KR102507274B1 - 라이다 장치 및 그 거리 측정 방법 - Google Patents

라이다 장치 및 그 거리 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 장치의 작동을 제어하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 의해 전기적 신호를 출력하는 트랜시버; 상기 전기적 신호에 의해 광학 신호를 출력하는 광 발생부; 물체에 반사된 상기 광학 신호를 수신하는 광 수신부; 상기 광 수신부의 수신 신호를 수신하여 처리하는 리시버; 및 상기 트랜시버로부터 스타트 신호를 전달받고 상기 리시버로부터 스탑 신호를 전달받아 시간 차이를 산출하는 시간-디지털 변환부;를 포함하고, 상기 시간-디지털 변환부는, 개별적으로 복수의 채널을 구비한 복수의 시간-디지털 변환기를 구비하고, 상기 복수의 시간-디지털 변환기는 상기 스타트 신호와 상기 스탑 신호를 모두 받는 마스터 시간-디지털 변환기와, 상기 스타트 신호와 상기 스탑 신호 중에 상기 스탑 신호만을 받는 슬레이브 시간-디지털 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치를 제공한다.

Description

라이다 장치 및 그 거리 측정 방법 {Light Detection and Ranging Apparatus and Distance Measuring Method of the Same}
본 발명은 라이다 장치 및 그 거리 측정 방법에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 복수의 시간-디지털 변환기(TDC)를 이용하여 해상도를 향상시키는 것이 가능한 라이다 장치 및 그 거리 측정 방법에 대한 것이다.
라이다(Light Detection And Ranging, LiDAR)는 LADAR(Laser Detection And Ranging), 레이저 스캐너, 또는 레이저 레이더 등으로 불리기도 하는 것으로 광을 물체에 조사하고 반사된 신호를 수신하기까지의 비행시간(Time of Flight, ToF)을 측정하여 물체와의 거리를 센싱하는 장치이다. 최근 자율 주행 자동차의 개발에 따라 라이다는 차량의 중요한 센서의 하나로서 사용되고 있다.
통상적인 라이다는 트랜시버(Transceiver)에 의해 출력되는 전기적 신호를 LD(Laser Diode)를 통해 짧은 펄스의 광학 신호를 출력하게 되며, 사물에 의해 광학 신호가 반사되어 PD(Photo Diode)를 통해 광학 신호가 전기적 신호로 바뀌게 된다. 수신된 전기적 신호는 리시버(Receiver)의 증폭기를 거쳐 시간-디지털 변환기(Time-to-Digital Converter, TDC)를 통해 타임스탬프(timestamp)를 출력한다. 이때, TDC 채널이 증가할수록 고해상도 라이다 신호 측정이 가능하게 될 수 있다.
한 개의 TDC 내부에서 멀티 채널을 구현하는 경우, 신호처리 효율을 높일 수 있는 장점이 있지만 확장성이 떨어지게 되어 다양한 채널을 구성하는데 불리하다. 또한, 기존 상용화 ASIC 반도체로 구현되는 TDC는 적은 수의 채널을 제공하기 때문에 FPGA 형태로 멀티 채널을 구현하게 되는데, TDC 성능이 떨어지는 단점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2019-0114343호
본 발명은 라이다의 감지 성능을 높이기 위하여, 복수의 시간-디지털 변환기(TDC)를 이용하여 해상도를 향상시키는 것이 가능한 라이다 장치 및 그 거리 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 장치의 작동을 제어하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 의해 전기적 신호를 출력하는 트랜시버; 상기 전기적 신호에 의해 광학 신호를 출력하는 광 발생부; 물체에 반사된 상기 광학 신호를 수신하는 광 수신부; 상기 광 수신부의 수신 신호를 수신하여 처리하는 리시버; 및 상기 트랜시버로부터 스타트 신호를 전달받고 상기 리시버로부터 스탑 신호를 전달받아 시간 차이를 산출하는 시간-디지털 변환부;를 포함하고, 상기 시간-디지털 변환부는, 개별적으로 복수의 채널을 구비한 복수의 시간-디지털 변환기를 구비하고, 상기 복수의 시간-디지털 변환기는 상기 스타트 신호와 상기 스탑 신호를 모두 받는 마스터 시간-디지털 변환기와, 상기 스타트 신호와 상기 스탑 신호 중에 상기 스탑 신호만을 받는 슬레이브 시간-디지털 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 마스터 시간-디지털 변환기는 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기와 시간을 동기시킬 수 있다.
