 발생시키도록 구성된 발광 신호 발생 회로(10); 및 상기 발광 타이밍 신호에 응답하여, 상기 발광 소자로부터 상기 강도 변조광을 발생시키는 발광 소자 구동 신호를 출력하도록 구성된 발광 소자 구동 회로(30)를 포함한다.
또, 상기 수광 소자를 동작시켜 각각의 상기 위상 구간에서 광을 수광하도록 하기 위해, 상기 공간 정보 검출 장치는, 서로 위상 관계가 어긋난 복수의 수광 소자 구동 신호를 상기 수광 소자에 출력하도록 구성된 수광 소자 구동 회로(40); 및 상기 수광 소자 구동 신호를 발생시키는 타이밍을 결정하는 검출 타이밍 신호를, 상기 수광 소자 구동 회로에 제공하도록 구성된 검출 신호 발생 회로(20)를 포함한다. 본 발명의 공간 정보 검출 장치의 특징은, 상기 발광 소자 구동 회로로부터의 출력에 따른 주기적 변동(E2)과 상기 검출 타이밍 신호에 의해 결정되는 주기적 변동(DL, D2)을 비교하고, 상기 주기적 변동들 간의 위상차를 일정하게 유지하기 위해, 상기 검출 타이밍 신호와 상기 발광 타이밍 신호 중 적어도 하나를 수정하도록 구성된 타이밍 동기 회로(70; 70A; 70B)를 가지는 것이다.
이 구성에 의해, 발광 소자로부터의 강도 변조광의 위상을, 수광 소자에서의 강도 변조광을 수광하는 타이밍에 동기시킬 수 있어, 주위 환경의 변화에 의해 발광 소자 및 수광 소자 구동 회로의 구성요소의 응답에 변화가 있더라도, 발광 소자와 수광 소자의 동작 타이밍을 일치시킬 수 있으므로, 주위 환경의 변화의 영향을 받지 않고 정확한 검출 결과를 제공할 수 있다.
바람직하게는, 상기 타이밍 동기 회로는, 상기 수광 소자 구동 회로(40)로부터의 수광 소자 구동 신호(D2)의 주기적 변동을, 상기 검출 타이밍 신호에 의해 결정되는 주기적 변동으로서 상기 발광 소자 구동 회로로부터의 발광 소자 구동 신호 (E2)와 비교하도록 구성된다.
또한, 상기 타이밍 동기 회로(70)는, 상기 발광 타이밍 신호를 변경된(modified) 발광 타이밍 신호로 변경하고, 상기 변경된 발광 타이밍 신호를 상기 발광 소자 구동 회로에 공급하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 발광 소자로부터의 강도 변조광의 위상을, 수광 소자에서 강도 변조광을 수광하는 타이밍에 맞추어 조정할 수 있어, 발광 소자와 수광 소자 양측에서의 동작 타이밍을 일치시킬 수 있다. 이 경우에는, 발광 소자로부터의 강도 변조광의 주기적 변동을 결정하는 발광 타이밍 신호만을 변경함으로써, 발광 소자와 수광 소자의 동작 타이밍을 동기시킬 수 있어, 타이밍 동기 회로의 구성을 간단하게 할 수 있다.
이와 관련하여, 상기 타이밍 동기 회로(70)는, 상기 발광 신호 발생 회로(10)와 상기 발광 소자 구동 회로(30) 사이에 삽입되고, 상기 발광 신호 발생 회로로부터 출력되는 상기 발광 타이밍 신호의 위상을 가변(variable)의 위상 시프트 값(phase shift value)에 의해 시프트시켜, 상기 발광 소자 구동 회로(30)에 출력하도록 구성된 위상 조정 회로(76); 및 상기 수광 소자 구동 회로로부터의 상기 주기적 변동과 상기 발광 소자 구동 회로로부터의 상기 발광 소자 구동 신호(E2)의 위상차에 따라 상기 위상 시프트 값을 결정하도록 구성된 위상 비교기(72)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 수광 소자 구동 회로(40)는, 상기 검출 신호 발생 회로(20)로부터 출력되는 복수의 검출 타이밍 신호(D1)에 기초하여, 상기 수광 소자 구동 신호를 결정하도록 구성되며, 서로 위상 관계가 어긋난 복수의 상기 수광 소자 구동 신호(D2) 중 하나를 선택적으로 인출하도록 구성된 선택기(80)를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 상기 타이밍 동기 회로(70)는, 상기 선택기(80)로부터 인출되는 각각의 상기 수광 소자 구동 신호(D2)와 상기 발광 소자 구동 회로(30)로부터의 출력에 따른 주기적 변동(E2)의 위상차에 기초하여, 상기 발광 타이밍 신호를 변경하도록 구성된다. 따라서, 상기 위상 구간(P0, P1, P2, P3)을 각각 결정하는 수광 소자 구동 신호에 기초하여 1주기 내에서 발광 타이밍 신호를 조정할 수 있다.
상기 정보 출력 회로(300)는, 수광 소자 구동 신호에 각각 대응하는 각각의 위상 구간에서의 수광 강도를 복수 회에 걸쳐 적분(integrate)하고, 각 위상 구간에서의 적분값에 기초하여 상기 공간 정보를 구하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이에 관련하여, 상기 정보 출력 회로는, 상기 선택기로부터 인출되는 상기 수광 소자 구동 신호에 동기하여, 각각의 상기 위상 구간에서의 수광 강도를 상기 수광 소자로부터 인출하도록 구성된다. 이 구성에 의해, 수광 소자에서 수광되는 강도 변조광의 강도를 정확하게 구할 수 있어, 공간 정보의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명의 공간 정보 검출 장치는, 상기 검출 신호 발생 회로(20)와 상기 수광 소자 구동 회로(40) 사이에 삽입되어 상기 검출 타이밍 신호(D1)의 위상을 가변의 위상 시프트 값에 의해 시프트시켜, 상기 수광 소자 구동 회로(40)에 출력하는 보조 위상 조정 회로(90); 및 상기 검출 타이밍 신호(D1)와 상기 수광 소자 구동 회로(40)로부터의 출력의 주기적 변동(D2)의 위상차를 검출하여, 상기 위상차를 나타내는 출력을 상기 보조 위상 조정 회로(90)에 출력하도록 구성된 보조 위상 비교기(92)를 포함할 수 있다. 이 구성에 의하면, 보조 위상 조정 회로는 위상차에 기초하여 위상 시프트 값을 결정하여, 검출 타이밍 신호와 수광 소자 구동 회로로부터 출력되는 수광 소자 구동 신호의 위상차를 미리 정해진 값으로 유지할 수 있으므로, 발광 소자 구동 신호와 수광 소자 구동 신호의 위상차를 일정한 값으로 유지할 수 있어 공간 정보의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
상기 타이밍 동기 회로(70; 70A)는, 상기 발광 소자 구동 회로(30)로부터의 출력에 따른 주기적 변동(E2)과 상기 검출 신호 발생 회로(20)로부터의 상기 검출 타이밍 신호(D1)를 비교하도록 구성될 수 있다.
이 경우, 타이밍 동기 회로(70)는 상기 비교 결과에 기초하여 상기 발광 타이밍 신호를 변경하고, 변경된 발광 타이밍 신호(E1x)를 상기 발광 소자 구동 회로(30)에 제공하도록 구성될 수 있다.
다르게는, 상기 타이밍 동기 회로(70A)는, 상기 비교 결과에 기초하여, 상기 검출 타이밍 신호를 변경된 검출 타이밍 신호(D1x)로 변경하고, 상기 변경된 검출 타이밍 신호를 상기 수광 소자 구동 회로(40)에 제공하도록 구성될 수도 있다.
후자의 경우, 상기 타이밍 동기 회로(70A)는, 상기 검출 신호 발생 회로(20)와 상기 수광 소자 구동 회로(40) 사이에 삽입되고, 상기 검출 신호 발생 회로(20)로부터 출력되는 상기 검출 타이밍 신호(D1)를 가변의 위상 시프트 값에 의해 시프트시켜 상기 수광 소자 구동 회로(40)에 출력하도록 구성된 위상 조정 회로(76A); 및 상기 발광 소자 구동 회로로부터의 주기적 변동과 상기 검출 신호 발생 회로(20)로부터의 상기 검출 타이밍 신호의 위상차에 따라, 상기 위상 시프트 값을 결정하도록 구성된 위상 비교기(72A)를 포함하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 발광 소자로부터의 강도 변조광에 따라 수광 소자를 구동하는 타이밍을 변경하여, 발광 소자로부터 방사되는 강도 변조광에 정확히 일치시켜 수광 소자에서 강도 변조광을 수광할 수 있다.
또, 본 발명의 공간 정보 검출 장치는, 발광 측과 수광 측 양쪽에 타이밍 조정 기능을 부여하도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 상기 타이밍 동기 회로는, 상기 발광 신호 발생 회로와 상기 발광 소자 구동 회로 사이에 삽입된 제1 타이밍 동기 회로, 및 상기 검출 신호 발생 회로와 상기 수광 소자 구동 회로 사이에 삽입된 제2 타이밍 동기 회로로 구성된다.
