KR20120053276A - 적외선 센서 모듈 - Google Patents

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홍준표
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삼성전자주식회사
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Abstract

물체로 적외선을 송출하는 제 1 발광부와, 물체로부터 반사된 적외선의 광량을 검출하는 제 1 수광부로 이루어지는 제 1 적외선 센서; 물체로 적외선을 송출하는 제 2 발광부와, 물체로부터 반사된 적외선의 광량을 검출하는 제 2 수광부로 이루어지는 제 2 적외선 센서; 및 제 1 수광부의 최고 출력 전압을 이용하여 물체의 반사도를 측정하고, 측정된 물체의 반사도 및 제 2 수광부의 출력 전압을 이용하여 물체까지의 거리를 측정하는 제어부를 포함함으로써, 접근하는 물체의 반사도에 관계없이 적외선 센서와 물체 간 거리를 정확하게 측정할 수 있다.

Description

적외선 센서 모듈{INFRARED SENSOR MODULE}
본 발명은 적외선 센서를 이용하여 장애물(물체)까지의 거리를 측정할 수 있는 적외선 센서 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 로봇청소기는 사용자의 조작 없이도 청소하고자 하는 영역을 스스로 주행하면서 바닥면으로부터 먼지 등의 이물질을 흡입함으로써, 청소하고자 하는 영역을 자동으로 청소하는 장치이다. 이러한 로봇청소기는 장애물 센서를 통해 청소 영역 내에 설치된 가구, 사무용품, 벽과 같은 장애물(물체)까지의 거리를 측정하고, 측정된 거리 정보를 이용하여 장애물과 충돌이 발생되지 않도록 주행하면서 청소 영역을 청소하게 된다.
장애물 감지를 위한 센서로는 초음파 센서, PSD(Position Sensitive Detector) 센서, 적외선 센서 등이 이용되고 있으며, 이 중 설치 비용이 가장 저렴한 적외선 센서가 주로 이용되고 있다.
도 1은 종래 적외선 센서를 구성하는 발광부 및 수광부의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 적외선 센서(10)는 적외선(광)을 송출하는 발광소자(Infrared Emitting Diode; IRED)를 포함하는 발광부(11)와, 반사 광량을 검출하는 수광소자(Photo Transistor; PTR 또는 Photo Diode; PD)를 포함하는 수광부(12)의 조합으로 구성되는 것이 일반적이다. 이러한 적외선 센서(10)는 발광부(11)에서 송출된 광이 물체의 표면에서 반사되어 수광부(12)로 유입될 때의 광량을 검출하고, 검출된 광량을 이용하여 적외선 센서(10)와 물체 간 거리(물체까지의 거리)를 측정하는 원리를 이용한다. 이 때, 적외선 센서(10)가 점차 물체 쪽으로 접근하거나, 물체가 점차 적외선 센서(10) 쪽으로 접근하여 적외선 센서(10)와 물체 간 거리가 반사 광량 측정 구간(M)의 중간 지점(도 1에 도시된 마름모의 가로 대각선 지점)을 통과할 때 획득되는 반사 광량의 특성 곡선이 최고점을 갖도록 적외선 센서(10)의 발광부(11) 및 수광부(12)를 배치한다. 여기서, 반사 광량 측정 구간(M)은 로봇청소기가 물체(장애물)를 감지하고 정지하거나 서행하고자 할 때의 적외선 센서(10)와 물체 간 특정 거리(예: 20㎜)를 포함하도록 설정되는데, 이 특정 거리가 반사 광량 측정 구간(M) 중 반사 광량의 특성 곡선이 최고점을 갖는 지점 근처에 위치하도록 설정한다.
도 2는 종래 적외선 센서를 구성하는 발광부 및 수광부의 회로 구성을 나타낸 도면이다. 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 발광부(11)는 발광소자(IN_IRED), 전류 제한용 저항(R1) 및 발광소자(IN_IRED)의 ON/OFF 제어신호가 입력되는 발광 제어 스위칭 소자(IN_CTRL_ON_OFF)를 포함하여 이루어진다. 한편, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 수광부(12)는 수광소자(IN_PTR(NPN)), 출력 저항(R2) 및 출력 전압 단자(V_OUT)를 포함하여 이루어진다.
이상적으로는 수광부(12)에서 적외선 센서(10)와 물체 간 거리에 상응하는 광량이 검출되는 것이 정상이지만, 이러한 적외선 센서(10)를 이용한 적외선 센서(10)와 물체 간 거리 측정 시 문제가 되는 것은 물체의 색상에 따른 표면 반사도(이하 '반사도'라 함)이다. 도 3은 물체의 반사도별, 적외선 센서와 물체 간 거리에 따른 수광부의 출력 전압(반사 광량) 특성 곡선을 나타낸 그래프이다. 도 3에 도시된 바와 같이 반사도가 90%인 물체(흰색 물체)는 반사도가 상대적으로 낮은 물체(반사도가 18%, 3%인 물체)에 비해 출력 전압(반사 광량 또는 수광량)이 높은 특징을 보인다. 즉, 물체의 반사도에 따라 수광부(12)의 출력 전압이 달라지게 된다.
적외선 센서(10)를 로봇청소기의 장애물 센서로 이용하여, 주행 중 전방에서 발견되는 물체로부터 특정 거리 떨어진 위치에서 로봇청소기가 정지하거나 서행하도록 하는 기능을 구현한다고 할 때, 특정 광량 이상의 적외선(광)이 수신되는 경우에 정지하거나 서행하도록 구현될 것이다. 일례로, 도 3에서 비교 전압(특정 광량에 상응하는 전압)을 0.5[V]로 설정한 경우, 반사도가 90%인 물체(흰색 물체)는 적외선 센서(10)로부터 90㎜ 떨어진 위치에서 감지하였다고 판단할 것이고, 반사도가 18%인 물체(회색 물체)는 적외선 센서(10)로부터 27㎜ 떨어진 위치에서 감지하였다고 판단하게 될 것이다. 한편, 반사도가 3%인 물체(검은색 물체)는 아예 감지하지 못하는 결과를 낳는다. 즉, 반사도가 높은 물체(예: 흰색 물체)에 대해서는 로봇청소기가 물체로부터 멀리 떨어진 위치에서 정지 또는 서행하게 되고, 반사도가 낮은 물체(예: 회색 물체 또는 검은색 물체)에 대해서는 로봇청소기가 물체로부터 매우 근접한 위치에서 정지 또는 서행하거나, 아예 물체를 감지하지 못하여 로봇청소기가 물체와 충돌하는 경우도 발생하게 된다.
이와 같이 수광부(12)의 출력 전압(반사 광량 또는 수광량)은 적외선 센서(10)와 물체 간 거리에만 영향을 받는 것이 아니라, 물체의 반사도에도 영향을 받는다는 사실을 확인할 수 있다. 따라서, 접근하는 물체의 반사도를 고려하지 않은 상태에서 수광부(12)로 유입되는 수광량만을 가지고 적외선 센서(10)와 물체 간 거리(근접 정도)를 파악하는 종래의 적외선 센서(10)로는 적외선 센서(10)와 물체 간 거리를 정확하게 측정하기 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명의 일 측면은 접근하는 물체의 반사도를 측정한 후, 측정된 반사도를 기반으로 하여 적외선 센서와 물체 간 거리를 측정하는 2단계의 측정 방식을 채택하여 물체의 반사도에 관계없이 적외선 센서와 물체 간 거리를 정확하게 측정할 수 있도록 하는 적외선 센서 모듈을 제공한다.
