KR102374132B1 - 거리 측정 장치 및 이의 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예는 거리 측정 장치에 있어서, 대상물을 향해 광을 조사하는 발광부와, 상기 대상물로부터 반사된 광을 수광하는 수광부를 구비하는 TOF(Time of Flight) 방식의 센서 모듈; 상기 수광된 광의 특성을 기초로 상기 센서 모듈과 상기 대상물 사이의 거리 값을 산출하는 컨트롤러 유닛; 및 상기 거리 값을 아날로그 신호로 변환하여 출력 값을 생성하는 컨버터 유닛을 포함하고, 상기 컨트롤러 유닛은 상기 거리 값이 기 설정된 제 1 거리 값 범위 이내인 경우 상기 거리 값에 비례하여 제 1 출력 값을 생성하고, 상기 제 1 거리 값 범위 이외이면 서로 다른 제 2 출력 값 또는 제 3 출력 값으로 생성하도록 상기 컨버터 유닛을 제어하는 것인 거리 측정 장치를 제공한다.

Description

거리 측정 장치 및 이의 구동 방법{DISTANCE MEASURING DEVICE AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 거리 측정 장치 및 이의 구동 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 거리 측정의 정확성을 높일 수 있는 TOF(Time Of Flight) 방식의 거리 측정 장치 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.
거리 측정 장치는 2지점 간의 거리를 측정하는 기기이다.
이러한 거리 측정 장치는 초음파를 이용하여 거리를 측정하는 초음파식 거리 측정 장치와 광원을 이용하여 거리를 측정하는 광학식 거리 측정 장치가 있다.
먼저, 초음파식 거리 측정 장치는 대상물(O1, O2)을 향해 초음파를 송신한 후, 대상물(O1, O2)로부터 반사되는 반사파의 수신을 통해 대상물(O1, O2)의 거리를 측정하게 된다.
그러나 이러한 초음파식 거리 측정 장치는 대상물(O1, O2)이 스펀지나 스티로폼 같은 흡음재로 이루어진 경우, 대상물(O1, O2)에 대한 거리 측정이 이루어지지 못하는 문제가 있다.
그리고, 광학식 거리 측정 장치는 적외선 또는 자연광 등의 다양한 광원을 이용하여 2지점 간의 거리를 측정하게 된다.
이러한 광학식 거리 측정 장치는 다양한 방식을 이용하여 거리를 측정하는데, 대표적으로는 대상물(O1, O2)의 거리 변화에 따른 초점거리의 이동을 계산하여 거리를 측정하는 삼각 측정법이 있다.
도 1은 종래의 삼각 측정법을 이용하는 거리 측정 장치를 도시한 예시도이다.
도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 거리 측정 장치는 발광부(1), 수광부(2), 제1 렌즈(L1) 및 제2 렌즈(L2)를 구비할 수 있다.
발광부(1)는 대상물(O1, O2)을 향해 광을 조사할 수 있다. 그리고 발광부(1)로부터 조사된 광은 제1 렌즈(L1)를 투과하여 대상물(O1, O2)에 도달할 수 있다. 그리고, 대상물(O1, O2)로부터 반사된 광은 제2 렌즈(L2)를 투과하여 수광부(2)에 수광된다.
그리고, 수광부(2)는 수광된 광이 결상된 위치에 따른 저항값이 반영된 출력 전압을 생성할 수 있다.
일 예로, 수광부(2)는 대상물(O1, O2)로부터 반사된 광이 결상된 지점으로부터 수광부(2)의 좌측 단부까지의 거리에 기초한 저항값을 반영하는 출력 전압을 생성할 수 있다.
도 1의 (b)는 수광부(2)에서 생성된 출력 전압을 도시한 그래프도이다. 도 1 (b)의 가로축은 거리 측정 장치와 대상물(O1, O2) 사이의 거리(이하, 실제 거리)를 나타낸다. 그리고, 도 1 (b)의 세로축은 수광부(2)에서 생성되는 출력 전압을 나타낸다.
도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 종래의 거리 측정 장치에 구비된 수광부(2)에서 생성된 출력 전압은 실제 거리가 가까울 때는 급격히 상승하여 피크 전압에 도달하게 된다. 그리고, 출력 전압은 실제 거리가 멀어짐에 따라 지수함수 형태로 하강하게 된다.
이때, 출력 전압은 실제 거리와 1:1로 대응되지 않는다.
일 예로 도 1 (b)의 B 영역을 참고하면, 실제 거리가4cm일 때와, 실제 거리가 9cm 일 때의 출력 전압은 서로 같다.
이로 인해 종래의 거리 측정 장치는 피크 전압을 기준으로 좌측(근접 구간) 또는 우측(비 근접 구간) 어느 하나의 구간에 해당하는 실제 거리만을 측정할 수 있는 문제점이 있었다.