상기 제1 타이밍 동기 회로(70)는, 상기 발광 신호 발생 회로(10)로부터 출력되는 상기 발광 타이밍 신호(E1)의 위상을, 가변의 위상 시프트 값에 의해 시프트시켜 상기 발광 소자 구동 회로(30)에 출력하는 제1 위상 조정 회로(76); 및 상기 발광 소자 구동 회로(30)로부터 출력되는 주기적 변동(E2)과 상기 검출 신호 발생 회로(20)로부터의 상기 검출 타이밍 신호(D1)의 위상차에 기초하여, 상기 위상 시프트 값을 결정하도록 구성된 제1 위상 비교기(72)로 구성된다. 마찬가지로, 상기 제2 타이밍 동기 회로(70A)는, 상기 검출 신호 발생 회로(20)로부터 출력되는 상기 검출 타이밍 신호(D1)의 위상을, 가변의 위상 시프트 값에 의해 시프트시켜 상기 수광 소자 구동 회로(40)에 출력하는 제2 위상 조정 회로(76A); 및 상기 발광 신호 발생 회로(10)로부터의 상기 발광 타이밍 신호(E1)와 상기 수광 소자 구동 회로(40)로부터의 상기 수광 소자 구동 신호(D2)의 위상차에 기초하여, 상기 위상 시프트 값을 결정하도록 구성된 제2 위상 비교기(72A)로 구성된다. 따라서, 발광 측과 수광 측 양쪽에서 더욱 상보적인 타이밍 조정을 정확하게 행할 수 있다.
수광 측에서 타이밍 조정을 행하는 경우, 주위 온도의 영향에 의해 수광 소자 구동 회로 자체에 생길 수 있는 입출력 지연(input-out delay)을 고려하여, 타이밍 동기 회로로부터의 변경된 검출 타이밍 신호와 수광 소자 구동 회로로부터의 수광 소자 구동 신호의 위상차를 일정하게 유지할 것이 요구된다. 이 경우, 본 발명의 공간 정보 검출 장치는, 상기 변경된 검출 타이밍 신호를 가변의 위상 시프트 값에 의해 시프트시켜 상기 수광 소자 구동 회로에 출력하는 보조 위상 조정 회로(90A); 및 상기 변경된 발광 타이밍 신호와 상기 수광 소자 구동 회로(40)로부터의 수광 소자 구동 신호(D2)의 위상차를 검출하고, 상기 위상차에 대응하는 출력을 상기 보조 위상 조정 회로에 제공하도록 구성된 보조 위상 비교기(92A)를 포함할 수 있다. 상기 보조 위상 조정 회로(90A)는, 검출된 위상차에 기초하여 상기 위상 시프트 값을 결정하여, 상기 타이밍 동기 회로(70A)로부터의 상기 변경된 검출 타이밍 신호(D1x)와 상기 수광 소자 구동 회로(40)로부터의 상기 수광 소자 구동 신호(D2)의 위상차를 미리 정해진 값으로 유지한다. 이로써, 수광 소자를 구동하는 타이밍을, 발광 소자로부터의 강도 변조광의 위상에 맞추어(in phase) 변경할 수 있다.
또, 상기 발광 소자 구동 회로의 출력에 따른 주기적 변동을 판독하기 위하여, 상기 발광 소자로부터의 강도 변조광의 일부를 수광하도록, 참조용(reference) 수광 소자(110)를 제공할 수도 있다.
수광 측의 상기 타이밍 동기 회로(70B)는, 입력 전압에 따라 주파수가 변화하는 신호를 사용하고 상기 신호를 상기 변경된 검출 타이밍 신호로서 상기 수광 소자 구동 회로에 제공하도록 구성된 발진 회로(78); 상기 발광 소자 구동 회로로부터의 출력에 따른 주기적 변동(E2)과 상기 검출 신호 발생 회로(20)로부터의 상기 검출 타이밍 신호(D1)의 위상차를 나타내는 전압을 생성하고, 상기 전압을 상기 발진 회로에 제공하도록 구성된 위상 비교기(72B)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 발진 회로는, 수광 소자의 동작 타이밍을, 발광 소자로부터 방사되는 강도 변조광의 위상에 맞추어 조정하기 위해, 수광 소자 구동 회로에 공급되는 검출 타이밍 신호를 변경하는데 사용될 수 있다.
상기 수광 소자는 DC 전원으로부터 공급된 DC 전류로 동작하는 용량성 리액턴스(capacitive reactance)를 가지는 소자, 예를 들면, CCD 촬상 소자일 수 있다. 이 용량성 리액턴스는 주위의 온도에 의해 영향을 받기 쉽고, 이것에 의해, 수광 소자 구동 회로(40)에 입력되는 검출 타이밍 신호(D1)에 의해 지정되는 계획된 개시 시각이, 수광 소자 구동 회로(40)로부터 생성되는 수광 소자 구동 신호(D2)에 응답하여 수광 소자(200)가 의도된 동작을 행하는 실제의 개시 시각으로 변화하는 시간 지연이 발생할 수 있다. 본 발명은, 이러한 불확실한 시간 지연을 없애 더욱 정확한 공간 정보의 검출을 가능하게 하는 유용한 구성을 가지는 수광 소자 구동 회로를 제안한다. 이 수광 소자 구동 회로(40B)는, 상기 DC 전원과 상기 수광 소자 사이에 접속되어 상기한 검출 타이밍 신호에 동기하여 상기 수광 소자에 상기 DC 전류를 공급하는 출력 스위치(50); 주위 온도를 검출하는 온도 센서(150); 및 상기 수광 소자에 공급되는 전류를, 미리 정해진 변화율을 유지하도록 조정하는 전류 제어기(160)를 포함한다. 이 구성에 의해, 검출 타이밍 신호의 수신 시각으로부터, 수광 소자를 완전히 동작시키는데 충분한 전류를 부여하기까지의 시간 지연을 조정함으로써, 검출 타이밍 신호의 발생과 수광 소자를 동작시키는 실제의 개시 시각 사이의 시간 지연을 일정하게 유지하여, 실제의 개시 시각을 검출 타이밍 신호의 발생과 실질적으로 동기시킬 수 있다.
상기 전류 제어기(160)는, 상기 수광 소자에 흐르는 전류의 변화율을 온도와 관련지어 기억하는 메모리 수단(162)을 포함하고, 상기 메모리 수단으로부터 상기 온도 센서로부터 출력되는 온도에 따른 전류 변화율을 판독하여, 상기 판독한 전류 변화율과 일치하도록, 수광 소자에 흐르는 전류를 제어하도록 구성될 수 있다
주위의 온도에 기초한 제어 방법을 사용하는 대신에, 수광 소자에 흐르는 전류의 변화율에 기초하여 수광 소자에의 출력 전류를 제어하는 것도 마찬가지로 가능하다. 이 경우, 상기 수광 소자 구동 회로(40; 40A)는, 상기 수광 소자에 공급되는 전류의 변화율을 감시하고, 상기 변화율을 나타내는 전류 변화 출력을 제공하는 전류 감시 회로(60); 및 상기 전류 변화 출력에 응답하여 상기 수광 소자에 공급되는 전류를, 미리 정해진 값의 전류 변화율로 유지하도록 조정하는 전류 제어기(66)로 구성된다. 이와 같이, 수광 소자에 공급되는 전류가 일정한 변화율로 유지되므로, 환경의 변화에 영향을 받지 않고, 검출 타이밍 신호를 수신하고 나서 일정한 시간이 경과한 후에 수광 소자를 동작시키는 것이 가능하다.
상기 전류 감시 회로(6O)는, 수광 소자에 흐르는 전류의 순간 변화율을 계산하는 미분 회로(62); 및 상기 미분 회로로부터 구한 상기 순간 변화율의 최대값을 검출하는 피크 검출 회로(64)로 구성되는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 상기 전류 제어기는, 상기 순간 변화율의 최대값에 따라 상기 수광 소자에 흐르는 전류를 정해진 변화율로 제어하도록 구성된다. 이 구성은 수광 소자의 동작 시간의 안정적인 제어를 보장한다.
또한, 수광 소자 구동 회로(40A)는, 미리 정해진 온도 조건에서만 수광 소자에 흐르는 전류에 기초하여, 수광 소자에 대한 출력 전류를 제어하는 기능을 할 수 있도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 상기 수광 소자 구동 회로(40A)는, 주위 온도를 검출하는 온도 센서(130); 상기 피크 검출 회로(64)에서 검출한 상기 순간 변화율의 최대값을 유지하는 레지스터(68); 미리 정해진 간격으로 상기 온도 센서의 출력을 기억하는 온도 테이블(140); 및 현재의 온도와 미리 정해진 시간 전에 기록된 과거의 온도의 온도차가 미리 정해진 값을 초과하는 경우에만, 상기 미분 회로(62)와 상기 피크 검출 회로(64)를 동작시키는(activate) 기동 회로(activation circuit)(120)로 구성된다. 따라서, 수광 소자의 동작에 악영향을 미치지 않는 온도 범위 내에서, 미분 회로(62)와 상기 피크 검출 회로(64)의 동작을 정지시켜(deactivate), 전력 소비를 줄일 수 있다.
본 발명은, 상기 발광 신호 발생 회로로부터의 발광 타이밍 신호의 주기적 변동과 상기 검출 타이밍 신호에 의해 결정되는 주기적 변동을 비교하도록 구성된 상기 타이밍 동기 회로(7O)를 사용할 수 있다. 이 경우, 상기 타이밍 동기 회로는, 입력 전압에 따라 주파수가 변화하는 신호를 사용하고, 상기 신호를 변경된 발광 타이밍 신호로서 상기 발광 소자 구동 회로에 제공하는 발진 회로(78); 및 상기 수광 소자 구동 회로로부터의 출력에 따른 주기적 변동과 상기 발광 신호 발생 회로로부터의 상기 발광 타이밍 신호의 위상차를 나타내는 전압을 생성하는 위상 비교기(72)로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 공간 정보 검출 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 상기한 장치에 사용되는 위상 비교기의 내부 구조를 나타낸 블록도이다.
