KR102575734B1 - 광검출기의 신호레벨 추정 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광검출기의 신호레벨 추정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 제어기에 의해 설정되는 임계전압과 광검출기로부터 출력되는 전기신호를 비교하는 비교기를 구비하고, 상기 제어기에 의해 설정되는 임계전압과 상기 비교기의 출력신호를 이용하여 상기 전기신호의 레벨(전압)을 추정하되, 상기 비교기의 출력신호에 기초하여 상기 임계전압을 가변함으로써, ADC를 구비하지 않고도 상기 전기신호의 레벨을 정확도 높게 추정할 수 있는 광검출기의 신호레벨 추정 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 광신호에 상응하는 전기신호를 출력하는 광검출기; 상기 전기신호가 임계전압을 초과하면 하이신호를 출력하고, 상기 전기신호가 임계전압을 초과하지 않으면 로우신호를 출력하는 비교기; 및 상기 임계전압을 설정하고, 상기 비교기의 출력신호에 기초하여 상기 전기신호의 레벨을 추정하되, 상기 비교기의 출력신호에 기초하여 상기 임계전압을 가변하는 제어기를 포함할 수 있다.

Description

광검출기의 신호레벨 추정 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR ESTIMATING LEVEL OF SIGNAL OUTPUT FROM PHOTODETECTOR AND METHOD THEREOF}
본 발명은 라이다(Light Detection And Ranging, LiDAR) 시스템에서 ADC(Analog to Digital Converter)를 구비하지 않고, 광검출기(Photodetector)로부터 출력되는 전기신호(또는 광검출기에 수광된 광신호)의 레벨(전압)을 추정하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 라이다 시스템은 레이저 펄스를 발사하고, 상기 발사된 레이저 펄스가 표적에 반사되어 되돌아오는 시간에 기초하여 이격거리를 계산하며, 상기 계산된 이격거리를 기반으로 3차원 영상정보를 포인트 클라우드 형태로 표현한다.
이러한 포인트 클라우드는 자율주행차량이 주변상황을 인지하는데 활용되므로, 3차원 영상정보를 정밀하게 표현할 수 있어야 하며, 아울러 동일 거리에 위치한 서로 다른 표적을 구분해 내기 위해 표적에 반사되어 되돌아오는 신호의 레벨(세기) 정보도 포함해야 한다. 참고로, 동일 거리에 위치한 표적이라도 반사율에 따라 신호레벨이 달라진다. 이에 라이다 시스템은 반사광을 수광하는 광검출기로부터 출력되는 전기신호의 레벨을 파악하기 위해 ADC를 반드시 구비해야 한다.
자율주행차량에 구비된 라이다 시스템은 최소 16채널로 반사광을 수광해야 하고, 각 채널마다 ADC를 구비해야 하기 때문에 전체 소비 전력량이 증가하는 문제점이 있다. 특히, 광검출기의 한 종류로서 고감도 수광센서(SiPM : Silicon PhotoMultiplier)는 광자에 대한 검출 감도 및 응답특성이 우수하지만, 고속의 응답특성으로 인해 GSPS(Giga Sample per Sec) 급의 샘플링 속도가 요구되므로, 이를 만족하는 고성능의 ADC를 구비해야 한다. 이러한 고성능의 ADC는 고가이면서 소비 전력량을 더욱더 증가시키는 요인으로 작용한다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 제어기에 의해 설정되는 임계전압과 광검출기로부터 출력되는 전기신호를 서로 비교하는 비교기를 구비하고, 상기 제어기에 의해 설정되는 임계전압과 상기 비교기의 출력신호를 이용하여 상기 전기신호의 레벨(전압)을 추정하되, 상기 비교기의 출력신호에 기초하여 상기 임계전압을 가변함으로써, ADC를 구비하지 않고도 상기 전기신호의 레벨을 정확도 높게 추정할 수 있는 광검출기의 신호레벨 추정 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치는, 광신호에 상응하는 전기신호를 출력하는 광검출기; 상기 전기신호가 임계전압을 초과하면 하이신호를 출력하고, 상기 전기신호가 임계전압을 초과하지 않으면 로우신호를 출력하는 비교기; 및 상기 임계전압을 설정하고, 상기 비교기의 출력신호에 기초하여 상기 전기신호의 레벨을 추정하되, 상기 비교기의 출력신호에 기초하여 상기 임계전압을 가변하는 제어기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 가변한 임계전압에 상응하는 상기 비교기의 출력신호에 기초하여 상기 전기신호의 전압을 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 비교기의 출력신호가 하이신호이면 상기 임계전압을 증가시키고, 상기 비교기의 출력신호가 로우신호이면 상기 임계전압을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어기는 기 설정된 횟수만큼 상기 비교기의 출력신호에 기초하여 상기 임계전압을 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 임계전압을 가변하는 횟수가 증가할수록 