KR20160088578A - 서로 다른 파장의 광신호를 이용한 거리 측정 방법 및 장치 - Google Patents

서로 다른 파장의 광신호를 이용한 거리 측정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

광신호의 위상 차이를 이용한 거리 측정 방법은, 제1 파장 길이를 갖는 제1 광신호와, 상기 제1 파장 길이보다 짧은 제2 파장 길이를 갖는 제2 광신호를 측정 대상물로 송신하는 단계와, 상기 측정 대상물에서 반사된 상기 제1 파장 길이를 갖는 제1 반사 광신호와, 상기 제2 파장 길이를 갖는 제2 반사 광신호를 수신하는 단계와, 상기 제1 광신호와 상기 제1 반사 광신호의 위상 차이를 토대로 상기 측정 대상물까지의 제1 측정거리를 산출하고, 상기 제2 광신호와 상기 제2 반사 광신호의 위상 차이를 토대로 상기 측정 대상물까지의 제2 측정거리를 산출하는 단계와, 상기 제1 및 제2 측정거리와, 상기 제2 파장 길이를 토대로 최종 측정거리를 산출함에 있어서, 상기 제1 측정거리가 상기 제2 파장의 길이의 몇 배가 되는지를 계산하여, 상기 제2 파장의 측정 정밀도를 상기 최종 측정거리에 반영하는 단계를 포함한다.

Description

광신호를 이용한 거리 측정 방법 및 장치{METHOD OF MEASURING DISTANCE BASED ON OPTICAL SIGNALS AND APPARATUS THEREOF}
본 발명은 거리 측정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 다른 파장 길이를 갖는 복수의 광신호를 이용한 거리 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
레이저 신호 등과 같은 광신호를 이용하여 거리를 측정하는 방법은, 광신호의 변조 방법에 따라 타임-오브-플라이트(time-of-flight, TOF) 방식과 위상 변환(phase-shift) 방식으로 구분될 수 있다.
타임-오브-플라이트 방식은 펄스 또는 구형파 신호를 송신하고, 측정 범위 내에 있는 물체들로부터의 반사 펄스가 수신기에 도착하는 시간을 측정함으로서 측정 대상과의 거리를 산출한다.
위상-변환 방식은 특정 파장 길이를 가진 광신호를 방출하고, 측정 범위 내에 있는 물체로부터 반사되는 신호의 위상 변화량을 측정하여 거리를 산출한다.
한편, 종래에는 위상-변환 방식을 이용하여 거리를 측정할 때, 고정된 파장 길이를 갖는 하나의 광신호 또는 복수의 광신호를 이용하여, 송신신호와 반사신호의 위상차이를 토대로 물체의 거리를 측정하는 방식을 이용하였다.
광신호의 주파수 최대측정 거리
0.1 Mhz 1,500m
0.2 Mhz 750m
0.3 Mhz 500m
1 Mhz 150m
2 Mhz 75m
5 Mhz 30m
10 Mhz 15m
20 Mhz 7.5m
50 Mhz 3m
100 Mhz 1.5m
표 1은 광신호의 주파수에 따른 최대 측정거리를 나타낸 표이다. 표 1은 광신호의 한 주기 동안의 이동거리(파장)를 토대로 이론적으로 측정할 수 있는 최대거리를 나타낸 것이다.
표 1을 참조하면, 광신호의 주파수가 낮아질수록 측정거리는 증가하며, 광신호의 주파수가 높아질수록 측정거리는 감소한다. 즉, 파장은 광신호 등과 같은 파동이 한주기 동안에 진행하는 거리(길이)이다. 따라서 광신호의 주파수가 높아지게 되면 파장이 짧아지게 되어 측정거리는 감소하고, 광신호의 주파수가 낮아지면 파장이 길어지게 되어 측정거리는 증가한다. 또한, 광신호의 주파수가 낮아질수록 측정거리는 증가하나 측정 정밀도는 감소하며, 광신호의 주파수가 높아질수록 측정거리는 감소하나 측정 정밀도는 증가한다.
한편, 고정된 주파수(고정된 파장 길이)를 갖는 광신호를 이용하여 거리를 측정할 경우, 측정 거리 확장성과 측정 정밀도를 모두 만족시키기 힘들다. 따라서 측정거리 확장과 측정 정밀도를 동시에 향상시킬 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 서로 다른 파장 길이를 갖는 복수의 광신호를 이용하여, 측정거리 확장과 측정 정밀도를 동시에 향상시킬 수 있는 거리 측정 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광신호의 위상 차이를 이용한 거리 측정 방법은, 제1 파장 길이를 갖는 제1 광신호와, 상기 제1 파장 길이보다 짧은 제2 파장 길이를 갖는 제2 광신호를 측정 대상물로 송신하는 단계; 상기 측정 대상물에서 반사된 상기 제1 파장 길이를 갖는 제1 반사 광신호와, 상기 제2 파장 길이를 갖는 제2 반사 광신호를 수신하는 단계; 상기 제1 광신호와 상기 제1 반사 광신호의 위상 차이를 토대로 상기 측정 대상물까지의 제1 측정거리를 산출하고, 상기 제2 광신호와 상기 제2 반사 광신호의 위상 차이를 토대로 상기 측정 대상물까지의 제2 측정거리를 산출하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 측정거리와, 상기 제2 파장 길이를 토대로 최종 측정거리를 산출함에 있어서, 상기 제1 측정거리가 상기 제2 파장의 길이의 몇 배가 되는지를 계산하여, 상기 제2 파장의 측정 정밀도를 상기 최종 측정거리에 반영하는 단계;를 포함하는 거리 측정 방법이 제공된다.