도 3은 상기한 장치에 사용되는 발광 소자의 구동 회로를 나타내는 회로도이다.
도 4는 상기한 장치의 타이밍 조정의 동작을 설명하는 파형도이다.
도 5는 상기한 장치의 변경예를 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 공간 정보 검출 장치를 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 공간 정보 검출 장치를 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 공간 정보 검출 장치를 나타낸 블록도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 공간 정보 검출 장치를 나타낸 블록도이다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 공간 정보 검출 장치를 나타낸 블록도이다.
도 11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 공간 정보 검출 장치를 나타낸 블록도이다.
도 12는 본 발명의 제8 실시예에 따른 공간 정보 검출 장치를 나타낸 블록도이다.
도 13은 본 발명의 제9 실시예에 따른 공간 정보 검출 장치를 나타낸 블록도이다.
도 14는 본 발명의 장치에 사용된 수광 소자 구동 회로의 일례를 나타낸 블록도이다.
도 15는 본 발명의 장치에 사용된 수광 소자 구동 회로의 다른 예를 나타낸 블록도이다.
도 16은 상기한 수광 소자 구동 회로의 변경예를 나타낸 블록도이다.
도 17은 본 발명의 제10 실시예에 따른 공간 정보 검출 장치를 나타낸 블록도이다.
(제1 실시예)
도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 공간 정보 검출 장치를 설명한다. 이 공간 정보 검출 장치는, 강도 변조광을 대상 공간에 방사하도록 구성된 발광 소자(100); 대상 공간 내의 물체로부터 반사되는 강도 변조광을 수광하도록 구성된 수광 소자(200); 및 상기 수광 소자(200)에서 수광되는 광의 광 강도를 인출하고, 복수의 위상 구간 각각에 대해, 인출한 광 강도에 기초하여, 상 기 발광 소자(100)로부터 방사된 강도 변조광과 상기 수광 소자에서 수광된 강도 변조광 사이의 관계를 구하여, 대상 공간 내의 공간 정보를 출력하는 정보 출력 회로(300)를 포함한다.
발광 소자(100)는 LED로 구성되며, 100Hz 내지 1GHz의 주파수로 강도를 변조하여, 정현파형의 강도 변조광을 제공한다. 수광 소자(200)는 대상 공간의 물체로부터 반사되는 강도 변조광을 수광하기 위해 CCD 촬상 소자로 구현되며, 발광 소자(100)로부터 방사된 강도 변조광이 발광 소자(100)에서 물체까지의 거리 T의 2배인 광 경로(optical path)를 이동하는 동안에 물체에서 반사되어 수광되도록 발광 소자(100)에 인접하여 배치된다. 발광 소자(100)는 반드시 LED로 한정되는 것이 아니고, 다른 광원을 포함할 수 있다. 또한, 수광 소자(200)도 CCD로 한정되는 것이 아니고, CM0S 촬상 소자 등의 수광 소자를 포함할 수 있다.
발광 소자(100)와 수광 소자(200)는, 발광 신호 발생 회로(10)로부터 출력되는 발광 타이밍 신호(E1)와 검출 신호 발생 회로(20)로부터 출력되는 검출 타이밍 신호에 따라 각각 동작하도록 구성된다. 발광 신호 발생 회로(10)와 검출 신호 발생 회로(20)는 타이밍 발생 회로(도시하지 않음)에서 생성되는 공통의 클록(CLK)에 따라 동작한다.
발광 신호 발생 회로(10)는, 후술하는 타이밍 동기 회로(7O)를 통하여 발광 소자 구동 회로(30)에 접속되고, 발광 타이밍 신호(E1)는 타이밍 동기 회로(70)에서 변경된 발광 타이밍 신호(E1x)로 변경된 후에, 발광 소자 구동 회로(30)에 공급된다. 변경된 발광 타이밍 신호(E1x)에 기초하여, 발광 소자 구동 회로(30)는 발 광 소자(100)를 구동하여 강도 변조광을 발생시키는 발광 소자 구동 신호(E2)를 발생시킨다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 구동 회로(30)는, DC 전원(31)과 접지(ground) 사이에서 발광 소자(100)와 직렬로 접속된 FET(32)와 저항기(33)를 포함하며, 직사각형 파형(rectangular waveform)의 변경된 발광 타이밍 신호(E1x)에 따라 상기한 주파수로 FET(32)를 온/오프(on/off)하도록 구성된다. 즉, 변경된 발광 타이밍 신호(E1x)의 상승 에지에서 발광 소자를 온하고, 변경된 발광 타이밍 신호(E1x)의 하강 에지에서 발광 소자를 오프한다. 따라서 도 4에 나타낸 바와 같이, 발광 소자(100)는 강도가 정현파형으로 변화하는 광을 발생하는 주파수로 온/오프되어, 정현파형의 강도 변조광(IMR)를 발생시킨다. 타이밍 동기 회로(70)에 대한 자세한 것은 후술한다.
검출 신호 발생 회로(20)는 수광 소자 구동 회로(40)에 접속되고, 수광 소자 구동 회로(40)는 검출 타이밍 신호에 기초하여 수광 소자 구동 신호(D2)를 발생시켜, 수광 소자(200)를 미리 정해진 주파수로 구동한다. CCD 촬상 소자로 구현되는 수광 소자(200)는 용량성 리액턴스를 가지며, 수광 소자 구동 신호(D2)에 의해 미리 정해진 레벨까지 충전되었을 때, 물체로부터 반사된 강도 변조광의 강도에 비례하는 전하를 축적하는 상태가 된다. 강도 변조광의 1주기 내에서 충전과 방전을 반복함으로써, 수광 소자(200)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 이 1주기 내에 복수의 위상 구간(P0, P1, P2, P3)을 설정한다. 각 위상 구간에 축적된 전하, 즉 수광 강도는 정보 출력 회로(300)에 의해 판독되고, 정보 출력 회로(300)는 수광된 강도 변조광의 파형을 결정하고, 이 파형에 기초하여 발광 소자(100)로부터 방사된 강도 변조광과 수광 소자(200)에서 수광된 강도 변조광의 위상차(f)를 계산하며, 이 위상차(f)에 기초하여 광을 반사하는 물체까지의 거리를 구한다.
도 4를 참조하여, 위상차(f)를 구하는 방법을 설명한다. 수광 소자 구동 신호(D2)에 의해 결정되는 위상 구간(P0, P1, P2, P3)은, 발광 소자(100)로부터의 강도 변조광(IMR)의 위상이 0°내지 90°, 90°내지 180°, 180°내지 270°, 그리고 270°내지 360°가 되도록 각각 설정되어 있다. 수광 소자(200)가, 강도 변조광이 방사되는 대상 공간 내의 물체로부터 반사된 광(RFR)을, 각 위상 구간에서 각각 A0, A1, A2, A3의 수광량으로 수광하였다고 하면, 상기한 위상차(f)와 수광량(A0, Al, A2, A3) 사이에는 φ =tan-1(A3-A1)/(A0-A2)의 관계가 성립된다. 이 계산은 정보 출력 회로(300)에서 실행되고, 정보 출력 회로(300)는 구해진 위상차(φ), 강도 변조광의 주파수(f), 및 광속(c)에 대하여 물체까지의 거리(L)를 계산한다(L = φ·c/2f).
이상에서 알 수 있는 바와 같이, 물체까지의 거리 측정에는 위상차(φ)를 정확하게 구하는 것이 필요하다. 이 때문에, 강도 변조광(IMR)의 파형에 정확하게 동기한 타이밍에서 수광 강도를 구하는 것이 필요하다. 하지만, 발광 소자(100)로부터의 강도 변조광은, 주위의 온도 변화에 의해, 발광 타이밍 신호(E1)와 정확히일치하지 않는 경우가 있을 수 있음을 감안할 때, 강도 변조광의 실제의 파형과 수광 소자 구동 신호(D2)에 기초하여, 발광 타이밍 신호(E1)를 변경하는 것이 중요해진다. 예를 들면, 주위 온도가 낮아지면, 발광 소자(100)에 흐르는 전류에 의해 규정되는 발광 소자 구동 신호(E2)의 위상이 발광 타이밍 신호(E1)에 비해 지연되어, 도 4의 점선으로 나타낸 바와 같이, 강도 변조광(IMR)이 발광 타이밍 신호(E1)에 비해 지체되는 위상 지연(phase lag)이 발생한다.