상기 임계전압의 가변량이 작아지도록 상기 임계전압을 가변할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 추정한 전기신호의 전압에 마진을 더한 값을 최종 임계전압으로 설정하고, 상기 최종 임계전압과 상기 전기신호를 입력받은 상기 비교기의 출력이 하이신호이면 상기 최종 임계전압을 상기 전기신호의 전압으로 결정하고, 상기 비교기의 출력이 로우신호이면 상기 추정한 전기신호의 전압을 최종 전압으로 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 전기신호의 전압을 추정하는 과정에서의 해상도보다 한 단계 더 높은 값을 상기 마진으로 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 추정한 전기신호의 전압에서 마진을 뺀 값을 상기 전기신호의 전압으로 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어기는 상기 전기신호의 전압을 추정하는 과정에서 상기 비교기가 한번도 하이신호를 출력하지 않은 경우, 상기 광검출기가 상기 전기신호를 출력하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 광검출기는 표적으로부터 반사되어 되돌아오는 광신호를 수광할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 광검출기는 차량의 전조등으로부터의 광 또는 태양광을 수광할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 방법은, 광검출기가 광신호에 상응하는 전기신호를 출력하는 단계; 비교기가 상기 전기신호가 임계전압을 초과하면 하이신호를 출력하고, 상기 전기신호가 임계전압을 초과하지 않으면 로우신호를 출력하는 단계; 제어기가 상기 비교기의 출력신호에 기초하여 상기 임계전압을 가변하는 단계; 및 상기 제어기가 상기 가변한 임계전압에 상응하는 상기 비교기의 출력신호에 기초하여 상기 전기신호의 전압을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 비교기의 출력신호가 하이신호이면 상기 임계전압을 증가시키는 단계; 및 상기 비교기의 출력신호가 로우신호이면 상기 임계전압을 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 임계전압을 가변하는 횟수가 증가할수록 상기 임계전압의 가변량이 작아지도록 상기 임계전압을 가변하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 추정한 전기신호의 전압에 마진을 더한 값을 최종 임계전압으로 설정하는 단계; 상기 최종 임계전압과 상기 전기신호를 입력받은 상기 비교기의 출력이 하이신호이면 상기 최종 임계전압을 상기 전기신호의 전압으로 결정하는 단계; 및 상기 최종 임계전압과 상기 전기신호를 입력받은 상기 비교기의 출력이 로우신호이면 상기 추정한 전기신호의 전압을 최종 전압으로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 전기신호의 전압을 추정하는 과정에서의 해상도보다 한 단계 더 높은 값을 상기 마진으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 추정된 전기신호의 전압에서 마진을 뺀 값을 상기 전기신호의 전압으로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 전기신호의 전압을 추정하는 과정에서 상기 비교기가 한번도 하이신호를 출력하지 않은 경우, 상기 광검출기가 상기 전기신호를 출력하지 않은 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치 및 그 방법은, 제어기에 의해 설정되는 임계전압과 광검출기로부터 출력되는 전기신호를 서로 비교하는 비교기를 구비하고, 상기 제어기에 의해 설정되는 임계전압과 상기 비교기의 출력신호를 이용하여 상기 전기신호의 레벨(전압)을 추정하되, 상기 비교기의 출력신호에 기초하여 상기 임계전압을 가변함으로써, ADC를 구비하지 않고도 상기 전기신호의 레벨을 정확도 높게 추정할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치에 대한 구성도,
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치에 구비된 제어기가 초기 임계전압에 기초하여 광검출기의 신호레벨을 추정하는 과정을 나타내는 일예시도,
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치에 구비된 제어기가 제1 임계전압에 기초하여 광검출기의 신호레벨을 추정하는 과정을 나타내는 일예시도,
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치에 구비된 제어기가 제2 임계전압에 기초하여 광검출기의 신호레벨을 추정하는 과정을 나타내는 일예시도,
도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치에 구비된 제어기가 제3 임계전압에 기초하여 광검출기의 신호레벨을 추정하는 과정을 나타내는 일예시도,
