KR102480883B1 - Lidar sensor for vehicle - Google Patents

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박승한
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Abstract

본 출원은 단일센서를 이용하여, TOF 다이렉트 단독 작동 모드, 상기 타겟에 조사된 광과 타겟에 의해 반사되어 돌아온 광의 위상 차이로부터 타겟과의 거리를 측정하는 TOF 인-다이렉트 단독 작동 모드 및 TOF 다이렉트/인-다이렉트 동시 작동 모드로 중 어느 하나의 모드로 선택적으로 작동하도록 제어함으로써, TOF 다이렉트 방식의 측정 거리 범위 내에서 인-다이렉트 방식을 적용하여 타겟에 대한 정밀한 거리 측정이 가능한 차량용 라이다 센서가 제공된다.The present application uses a single sensor, a TOF direct operation mode, a TOF in-direct operation mode in which the distance to the target is measured from the phase difference between the light irradiated to the target and the light reflected by the target, and the TOF direct/return mode. By controlling to selectively operate in any one of the in-direct simultaneous operation modes, a vehicle lidar sensor capable of accurately measuring the distance to the target by applying the in-direct method within the measurement distance range of the TOF direct method is provided. do.

Description

차량용 라이다 센서 {Lidar sensor for vehicle}Lidar sensor for vehicle {Lidar sensor for vehicle}

본 출원은 차량용 라이다 센서에 관한 것으로서, 구체적으로는 TOF 다이렉트 단독 작동 모드, TOF 인-다이렉트 단독 작동 모드 및 TOF 다이렉트/인-다이렉트 동시 작동 모드 중 어느 하나의 모드로 선택적으로 작동하는 단일 센서를 통해 타겟에 대한 거리 측정 정밀도를 향상시키는 기술적 사상을 개시한다.The present application relates to a vehicle lidar sensor, and specifically, a single sensor selectively operating in any one of a TOF direct single operation mode, a TOF in-direct single operation mode, and a TOF direct/in-direct simultaneous operation mode. A technical idea for improving distance measurement accuracy to a target is disclosed.

라이다 센서는 빛을 이용해 거리를 측정하는 기술로서, 레이저 레이더(laser radar)와 같은 의미로 해석될 수 있다.LiDAR sensor is a technology for measuring distance using light and can be interpreted in the same sense as laser radar.

전파에 가까운 성질을 가진 레이저 광선을 사용하여 개발한 레이더라고 볼 수 있다. 레이저는 처음에 통신용으로 개발되었지만 강한 단색성에 의해 빛과 전파의 양면 특징을 가졌기 때문에 통신 이외의 각종 용도에도 사용되고 있다.It can be seen as a radar developed using laser beams with properties close to radio waves. Although lasers were initially developed for communication, they are used for various purposes other than communication because they have dual characteristics of light and radio waves due to strong monochromaticity.

특히, 빛의 속도가 항상 일정한 점을 이용하면, 거리 측정이 가능하다. 구체적으로는, 카메라 근처에 있는 광원에서 조사한 빛이 물체에 반사되어 돌아오는 시간을 정확히 측정하면 거리를 정밀하게 측정할 수 있으며, 이를 Time-of-flight (TOF) 기술이라 한다.In particular, if the speed of light is always constant, distance measurement is possible. Specifically, the distance can be accurately measured by accurately measuring the time it takes for light irradiated from a light source near the camera to reflect back on an object, which is called Time-of-flight (TOF) technology.

TOF 기술에는 크게 2가지 방식이 있는데, 다이렉트(direct) 방식과 인-다이렉트(in-direct) 방식이 있다.There are two main types of TOF technology, a direct method and an in-direct method.

다이렉트 방식은 펄스(pulse) 형태의 빛을 조사한 후 반사된 빛을 수광하여 그 사이의 시간을 재는 것으로 직접 시간을 측정하는 방식이다. 이 때, 빛의 속도를 감안하면, 펄스 폭을 최대한 작게 만들어야 하기 때문에 정밀도가 향상될 수 있다.The direct method is a method of directly measuring time by irradiating light in the form of a pulse, receiving reflected light, and measuring the time between them. At this time, considering the speed of light, precision can be improved because the pulse width must be made as small as possible.