상기한 점을 감안하여, 본 실시예에서는, 타이밍 동기 회로(7O)는 발광 신호 발생 회로(10)와 발광 소자 구동 회로(30) 사이에 삽입되고, 발광 소자 구동 신호(E2)와 수광 소자 구동 신호(D2)의 위상차가 영(zero) 또는 미리 정해진 일정한 값으로 유지되도록, 발광 타이밍 신호(E1)의 위상을 변경하며, 이 변경된 발광 타이밍 신호(E1x)에 기초하여, 발광 소자 구동 신호(E2)를 생성하도록 구성되어 있다. 이렇게 생성된 발광 소자 구동 신호(E2)에 응답하여, 발광 소자(100)는 도 4의 실선에 나타낸 바와 같이, 수광 소자 구동 신호(D2)의 위상에 동기한 강도 변조광(IMR)을 발생시킨다. 그 결과, 수광 소자 구동 신호(D2)에 의해 결정되는 각 위상 구간(P0, P1, P2, P3)을, 발광 소자(100)로부터의 강도 변조광(IMR)에 정확하게 동기시킬 수 있어, 수광 소자(100)로부터의 강도 변조광(IMR)과 수광 소자(200)에서 수광한 반사광(RFR)의 정확한 위상차(f)를 구할 수 있고, 이 위상차에 기초하여, 물체까지의 정확한 거리를 계산할 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 타이밍 동기 회로(70)는, 발광 소자 구동 신호(E2)와 수광 소자 구동 신호(D2)의 위상차를 검출하도록 구성된 위상 비교기(72); 및 위상 비교기(72)로부터 출력되는 위상차에 따라 발광 타이밍 신호(E1)의 위상 시프트 값을 결정하도록 구성된 위상 조정 회로(76)를 포함한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 위상 조정 회로(76)는, 발광 소자 구동 신호(E2)와 수광 소자 구동 신호(D2)를 각각 직사각형 파형으로 정형하도록 구성된 파형 정형 회로(73); 파형 정형된 신호를 비교하는 비교기(74); 및 비교기(74)의 출력을 적분하여, 발광 소자 구동 신호(E2)와 수광 소자 구동 신호(D2)의 위상차에 대응하는 위상 시프트 값을 부여하는 적분기(75)로 구성된다.
수광 소자 구동 회로(40)는, 검출 타이밍 신호(D1)에 응답하여 온/오프되어 DC 전원(210)으로부터 전류를 수광 소자(200)에 공급하여, 검출 타이밍 신호(D1)에 의해 결정되는 타이밍에서 수광 소자(200)를 동작시키는 출력 스위치(50)를 포함한다. 즉, 수광 소자 구동 회로(40)는, 수광 소자(200)가 DC전원(210)으로부터의 전류에 의해 동작되어 반사광의 강도를 검출할 수 있는 상태가 되도록 구성된다. 하지만, 수광 소자(200)는 용량성 리액턴스를 가지므로, 주위 온도의 상당한 변화에 응답하여, 수광 소자(200)에 공급하는 전류, 즉 수광 소자 구동 신호(D2)의 전류 변화율이 변화되어, 검출 타이밍 신호(D1)에 대해 수광 소자(200)의 동작에 지연이 발생하는 경우가 있을 수 있다. 예를 들면, 주위 온도가 크게 저하되면, 수광 소자 구동 신호(D2), 즉 구동 전류의 상승이 완만하게 되어, 검출 타이밍 신호(D1)에 대해 수광 소자(200)의 동작이 지연된다.
상기한 문제점을 해소하기 위하여, 본 실시예의 수광 소자 구동 회로(40)는, 수광 소자 구동 신호(D2)에 의해 규정되는 전류 변화율을 감시하는 전류 감시 회로(60); 및 전류 감시 회로(60)의 출력에 기초하여, DC 전원(210)으로부터 출력 스위치(50)를 통하여 수광 소자(200)에 공급되는 출력 전류의 전류 변화율, 즉 수광 소자(200)가 실제로 동작하는 레벨까지 도달하는데 걸리는 전류의 상승 시간과 수 광 소자(200)가 동작을 정지하는 레벨까지 떨어지는데 걸리는 전류의 하강 시간을 조정하는 전류 제어기(66)를 포함하도록 구성된다. 출력 스위치(50)는, DC 전원(210)과 접지 사이에 직렬로 접속된 n형의 MOSFET(51)와 p형의 MOSFET(52)를 포함하고, MOSFET(51, 52)의 접속점(node)과 접지 사이에 수광 소자(200)가 접속되어 있다. MOSFET(51, 52)의 게이트에 검출 타이밍 신호(D1)가 입력되고, 검출 타이밍 신호(D1)가 온일 때, MOSFET(51)가 온되므로, DC 전원(210)으로부터 수광 소자(200)에 전류가 공급되어 수광 소자(200)를 충전하고, 검출 타이밍 신호(D1)가 오프일 때, MOSFET(52)가 온되어 수광 소자(200)를 방전시킨다. DC 전원(210)과 MOSFET(51) 사이에는, 수광 소자(200)에 공급되는 전류를 제한하는 저항기(53)가 삽입되고, MOSFET(52)와 접지 사이에는, 수광 소자(200)로부터의 방전 전류를 제한하는 저항기(54)가 삽입된다.
전류 감시 회로(60)는, 수광 소자 구동 신호(D2), 즉 수광 소자(200)에 흐르는 전류의 순간 변화율을 검출하는 미분 회로(62); 및 순간 변화율의 최대값을 검출하는 피크 검출 회로(64)를 포함한다. 전류 제어기(66)는, 피크 검출 회로(64)로부터 출력되는 최대 전류 변화율에 따라 수광 소자(200)에 흐르는 전류의 변화율을 미리 정해진 값으로 유지하도록 저항기(53, 54)를 제어하도록 구성된다. 이로써, 주위 온도의 영향을 받지 않고, 검출 타이밍 신호(D1)를 수신한 후, 수광 소자(200)가 동작하는 일정한 동작 시간 및 수광 소자(200)의 동작이 정지하는 일정한 동작 정지 시간을 부여할 수 있어, 공간 정보의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
각각의 저항기(53, 54)는 MOSFET로 이루어지고, MOSFET은 전류 제어기(66)의 출력에 의해 변화되는 MOSFET의 게이트 전압에 응답하여 온 저항(on-resistance)이 연속적으로 변화한다.
도 5는, 상기한 실시예의 변경예를 나타낸 것이며, 복수의 수광 소자 구동 신호(D2)를 선택적으로 타이밍 동기 회로(70)의 위상 비교기(72)에 입력시키는 선택기(80)를 제공하는 것을 제외하고는, 상기한 실시예와 구성 및 기능이 동일하다. 동일한 요소는 동일한 도면부호로 나타내고, 중복 설명은 불필요하므로 생략한다.
수광 소자 구동 신호(D2)는, 4개의 검출 타이밍 신호(D1)로부터 각각 생성되어, 강도 변조광의 위상 구간(P0, P1, P2, P3)을 결정한다. 선택기(80)는 수광 소자 구동 신호(D2) 중 하나를 선택하고, 선택된 수광 소자 구동 신호(D2)를 위상 비교기(72)에 공급하여, 수광 소자 구동 신호(D2)와 발광 소자 구동 신호(E2)를 동기시킨다. 예를 들면, 강도 변조광의 1주기 동안에 첫 번째의 위상 구간(P0)을 지정하는 제1 수광 소자 구동 신호(D2)를 선택하고, 다음의 1주기 동안에 두 번째의 수광 소자 구동 신호(D2)를 선택하는 등이다. 따라서, 상이한 주기마다 상이한 수광 소자 구동 신호(D2)를 선택함으로써, 복수 주기에 걸쳐 타이밍 조정을 행할 수 있다. 다르게는, 공간 정보의 검출이 다수의 주기에 걸쳐서 계산을 필요로 하는 것을 고려하여, 선택기(80)는 4개의 수광 소자 구동 신호(D2) 중 무작위로 하나를 선택하도록 할 수도 있다.
(실시예 2)
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 공간 정보 검출 장치를 나타내며, 검출 신호 발생 회로(20)와 수광 소자 구동 회로(40) 사이에, 보조 위상 조정 회로(90)를 삽입하여, 검출 타이밍 신호(D1)와 수광 소자 구동 신호(D2)를 동기시키는 것을 제외하고는, 기본적으로 제1 실시예와 구성 및 기능이 동일하다. 본 실시예에서도 상기한 기능을 가지는 선택기(80)를 채용한다. 동일한 요소는 동일한 도면부호로 나타내고, 중복 설명은 불필요하므로 생략한다.
본 실시예에서는, 수광 소자 구동 신호(D2)와 검출 타이밍 신호(D1)의 위상을 비교하는 보조 위상 비교기(92)를 포함하여, 보조 위상 조정 회로(90)는 검출된 위상차에 응답하여 변경된 검출 타이밍 신호(D1x)를 생성하여 수광 소자 구동 회로(40)에 공급함으로써, 검출 타이밍 신호(D1)와 수광 소자 구동 신호(D2)를 동기시키므로, 동기된 검출 타이밍 신호(D1)가 선택기(80)를 통하여 타이밍 동기 회로(70)에 공급된다. 그 결과, 발광 소자 구동 신호(E2)를, 검출 타이밍 신호(D1), 즉 수광 소자 구동 신호(D2)에 동기시켜, 발광 소자(100)로부터의 강도 변조광과 수광 소자 구동 신호(D2)의 위상차를 영(zero) 또는 미리 정해진 값으로 유지할 수 있다.
(실시예 3)
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 공간 정보 검출 장치를 나타내며, 타이밍 동기 회로(70A)를 수광 소자(200)의 구동 경로 측에 제공한 것을 제외하고는, 기본적으로 제1 실시예와 구성 및 기능이 동일하다. 동일한 요소는 동일한 도면부호로 나타내고, 중복 설명은 불필요하므로 생략한다.