이를 위해 본 발명의 일 측면에 따른 적외선 센서 모듈은 물체로 적외선을 송출하는 제 1 발광부와, 물체로부터 반사된 적외선의 광량을 검출하는 제 1 수광부로 이루어지는 제 1 적외선 센서; 물체로 적외선을 송출하는 제 2 발광부와, 상기 물체로부터 반사된 적외선의 광량을 검출하는 제 2 수광부로 이루어지는 제 2 적외선 센서; 및 제 1 수광부의 최고 출력 전압을 이용하여 물체의 반사도를 측정하고, 측정된 물체의 반사도 및 제 2 수광부의 출력 전압을 이용하여 물체까지의 거리를 측정하는 제어부를 포함한다.
또한, 제 1 적외선 센서는 제 2 적외선 센서의 바깥쪽에 배치된다.
또한, 제어부는 물체의 반사도 측정 시 제 1 발광부가 두 개 이상의 송출 세기를 가진 적외선을 번갈아 송출하도록 제 1 발광부를 제어한다.
또한, 제어부는 물체까지의 거리 측정 시 제 2 발광부가 단일 세기의 적외선을 송출하도록 제 2 발광부를 제어한다.
또한, 제어부는 물체까지의 거리 측정 시 제 2 발광부가 두 개 이상의 송출 세기를 가진 적외선을 송출하도록 제 2 발광부를 제어한다.
또한, 제 1 발광부의 두 개 이상의 송출 세기를 가진 적외선 송출 각각에 대한 제 1 수광부의 최고 출력 전압에 대응하는 반사도를 나타내는 룩업 테이블 및 제 2 발광부의 단일 세기의 적외선 송출에 대한 반사도와 제 2 수광부의 출력 전압에 따른 거리 룩업 테이블을 저장하고 있는 메모리를 더 포함한다.
또한, 제 1 발광부의 두 개 이상의 송출 세기를 가진 적외선 송출 각각에 대한 제 1 수광부의 최고 출력 전압에 대응하는 반사도를 나타내는 룩업 테이블 및 제 2 발광부의 두 개 이상의 송출 세기를 가진 적외선 송출 각각에 대한 반사도와 제 2 수광부의 출력 전압에 따른 거리 룩업 테이블을 저장하고 있는 메모리를 더 포함한다.
또한, 제어부는 제 1 발광부의 두 개 이상의 송출 세기를 가진 적외선 송출 각각에 대한 제 1 수광부의 최고 출력 전압값을 기준으로 룩업 테이블을 이용하거나 룩업 테이블을 참고한 보간법(interpolation)을 통해 물체의 반사도를 측정한다.
또한, 제어부는 제 2 발광부의 단일 세기의 적외선 송출에 대한 제 2 수광부의 출력 전압을 기준으로 거리 룩업 테이블을 이용하거나 거리 룩업 테이블을 참고한 보간법(interpolation)을 통해 물체까지의 거리를 측정한다.
또한, 제어부는 제 2 발광부의 두 개 이상의 송출 세기를 가진 적외선 송출 각각에 대한 제 2 수광부의 출력 전압을 기준으로 거리 룩업 테이블을 이용하거나 거리 룩업 테이블을 참고한 보간법(interpolation)을 통해 물체까지의 거리를 측정한다.
이를 위해 본 발명의 다른 측면에 따른 적외선 센서 모듈은 물체로 적외선을 송출하는 제 1 발광부와, 물체로부터 반사된 적외선의 광량을 검출하는 제 1 수광부 및 제 2 수광부로 이루어지는 적외선 센서; 제 1 수광부의 최고 출력 전압을 이용하여 물체의 반사도를 측정하고, 측정된 물체의 반사도 및 제 2 수광부의 출력 전압을 이용하여 물체까지의 거리를 측정하는 제어부를 포함한다.
또한, 제 1 수광부는 제 2 수광부의 바깥쪽에 배치된다.
또한, 제어부는 물체의 반사도 측정 시 제 1 발광부가 두 개 이상의 송출 세기를 가진 적외선을 번갈아 송출하도록 제 1 발광부를 제어한다.
또한, 제어부는 물체까지의 거리 측정 시 제 1 발광부가 두 개 이상의 송출 세기를 가진 적외선을 송출하도록 제 1 발광부를 제어한다.
이를 위해 본 발명의 또 다른 측면에 따른 적외선 센서 모듈은 물체로 적외선을 송출하는 제 1 발광부 및 제 2 발광부와, 물체로부터 반사된 적외선의 광량을 검출하는 제 1 수광부로 이루어지는 적외선 센서; 제 1 발광부의 적외선 송출에 대한 제 1 수광부의 최고 출력 전압을 이용하여 물체의 반사도를 측정하고, 측정된 물체의 반사도 및 제 2 발광부의 적외선 송출에 대한 제 1 수광부의 출력 전압을 이용하여 물체까지의 거리를 측정하는 제어부를 포함한다.
또한, 제 1 발광부는 제 2 발광부의 바깥쪽에 배치된다.
또한, 제어부는 물체의 반사도 측정 시 제 1 발광부가 두 개 이상의 송출 세기를 가진 적외선을 번갈아 송출하도록 제 1 발광부를 제어한다.
또한, 제어부는 물체까지의 거리 측정 시 제 2 발광부가 단일 세기의 적외선을 송출하도록 제 2 발광부를 제어한다.
또한, 제어부는 물체까지의 거리 측정 시 제 2 발광부가 두 개 이상의 송출 세기를 가진 적외선을 송출하도록 제 2 발광부를 제어한다.
이상에서 설명한 본 발명의 일 측면에 따르면, 접근하는 물체의 반사도를 측정한 후, 측정된 반사도를 기반으로 하여 적외선 센서와 물체 간 거리를 측정하는 2단계의 측정 방식을 채택함으로써, 물체의 반사도에 관계없이 적외선 센서와 물체 간 거리를 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은 종래 적외선 센서를 구성하는 발광부 및 수광부의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래 적외선 센서를 구성하는 발광부 및 수광부의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 물체의 반사도별, 적외선 센서와 물체 간 거리에 따른 수광부의 출력 전압 특성 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 적외선 센서 모듈의 제어 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 적외선 센서 모듈을 구성하는 제 1, 2 적외선 센서의 발광부 및 수광부의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 센서 모듈을 구성하는 (물체의 반사도 측정을 위한) 제 1 적외선 센서의 발광 세기 이원화 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 7a는 물체의 반사도 측정을 위해 보통 세기의 적외선을 송출한 경우 물체의 반사도별, 적외선 센서와 물체 간 거리에 따른 수광부의 출력 전압 특성 곡선을 나타낸 그래프이고, 도 7b는 물체의 반사도 측정을 위해 강 세기의 적외선을 송출한 경우 물체의 반사도별, 적외선 센서와 물체 간 거리에 따른 수광부의 출력 전압 특성 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 8은 물체의 반사도 측정을 위해 이용되는 룩업 테이블을 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선 센서 모듈을 구성하는 (적외선 센서와 물체 간 거리 측정을 위한) 제 2 적외선 센서의 발광 세기 이원화 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 10은 적외선 센서와 물체 간 거리 측정을 위해 이용되는 거리 룩업 테이블을 예시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 센서 모듈을 이용한 거리 측정 방법을 도시한 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선 센서 모듈을 이용한 다른 거리 측정 방법을 도시한 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 센서 모듈을 로봇청소기에 배치한 경우를 예시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선 센서 모듈을 구성하는 적외선 센서의 발광부 및 수광부의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적외선 센서 모듈을 구성하는 적외선 센서의 발광부 및 수광부의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 적외선 센서 모듈의 제어 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 적외선 센서 모듈(100)은 제 1 적외선 센서(110), 제 2 적외선 센서(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
제 1 적외선 센서(110)는 적외선 센서(110, 120)가 물체 쪽으로 접근하거나, 물체가 적외선 센서(110, 120) 쪽으로 접근하는 경우 물체의 반사도를 측정하기 위한 센서이다. 제 1 적외선 센서(110)는 적외선(광)을 송출하는 발광소자(IRED)를 포함하는 제 1 발광부(112)와, 반사 광량을 검출하는 수광소자(PTR 또는 PD)를 포함하는 제 1 수광부(114)의 조합으로 구성된다.