상기 제2 파장의 측정 정밀도를 상기 최종 측정거리에 반영하는 단계는, 상기 제1 측정거리를 상기 제2 파장의 길이로 나누기 연산을 하는 단계; 상기 나누기 연산결과의 소수점 이하 부분은 반올림, 올림 및 내림 중 어느 하나의 산술연산을 수행하여, 정수배 거리를 산출하는 단계; 및 상기 제2 파장의 길이에 상기 정수배 거리를 곱 연산한 결과와, 상기 제2 측정거리를 합산하여, 상기 최종 측정거리를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광신호의 위상 차이를 이용한 거리 측정 방법은, 제1 파장 길이를 갖는 복수의 제1 광신호와, 상기 제1 파장 길이보다 짧은 제2 파장 길이를 갖는 복수의 제2 광신호를 측정 대상물로 송신하는 단계; 상기 측정 대상물에서 반사된 상기 제1 파장 길이를 갖는 복수의 제1 반사 광신호를 서로 다른 위상을 기준으로 수신하고, 상기 제2 파장 길이를 갖는 복수의 제2 반사 광신호를 서로 다른 위상을 기준으로 수신하는 단계; 서로 다른 위상을 기준으로 수신한 상기 복수의 제1 반사 광신호를 토대로 상기 제1 반사 광신호의 최종 위상을 계산하고, 상기 제1 반사 광신호의 최종 위상과 상기 제1 광신호의 위상 차이를 토대로 상기 측정 대상물까지의 제1 측정거리를 산출하는 단계; 서로 다른 위상을 기준으로 수신한 상기 복수의 제2 반사 광신호를 토대로 상기 제2 반사 광신호의 최종 위상을 계산하고, 상기 제2 반사 광신호의 최종 위상과 상기 제2 광신호의 위상 차이를 토대로 상기 측정 대상물까지의 제2 측정거리를 산출하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 측정거리와, 상기 제2 파장 길이를 토대로 최종 측정거리를 산출함에 있어서, 상기 제1 측정거리가 상기 제2 파장의 길이의 몇 배가 되는지를 계산하여, 상기 제2 파장의 측정 정밀도를 상기 최종 측정거리에 반영하는 단계;를 포함한다.
상기 제2 파장의 측정 정밀도를 상기 최종 측정거리에 반영하는 단계는, 상기 제1 측정거리를 상기 제2 파장의 길이로 나누기 연산을 하는 단계; 상기 나누기 연산결과의 소수점 이하 부분은 반올림, 올림 및 내림 중 어느 하나의 산술연산을 수행하여, 정수배 거리를 산출하는 단계; 및 상기 제2 파장의 길이에 상기 정수배 거리를 곱 연산한 결과와, 상기 제2 측정거리를 합산하여, 상기 최종 측정거리를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 제1 반사 광신호와, 상기 복수의 제2 반사 광신호를 서로 다른 위상을 기준으로 수신하는 단계는, 순차적으로 수신되는 상기 복수의 제1 반사 광신호 중 첫 번째 제1 반사 광신호를 제1 위상을 기준으로 수신하는 단계; 두 번째 제1 반사 광신호를 제2 위상을 기준으로 수신하는 단계; 세 번째 제1 반사 광신호를 제3 위상을 기준으로 수신하는 단계; 네 번째 제1 반사 광신호를 제4 위상을 기준으로 수신하는 단계; 순차적으로 수신되는 상기 복수의 제2 반사 광신호 중 첫 번째 제2 반사 광신호를 제1 위상을 기준으로 수신하는 단계; 두 번째 제2 반사 광신호를 제2 위상을 기준으로 수신하는 단계; 세 번째 제2 반사 광신호를 제3 위상을 기준으로 수신하는 단계; 네 번째 제2 반사 광신호를 제4 위상을 기준으로 수신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 위상은 0도, 상기 제2 위상은 90도, 상기 제3 위상은 180도, 상기 제4 위상은 270도인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 광신호의 위상 차이를 이용한 거리 측정 장치는, 제1 파장 길이를 갖는 제1 광신호와, 상기 제1 파장 길이보다 짧은 제2 파장 길이를 갖는 제2 광신호를 측정 대상물로 송신하는 광신호 송신부; 및 상기 측정 대상물에서 반사된 상기 제1 파장 길이를 갖는 제1 반사 광신호와, 상기 제2 파장 길이를 갖는 제2 반사 광신호를 수신하는 광신호 수신부;를 포함하며, 상기 광신호 수신부는, 상기 제1 광신호와 상기 제1 반사 광신호의 위상 차이를 토대로 상기 측정 대상물까지의 제1 측정거리를 산출하고, 상기 제2 광신호와 상기 제2 반사 광신호의 위상 차이를 토대로 상기 측정 대상물까지의 제2 측정거리를 산출하며, 상기 제1 및 제2 측정거리와, 상기 제2 파장 길이를 토대로 최종 측정거리를 산출함에 있어서, 상기 제1 측정거리가 상기 제2 파장의 길이의 몇 배가 되는지를 계산하여, 상기 제2 파장의 측정 정밀도를 상기 최종 측정거리에 반영하는 것을 특징으로 한다.
