KR102645092B1 - 거리 측정 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

복수의 증폭된 전기 신호들 중 적어도 하나의 증폭된 전기 신호의 레벨에 기초하여, 복수의 피크 검출 신호들 중에서 최적의 피크 검출 신호를 선택하고, 선택된 최적의 피크 검출 신호를 이용하여 대상체까지의 거리를 측정하는 거리 측정 장치 및 거리 측정 방법을 제공한다.

Description

거리 측정 장치 및 그 방법{Distance measuring device and method}
본 개시는 거리 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
3D 카메라 또는 LIDAR(Light Detection And Ranging)로 사물의 거리 정보를 측정하는 기술 중 하나가 빛의 왕복시간 측정법(Time Of Flight, 이하 TOF라 한다)이다. TOF 방법은 기본적으로 특정 파장의 빛을 피사체로 투사하고, 피사체로부터 반사된 동 파장의 빛을 포토 다이오드(D) 또는 카메라에서 측정 또는 촬영하고 깊이 영상을 추출하는 프로세싱을 거치게 된다.
거리 측정 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다. 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
일 측면에 따라, 거리 측정 장치는, 대상체에서 반사된 광을 검출하여 전기 신호를 출력하는 광 수신부; 전기 신호를 서로 다른 이득(gain)들 각각으로 증폭하여 복수의 증폭된 전기 신호들을 생성하는 복수의 증폭기들; 복수의 증폭된 전기 신호들 각각에 대해 피크를 검출하여 복수의 피크 검출 신호들을 생성하는 복수의 피크 검출기들; 복수의 증폭된 전기 신호들 중 적어도 하나의 증폭된 전기 신호의 레벨에 기초하여, 복수의 피크 검출 신호들 중에서 최적의 피크 검출 신호를 선택하는 선택부; 및 최적의 피크 검출 신호를 이용하여 상기 대상체까지의 거리를 결정하는 프로세서;를 포함할 수 있다.
또한, 복수의 증폭기들, 복수의 피크 검출기들, 및 선택부는, 아날로그 도메인(analog domain) 상에서 신호를 처리할 수 있다.
또한, 프로세서는, 최적의 피크 검출 신호를 입력 받는 TDC(Time Digital Converter) 또는 ADC(Analog Digital Converter)를 포함할 수 있고, TDC 또는 ADC는 디지털 도메인(digital domain) 상에서 신호를 처리할 수 있다.
또한, 프로세서는, 단일의 ADC 또는 단일의 TDC를 포함할 수 있다.
또한, 선택부는, 적어도 하나의 증폭된 전기 신호의 레벨과 적어도 하나의 임계 레벨을 비교하여, 복수의 피크 검출 신호들 중에서 최적의 피크 검출 신호를 선택할 수 있다.
또한, 광 수신부 주변의 온도를 센싱하는 온도 센서를 더 포함할 수 있고, 프로세서는, 센싱 결과에 따라, 적어도 하나의 임계 레벨을 제어할 수 있다.
또한, 선택부는, 적어도 하나의 증폭된 전기 신호의 레벨과 적어도 하나의 임계 레벨을 비교하여, 비교 결과 신호를 출력하는 비교기; 비교 결과 신호에 대응되는 선택 제어 신호를 출력하는 선택 제어부; 및 선택 제어 신호에 따라, 복수의 피크 검출 신호들 중에서 최적의 피크 검출 신호를 선택하는 멀티플렉서(multiplexer);를 포함할 수 있다.
또한, 선택 제어부는, 적어도 하나의 D-플립플롭(Delay flip-flop)을 포함할 수 있다.
또한, 광 수신부는, 광을 검출하여 전류를 출력하는 광 검출기; 및 전류를 전압으로 변환하여 전기 신호로서 상기 전압을 출력하는 전류-전압 변환기;를 포함할 수 있다.
또한, 광 검출기는, 애벌런치 포토 다이오드(Avalanche Photo Diode) 또는 싱글 포톤 애벌런치 다이오드(Single Photon Avalenche Diode) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 복수의 피크 검출기들 각각은, CFD(Constant fraction discriminator) 방식으로 피크를 검출할 수 있다.
또한, 대상체에 레이저 펄스 형태의 광을 조사하는 광원;을 더 포함할 수 있다.
다른 측면에 따라, 거리 측정 장치는, 대상체에서 반사된 광을 검출하여 전기 신호를 출력하는 광 수신부; 전기 신호를 서로 다른 이득(gain)들 각각으로 증폭하여 복수의 증폭된 전기 신호들을 생성하는 복수의 증폭기들; 복수의 증폭된 전기 신호들 각각을 일정 시간 동안 지연시켜 복수의 지연된 전기 신호들을 생성하는 복수의 지연 회로들; 복수의 증폭된 전기 신호들 중 적어도 하나의 증폭된 전기 신호의 레벨에 기초하여, 복수의 지연된 전기 신호들 중에서 최적의 지연된 전기 신호를 선택하는 선택부; 최적의 지연된 전기 신호의 피크를 검출하는 피크 검출기; 및 피크를 이용하여 대상체까지의 거리를 결정하는 프로세서;를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따라, 거리 측정 방법은, 대상체에서 반사된 광을 검출하여 전기 신호를 출력하는 단계; 전기 신호를 서로 다른 이득(gain)들 각각으로 증폭하여 복수의 증폭된 전기 신호들을 생성하는 단계; 복수의 증폭된 전기 신호들 각각에 대해 피크를 검출하여 복수의 피크 검출 신호들을 생성하는 단계; 복수의 증폭된 전기 신호들 중 적어도 하나의 증폭된 전기 신호의 레벨에 기초하여, 복수의 피크 검출 신호들 중에서 최적의 피크 검출 신호를 선택하는 단계; 및 최적의 피크 검출 신호를 이용하여 상기 대상체까지의 거리를 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따라, 거리 측정 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 실시예들에 따르면, 거리 측정 장치는, 서로 다른 이득들로 증폭된 전기 신호들 중 최적의 전기 신호의 피크 검출 신호를 이용하여 대상체와의 거리를 측정하는 바, 대상체에 대해 보다 정확한 거리 측정이 가능하다. 또한, 거리 측정 장치는, 최적의 전기 신호의 피크 검출 신호를 선택하는 과정을, 디지털 도메인이 아닌 아날로그 도메인 상에서 수행하는 바, 하드웨어의 비용적인 측면에서 보다 효율적일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 거리 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 거리 측정 장치의 구체적인 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 선택 제어부가 동작하는 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 거리 측정 장치의 보다 구체적인 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5 내지 7은 도 4의 거리 측정 장치가 동작하는 실시예를 나타낸다.
도 8은 도 4의 거리 측정 장치가 동작하는 다른 실시예를 나타낸다.
도 9는 다른 실시예에 따른 거리 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따라, 거리 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 하기 실시예는 기술적 내용을 구체화하기 위한 것일 뿐 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 상세한 설명 및 실시예로부터 해당 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
본 명세서에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 '제 1' 또는 '제 2' 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 일 실시예에 따른 거리 측정 장치를 나타내는 도면이다.
거리 측정 장치(100)는 전방 대상체에 대한 거리 정보 등의 3차원 정보를 실시간으로 획득하는 센서로 활용될 수 있다. 예를 들어, 거리 측정 장치(100)는 무인 자동차, 자율 주행차, 로봇, 및 드론 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 거리 측정 장치(100)는 라이다(LiDAR: Light Detection And Ranging) 장치가 될 수 있다.