이러한 문제로 인해 종래의 거리 측정 장치는 별도의 하우징을 구비하여 거리 측정 장치 주변의 일정 거리 이내에 대상물(O1, O2)이 접근하는 것을 차단하는 등, 근접 구간에서 출력 전압이 발생하는 것을 원천적으로 차단하여 거리 측정의 오류를 방지해야 하는 불편함이 있었다.
또한, 삼각 측정법을 이용하는 거리 측정 장치는 측정 원리 상 실제 거리와 출력 전압의 선형 비례 관계가 성립할 수 없으므로, 실제 거리에 따른 출력 전압의 기울기가 급격하거나 완만한 구간에서는 거리 측정의 정확도가 낮아지는 문제점이 있었다.
일 예로, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 실제 거리가 70cm 이상인 경우, 출력 전압의 기울기가 지나치게 완만하기 때문에 출력 전압에 기초하여 실제 거리를 정확히 측정하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 거리 측정의 정확성을 높일 수 있는 TOF(Time Of Flight) 방식의 거리 측정 장치 및 이의 구동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 대상물과의 거리 관계를 명확히 판단할 수 있는 거리 측정 장치 및 이의 구동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 거리 측정 장치에 있어서, 대상물을 향해 광을 조사하는 발광부와, 상기 대상물로부터 반사된 광을 수광하는 수광부를 구비하는 TOF(Time of Flight) 방식의 센서 모듈; 상기 수광된 광의 특성을 기초로 상기 센서 모듈과 상기 대상물 사이의 거리 값을 산출하는 컨트롤러 유닛; 및 상기 거리 값을 아날로그 신호로 변환하여 출력 값을 생성하는 컨버터 유닛을 포함하고, 상기 컨트롤러 유닛은 상기 거리 값이 기 설정된 제 1 거리 값 범위 이내인 경우 상기 거리 값에 비례하여 제 1 출력 값을 생성하고, 상기 제 1 거리 값 범위 이외이면 서로 다른 제 2 출력 값 또는 제 3 출력 값으로 생성하도록 상기 컨버터 유닛을 제어하는 것인 거리 측정 장치를 제공한다.
상기 제1 출력 값은 상기 거리 값과 선형 비례 관계일 수 있다.
상기 제 2 출력 값 및 제 3 출력 값은 대상물로부터의 거리가 근접 또는 원거리에 따라 각각 서로 다른 값으로 출력될 수 있다.
상기 센서 모듈은 상기 수광한 광의 광량을 측정하고, 상기 컨트롤러 유닛은 상기 광량이 임계값 미만일 경우 상기 컨버터 유닛이 상기 제2 출력 값 또는 상기 제3 출력 값을 생성하도록 제어할 수 있다.
상기 거리 측정 장치는 클럭 신호를 발생시키는 클럭 신호 생성부를 더 포함하고, 상기 발광부는 상기 클럭 신호와 위상이 동기화된 광을 조사할 수 있다.
상기 광의 특성은 상기 발광부가 상기 대상물을 향해 광을 조사한 제1 시간과, 상기 수광부가 상기 대상물로부터 반사된 광을 수광한 제2 시간 사이의 차이와 관련된 특성을 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러 유닛은 상기 발광부가 조사한 광의 위상과 상기 수광부가 수광한 광의 위상의 차이를 기초로 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이의 차이를 연산하여 디지털화된 거리 값을 산출할 수 있다.
상기 거리 측정 장치는 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이의 차이와, 상기 거리 값 간의 관계를 나타내는 테이블 정보가 저장된 저장부를 더 포함하고, 상기 컨트롤러 유닛은 상기 광의 특성과 상기 테이블 정보를 기초로 상기 거리 값을 산출할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 발광부와, 수광부를 구비하는 TOF(Time of Flight) 방식의 센서 모듈을 포함하는 거리 측정 장치의 구동 방법으로서, a) 대상물을 향해 광을 조사하는 단계; b) 상기 대상물로부터 반사된 상기 광을 수광하는 단계; c) 상기 수광된 광의 특성을 기초로 상기 센서 모듈과 상기 대상물 사이의 거리 값을 산출하는 단계; d) 상기 거리 값이 제1 거리 값 범위에 속하는지 판단하는 단계; e) 판단 결과, 상기 거리 값이 상기 제1 거리 값 범위에 속하는 경우, 상기 거리 값과 비례 관계인 제1 출력 값을 생성하는 단계; f) 판단 결과, 상기 거리 값이 상기 제1 거리 값 범위 외에 속하는 경우, 미리 정해진 제2 출력 값 또는 제3 출력 값을 생성하는 단계;를 포함하는 거리 측정 장치의 구동 방법을 제공한다.
상기 제1 출력 값은 상기 거리 값과 선형 비례 관계일 수 있다.
상기 제 2 출력 값 및 제 3 출력 값은 대상물로부터의 거리가 근접 또는 원거리에 따라 각각 서로 다른 값으로 출력될 수 있다.