또한, 상기 복수의 시간-디지털 변환기 각각은 시간 동기부를 포함하고, 상기 마스터 시간-디지털 변환기의 시간 동기부는 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기의 시간 동기부로 동기화 메시지를 전송할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 마스터 시간-디지털 변환기는, 상기 스탑 신호와의 시간 차이를 계산하는 기준이 되는 시간 변환 시작 신호를 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기로 전달할 수 있다.
또한, 상기 시간 변환 시작 신호는 상기 마스터 시간-디지털 변환기가 상기 스타트 신호를 수신하기 전에 생성되어 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기로 전달될 수 있다.
또한, 상기 마스터 시간-디지털 변환기와 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기 각각은 시간 측정부를 포함하고, 상기 마스터 시간-디지털 변환기의 시간 측정부는 상기 시간 변환 시작 신호를 생성하여 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기의 시간 측정부로 전달할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기는, 상기 스탑 신호를 수신한 시간과 상기 시간 변환 시작 신호의 시간의 차이인 제 1 시간 차이를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제 1 시간 차이에서, 상기 시간 변환 시작 신호의 시간과 상기 스타트 신호를 수신한 시간의 차이인 제 2 시간 차이를 차감함으로써 상기 슬레이브 시간 디지털 변환기에서의 비행 시간이 산출될 수 있다.
또한, 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기는, 상기 제 1 시간 차이를 상기 마스터 시간-디지털 변환기 또는 상기 제어부로 전달할 수 있다.
또한, 본 발명은, 마스터 시간-디지털 변환기와 적어도 하나의 슬레이브 시간-디지털 변환기를 구비한 시간-디지털 변환부를 포함하는 라이다 장치의 거리 측정 방법에 있어서, 상기 시간-디지털 변환부의 상기 마스터 시간-디지털 변환기와 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기의 시간을 동기시키는 단계; 상기 마스터 시간-디지털 변환기가 시간 변환 시작 신호를 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기로 전달하는 단계; 광 발생부에서 광학 신호가 출력되고 스타트 신호가 상기 마스터 시간-디지털 변환기로 입력되는 단계; 상기 시간-디지털 변환부로 스탑 신호가 입력되는 단계; 상기 스탑 신호와 상기 시간 변환 시작 신호의 시간 차이가 산출되는 단계; 및 상기 시간 차이를 이용하여 거리를 측정하는 단계;를 포함하는 거리 측정 방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 스타트 신호는 상기 마스터 시간-디지털 변환기에만 전달되고, 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기에는 전달되지 않는다.
또한, 상기 시간 변환 시작 신호는 상기 스타트 신호의 수신 전에 생성되어 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기로 전달될 수 있다.
또한, 상기 시간 차이가 산출되는 단계에 있어서, 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기는, 상기 스탑 신호를 수신한 시간과 상기 시간 변환 시작 신호의 시간의 차이인 제 1 시간 차이를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제 1 시간 차이에서, 상기 시간 변환 시작 신호의 시간과 상기 스타트 신호를 수신한 시간의 차이인 제 2 시간 차이를 차감함으로써 상기 슬레이브 시간 디지털 변환기에서의 비행 시간이 산출될 수 있다.