타이밍 동기 회로(70A)는 검출 신호 발생 회로(20)와 수광 소자 구동 회 로(40) 사이에 삽입되어, 검출 타이밍 신호(D1)와 발광 소자 구동 신호(E2)를 비교하고, 검출된 위상차에 따라 검출 타이밍 신호(D1)를 변경된 검출 타이밍 신호(D1x)로 변경하고, 변경된 검출 타이밍 신호(D1x)를 수광 소자 구동 회로(40)에 입력함으로써, 수광 소자 구동 신호(D2)를, 발광 소자 구동 신호(E2), 즉 발광 소자(100)로부터 방사되는 강도 변조광에 동기시킨다. 타이밍 동기 회로(70A)는, 도 1 및 도 2의 제1 실시예와 동일한 구성을 갖는다. 그 결과, 강도 변조광의 위상에 정확하게 일치하는 각 위상 구간에서, 수광 소자(200)는 물체로부터의 반사광의 강도를 검출할 수 있고, 정확한 공간 정보의 검출을 보장할 수 있다. 본 실시예에서는, 도 5의 실시예에 사용된 것과 동일한 선택기(80A)를 사용하여, 4개의 검출 타이밍 신호(D1) 중 하나를 강도 변조광의 상이한 주기마다에 선택하고, 선택된 신호를 타이밍 동기 회로(70A)에 제공한다.
타이밍 동기 회로(70A)는, 발광 소자 구동 회로(30)로부터의 발광 소자 구동 신호(D2)와 검출 신호 발생 회로(20)로부터의 검출 타이밍 신호(D1)의 위상차를 검출하여, 검출된 위상차에 대응하는 위상 시프트 값을 부여하도록 구성된 위상 비교기(72A); 및 검출 타이밍 신호(D1)를 위상 시프트 값에 의해 시프트시켜 검출 타이밍 신호(D1)를 변경하고, 변경된 검출 타이밍 신호(D1x)를 출력하도록 구성된 위상 조정 회로(76A)를 포함한다.
(실시예 4)
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 공간 정보 검출 장치를 나타내며, 발광 소자(100)로부터의 강도 변조광을 직접 수광하는 참조용 수광 소자(110)를 사용하 여, 출력을 발광 소자 구동 회로(30)로부터의 출력에 따른 주기적 변동을 나타내는 것으로서 타이밍 동기 회로(70A)에 제공하는 것을 제외하고는, 기본적으로 제3 실시예와 구성 및 기능이 동일하다. 동일한 요소는 동일한 도면부호로 나타내고, 중복 설명은 불필요하므로 생략한다.
참조용 수광 소자(11O)는, 발광 소자(10O)에 인접하여 배치되어 발광 소자(10O)로부터의 강도 변조광을 직접 수광하여, 동 위상(co-phase)의 신호를 타이밍 동기 회로(70A)에 출력한다. 참조용 수광 소자(110)는 수광 소자(200)를 구현하는 CCD 촬상 소자의 일부를 사용하며, 발광 소자(100)를 향해 배향된다.
(실시예 5)
도 9는, 본 발명의 제5 실시예에 따른 공간 정보 검출 장치를 나타내며, 도 6의 제2 실시예와 동일한 구성의 위상 조정 회로(90A)와 보조 위상 비교기(92A)를 사용하여, 검출 타이밍 신호(D1)와 수광 소자 구동 신호(D2)의 위상을 일치시키는 것을 제외하고는, 기본적으로 제3 실시예와 구성 및 기능이 동일하다. 동일한 요소는 동일한 도면부호로 나타내고, 중복 설명은 불필요하므로 생략한다.
보조 위상 비교기(92A)는 타이밍 동기 회로(70A)로부터의 변경된 검출 타이밍 신호(D1x)의 위상과 수광 소자 구동 신호(D2)의 위상을 비교하도록 구성되고, 보조 위상 조정 회로(90A)는 변경된 검출 타이밍 신호(D1x)를 거듭(further) 변경하여 거듭 변경된 검출 타이밍 신호(Dly)를 수광 소자 구동 회로(40)에 출력함으로써, 수광 소자 구동 신호(D2)의 위상을, 변경된 검출 타이밍 신호(D1x), 즉 이에 동기하는 강도 변조광의 위상에 일치시킨다. 그 결과, 발광 소자(100)로부터의 강 도 변조광의 위상에 정확하게 일치하는 위상 구간들에 대해 수광 강도를 구할 수 있어, 공간 정보의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
(실시예 6)
도 10은, 본 발명의 제6 실시예에 따른 공간 정보 검출 장치를 나타내며, 타이밍 동기 회로(70A)가 수광 소자 구동 신호(D2)와 발광 소자 구동 신호(E2)의 위상차를 검출하여, 검출 타이밍 신호(D1)를 변경하도록 구성되는 것을 제외하고는, 기본적으로 제3 실시예와 구성 및 기능이 동일하다. 동일한 요소는 동일한 도면부호로 나타내고, 중복 설명은 불필요하므로 생략한다.
타이밍 동기 회로(70A)는 발광 소자 구동 신호(E2)와 수광 소자 구동 회로(40)로부터 선택기(80A)를 통하여 출력되는 수광 소자 구동 신호(D2)의 위상차를 구하고, 이 위상차에 따라 검출 타이밍 신호(D1)를 변경된 검출 타이밍 신호(D1x)로 변경하여, 수광 소자 구동 회로(40)에 입력한다. 그 결과, 수광 소자 구동 회로(40)는, 발광 소자(100)로부터의 강도 변조광의 위상에 맞추어 수광 소자 구동 신호(D2)를 생성하여, 수광 소자(200)를 발광 소자(100)에 정확하게 동기시켜 동작시킨다.
(실시예 7)
도 11은, 본 발명의 제7 실시예에 따른 공간 정보 검출 장치를 나타내며, 발광 소자(100) 및 수광 소자(200)의 구동 경로에 각각, 제1 타이밍 동기 회로(70)와 제2 타이밍 동기 회로(70A)가 구성된다. 타이밍 동기 회로의 구성 및 그 외의 요소는 제1 실시예 또는 제6 실시예와 동일하다. 동일한 요소는 동일한 도면부호로 나타내고, 중복 설명은 불필요하므로 생략한다.
제1 타이밍 동기 회로(70)는 발광 신호 발생 회로(10)와 발광 소자 구동 회로(30) 사이에 삽입되고, 발광 소자 구동 신호(E2)와 검출 타이밍 신호(D1)의 위상을 비교하는 제1 위상 비교기(72); 및 검출된 위상차에 기초하여, 발광 타이밍 신호(E1)를 변경된 발광 타이밍 신호(E1x)로 변경하여 발광 소자 구동 회로(30)에 출력하는 제1 위상 조정 회로(76)로 구성된다. 제1 위상 비교기(72)와 검출 신호 발생 회로(10) 사이에는 선택기(80)가 삽입되어, 도 6의 실시예와 마찬가지로, 복수의 검출 타이밍 신호(D1)를 제1 위상 비교기(72)에 차례로 출력한다.
제2 타이밍 동기 회로(70A)는 검출 신호 발생 회로(20)와 수광 소자 구동 회로(40) 사이에 삽입되고, 발광 타이밍 신호(E1)와 수광 소자 구동 신호(D2)의 위상차를 구하는 제2 위상 비교기(72A); 및 검출된 위상차에 기초하여, 검출 타이밍 신호(D1)를 변경된 발광 타이밍 신호(D1x)로 변경하여 수광 소자 구동 회로(40)에 출력하는 제2 위상 조정 회로(76A)로 구성된다. 이 실시예에서는, 도 5의 실시예의 선택기와 동일한 구성의 선택기(80A)가 사용되어, 4개의 수광 소자 구동 신호(D2) 중 하나를 강도 변조광의 주기마다 선택하고, 선택된 수광 소자 구동 신호(D2)를 제2 위상 비교기(72A)에 입력한다.
본 실시예에서는, 2개의 타이밍 동기 회로(70, 70A)를 사용하여, 발광 타이밍 신호(E1)와 검출 타이밍 신호(D1)를 위상이 서로 가까워지는 방향으로 변경하여, 발광 소자(100)로부터의 강도 변조광의 위상에 정확하게 동기하여 수광 소자(200)을 동작시킬 수 있어 공간 정보의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
(실시예 8)
도 12는 본 발명의 제8 실시예에 따른 공간 정보 검출 장치를 나타내며, 타이밍 동기 회로(70B)의 내부 구성 및 이와 관련된 구성을 제외하고는, 도 10의 제6 실시예와 구성 및 기능이 동일하다. 동일한 요소는 동일한 도면부호로 나타내고, 중복 설명은 불필요하므로 생략한다.
타이밍 조정 회로(70B)는, 가변의 입력 전압에 따라 주파수가 변화하는 신호를 발생하는 발진 회로(78); 및 검출 타이밍 신호(D1)와 발광 소자 구동 신호(E2)와 위상차를 검출하는 위상 비교기(72B)를 구비한다. 검출된 위상차는 발진 회로(78)에 공급되고, 발진 회로(78)는 위상차에 기초하여 변화하는 주파수를 가지는 신호를 제공하고, 이것이 변경된 검출 타이밍 신호(D1x)로서 수광 소자 구동 회로(40)에 출력된다. 그 결과, 수광 소자 구동 신호(D2)는 발광 소자(100)로부터의 강도 변조광의 위상에 동기되므로, 발광 소자(100)와 수광 소자(200)의 동작을 동기시킬 수 있다.
(실시예 9)
도 13은, 본 발명의 제9 실시예에 따른 공간 정보 검출 장치를 나타내며, 타이밍 동기 회로(70B)가 발광 소자 타이밍 신호를 규정하는 출력을 제공하는 것을 제외하고는, 도 12의 실시예와 동일하다. 동일한 요소는 동일한 도면부호로 나타내고, 중복 설명은 불필요하므로 생략한다.