제 2 적외선 센서(120)는 제 1 적외선 센서(110)를 통해 측정된 물체의 반사도를 고려하여 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정하기 위한 센서이다. 제 2 적외선 센서(120)는 적외선(광)을 송출하는 발광소자(IRED)를 포함하는 제 2 발광부(122)와, 반사 광량을 검출하는 수광소자(PTR 또는 PD)를 포함하는 제 2 수광부(124)의 조합으로 구성된다.
제어부(130)는 제 1 수광부(114)의 최고 출력 전압을 이용하여 물체의 반사도를 측정하고, 측정된 물체의 반사도 및 제 2 수광부(124)의 출력 전압을 이용하여 물체까지의 거리를 측정한다.
제어부(130)는 그 내부에 메모리(132)를 포함한다. 제어부(130) 내의 메모리(132)에는 물체의 반사도를 측정하기 위한 적외선 송출에 대한 출력 전압의 최고점(최고 출력 전압)에 대응하는 반사도를 나타내는 룩업 테이블 및 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정하기 위한 적외선 송출에 대한 반사도 및 출력 전압에 따른 (물체까지의) 거리 룩업 테이블 등이 저장된다.
이하에서는 도 5 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 적외선 센서 모듈(100)을 이용하여 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정하는 방식에 대해 설명하도록 한다.
하나의 발광부와 하나의 수광부로 이루어지는 종래 적외선 센서를 이용하여수광량에 따라 적외선 센서와 물체 간 거리를 측정하는 방식은 물체의 반사도에 따라 반사 광량(수광량) 특성 곡선이 달라지기 때문에 적외선 센서와 물체 간 거리를 정확하게 측정하기 어렵다는 점은 앞서 언급한 바 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 적외선 센서(110, 120)가 물체 쪽으로 접근하거나 물체가 적외선 센서(110, 120) 쪽으로 접근하는 경우, 제 1 적외선 센서(110)를 이용하여 다가오는 물체의 반사도를 먼저 측정하고, 제 1 적외선 센서(110)를 통해 측정된 물체의 반사도를 기반으로 하여 제 2 적외선 센서(120)를 이용하여 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정함으로써 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 정확하게 측정할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 적외선 센서 모듈을 구성하는 제 1, 2 적외선 센서의 발광부 및 수광부의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다. 적외선 센서(110, 120)가 점차 물체 쪽으로 접근하거나, 물체가 점차 적외선 센서(110, 120) 쪽으로 접근하여 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리가 미리 설정된 물체의 반사도 측정 구간(M1)의 중간 지점(도 5에 도시된 위쪽 마름모의 가로 대각선 지점)을 통과할 때 획득되는 반사 광량(즉, 제 1 수광부(114)의 출력 전압)의 특성 곡선이 최고점을 갖도록 제 1 적외선 센서(110)의 제 1 발광부(112) 및 제 1 수광부(114)를 배치한다.
여기서, 물체의 반사도 측정 구간(M1)은 로봇청소기가 물체(장애물)를 감지하고 정지하거나 서행하고자 하는 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 특정 거리(예: 20㎜)보다 제 1 설정 거리(예: 10㎜)만큼 먼 거리(예: 20㎜+10㎜=30㎜)를 포함하도록 설정되는데, 이 특정 거리보다 제 1 설정 거리만큼 먼 거리가 물체의 반사도 측정 구간(M1) 중 반사 광량의 특성 곡선이 최고점을 갖는 지점 근처에 위치하도록 설정한다.
또한, 적외선 센서(110, 120)가 좀 더 물체 쪽으로 접근하거나, 물체가 좀 더 적외선 센서(110, 120) 쪽으로 접근하여 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리가 미리 설정된 적외선 센서와 물체 간 거리 측정 구간(M2)의 중간 지점(도 5에 도시된 아래쪽 마름모의 가로 대각선 지점)을 통과할 때 획득되는 반사 광량(즉, 제 2 수광부(124)의 출력 전압)의 특성 곡선이 최고점을 갖도록 제 2 적외선 센서(120)의 제 2 발광부(122) 및 제 2 수광부(124)를 배치한다.
여기서, 적외선 센서와 물체 간 거리 측정 구간(M2)은 로봇청소기가 물체(장애물)를 감지하고 정지하거나 서행하고자 하는 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 특정 거리(예: 20㎜)를 포함하도록 설정되는데, 이 특정 거리가 적외선 센서와 물체 간 거리 측정 구간(M2) 중 반사 광량의 특성 곡선이 최고점을 갖는 지점 근처에 위치하도록 설정한다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리가 비교적 멀리 떨어져 있을 때(물체의 반사도 측정 구간 진입 시) 제 1 적외선 센서(110)를 이용하여 먼저 다가오는 물체의 반사도를 측정한 후, 적외선 센서(110, 120)가 좀 더 물체 쪽으로 접근하거나, 물체가 좀 더 적외선 센서(110, 120) 쪽으로 접근하여 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리가 비교적 가까워지면(센서와 물체간 거리 측정 구간 진입 시) 제 2 적외선 센서(120)를 이용하여 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정한다. 이를 위해, 제 1 적외선 센서(110)의 발광부(112) 및 수광부(114)가 바깥쪽에, 그 안쪽에 제 2 적외선 센서(120)의 발광부(122) 및 수광부(124)가 배치된다.
이하에서는 먼저, 접근하는 물체의 반사도를 측정하는 방식에 대해 설명하도록 한다. 적외선 센서(110, 120)가 물체 쪽으로 접근하거나 물체가 적외선 센서(110, 120) 쪽으로 접근하는 경우, 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리가 미리 설정된 물체의 반사도 측정 구간(M1)을 통과할 때 제 1 발광부(112)로부터 송출된 적외선이 물체 표면에서 반사되어 제 1 수광부(114)를 통해 수광되는 반사 광량(제 1 수광부(114)의 출력 전압) 특성 곡선의 최고점(최고 출력 전압)을 찾아내어 물체의 반사도를 구할 수 있다.