도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치에 구비된 제어기가 제4 임계전압에 기초하여 광검출기의 신호레벨을 추정하는 과정을 나타내는 일예시도,
도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치에 구비된 제어기가 제5 임계전압에 기초하여 광검출기의 신호레벨을 추정하는 과정을 나타내는 일예시도,
도 2g는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치에 구비된 제어기가 제6 임계전압에 기초하여 광검출기의 신호레벨을 추정하는 과정을 나타내는 일예시도,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치에 구비된 제어기가 광검출기의 신호레벨을 결정하는 과정을 나타내는 일예시도,
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 방법에 대한 흐름도,
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 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 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치에 대한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치(100)는, 저장부(10), 광검출기(Photodetector, 20), 비교기(Comparator, 30), 및 제어기(Controller, 40)를 포함할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치(100)를 실시하는 방식에 따라 각 구성요소는 서로 결합되어 하나로 구현될 수도 있고, 일부의 구성요소가 생략될 수도 있다. 일례로, 비교기(30)는 제어기(40)에 병합될 수 있다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 저장부(10)는 비교기(30)의 임계전압을 설정하고, 상기 비교기(30)의 출력신호에 기초하여 광검출기(20)로부터 출력되는 전기신호의 레벨(전압)을 추정하되, 상기 비교기(30)의 출력신호에 기초하여 상기 임계전압을 가변하는 과정에서 요구되는 각종 로직과 알고리즘 및 프로그램을 저장할 수 있다.
저장부(10)는 비교기(30)에 설정된 초기 임계전압(일례로, 1V)을 저장할 수 있다. 이때, 초기 임계전압은 제어기(40)에 의해 설정될 수 있으며, 설계자의 의도에 따라 임의로 가변될 수 있다.
저장부(10)는 임계전압의 가변율(일례로 50%)을 저장할 수 있다. 이때, 초기 임계전압에 대해서는 초기 임계전압을 기준으로 상기 가변율을 적용하지만, 이후 임계전압에 대해서는 이전 임계전압 대비 가변량을 기준으로 상기 가변율을 적용할 수 있다. 예를 들어, 초기 임계전압이 1V인 경우 상기 초기 임계전압에 가변율을 적용하면 제1 임계전압은 0.5V가 되고, 제1 가변량은 0.5V가 된다. 상기 제1 가변량에 가변율을 적용하면 제2 임계전압은 0.75(0.5+0.25)V가 되고, 제2 가변량은 0.25V가 된다. 상기 제2 가변량에 가변율을 적용하면 제3 임계전압은 0.875(0.75+0.125)V가 되고, 제 3 가변량은 0.125V가 된다.
저장부(10)는 광검출기(20)로부터 출력되는 신호의 레벨을 추정하는 과정에서, 제어기(40)에 의해 가변한 임계전압 값들을 저장할 수 있다.
저장부(10)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 마이크로 타입(micro type), 및 카드 타입(예컨대, SD 카드(Secure Digital Card) 또는 XD 카드(eXtream Digital Card)) 등의 메모리와, 램(RAM, Random Access Memory), SRAM(Static RAM), 롬(ROM, Read-Only Memory), PROM(Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable PROM), 자기 메모리(MRAM, Magnetic RAM), 자기 디스크(magnetic disk), 및 광디스크(optical disk) 타입의 메모리 중 적어도 하나의 타입의 기록 매체(storage medium)를 포함할 수 있다.
광검출기(20)는 광신호를 검출하여 전기신호로 바꾸어 주는 역할을 수행하는 소자로서, 광신호를 검출하는 소자의 종류나 검출하는 광신호의 종류에 따라 구분되는 다이오드형 광검출소자, 광전도체형 광검출소자 등을 포함할 수 있다. 여기서, 광(Light)은 전자기파의 일종으로 파장이 사람의 눈에 감지되는 가시광선은 물론 사람의 눈에 감지되지 않는 자외선 및 적외선을 통칭한다. 이러한 광검출기(20)는 APD(avalanche photodiode), 실리콘 광전자 증배관(SiPM: Silicon PhotoMultiplier)을 포함할 수 있다.
광검출기(20)는 상기 전기신호로 증폭하기 위한 증폭기(Amplifier)를 구비할 수도 있다. 상기 증폭기는 상기 전기신호를 증폭한 후 비교기(30)로 입력할 수 있다.
