KR102656765B1 - 거리 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 거리 측정 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는, 소정 폭의 펄스 형태로 광을 방사하기 위한 발광부; 복수의 셀을 포함하고 상기 셀에 입사되는 입사광의 광량에 비례하는 전기 신호를 출력하는 수광부; 및 상기 복수의 셀 중에서 하나 이상의 셀로 구성되고 서로 이격된 둘 이상의 구간에서 전기 신호가 출력될 때, 상기 둘 이상의 구간 중 선택된 하나 이상의 구간에서 출력되는 전기 신호를 근거로 거리를 계산하고 상기 계산된 거리가 대상물까지의 거리가 맞는지 확인하는 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 프로세서는, TOF 방식으로 상기 선택된 구간에 포함된 셀에서 출력되는 전기 신호를 이용하여 거리를 계산하고, 삼각 측량법으로 상기 발광부가 방사하여 상기 계산된 거리에 있는 대상물에서 반사되는 반사광이 맺힐 셀의 위치를 계산하고, 상기 위치가 계산된 셀과 상기 거리 계산의 근거가 되는 셀을 비교할 수 있다. 따라서, 외부 광원 유입 여부를 판단할 수 있고, 다중 반사 등 정상적이지 않은 경로를 거쳐 유입된 광원에 의해 거리를 잘못 측정하는 문제를 해결할 수 있게 된다.

Description

거리 측정 장치 {Apparatus for measuring distance}
본 발명은 거리 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 센서로 들어오는 가짜 광원에 의한 정보를 제거하여 거리 정확도를 향상시키는 거리 측정 장치에 관한 것이다.
거리를 측정하는 센서에는 적외선을 이용하는 적외선 센서, 초음파를 이용하는 초음파 센서, TOF 센서 등이 있다. 적외선 센서는 삼각 측량 원리에 따라 광원에서 방사한 적외선이 피측정물(거리 측정 대상물)의 표면에서 반사되어 입력되는 접속 광을 수신하여 출력 전류로 수광점을 계산할 수 있는 PSD(Position Sensitive Detector)를 이용하여 거리를 측정할 수 있다. 초음파 센서는 센서가 발사한 초음파 펄스가 피측정물의 표면에서 반사되어 다시 센서로 되돌아올 때까지의 시간을 측정하여 측정 대상에 대한 거리를 측정할 수 있다.
TOF 센서는 매우 짧은 폭의 적외선 펄스를 방사하는 LED와 같은 광원과 물체에서 반사되는 반사광을 검출하기 위한 센서로 구성되는데, 광원에서 방사된 광이 물체에서 반사되어 센서로 돌아오는 시간을 측정하여 물체와의 거리를 식 d=c*tTOF/2(d는 물체와의 거리, c는 빛의 속도, tTOF는 광원에서 방사된 광이 물체에서 반사되어 센서로 돌아오는 시간)으로 계산할 수 있다. 하지만 빛의 속도가 너무 빨라 시간 tTOF를 측정하기 어렵기 때문에, 광원이 빛을 변조하여 방사하고 2개 이상의 위상을 이용하여 간접적으로 거리를 계산한다.
도 1은 TOF 방식으로 거리를 측정하는 원리를 도시한 것이다.
광원이 소정 폭(T0)의 펄스 형태로 광을 출사하면 소정 시간(Td)이 경과한 후 물체에서 반사되는 반사광이 센서에 도달한다. 센서는 광원이 출사한 펄스와 동기하여(Phase 1) 반사광을 검출할 뿐만 아니라 광원이 출사한 펄스와 180도 위상차를 갖고(Phase 2) 반사광도 검출하는데, 출사광과 동기하여 검출한 광량(Q1)과 출사광과 180도 위상차를 갖고 검출한 광량(Q2)을 근거로 물체와의 거리를 계산할 수 있다.