도 3에 대한 설명에서 이미 전술한 바와 같이 반사도가 높은 물체(예: 흰색 물체)에 대한 적외선 센서와 물체 간 거리에 따른 수광부의 출력 전압 특성 곡선은 출력 전압 변별력이 높아 출력 전압 특성 곡선의 최고점을 쉽게 찾을 수 있는 반면, 반사도가 상대적으로 낮은 물체(예: 회색, 검은색 물체)에 대한 적외선 센서와 물체 간 거리에 따른 수광부의 출력 전압 특성 곡선은 출력 전압 변별력이 낮아 출력 전압 특성 곡선의 최고점을 찾기 어려운 측면이 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 물체의 반사도 측정을 위한 제 1 적외선 센서(110)의 제 1 발광부(112)가 적외선을 두 가지 세기 즉, 강 세기(Strong Strength) 및 보통 세기(Normal Strength)로 번갈아 송출할 수 있도록 도 6에 도시한 바와 같이 제 1 적외선 센서(110)의 발광 세기 이원화(二元化) 회로를 구성한다. 반사도가 높은 물체(반사도 90%~18%)의 반사도를 측정하고자 할 때에는 제 1 발광부(112)가 적외선을 보통 세기로 송출하고, 반사도가 낮은 물체(반사도 18%~3%)의 반사도를 측정하고자 할 때에는 제 1 발광부(112)가 적외선을 강 세기로 송출한다. 여기서, 강 세기(Strong Strength)란 18% 이하의 반사도(반사도 18%~3%)를 갖는 물체에 대해 제 1 수광부(114)의 출력 전압이 충분한 변별력의 크기(magnitude)를 갖도록 전류 제한용 저항(OUT_R_LOW)을 조절해 놓은 경우의 발광 세기를 의미하고, 보통 세기(Normal Strength)란 90%~18%의 반사도를 갖는 물체에 대해 제 1 수광부(114)의 출력 전압이 충분한 변별력의 크기를 갖도록 전류 제한용 저항(OUT_R_HIGH)을 조절해 놓은 경우의 발광 세기를 의미한다. 또한, 각각의 회로소자들을 가리키는 참조 부호에서 문자 "OUT"는 제 2 적외선 센서(120)의 바깥쪽에 배치되는 제 1 적외선 센서(110)를 이루는 회로소자임을 의미한다.
제 1 적외선 센서(110)의 제 1 발광부(112)는 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 발광소자(OUT_IRED), 보통 세기의 발광을 위한 전류 제한용 저항(OUT_R_HIGH), 발광소자(OUT_IRED)의 보통 세기의 발광을 위한 제어신호가 입력되는 보통 세기 발광 제어 스위칭 소자(OUT_CTRL_NORMAL), 강 세기의 발광을 위한 전류 제한용 저항(OUT_R_LOW), 발광소자(OUT_IRED)의 강 세기의 발광을 위한 제어신호가 입력되는 강 세기 발광 제어 스위칭 소자(OUT_CTRL_STRONG)를 포함하여 이루어진다. 한편, 제 1 적외선 센서(110)의 제 1 수광부(114)는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 수광소자(OUT_PTR(NPN)), 출력 저항(R3) 및 출력 전압 단자(V_OUT)를 포함하여 이루어진다.
제어부(130)는 제 1 발광부(112)가 강 세기로 적외선을 송출하도록 하기 위해 강 세기 발광 제어 스위칭 소자(OUT_CTRL_STRONG)에 연결 제어신호를, 보통 세기 발광 제어 스위칭 소자(OUT_CTRL_NORMAL)에 차단 제어신호를 보낸다. 한편, 제어부(130)는 제 1 발광부(112)가 보통 세기로 적외선을 송출하도록 하기 위해 보통 세기 발광 제어 스위칭 소자(OUT_CTRL_NORMAL)에 연결 제어신호를, 강 세기 발광 제어 스위칭 소자(OUT_CTRL_STRONG)에 차단 제어신호를 보낸다.
물체의 반사도 측정을 위해 보통 세기의 적외선을 송출하는 경우에는 도 7a에 도시된 바와 같은 적외선 센서와 물체 간 거리에 따른 제 1 수광부(114)의 출력 전압 특성 곡선이 나타난다. 이 경우에는 반사도가 높은 물체(예: 흰색 물체)에 대한 제 1 수광부(114)의 출력 전압 변별력이 높게 나타난다.
반면, 물체의 반사도 측정을 위해 강 세기의 적외선을 송출하는 경우에는 도 7b에 도시된 바와 같은 적외선 센서와 물체 간 거리에 따른 제 1 수광부(114)의 출력 전압 특성 곡선이 나타난다. 이 경우에는 반사도가 낮은 물체(예: 회색, 검은색 물체)에 대한 제 1 수광부(114)의 출력 전압 변별력이 높게 나타난다.
현재 시중에는 카메라의 컬러 밸런스(Color Balance) 및 노출 조절(Exposure Adjustment)을 목적으로 하는 그레이 카드(Gray Card)를 판매하고 있다. 일반적으로, 그레이 카드는 90%, 18%, 3%의 반사도를 갖는 재질로 구성되어 있다.
이러한 그레이 카드를 접근하는 물체로 간주하고 본 발명의 실시예에 따른 적외선 센서 모듈(100)이 장착된 로봇청소기 등을 이용하여 접근 주행 실험을 수행하면 제 1 적외선 센서(110)의 반사도 90%, 18%, 3%인 물체에 대한 출력 전압 특성 곡선을 얻을 수 있으며, 이 출력 전압 특성 곡선을 이용하여 보통 세기의 적외선 송출에 대한 출력 전압의 최고점에 대응하는 반사도를 나타내는 룩업 테이블(도 8의 (a) 참조) 및 강 세기의 적외선 송출에 대한 출력 전압의 최고점에 대응하는 반사도를 나타내는 룩업 테이블(도 8의 (b) 참조)을 작성할 수 있다.
따라서, 임의의 반사도를 갖는 물체가 다가올 때, 출력 전압 특성 곡선의 최고점(최고 출력 전압)을 찾고 작성된 룩업 테이블(Look-up Table)을 이용하거나 룩업 테이블을 참고한 보간법(interpolation)을 통해 접근하는 물체의 반사도를 추정하는 것이 가능해진다. 여기서, 도 8의 (a)에 도시된 룩업 테이블은 반사도가 높은 물체(반사도 90%~18%)의 반사도를 측정하고자 할 때 적용될 수 있고, 도 8의 (b)에 도시된 룩업 테이블은 반사도가 낮은 물체(반사도 18%~3%)의 반사도를 측정하고자 할 때 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 출력 전압 특성 곡선의 최고점을 찾아내어 물체의 반사도를 구하는 방식을 예로 들어 설명하였으나, 도 6의 (b)에 도시된 수광부(114)의 회로 구성에서 수광소자(OUT_PTR(NPN))와 출력 저항(R3)의 위치를 바꾸면 출력 전압 특성 곡선의 모양이 역전되므로, 이 경우에는 출력 전압 특성 곡선의 최저점(최저 출력 전압)을 찾아내어 물체의 반사도를 구하게 된다.