거리 측정 장치(100)는 광원(110), 광 수신부(120), 복수의 증폭기들(130), 복수의 피크 검출기들(140), 선택부(150), 및 프로세서(160)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 거리 측정 장치(100)는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
광원(110)은 대상체(OB)를 향해 광을 조사할 수 있다. 광원(110)은 펄스광 또는 연속광을 생성하고 조사할 수 있다. 또한, 광원(110)은 복수의 서로 다른 파장 대역의 광을 생성하고 조사할 수도 있다. 예를 들어, 광원(110)은 적외선 영역의 광을 방출할 수 있다. 적외선 영역의 광을 사용하면 태양광을 비롯한 가시광선 영역의 자연광과 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 그러나 반드시 적외선 영역에 한정되는 것은 아니며 다양한 파장 영역의 빛을 방출 할 수 있다. 이러한 경우 혼합된 자연광의 정보를 제거하기 위한 보정이 요구될 수 있다. 예를 들어, 광원(110)은 레이저 광원일 수 있으며 특정한 예시에 한정되지 않는다. 광원(110)은 측면 발광 레이저 (Edge emitting laser), 수직캐비티 표면 광방출 레이저 (Vertical-cavity surface emitting laser;VCSEL), 분포궤환형 레이저 (Distributed feedback laser) 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 광원(110) 은 레이저 다이오드(D)(Laser Diode) 일 수 있다. 구현의 필요에 따라, 광원(110)은 다른 장치에 포함될 수도 있고, 반드시 거리 측정 장치(100)에 포함된 하드웨어로 구성될 필요는 없다.
광 수신부(120)는 대상체(OB)에서 반사 또는 산란된 광을 검출하여 전기 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 광 수신부(120)는 대상체(OB)에서 반사 또는 산란된 광을 전압 신호로 변환할 수 있다.
복수의 증폭기들(130)은 서로 다른 이득(gain)들 각각으로 전기 신호를 증폭하여, 복수의 증폭된 전기 신호들을 생성할 수 있다. 복수의 증폭기들(130) 각각의 이득이 서로 다른 이득 값을 갖도록 설정될 수 있고, 복수의 증폭기들(130) 각각은, 이러한 서로 다른 이득 값에 따라, 광 수신부(120)에 의해 출력되는 전기 신호를 증폭하여 복수의 증폭된 전기 신호들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 복수의 증폭기들(130) 각각은 낮은 이득 값부터 높은 이득 값까지 서로 다른 이득 값을 가질 수 있다.
복수의 피크 검출기들(140)은 복수의 증폭된 전기 신호들 각각에 대해 피크를 검출하여, 복수의 피크 검출 신호들을 생성할 수 있다. 다시 말해, 복수의 피크 검출기들(140) 각각은, 복수의 증폭기들(130)에 의해 출력되는 복수의 증폭된 전기 신호들 각각의 피크를 검출하여, 복수의 피크 검출 신호들을 생성할 수 있다.
복수의 피크 검출기들(140) 각각은, 증폭된 전기 신호의 중심 위치를 검출함으로써 피크를 검출할 수 있다. 또는, 복수의 피크 검출기들(140) 각각은, 증폭된 전기 신호의 폭을 검출함으로써 피크를 검출할 수 있다.또는, 복수의 피크 검출기들(140) 각각은, 증폭된 전기 신호를 복수 개의 신호로 나누고, 일부 신호를 반전 및 시간 지연시킨 후 나머지 신호와 결합하여 0을 지나는 지점(zero cross point)을 검출하는 CFD(Constant Fraction Discriminator) 방식을 이용하여 피크를 검출할 수 있다. CFD 방식으로 피크를 검출하는 회로를 CFD 회로라고 칭할 수 있다. 피크 검출기들(140) 각각은, 비교기(comparator)를 더 포함하여, 검출된 피크를 펄스 신호로 출력할 수 있다.
선택부(150)는 복수의 증폭된 전기 신호들 중에서 적어도 하나의 증폭된 전기 신호의 레벨에 기초하여, 복수의 피크 검출 신호들 중에서 최적의 피크 검출 신호를 선택할 수 있다. 구체적으로, 선택부(150)는, 복수의 증폭된 전기 신호들 중에서 적어도 하나의 증폭된 전기 신호의 레벨이 기 설정된 임계 레벨을 넘는지 여부를 판단하여, 복수의 피크 검출 신호들 중에서 최적의 피크 검출 신호를 선택할 수 있다. 예를 들어, 선택부(150)는 비교기(comparator)를 통해 증폭된 전기 신호의 레벨이 기 설정된 임계 레벨을 넘는지를 판단할 수 있다.
예를 들어, 복수의 증폭기들(130)은, 낮은 이득으로 전기 신호를 증폭하는 제 1 증폭기, 및 높은 이득으로 전기 신호를 증폭하는 제 2 증폭기를 포함할 수 있다. 이 경우, 선택부(150)는 제 2 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호의 레벨이 기 설정된 임계 레벨을 넘는 지 여부를 판단할 수 있고, 넘는 경우, 제 1 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호에 대응되는 피크 검출 신호를 최적의 피크 검출 신호로 선택할 수 있다. 반면에, 제 2 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호의 레벨이 기 설정된 임계 레벨을 넘지 않는 경우, 선택부(150)는 제 2 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호에 대응되는 피크 검출 신호를 최적의 피크 검출 신호로 선택할 수 있다.
따라서, 거리 측정 장치(100)는, 서로 다른 이득들로 증폭된 전기 신호들 중 최적의 전기 신호의 피크 검출 신호를 이용하여 대상체(OB)와의 거리를 측정하는 바, 대상체(OB)에 대해 보다 정확한 거리 측정이 가능하다. 예를 들어, 대상체(OB)가 가까운 거리에 있거나 반사율이 큰 경우, 높은 이득으로 증폭된 전기 신호는 포화될 것이므로, 높은 이득으로 증폭된 전기 신호의 피크 검출 신호는 거리 측정에 있어 부정확할 수 있다. 이 경우, 거리 측정 장치(100)는, 높은 이득으로 증폭된 전기 신호의 레벨이 기 설정된 임계 레벨을 넘는다고 판단할 수 있고, 결과적으로, 낮은 이득으로 증폭된 전기 신호의 피크 검출 신호를 선택하여, 대상체(OB)와의 거리를 보다 정확하게 측정할 수 있다. 또한 반대로, 대상체(OB)가 원거리에 존재하는 경우, 낮은 이득으로 증폭된 전기 신호의 경우 신호의 크기가 작으므로 거리 측정에 있어 부정확할 수 있다. 이 경우, 거리 측정 장치(100)는, 높은 이득으로 증폭된 전기 신호의 레벨이 기 설정된 임계 레벨을 넘지 않는다고 판단할 수 있고, 결과적으로, 높은 이득으로 증폭된 전기 신호의 피크 검출 신호를 선택하여, 대상체(OB)와의 거리를 보다 정확하게 측정할 수 있다.
프로세서(160)는 거리 측정 장치(100)의 각 구성요소들의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 거리 측정 장치(100)는 프로세서(160)에서 수행하는 동작을 위한 프로그램 및 기타 데이터들이 저장되는 메모리를 포함할 수 있다.
프로세서(160)는 선택부(150)에 의해 선택된 최적의 피크 검출 신호를 이용하여 대상체(OB)까지의 거리를 측정할 수 있다. 일 실시예에 따라, 프로세서(160)는, 광원(110)에서 조사된 광의 조사 시점과, 최적의 피크 검출 신호의 피크 검출 시점 사이의 시간을 측정하는 TDC(Time to Digital Converter)를 포함할 수 있고, 프로세서(160)는 TDC에 의해 측정된 시간에 기초하여, 대상체(OB)까지의 거리를 측정할 수 있다. 다른 실시예에 따라, 프로세서(160)는, 아날로그 신호인 최적의 피크 검출 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog Digital Converter)를 포함할 수 있고, 프로세서(160)는 ADC에 의해 변환된 디지털 신호를 처리하여 대상체(OB)까지의 거리를 측정할 수 있다. 피크를 이용한 거리 측정 방법은 통상의 기술인 바, 자세한 설명은 생략한다.