광검출기(20)는 가로등이 없는 주행환경에서 자동으로 상향등을 점등하고 반대편 차선상의 차량 운전자의 시야를 방해하지 않도록 상향등을 소등하는 하이빔 어시스트 시스템에 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 하이빔 어시스트 시스템에 적용되어 ADC 없이 마주보는 차량에 구비된 전조등으로부터의 광량을 추정할 수 있다.
광검출기(20)는 날이 어두어지거나 터널과 같은 어두운 장소에 진입하면 자동으로 차량의 램프(미등 또는 전조등)을 점등하고 이후 차량이 터널을 벗어나면 차량의 램프를 소등하는 오토 라이트 시스템에 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 오토 라이트 시스템에 적용되어 ADC 없이 차량 주변의 밝기(광량)를 추정할 수 있다.
비교기(30)는 제어기(40)에 의해 설정되는 임계전압과 광검출기(20)로부터 출력되는 전기신호(전기신호의 전압)를 비교하고, 상기 전기신호가 임계전압을 초과하면 하이(High)신호를 출력하고, 상기 전기신호가 임계전압을 초과하지 않으면 로우(Low)신호를 출력할 수 있다.
비교기(30)는 제어기(40)에 의해 설정되는 임계전압과 증폭기에 의해 증폭된 전기신호를 비교하고, 상기 전기신호가 임계전압을 초과하면 하이(High)신호를 출력하고, 상기 전기신호가 임계전압을 초과하지 않으면 로우(Low)신호를 출력할 수 있다.
제어기(40)는 상기 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행할 수 있다. 이러한 제어기(40)는 하드웨어의 형태로 구현되거나, 또는 소프트웨어의 형태로 구현되거나, 또는 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로 구현될 수 있다. 바람직하게는, 제어기(40)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 제어기(40)는 비교기(30)의 임계전압을 설정하고, 상기 비교기(30)의 출력신호에 기초하여 광검출기(20)로부터 출력되는 전기신호의 레벨(전압)을 추정하되, 상기 비교기(30)의 출력신호에 기초하여 상기 임계전압을 가변하는 과정에서 각종 제어를 수행할 수 있다.
이하, 도 2a 내지 도 2g를 참조하여 제어기(40)가 광검출기(20)로부터 출력되는 전기신호의 전압을 추정하는 과정에 대해 상세히 살펴보도록 한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치에 구비된 제어기가 초기 임계전압에 기초하여 광검출기의 신호레벨을 추정하는 과정을 나타내는 일예시도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 세로축은 전압을 나타내고, 가로축은 시간을 나타내며, 초기 임계전압은 일례로 1V이다. 이때, 광검출기(20)로부터 출력된 전기신호(210)는 초기 임계전압을 초과하지 않는 바, 비교기(30)는 로우신호를 출력한다. 따라서, 제어기(40)는 비교기(30)에 초기 임계전압이 설정된 상태에서 비교기(30)의 출력신호가 로우이므로, 상기 전기신호(210)의 전압은 초기 임계전압 이하인 것으로 판단할 수 있다. 이에 제어기(40)는 초기 임계전압에 가변율(일례로, 50%)을 적용하되, 상기 비교기(30)의 출력신호가 로우이므로, 도 2b에 도시된 바와 같이 초기 임계전압을 감소시키는 방향으로 상기 가변율을 적용한다. 이때, 상기 비교기(30)의 출력신호가 하이이면 제어기(40)는 초기 임계전압을 증가시키는 방향으로 상기 가변율을 적용할 수 있다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치에 구비된 제어기가 제1 임계전압에 기초하여 광검출기의 신호레벨을 추정하는 과정을 나타내는 일예시도이다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 세로축은 전압을 나타내고, 가로축은 시간을 나타내며, 제어기(40)는 초기 임계전압(1V)에 가변율(일례로 50%)을 적용하여 제1 임계전압을 0.5V(=1V-1V×0.5)로 설정할 수 있다. 즉, 제어기(40)는 초기 임계전압을 0.5V 감소시킬 수 있다. 이 경우, 광검출기(20)로부터 출력된 전기신호(210)는 제1 임계전압을 초과하는 바, 상기 비교기(30)는 하이신호를 출력한다. 따라서, 제어기(40)는 비교기(30)에 제1 임계전압이 설정된 상태에서 비교기(30)의 출력신호가 하이이므로, 상기 전기신호(210)의 전압은 제1 임계전압을 초과하는 것으로 판단할 수 있다. 