또한 본 발명의 실시예에서는 물체의 반사도 측정을 위한 제 1 적외선 센서(110)의 제 1 발광부(112)가 적외선을 두 가지 세기(강 세기 및 보통 세기)로 송출하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이보다 더 많은 단계(세 가지 이상)의 송출 세기로 적외선을 송출함으로써 물체의 반사도 측정의 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다.
이하에서는 접근하는 물체의 반사도를 고려하여 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정하는 방식에 대해 설명하도록 한다.
적외선 센서와 물체 간 거리를 측정하는 방식은 앞서 설명한 반사도 측정을 전제로 한다. 즉, 제 1 적외선 센서(110)를 이용하여 물체의 반사도를 측정한 후에 제 2 적외선 센서(120)를 이용하여 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정한다. 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정하기 위한 제 2 적외선 센서(120)는 적외선 센서(110, 120)의 구성과 반사 광량(수광량)의 특성을 고려하여 발광 세기 일원화 회로 또는 발광 세기 이원화 회로로 구성할 수 있다. 적외선을 단일 세기로 송출하는 경우에는 제 2 적외선 센서(120) 회로를 도 2에 도시된 형태로 구성하게 되고, 적외선을 두 가지 세기 즉, 강 세기(Strong Strength) 및 보통 세기(Normal Strength)로 송출하는 경우에는 제 2 적외선 센서(120) 회로를 도 9에 도시된 형태로 구성하게 된다.
적외선을 두 가지 세기로 송출하는 경우, 제 2 적외선 센서(120)의 제 2 발광부(122)는 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 발광소자(IN_IRED), 보통 세기의 발광을 위한 전류 제한용 저항(IN_R_HIGH), 발광소자(IN_IRED)의 보통 세기의 발광을 위한 제어신호가 입력되는 보통 세기 발광 제어 스위칭 소자(IN_CTRL_NORMAL), 강 세기의 발광을 위한 전류 제한용 저항(IN_R_LOW), 발광소자(IN_IRED)의 강 세기의 발광을 위한 제어신호가 입력되는 강 세기 발광 제어 스위칭 소자(IN_CTRL_STRONG)를 포함하여 이루어진다. 한편, 제 2 적외선 센서(120)의 제 2 수광부(124)는 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 수광소자(IN_PTR(NPN)), 출력 저항(R4) 및 출력 전압 단자(V_OUT)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 각각의 회로소자들을 가리키는 참조 부호에서 문자 "IN"는 제 1 적외선 센서(110)의 안쪽에 배치되는 제 2 적외선 센서(120)를 이루는 회로소자임을 의미한다.
제어부(130)는 제 2 발광부(122)가 강 세기로 적외선을 송출하도록 하기 위해 강 세기 발광 제어 스위칭 소자(IN_CTRL_STRONG)에 연결 제어신호를, 보통 세기 발광 제어 스위칭 소자(IN_CTRL_NORMAL)에 차단 제어신호를 보낸다. 한편, 제어부(130)는 제 2 발광부(122)가 보통 세기로 적외선을 송출하도록 하기 위해 보통 세기 발광 제어 스위칭 소자(IN_CTRL_NORMAL)에 연결 제어신호를, 강 세기 발광 제어 스위칭 소자(IN_CTRL_STRONG)에 차단 제어신호를 보낸다.
본 발명의 실시예에서는 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리 측정을 위한 제 2 적외선 센서(120)의 제 1 발광부(122)가 적외선을 두 가지 세기(강 세기 및 보통 세기)로 송출하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이보다 더 많은 단계(세 가지 이상)의 송출 세기로 적외선을 송출함으로써 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리 측정의 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 그레이 카드를 이용한 접근 주행 실험을 통해 제 2 적외선 센서(120)의 반사도 90%, 18%, 3%인 물체에 대한 출력 전압 특성 곡선을 얻을 수 있으며, 이 출력 전압 특성 곡선을 이용하여 보통 세기의 적외선 송출에 대한 반사도 및 출력 전압에 따른 (물체까지의) 거리 룩업 테이블(도 10의 (a) 참조) 및 강 세기의 적외선 송출에 대한 반사도 및 출력 전압에 따른 (물체까지의) 거리 룩업 테이블(도 10의 (b) 참조)을 작성할 수 있다.
따라서, 반사도 측정 과정을 거쳐 획득된 물체의 반사도와 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리 측정 구간(M2)에서 획득된 제 2 수광부(124)의 출력 전압을 기반으로 작성된 거리 룩업 테이블을 이용하거나 거리 룩업 테이블을 참고한 보간법(interpolation)을 통해 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 추정하는 것이 가능해진다. 여기서, 적외선을 단일 세기로 송출하여 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정하는 경우에는 도 10의 (a)에 도시된 거리 룩업 테이블(적외선을 보통 세기로 송출하는 경우) 또는 도 10의 (b)에 도시된 거리 룩업 테이블(적외선을 강 세기로 송출하는 경우)이 적용될 수 있다. 또한 적외선을 두 가지 세기로 송출하여 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정하는 경우, 도 10의 (a)에 도시된 거리 룩업 테이블은 반사도가 높은 물체(반사도 90%~18%)에 대한 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정하고자 할 때 적용될 수 있고, 도 10의 (b)에 도시한 거리 룩업 테이블은 반사도가 낮은 물체(반사도 18%~3%)에 대한 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정하고자 할 때 적용될 수 있다.
이하에서는 도 11을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 적외선 센서 모듈을 이용한 거리 측정 방법을 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에서는 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리 측정 구간(M2)에서 단일 세기(강 세기 또는 보통 세기)로 적외선을 송출하는 경우의 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리 측정 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예의 동작설명을 위한 초기조건으로서, 제어부(130) 내의 메모리(132)에는 물체의 반사도를 측정하기 위한 적외선 송출에 대한 출력 전압의 최고점에 대응하는 반사도를 나타내는 룩업 테이블 및 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정하기 위한 적외선 송출에 대한 반사도 및 출력 전압에 따른 (물체까지의) 거리 룩업 테이블이 저장되어 있는 것을 전제한다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 제 1 적외선 센서(110)의 제 1 수광부(114)의 출력 전압을 나타내는 변수를 "V1"으로, 제 2 적외선 센서(110)의 제 2 수광부(114)의 출력 전압을 나타내는 변수를 "V2"로 표기하기로 한다. 또한, 제 1 발광부(112)가 강 세기로 적외선을 송출하는 경우에 제 1 수광부(114)의 출력 전압의 최고값을 나타내는 변수를 "V1_강_최고"로, 제 1 수광부(114)의 출력 전압의 현재값을 나타내는 변수를 "V1_강_현재"로 표기하기로 한다. 또한, 제 1 발광부(112)가 보통 세기로 적외선을 송출하는 경우에 제 1 수광부(114)의 출력 전압의 최고값을 나타내는 변수를 "V1_보통_최고"로, 제 1 수광부(114)의 출력 전압의 현재값을 나타내는 변수를 "V1_보통_현재"로 표기하기로 한다.
먼저, 제어부(130)는 제 1 발광부(112)의 강 세기 발광 제어 스위칭 소자(OUT_CTRL_STRONG) 및 보통 세기 발광 제어 스위칭 소자(OUT_CTRL_NORMAL)에 번갈아 연결 제어신호를 보내어, 물체에 강 세기의 적외선과 보통 세기의 적외선을 번갈아 송출한다. 이후 제어부(130)는 V1_강_현재 및 V1_보통_현재에 저장되어 있는 값이 거의 0에 가까운지 여부를 판단한다(202).