또한 100m의 거리가 667ns의 TOF로 환산될 정도로 매우 시간이 짧기 때문에 정밀한 시간-디지털 변환기(time-to-digital converter)가 요구되며, 수광소자의 감도가 매우 높아야만 한다.In addition, since a distance of 100 m is very short enough to be converted into a TOF of 667 ns, a precise time-to-digital converter is required and the sensitivity of the light receiving element must be very high.

일반적인 카메라에 사용되는 센서의 수광소자는 30ms 정도의 긴 시간 동안 수광된 빛을 측정하며 이를 감안할 때 다이렉트 TOF 수광 소자의 감도가 매우 커야만 한다.The light receiving element of a sensor used in a general camera measures the received light for a long time of about 30 ms, and considering this, the sensitivity of the direct TOF light receiving element must be very high.

따라서 다이렉트 방식에서는 APD(avalanche photodiode)나 SPAD(single photon avalanche diode)를 수광 소자로 사용할 수 있다.Therefore, in the direct method, an avalanche photodiode (APD) or a single photon avalanche diode (SPAD) can be used as a light receiving element.

SPAD는 이름 그대로 1개의 광자가 들어올 경우에도 반응하여 디지털 펄스를 내보낼 수 있다. 이 방식의 장점은 이론적으로 거리에 대한 제약이 없어 원거리 측정이 가능하며, 소자의 동적 범위(dynamic range)가 넓어 태양광과 같은 외광에 강인하다는 특징이 있다.SPAD, as its name suggests, can send out digital pulses in response to even one photon entering. The advantages of this method are that it is theoretically possible to measure at a long distance because there is no restriction on distance, and that the device has a wide dynamic range and is robust against external light such as sunlight.

그러나, SPAD는 일반 포토다이오드(photodiode)에 비해 크기가 크고, 데이터가 조사한 빛의 펄스와 SPAD 반응 출력 펄스 사이의 시간을 디지털화 하여 저장해야 하므로 큰 메모리가 필요하여 높은 공간해상도를 구현하기 어려운 문제가 있다.However, SPAD is larger than a general photodiode, and since the time between the irradiated light pulse and the SPAD response output pulse must be digitized and stored, a large memory is required, making it difficult to implement high spatial resolution. there is.

이에 반해, 차량용으로 사용되는 라이다 센서는 전면의 영상을 모두 얻어야 하기 때문에 높은 해상도가 필요하다. 근래에는 센서의 차량용의 라이다 센서에 대한 해상도를 향상시키기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있는 추세이다. 현재 개발 중이거나 상용화된 라이다 센서들은 해상도를 향상시키기 위해 센서를 회전시키는 구동부가 필요하다. 그러나, 센서를 회전시키는 구동부가 차량에 장착되는 경우 진동에 의해 영향을 받기 쉬워 신뢰할 만한 결과를 얻기 어렵다.On the other hand, lidar sensors used for vehicles require high resolution because all front images must be obtained. In recent years, various technologies for improving the resolution of a lidar sensor for a vehicle are being developed. LiDAR sensors currently under development or commercialized require a driving unit that rotates the sensor to improve resolution. However, when the driving unit for rotating the sensor is mounted on a vehicle, it is easily affected by vibration and it is difficult to obtain a reliable result.

인-다이렉트 방식은 시간을 직접 측정하지 않고 빛을 변조(modulation)하여 조사한 후 반사된 빛과의 위상차를 측정하여 거리를 추출하는 방식이다.The in-direct method does not directly measure time, but modulates and irradiates light and then measures a phase difference with reflected light to extract a distance.

따라서 시간 측정을 위한 시간 디지털 변환기가 필요 없고, 조사하는 빛 펄스에 대해 모든 시간 데이터를 가지고 있지 않으므로 메모리가 필요 없어 크기가 다이렉트 방식에 비해 작다는 장점이 있다. 따라서, 공간해상도를 늘리는 것이 가능하다. 그럼에도 불구하고, 인-다이렉트 방식은 변조파의 주기에 해당하는 거리만 측정 가능하고, 외광에 취약한 한계가 있다.Therefore, there is no need for a time digital converter for time measurement, and since it does not have all the time data for the irradiated light pulse, there is no need for memory, so the size is smaller than that of the direct method. Therefore, it is possible to increase the spatial resolution. Nevertheless, the in-direct method can only measure a distance corresponding to a period of a modulated wave, and has limitations in being vulnerable to external light.