상기 b) 단계 이후 상기 수광된 광의 광량이 임계값 미만인 경우 미리 정해진 상기 제2 출력 값, 또는 상기 제3 출력 값을 생성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 거리 측정 장치는 클럭 신호를 발생시키는 클럭 신호 생성부를 더 포함하고, 상기 발광부는 상기 클럭 신호와 위상이 동기화된 광을 조사할 수 있다.
상기 광의 특성은 상기 발광부가 상기 대상물을 향해 광을 조사한 제1 시간과, 상기 수광부가 상기 대상물로부터 반사된 광을 수광한 제2 시간 사이의 차이와 관련된 특성을 포함할 수 있다.
상기 거리 값은 상기 발광부가 조사한 광의 위상과 상기 수광부가 수광한 광의 위상의 차이를 기초로 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이의 차이를 연산한 데이터일 수 있다.
상기 거리 측정 장치는 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이의 차이와, 상기 거리 값 간의 관계를 나타내는 테이블 정보가 저장된 저장부를 더 포함하고, 상기 c) 단계에서, 상기 거리 값은 상기 광의 특성과 상기 테이블 정보를 기초로 산출되는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 센서 모듈과 대상물 사이의 거리 값은 거리 측정 장치의 출력 전압과 선형 비례 관계를 가지므로, 거리 측정 장치가 거리를 측정함에 있어 정확성이 높아질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 센서 모듈과 대상물 사이의 거리 값이 제1 거리 값 범위에 속할 때, 즉 거리 측정 장치의 거리 측정 범위에 속할 때의 출력 값과 속하지 않을 때의 출력 값이 명확히 구분되므로, 거리 측정 장치가 거리를 측정함에 있어 정확성이 높아질 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 삼각 측정법을 이용하는 거리 측정 장치를 도시한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러 유닛이 실제 거리 값을 연산하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러 유닛이 실제 거리 값을 보정하는 방법을 설명하기 위해, 컨버터 유닛이 출력하는 전압과 실제 거리 값 사이의 관계를 도시한 그래프도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치를 도시한 블록도이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 거리 측정 장치는 베이스 기판(100), 센서 모듈(200), 컨트롤러 유닛(300), 컨버터 유닛(400) 및 하우징(H)을 포함할 수 있다.
베이스 기판(100)은 센서 모듈(200), 컨트롤러 유닛(300) 및 컨버터 유닛(400)을 실장할 수 있으며, 실장된 구성품들을 전기적으로 연결할 수 있다.
그리고, 센서 모듈(200)은 TOF(Time Of Flight) 방식을 이용하여 대상물(O)과 센서 모듈(200) 사이의 거리를 측정할 수 있다. 즉, 센서 모듈(200)은 센서 모듈(200)로부터 대상물(O)을 향해 조사된 광이 대상물(O)에 반사되어 돌아오는 시간을 계산함으로써 센서 모듈(200)과 대상물(O) 사이의 거리를 측정할 수 있다.
또한, 센서 모듈(200)은 발광부(210), 수광부(220) 및 모듈 기판(230)을 구비할 수 있다.
발광부(210)는 대상물(O)을 향해 광을 조사할 수 있다. 그리고, 발광부(210)로부터 조사된 광은 제1 렌즈(L1)를 투과하여 대상물(O)에 조사될 수 있다.
그리고, 대상물(O)로부터 반사된 광은 제2 렌즈(L2)를 투과한 후 광학계(P)를 거쳐 수광부(220)에 수광될 수 있다. 일 예로, 발광부(210)는 IR 광원일 수 있다.
이러한 발광부(210)와 수광부(220)는 모듈 기판(230) 상에 실장될 수 있다.
그리고, 수광부(220)는 수광된 광의 특성을 컨트롤러 유닛(300)으로 전달할 수 있다.
컨트롤러 유닛(300)은 수광부(220)로부터 전달받은 광의 특성을 기초로 센서 모듈(200)과 대상물(O) 사이의 거리 값을 산출할 수 있으며, 거리 측정 장치의 전반적인 동작을 제어하게 된다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 센서 모듈(200)과 대상물(O) 사이의 거리 값을 “실제 거리 값”으로 칭하기로 한다.
컨트롤러 유닛(300)은 광의 조사를 제어하는 발광 제어 신호를 발광부(210)에 제공할 수 있다.
이때, 컨트롤러 유닛(300)은 클럭 신호 생성부(310)에서 생성된 구형파 형상의 클럭 신호를 발광 제어 신호와 함께 발광부(210)에 제공할 수 있다. 그리고, 발광부(210)는 클럭 신호와 동기화된 광을 생성하여 대상물(O)로 조사할 수 있다.
또한, 컨트롤러 유닛(300)은 실제 거리 값을 산출할 수 있다.
이를 위해, 컨트롤러 유닛(300)은 발광부(210)가 광을 조사한 제1 시간(t1)과 수광부(220)에 광이 수광된 제2 시간(t2)의 차이(△를 연산할 수 있다.