V1_강_현재 및 V1_보통_현재에 저장되어 있는 값이 거의 0에 가까우면(202에서의 '예') 제어부(130)는 물체가 적외선 센서(110, 120)로부터 매우 멀리 떨어져 있거나, 물체가 갑자기 사라지거나 적외선 센서(110, 120)가 장착된 로봇청소기 등이 키드냅(kidnap)된 경우라고 판단하여 모든 변수들을 초기화(V1_강_최고=0, V1_강_현재=0, V1_보통_최고=0, V1_보통_현재=0)하고(204), 동작 202로 리턴한다.
한편, V1_강_현재 및 V1_보통_현재에 저장되어 있는 값이 거의 0에 가깝지 않으면(202에서의 '아니오') 제어부(130)는 적외선 센서(110, 120)가 물체 쪽으로 접근하거나 물체가 적외선 센서(110, 120) 쪽으로 접근하는 경우라고 판단하고, 제 1 발광부(112)의 강 세기 발광 제어 스위칭 소자(OUT_CTRL_STRONG)에 연결 제어신호를 보내어, 제 1 발광부(112)가 강 세기로 적외선을 송출하도록 제어한다(206).
이후, 제어부(130)는 제 1 수광부(114)로부터 전달되는 출력 전압을 V1_강_현재에 저장한다(208).
물체에 강 세기의 적외선과 보통 세기의 적외선을 번갈아 송출하기 위해 제어부(130)는 제 1 발광부(112)의 보통 세기 발광 제어 스위칭 소자(OUT_CTRL_NORMAL)에 연결 제어신호를 보내어, 제 1 발광부(112)가 보통 세기로 적외선을 송출하도록 제어한다(210).
이후, 제어부(130)는 제 1 수광부(114)로부터 전달되는 출력 전압을 V1_보통_현재에 저장한다(212).
다음으로, 제어부(130)는 V1_강_현재에 저장되어 있는 값이 포화되었는가 여부를 판단한다(214).
V1_강_현재에 저장되어 있는 값이 포화되었으면(214에서의 '예') 제어부(130)는 접근하는 물체가 높은 반사도를 가진 물체(예: 흰색 물체)라고 판단하고, 다시 V1_보통_현재에 저장되어 있는 값이 V1_보통_최고에 저장되어 있는 값보다 큰지 여부를 판단한다(216).
V1_보통_현재에 저장되어 있는 값이 V1_보통_최고에 저장되어 있는 값보다 크면(216에서의 '예') V1_보통_현재에 저장되어 있는 값을 V1_보통_최고에 저장하여 최고 전압값을 갱신하고(218), 동작 206으로 리턴하여 지속적으로 물체에 강 세기의 적외선과 보통 세기의 적외선을 번갈아 송출하도록 제어한다.
한편, V1_보통_현재에 저장되어 있는 값이 V1_보통_최고에 저장되어 있는 값보다 크지 않으면(216에서의 '아니오') 제어부(130)는 다시 V1_보통_최고에 저장되어 있는 값에서 V1_보통_현재에 저장되어 있는 값을 뺀 값이 설정값보다 큰지 여부를 판단한다(220).
V1_보통_최고에 저장되어 있는 값에서 V1_보통_현재에 저장되어 있는 값을 뺀 값이 설정값보다 크지 않으면(220에서의 '아니오') 제어부(130)는 동작 206으로 리턴하여 지속적으로 물체에 강 세기의 적외선과 보통 세기의 적외선을 번갈아 송출하도록 제어한다.
한편, V1_보통_최고에 저장되어 있는 값에서 V1_보통_현재에 저장되어 있는 값을 뺀 값이 설정값보다 크면(220에서의 '예') 제어부(130)는 직전에 제 1 발광부(112)의 보통 세기의 적외선 송출에 대한 제 1 수광부(114)의 출력 전압 특성 곡선의 최고점을 통과하고 현재 하강하는 지점에 위치해 있다고 판단하고, V1_보통_최고에 저장되어 있는 값을 기준으로 보통 세기의 적외선 송출에 대한 반사도 룩업 테이블(도 8의 (a) 참조)을 이용하거나 룩업 테이블을 참고한 보간법(interpolation)을 통해 접근하는 물체의 반사도를 측정한다(222).
다시 동작 214의 판단 과정으로 돌아와, V1_강_현재에 저장되어 있는 값이 포화되지 않았으면(214에서의 '아니오') 제어부(130)는 접근하는 물체가 비교적 낮은 반사도를 가진 물체(예: 회색, 검은색 물체)라고 판단하고, 다시 V1_강_현재에 저장되어 있는 값이 V1_강_최고에 저장되어 있는 값보다 큰지 여부를 판단한다(224).
V1_강_현재에 저장되어 있는 값이 V1_강_최고에 저장되어 있는 값보다 크면(2264에서의 '예') 제어부(130)는 V1_강_현재에 저장되어 있는 값을 V1_강_최고에 저장하여 최고 전압값을 갱신하고(226), 동작 206으로 리턴하여 지속적으로 물체에 강 세기의 적외선과 보통 세기의 적외선을 번갈아 송출하도록 제어한다.
한편, V1_강_현재에 저장되어 있는 값이 V1_강_최고에 저장되어 있는 값보다 크지 않으면(224에서의 '아니오') 제어부(130)는 다시 V1_강_최고에 저장되어 있는 값에서 V1_강_현재에 저장되어 있는 값을 뺀 값이 설정값보다 큰지 여부를 판단한다(228).
V1_강_최고에 저장되어 있는 값에서 V1_강_현재에 저장되어 있는 값을 뺀 값이 설정값보다 크지 않으면(228에서의 '아니오') 제어부(130)는 동작 206으로 리턴하여 지속적으로 물체에 강 세기의 적외선과 보통 세기의 적외선을 번갈아 송출하도록 제어한다.
한편, V1_강_최고에 저장되어 있는 값에서 V1_강_현재에 저장되어 있는 값을 뺀 값이 설정값보다 크면(228에서의 '예') 제어부(130)는 직전에 제 1 발광부(112)의 강 세기의 적외선 송출에 대한 제 1 수광부(114)의 출력 전압 특성 곡선의 최고점을 통과하고 현재 하강하는 지점에 위치해 있다고 판단하고, V1_강_최고에 저장되어 있는 값을 기준으로 강 세기의 적외선 송출에 대한 반사도 룩업 테이블(도 8의 (b) 참조)을 이용하거나 룩업 테이블을 참고한 보간법(interpolation)을 통해 접근하는 물체의 반사도를 측정한다(230).
동작 202 내지 동작 230의 과정을 통해 측정된 물체의 반사도를 기반으로 하여 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정하기 위해 제어부(130)는 제 2 발광부(122)의 발광 제어 스위칭 소자(IN_CTRL_ON_OFF)에 연결 제어신호를 보내어, 제 2 발광부(122)가 단일 세기(보통 세기 또는 강 세기)로 적외선을 송출하도록 제어한다(232).
이후, 제어부(130)는 제 2 수광부(124)로부터 보통 세기 또는 강 세기의 적외선을 송출에 대한 출력 전압(V2)을 전달 받는다(234).