본 발명은 복수의 TDC를 연동하여 필요에 따라 TDC 채널을 용이하게 확장할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명을 구현함에 있어서 사용되는 TDC 반도체도, 고해상도를 위한 멀티 채널을 하나의 반도체로 구현하지 않아도 되고, 상대적으로 적은 수의 채널을 갖는 TDC 반도체를 사용할 수 있어 TDC 반도체의 설계 난이도 및 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 복수의 TDC를 연계하여 멀티 채널을 용이하게 구현할 수 있게 되어, 차량 등에서 사용되는 조건에 따라 채널 수를 증감하여 원하는 해상도를 얻을 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치에서 시간-디지털 변환부를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치에서 거리를 측정하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 시간-디지털 변환부에서 시간이 측정되는 일례를 도시한 도면이다.
아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 혹은 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 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 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 혹은 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 혹은 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 혹은 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것들의 존재 혹은 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 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 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치(10)는, 제어부(20), 트랜시버(30), 광 발생부(40), 광 수신부(50), 리시버(60), 및 시간-디지털 변환부(70)를 포함한다.
제어부(20)는 라이다 장치의 각 부분을 제어한다. 구체적으로 제어부(20)는 트랜시버(30)의 출력을 제어하고, 시간-디지털 변환부(70)에서 산출된 시간 정보를 바탕으로 물체와의 거리를 산출할 수 있다.
트랜시버(30)는 제어부(20)의 제어에 의해 전기적 신호를 출력하고, 광 발생부(40)는 트랜시버의 전기적 신호에 따라 광학 신호를 출력한다. 일 실시예에 있어서, 광 발생부(40)는 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)로 구성될 수 있다.
광 수신부(50)는 광 발생부(40)에서 발생된 광학 신호가 물체에 반사된 후 반사된 광학 신호를 수신하고, 이를 전기적 신호로 변환한다. 일 실시예에 있어서, 광 수신부(50)는 포토 다이오드(PhotoDiode, PD)로 구성될 수 있다.
리시버(60)는 광 수신부(50)의 전기적 신호를 시간-디지털 변환부(70)로 전달한다. 리시버(60)는 전기적 신호를 증폭하기 위한 트랜스-임피던스 증폭기(TransImpedance Amplifier, TIA)와 같은 증폭기를 포함할 수 있다.
시간-디지털 변환부(70)는 복수의 시간-디지털 변환기(TDC, 72a~72n)를 포함한다. 트랜시버(30)는 광 발생부(40)의 출력 신호를 생성할 때 시간-디지털 변환부(70)로 스타트 신호(Start Signal)를 전달하고, 리시버(60)에서는 광 펄스가 수신되면 스탑 신호(Stop Signal)를 시간-디지털 변환부(70)로 전달한다. 시간 디지털 변환부(70)에서는 상기 스타트 신호와 스탑 신호의 시간 차이를 이용하여 광 펄스의 비행 시간을 산출하고, 이를 디지털 값으로 변환한다.
시간-디지털 변환부(70)는 제 1 시간-디지털 변환기(72a) 내지 제 N 시간-디지털 변환기(72n)를 구비한다. 본 발명에 있어서, 제 1 시간-디지털 변환기(72a)는 마스터 TDC로 기능하고, 나머지 제 2 시간-디지털 변환기(72b) 내지 제 N 시간-디지털 변환기(72n)는 슬레이브 TDC로 기능할 수 있다. 트랜시버(30)에서의 스타트 신호는 마스터 TDC로 기능하는 제 1 시간-디지털 변환기(72a)에 전달된다.
제 1 내지 제 N 시간-디지털 변환기(72a~72n)는 스탑 신호를 수신한다. 그러나, 스타트 신호는 제 1 시간-디지털 변환기(72a)에만 입력되므로 스타트 신호와 각각의 제 1 내지 제 N 시간-디지털 변환기(72a~72n)에서 수신한 스탑 신호와의 시간 차이를 계산하기 위한 방안이 필요하다. 이를 위해 제 1 시간-디지털 변환기(72a)는 스타트 신호의 입력과는 별개로 슬레이브로서 기능하는 제 2 내지 제 N 시간-디지털 변환기(72b~72n)에 시간 변환을 위한 기준 신호를 전달할 수 있다. 이러한 기준 신호를 '시간 변환 시작 신호(Start of Conversion, SOC)'로 정의하여 이하에서 설명한다.