거리 측정 장치(100)는 아날로그 도메인(analog domain) 상에서 복수의 피크 검출 신호들 중에서 최적의 피크 검출 신호를 선택하고, 디지털 도메인(digital domain) 상에서 최적의 피크 검출 신호를 이용하여 대상체(OB)까지의 거리를 측정할 수 있다. 구체적으로, 복수의 증폭기들(130), 복수의 피크 검출기들(140) 및 선택부(150)는 아날로그 도메인 상에서 신호를 처리하여 최적의 피크 검출 신호를 선택할 수 있고, 프로세서(160)는 디지털 도메인 상에서 최적의 피크 검출 신호를 처리하여 대상체(OB)까지의 거리를 측정할 수 있다. 따라서, 거리 측정 장치(100)는, 최적의 전기 신호의 피크 검출 신호를 선택하는 과정을, 디지털 도메인이 아닌 아날로그 도메인 상에서 수행하는 바, 하드웨어의 비용적인 측면에서 보다 효율적일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(160)는, 복수의 피크 검출 신호들을 처리하기 위한 복수의 TDC들이 아닌, 최적의 피크 검출 신호를 처리하기 위한 단일의 TDC를 포함하는 바, 하드웨어 비용을 절감할 수 있다.
도 2는 거리 측정 장치의 구체적인 실시예를 나타내는 도면이다.
광 수신부(120)는 광에 대응하는 전기 신호, 예를 들어 전류를 출력하는 광 검출기(122), 및 광 검출기(122)에서 출력된 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환 회로(I/V)(124)를 포함할 수 있다. 이외에도 광 수신부(120)는 대상체(OB)에서 반사된 광을 집광하는 렌즈 및 특정 주파수의 전기 신호를 필터링하는 필터(예로, 하이패스 필터)를 더 포함할 수 있다.
광 검출기(122)는 수광 소자일 수 있다. 광 검출기(122)는 바이어스 전압(Vbias)이 인가된 상태에서 동작하는 수광 소자일 수 있다. 예를 들어, 광 검출기(122)는 애벌런치 포토 다이오드(Avalanche Photo Diode;APD) 또는 싱글 포톤 애벌런치 다이오드(Single Photon Avalanche Diode;SPAD)를 포함할 수 있다.
선택부(150)는 비교기(152), 선택 제어부(154), 및 멀티플렉서(Multiplexer)(156)를 포함할 수 있다.
비교기(152)는, 복수의 증폭된 전기 신호들 중 적어도 하나의 증폭된 전기 신호의 레벨과, 적어도 하나의 임계 레벨을 비교하여, 비교 결과 신호를 출력할 수 있다. 다시 말해, 비교기(152)는, 증폭된 전기 신호의 레벨이 임계 레벨을 넘는 경우, 비교 결과 신호를 펄스 신호로 출력할 수 있다.
프로세서(160)는 비교기(152)의 임계 레벨을 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(160)는 비교기(152)가 복수의 비교기들을 포함하는 경우, 복수의 비교기들 각각의 임계 레벨이 서로 다른 값을 갖도록 변경할 수 있다. 거리 측정 장치(100)는, 광 수신부(120) 주변의 온도를 센싱하는 온도 센서를 더 포함할 수 있는 바, 프로세서(160)는 온도 센서의 센싱 결과에 기초하여 비교기(152)의 임계 레벨을 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(160)는 광 수신부(120)의 동작에 영향을 미치는 다른 요인에 기초하여, 비교기(152)의 임계 레벨을 제어할 수 있다.
선택 제어부(154)는, 비교기(152)로부터 비교 결과 신호를 입력 받을 수 있고, 이어서, 비교 결과 신호에 대응되는 선택 제어 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 선택 제어부(154)는, D-플립플롭(Delay flip-flop)으로 구성될 수 있다.
멀티플렉서(156)는 선택 제어 신호에 따라, 복수의 피크 검출 신호들 중에서 최적의 피크 검출 신호를 선택할 수 있다. 다시 말해, 멀티플렉서(156)는 선택 제어부(154)로부터 입력되는 선택 제어 신호에 따라, 복수의 피크 검출기들(140)로부터 입력되는 복수의 피크 검출 신호들 중에서 최적의 피크 검출 신호를 선택할 수 있다.
도 3은 선택 제어부가 동작하는 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시되어 있는 바에 따라, 선택 제어부(154)는 D-플립플롭(Delay flip-flop)으로 구성될 수 있다. 도 3에서는 하나의 D-플립플롭이 도시되었지만 이에 제한되지 않으며, 선택 제어부(154)는 복수의 D-플립플롭들을 포함할 수 있다.
도 3의 (a)에서 실선으로 도시된 신호는, 광원(110)이 광을 조사하는 시점에 관한 광 조사 신호를 나타낸다. 또한, 도 3의 (b)에서 실선으로 도시된 신호는, (a)의 광 조사 신호에 따라 설정되는 게이트 신호를 나타낸다. 예를 들어, 게이트 신호는 광원(110)의 광 조사 시점 이후 일정 시간 동안 발생할 수 있다. 다시 말해, 게이트 신호는 광원(110)의 광 조사 시점 이후 일정 시간 동안 하이 레벨의 펄스를 유지할 수 있다. 도 3의 (c)에서 실선으로 도시된 신호는, 비교기(152)가 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호의 레벨과 임계 레벨을 비교하여 출력한 비교 결과 신호를 나타낸다.
도 3의 (b) 내지 (d)에 도시된 바와 같이, D-플립플롭은, (b)의 게이트 신호 및 (c)의 비교 결과 신호에 따라, (d)의 선택 제어 신호를 출력할 수 있다. 구체적으로, 게이트 신호가 D-플립플롭으로 입력되는 동안, 비교 결과 신호가 D-플립플롭으로 입력되는 바, D-플립플롭은 비교 결과 신호가 입력될 때 선택 제어 신호를 출력할 수 있다. 또한, D-플립플롭은 게이트 신호의 입력이 중단될 때까지 선택 제어 신호를 출력할 수 있다. 다시 말해, D-플립플롭은, 비교 결과 신호가 입력될 때부터 게이트 신호의 입력이 중단될 때까지, 하이 레벨 펄스의 선택 제어 신호를 발생시킬 수 있다.
도 3의 (e)에서 실선으로 도시된 신호는, 복수의 피크 검출기들(140) 중 하나의 피크 검출기에서 출력되는 피크 검출 신호를 나타낸다. 피크 검출기가 증폭된 전기 신호의 피크를 검출하는 과정에서 일정 시간이 지연될 수 있기 때문에, (e)의 피크 검출 신호는 (c)의 비교 결과 신호보다 시간적으로 늦게 발생할 수 있다. 다시 말해, 복수의 증폭기들(130)에 의해 증폭된 전기 신호들이 비교기(152) 및 복수의 피크 검출기들(140) 각각으로 입력되지만, 피크 검출기가 증폭된 전기 신호의 피크를 검출하는 과정에서 일정 시간이 지연될 수 있기 때문에, 피크 검출 신호가 비교 결과 신호보다 시간적으로 늦게 발생할 수 있다. 예를 들어, 피크 검출기는 CFD 방식으로 증폭된 전기 신호의 피크를 검출하는바, (c)의 비교 결과 신호보다 늦게 (e)의 피크 검출 신호를 발생시킬 수 있다. 따라서, 멀티플렉서(156)는, (e)의 피크 검출 신호가 발생할 때까지 하이 레벨 펄스로 유지될 수 있는 (d)의 선택 제어 신호에 따라, (e)의 피크 검출 신호를 선택할 수 있다.