다음으로, 제어부(130)는 제 2 수광부(124)의 출력 전압(V2)를 기준으로 보통 세기의 적외선 송출에 대한 반사도 및 출력 전압에 따른 거리 룩업 테이블(도 10의 (a) 참조) 또는 강 세기의 적외선 송출에 대한 반사도 및 출력 전압에 따른 거리 룩업 테이블(도 10의 (b) 참조)을 이용하거나 거리 룩업 테이블을 참고한 보간법(interpolation)을 통해 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정한다(236).
이하에서는 도 12를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선 센서 모듈을 이용한 거리 측정 방법을 설명하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에서는 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리 측정 구간(M2)에서 두 가지 세기(강 세기 및 보통 세기)로 적외선을 송출하는 경우의 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리 측정 방법을 제공하고자 한다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 제 2 발광부(122)가 강 세기로 적외선을 송출하는 경우의 제 2 수광부(124)의 출력 전압값을 나타내는 변수를 "V2_강"으로, 제 2 발광부(122)가 보통 세기로 적외선을 송출하는 경우의 제 2 수광부(124)의 출력 전압값을 나타내는 변수를 "V2_보통"으로 표기하기로 한다.
도 12에서 접근하는 물체의 반사도를 측정하기 위한 과정을 도시하고 있는 동작 302 내지 동작 330은 도 11의 동작 202 내지 동작 230과 동일하므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
동작 302 내지 동작 330의 과정을 통해 측정된 물체의 반사도를 기반으로 하여 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정하기 위해 제어부(130)는 먼저 변수들을 초기화(V2_강=0, V2_보통=0)한다(332).
이후, 제어부(130)는 동작 302 내지 동작 330의 과정을 통해 측정된 물체의 반사도가 기준 반사도(예: 18%)보다 큰지 여부를 판단한다(334).
측정된 물체의 반사도가 기준 반사도(예: 18%)보다 크면(334에서의 '예') 제어부(130)는 접근하는 물체가 높은 반사도를 가진 물체(예: 흰색 물체)라고 판단하고, 제 2 발광부(122)의 보통 세기 발광 제어 스위칭 소자(IN_CTRL_NORMAL)에 연결 제어신호를 보내어, 제 2 발광부(122)가 보통 세기로 적외선을 송출하도록 제어한다(336).
다음으로, 제어부(130)는 제 2 수광부(124)로부터 전달되는 출력 전압을 V2_보통에 저장한다(338).
이후, 제어부(130)는 V2_보통에 저장되어 있는 값을 기준으로 보통 세기의 적외선 송출에 대한 반사도 및 출력 전압에 따른 거리 룩업 테이블(도 10의 (a) 참조)을 이용하거나 거리 룩업 테이블을 참고한 보간법(interpolation)을 통해 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정한다(340).
다시 동작 334의 판단 과정으로 돌아와, 측정된 물체의 반사도가 기준 반사도(예: 18%)보다 크지 않으면(334에서의 '아니오') 제어부(130)는 접근하는 물체가 비교적 낮은 반사도를 가진 물체(예: 회색, 검은색 물체)라고 판단하고, 제 2 발광부(122)의 강 세기 발광 제어 스위칭 소자(IN_CTRL_STRONG)에 연결 제어신호를 보내어, 제 2 발광부(122)가 강 세기로 적외선을 송출하도록 제어한다(342).
다음으로, 제어부(130)는 제 2 수광부(124)로부터 전달되는 출력 전압을 V2_강에 저장한다(344).
이후, 제어부(130)는 V2_강에 저장되어 있는 값을 기준으로 강 세기의 적외선 송출에 대한 반사도 및 출력 전압에 따른 거리 룩업 테이블(도 10의 (b) 참조)을 이용하거나 거리 룩업 테이블을 참고한 보간법(interpolation)을 통해 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정한다(346).
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 센서 모듈(100)을 로봇청소기(R)에 배치한 경우를 예시한 도면이다. 도 13에 도시된 바와 같은 적외선 센서 모듈(100)의 배치 구조에서는 물체의 반사도 측정 구간(M1)에서 접근하는 물체의 반사도를 먼저 측정한 후, 측정된 반사도를 기준으로 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리 측정 구간(M2)에서 세 개의 제 2 적외선 센서(120)의 제 2 수광부(124)가 획득한 출력 전압을 이용하여 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정하게 된다.
이상에서는 제 1 발광부(112)와 제 1 수광부(114)로 이루어지는 제 1 적외선 센서(110)를 이용하여 물체의 반사도를 측정하고, 제 2 발광부(122)와 제 2 수광부(124)로 이루어지는 제 2 적외선 센서(120)를 이용하여 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정하는 구성을 예로 들어 설명하였다(두 개의 발광부와 두 개의 수광부를 이용). 하지만, 도 14에 도시된 바와 같이 물체로 적외선을 송출하는 하나의 발광부(제 1 발광부(112))와, 물체로부터 반사된 적외선의 광량을 검출하는 두 개의 수광부(제 1 수광부(114) 및 제 2 수광부(124))의 조합으로 이루어지는 적외선 센서를 구성하고, 제 1 수광부(114)의 최고 출력 전압을 이용하여 물체의 반사도를 측정하고, 측정된 물체의 반사도 및 제 2 수광부(124)의 출력 전압을 이용하여 적외선 센서(110, 120)와 물체 간 거리를 측정할 수도 있다(하나의 발광부와 두 개의 수광부 이용). 이 경우, 적외선 센서와 물체 간 거리가 비교적 멀리 떨어져 있을 때(물체의 반사도 측정 구간 진입 시) 제 1 발광부(112)의 적외선 송출에 대한 제 1 수광부(114)의 최고 출력 전압을 이용하여 다가오는 물체의 반사도를 먼저 측정한 후, 적외선 센서가 좀 더 물체 쪽으로 접근하거나, 물체가 좀 더 적외선 센서 쪽으로 접근하여 적외선 센서와 물체 간 거리가 비교적 가까워지면(센서와 물체간 거리 측정 구간 진입 시) 제 1 발광부(112)의 적외선 송출에 대한 제 2 수광부(124)의 출력 전압을 이용하여 적외선 센서와 물체 간 거리를 측정한다. 이를 위해, 도 14에 도시된 바와 같이, 제 1 수광부(114)가 바깥쪽에, 그 안쪽에 제 2 수광부(124)가 배치된다.