N개의 시간-디지털 변환기(72a~72n) 각각이 M개의 채널을 가진다고 할 때, 시간-디지털 변환부(70)의 전체 채널 수는 M×N개의 멀티 채널을 가지게 된다. 일 실시예에 있어서, 제 1 시간-디지털 변환기(72a)는 스타트 신호와 스탑 신호를 이용하여 자신의 M개 채널에서의 비행 시간을 디지털 값으로 산출할 수 있다. 제 2 내지 제 N 시간-디지털 변환기(72b)는 스탑 신호를 받은 시간을 디지털 값으로 제 1 시간-디지털 변환기(72a)로 전달하고, 스타트 신호가 입력된 시간을 고려하여 슬레이브로서 기능한 제 2 내지 제 N 시간-디지털 변환기(72b~72n)에서의 비행 시간을 측정할 수 있다. 다른 실시예에서는, 제어부(20)가 제 1 내지 제 N 시간-디지털 변환기(72a~72n)의 각 채널에서의 비행 시간을 산출하는 것도 가능할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치에서 시간-디지털 변환부를 도시한 블록도이다.
전술한 바와 같이 시간-디지털 변환부(70)는 제 1 내지 제 N 시간-디지털 변환기(72a~72n)를 구비하고, 제 1 시간-디지털 변환기(72a)는 마스터 TDC로 기능하고, 제 2 내지 제 N 시간-디지털 변환기(72b~72n)는 슬레이브 TDC로 기능한다. 제 1 시간-디지털 변환기(72a)로부터 제 N 시간-디지털 변환기(72n)는 직렬로 연결되어 있다.
마스터 TDC로 기능하는 제 1 시간-디지털 변환기(72a)는 스타트 신호와 스탑 신호를 모두 수신하지만, 슬레이브 TDC로 기능하는 제 2 내지 제 N 시간-디지털 변환기(72b~72n)는 스탑 신호만을 수신한다.
각각의 시간-디지털 변환기(72a~72n)는 시간 동기부(74a~74n : 74)와 시간 측정부(76a~76b : 76)를 포함한다.
시간 동기부(74)는 시간-디지털 변환기(72a~72n)의 시간을 동기시키는 기능을 수행한다. 제 1 시간-디지털 변환기(72a)의 제 1 시간 동기부(74a)부터 제 N 시간-디지털 변환기(72n)의 제 N 시간 동기부(74n)는 순차적으로 연결되어 있다. 제 1 시간 동기부(74a)는 시간 동기를 위한 신호를 제 1 통신라인(75)을 통해 제 2 시간 동기부(74b)로 전달하고, 시간 동기 신호는 제 N 시간 동기부(74n)까지 순차적으로 전달된다. 마지막에 위치한 제 N 시간 동기부(74n)는 시간 동기 신호를 전달받은 후 ACK 신호를 제 1 시간 동기부(74a)로 보낼 수 있다. 이러한 과정을 통해, 시간 동기부(74)를 이용하여 각각의 시간-디지털 변환기(72a~72n)의 시간이 동기된다. 일 실시예에 있어서, 이러한 시간 동기화는 IEEE1588의 PTP(Precision Time Protocol)와 같은 시간 동기화 프로토콜을 이용하여 수행될 수 있다. 시간 동기부((74)는 라이다 장치(10)의 기동시에 수행될 수 있다. 다른 실시예로서, 시간 동기부(74)는 일정 시간마다 시간 동기화를 수행하여 전체 시간-디지털 변환부(70)의 시간을 일치시킬 수 있다.