예를 들어, 복수의 증폭기들(130)이 낮은 이득을 갖는 제 1 증폭기 및 높은 이득을 갖는 제 2 증폭기를 포함할 수 있고, 복수의 피크 검출기들(140)은 제 1 증폭기와 연결된 제 1 피크 검출기, 및 제 2 증폭기와 연결된 제 2 피크 검출기를 포함할 수 있고, 비교기(152)는 제 2 증폭기와 연결된 제 1 비교기를 포함할 수 있다. 제 1 비교기는 제 2 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호의 레벨이 임계 레벨을 넘는 경우, (c)의 비교 결과 신호를 발생시킬 수 있고, 발생된 (c)의 비교 결과 신호를 D-플립플롭에 입력할 수 있다.
이어서, D-플립플롭은 (b)의 게이트 신호 및 (c)의 비교 결과 신호에 따라, (d)의 선택 제어 신호를 발생시킬 수 있고, (d)의 선택 제어 신호를 멀티플렉서(156)에 입력할 수 있다. 이어서, 멀티플렉서(156)는 (d)의 선택 제어 신호에 따라, 제 1 피크 검출기에 의해 검출된 피크 검출 신호 및 제 2 피크 검출기에 의해 검출된 피크 검출 신호 중에서, 제 1 피크 검출기에 의해 검출된 피크 검출 신호를 최적의 피크 검출 신호로 선택할 수 있다.
반면에, 제 2 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호의 레벨이 임계 레벨을 넘지 않는 경우, 제 1 비교기는 (c)와 같이 하이 레벨 펄스를 갖는 비교 결과 신호를 발생시키지 않고, 로우 레벨 펄스로 유지되는 비교 결과 신호를 발생시킬 수 있다. 이어서 선택 제어부(154)는 (d)와 같이 하이 레벨 펄스를 갖는 선택 제어 신호를 발생시키지 않고 로우 레벨 펄스로 유지되는 선택 제어 신호를 발생시킬 수 있다. 이 경우, 멀티플렉서(156)는, 로우 레벨 펄스로 유지되는 선택 제어 신호에 따라, 제 1 피크 검출기 및 제 2 피크 검출기 각각에 의해 검출된 피크 검출 신호들 중에서, 제 2 피크 검출기에 의해 검출된 피크 검출 신호를 최적의 피크 검출 신호로 선택할 수 있다.
도 4는 거리 측정 장치의 보다 구체적인 실시예를 나타내는 도면이다.
복수의 증폭기들(130)은 제 1 증폭기(132), 제 2 증폭기(134), 및 제 3 증폭기(136)를 포함할 수 있다. 제 1 증폭기(132)는 광 수신부(120)에 의해 출력되는 전기 신호를 제 1 이득으로 증폭할 수 있고, 제 2 증폭기(134)는 광 수신부(120)에 의해 출력되는 전기 신호를 제 2 이득으로 증폭할 수 있고, 제 3 증폭기(136)는 광 수신부(120)에 의해 출력되는 전기 신호를 제 3 이득으로 증폭할 수 있다. 본 실시예에서는, 제 1 이득은 낮은 값의 이득으로, 제 2 이득은 중간 값의 이득으로, 제 3 이득은 높은 값의 이득으로 설명하기로 하나, 이에 제한되지 않는다.
복수의 피크 검출기들(140)은 제 1 CFD 회로(142), 제 2 CFD 회로(144), 및 제 3 CFD 회로(146)를 포함할 수 있다. 제 1 CFD 회로(142)는 제 1 증폭기(132)에 의해 증폭된 전기 신호에서 CFD 방식으로 피크를 검출할 수 있고, 비교기를 이용하여 검출된 피크를 피크 발생 신호로써 출력할 수 있다. 마찬가지로, 제 2 CFD 회로(144)는 제 2 증폭기(134)에 의해 증폭된 전기 신호에서 피크를 검출하여 피크 발생 신호를 출력할 수 있고, 제 3 CFD 회로(146)는 제 3 증폭기(136)에 의해 증폭된 전기 신호에서 피크를 검출하여 피크 발생 신호를 출력할 수 있다.
비교기(152)는 제 1 비교기(151) 및 제 2 비교기(153)를 포함할 수 있다. 제 1 비교기(151)는 제 2 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호의 레벨과, 기 설정된 제 1 임계 레벨을 비교하여, 비교 결과 신호를 출력할 수 있다. 마찬가지로, 제 2 비교기(153)는 제 3 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호의 레벨과, 기 설정된 제 2 임계 레벨을 비교하여, 비교 결과 신호를 출력할 수 있다.
선택 제어부(154)는 제 1 D-플립플롭(155) 및 제 2 D-플립플롭(157)을 포함할 수 있다. 제 1 D-플립플롭(155)은 제 1 비교기(151)에 의한 비교 결과 신호에 대응되는 선택 제어 신호를 출력할 수 있다. 마찬가지로, 제 2 D-플립플롭(157)은 제 2 비교기(153)에 의한 비교 결과 신호에 대응되는 선택 제어 신호를 출력할 수 있다.
멀티플렉서(156)는 제 1 D-플립플롭(155) 및 제 2 D-플립플롭(157) 각각에 의한 선택 제어 신호에 기초하여, 제 1 CFD 회로(142) 내지 제 3 CFD 회로(146)의 피크 검출 신호들 중에서 최적의 피크 검출 신호를 선택할 수 있다. 구체적으로, 멀티플렉서(156)는, 제 1 D-플립플롭(155)의 선택 제어 신호의 발생 여부 및 제 2 D-플립플롭(155)의 선택 제어 신호의 발생 여부에 따라, 제 1 CFD 회로(142) 내지 제 3 CFD 회로(146)의 피크 검출 신호들 중에서 최적의 피크 검출 신호를 선택할 수 있다.
프로세서(160)는 TDC(165)를 포함할 수 있다. TDC(165)는 멀티플렉서(156)로부터 최적의 피크 검출 신호를 입력 받을 수 있다. TDC(165)는 광원(110)에서 조사된 광의 조사 시점과, 최적의 피크 검출 신호의 피크 검출 시점 사이의 시간을 측정할 수 있고, 프로세서(160)는 TDC(165)에 의해 측정된 시간에 기초하여, 대상체(OB)까지의 거리를 측정할 수 있다. 또한, 다른 실시예에 따라, 프로세서(160)는 ADC를 포함할 수 있고, ADC는 멀티플렉서(156)로부터 입력되는 최적의 피크 검출 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있고, 프로세서(160)는 ADC에 의해 변환된 디지털 신호를 처리하여 대상체(OB)까지의 거리를 측정할 수 있다.
복수의 증폭기들(130) 및 복수의 피크 검출기들(140)은 아날로그 도메인 상에서 동작하는 아날로그 프론트 엔드(Analog Front End)에 해당할 수 있으며, 특히, 멀티플렉서(156)는 아날로그 도메인 상에서 복수의 피크 검출 신호들 중에서 최적의 피크 검출 신호를 선택할 수 있다. 이어서, 프로세서(160)는 디지털 도메인(digital domain) 상에서 최적의 피크 검출 신호를 이용하여 대상체(OB)까지의 거리를 측정할 수 있다. 따라서, 거리 측정 장치(100)는, 최적의 전기 신호의 피크 검출 신호를 선택하는 과정을 디지털 도메인이 아닌 아날로그 도메인 상에서 수행하는 바, 복수개의 TDC들 또는 복수개의 ADC들을 필요로 하지 않고, 단일의 TDC 또는 ADC를 필요로 하기 때문에, 하드웨어의 비용적인 측면에서 보다 효율적일 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 거리 측정 장치(100)는, 3개의 증폭기들 및 3개의 피크 검출기들에 대응되는 3개의 TDC들을 필요로 하지 않고, 1개의 TDC 또는 1개의 ADC를 통해 대상체(OB)까지의 거리를 측정하는 바, 하드웨어 비용을 절감할 수 있다.