이에 제어기(40)는 제1 임계전압에 가변율(일례로, 50%)을 적용하되, 상기 비교기(30)의 출력신호가 하이이므로, 도 2c에 도시된 바와 같이 제1 임계전압(0.5V)을 증가시키는 방향으로 상기 가변율을 적용한다. 이때, 상기 비교기(30)의 출력신호가 로우이면 제어기(40)는 제1 임계전압을 감소시키는 방향으로 상기 가변율을 적용할 수 있다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치에 구비된 제어기가 제2 임계전압에 기초하여 광검출기의 신호레벨을 추정하는 과정을 나타내는 일예시도이다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 세로축은 전압을 나타내고, 가로축은 시간을 나타내며, 제어기(40)는 제1 임계전압(0.5V)에 가변율(일례로 50%)을 적용하여 제2 임계전압을 0.75V(=0.5V+0.5V×0.5)로 설정할 수 있다. 즉, 제어기(40)는 제1 임계전압을 0.25V 증가시킬 수 있다. 이 경우, 광검출기(20)로부터 출력된 전기신호(210)는 제2 임계전압을 초과하는 바, 상기 비교기(30)는 하이신호를 출력한다. 따라서, 제어기(40)는 비교기(30)에 제2 임계전압이 설정된 상태에서 비교기(30)의 출력신호가 하이이므로, 상기 전기신호(210)의 전압은 제2 임계전압을 초과하는 것으로 판단할 수 있다. 이에 제어기(40)는 제2 임계전압에 가변율(일례로, 50%)을 적용하되, 상기 비교기(30)의 출력신호가 하이이므로, 도 2d에 도시된 바와 같이 제2 임계전압(0.75V)을 증가시키는 방향으로 상기 가변율을 적용한다. 이때, 상기 비교기(30)의 출력신호가 로우이면 제어기(40)는 제2 임계전압을 감소시키는 방향으로 상기 가변율을 적용할 수 있다.
도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치에 구비된 제어기가 제3 임계전압에 기초하여 광검출기의 신호레벨을 추정하는 과정을 나타내는 일예시도이다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 세로축은 전압을 나타내고, 가로축은 시간을 나타내며, 제어기(40)는 제2 임계전압(0.75V)에 가변율(일례로 50%)을 적용하여 제3 임계전압을 0.875V(=0.75V+0.25V×0.5)로 설정할 수 있다. 즉, 제어기(40)는 제2 임계전압을 0.125V 증가시킬 수 있다. 이 경우, 광검출기(20)로부터 출력된 전기신호(210)는 제3 임계전압을 초과하지 않는 바, 상기 비교기(30)는 로우신호를 출력한다. 따라서, 제어기(40)는 비교기(30)에 제3 임계전압이 설정된 상태에서 비교기(30)의 출력신호가 로우이므로, 상기 전기신호(210)의 전압은 제3 임계전압을 초과하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 이에 제어기(40)는 제3 임계전압에 가변율(일례로, 50%)을 적용하되, 상기 비교기(30)의 출력신호가 로우이므로, 도 2e에 도시된 바와 같이 제3 임계전압(0.875V)을 감소시키는 방향으로 상기 가변율을 적용한다. 이때, 상기 비교기(30)의 출력신호가 하이이면 제어기(40)는 제3 임계전압을 증가시키는 방향으로 상기 가변율을 적용할 수 있다.
도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치에 구비된 제어기가 제4 임계전압에 기초하여 광검출기의 신호레벨을 추정하는 과정을 나타내는 일예시도이다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 세로축은 전압을 나타내고, 가로축은 시간을 나타내며, 제어기(40)는 제3 임계전압(0.875V)에 가변율(일례로 50%)을 적용하여 제4 임계전압을 0.8125V(=0.875V-0.125V×0.5)로 설정할 수 있다. 즉, 제어기(40)는 제3 임계전압을 0.0625V 감소시킬 수 있다. 이 경우, 광검출기(20)로부터 출력된 전기신호(210)는 제4 임계전압을 초과하지 않는 바, 상기 비교기(30)는 로우신호를 출력한다. 따라서, 제어기(40)는 비교기(30)에 제4 임계전압이 설정된 상태에서 비교기(30)의 출력신호가 로우이므로, 상기 전기신호(210)의 전압은 제4 임계전압을 초과하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 이에 제어기(40)는 제4 임계전압에 가변율(일례로, 50%)을 적용하되, 상기 비교기(30)의 출력신호가 로우이므로, 도 2f에 도시된 바와 같이 제4 임계전압(0.8125V)을 감소시키는 방향으로 상기 가변율을 적용한다. 이때, 상기 비교기(30)의 출력신호가 로우이면 제어기(40)는 제4 임계전압을 감소시키는 방향으로 상기 가변율을 적용할 수 있다.