시간 동기가 완료된 후, 제 1 시간 측정부(76a)는 시간 변환 시작 신호(SOC)를 제 2 시간 측정부(76b) 내지 제 N 시간 측정부(76n)로 전달한다. 시간 변환 시작 신호(SOC)는 시간 정보를 포함한다. SOC는 제 2 통신라인(77)을 통해 전달될 수 있고, 제 N 시간 측정부(76n)는 SOC를 수신하고 제 1 시간 측정부(76a)로 ACK 신호를 전달할 수 있다.
이러한 SOC는 제 1 내지 제 N 시간-디지털 변환기(72a~72n)에서의 시간 측정의 기준이 될 수 있다. 또한, SOC는 소정 시간 간격에 따라 제 1 시간 측정부(76a)에서 제 2 내지 제 N 시간 측정부(76b~76n)로 전달될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 SOC는 트랜시버(30)에서 스타트 신호가 생성되기 전에 생성되어 전달될 수 있다. 또한, 상기 SOC는 트랜시버(30)에서의 스타트 신호가 발생될 때마다 그 전에 생성되는 것도 가능할 수 있다. 또한, SOC의 생성은 제어부(20)에 의해 제어되고, 제어부(20)는 제 1 시간 측정부(76a)에서 SOC를 발생하도록 제어하고 트랜시버(30)가 스타트 신호를 생성하도록 제어하는 것도 가능할 수 있다.
제 1 내지 제 N 시간 측정부(76a~76n)는 SOC 시간과 스탑 신호와의 시간 차이를 산출하고, 실제 비행 시간은 SOC 시간과 스탑 신호의 시간 차이에서, SOC 시간과 스타트 신호의 시간 차이를 차감함으로써 산출될 수 있다. 제 1 시간 측정부(76a)의 경우에는 스타트 신호를 직접 받으므로, 스탑 신호와 스타트 신호의 차이를 직접 산출하는 것도 가능할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치에서 거리를 측정하는 방법을 도시한 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 시간-디지털 변환부에서 시간이 측정되는 일례를 도시한 도면이다.
라이다 장치(10)가 작동을 시작하여 거리 측정을 시작한다(S10).
시간-디지털 변환부(70)의 모든 시간-디지털 변환기(72a~72n)의 시간 동기부(74)를 동기화하여 제 1 내지 제 N 시간-디지털 변환기(72a~72n)의 시간을 동기시킨다(S20). 구제적으로, 마스터 TDC가 되는 제 1 시간-디지털 변환기(72a)의 제 1 시간 동기부(74a)는 기준 시간을 슬레이브 TDC로 전송한다(S22). 상기 기준 시간은 제 2 내지 제 n 시간 동기부(74b~74n)로 순차적으로 전송되어 동기화되고(S24), 마지막 슬레이브 TDC가 되는 제 N 시간 동기부(74n)는 제 1 시간 동기부(74a)로 ACK 신호를 전송한다(S26, S28).
시간-디지털 변환부(70)의 시간 동기화가 완료된 후, 마스터 TDC가 되는 제 1 시간-디지털 변환기(72a)는 시간 변환 시작 신호(SOC)를 생성하고(S30), 슬레이브 TDC가 되는 제 2 내지 제 N 시간-디지털 변환기(72b~72n)에 SOC 시간을 전송한다(S40).
제어부(20)는 트랜시버(30)가 광 발생부(40)에 전기적 신호를 인가하여 광 펄스가 발생하도록 하는데, 트랜시버(30)는 스타트 신호를 제 1 시간-디지털 변환기(72a)로 전달한다. 광 수신부(50)는 물체에 반사된 광 신호를 수신하고 리시버(60)를 통해 스탑 신호가 시간-디지털 변환부(70)의 제 1 내지 제 N 시간-디지털 변환기(72a~72n)로 입력된다. 제 1 시간-디지털 변환기(72a)는 SOC의 시간을 기준으로 스타트 신호 및 스탑 신호의 시간을 측정하고, 제 2 내지 제 N 시간-디지털 변환기(72b~72n)는 SOC의 시간을 기준으로 스탑 신호의 시간을 측정한다(S50).