타이밍 동기 회로(70B)는 위상 비교 회로(72B)와 발진 회로(78)로 구성된다. 위상 비교기(72B)는 검출 신호 발생 회로(20)로부터의 검출 타이밍 신호(D1)와 발 광 소자 구동 회로(30)로부터의 발광 소자 구동 신호(E2)를 비교하고, 검출 타이밍 신호(D1)와 발광 소자 구동 신호(E2)의 위상차를 나타내는 전압을 발진 회로(78)에 제공하도록 구성된다. 본 실시예에서, 발진 회로(78)는 발광 신호 발생 회로를 규정하고, 발광 소자 구동 회로(30)에 출력되는 발광 타이밍 신호(E1)를 발생시키도록 구성된다. 발진 회로(78)는 위상 비교기(72B)의 출력 전압에 따라 발광 타이밍 신호(E1)의 주파수를 조정하기 위해 제공되며, 위상 비교기(72B)에서 검출되는 검출 타이밍 신호(D1)와 발광 소자 구동 신호(E2)의 위상차를 일정하게 유지하도록 발광 타이밍 신호(E1)의 주파수를 결정한다. 검출 타이밍 신호(D1)는, 도 11의 실시예와 동일한 구성의 선택기(80)를 통하여 위상 비교기(72B)에 공급된다.
도 14는, 상기한 실시예들에 적용될 수 있는 수광 소자 구동 회로의 일례를 나타낸 것이며, 동작은, 도 1의 실시예의 수광 소자 구동 회로(40)와 기본적으로 동일하다. 동일한 요소는 동일한 도면부호로 나타내고, 중복 설명은 불필요하므로 생략한다.
수광 소자 구동 회로(40A)는, 수광 소자(200)에 흐르는 수광 소자 구동 전류(D2)의 순간 변화율을 구하도록 구성된 미분 회로(62), 및 미분 회로(62)에서 구한 순간 변화율의 최대값을 검출하도록 구성된 피크 검출 회로(64)로 구성되는 전류 감시 회로(60)를 포함한다. 피크 검출 회로(64)에 의해 검출된 변화율의 최대값은 레지스터(68)에 갱신 및 기억된다. 제1 실시예를 참조하여 설명한 바와 같이, 전류 제어기(66)는 레지스터(68)로부터 판독한 전류 변화율의 최대값에 기초하여. 각각 저항기로서 작용하는 FET(53, 54)를 제어하여, DC 전원(210)으로부터 출 력 스위치(50)를 통하여 수광 소자(200)에 흐르는 충전 전류를 미리 정해진 레벨로 유지하고, 수광 소자(200)로부터 출력 스위치(50)를 통하여 접지에 흐르는 방전 전류를 미리 정해진 레벨로 유지한다. 그 결과, 검출 타이밍 신호(D1)에 응답하여 수광 소자(200)에 흐르는 충전 전류 및 방전 전류의 상승 시간 및 하강 시간을 일정하게 보장할 수 있어, 주위의 온도의 영향 없이 수광 소자(200)를 동작시켜 공간 정보를 정확히 검출할 수 있다.
수광 소자 구동 회로(40A)는, 주위 온도를 감지하는 온도 센서(130), 감지된 온도를 미리 정해진 시간 간격으로 기억하는 온도 테이블(140), 및 이들에 접속된 기동 회로(120)를 포함한다. 기동 회로(120)는, 현재의 온도(instant tempeture)를 미리 정해진 시간 전에 기록된 과거의 온도와 비교하여, 온도차가 미리 정해진 임계값을 초과하는 경우에만, 미분 회로(62)와 피크 검출 회로(64)를 동작시키고, 그 이외에는 정지시킨다. 온도차가 임계값 미만인 경우, 전류 제어기(66)는 레지스터로부터 검색된 현재의 값(current value)에 기초하여 수광 소자(200)에 흐르는 전류를 제어한다. 따라서, 수광 소자(200)의 동작에 악영향을 주지 않는 온도 범위 내에서, 미분 회로(62) 및 피크 검출 회로(64)의 동작을 정지시켜, 전력 소비를 줄일 수 있다.
도 15는, 상기한 실시예에 적용될 수 있는 다른 수광 소자 구동 회로를 나타내며, 수광 소자(200)의 동작 응답성(operational response)에 있어 주위 온도에 따른 변동(ambient temperature-dependent variation)을 없애기 위하여, 주위 온도에 기초하여 수광 소자 구동 전류(D2)의 변화율을 변경하도록 구성된다. 수광 소 자 구동 회로(40B)는, 주위 온도를 감지하는 온도 센서(150), 및 검출된 온도와 연관된 미리 정해진 제어 파라미터를 기억하는 메모리 수단(162)을 포함한다. 전류 제어기(160)는, 검출된 온도에 대응하는 제어 파라미터를 메모리 수단(162)으로부터 판독하고, 제어 파라미터에 의해 규정되는 전압을, 각각 저항기로서 작용하는 FET(53, 54)의 게이트에 인가하여 각 FET의 온 저항을 조정함으로써, DC 전원(210)로부터 출력 스위치(50)를 통하여 수광 소자(200)에 흐르는 충전 전류 및 수광 소자(210)로부터 출력 스위치(50)를 통하여 접지에 흐르는 방전 전류의 전류 변화율을 일정하게 유지한다. 그 결과, 수광 소자(200)에 흐르는 충전 전류 및 방전 전류의 상승 시간 및 하강 시간을 일정하게 보장할 수 있어, 주위의 온도의 영향 없이 수광 소자(200)를 동작시켜 공간 정보를 정확히 검출할 수 있다.
도 16은 상기한 수광 소자 구동 회로에 적용할 수 있는 전류 제어 방법을 나타낸다. 이 예에서는, 복수의 DC 전원(210A, 210B, 210C)을 사용하여, 임의의 조합의 DC 전원으로부터 수광 소자(200)에 전류를 공급하며, 각각의 DC 전원과 접지 사이에 출력 스위치(50A, 50B, 50C)가 삽입된다. 각 출력 스위치(50A, 50B, 50C)는, 도 1의 실시예에 사용된 스위치와 동일한 구성이다. 직렬 접속된 FET(51A, 52A; 51B, 52B; 51C, 52C)의 각 접속점과 접지 사이에 수광 소자(200)가 접속된다. 각 출력 스위치를 규정하는 FET의 게이트는 서로 접속되어 검출 타이밍 신호(D1)를 동시에 수신하고, 이 검출 타이밍 신호(D1)에 따라 도 1의 실시예에서와 마찬가지로 온/오프되어 수광 소자(200)의 충전과 방전을 행한다.
각 출력 스위치(50A, 50B, 50C)에는, 각각 저항기로서 작용하는 충전 전류 제어용 FET(53A, 53B, 53C)와 각각 저항기로서 작용하는 방전 전류 제어용 FET(54A, 54B, 54C)가 직렬로 접속된다. 전류 제어기(160)는, 임의의 조합의 충전 전류 제어용 FET(53A, 53B, 53C) 및 방전 전류 제어용 FET(54A, 54B, 54C)를 동작시켜, 수광 소자(200)에 전류를 미리 정해진 변화율로 흐르게 한다. 전류 제어기(160)는, 미리 정해진 전류 변화율에 대응하는 전류값을 규정하는 아날로그 전압을 A/D컨버터(164)에 제공하고, A/D컨버터(164)는 어떤 조합의 충전 전류 제어용 FET(53A, 53B, 53C)를 온 시킬 것인지, 또 어떤 조합의 방전 전류 제어용 FET(54A, 54B, 54C)를 온 시킬 것인지를 결정하는 디지털 신호를 발생한다. 이 디지털 신호는 충전 전류 제어용 FET(53A, 53B, 53C) 및 방전 전류 제어용 FET(54A, 54B, 54C)의 게이트에 인가되어, 지정된 임의의 조합의 FET를 온시켜, 수광 소자(200)에 흐르는 전류를 제어한다.
이와 같이, 복수의 출력 스위치에 각각 접속되는 복수의 충전 전류 제어용 FET를 임의의 조합으로 온시킬 수 있으므로, 수광 소자(200)의 충전 전류를 정밀하게 제어할 수 있다. 이 경우, 충전 전류 제어용 FET(53A, 53B, 53C)는 동일 또는 상이한 온 저항을 가지도록 구성될 수 있다. 방전 전류 제어용 FET(54A, 54B, 54C)에 대해서도 마찬가지이다.
(실시예 10)
도 17은 본 발명의 제10 실시예에 따른 공간 정보 검출 장치를 나타내며, 타이밍 동기 회로(70)의 내부 구성을 제외하고는, 도 1 및 도 5의 제1 실시예와 구성 및 기능이 동일하다. 동일한 요소는 동일한 도면부호로 나타내고, 중복 설명은 불 필요하므로 생략한다.
타이밍 조정 회로(70)는, 입력 전압에 따라 주파수가 변화하는 신호를 발생하는 발진 회로(78), 및 발광 타이밍 신호(E1)와 수광 소자 구동 신호(D2)의 위상차를 검출하는 위상 비교기(72)로 구성된다. 검출된 위상차는 전압 신호의 형태로 발진 회로(78)에 공급되고, 발진 회로(78)는 이 위상차에 따라 주파수가 변화하는 신호를, 변경된 발광 타이밍 신호(E1x)로서 발광 소자 구동 회로(30)에 출력한다. 그 결과, 수광 소자 구동 신호(D2)의 위상에 맞추어 강도 변조광이 발광 소자(100)로부터 방사되어, 발광 소자(100)와 수광 소자(200)의 동작을 동기시킬 수 있다.
상기한 각 실시예 및 변경예의 개별 특징은, 다른 실시예들 및 변경예들의 특징과 조합되거나 치환될 수 있으며, 이것도 또한 본 발명의 범위 내이다.