센서를 구성하는 셀은 두 개의 스위치(S1, S2)와 2개의 커패시터(C1, C2) 및 반사광에 반응하여 전하를 발생시키는 다이오드로 구성될 수 있고, 스위치 S1과 S2는 각각 Phase 1과 Phase 2에 따라 동작하며 반사광에 반응하여 전하를 발생시키는 다이오드를 커패시터 1과 2에 번갈아 가며 연결하고, 다이오드에서 발생한 전하가 커패시터 1과 2에 전하량 Q1과 Q2로 저장되고, 이에 따라 커패시터 C1과 C2의 전압 V1과 V2은 커패시터에 쌓이는 전하량 Q1과 Q2에 비례하는 값이 된다. 이때, 물체와의 거리는 (1/2)*c*T0*V2/(V1+V2)에 비례하는 값으로 계산할 수 있는데, c는 빛의 속도이고 T0는 광원의 펄스 폭에 해당한다.
한편, TOF 방식으로 거리를 측정하는 거리 측정기는, 근거리를 측정할 때에는 센서를 구성하는 셀이 포화(saturation)되는 문제가 있을 수 있고, 원거리를 측정할 때에는 광량이 부족하게 되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 실제 거리 측정 환경에서는 광원에서 발광된 레이저 빔이 수많은 반사를 일으켜 이중 일부가 센서로 유입되고, 실제 거리 측정 장치의 광원에서 발광된 빛이 아닌 다른 출처의 빛이 유입되는 경우가 발생한다. 이러한 외부 유입광은 장치에 노이즈로 작용하고, 거리 측정 및 거리 계산 결과를 왜곡한다. 특히 먼 거리 측정일수록 반사되어 들어오는 빛에 의한 수광 신호가 작아져 외부 광원 유입에 더 취약해지지만, 이에 대한 대처 방안이 마련되지 않은 실정이다.
따라서, 본 발명은 이러한 상황을 반영하여 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 센서로 들어오는 가짜 광원에 의한 정보를 구별하고 제거하기 위한 거리 측정 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는, 소정 폭의 펄스 형태로 광을 방사하기 위한 발광부; 복수의 셀을 포함하고 상기 셀에 입사되는 입사광의 광량에 비례하는 전기 신호를 출력하는 수광부; 및 상기 복수의 셀 중에서 하나 이상의 셀로 구성되고 서로 이격된 둘 이상의 구간에서 전기 신호가 출력될 때 상기 둘 이상의 구간 중 선택된 하나 이상의 구간에서 출력되는 전기 신호를 근거로 거리를 계산하고 상기 계산된 거리가 대상물까지의 거리가 맞는지 확인하는 프로세서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는, TOF 방식으로 상기 선택된 구간에 포함된 셀에서 출력되는 전기 신호를 이용하여 거리를 계산하고, 삼각 측량법으로 상기 발광부가 방사하여 상기 계산된 거리에 있는 대상물에서 반사되는 반사광이 맺힐 셀의 위치를 계산하고, 상기 위치가 계산된 셀과 상기 거리 계산의 근거가 되는 셀을 비교할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 둘 이상의 구간 중 가장 큰 레벨의 전기 신호를 출력하는 구간의 셀에 대해서 먼저 거리를 계산할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 위치가 계산된 셀과 상기 거리 계산의 근거가 되는 셀이 일치할 때 상기 계산된 거리를 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 위치가 계산된 셀과 상기 거리 계산의 근거가 되는 셀이 일치하지 않을 때, 상기 둘 이상의 구간 중 레벨이 다음으로 큰 전기 신호를 출력하는 구간의 셀에 대해서 거리를 계산하고 상기 계산된 거리가 대상물까지의 거리가 맞는지 확인할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 거리 측정 장치는 상기 TOF 방법으로 거리를 계산하기 위한 데이터와 상기 삼각 측량법으로 셀의 위치를 계산하기 위한 데이터를 저장하기 위한 메모리를 더 포함하여 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는 둘 이상의 셀에서 연속으로 전기 신호가 출력되는 구간에서 전기 신호의 강도 분포를 근거로 입사광의 중심이 되는 셀을 선택하고 상기 선택된 셀에 대해서 거리를 계산할 수 있다.
따라서, 센서 이외의 별도의 장치 없이 외부 광원 유입 여부를 판단할 수 있게 되고, 다중 반사 등 정상적이지 않은 경로를 거쳐 유입된 광원에 의해 거리를 잘못 측정하는 문제를 해결할 수 있게 된다.