도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치에 구비된 제어기가 제5 임계전압에 기초하여 광검출기의 신호레벨을 추정하는 과정을 나타내는 일예시도이다.
도 2f에 도시된 바와 같이, 세로축은 전압을 나타내고, 가로축은 시간을 나타내며, 제어기(40)는 제4 임계전압(0.8125V)에 가변율(일례로 50%)을 적용하여 제5 임계전압을 0.78125V(=0.8125V-0.0625V×0.5)로 설정할 수 있다. 즉, 제어기(40)는 제4 임계전압을 0.03125V 감소시킬 수 있다. 이 경우, 광검출기(20)로부터 출력된 전기신호(210)는 제5 임계전압을 초과하지 않는 바, 상기 비교기(30)는 로우신호를 출력한다. 따라서, 제어기(40)는 비교기(30)에 제5 임계전압이 설정된 상태에서 비교기(30)의 출력신호가 로우이므로, 상기 전기신호(210)의 전압은 제5 임계전압을 초과하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 이에 제어기(40)는 제5 임계전압에 가변율(일례로, 50%)을 적용하되, 상기 비교기(30)의 출력신호가 로우이므로, 도 2g에 도시된 바와 같이 제5 임계전압(0.78125V)을 감소시키는 방향으로 상기 가변율을 적용한다. 이때, 상기 비교기(30)의 출력신호가 하이이면 제어기(40)는 제5 임계전압을 증가시키는 방향으로 상기 가변율을 적용할 수 있다.
도 2g는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치에 구비된 제어기가 제6 임계전압에 기초하여 광검출기의 신호레벨을 추정하는 과정을 나타내는 일예시도이다.
도 2g에 도시된 바와 같이, 세로축은 전압을 나타내고, 가로축은 시간을 나타내며, 제어기(40)는 제5 임계전압(0.78125V)에 가변율(일례로 50%)을 적용하여 제6 임계전압을 0.765625V(=0.78125V-0.03125V×0.5)로 설정할 수 있다. 즉, 제어기(40)는 제5 임계전압을 0.015625V 감소시킬 수 있다. 이 경우, 광검출기(20)로부터 출력된 전기신호(210)는 제6 임계전압을 초과하는 바, 상기 비교기(30)는 하이신호를 출력한다. 따라서, 제어기(40)는 비교기(30)에 제6 임계전압이 설정된 상태에서 비교기(30)의 출력신호가 하이이므로, 상기 전기신호(210)의 전압은 제6 임계전압을 초과하는 것으로 판단할 수 있다. 결국, 제어기(40)는 제6 임계전압(0.765625V)을 광검출기(20)로부터 출력된 전기신호(210)의 전압으로 추정할 수 있다.
이상 살펴보면, 본 발명의 일 실시예서는 6번의 가변율을 적용하는 예에 대해 살펴봤으며, 이는 0.015625V(2-6)의 해상도를 갖는 것을 의미한다. 이러한 해상도는 설계자의 의도에 따라 변경 가능하다.
이하, 도 3을 참조하여 제어기(40)가 광검출기(20)로부터 출력되는 전기신호의 전압을 결정하는 과정에 대해 상세히 살펴보도록 한다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 장치에 구비된 제어기가 광검출기의 신호레벨을 결정하는 과정을 나타내는 일예시도로서, 도 2a 내지 도 2g를 통해 살펴본 결과를 바탕으로 광검출기의 신호레벨을 결정하는 과정을 나타낸다.
먼저, 제어기(40)는 마진(2-7=0.0078125)을 구한다. 이때, 마진은 추정 과정에서의 해상도(2-6)보다 한단계 더 높게 설정한다.