또, 상기한 실시예들에서는 전형적인 공간 정보 중 하나로서 대상 공간 내의 물체까지의 거리를 구하는 것을 설명하였으나, 본 발명은 이것으로 한정되지 않으며, 물체로부터 반사되는 강도 변조광의 강도를 분석하여 구한 물체의 광 반사율에 기초한, 물체의 식별에도 동일하게 적용될 수 있다.

Claims (21)

  1. 대상 공간(target space)에 강도 변조광(intensity-modulated light)을 방사하도록 구성된 발광 소자(100);
    상기 발광 소자(100)의 발광 타이밍을 결정하는 발광 타이밍 신호(E1)를 발생하도록 구성된 발광 신호 발생 회로(10);
    상기 발광 타이밍 신호(E1)에 응답하여 상기 발광 소자(100)로부터 상기 강도 변조광을 발생시키는 발광 소자 구동 신호(E2)를 출력하도록 구성된 발광 소자 구동 회로(30);
    상기 대상 공간 내의 물체로부터 반사되는 상기 강도 변조광을 수광하도록 구성된 수광 소자(200);
    상기 수광 소자(200)에서 수광된 광의 광 강도를 복수의 위상 구간(P0, P1, P2, P3) 각각에서 인출하고, 상기 인출된 광 강도의 변화에 기초하여, 상기 발광 소자(100)로부터의 상기 강도 변조광과 상기 수광 소자(200)에서 수광된 상기 강도 변조광 사이의 관계를 결정하며, 상기 대상 공간 내의 공간 정보를 출력하도록 구성된 정보 출력 회로(300);
    각각의 상기 위상 구간에서 상기 수광 소자(200)를 동작시키기 위해, 서로 위상 관계가 어긋난 복수의 수광 소자 구동 신호(D2)를 상기 수광 소자(200)에 출력하도록 구성된 수광 소자 구동 회로(40; 40A; 40B);
    상기 수광 소자 구동 신호(D2)를 발생시키는 타이밍을 결정하는 검출 타이밍 신호(D1)를, 상기 수광 소자 구동 회로(40; 40A; 40B)에 제공하도록 구성된 검출 신호 발생 회로(20); 및
    상기 발광 소자 구동 회로(30)로부터의 출력에 따른 주기적 변동(cyclic variation)과 상기 검출 타이밍 신호(D1)에 의해 결정되는 주기적 변동을 비교하고, 상기 주기적 변동들 사이의 위상차를 일정하게 유지하기 위해, 상기 검출 타이밍 신호(D1)와 상기 발광 타이밍 신호(E1) 중 적어도 하나를 변경하도록 구성된 타이밍 동기 회로(70; 70A; 70B)
    를 포함하는 공간 정보 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타이밍 동기 회로(70)는, 상기 수광 소자 구동 회로(40; 40A; 40B)로부터의 상기 수광 소자 구동 신호(D2)의 주기적 변동을, 상기 검출 타이밍 신호(D1)에 의해 결정되는 상기 주기적 변동으로서 구하고, 상기 발광 소자 구동 회로(30)로부터의 상기 발광 소자 구동 신호(E2)와 비교하도록 구성되는, 공간 정보 검출 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 타이밍 동기 회로(70)는, 상기 발광 타이밍 신호(E1)를 변경된(modified) 발광 타이밍 신호(E1x)로 변경하고, 상기 변경된 발광 타이밍 신호(E1x)를 상기 발광 소자 구동 회로(30)에 공급하도록 구성되는, 공간 정보 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 타이밍 동기 회로(70)는,
    상기 발광 신호 발생 회로(10)와 상기 발광 소자 구동 회로(30) 사이에 삽입되고,
    상기 발광 신호 발생 회로(10)로부터 출력되는 상기 발광 타이밍 신호(E1)의 위상을, 가변(variable)의 위상 시프트 값(phase shift value)에 의해 시프트시켜 상기 발광 소자 구동 회로(30)에 출력하도록 구성된 위상 조정 회로(76), 및
    상기 수광 소자 구동 회로(40; 40A; 40B)로부터 출력되는 상기 주기적 변동과 상기 발광 소자 구동 회로(30)로부터의 상기 발광 소자 구동 신호(E2)의 위상차에 따라 상기 위상 시프트 값을 결정하도록 구성된 위상 비교기(72)
    를 포함하는, 공간 정보 검출 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 수광 소자 구동 회로(40)는,
    상기 검출 신호 발생 회로(20)로부터 출력되는 복수의 검출 타이밍 신호(D1)에 기초하여, 상기 수광 소자 구동 신호(D2)를 결정하도록 구성되고,
    서로 위상 관계가 어긋난 상기 수광 소자 구동 신호(D2)를 선택적으로 인출하도록 선택기(80)가 제공되며,
    상기 타이밍 동기 회로(70)는, 상기 선택기(80)로부터 선택되는 상기 수광 소자 구동 신호(D2)와 상기 발광 소자 구동 회로(30)로부터의 출력에 따른 상기 주기적 변동(E2)의 위상차에 기초하여, 상기 발광 타이밍 신호(E1)를 변경하도록 구성되는, 공간 정보 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 정보 출력 회로(300)는,
    상기 수광 소자 구동 신호(D2)에 대응하는 각각의 위상 구간(P0, P1, P2, P3)에서의 수광 강도를 복수 회에 걸쳐 적분(integrate)하도록 구성되고,
    상기 선택기(80)로부터 선택된 상기 수광 소자 구동 신호(D2)에 동기하여, 각각의 상기 위상 구간(P0, P1, P2, P3)에서의 수광 강도를 상기 수광 소자(200)로부터 얻도록 구성되는, 공간 정보 검출 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 검출 신호 발생 회로(20)와 상기 수광 소자 구동 회로(40) 사이에 삽입되고, 상기 검출 타이밍 신호(D1)의 위상을 가변의 위상 시프트 값에 의해 시프트시켜 상기 수광 소자 구동 회로(40; 40A; 40B)에 출력하도록 구성된 보조 위상 조정 회로(90); 및
    상기 검출 타이밍 신호(D1)와 상기 수광 소자 구동 회로(40; 40A; 40B)로부터 출력되는 상기 주기적 변동(D2)의 위상차를 검출하여, 상기 위상차를 나타내는 출력을 상기 보조 위상 조정 회로(90)에 제공하도록 구성된 보조 위상 비교기(92)
    를 더 포함하고,
    상기 보조 위상 조정 회로(90)는, 상기 위상차에 기초하여 상기 위상 시프트 값을 결정하여, 상기 검출 타이밍 신호(D1)와 상기 수광 소자 구동 회로(40; 40A; 40B)로부터의 상기 수광 소자 구동 신호(D2)의 위상차를 미리 정해진 값으로 유지하는, 공간 정보 검출 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 타이밍 동기 회로(70; 70A)는, 상기 발광 소자 구동 회로(30)로부터의 출력에 따른 주기적 변동(E2)과 상기 검출 신호 발생 회로(20)로부터의 상기 검출 타이밍 신호(D1)를 비교하도록 구성되는, 공간 정보 검출 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 타이밍 동기 회로(70)는, 상기 발광 타이밍 신호(E1)를 변경하여, 변경된 발광 타이밍 신호(E1x)를 상기 발광 소자 구동 회로(30)에 제공하도록 구성되는, 공간 정보 검출 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 타이밍 동기 회로(70A)는, 상기 검출 타이밍 신호(D1)를 변경된 검출 타이밍 신호(D1x)로 변경하고, 상기 변경된 검출 타이밍 신호(D1x)를 상기 수광 소 자 구동 회로(40)에 제공하도록 구성되는, 공간 정보 검출 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 타이밍 동기 회로(70A)는,
    상기 검출 신호 발생 회로(20)와 상기 수광 소자 구동 회로(40) 사이에 삽입되고,
    상기 검출 신호 발생 회로(20)로부터의 상기 검출 타이밍 신호(D1)의 위상을 가변의 위상 시프트 값에 의해 시프트시켜, 상기 수광 소자 구동 회로(40)에 출력하도록 구성된 위상 조정 회로(76A), 및
    상기 발광 소자 구동 회로(30)로부터 출력되는 주기적 변동과 상기 검출 신호 발생 회로(20)로부터의 상기 검출 타이밍 신호(D1)의 위상차에 기초하여, 상기 위상 시프트 값을 결정하도록 구성된 위상 비교기(72A)
    를 포함하는, 공간 정보 검출 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 타이밍 동기 회로는,
    상기 발광 신호 발생 회로(10)와 상기 발광 소자 구동 회로(30) 사이에 삽입된 제1 타이밍 동기 회로(70); 및
    상기 검출 신호 발생 회로(20)와 상기 수광 소자 구동 회로(40; 40A; 40B) 사이에 삽입된 제2 타이밍 동기 회로(70A)
    를 포함하고,
    상기 제1 타이밍 동기 회로(70)는,
    상기 발광 신호 발생 회로(10)로부터의 상기 발광 타이밍 신호(E1)의 위상을 가변의 위상 시프트 값에 의해 시프트시켜, 상기 발광 소자 구동 회로(30)에 출력하도록 구성된 제1 위상 조정 회로(76), 및
    상기 발광 소자 구동 회로(30)로부터 출력되는 주기적 변동(E2)과 상기 검출 신호 발생 회로(20)로부터의 상기 검출 타이밍 신호(D1)의 위상차에 기초하여, 상기 위상 시프트 값을 결정하도록 구성된 제1 위상 비교기(72)