본 발명은 TOF 기술의 다이렉트 방식과 인-다이렉트 방식을 단독 또는 동시에 구현 가능한 단일 센서를 이용하여, TOF 다이렉트 방식의 측정 거리 범위 내에서 TOF 인-다이렉트 방식을 적용하여 타겟에 대한 거리 측정 정밀도를 향상시키는 차량용 라이다 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention improves distance measurement accuracy to a target by applying the TOF in-direct method within the measurement distance range of the TOF direct method using a single sensor capable of implementing the direct method and the in-direct method of the TOF technology alone or simultaneously. Its purpose is to provide a lidar sensor for vehicles.

일 실시예에 따른 차량용 라이다 차량 전면의 타겟에 광을 조사하는 광원; 상기 타겟에 조사된 광이 타겟에 의해 반사되어 되돌아오는 시간 및 광의 위상 차이(Phase difference)를 측정하여 타겟과의 거리를 측정하도록 마련된 단일 센서; 및 상기 광원 및 단일 센서를 제어하여, 상기 타겟에 조사된 광이 타겟에 의해 반사되어 되돌아오는 시간을 측정하여 타겟과의 거리를 측정하는 TOF 다이렉트 단독 작동 모드, 상기 타겟에 조사된 광과 타겟에 의해 반사되어 돌아온 광의 위상 차이로부터 타겟과의 거리를 측정하는 TOF 인-다이렉트 단독 작동 모드 및 TOF 다이렉트/인-다이렉트 동시 작동 모드로 중 적어도 하나의 작동모드로 작동하도록 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 라이다 센서를 제공한다.A light source for irradiating light to a target on the front of a vehicle lidar vehicle according to an embodiment; A single sensor provided to measure the distance to the target by measuring the time for the light irradiated to the target to be reflected back by the target and the phase difference of the light; and a TOF direct operation mode in which the distance to the target is measured by measuring the time for the light irradiated to the target to be reflected by the target and return by controlling the light source and the single sensor, and the light irradiated to the target and the target and a control unit for controlling to operate in at least one operation mode of a TOF in-direct single operation mode and a TOF direct/in-direct simultaneous operation mode that measures the distance to a target from the phase difference of light reflected and returned by the vehicle. It provides a sensor.

본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 라이다 센서는, TOF 다이렉트 단독 작동 모드, TOF 인-다이렉트 단독 작동 모드 및 TOF 다이렉트/인-다이렉트 동시 작동 모드 중 어느 하나의 작동 모드로 작동하는 단일 센서를 포함함에 따라, TOF 다이렉트 방식의 측정 거리 범위 내에서 인-다이렉트 방식을 적용하여 타겟에 대한 거리를 보다 정밀하게 측정할 수 있다. A vehicle lidar sensor according to an embodiment of the present invention includes a single sensor operating in any one of a TOF direct single operation mode, a TOF in-direct single operation mode, and a TOF direct/in-direct simultaneous operation mode. Accordingly, it is possible to measure the distance to the target more precisely by applying the in-direct method within the measurement distance range of the TOF direct method.

도 1은 일 실시예에 따른 라이다 센서를 설명하는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 광원에 의해 조사되는 제1 및 제2 광의 펄스 형태를 설명하는 도면이다.
1 is a diagram illustrating a lidar sensor according to an embodiment.
2 is a diagram illustrating pulse shapes of first and second lights irradiated by a light source according to an exemplary embodiment.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정 한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments according to the concept of the present invention disclosed in this specification are only illustrated for the purpose of explaining the embodiments according to the concept of the present invention, and implementation according to the concept of the present invention Examples may be embodied in many forms and are not limited to the embodiments described herein.

본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태 들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Embodiments according to the concept of the present invention can apply various changes and can have various forms, so the embodiments are illustrated in the drawings and described in detail herein. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to specific disclosure forms, and includes modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지 만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component, for example, without departing from the scope of rights according to the concept of the present invention, a first component may be named a second component, Similarly, the second component may also be referred to as the first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이 다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사 이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. It should be. On the other hand, when an element is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that no other element exists in the middle. Expressions describing the relationship between elements, such as "between" and "immediately between" or "directly adjacent to" should be interpreted similarly.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 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 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이 들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징 들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that the described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof exists, but one or more other features or numbers However, it should be understood that it does not preclude the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in this specification, it should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the scope of the patent application is not limited or limited by these examples. Like reference numerals in each figure indicate like elements.