이러한 컨트롤러 유닛(300)의 연산 동작은 도 4를 통해 구체적으로 살펴보기로 한다.
한편, 컨트롤러 유닛(300)은 제1 시간(t1)과 제2 시간(t2)의 차이(△와, 실제 거리 값 간의 관계를 나타내는 테이블 정보가 저장된 저장부(320)를 구비할 수 있다.
그리고, 컨트롤러 유닛(300)은 연산을 통해 획득한 제1 시간(t1)과 제2 시간(t2)의 차이(△를 테이블 정보에 대입함으로써 실제 거리 값을 획득할 수 있다.
한편, 컨트롤러 유닛(300)은 미리 저장된 알고리즘에 제1 시간(t1)과 제2 시간(t2)의 차이(△를 대입하여 실제 거리 값을 산출할 수도 있음은 물론이다.
이때, 실제 거리 값은 디지털화 된 값일 수 있다.
그리고, 컨트롤러 유닛(300)은 실제 거리 값을 컨버터 유닛(400)으로 전달할 수 있다. 그리고, 컨버터 유닛(400)은 전달받은 실제 거리 값을 아날로그 신호로 변환할 수 있다. 일 예로, 아날로그 신호는 출력 전압일 수 있다.
그리고, 컨버터 유닛(400)은 변환한 아날로그 신호를 전자기기(E)에 제공할 수 있다.
한편, 컨트롤러 유닛(300)은 실제 거리 값을 컨버터 유닛(400)으로 전달하기에 앞서 실제 거리 값을 보정할 수 있다. 컨트롤러 유닛(300)이 실제 거리 값을 보정하는 방법은 도 5를 통해 구체적으로 살펴보기로 한다.
그리고, 하우징(H)은 거리 측정 장치를 이루는 구성품들을 내부에 수용할 수 있으며, 거리 측정 장치의 외관을 이룰 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러 유닛(300)이 실제 거리 값을 연산하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 A1은 발광부(210)로부터 조사된 광의 신호 레벨을 나타내고, A2는 수광부(220)에 수광된 광의 신호 레벨을 나타낸다.
이때, 발광부(210)로부터 조사된 광은 클럭 신호 생성부(310)에서 생성된 클럭 신호와 동기화된 상태일 수 있다.
따라서, 발광부(210)로부터 조사된 광과 수광부(220)에 수광된 광의 신호 레벨은 클럭 신호와 마찬가지로 구형파의 형상으로 이루어질 수 있다.
그리고, 컨트롤러 유닛(300)은 발광부(210)가 대상물(O)을 향해 조사한 광과, 대상물(O)로부터 반사되어 수광부(220)에 수광된 광의 위상의 차이를 기초로 제1 시간(t1)과 제2 시간(t2)의 차이(△를 연산할 수 있다.
이하에서는 컨트롤러 유닛(300)이 상향 엣지를 디텍팅(detecting)하여 제1 시간(t1)과 제2 시간(t2)의 차이(△를 연산하는 방법을 예로 설명한다.
그러나, 컨트롤러 유닛(300)은 하향 엣지 디텍팅 방식 또는 레벨 디텍팅 방식 등을 이용하여 제1 시간(t1)과 제2 시간(t2)의 차이(△를 연산할 수도 있음은 물론이다.
먼저, 컨트롤러 유닛(300)은 제1 클럭(C1)의 상향 엣지가 발생한 타이밍을 제1 시간(t1)으로서 기억할 수 있다.
그리고, 컨트롤러 유닛(300)은 제1 시간(t1)으로부터 미리 정해진 시간 동안 발광부(210)로부터 조사된 광이 수광부(220)에 수광되는지 여부를 확인할 수 있다.
그리고, 컨트롤러 유닛(300)은 발광부(210)로부터 조사된 광이 미리 정해진 시간 내에 수광부(220)에 수광되면, 대상물(O)이 거리 측정 장치와 인접한 것으로 판단할 수 있다.
이때, 미리 정해진 시간은 거리 측정 장치의 거리 측정 범위 최외곽에 대상물(O)이 위치하였을 때, 발광부(210)로부터 조사된 광이 대상물(O)에 반사되어 수광부(220)에 도달하기까지 걸리는 시간을 사전에 시뮬레이션하여 설정한 시간일 수 있다.
여기서 거리 측정 범위는 거리 측정 장치의 측정 사양에 기초하여 설정된 범위일 수 있다.
한편, 발광부(210)로부터 조사된 광이 미리 정해진 시간 내에 수광되지 않는 경우, 컨트롤러 유닛(300)은 대상물(O)이 제1 클럭(C1) 타이밍에 거리 측정 장치의 거리 측정 범위에 위치하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
그리고, 컨트롤러 유닛(300)은 제2 클럭(C2)의 상향 엣지가 발생한 타이밍을 새로운 제1 시간(t1)으로서 기억할 수 있다.