슬레이브 TDC인 제 2 내지 제 N 시간-디지털 변환기(72b~72n)는 측정 값을 마스터 TDC인 제 1 시간-디지털 변환기(72a)로 전송할 수 있다(S60).
제 1 시간-디지털 변환기(72a) 또는 제어부(20)는 제 1 내지 제 N 시간-디지털 변환기(72a~72n)에서 측정된 시간을 기초로 광 펄스의 비행 시간을 산출하고 물체까지의 거리를 산출한다(S70).
도 4를 참조하면, 시간 T0에 SOC가 발생하고, 시간 T1에 제 1 시간-디지털 변환기(72a)에 스타트 신호가 입력되었다. 시간 T2에 제 1 시간-디지털 변환기(72a)에 스탑 신호가 입력되고, 시간 T3에 제 2 시간-디지털 변환기(72b)에 스탑 신호가 입력되고, 시간 T4에 제 3 시간-디지털 변환기(72c)에 스탑 신호가 입력된 것이 예시된다.
일 실시예에 있어서, SOC의 시간은 시간 측정의 기준이 되어, 제 1 시간-디지털 변환기(72a)에서는 (T2-T0)의 시간이 산출되고, 제 2 시간-디지털 변환기(72b)에서는 (T3-T0)의 시간이 산출되고, 제 3 시간-디지털 변환기(72c)에서는 (T4-T0)의 시간이 산출된다. 이들 시간에서 (T1-T0)의 시간을 차감하면, 각 시간-디지털 변환기(72a~72n)에서의 비행 시간이 계산된다.
일 실시예에 있어서, 각각의 시간-디지털 변환기(72a~72n)에서의 산출값은 로우패스 필터와 같은 필터에 의해 전처리되거나 평균값으로 처리되어 물체와의 거리 측정에 사용될 수 있다.
또한, 상기 설명에서 제 1 시간-디지털 변환기(72a)의 제 1 시간 측정부(76a)는 SOC를 생성하고 그 시간 정보를 다른 시간 측정부(76b~76n)와 공유하는 것으로 설명되었다. 그러나, 본 발명의 실시에 있어서, 제 1 시간 측정부(76a)는 스타트 신호를 수신하고 그 시각 정보를 SOC로서 제 2 내지 제 n 시간 측정부(76b~76b)와 공유하는 것도 가능할 수 있다. 이 경우에는 SOC 시각은 스타트 신호를 수신한 시각이 되므로, 도 4에 있어서, T0=T1이 된다. 그런데, 이 경우에는 슬레이브 TDC에서의 처리에 시간적인 여유가 부족할 수 있다. 따라서, SOC를 스타트 신호와는 별도로 생성하는 것이 유리할 수 있다.
또한, 도 1의 예시에서는 트랜시버(30) 또는 광 발생부(40)는 하나로 도시되었으나, 경우에 따라서는 어레이 형태로 배열된 트랜시버(30) 또는 광 발생부(40)가 구비되는 것도 가능할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 라이다 장치
20 : 제어부
30 : 트랜시버
40 : 광 발생부
50 : 광 수신부
60 : 리시버
70 : 시간-디지털 변환부
72a~72n : 제 1 내지 제 N 시간-디지털 변환기
74 : 시간 동기부
74a~74n : 제 1 내지 제 N 시간 동기부
76 : 시간 측정부
76a~76n : 제 1 내지 제 N 시간 측정부

Claims (14)

  1. 장치의 작동을 제어하는 제어부;
    상기 제어부의 제어에 의해 전기적 신호를 출력하는 트랜시버;
    상기 전기적 신호에 의해 광학 신호를 출력하는 광 발생부;
    물체에 반사된 상기 광학 신호를 수신하는 광 수신부;
    상기 광 수신부의 수신 신호를 수신하여 처리하는 리시버; 및
    상기 트랜시버로부터 스타트 신호를 전달받고 상기 리시버로부터 스탑 신호를 전달받아 시간 차이를 산출하는 시간-디지털 변환부;
    를 포함하고,
    상기 시간-디지털 변환부는, 개별적으로 복수의 채널을 구비한 복수의 시간-디지털 변환기를 구비하고, 상기 복수의 시간-디지털 변환기는 상기 스타트 신호와 상기 스탑 신호를 모두 받는 마스터 시간-디지털 변환기와, 상기 스타트 신호와 상기 스탑 신호 중에 상기 스탑 신호만을 받는 슬레이브 시간-디지털 변환기를 포함하며;
    상기 마스터 시간-디지털 변환기는 상기 스탑 신호와의 시간 차이를 계산하는 기준이 되는 시간 변환 시작 신호를 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기로 전달하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스터 시간-디지털 변환기는 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기와 시간을 동기시키는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 시간-디지털 변환기 각각은 시간 동기부를 포함하고, 상기 마스터 