도 5 내지 7은 도 4의 거리 측정 장치가 동작하는 실시예를 나타낸다.
도 5는 멀티플렉서(156)가, 제 1 증폭기(132)에 의해 증폭된 전기 신호의 피크 검출 신호를 최적의 피크 검출 신호로 선택하는 실시예를 나타낸다.
도 5를 살펴보면, 제 2 증폭기(134) 및 제 3 증폭기(136)에 의해 증폭된 전기 신호들이 모두 제 1 임계 레벨 및 제 2 임계 레벨을 넘으므로, 제 1 비교기(151) 및 제 2 비교기(153) 각각은 비교 결과 신호를 발생시킬 수 있다. 참고로, 도 5 내지 7에서는 비교 결과 신호의 발생 유무를 '1' 및 '0'으로 도시하였으나, 이에 제한되지 않는다. 이어서, 제 1 비교기(151) 및 제 2 비교기(153) 각각의 비교 결과 신호에 대응하여, 제 1 D-플립플롭(155) 및 2 D-플립플롭(157) 각각은 선택 제어 신호를 발생시켜 멀티플렉서(156)로 입력할 수 있다. 결과적으로, 멀티플렉서(156)는 제 1 D-플립플롭(155) 및 2 D-플립플롭(157) 각각의 선택 제어 신호에 따라, 제 1 증폭기(132)에 의해 증폭된 전기 신호의 피크 검출 신호를 최적의 피크 검출 신호로 선택할 수 있다. 다시 말해, 멀티플렉서(156)는 제 1 CFD 회로(142)의 피크 검출 신호를 최적의 피크 검출 신호로 선택할 수 있다.
도 6은 멀티플렉서(156)가, 제 2 증폭기(134)에 의해 증폭된 전기 신호의 피크 검출 신호를 최적의 피크 검출 신호로 선택하는 실시예를 나타낸다.
도 6을 살펴보면, 제 3 증폭기(136)에 의해 증폭된 전기 신호만이 제 2 임계 레벨을 넘는 경우, 제 1 비교기(151)는 비교 결과 신호를 발생시키지 않고 제 2 비교기(153)만이 비교 결과 신호를 발생시킬 수 있다. 이어서, 제 2 비교기(153)의 비교 결과 신호에 대응하여, 제 2 D-플립플롭(157)만이 선택 제어 신호를 발생시켜 멀티플렉서(156)로 입력할 수 있다. 결과적으로, 멀티플렉서(156)는 제 2 D-플립플롭(157)의 선택 제어 신호에 따라, 제 2 증폭기(134)에 의해 증폭된 전기 신호의 피크 검출 신호를 최적의 피크 검출 신호로 선택할 수 있다. 다시 말해, 멀티플렉서(156)는 제 2 CFD 회로(144)의 피크 검출 신호를 최적의 피크 검출 신호로 선택할 수 있다.
도 7은 멀티플렉서(156)가, 제 3 증폭기(136)에 의해 증폭된 전기 신호의 피크 검출 신호를 최적의 피크 검출 신호로 선택하는 실시예를 나타낸다.
도 7을 살펴보면, 제 2 증폭기(134) 및 제 3 증폭기(136)에 의해 증폭된 전기 신호들이 모두 제 1 임계 레벨 및 제 2 임계 레벨을 넘지 않는 경우, 제 1 비교기(151) 및 제 2 비교기(153) 각각은 비교 결과 신호를 발생시키지 않는다. 이어서, 제 1 D-플립플롭(155) 및 제 2 D-플립플롭(157) 또한 선택 제어 신호를 발생시키지 않는다. 결과적으로, 멀티플렉서(156)는 제 1 D-플립플롭(155) 및 제 2 D-플립플롭(157) 모두의 선택 제어 신호가 입력되지 않음에 따라, 제 3 증폭기(136)에 의해 증폭된 전기 신호의 피크 검출 신호를 최적의 피크 검출 신호로 선택할 수 있다. 다시 말해, 멀티플렉서(156)는 제 3 CFD 회로(146)의 피크 검출 신호를 최적의 피크 검출 신호로 선택할 수 있다.
도 8은 도 4의 거리 측정 장치가 동작하는 다른 실시예를 나타낸다.
제 1 비교기(151) 및 제 2 비교기(153)는 기 설정된 제 1 임계 레벨 및 제 2 임계 레벨에 따라 동작하는 바, 거리 측정 장치(100)는 측정하고자 하는 대상체(OB)와의 거리에 따라, 제 1 증폭기(132) 내지 제 3 증폭기(136) 중 어느 하나의 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호의 피크 검출 신호를 선택할 수 있다. 구체적으로, 대상체(OB)가 근거리 영역에 존재하는 경우, 제 2 증폭기(134)에 의해 증폭된 전기 신호 및 제 3 증폭기(136)에 의해 증폭된 전기 신호는 제 1 임계 레벨 및 제 2 임계 레벨을 넘을 정도로 크므로, 거리 측정 장치(100)는 제 1 증폭기(132)에 의해 증폭된 전기 신호를 이용하여 대상체(OB)와의 거리를 측정한다. 또한, 대상체(OB)가 중거리 영역에 존재하는 경우, 제 3 증폭기(136)에 의해 증폭된 전기 신호는 제 2 임계 레벨을 넘지만 제 2 증폭기(134)에 의해 증폭된 전기 신호는 제 1 임계 레벨을 넘지 않으므로, 거리 측정 장치(100)는 제 2 증폭기(134)에 의해 증폭된 전기 신호를 이용하여 대상체(OB)와의 거리를 측정한다. 마찬가지로, 대상체(OB)가 원거리 영역에 존재하는 경우, 제 2 증폭기(134)에 의해 증폭된 전기 신호 및 제 3 증폭기(136)에 의해 증폭된 전기 신호는 제 1 임계 레벨 및 제 2 임계 레벨을 모두 넘지 않으므로, 거리 측정 장치(100)는 제 3 증폭기(136)에 의해 증폭된 전기 신호를 이용하여 대상체(OB)와의 거리를 측정한다.
또한, 거리 측정 장치(100)는, 측정하고자 하는 대상체(OB)와의 거리를 기준으로, 제 1 비교기(151)의 제 1 임계 레벨 및 제 2 비교기(153)의 제 2 임계 레벨 각각을 설정할 수 있다. 다시 말해, 거리 측정 장치(100)는, 근거리 영역 내지 장거리 영역 각각에 대해 제 1 증폭기(132) 내지 제 3 증폭기(136) 각각에 의해 증폭된 전기 신호를 이용하도록, 제 1 비교기(151)의 제 1 임계 레벨 및 제 2 비교기(153)의 제 2 임계 레벨 각각을 설정할 수 있다. 또한, 거리 측정 장치(100)는, 근거리 영역, 중거리 영역, 및 장거리 영역의 거리 기준을 설정하는 차원에서, 제 1 임계 레벨 및 제 2 임계 레벨 각각을 설정할 수 있다.
도 9는 다른 실시예에 따른 거리 측정 장치를 나타내는 도면이다.