그리고, 발광부(210)로부터 조사된 광이 미리 정해진 시간 내에 수광되는 경우, 컨트롤러 유닛(300)은 제1 클럭(C1) 타이밍에 발광부(210)로부터 조사된 광이 수광부(220)에 수광된 것으로 판단할 수 있다.
이때, 컨트롤러 유닛(300)은 수광부(220)에 수광되는 광의 신호 레벨 패턴을 관찰하여 제1 클럭(C1) 타이밍에 발광부(210)로부터 조사된 광이 수광부(220)에 수광된 것인지 여부를 판단할 수도 있다.
일 예로, 컨트롤러 유닛(300)은 발광부(210)로부터 조사된 광이 미리 정해진 시간 내에 수광되는 경우, 수광부(220)에 수광되는 광의 신호 레벨 패턴을 복수의 클럭 타이밍에 걸쳐 관찰할 수 있다.
그리고, 컨트롤러 유닛(300)은 수광부(220)에 수광된 광의 신호 레벨 패턴이 발광부(210)로부터 조사된 광의 신호 레벨 패턴과 일치하는 경우, 발광부(210)로부터 조사된 광이 수광부(220)에 수광된 것으로 판단할 수 있다.
그리고, 컨트롤러 유닛(300)은 수광된 광(C1')의 상향 엣지가 발생한 타이밍을 제2 시간(t2)으로서 기억할 수 있다.
그리고, 컨트롤러 유닛(300)은 제1 시간(t1)과 제2 시간(t2)의 차이(△를 연산할 수 있으며, 연산 결과를 기초로 센서 모듈(200)과 대상물(O) 사이의 거리, 즉 실제 거리 값을 획득할 수 있다.
그리고, 컨트롤러 유닛(300)은 실제 거리 값을 컨버터 유닛(400)으로 전달할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러 유닛(300)이 실제 거리 값을 보정하는 방법을 설명하기 위해, 컨버터 유닛(400)이 출력하는 전압과 실제 거리 값 사이의 관계를 도시한 그래프도이다.
도 5의 (a)는 컨트롤러 유닛(300)이 실제 거리 값을 보정하지 않았을 때 컨버터 유닛(400)이 출력하는 전압을 설명하기 위한 도면이고, 도 5의 (b)는 컨트롤러 유닛(300)이 실제 거리 값을 보정하였을 때 컨버터 유닛(400)이 출력하는 전압을 설명하기 위한 도면이다.
여기서 제1 거리 값 범위(S1)는 거리 측정 장치의 거리 측정 범위에 속하는 범위이다. 그리고, 제2 거리 값 범위(S2)는 제1 거리 값 범위(S1) 외에 속하면서 제1 거리 값 범위(S1)에 비해 거리 측정 장치와 근접한 범위이다. 그리고, 제3 거리 값 범위(S3)는 제1 거리 값 범위(S1) 외에 속하면서 제1 거리 값 범위(S1)에 비해 거리 측정 장치와 이격된 범위이다.
도 5의 (a)를 참조하면, 컨버터 유닛(400)이 출력하는 전압 값은 실제 거리 값과 비례 관계임을 알 수 있다.
이때, 컨버터 유닛(400)이 출력하는 전압 값과 실제 거리 값은 제1 거리 값 범위(S1) 내에서는 선형 비례 관계를 만족하나 제1 거리 값 범위(S1) 외, 즉 제2 거리 값 범위(S2) 및 제3 거리 값 범위(S3)에서는 비선형 비례 관계임을 알 수 있다.
따라서, 컨트롤러 유닛(300)은 비선형 비례 관계로 인한 거리 측정 정확도의 하락을 방지하기 위해, 실제 거리 값을 보정하여 컨버터 유닛(400)으로 전달할 수 있다.
일 예로, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 컨트롤러 유닛(300)은 실제 거리 값이 제1 거리 값 범위(S1) 이내에 속하는 경우, 컨버터 유닛(400)이 실제 거리 값과 선형 비례 관계인 제1 출력 값(V1)을 생성하도록 실제 거리 값을 보정할 수 있다.
그리고, 컨트롤러 유닛(300)은 실제 거리 값이 제1 거리 값 범위(S1) 이외에 속하는 경우, 컨버터 유닛(400)이 서로 다른 제 2 출력 값 또는 제 3 출력 값을 생성하도록 제어할 수 있다.
일 예로, 컨트롤러 유닛(300)은 실제 거리 값이 제2 거리 값 범위(S2)에 속하는 경우, 컨버터 유닛(400)이 미리 정해진 제2 출력 값(V2)을 생성하도록 실제 거리 값을 보정할 수 있다.
일 예로, 컨트롤러 유닛(300)은 실제 거리 값이 제3 거리 값 범위(S3)에 속하는 경우, 컨버터 유닛(400)이 미리 정해진 제3 출력 값(V3)을 생성하도록 실제 거리 값을 보정할 수 있다.