    를 포함하며,
    상기 제2 타이밍 동기 회로(70A)는,
    상기 검출 신호 발생 회로(20)로부터의 상기 검출 타이밍 신호(D1)의 위상을 가변의 위상 시프트 값에 의해 시프트시켜, 상기 수광 소자 구동 회로(40)에 출력하도록 구성된 제2 위상 조정 회로(76A), 및
    상기 발광 신호 발생 회로(10)로부터의 상기 발광 타이밍 신호(E1)와 상기 수광 소자 구동 회로(40)로부터의 상기 수광 소자 구동 신호(D2)의 위상차에 기초하여, 상기 위상 시프트 값을 결정하도록 구성된 제2 위상 비교기(72A)
    를 포함하는, 공간 정보 검출 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 타이밍 동기 회로(70A)와 상기 수광 소자 구동 회로(40) 사이에 삽입되 고, 상기 변경된 검출 타이밍 신호(D1x)의 위상을 가변의 위상 시프트 값으로 시프트시키도록 구성된 보조 위상 조정 회로(90A); 및
    상기 변경된 검출 타이밍 신호(D1x)와 상기 수광 소자 구동 회로(40)로부터 의 상기 수광 소자 구동 신호(D2)의 위상차를 검출하여, 상기 위상차를 나타내는 출력을 상기 보조 위상 조정 회로(90A)에 제공하는 보조 위상 비교기(92A)
    를 더 포함하고
    상기 보조 위상 조정 회로(90A)는, 상기 위상차에 기초하여 상기 위상 시프트 값을 결정하여, 상기 타이밍 동기 회로(70A)로부터의 상기 변경된 검출 타이밍 신호(D1x)와 상기 수광 소자 구동 회로(40)로부터의 상기 수광 소자 구동 신호(D2)의 위상차를 미리 정해진 값으로 유지하는, 공간 정보 검출 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 발광 소자(100)로부터의 상기 강도 변조광의 일부를 수광하여 대응하는 광 강도를 출력하도록 구성된 참조용 수광 소자(110)를 더 포함하고,
    상기 타이밍 동기 회로(70A)는, 상기 광 강도를, 상기 발광 소자 구동 회로(30)로부터의 출력에 따른 주기적 변동의 표시로서 사용하도록 구성되는, 공간 정보 검출 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 타이밍 동기 회로(70B)는,
    가변 입력 전압에 따라 주파수가 변화하는 신호를 사용하고, 상기 신호를 상기 변경된 검출 타이밍 신호(D1x)로서 상기 수광 소자 구동 회로(40)에 제공하도록 구성된 발진 회로(78), 및
    상기 발광 소자 구동 회로(30)의 출력에 따른 주기적 변동(E2)과 상기 검출 신호 발생 회로(20)로부터의 상기 검출 타이밍 신호(D1)의 위상차를 나타내는 전압을 발생하고, 상기 전압을 상기 발진 회로(78)에 출력하도록 구성된 위상 비교기(72B)
    를 포함하는, 공간 정보 검출 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 수광 소자(200)는, 용량성 리액턴스(capacitive reactance)를 가지고, DC 전원(210)으로부터 공급되는 DC 전류로 동작하도록 구성되며,
    상기 수광 소자 구동 회로(40B)는,
    상기 DC 전원(210)과 상기 수광 소자(200) 사이에 접속되고, 상기 검출 타이밍 신호(D1)에 동기하여 상기 수광 소자(200)에 상기 DC 전류를 공급하는 출력 스위치(50);
    주위 온도를 검출하는 온도 센서(150); 및
    상기 수광 소자(200)에 공급되는 전류가 미리 정해진 변화율로 유지되도록, 상기 수광 소자(200)에 공급되는 전류를 조정하도록 구성된 전류 제어기(160)
    를 포함하는, 공간 정보 검출 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전류 제어기(160)는,
    상기 수광 소자에 흐르는 전류의 변화율을 온도와 관련지어 기억하도록 구성된 메모리 수단(162)을 포함하고,
    상기 온도 센서(150)로부터 출력되는 온도에 대응하는 전류 변화율을 상기 메모리 수단(162)으로부터 판독하고, 상기 판독한 전류 변화율과 일치하도록, 상기 수광 소자(200)에 흐르는 전류를 제어하도록 구성되는, 공간 정보 검출 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 수광 소자(200)는, 용량성 리액턴스를 가지고, DC 전원(210)으로부터 공급되는 DC 전류로 동작하도록 구성되며,
    상기 수광 소자 구동 회로(40A)는,
    상기 DC 전원(210)과 상기 수광 소자(200) 사이에 접속되고, 상기 검출 타이밍 신호(D1)에 동기하여 상기 수광 소자(200)에 상기 DC 전류를 공급하는 출력 스위치(50);
    상기 수광 소자(200)에 공급되는 전류의 변화율을 감시하고, 상기 변화율을 나타내는 전류 변화 출력을 제공하도록 구성된 전류 감시 회로(60); 및
    상기 전류 변화 출력에 따라 동작하여, 상기 수광 소자(200)에 공급되는 전류가 미리 정해진 변화율로 유지되도록, 상기 수광 소자(200)에 공급되는 전류를 조정하도록 구성된 전류 제어기(66)
    를 포함하는, 공간 정보 검출 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전류 감시 회로(60)는,
    상기 수광 소자(200)에 흐르는 전류의 순간 변화율을 계산하도록 구성된 미분 회로(62); 및
    상기 미분 회로(62)로부터의 상기 순간 변화율의 최대값을 검출하도록 구성된 피크 검출 회로(64)
    를 포함하고,
    상기 전류 제어기(66)는, 상기 피크 검출 회로(64)로부터의 상기 순간 변화율의 최대값에 기초하여, 상기 수광 소자에 흐르는 전류를 제어하여 상기 변화율을 미리 정해진 값으로 유지하도록 구성되는, 공간 정보 검출 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 수광 소자 구동 회로(40A)는,
    주위 온도를 검출하는 온도 센서(130);
    상기 피크 검출 회로(64)에서 검출된 상기 순간 변화율의 최대값을 유지하도록 구성된 레지스터(68);
    미리 정해진 간격으로 상기 온도 센서(130)의 출력을 기억하도록 구성된 온 도 테이블(140); 및
    현재의 온도와 미리 정해진 시간 전에 기록된 과거의 온도의 온도차가 미리 정해진 레벨을 초과하는 것으로 검출된 경우에만, 상기 미분 회로(62) 및 상기 피크 검출 회로(64)를 동작시키는 기동 회로(120)
    를 더 포함하는, 공간 정보 검출 장치.
  21. 대상 공간에 강도 변조광을 방사하도록 구성된 발광 소자(10O);
    상기 발광 소자(100)의 발광 타이밍을 결정하는 발광 타이밍 신호(E1)를 발생하도록 구성된 발광 신호 발생 회로(10);
    상기 발광 타이밍 신호(E1)에 응답하여, 상기 발광 소자(100)에서 상기 강도 변조광을 발생시키는 발광 소자 구동 신호(E2)를 출력하도록 구성된 발광 소자 구동 회로(30);
    상기 대상 공간 내의 물체로부터 반사되는 상기 강도 변조광을 수광하도록 구성된 수광 소자(200);
    상기 수광 소자(200)에서 수광된 광의 광 강도를 복수의 위상 구간(P0, P1, P2, P3) 각각에서 구하고, 상기 광 강도의 변화에 기초하여, 상기 발광 소자(100)로부터의 강도 변조광과 상기 수광 소자(200)에서 수광된 강도 변조광 사이의 관계를 결정하며, 상기 대상 공간 내의 공간 정보를 출력하도록 구성된 정보 출력 회로(300);
    각각의 상기 위상 구간(P0, P1, P2, P3)에서 상기 수광 소자(200)를 동작시 키기 위해, 서로 위상 관계가 어긋난 복수의 수광 소자 구동 신호(D2)를 상기 수광 소자(200)에 출력하도록 구성된 수광 소자 구동 회로(40; 40A; 40B),
    상기 수광 소자 구동 신호(D2)를 발생시키는 타이밍을 결정하는 검출 타이밍 신호(D1)를, 상기 수광 소자 구동 회로(40; 40A; 40B)에 제공하도록 구성된 검출 신호 발생 회로(20); 및
    상기 발광 신호 발생 회로(10)로부터의 발광 타이밍 신호(E1)의 주기적 변동과 상기 검출 타이밍 신호(D1)에 의해 결정되는 주기적 변동을 비교하고, 상기 주기적 변동들 사이의 위상차를 일정하게 유지하기 위해, 상기 검출 타이밍 신호(D1)와 상기 발광 타이밍 신호(E1) 중 적어도 하나를 변경하도록 구성된 타이밍 동기 회로(70; 70A; 70B)
    를 포함하고,
    상기 타이밍 동기 회로(70)는,
    입력 전압에 따라 주파수가 변화하는 신호를 사용하고, 상기 신호를 변경된 발광 타이밍 신호(E1x)로서 상기 발광 소자 구동 회로(30)에 제공하는 발진 회로(78), 및
    상기 수광 소자 구동 회로(40; 40A; 40B)로부터의 출력에 따른 주기적 변동(D2)과 상기 발광 신호 발생 회로(10)로부터의 상기 발광 타이밍 신호(E1)의 위상차를 나타내는 전압을 발생하고, 상기 전압을 상기 발진 회로에 출력하도록 구성된 위상 비교기(72)
    를 포함하는, 공간 정보 검출 장치.
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