도 1은 TOF 방식으로 거리를 측정하는 원리를 도시한 것이고,
도 2는 복수 개의 픽셀을 갖는 센서를 적용한 TOF 방식 거리 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이고,
도 3은 측정 거리 대비 센서에 입사되는 광량을 나타내는 그래프이고,
도 4는 본 발명이 적용되는 거리 측정 장치의 구성을 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 외부로부터 들어오는 입사광의 진위를 판단하여 정확한 거리를 계산하는 동작 흐름도를 도시한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 거리 측정 장치에 대한 실시예를 첨부하는 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
TOF 방식의 거리 측정 방식에는 광을 방사하기 위한 송광부와 대상물에서 반사되는 반사광을 받아들이기 위한 수광부가 필요한데, 송광부와 수광부를 동일 축상에 위치시키는 것이 가장 이상적이나 가능하지 않다. 송광부와 수광부 사이에 간격이 있으면 대상물까지 거리에 따라 반사광이 맺히는 초점의 위치가 변하게 되고, 반사광이 센서에서 유효한 셀을 벗어날 수가 있다.
종래 TOF 거리 측정 장치는, 송광부와 수광부를 같은 축에 배치할 수 없어서 송광부와 수광부를 일정 거리 이격시키기 때문에, 대상물의 거리에 따라 수광 센서에 맺히는 초점의 위치가 변하게 되고, 이를 고려하여 측정하고자 하는 거리 범위 내에서 반사되는 반사광이 모두 센서에 맺히도록, 한 방향으로 나열된 복수 개의 셀로 구성된 선형 어레이 형태의 수광 센서를 이용할 수 있다.
이와 같이, TOF 거리 측정 장치가, 한 방향으로 나열된 복수 개의 셀로 구성된 센서를 채택하고, 반사광이 맺히는 셀의 위치를 통해 물체와의 거리를 계산하는 삼각 측량법을 채용하여, TOF 방식의 거리 측정에서 가까운 거리에서의 셀 포화 문제와 먼 거리에서의 광량 부족 문제를 해결하는 시도가 있다.
복수 개의 셀을 포함하는 센서를 사용하는 TOF 방식 거리 측정 장치는, 도 2와 같이, TOF 방식으로 대상물의 거리를 측정하기 위하여 소정 폭의 적외선 펄스를 방사하기 위한 송광부, 송광부가 방사한 적외선이 대상물에서 반사되어 되돌아오는 반사광을 검출하기 위한 수광부 및 수광부의 출력 신호를 근거로 대상물까지의 거리를 계산하기 위한 프로세서(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
송광부는 적외선을 방사하는 LD나 LED와 같은 발광 모듈과 LD 전면에 방사할 광의 각도나 광의 강도 등을 조절하기 위한 광학계, 예를 들어 콜리메이터 렌즈를 포함하여 구성될 수 있고, 수광부는 입사되는 반사광을 일정 크기나 모양으로 변형하기 위한 텔레센트릭 렌즈(Telecentric Lens)와 같은 수광 렌즈, 송광부가 출사한 광의 파장대만을 선택적으로 통과시키기 위한 필터 및 반사광을 검출하기 위한 선형 어레이 형태의 수광 센서를 포함하여 구성될 수 있다.
송광부와 수광부가 소정의 간격으로 떨어져 있기 때문에, 대상물의 위치에 따라 대상물에서 반사되는 반사광이 수광 센서에 맺히는 위치가 달라지게 되고, 프로세서는 수광 센서가 출력하는 전기 신호를 이용하여 삼각 측량법 및/또는 TOF 방식을 서로 연계하여 거리를 측정할 수 있는데, 소정 거리, 예를 들어 1m를 기준으로 가까운 거리에 대해서는 삼각 측량법으로 계산한 거리를 선택하여 출력하고 먼 거리에 대해서는 TOF 방식으로 거리를 계산하여 출력할 수 있다.
한편, TOF 센서는 송광부의 광원이 방사하는 광, 예를 들어 레이저가 물체에 반사된 후 센서로 들어오는 전하량의 차이를 비교하여 거리를 계산하는데, 실제 환경에서는 발광된 레이저 빔이 수많은 반사를 일으키고 그 중 일부 반사광이 센서로 유입되어 이를 근거로 거리를 계산하고, 이 과정에서 실제 광원이 발광한 빛이 아니라 다른 출처의 빛이 유입되는 경우가 발생한다.