이에 따르면, 컨트롤러 유닛(300)은 대상물(O)이 근접하였을 때와 원거리에 위치하였을 때, 각각 출력 값이 서로 다르도록 컨버터 유닛(400)을 제어할 수 있다.
이때, 제1 출력 값(V1)은 미리 정해진 제1 출력 값 범위(R1)에 속하는 값일 수 있다. 그리고, 제2 출력 값(V2)은 제2 출력 값 범위(R2)에 속하는 특정 값일 수 있다. 그리고, 제3 출력 값(V3)은 제3 출력 값 범위(R3)에 속하는 특정 값일 수 있다.
그리고, 제1 출력 값 범위(R1), 제2 출력 값 범위(R2) 및 제3 출력 값 범위(R3)는 서로 이격된 범위일 수 있다.
일 예로, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 출력 값 범위(R1)가 0.5V 내지 2.5V의 범위일 경우, 제2 출력 값(V2)은 3V와 같이 제1 출력 값 범위로부터 이격된 특정 출력 값일 수 있다.
또한, 제3 출력 값(V3)은 0V와 같이 제1 출력 값 범위로부터 이격되고 제2 출력 값(V2)과는 상이한 특정 출력 값일 수 있다.
이에 따르면, 제1 출력 값(V1), 제2 출력 값(V2) 및 제3 출력 값(V3)은 서로 인접되거나 또는 중복되지 않으므로, 실제 거리 값이 제1 거리 값 범위(S1)에 속하는 경우와 제2 거리 값 범위(S2)에 속하는 경우와 제3 거리 값 범위(S3)에 속하는 경우의 거리 측정 장치 출력 값이 명확히 구분될 수 있다.
한편, 거리 측정 장치는 수광부(220)에 수광된 광의 광량을 측정할 수도 있다.
일 예로, 컨트롤러 유닛(300)은 수광부(220)에 수광된 광의 광량이 임계값 미만인 경우, 컨버터 유닛(400)이 미리 정해진 제2 출력 값(V2) 또는 제3 출력 값(V3)을 생성하도록 실제 거리 값을 보정할 수도 있다.
즉, 컨트롤러 유닛(300)은 수광부(220)에 수광된 광의 광량이 임계값 미만인 경우, 대상물(O)이 거리 측정 범위를 벗어난 것으로 판단할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저 대상물(O)을 향해 광을 조사하는 단계가 실시될 수 있다. (S100)
본 단계에서, 발광부(210)는 대상물(O)을 향해 광을 조사할 수 있으며, 이때 광은 컨트롤러 유닛(300)에서 제공하는 클럭 신호와 동기화될 수 있다.
그리고, 대상물(O)로부터 반사된 광을 수광하는 단계가 실시될 수 있다. (S200)
이때, 대상물(O)이 센서 모듈(200)에 인접하였는지 여부에 대한 판단이 이루어질 수 있다. 이러한 판단은 클럭 신호 형태의 신호 레벨을 갖는 광이 수광부(220)에 수광되었는지 여부에 따라 이루어질 수 있다.
그리고, 수광된 광의 광량이 임계값 이상인지 판단하는 단계가 실시될 수 있다. (S300)
일 예로, 수광된 광의 광량이 임계값 미만인 경우, 컨트롤러 유닛(300)은 컨버터 유닛(400)이 미리 정해진 제2 출력 값(V2) 또는 제3 출력 값(V3)을 생성하도록 제어할 수 있다.
즉, 컨트롤러 유닛(300)은 대상물(O)과 센서 모듈(200) 사이의 거리가 거리 측정 장치의 거리 측정 범위를 벗어난 것으로 판단할 수 있다.
한편, 단계 S300은 거리 측정 장치의 제조 사양에 따라 생략될 수도 있다.
그리고, 수광된 광의 특성을 기초로 센서 모듈(200)과 대상물(O) 사이의 거리 값을 산출하는 단계가 실시될 수 있다. (S400)
일 예로, 컨트롤러 유닛(300)은 특정 클럭의 상승 엣지 타이밍을 제1 시간(t1)으로서 기억할 수 있다.
그리고, 컨트롤러 유닛(300)은 수광부(220)에 수광된 특정 클럭의 상승 엣지 타이밍을 제2 시간(t2)으로서 기억할 수 있다.
그리고, 컨트롤러 유닛(300)은 제1 시간(t1)과 제2 시간(t2)의 차이(△를 연산할 수 있으며 차이(△값을 기초로 센서 모듈(200)과 대상물(O) 사이의 거리 값, 즉 실제 거리 값을 산출할 수 있다.