도 1은 일 실시예에 따른 라이다 센서를 설명하는 도면이다.1 is a diagram illustrating a lidar sensor according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 센서는 광원(100), 단일 센서(200) 및 제어부(300)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a lidar sensor according to an embodiment includes a light source 100, a single sensor 200, and a controller 300.

구체적으로, 상기 광원(100)은 차량 전면의 타겟에 광을 조사한다. 상기 단일 센서(200)는 상기 타겟에 조사된 광이 타겟에 의해 반사되어 되돌아오는 시간 및 광의 위상 차이(Phase difference)를 측정하여 타겟과의 거리를 측정하도록 마련된다. 그리고, 상기 제어부(300)는 상기 광원(100) 및 단일 센서(200)를 제어하여, 상기 타겟에 조사된 광이 타겟에 의해 반사되어 되돌아오는 시간을 측정하여 타겟과의 거리를 측정하는 TOF 다이렉트 단독 작동 모드(310), 상기 타겟에 조사된 광과 타겟에 의해 반사되어 돌아온 광의 위상 차이로부터 타겟과의 거리를 측정하는 TOF 인-다이렉트 단독 작동 모드 (320) 및 TOF 다이렉트/인-다이렉트 동시 작동 모드(330)로 중 적어도 하나의 작동모드로 작동하도록 제어한다.Specifically, the light source 100 radiates light to a target on the front of the vehicle. The single sensor 200 is provided to measure the distance to the target by measuring the time for the light irradiated to the target to be reflected by the target and return, and the phase difference of the light. In addition, the control unit 300 controls the light source 100 and the single sensor 200 to measure the time for the light irradiated to the target to be reflected by the target and return, thereby measuring the distance to the target directly. Single operation mode 310, TOF in-direct operation mode 320 that measures the distance to the target from the phase difference between the light irradiated to the target and the light reflected back by the target, and TOF direct/in-direct simultaneous operation Mode 330 is controlled to operate in at least one operation mode.

본 출원에 따른 라이다 센서는 선택적으로 TOF 다이렉트 단독 작동 모드, TOF 인-다이렉트 단독 작동 모드 및 TOF 다이렉트/인-다이렉트 동시 작동 모드로 작동하는 단일 센서(200)를 통해, 다이렉트 방식의 측정 거리 범위 내에서 인-다이렉트 방식을 적용하여 타겟에 대한 정밀한 거리 측정이 가능하다.The lidar sensor according to the present application provides a direct measurement distance range through a single sensor 200 that selectively operates in a TOF direct single operation mode, a TOF in-direct single operation mode, and a TOF direct/in-direct simultaneous operation mode. It is possible to measure the precise distance to the target by applying the in-direct method within.

상기 TOF 다이렉트 단독 작동 모드(310)는 시간-디지털 변환기(time-to-digital converter) 및 히스토그래밍 회로를 통해 타겟과의 거리를 측정한다. 예를 들면, 상기 TOF 다이렉트 모드(210)는 시간-디지털 변환기를 통해 타겟에 의해 반사되어 되돌아오는 시간을 직접 측정하고, 이를 디지털 값으로 변환하며, 히스토그래밍 회로를 통해 반사된 빛의 시간을 정밀히 계산하여 타겟과의 거리를 측정한다. 상기 TOF 다이렉트 단독 작동 모드(310)는 상대적으로 멀리 위치한 타겟에 대한 거리 측정이 가능하다.The TOF direct operation mode 310 measures the distance to the target through a time-to-digital converter and a histogramming circuit. For example, the TOF direct mode 210 directly measures the time to reflect and return from a target through a time-to-digital converter, converts it into a digital value, and calculates the time of reflected light through a histogramming circuit. Calculate precisely and measure the distance to the target. The TOF direct operation mode 310 can measure a distance to a relatively distant target.