특히, 센서를 복수 개의 셀로 구성하는 경우 거리를 측정하려는 물체로부터 빛이 반사되어 입사될 뿐만 아니라 외부 광이 입사되어 복수 개의 광이 센서 내 서로 다른 셀에 맺힐 가능성이 있어서, 이러한 외부 유입광은 노이즈로 작용하고 심한 경우 거리 측정 결과를 왜곡할 수도 있다.
도 3에 도시한 것과 같이 측정 대상이 멀리 존재할 때 반사되어 센서로 들어오는 입사 광량이 거리의 제곱에 반비례하게 감소하여 반사광에 의한 신호가 작아지고, 이에 따라 외부광이 유입되어 검출되는 신호가 반사광에 의한 신호보다 커질 수가 있게 되므로, 멀리 있는 물체의 거리를 측정할 때 외부광에 의한 노이즈 영향이 커진다.
본 발명은 이러한 TOF 방식의 거리 측정 장치에서 센서에 입사되는 외부 광에 의해 거리를 잘못 계산하는 문제를 해결하기 위한 알고리즘을 제공하는데, 기본적인 알고리즘은 광학적인 설계에 기반한다. 센서에서 빛이 맺히는 위치는 삼각 측량법에 의해 광원에서 방사되어 되돌아오는 빛의 이동 거리의 함수로 표현되므로, 센서에 맺히는 빛의 위치를 이용하여 실제 센서에 들어오는 빛에 의해 생성되는 신호로부터 TOF 방식으로 계산한 거리가 참 또는 거짓인지 판단할 수 있다.
정상적으로 물체에서 반사되는 빛이 센서에 들어와서 맺히는 위치는 다음 식과 같이 표현할 수 있다.
y = a / (x b), y는 빛의 이동 거리, x는 빛이 센서에 맺히는 위치, a와 b는 임의 상수.
센서에 맺히는 위치 x를 빛이 이동한 거리 y에 대해 미분하면, dx/dy = -1/y2가 되고, 이는 y의 변화량에 따른 x의 변화량은 y 값이 커질수록(즉 거리를 측정하려는 물체까지의 거리가 멀어질수록) 작아진다. 즉 먼 곳까지의 거리를 측정할 때 센서 내에서 입사되는 빛이 맺히는 위치의 변동량이 작아지기 때문에, 빛의 결상 위치를 예측하는 것이 쉬워지고, 이를 이용하여 수광된 빛에 의한 신호가 외부 광에 의한 거짓 정보인지에 대한 판단이 가능해진다.
특히, 센서 내의 복수 개의 위치에서 빛이 감지될 때 적어도 하나 이상의 위치에서 검출되는 신호를 근거로 TOF 방식으로 처리하여 거리를 계산하고 해당 위치를 근거로 삼각 측량 방식으로 계산되는 거리와 비교하여 일치하거나 유사하면 TOF 방식으로 계산한 거리가 참이라고 판단하고, 서로 일치하거나 유사하지 않다면 순차적으로 다음 위치에 대해서 TOF 방식으로 계산된 거리를 삼각 측량 방식으로 계산된 거리를 비교하는 동작을 수행할 수 있다.
또한, 센서 내의 복수 개의 위치에서 빛이 감지될 때, 적어도 하나 이상의 위치에 대해서 TOF 방식으로 거리를 계산하고 이를 삼각 측량 방식을 근거로 해당 거리가 참인지 판단하는 거리 계산 및 검증 동작을 수행하는데, TOF 방식으로 계산된 거리를 참이라고 판단될 때 다른 위치에 대해서는 거리를 계산하는 동작을 생략하고, 계산된 거리가 거짓이라고 판단될 대 다른 위치에 대해서 순차적으로 거리 계산 및 검증 동작을 반복하는데, 예를 들어 신호 검출 레벨이 가장 높은 위치에서부터 낮은 위치로 순차적으로 각 위치에 대해서 거리 계산 및 검증 동작을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명이 적용되는 거리 측정 장치의 구성을 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치(100)는, TOF 방식으로 대상물의 거리를 측정하기 위하여 소정 폭의 적외선 펄스를 방사하기 위한 발광부(110), 발광부(110)가 방사한 적외선이 대상물에서 반사되어 되돌아오는 반사광을 검출하기 위한 수광부(120) 및 수광부(120)의 출력 신호를 근거로 TOF 방식으로 대상물까지의 거리를 계산하되 계산된 거리가 외부광에 의해 잘못 측정된 것인지 여부를 판단하기 위한 프로세서(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
발광부(110)는 적외선을 방사하는 LED와 같은 발광 모듈과 발광 모듈이 소정의 폭을 갖는 펄스 형태로 광을 출력하도록 구동하기 위한 구동부로 구성되는 광원(111) 및 광원(111) 전면에 방사할 광의 각도나 광의 강도 등을 조절하기 위한 광학계, 예를 들어 콜리메이터 렌즈(112)를 포함하여 구성될 수 있다.