그리고, 산출된 거리 값이 제1 거리 값 범위(S1)에 속하는지 여부를 판단하는 단계가 실시될 수 있다. (S500)
이때, 산출된 거리 값이 제1 거리 값 범위(S1)에 속하는 경우, 거리 값과 비례 관계인 제1 출력 값(V1)을 생성하는 단계가 실시될 수 있다. (S600)
일 예로, 제1 거리 값 범위(S1)는 산출된 거리 값과 출력 전압이 선형 비례 관계를 갖는 거리 값 범위일 수 있다.
반대로, 산출된 거리 값이 제1 거리 값 범위(S1) 외에 속하는 경우, 미리 정해진 제2 출력 값(V2) 또는 제3 출력 값(V3)을 생성하는 단계가 실시될 수 있다. (S700)
일 예로, 산출된 거리 값이 제2 거리 값 범위(S2)에 속하는 경우, 컨트롤러 유닛(300)은 컨버터 유닛(400)이 미리 정해진 제2 출력 값(V2)을 생성하도록 제어할 수 있다.
일 예로, 산출된 거리 값이 제3 거리 값 범위(S3)에 속하는 경우, 컨트롤러 유닛(300)은 컨버터 유닛(400)이 미리 정해진 제3 출력 값(V3)을 생성하도록 제어할 수 있다.
이에 따르면, 컨트롤러 유닛(300)은 대상물(O)이 근접하였을 때와 원거리에 위치하였을 때, 각각 출력 값이 서로 다르도록 컨버터 유닛(400)을 제어할 수 있다.
이때, 제1 출력 값(V1), 제2 출력 값(V2) 및 제3 출력 값(V3)은 서로 상이한 값일 수 있다.
구체적으로 제1 출력 값(V1)은 제1 출력 값 범위(R1)에 속할 수 있다. 그리고, 제2 출력 값(V2)은 제2 출력 값 범위(R2)에 속할 수 있다. 그리고, 제3 출력 값(V3)은 제3 출력 값 범위(R3)에 속할 수 있다.
이때, 제1 출력 값 범위(R1), 제2 출력 값 범위(R2) 및 제3 출력 값 범위(R3)는 서로 이격된 범위일 수 있다.
이에 따르면, 제1 출력 값(V1), 제2 출력 값(V2), 및 제3 출력 값(V3)은 서로 명확히 구분될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 베이스 기판 200 : 센서 모듈
210 : 발광부 220 : 수광부
230 : 모듈 기판 300 : 컨트롤러 유닛
400 : 컨버터 유닛

Claims (16)

  1. 거리 측정 장치에 있어서,
    대상물을 향해 광을 조사하는 발광부와, 상기 대상물로부터 반사된 광을 수광하는 수광부를 구비하는 TOF(Time of Flight) 방식의 센서 모듈;
    상기 수광된 광의 특성을 기초로 상기 센서 모듈과 상기 대상물 사이의 거리 값을 산출하는 컨트롤러 유닛; 및
    상기 거리 값을 아날로그 신호로 변환하여 출력 값을 생성하는 컨버터 유닛을 포함하고,
    상기 컨트롤러 유닛은 상기 거리 값이 기 설정된 제1 거리 값 범위 이내인 경우 상기 거리 값에 비례하여 제1 출력 값을 생성하고, 상기 거리 값이 제1 거리 값 범위 외에 속하면서 상기 제1 거리 값 범위보다 상기 거리 측정 장치와 근접한 범위인 제2 거리 값 범위에 속하는 경우, 미리 정해진 제2 출력 값을 생성하고, 상기 거리 값이 제1 거리 값 범위 외에 속하면서 상기 제1 거리 값 범위보다 상기 거리 측정 장치와 이격된 범위인 제3 거리 값 범위에 속하는 경우, 상기 제2 출력 값과 상이하며 미리 정해진 제3 출력 값을 생성하도록 상기 컨버터 유닛을 제어하고,
    상기 제1 출력 값은 제1 출력 값 범위(R1)에 속하고,
    상기 제2 출력 값은 제2 출력 값 범위(R2)에 속하고,
    상기 제3 출력 값은 제3 출력 값 범위(R3)에 속하고,
    상기 제2 거리 값 범위와 상기 제1 거리 값 범위와 상기 제3 거리 값 범위는 순서대로 서로 인접한 범위이고
    상기 제1 출력 값 범위(R1), 상기 제2 출력 값 범위(R2) 및 상기 제3 출력 값 범위(R3)는 서로 이격된 범위이며,
    상기 제1 출력 값, 상기 제2 출력 값 및 상기 제3 출력 값은 상호 이격되어 상이한 값을 가지는 것인 거리 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 출력 값은 상기 거리 값과 선형 비례 관계인 것인 거리 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 출력 값 및 제 3 출력 값은 대상물로부터의 거리가 근접 또는 원거리에 따라 각각 서로 다른 값으로 출력되는 것인 거리 측정 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 센서 모듈은 상기 수광한 광의 광량을 측정하고,
    상기 컨트롤러 유닛은 상기 광량이 임계값 미만일 경우 상기 컨버터 유닛이 상기 제2 출력 값 또는 상기 제3 출력 값을 생성하도록 제어하는 것인 거리 측정 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    클럭 신호를 발생시키는 클럭 신호 생성부를 더 포함하고,
    상기 발광부는 상기 클럭 신호와 위상이 동기화된 광을 조사하는 것인 거리 측정 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 광의 특성은 상기 발광부가 상기 대상물을 향해 광을 조사한 제1 시간과, 상기 수광부가 상기 대상물로부터 반사된 광을 수광한 제2 시간 사이의 차이와 관련된 특성을 포함하는 것인 거리 측정 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 컨트롤러 유닛은 상기 발광부가 조사한 광의 위상과 상기 수광부가 수광한 광의 위상의 차이를 기초로 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이의 차이를 연산하여 디지털화된 거리 값을 산출하는 것인 거리 측정 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이의 차이와, 상기 거리 값 간의 관계를 나타내는 테이블 정보가 저장된 저장부를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러 유닛은 상기 광의 특성과 상기 테이블 정보를 기초로 상기 거리 값을 산출하는 것인 거리 측정 장치.