또한, 상기 TOF 인-다이렉트 단독 작동 모드(320)는 타임-게이트(Time-gate)를 통해 광의 펄스를 3개 이상으로 나눈 후 광 위상 변화에 의해 들어오는 광의 위상 차이를 역산하여 타겟에 대한 거리를 측정한다. 상기 TOF 인-다이렉트 단독 작동 모드(320)는 고해상도로 상대적으로 가까이 위치한 타겟에 대한 거리 측정이 가능하다.In addition, the TOF in-direct operation mode 320 calculates the distance to the target by inverting the phase difference of the incoming light due to the light phase change after dividing the light pulse into three or more through a time-gate. Measure. The TOF in-direct operation mode 320 enables distance measurement to a relatively close target with high resolution.

그리고, 상기 TOF 다이렉트/인-다이렉트 동시 작동 모드(330)은 전술한 단독 모드의 장단점을 서로 보완하는 모드로서, TOF 다이렉트 방식의 거리 범위에서 TOF 인-다이렉트 방식을 적용한 정밀한 거리 측정이 가능하다.In addition, the TOF direct/in-direct simultaneous operation mode 330 is a mode that complements the advantages and disadvantages of the above-mentioned single mode, and precise distance measurement using the TOF in-direct method is possible in the distance range of the TOF direct method.

상기 TOF 기술에서 다이렉트 방식과 인-다이렉트 방식은 당업계에서 널리 알려진 공지된 기술이므로, 이와 관련된 상세한 설명은 본 발명에서 생략하기로 한다.In the TOF technology, since the direct method and the in-direct method are widely known technologies in the art, detailed descriptions thereof will be omitted in the present invention.

도 2는 일 실시예에 따른 광원에 의해 조사되는 제1 및 제2 광의 펄스 형태를 설명하는 도면이다. 구체적으로, 도 2 (a)는 제1 광이 단독 조사될 때 제1 광의 펄스를 나타내며, 도 2(b)는 제2 광이 단독 조사될 때 제2 광의 펄스를 나타내고, 도 2(c)는 제1 및 제2 광이 동시에 조사될 때, 제1 및 제2 광의 펄스를 나타낸다.2 is a diagram illustrating pulse shapes of first and second lights irradiated by a light source according to an exemplary embodiment. Specifically, FIG. 2 (a) shows a pulse of the first light when the first light is irradiated alone, FIG. 2 (b) shows a pulse of the second light when the second light is irradiated alone, and FIG. 2 (c) represents pulses of the first and second lights when the first and second lights are simultaneously irradiated.

도 2를 참조하면, 상기 제어부(300)는 상기 작동 모드에 따라 상기 광원(100)이 제1 주파수를 갖는 펄스 형태의 제1 광 및 상기 제1 광 보다 높은 제2 주파수를 갖는 펄스 형태의 제2 광 중 어느 하나의 광을 선택적으로 조사하거나, 또는 제1 광의 펄스 간격 사이에 제2 광의 펄스가 3 개 이상이 되도록 제1 광 및 제2 광을 동시에 조사하도록 마련될 수 있다. Referring to FIG. 2 , the control unit 300 determines that the light source 100 has a first light having a first frequency and a second light having a higher frequency than the first light according to the operation mode. Either one of the two lights may be selectively irradiated, or the first light and the second light may be simultaneously irradiated so that three or more pulses of the second light are emitted between pulse intervals of the first light.

구체적으로, 상기 TOF 다이렉트 단독 모드(310)는 제1 주파수를 갖는 펄스 형태의 제1 광에 의해 타겟과의 거리를 측정하고, 상기 TOF 인-다이렉트 단독 모드(320)는 상기 제1 광보다 높은 제2 주파수를 갖는 펄스 형태의 제2 광에 의해 타겟과의 거리를 측정하며, 상기 TOF 다이렉트/인-다이렉트 동시 작동 모드(330)는 제1 광에 의한 타겟과의 거리 및 제2 광에 의해 타겟과의 거리에 기초하여, 타겟과의 거리를 측정하도록 마련될 수 있다.Specifically, the TOF direct single mode 310 measures the distance to the target by using the first light in the form of a pulse having a first frequency, and the TOF in-direct single mode 320 measures the distance to the target by using a pulsed first light having a first frequency. The distance to the target is measured by the second light in the form of a pulse having a second frequency, and the TOF direct/in-direct simultaneous operation mode 330 measures the distance to the target by the first light and the second light by the Arrangements may be made to measure the distance to the target based on the distance to the target.