수광부(120)는 입사되는 빔을 일정 크기와 모양으로 변형하기 위한 텔레센트릭 렌즈(Telecentric Lens)와 같은 수광 렌즈(121), 광원(111)이 출사한 광의 파장대만을 선택적으로 통과시키기 위한 필터(122) 및 반사광을 검출하기 위해 복수 개의 셀이 한 방향으로 나열된 수광 센서(123)를 포함하여 구성될 수 있다.
수광 센서(123)의 각 셀은, TOF 방식으로 거리를 측정할 수 있도록 도 1과 같은 회로 구성을 포함하여, 광원(111)이 방사하는 적외선 펄스와 동기하여(Phase 1) 반사광을 수신하고 또한 광원(111)이 방사하는 적외선 펄스와 180도의 위상차를 갖고(Phase 2) 반사광을 수신하여, Phase 1에 대한 전기 신호와 Phase 2에 대한 전기 신호를 출력할 수 있다.
프로세서(130)는, 수광 센서(123)의 셀들로부터 입력되는 전기 신호를 이용하여 출사광을 반사시키는 대상물의 거리를 계산하는데, 수광 센서(123)에 입사되는 입사광이 맺히는 것을 가리키는 전기 신호를 출력하는 셀들의 분포(전기 신호의 강도와 전기 신호를 출력하는 셀들의 구간)를 이용하여 맺히는 입사광의 중심점이 위치하는 셀을 찾고, 해당 셀 또는 해당 셀을 포함하는 주위 셀들이 출력하는 신호를 이용하여 TOF 방식으로 거리를 계산할 수 있다.
즉, 프로세서(130)는, 수광 센서(123)의 셀들이 출력하는 Phase 1에 대한 전기 신호와 Phase 2에 대한 전기 신호를 기초로 TOF 방식에 따라 출사광이 반사광으로 수광 센서(123)에 맺힐 때까지의 시간을 계산하여 대상물까지의 거리를 계산할 수 있다. 또한, 프로세서(130)는, 입사광이 맺히는 셀의 위치를 근거로 삼각 측량법에 따라 대상물까지 거리를 계산할 수도 있다.
프로세서(130)는, 수광 센서(123)에서 서로 이격된 둘 이상 복수의 셀로부터 전기 신호가 검출될 때, 전기 신호의 강도가 가장 높은 셀의 전기 신호 또는 전기 신호를 출력하는 연속되는 셀이 가장 많은 구간의 중심 셀에서의 전기 신호에 대해 TOF 방식으로 거리를 계산하고, 계산된 거리가 반사광에 의해 정확히 계산된 거리인지 아니면 외부광에 의해 계산된 잘못된 거리인지 판단할 수 있다.
프로세서(130)는, TOF 방식으로 계산된 거리로부터 해당 거리에 있는 대상물에서 반사되는 반사광이 맺힐 셀의 위치(x)를 삼각 측량법에 의해 계산하고, TOF 방식으로 거리를 계산하기 위해 사용된 전기 신호가 검출된 셀의 위치(p)를 비교하여, 서로 일치하면 TOF 방식으로 계산된 거리가 정확히 측정된 거리로 판단할 수 있다.