시간-디지털 변환기의 상기 시간 동기부는 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기의 상기 시간 동기부로 동기화 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간 변환 시작 신호는 상기 마스터 시간-디지털 변환기가 상기 스타트 신호를 수신하기 전에 생성되어 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기로 전달되는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 마스터 시간-디지털 변환기와 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기 각각은 시간 측정부를 포함하고, 상기 마스터 시간-디지털 변환기의 상기 시간 측정부는 상기 시간 변환 시작 신호를 생성하여 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기의 상기 시간 측정부로 전달하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬레이브 시간-디지털 변환기는, 상기 스탑 신호를 수신한 시간과 상기 시간 변환 시작 신호의 시간의 차이인 제 1 시간 차이를 산출하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 시간 차이에서, 상기 시간 변환 시작 신호의 시간과 상기 스타트 신호를 수신한 시간의 차이인 제 2 시간 차이를 차감함으로써 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기에서의 비행 시간이 산출되는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 슬레이브 시간-디지털 변환기는, 상기 제 1 시간 차이를 상기 마스터 시간-디지털 변환기 또는 상기 제어부로 전달하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
  10. 마스터 시간-디지털 변환기와 적어도 하나의 슬레이브 시간-디지털 변환기를 구비한 시간-디지털 변환부를 포함하는 라이다 장치의 거리 측정 방법에 있어서,
    상기 시간-디지털 변환부의 상기 마스터 시간-디지털 변환기와 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기의 시간을 동기시키는 단계;
    상기 마스터 시간-디지털 변환기가 시간 변환 시작 신호를 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기로 전달하는 단계;
    광 발생부에서 광학 신호가 출력되고 스타트 신호가 상기 마스터 시간-디지털 변환기로 입력되는 단계;
    상기 시간-디지털 변환부로 스탑 신호가 입력되는 단계;
    상기 스탑 신호와 상기 시간 변환 시작 신호의 시간 차이가 산출되는 단계; 및
    상기 시간 차이를 이용하여 거리를 측정하는 단계;
    를 포함하는 거리 측정 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 스타트 신호는 상기 마스터 시간-디지털 변환기에만 전달되고, 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기에는 전달되지 않는 것을 특징으로 하는, 거리 측정 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 시간 변환 시작 신호는 상기 스타트 신호의 수신 전에 생성되어 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기로 전달되는 것을 특징으로 하는, 거리 측정 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 시간 차이가 산출되는 단계에 있어서, 상기 슬레이브 시간-디지털 변환기는, 상기 스탑 신호를 수신한 시간과 상기 시간 변환 시작 신호의 시간의 차이인 제 1 시간 차이를 산출하는 것을 특징으로 하는, 거리 측정 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 시간 차이에서, 상기 시간 변환 시작 신호의 시간과 상기 스타트 신호를 수신한 시간의 차이인 제 2 시간 차이를 차감함으로써 상기 슬레이브 시간 디지털 변환기에서의 비행 시간이 산출되는 것을 특징으로 하는, 거리 측정 방법.
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