또 하나의 예시에서, 상기 단일 센서(200)는 SPAD 센서일 수 있다. SPAD는 이름 그대로 1개의 광자가 들어올 경우에도 반응하여 디지털 펄스를 내보낼 수 있다. 이 방식의 장점은 이론적으로 거리에 대한 제약이 없어 원거리 측정이 가능하며, 소자의 동적 범위(dynamic range)가 넓어 태양광과 같은 외광에 강인하다는 특징이 있다. In another example, the single sensor 200 may be a SPAD sensor. SPAD, as the name suggests, can send out digital pulses in response to even one photon entering. The advantages of this method are that it is theoretically possible to measure at a long distance because there is no restriction on distance, and that the device has a wide dynamic range and is robust against external light such as sunlight.

기존 TOF 다이렉트 방식으로만 작동하는 SPAD 센서와 달리, 본 발명에 따른 SPAD 센서는 TOF 다이렉트 단독 작동 모드(310), TOF 인-다이렉트 단독 작동 모드(320) 및 TOF 다이렉트/인-다이렉트 작동 모드(330) 중 어느 하나로 작동하도록 제어됨에 따라, TOF 다이렉트 방식의 측정 거리 범위 내에서 인-다이렉트 방식을 적용하여 타겟에 대한 정밀한 거리 측정이 가능하다.Unlike conventional SPAD sensors that operate only in the TOF direct method, the SPAD sensor according to the present invention has a TOF direct operation mode (310), a TOF in-direct operation mode (320) and a TOF direct/in-direct operation mode (330). ), it is possible to precisely measure the distance to the target by applying the in-direct method within the measurement distance range of the TOF direct method.

일 구현 예에서, 상기 제어부(300)는 작동 모드에 따라 광원에서 조사되는 광의 펄스 폭, 펄스 간격 및 위상 차이를 조절하도록 마련된다. 특히, 상기 제어부(300)는 커패시터 값을 조절하여 광의 위상 차이를 조절할 수 있다. 상기 광의 위상 지연을 조절하는 것은 위상 차이를 통해 타겟에 대한 거리를 측정하는 TOF 인-다이렉트 단독 (또는 동시) 작동 모드를 작동하기 위함이다. In one embodiment, the control unit 300 is provided to adjust the pulse width, pulse interval, and phase difference of light emitted from the light source according to the operation mode. In particular, the control unit 300 can adjust the phase difference of light by adjusting the capacitor value. Adjusting the phase delay of the light is to operate a TOF in-direct single (or simultaneous) operation mode in which a distance to a target is measured through a phase difference.

예를 들어, 상기 제어부(300)는 상기 광원(100)에서 조사되는 광이 3개 이상의 상이한 위상 지연을 갖도록 제어할 수 있다. 광이 복수 개의 상이한 위상 지연을 갖도록 제어함으로써, SPAD와 같은 센서에서 TOF 인-다이렉트 작동 모드 구현이 가능하다.For example, the controller 300 may control the light emitted from the light source 100 to have three or more different phase delays. By controlling the light to have a plurality of different phase delays, it is possible to implement a TOF in-direct operating mode in a sensor such as a SPAD.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가 능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형 태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.

100: 광원
200: 단일 센서
300: 제어부
310: TOF 다이렉트 단독 작동 모드
320: TOF 인-다이렉트 단독 작동 모드
330: TOF 다이렉트/인-다이렉트 동시 작동 모드
100: light source
200: single sensor
300: control unit
310: TOF direct stand-alone operation mode
320: TOF in-direct stand-alone operation mode
330: TOF direct/in-direct simultaneous operation mode

Claims (6)