거리 측정 장치(200)는 광원(210), 광 수신부(220), 복수의 증폭기들(230), 복수의 지연 회로들(240), 선택부(250), 피크 검출기(260) 및 프로세서(270)를 포함할 수 있다.
광원(210)은 대상체(OB)를 향해 광을 조사할 수 있다. 광원(210)은 도 1의 광원(110)을 포함할 수 있는 바, 중복되는 내용에 대해서는 설명을 생략한다.
광 수신부(220)는 대상체(OB)에서 반사 또는 산란된 광을 검출하여 전기 신호를 출력할 수 있다. 광 수신부(220)는 도 1 및 2의 광 수신부(120)를 포함할 수 있는 바, 중복되는 내용에 대해서는 설명을 생략한다.
복수의 증폭기들(230)은 서로 다른 이득(gain)들 각각으로 전기 신호를 증폭하여, 복수의 증폭된 전기 신호들을 생성할 수 있다. 복수의 증폭기들(230)은 도 1의 복수의 증폭기들(130)을 포함할 수 있는 바, 중복되는 내용에 대해서는 설명을 생략한다.
복수의 지연 회로들(240)은 복수의 증폭된 전기 신호들 각각을 일정 시간 동안 지연시켜, 복수의 지연된 전기 신호들을 생성할 수 있다. 다시 말해, 복수의 지연 회로들(240) 각각은, 복수의 증폭기들(230)에 의해 출력되는 복수의 증폭된 전기 신호들 각각을 일정 시간 동안 지연시켜, 복수의 지연된 전기 신호들을 생성할 수 있다.
선택부(250)는 복수의 증폭된 전기 신호들 중에서 적어도 하나의 증폭된 전기 신호의 레벨에 기초하여, 복수의 지연된 전기 신호들 중에서 최적의 지연된 전기 신호를 선택할 수 있다. 구체적으로, 선택부(250)는, 복수의 증폭된 전기 신호들 중에서 적어도 하나의 증폭된 전기 신호의 레벨이 기 설정된 임계 레벨을 넘는지 여부를 판단하여, 복수의 지연된 전기 신호들 중에서 최적의 지연된 전기 신호를 선택할 수 있다. 예를 들어, 선택부(250)는 비교기(comparator)를 통해 증폭된 전기 신호의 레벨이 기 설정된 임계 레벨을 넘는지를 판단할 수 있다.
예를 들어, 복수의 증폭기들(230)은, 낮은 이득으로 전기 신호를 증폭하는 제 1 증폭기, 및 높은 이득으로 전기 신호를 증폭하는 제 2 증폭기를 포함할 수 있고, 복수의 지연 회로들(240)은, 제 1 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호를 지연시키는 제 1 지연 회로, 및 제 2 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호를 지연시키는 제 2 지연 회로를 포함할 수 있다. 이 경우, 선택부(250)는 제 2 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호의 레벨이 기 설정된 임계 레벨을 넘는 지 여부를 판단할 수 있고, 넘는 경우, 제 1 지연 회로에 의해 지연된 전기 신호를 최적의 지연된 전기 신호로 선택할 수 있다. 반면에, 제 2 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호의 레벨이 기 설정된 임계 레벨을 넘지 않는 경우, 선택부(250)는 제 2 지연 회로에 의해 지연된 전기 신호를 최적의 지연된 전기 신호로 선택할 수 있다.
또한, 선택부(250)는 비교기, 선택 제어부, 및 멀티플렉서를 포함할 수 있다. 비교기는, 복수의 증폭된 전기 신호들 중 적어도 하나의 증폭된 전기 신호의 레벨과, 적어도 하나의 임계 레벨을 비교하여, 비교 결과 신호를 출력할 수 있다. 선택 제어부는, 비교기로부터 비교 결과 신호를 입력 받을 수 있고, 이어서, 비교 결과 신호에 대응되는 선택 제어 신호를 출력할 수 있다. 멀티플렉서는 선택 제어 신호에 따라, 복수의 지연된 전기 신호들 중에서 최적의 지연된 전기 신호를 선택할 수 있다. 비교기, 선택 제어부, 및 멀티플렉서는 도 2 내지 8의 비교기(152), 선택 제어부(154), 및 멀티플렉서(156)를 포함할 수 있는 바, 중복되는 내용에 대해서는 설명을 생략한다.
피크 검출기(260)는 최적의 지연된 전기 신호의 피크를 검출할 수 있다. 피크 검출기(260)는 전기 신호의 중심 위치를 검출함으로써 피크를 검출할 수 있다. 또는 피크 검출기(260)는 아날로그적으로 전기 신호의 폭을 검출함으로써 피크를 검출할 수 있다. 또는 피크 검출기(260)는 CFD(Constant Fraction Discriminator) 방식을 이용하여 피크를 검출할 수 있다.
프로세서(270)는 피크 검출기(260)에서 검출된 피크를 이용하여 대상체(OB)까지의 거리를 측정할 수 있다. 일 실시예에 따라, 프로세서(270)는 광원(210)에서 조사된 광의 조사 시점과 피크 검출기(260)에서 검출된 피크의 검출 시점 사이의 시간을 측정하는 TDC(Time to Digital Converter)를 포함할 수 있고, 프로세서(270)는 TDC에 의해 측정된 시간에 기초하여, 대상체(OB)까지의 거리를 측정할 수 있다. 다른 실시예에 따라, 프로세서(270)는, 아날로그 신호인 피크를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog Digital Converter)를 포함할 수 있고, 프로세서(160)는 ADC에 의해 변환된 디지털 신호를 처리하여 대상체(OB)까지의 거리를 측정할 수 있다. 피크를 이용한 거리 측정 방법은 통상의 기술인 바, 자세한 설명은 생략한다.
거리 측정 장치(200)는 아날로그 도메인(analog domain) 상에서 최적의 지연된 전기 신호의 피크를 검출하고, 디지털 도메인(digital domain) 상에서 최적의 지연된 전기 신호의 피크를 이용하여 대상체(OB)까지의 거리를 측정할 수 있다. 구체적으로, 복수의 증폭기들(230), 복수의 지연 회로들(240), 선택부(250), 및 피크 검출기(260)는 아날로그 도메인 상에서 신호를 처리하여 최적의 지연된 전기 신호의 피크를 검출할 수 있고, 프로세서(270)는, 디지털 도메인 상에서 최적의 지연된 전기 신호의 피크를 처리하여 대상체(OB)까지의 거리를 측정할 수 있다. 따라서, 거리 측정 장치(200)는, 최적의 지연된 전기 신호의 피크를 검출하는 과정을, 디지털 도메인이 아닌 아날로그 도메인 상에서 수행하는 바, 하드웨어의 비용적인 측면에서 보다 효율적일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(270)는, 복수의 지연된 전기 신호들을 처리하기 위한 복수의 TDC들이 아닌, 최적의 지연된 전기 신호의 피크를 처리하기 위한 단일의 TDC를 포함하는 바, 하드웨어 비용을 절감할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따라, 거리 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10에 도시된 방법은, 도 1 내지 도 8의 거리 측정 장치(100)의 각 구성요소에 의해 수행될 수 있고, 중복되는 설명에 대해서는 생략한다.
단계 s1010에서, 거리 측정 장치(100)는 대상체(OB)에서 반사 또는 산란된 광을 검출하여 전기 신호를 출력할 수 있다. 구체적으로, 거리 측정 장치(100)는 대상체(OB)를 향해 광을 조사할 수 있고, 대상체(OB)에서 반사 또는 산란된 광을 검출하여 전기 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 거리 측정 장치(100)는 대상체(OB)에서 반사 또는 산란된 광을 전압 신호로 변환할 수 있다.