  9. 발광부와, 수광부를 구비하는 TOF(Time of Flight) 방식의 센서 모듈을 포함하는 거리 측정 장치의 구동 방법으로서,
    a) 대상물을 향해 광을 조사하는 단계;
    b) 상기 대상물로부터 반사된 상기 광을 수광하는 단계;
    c) 상기 수광된 광의 특성을 기초로 상기 센서 모듈과 상기 대상물 사이의 거리 값을 산출하는 단계;
    d) 상기 거리 값이 제1 거리 값 범위에 속하는지 판단하는 단계;
    e) 상기 판단 결과, 상기 거리 값이 상기 제1 거리 값 범위에 속하는 경우, 상기 거리 값과 비례 관계인 제1 출력 값을 생성하는 단계;
    f) 상기 판단 결과, 상기 거리 값이 제1 거리 값 범위 외에 속하면서 상기 제1 거리 값 범위보다 상기 거리 측정 장치와 근접한 범위인 제2 거리 값 범위에 속하는 경우, 미리 정해진 제2 출력 값을 생성하고, 상기 거리 값이 제1 거리 값 범위 외에 속하면서 상기 제1 거리 값 범위보다 상기 거리 측정 장치와 이격된 범위인 제3 거리 값 범위에 속하는 경우, 상기 제2 출력 값과 상이하며 미리 정해진 제3 출력 값을 생성하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 제1 출력 값은 제1 출력 값 범위(R1)에 속하고,
    상기 제2 출력 값은 제2 출력 값 범위(R2)에 속하고,
    상기 제3 출력 값은 제3 출력 값 범위(R3)에 속하고,
    상기 제2 거리 값 범위와 상기 제1 거리 값 범위와 상기 제3 거리 값 범위는 순서대로 서로 인접한 범위이고
    상기 제1 출력 값 범위(R1), 상기 제2 출력 값 범위(R2) 및 상기 제3 출력 값 범위(R3)는 서로 이격된 범위이며,
    상기 제1 출력 값, 상기 제2 출력 값 및 상기 제3 출력 값은 상호 이격되며 상이한 값을 가지는 거리 측정 장치의 구동 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 출력 값은 상기 거리 값과 선형 비례 관계인 것인 거리 측정 장치의 구동 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제 2 출력 값 및 제 3 출력 값은 대상물로부터의 거리가 근접 또는 원거리에 따라 각각 서로 다른 값으로 출력되는 것인 거리 측정 장치의 구동 방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 b) 단계 이후
    상기 수광된 광의 광량이 임계값 미만인 경우 미리 정해진 상기 제2 출력 값, 또는 상기 제3 출력 값을 생성하는 단계;를 더 포함하는 것인 거리 측정 장치의 구동 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 거리 측정 장치는 클럭 신호를 발생시키는 클럭 신호 생성부를 더 포함하고,
    상기 발광부는 상기 클럭 신호와 위상이 동기화된 광을 조사하는 것인 거리 측정 장치의 구동 방법.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 광의 특성은 상기 발광부가 상기 대상물을 향해 광을 조사한 제1 시간과, 상기 수광부가 상기 대상물로부터 반사된 광을 수광한 제2 시간 사이의 차이와 관련된 특성을 포함하는 것인 거리 측정 장치의 구동 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 거리 값은 상기 발광부가 조사한 광의 위상과 상기 수광부가 수광한 광의 위상의 차이를 기초로 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이의 차이를 연산한 데이터인 것인 거리 측정 장치의 구동 방법.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 거리 측정 장치는 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이의 차이와, 상기 거리 값 간의 관계를 나타내는 테이블 정보가 저장된 저장부를 더 포함하고,
    상기 c) 단계에서,
    상기 거리 값은 상기 광의 특성과 상기 테이블 정보를 기초로 산출되는 것인 거리 측정 장치의 구동 방법.
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