프로세서(130)는, 두 셀의 위치가 일치하지 않으면 TOF 방식으로 계산된 거리가 반사광이 아닌 외부광에 의한 전기 신호를 근거로 잘못 계산된 것으로 판단하고, 전기 신호 강도가 다음으로 높은 셀(또는 전기 신호를 출력하는 연속된 셀이 다음으로 많은 구간의 중심 셀)에서의 전기 신호를 근거로 TOF 방식으로 거리를 계산하고 계산된 거리가 맞는지 확인하는 동작을 수행할 수 있다.
도 4의 거리 측정 장치는 메모리(미도시)를 더 포함하여, TOF 방식으로 거리를 계산할 때 즉 수광 센서(123)의 셀이 출력하는 Phase 1에 대한 전기 신호와 Phase 2에 대한 전기 신호를 연산할 때 필요한 게인 값 및/또는 옵셋 값 등의 데이터를 저장하고, 또한 대상물과의 거리로부터 삼각 측량법으로 반사광이 맺히는 셀의 위치를 계산하기 위한 수식이나 대상물까지의 거리와 셀 위치와의 상관 데이터를 더 저장할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 외부로부터 들어오는 입사광의 진위를 판단하여 정확한 거리를 계산하는 동작 흐름도를 도시한 것이다.
거리 측정 장치(100)는, 수광부(120)의 수광 센서(123)에 포함된 전체 셀을 활성화하여, 셀에 빛이 입사될 때 입사되는 빛의 양에 비례하는 전기 신호가 출력되도록 할 수 있다(S510).
발광부(110)의 광원(111)에서 펄스 형태의 광이 방사되고 수광부(120)의 수광 센서(123)에 광이 입사되어 하나 이상의 셀에서 전기 신호가 출력될 때, 프로세서(130)는 각 셀에서 출력되는 전기 신호의 레벨을 계산할 수 있다(S520).
프로세서(130)는, 서로 이웃하는 둘 이상의 셀에서 전기 신호가 검출될 때는, 하나의 입사광에 의해 둘 이상의 셀에서 전기 신호가 발생한 것으로 판단하여, 둘 이상의 셀의 중심 셀 또는 전기 신호의 레벨이 가장 높은 셀을 선택하여 선택된 셀에 대해서만 다음 단계, 즉 거리 계산 과정을 진행할 수 있다.
프로세서(130)는, 서로 이격된 둘 이상의 셀에서 전기 신호가 출력되고 그 사이 셀에서 전기 신호가 출력되지 않을 때, 둘 이상의 광이 수광 센서(123)에 입사된 것으로 판단하고, 전기 신호가 출력되는 구간의 대표 셀(예를 들어, 중심 셀 또는 신호 레벨이 가장 높은 셀)을 해당 입사광에 의한 전기 신호로 선택할 수 있다.
프로세서(130)는 하나의 연속되는 구간의 셀에서만 전기 신호가 출력될 때에는 하나의 입사광에 전기 신호가 출력되는 것으로 판단할 수 있다.
프로세서(130)는, 출력되는 전기 신호의 레벨을 근거로 하나의 입사광만이 수광 센서(123)에 입사되는 것으로 판단될 때(S530에서 NO), 해당 입사광이 맺히는 셀의 구간에서 대표 셀에서 출력되는 신호를 근거로 TOF 방식 및/또는 삼각 측량법으로 대상물까지의 거리(d)를 계산할 수 있다(S540).
프로세서(130)는, 출력되는 전기 신호의 레벨을 근거로 둘 이상의 입사광이 수광 센서(123)에 입사되는 것으로 판단될 때(S530에서 YES), 먼저 가장 큰 레벨의 신호를 출력하는 입사광의 대표 셀을 선택하고(선택된 셀을 p라고 함)(S550), 선택된 셀에서 출력되는 신호를 근거로 TOF 방식으로 대상물까지의 거리(d)를 계산할 수 있는데(S560), 선택된 셀이 출력하는 Phase 1에 대한 전기 신호와 Phase 2에 대한 전기 신호를 기초로 TOF 방식에 따라 출사광이 반사광으로 수광 센서(123)에 맺힐 때까지의 시간을 계산하여 대상물까지의 거리(d)를 계산할 수 있다.
프로세서(130)는, 대상물까지의 거리가 계산되면, 삼각 측량법을 역으로 이용하여 해당 거리에 있는 대상물로부터 반사광이 맺히는 예상 셀(x)을 계산하고(S570), 이를 S550 단계에서 선택한 셀(p)과 비교할 수 있다.