단계 s1020에서, 거리 측정 장치(100)는 서로 다른 이득(gain)들 각각으로 전기 신호를 증폭하여, 복수의 증폭된 전기 신호들을 생성할 수 있다.
단계 s1030에서, 거리 측정 장치(100)는 복수의 증폭된 전기 신호들 각각에 대해 피크를 검출하여, 복수의 피크 검출 신호들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 거리 측정 장치(100)는, CFD 방식을 이용하여, 복수의 피크 검출 신호들을 생성할 수 있다.
단계 s1040에서, 거리 측정 장치(100)는 복수의 증폭된 전기 신호들 중에서 적어도 하나의 증폭된 전기 신호의 레벨에 기초하여, 복수의 피크 검출 신호들 중에서 최적의 피크 검출 신호를 선택할 수 있다. 구체적으로, 거리 측정 장치(100)는, 복수의 증폭된 전기 신호들 중에서 적어도 하나의 증폭된 전기 신호의 레벨이 기 설정된 임계 레벨을 넘는지 여부를 판단하여, 복수의 피크 검출 신호들 중에서 최적의 피크 검출 신호를 선택할 수 있다.
구체적으로, 거리 측정 장치(100)는, 복수의 증폭된 전기 신호들 중 적어도 하나의 증폭된 전기 신호의 레벨과, 적어도 하나의 임계 레벨을 비교하여, 비교 결과 신호를 출력할 수 있다. 이어서, 거리 측정 장치(100)는 비교 결과 신호에 대응되는 선택 제어 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 거리 측정 장치(100)는 D-플립플롭을 이용하여 선택 제어 신호를 출력할 수 있다. 이어서, 거리 측정 장치(100)는, 선택 제어 신호에 따라, 복수의 피크 검출 신호들 중에서 최적의 피크 검출 신호를 선택할 수 있다.
단계 s1050에서, 거리 측정 장치(100)는 선택된 최적의 피크 검출 신호를 이용하여 대상체(OB)까지의 거리를 측정할 수 있다.
상기 살펴 본 실시 예들에 따른 장치는 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage), 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.
본 실시 예는 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시 예는 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩 업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다. 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 본 실시 예는 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 실시 예는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. "매커니즘", "요소", "수단", "구성"과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.
본 실시 예에서 설명하는 특정 실행들은 예시들로서, 어떠한 방법으로도 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.
본 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 언급하는 기재가 없다면, 이런 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 이들로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (29)

  1. 거리 측정 장치에 있어서,
    대상체에서 반사된 광을 검출하여 전기 신호를 출력하는 광 수신부;
    상기 전기 신호를 서로 다른 이득(gain)들 각각으로 증폭하여 복수의 증폭된 전기 신호들을 생성하는 복수의 증폭기들, 상기 복수의 증폭기들은 상기 서로 다른 이득 중 가장 낮은 이득을 가지며 제 1 증폭된 전기 신호를 생성하는 제 1 증폭기, 상기 서로 다른 이득 중 가장 높은 이득을 가지며 제 2 증폭된 전기 신호를 생성하는 제 2 증폭기 및 상기 가장 낮은 이득보다 높고 상기 가장 높은 이득보다 낮은 중간 이득을 가지며 제 3 증폭된 전기 신호를 생성하는 제 3 증폭기를 포함하고;
    상기 복수의 증폭된 전기 신호들 각각에 대해 피크를 검출하여 복수의 피크 검출 신호들을 생성하는 복수의 피크 검출기들 상기 복수의 피크 검출 신호들은 상기 제 1 증폭된 전기 신호로부터 검출된 제 1 피크 검출 신호, 상기 제 2 증폭된 전기 신호로부터 검출된 제 2 피크 검출 신호 및 상기 제 3 증폭된 전기 신호로부터 검출된 제 3 피크 검출 신호를 포함하고;
    상기 복수의 피크 검출 신호들 중에서 상기 제 2 피크 검출 신호 및 상기 제 3 피크 검출 신호가 적어도 하나의 임계 레벨을 초과하면 상기 제 1 피크 검출 신호를, 상기 제 2 피크 검출 신호가 상기 적어도 하나의 임계 레벨 이하이고 상기 제 3 피크 검출 신호가 상기 적어도 하나의 임계 레벨을 초과하면 상기 제 2 피크 검출 신호를, 상기 제 2 피크 검출 신호 및 상기 제 3 피크 검출 신호 모두 상기 적어도 하나의 임계 레벨을 초과하지 않으면 상기 제 3 피크 검출 신호를 최적의 피크 검출 신호로 선택하는 선택부; 및
    상기 선택된 최적의 피크 검출 신호를 이용하여 상기 대상체까지의 거리를 결정하는 프로세서;를 포함하는, 거리 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 증폭기들, 상기 복수의 피크 검출기들, 및 상기 선택부는,
    아날로그 도메인(analog domain) 상에서 신호를 처리하는, 거리 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 최적의 피크 검출 신호를 입력 받는 TDC(Time Digital Converter) 또는 ADC(Analog Digital Converter)를 포함하고,
    상기 TDC 또는 ADC는 디지털 도메인(digital domain) 상에서 신호를 처리하는, 거리 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    단일의 ADC 또는 단일의 TDC를 포함하는, 거리 측정 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 수신부 주변의 온도를 센싱하는 온도 센서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 센싱 결과에 따라, 상기 적어도 하나의 임계 레벨을 제어하는, 거리 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택부는,
    상기 제 2 피크 검출 신호와 상기 적어도 하나의 임계 레벨을 비교하여, 제 1 비교 결과 신호를 출력하는 제 1 비교기;
    상기 제 3 피크 검출 신호와 상기 적어도 하나의 임계 레벨을 비교하여, 제 2 비교 결과 신호를 출력하는 제 2 비교기;
    상기 제 1 비교 결과 신호에 대응되는 제 1 선택 제어 신호를 출력하는 제 1 D-플립플롭;
    상기 제 2 비교 결과 신호에 대응되는 제 2 선택 제어 신호를 출력하는 제 2 D-플립플롭; 및
    상기 제 1 선택 제어 신호 및 상기 제 2 선택 제어 신호에 따라, 상기 복수의 피크 검출 신호들 중에서 상기 최적의 피크 검출 신호를 선택하는 멀티플렉서(multiplexer);를 포함하는, 거리 측정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 멀티플렉서는,
    상기 제 1 피크 검출 신호, 상기 제 2 피크 검출 신호, 상기 제 3 피크 검출 신호, 상기 제 1 비교 결과 신호 및 상기 제 2 비교 결과 신호를 수신하고,
    상기 제 1 비교 결과 신호 및 상기 제 2 비교 결과 신호에 기초하여, 상기 제 1 피크 검출 신호, 상기 제 2 피크 검출 신호 및 상기 제 3 피크 검출 신호 중 최적의 피크 검출 신호를 선택하는, 거리 측정 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 수신부는,
    상기 광을 검출하여 전류를 출력하는 광 검출기; 및
    상기 전류를 전압으로 변환하여 상기 전기 신호로서 상기 전압을 출력하는 전류-전압 변환기;를 포함하는, 거리 측정 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광 검출기는,
    애벌런치 포토 다이오드(Avalanche Photo Diode) 또는 싱글 포톤 애벌런치 다이오드(Single Photon Avalenche Diode) 중 적어도 하나를 포함하는, 거리 측정 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 피크 검출기들 각각은,
    CFD(Constant fraction discriminator) 방식으로 피크를 검출하는, 거리 측정 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상체에 레이저 펄스 형태의 광을 조사하는 광원;을 더 포함하는, 거리 측정 장치.