또한, 도 15에 도시된 바와 같이 물체로 적외선을 송출하는 두 개의 발광부(제 1 발광부(112) 및 제 2 발광부(122))와, 물체로부터 반사된 적외선의 광량을 검출하는 하나의 수광부(제 1 수광부(114))의 조합으로 이루어지는 적외선 센서를 구성하고, 제 1 발광부(112)의 적외선 송출에 대한 제 1 수광부(114)의 최고 출력 전압을 이용하여 물체의 반사도를 측정하고, 측정된 물체의 반사도 및 제 2 발광부(122)의 적외선 송출에 대한 제 1 수광부(114)의 출력 전압을 이용하여 적외선 센서와 물체 간 거리를 측정할 수도 있다(두 개의 발광부와 하나의 수광부 이용). 이 경우, 적외선 센서와 물체 간 거리가 비교적 멀리 떨어져 있을 때(물체의 반사도 측정 구간 진입 시) 제 1 발광부(112)의 적외선 송출에 대한 제 1 수광부(114)의 최고 출력 전압을 이용하여 다가오는 물체의 반사도를 먼저 측정한 후, 적외선 센서가 좀 더 물체 쪽으로 접근하거나, 물체가 좀 더 적외선 센서 쪽으로 접근하여 적외선 센서와 물체 간 거리가 비교적 가까워지면(센서와 물체간 거리 측정 구간 진입 시) 제 2 발광부(122)의 적외선 송출에 대한 제 1 수광부(114)의 출력 전압을 이용하여 적외선 센서와 물체 간 거리를 측정한다. 이를 위해, 도 15에 도시된 바와 같이, 제 1 발광부(112)가 바깥쪽에, 그 안쪽에 제 2 발광부(122)가 배치된다.
100 : 적외선 센서 모듈 110 : 제 1 적외선 센서
112 : 제 1 발광부 114 : 제 1 수광부
120 : 제 2 적외선 센서 122 : 제 2 발광부
124 : 제 2 수광부 130 : 제어부
132 : 메모리

Claims (19)

  1. 물체로 적외선을 송출하는 제 1 발광부와, 상기 물체로부터 반사된 적외선의 광량을 검출하는 제 1 수광부로 이루어지는 제 1 적외선 센서;
    상기 물체로 상기 적외선을 송출하는 제 2 발광부와, 상기 물체로부터 반사된 상기 적외선의 광량을 검출하는 제 2 수광부로 이루어지는 제 2 적외선 센서; 및
    상기 제 1 수광부의 최고 출력 전압을 이용하여 상기 물체의 반사도를 측정하고, 상기 측정된 물체의 반사도 및 상기 제 2 수광부의 출력 전압을 이용하여 상기 물체까지의 거리를 측정하는 제어부를 포함하는 적외선 센서 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 적외선 센서는 상기 제 2 적외선 센서의 바깥쪽에 배치되는 적외선 센서 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 물체의 반사도 측정 시 상기 제 1 발광부가 두 개 이상의 송출 세기를 가진 상기 적외선을 번갈아 송출하도록 상기 제 1 발광부를 제어하는 적외선 센서 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 물체까지의 거리 측정 시 상기 제 2 발광부가 단일 세기의 상기 적외선을 송출하도록 상기 제 2 발광부를 제어하는 적외선 센서 모듈.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 물체까지의 거리 측정 시 상기 제 2 발광부가 두 개 이상의 송출 세기를 가진 상기 적외선을 송출하도록 상기 제 2 발광부를 제어하는 적외선 센서 모듈.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 발광부의 상기 두 개 이상의 송출 세기를 가진 상기 적외선 송출 각각에 대한 상기 제 1 수광부의 최고 출력 전압에 대응하는 반사도를 나타내는 룩업 테이블 및 상기 제 2 발광부의 상기 단일 세기의 상기 적외선 송출에 대한 상기 반사도와 상기 제 2 수광부의 출력 전압에 따른 거리 룩업 테이블을 저장하고 있는 메모리를 더 포함하는 적외선 센서 모듈.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 발광부의 상기 두 개 이상의 송출 세기를 가진 상기 적외선 송출 각각에 대한 상기 제 1 수광부의 최고 출력 전압에 대응하는 반사도를 나타내는 룩업 테이블 및 상기 제 2 발광부의 상기 두 개 이상의 송출 세기를 가진 상기 적외선 송출 각각에 대한 상기 반사도와 상기 제 2 수광부의 출력 전압에 따른 거리 룩업 테이블을 저장하고 있는 메모리를 더 포함하는 적외선 센서 모듈.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 1 발광부의 상기 두 개 이상의 송출 세기를 가진 상기 적외선 송출 각각에 대한 상기 제 1 수광부의 최고 출력 전압값을 기준으로 상기 룩업 테이블을 이용하거나 상기 룩업 테이블을 참고한 보간법(interpolation)을 통해 상기 물체의 반사도를 측정하는 적외선 센서 모듈.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 2 발광부의 상기 단일 세기의 상기 적외선 송출에 대한 상기 제 2 수광부의 출력 전압을 기준으로 상기 거리 룩업 테이블을 이용하거나 상기 거리 룩업 테이블을 참고한 보간법(interpolation)을 통해 상기 물체까지의 거리를 측정하는 적외선 센서 모듈.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 2 발광부의 상기 두 개 이상의 송출 세기를 가진 상기 적외선 송출 각각에 대한 상기 제 2 수광부의 출력 전압을 기준으로 상기 거리 룩업 테이블을 이용하거나 상기 거리 룩업 테이블을 참고한 보간법(interpolation)을 통해 상기 물체까지의 거리를 측정하는 적외선 센서 모듈.
  11. 물체로 적외선을 송출하는 제 1 발광부와, 상기 물체로부터 반사된 적외선의 광량을 검출하는 제 1 수광부 및 제 2 수광부로 이루어지는 적외선 센서;
    상기 제 1 수광부의 최고 출력 전압을 이용하여 상기 물체의 반사도를 측정하고, 상기 측정된 물체의 반사도 및 상기 제 2 수광부의 출력 전압을 이용하여 상기 물체까지의 거리를 측정하는 제어부를 포함하는 적외선 센서 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 수광부는 상기 제 2 수광부의 바깥쪽에 배치되는 적외선 센서 모듈.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 물체의 반사도 측정 시 상기 제 1 발광부가 두 개 이상의 송출 세기를 가진 상기 적외선을 번갈아 송출하도록 상기 제 1 발광부를 제어하는 적외선 센서 모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 물체까지의 거리 측정 시 상기 제 1 발광부가 두 개 이상의 송출 세기를 가진 상기 적외선을 송출하도록 상기 제 1 발광부를 제어하는 적외선 센서 모듈.
  15. 물체로 적외선을 송출하는 제 1 발광부 및 제 2 발광부와, 상기 물체로부터 반사된 적외선의 광량을 검출하는 제 1 수광부로 이루어지는 적외선 센서;
    상기 제 1 발광부의 적외선 송출에 대한 상기 제 1 수광부의 최고 출력 전압을 이용하여 상기 물체의 반사도를 측정하고, 상기 측정된 물체의 반사도 및 상기 제 2 발광부의 적외선 송출에 대한 상기 제 1 수광부의 출력 전압을 이용하여 상기 물체까지의 거리를 측정하는 제어부를 포함하는 적외선 센서 모듈.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 발광부는 상기 제 2 발광부의 바깥쪽에 배치되는 적외선 센서 모듈.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 물체의 반사도 측정 시 상기 제 1 발광부가 두 개 이상의 송출 세기를 가진 상기 적외선을 번갈아 송출하도록 상기 제 1 발광부를 제어하는 적외선 센서 모듈.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 물체까지의 거리 측정 시 상기 제 2 발광부가 단일 세기의 상기 적외선을 송출하도록 상기 제 2 발광부를 제어하는 적외선 센서 모듈.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 물체까지의 거리 측정 시 상기 제 2 발광부가 두 개 이상의 송출 세기를 가진 상기 적외선을 송출하도록 상기 제 2 발광부를 제어하는 적외선 센서 모듈.
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