도 2g에서는 비교기(30)가 제6 임계전압(0.765625V)에 기초하여 광검출기(20)로부터 출력된 전기신호(210)를 검출(하이신호 출력)하였는 바, 제어기(40)는 상기 제6 임계전압에 마진을 더한 결과를 비교기(30)의 제7 임계전압으로 설정한다. 이때, 비교기(30)가 제7 임계전압에 기초하여 광검출기(20)로부터 출력된 전기신호(210)를 검출하면, 제어기(40)는 제7 임계전압을 광검출기(20)로부터 출력된 전기신호(210)의 전압으로 결정하고, 비교기(30)가 제7 임계전압에 기초하여 광검출기(20)로부터 출력된 전기신호(210)를 검출하지 못하면, 제어기(40)는 제6 임계전압을 광검출기(20)로부터 출력된 전기신호(210)의 전압으로 결정한다.
만일, 도 2g에서 비교기(30)가 제6 임계전압(0.765625V)에 기초하여 광검출기(20)로부터 출력된 전기신호(210)를 검출하지 못한 경우(로우신호 출력), 제어기(40)는 상기 제6 임계전압에서 마진을 뺀 결과를 비교기(30)의 제7 임계전압으로 설정한다. 이때, 제어기(40)는 제7 임계전압을 광검출기(20)로부터 출력된 전기신호(210)의 전압으로 결정한다. 여기서, 비교기(30)는 도 2a 내지 도 2g에 도시된 신호레벨 추정 과정에서 단 한번이라도 하이신호를 출력한 경우, 상기 제7 임계전압에 기초하여 광검출기(20)로부터 출력된 전기신호(210)를 검출할 수 있다. 따라서, 제어기(40)는 도 2a 내지 도 2g에 도시된 신호레벨 추정 과정에서 비교기(30)가 단 한번이라도 하이신호를 출력하지 않은 경우, 광검출기(20)로부터 출력되는 전기신호가 없는 것으로 판단하여 광검출기의 신호레벨을 결정하는 과정을 수행하지 않을 수 있다.
한편, 제어기(40)는 임계전압을 비교기(30)로 입력하기 위해 DAC(Digital to Analog Converter)를 구비할 수도 있다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 방법에 대한 흐름도이다.
먼저, 광검출기(20)가 광신호에 상응하는 전기신호를 출력한다(401).
이후, 비교기(30)가 상기 전기신호가 임계전압을 초과하면 하이신호를 출력하고, 상기 전기신호가 임계전압을 초과하지 않으면 로우신호를 출력한다(402).
이후, 제어기(40)가 상기 비교기(30)의 출력신호에 기초하여 상기 임계전압을 가변한다(403).
이후, 제어기(40)가 상기 가변한 임계전압에 상응하는 상기 비교기(30)의 출력신호에 기초하여 상기 전기신호의 전압을 추정한다(404).
여기서, 상기 "403"과정과 "404" 과정은 기 설정된 해상도(임계전압의 가변 횟수)에 따라 반복 수행될 수 있다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 광검출기의 신호레벨 추정 방법은 컴퓨팅 시스템을 통해서도 구현될 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1000)은 시스템 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory, 1310) 및 RAM(Random Access Memory, 1320)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, SSD(Solid State Drive), 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 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 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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: 저장부
20: 광검출기
30: 비교기
40: 제어기

Claims (20)

  1. 광신호에 상응하는 전기신호를 출력하는 광검출기;
    상기 전기신호가 임계전압을 초과하면 하이신호를 출력하고, 상기 전기신호가 임계전압을 초과하지 않으면 로우신호를 출력하는 비교기; 및
    상기 임계전압을 설정하고, 상기 비교기의 출력신호에 기초하여 상기 전기신호의 레벨을 추정하되, 상기 비교기의 출력신호에 기초하여 상기 임계전압을 가변하는 제어기
    를 포함하는 광검출기의 신호레벨 추정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 가변한 임계전압에 상응하는 상기 비교기의 출력신호에 기초하여 상기 전기신호의 전압을 추정하는 것을 특징으로 하는 광검출기의 신호레벨 추정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 비교기의 출력신호가 하이신호이면 상기 임계전압을 증가시키고, 상기 비교기의 출력신호가 로우신호이면 상기 임계전압을 감소시키는 것을 특징으로 하는 광검출기의 신호레벨 추정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    기 설정된 횟수만큼 상기 비교기의 출력신호에 기초하여 상기 임계전압을 증가시키거나 감소시키는 것을 특징으로 하는 광검출기의 신호레벨 추정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 임계전압을 가변하는 횟수가 증가할수록 상기 임계전압의 가변량이 작아지도록 상기 임계전압을 가변하는 것을 특징으로 하는 