프로세서(130)는, S550 단계에서 선택한 셀(p)의 신호에 의해 계산한 거리로부터 추정한 예상 셀(x)과 S550 단계에서 선택한 셀(p)이 같은 경우, S550 단계에서 선택한 셀(p)이 발광부(110)의 광원(111)에서 방사되어 대상물에서 반사되어 수광 센서(123)에 입사된 반사광이 맺힌 위치이고 따라서 S560 단계에서 계산한 거리가 참이라고 판단하여, 이를 거리 값으로 출력할 수 있다(S600).
반면, 프로세서(130)는, S550 단계에서 선택한 셀(p)의 신호에 의해 계산한 거리로부터 추정한 예상 셀(x)과 S550 단계에서 선택한 셀(p)이 다른 경우, S550 단계에서 선택한 셀(p)에는 광원(111)과 대상물에 의한 반사광이 입사되지 않고 별개의 외부광이 입사되었기 때문에, S560 단계에서 계산한 거리는 잘못된 것으로 판단할 수 있다.
이후, 프로세서(130)는, S520 단계에서 출력되는 신호 중에서 다음으로 레벨이 큰 신호를 출력하는 셀을 선택하고(선택된 셀은 p)(S590), S560 내지 S580 단계를 반복하여, 해당 셀에 맺히는 광이 광원(111)과 대상물에 의한 반사광인지 아니면 외부광인지 또는 해당 셀이 출력하는 신호에 의해 계산한 거리가 참인지 판단할 수 있다. S560 내지 S590 단계는 S580 단계가 만족될 때가지 수광 센서(123)에 초점이 맺히는 광의 개수 이하 회수만큼 반복될 수 있다.
이상 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 다양한 다른 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
100: 거리 측정 장치 110: 발광부
111: 광원 112: 콜리메이터 렌즈
120: 수광부 121: 수광 렌즈
122: 필터 123: 수광 센서
130: 프로세서

Claims (7)

  1. 소정 폭의 펄스 형태로 광을 방사하기 위한 발광부;
    한 방향으로 나열되는 복수의 셀을 포함하고 상기 셀에 입사되는 입사광의 광량에 비례하는 전기 신호를 출력하는 수광부; 및
    상기 복수의 셀 중에서 하나 이상의 셀로 구성되고 서로 이격된 둘 이상의 구간에서 전기 신호가 출력될 때, 상기 둘 이상의 구간 중 선택된 하나 이상의 구간에서 출력되는 전기 신호를 근거로 거리를 계산하고 상기 계산된 거리가 대상물까지의 거리가 맞는지 확인하는 프로세서를 포함하여 구성되고,
    상기 프로세서는, TOF 방식으로 상기 선택된 구간에 포함된 제1 셀에서 출력되는 전기 신호를 이용하여 거리를 계산하고, 상기 발광부가 방사하여 상기 TOF 방식으로 계산한 거리에 있는 대상물에서 반사되는 반사광이 맺힐 제2 셀의 위치를 삼각 측량법으로 계산하고, 상기 제1 셀과 제2 셀의 위치를 비교하여 상기 계산된 거리가 맞는지 확인하는 거리 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 둘 이상의 구간 중 가장 큰 레벨의 전기 신호를 출력하는 구간의 셀에 대해서 먼저 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제1 셀과 상기 제2 셀의 위치가 일치할 때 상기 계산된 거리를 출력하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제1 셀과 상기 제2 셀의 위치가 일치하지 않을 때, 상기 둘 이상의 구간 중 레벨이 다음으로 큰 전기 신호를 출력하는 구간의 셀에 대해서 거리를 계산하고 상기 계산된 거리가 대상물까지의 거리가 맞는지 확인하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 TOF 방식으로 거리를 계산하기 위한 데이터와 상기 삼각 측량법으로 셀의 위치를 계산하기 위한 데이터를 저장하기 위한 메모리를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 둘 이상의 셀에서 연속으로 전기 신호가 출력되는 구간에서 전기 신호의 강도 분포를 근거로 입사광의 중심이 되는 셀을 선택하고 상기 선택된 셀에 대해서 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
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