차량 전면의 타겟에 광을 조사하는 광원;
상기 타겟에 조사된 광이 타겟에 의해 반사되어 되돌아오는 시간 및 광의 위상 차이(Phase difference)을 측정하여 타겟과의 거리를 측정하도록 마련된 단일 센서; 및
상기 광원 및 단일 센서를 제어하여, 상기 타겟에 조사된 광이 타겟에 의해 반사되어 되돌아오는 시간을 측정하여 타겟과의 거리를 측정하는 TOF 다이렉트 단독 작동 모드, 상기 타겟에 조사된 광과 타겟에 의해 반사되어 돌아온 광의 위상 차이로부터 타겟과의 거리를 측정하는 TOF 인-다이렉트 단독 작동 모드 및 TOF 다이렉트/인-다이렉트 동시 작동 모드로 중 적어도 하나의 작동모드로 작동하도록 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 작동모드에 따라 상기 광원이 제1 주파수를 갖는 펄스 형태의 제1 광 및 상기 제1 광 보다 높은 제2 주파수를 갖는 펄스 형태의 제2 광 중 어느 하나의 광을 선택적으로 조사하거나, 또는 제1 광의 펄스 간격 사이에 제1 광과 펄스 폭이 상이한 제2 광의 펄스가 3 개 이상이 되도록 제1 광 및 제2 광을 동시에 조사하도록 마련된 차량용 라이다 센서.
a light source for radiating light to a target in front of the vehicle;
A single sensor provided to measure the distance to the target by measuring the time for the light irradiated to the target to be reflected by the target and return, and the phase difference of the light; and
TOF direct operation mode in which the distance to the target is measured by measuring the time for the light irradiated to the target to be reflected by the target and return by controlling the light source and the single sensor, and the light irradiated to the target and the target A control unit for controlling to operate in at least one operation mode of a TOF in-direct single operation mode and a TOF direct/in-direct simultaneous operation mode that measures a distance to a target from a phase difference of reflected light,
The control unit selectively irradiates any one of the first light in the form of a pulse having a first frequency and the second light in the form of a pulse having a second frequency higher than the first light according to the operation mode, or Or, a vehicle lidar sensor provided to simultaneously irradiate the first light and the second light so that three or more pulses of the second light having different pulse widths from the first light are generated between the pulse intervals of the first light.
삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 TOF 다이렉트 단독 모드는 제1 주파수를 갖는 펄스 형태의 제1 광에 의해 타겟과의 거리를 측정하고,
상기 TOF 인-다이렉트 단독 모드는 상기 제1 광보다 높은 제2 주파수를 갖는 펄스 형태의 제2 광에 의해 타겟과의 거리를 측정하며,
상기 TOF 다이렉트/인-다이렉트 동시 작동 모드는 제1 광에 의한 타겟과의 거리 및 제2 광에 의해 타겟과의 거리에 기초하여, 타겟과의 거리를 정밀하게 측정하도록 마련된 차량용 라이다 센서.
The method of claim 1 , wherein the TOF direct mode measures a distance to the target by using a first pulse-type light having a first frequency,
In the TOF in-direct mode alone, the distance to the target is measured by a second light having a pulse type having a second frequency higher than that of the first light,
The TOF direct / in-direct simultaneous operation mode is a vehicle lidar sensor provided to precisely measure the distance to the target based on the distance to the target by the first light and the distance to the target by the second light.
제 1 항에 있어서, 상기 단일 센서는 SPAD 센서인, 차량용 라이다 센서.The vehicle lidar sensor according to claim 1, wherein the single sensor is a SPAD sensor. 제 1 항에 있어서,
상게 제어부는 작동모드에 따라 광원에서 조사되는 광의 펄스 폭, 펄스 간격 및 위상 차이를 조절하도록 마련된 차량용 라이다 센서.
According to claim 1,
The control unit is a vehicle lidar sensor provided to adjust the pulse width, pulse interval, and phase difference of the light emitted from the light source according to the operation mode.
제 5 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 광원에서 조사되는 광이 3개 이상의 상이한 위상 지연을 갖도록 제어하는, 차량용 라이다 센서.
The vehicle lidar sensor according to claim 5, wherein the control unit controls the light emitted from the light source to have three or more different phase delays.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102016942B1 (en) * 2017-09-20 2019-09-02 연세대학교 산학협력단 Lidar sensor for vehicle and method of the same
KR102111539B1 (en) * 2017-11-29 2020-05-19 에이테크솔루션(주) Apparatus and method for measuring distance using tof camera

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3294726B2 (en) * 1994-12-20 2002-06-24 本田技研工業株式会社 Radar equipment

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