광검출기의 신호레벨 추정 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 추정한 전기신호의 전압에 마진을 더한 값을 최종 임계전압으로 설정하고, 상기 최종 임계전압과 상기 전기신호를 입력받은 상기 비교기의 출력이 하이신호이면 상기 최종 임계전압을 상기 전기신호의 전압으로 결정하고, 상기 비교기의 출력이 로우신호이면 상기 추정한 전기신호의 전압을 최종 전압으로 결정하는 것을 특징으로 하는 광검출기의 신호레벨 추정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 전기신호의 전압을 추정하는 과정에서의 해상도보다 한 단계 더 높은 값을 상기 마진으로 설정하는 것을 특징으로 하는 광검출기의 신호레벨 추정 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 추정한 전기신호의 전압에서 마진을 뺀 값을 상기 전기신호의 전압으로 결정하는 것을 특징으로 하는 광검출기의 신호레벨 추정 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 전기신호의 전압을 추정하는 과정에서의 해상도보다 한 단계 더 높은 값을 상기 마진으로 설정하는 것을 특징으로 하는 광검출기의 신호레벨 추정 장치.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 전기신호의 전압을 추정하는 과정에서 상기 비교기가 한번도 하이신호를 출력하지 않은 경우, 상기 광검출기가 상기 전기신호를 출력하지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 광검출기의 신호레벨 추정 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광검출기는,
    표적으로부터 반사되어 되돌아오는 광신호를 수광하는 것을 특징으로 하는 광검출기의 신호레벨 추정 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광검출기는,
    차량의 전조등으로부터의 광 또는 태양광을 수광하는 것을 특징으로 하는 광검출기의 신호레벨 추정 장치.
  13. 광검출기가 광신호에 상응하는 전기신호를 출력하는 단계;
    비교기가 상기 전기신호가 임계전압을 초과하면 하이신호를 출력하고, 상기 전기신호가 임계전압을 초과하지 않으면 로우신호를 출력하는 단계;
    제어기가 상기 비교기의 출력신호에 기초하여 상기 임계전압을 가변하는 단계; 및
    상기 제어기가 상기 가변한 임계전압에 상응하는 상기 비교기의 출력신호에 기초하여 상기 전기신호의 전압을 추정하는 단계
    를 포함하는 광검출기의 신호레벨 추정 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 임계전압을 가변하는 단계는,
    상기 비교기의 출력신호가 하이신호이면 상기 임계전압을 증가시키는 단계; 및
    상기 비교기의 출력신호가 로우신호이면 상기 임계전압을 감소시키는 단계
    를 포함하는 광검출기의 신호레벨 추정 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 임계전압을 가변하는 단계는,
    상기 임계전압을 가변하는 횟수가 증가할수록 상기 임계전압의 가변량이 작아지도록 상기 임계전압을 가변하는 단계
    를 포함하는 광검출기의 신호레벨 추정 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 추정한 전기신호의 전압에 마진을 더한 값을 최종 임계전압으로 설정하는 단계;
    상기 최종 임계전압과 상기 전기신호를 입력받은 상기 비교기의 출력이 하이신호이면 상기 최종 임계전압을 상기 전기신호의 전압으로 결정하는 단계; 및
    상기 최종 임계전압과 상기 전기신호를 입력받은 상기 비교기의 출력이 로우신호이면 상기 추정한 전기신호의 전압을 최종 전압으로 결정하는 단계
    를 더 포함하는 광검출기의 신호레벨 추정 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 최종 임계전압을 설정하는 단계는,
    상기 전기신호의 전압을 추정하는 과정에서의 해상도보다 한 단계 더 높은 값을 상기 마진으로 설정하는 단계
    를 포함하는 광검출기의 신호레벨 추정 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 추정된 전기신호의 전압에서 마진을 뺀 값을 상기 전기신호의 전압으로 결정하는 단계
    를 더 포함하는 광검출기의 신호레벨 추정 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 상기 전기신호의 전압으로 결정하는 단계는,
    상기 전기신호의 전압을 추정하는 과정에서의 해상도보다 한 단계 더 높은 값을 상기 마진으로 설정하는 단계
    를 포함하는 광검출기의 신호레벨 추정 방법.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 전기신호의 전압을 추정하는 단계는,
    상기 전기신호의 전압을 추정하는 과정에서 상기 비교기가 한번도 하이신호를 출력하지 않은 경우, 상기 광검출기가 상기 전기신호를 출력하지 않은 것으로 판단하는 단계
    를 포함하는 광검출기의 신호레벨 추정 방법.
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