  13. 거리 측정 장치에 있어서,
    대상체에서 반사된 광을 검출하여 전기 신호를 출력하는 광 수신부;
    상기 전기 신호를 서로 다른 이득(gain)들 각각으로 증폭하여 복수의 증폭된 전기 신호들을 생성하는 복수의 증폭기들;
    상기 복수의 증폭된 전기 신호들 각각을 일정 시간 동안 지연시켜 복수의 지연된 전기 신호들을 생성하는 복수의 지연 회로들;
    상기 복수의 증폭된 전기 신호들 중 적어도 하나의 증폭된 전기 신호의 레벨에 기초하여, 상기 복수의 지연된 전기 신호들 중에서 포화 신호를 제외한 후에 상기 서로 다른 이득들 중에서 가장 높은 이득으로 증폭된 지연된 전기 신호를 최적의 지연된 전기 신호로 선택하는 선택부;
    상기 선택된 최적의 지연된 전기 신호의 피크를 검출하는 피크 검출기; 및
    상기 피크를 이용하여 상기 대상체까지의 거리를 결정하는 프로세서;를 포함하는, 거리 측정 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 증폭기들, 상기 복수의 지연 회로들, 상기 선택부 및 상기 피크 검출기는,
    아날로그 도메인(analog domain) 상에서 신호를 처리하는, 거리 측정 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 최적의 지연된 전기 신호의 피크를 입력 받는 TDC(Time Digital Converter) 또는 ADC(Analog Digital Converter)를 포함하고,
    상기 TDC 또는 ADC는 디지털 도메인(digital domain) 상에서 신호를 처리하는, 거리 측정 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    단일의 ADC 또는 단일의 TDC를 포함하는, 거리 측정 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 선택부는,
    상기 적어도 하나의 증폭된 전기 신호의 레벨과 적어도 하나의 임계 레벨을 비교하여, 비교 결과 신호를 출력하는 비교기; 및
    상기 비교 결과 신호에 대응되는 선택 제어 신호를 출력하는 선택 제어부; 및
    상기 선택 제어 신호에 따라, 상기 복수의 지연된 전기 신호들 중에서 상기 최적의 지연된 전기 신호를 선택하는 멀티플렉서(multiplexer);를 포함하는, 거리 측정 장치.
  18. 거리 측정 방법에 있어서,
    광 수신부를 통해 대상체에서 반사된 광을 검출하여 전기 신호를 출력하는 단계;
    복수의 증폭기들을 통해 상기 전기 신호를 서로 다른 이득(gain)들 각각으로 증폭하여 복수의 증폭된 전기 신호들을 생성하는 단계, 상기 복수의 증폭기들은 상기 서로 다른 이득 중 가장 낮은 이득을 가지며 제 1 증폭된 전기 신호를 생성하는 제 1 증폭기, 상기 서로 다른 이득 중 가장 높은 이득을 가지며 제 2 증폭된 전기 신호를 생성하는 제 2 증폭기 및 상기 가장 낮은 이득보다 높고 상기 가장 높은 이득보다 낮은 중간 이득을 가지며 제 3 증폭된 전기 신호를 생성하는 제 3 증폭기를 포함하고,
    상기 복수의 증폭된 전기 신호들 각각에 대해 피크를 검출하여 복수의 피크 검출 신호들을 생성하는 단계, 상기 복수의 피크 검출 신호들은 상기 제 1 증폭된 전기 신호로부터 검출된 제 1 피크 검출 신호, 상기 제 2 증폭된 전기 신호로부터 검출된 제 2 피크 검출 신호 및 상기 제 3 증폭된 전기 신호로부터 검출된 제 3 피크 검출 신호를 포함하고;
    상기 복수의 피크 검출 신호들 중에서 상기 제 2 피크 검출 신호 및 상기 제 3 피크 검출 신호가 적어도 하나의 임계 레벨을 초과하면 상기 제 1 피크 검출 신호를, 상기 제 2 피크 검출 신호가 상기 적어도 하나의 임계 레벨 이하이고 상기 제 3 피크 검출 신호가 상기 적어도 하나의 임계 레벨을 초과하면 상기 제 2 피크 검출 신호를, 상기 제 2 피크 검출 신호 및 상기 제 3 피크 검출 신호 모두 상기 적어도 하나의 임계 레벨을 초과하지 않으면 상기 제 3 피크 검출 신호를 최적의 피크 검출 신호로 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 최적의 피크 검출 신호를 이용하여 상기 대상체까지의 거리를 결정하는 단계;를 포함하는, 거리 측정 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 복수의 증폭된 전기 신호들을 생성하는 단계, 상기 복수의 피크 검출 신호들을 생성하는 단계, 및 상기 최적의 피크 검출 신호를 선택하는 단계는,
    아날로그 도메인(analog domain) 상에서 수행되는, 거리 측정 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    TDC(Time Digital Converter) 또는 ADC(Analog Digital Converter)를 이용하여, 디지털 도메인(digital domain) 상에서 상기 대상체까지의 거리를 결정하는, 거리 측정 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    단일의 ADC 또는 단일의 TDC를 이용하여 상기 대상체까지의 거리를 결정하는, 거리 측정 방법.
  22. 삭제
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 광 수신부 주변의 온도를 센싱하는 단계; 및
    상기 센싱 결과에 따라, 상기 적어도 하나의 임계 레벨을 제어하는 단계를 더 포함하는, 거리 측정 방법.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 선택하는 단계는,
    상기 제 2 피크 검출 신호와 상기 적어도 하나의 임계 레벨을 비교하여, 제 1 비교 결과 신호를 출력하는 단계;
    상기 제 3 피크 검출 신호와 상기 적어도 하나의 임계 레벨을 비교하여, 제 2 비교 결과 신호를 출력하는 단계;
    상기 제 1 비교 결과 신호에 대응되는 제 1 선택 제어 신호를 출력하는 단계;
    상기 제 2 비교 결과 신호에 대응되는 제 2 선택 제어 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 제 1 선택 제어 신호 및 상기 제 2 선택 제어 신호에 따라, 상기 복수의 피크 검출 신호들 중에서 상기 최적의 피크 검출 신호를 선택하는 단계;를 포함하는, 거리 측정 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 최적의 피크 검출 신호를 선택하는 단계는,
    상기 제 1 피크 검출 신호, 상기 제 2 피크 검출 신호, 상기 제 3 피크 검출 신호, 상기 제 1 비교 결과 신호 및 상기 제 2 비교 결과 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 제 1 비교 결과 신호 및 상기 제 2 비교 결과 신호에 기초하여, 상기 제 1 피크 검출 신호, 상기 제 2 피크 검출 신호 및 상기 제 3 피크 검출 신호 중 최적의 피크 검출 신호를 선택하는 단계;를 포함하는, 거리 측정 방법.
  26. 제 18 항에 있어서,
    상기 출력하는 단계는,
    상기 광을 검출하여 전류를 출력하는 단계; 및
    상기 전류를 전압으로 변환하여 상기 전기 신호로서 상기 전압을 출력하는 단계;를 포함하는, 거리 측정 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 광을 검출하여 전류를 출력하는 단계는,
    애벌런치 포토 다이오드(Avalanche Photo Diode) 또는 싱글 포톤 애벌런치 다이오드(Single Photon Avalenche Diode) 중 적어도 하나를 이용하여, 상기 광을 검출하여 전류를 출력하는 단계를 포함하는, 거리 측정 방법.
  28. 제 18 항에 있어서,
    상기 복수의 피크 검출 신호들을 생성하는 단계는,
    CFD(Constant fraction discriminator) 방식으로 피크를 검출하는 단계를 포함하는, 거리 측정 방법.
  29. 제 18 항 내지 제 21 항 및 제 23 항 내지 제 28 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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