상기 광신호 수신부는, 상기 제2 파장의 측정 정밀도를 상기 최종 측정거리에 반영함에 있어서, 상기 제1 측정거리를 상기 제2 파장의 길이로 나누기 연산하고, 상기 나누기 연산결과의 소수점 이하 부분은 반올림, 올림 및 내림 중 어느 하나의 산술연산을 수행하여, 정수배 거리를 산출하고, 상기 제2 파장의 길이에 상기 정수배 거리를 곱 연산한 결과와, 상기 제2 측정거리를 합산하여, 상기 최종 측정거리를 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 광신호의 위상 차이를 이용한 거리 측정 장치는, 제1 파장 길이를 갖는 복수의 제1 광신호와, 상기 제1 파장 길이보다 짧은 제2 파장 길이를 갖는 복수의 제2 광신호를 측정 대상물로 송신하는 광신호 송신부; 및 상기 측정 대상물에서 반사된 상기 제1 파장 길이를 갖는 복수의 제1 반사 광신호를 서로 다른 위상을 기준으로 수신하고, 상기 제2 파장 길이를 갖는 복수의 제2 반사 광신호를 서로 다른 위상을 기준으로 수신하는 광신호 수신부;를 포함하며, 상기 광신호 수신부는, 서로 다른 위상을 기준으로 수신한 상기 복수의 제1 반사 광신호를 토대로 상기 제1 반사 광신호의 최종 위상을 계산하고, 상기 제1 반사 광신호의 최종 위상과 상기 제1 광신호의 위상 차이를 토대로 상기 측정 대상물까지의 제1 측정거리를 산출하고, 서로 다른 위상을 기준으로 수신한 상기 복수의 제2 반사 광신호를 토대로 상기 제2 반사 광신호의 최종 위상을 계산하고, 상기 제2 반사 광신호의 최종 위상과 상기 제2 광신호의 위상 차이를 토대로 상기 측정 대상물까지의 제2 측정거리를 산출하며, 상기 제1 및 제2 측정거리와, 상기 제2 파장 길이를 토대로 최종 측정거리를 산출함에 있어서, 상기 제1 측정거리가 상기 제2 파장의 길이의 몇 배가 되는지를 계산하여, 상기 제2 파장의 측정 정밀도를 상기 최종 측정거리에 반영하는 것을 특징으로 한다.
상기 광신호 수신부는, 상기 제2 파장의 측정 정밀도를 상기 최종 측정거리에 반영함에 있어서, 상기 제1 측정거리를 상기 제2 파장의 길이로 나누기 연산하고, 상기 나누기 연산결과의 소수점 이하 부분은 반올림, 올림 및 내림 중 어느 하나의 산술연산을 수행하여, 정수배 거리를 산출하고, 상기 제2 파장의 길이에 상기 정수배 거리를 곱 연산한 결과와, 상기 제2 측정거리를 합산하여, 상기 최종 측정거리를 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 광신호 수신부는, 상기 복수의 제1 반사 광신호와, 상기 복수의 제2 반사 광신호를 서로 다른 위상을 기준으로 수신함에 있어서, 순차적으로 수신되는 상기 복수의 제1 반사 광신호 중 첫 번째 제1 반사 광신호를 제1 위상을 기준으로 수신하고, 두 번째 제1 반사 광신호를 제2 위상을 기준으로 수신하고, 세 번째 제1 반사 광신호를 제3 위상을 기준으로 수신하고, 네 번째 제1 반사 광신호를 제4 위상을 기준으로 수신하는 것을 특징으로 하며, 순차적으로 수신되는 상기 복수의 제2 반사 광신호 중 첫 번째 제2 반사 광신호를 제1 위상을 기준으로 수신하고, 두 번째 제2 반사 광신호를 제2 위상을 기준으로 수신하고, 세 번째 제2 반사 광신호를 제3 위상을 기준으로 수신하고, 네 번째 제2 반사 광신호를 제4 위상을 기준으로 수신하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 위상은 0도, 상기 제2 위상은 90도, 상기 제3 위상은 180도, 상기 제4 위상은 270도인 것을 특징으로 한다.
상기 광신호 수신부는, 제1 내지 제4 위상을 기준으로 수신된 복수의 제1 반사 광신호의 제1 그룹과, 상기 제1 그룹 이후에 수신되는 제1 내지 제4 위상을 기준으로 수신된 복수의 제1 반사 광신호의 제2 그룹의 위상 및 거리를 연산함에 있어서 파이프 라인 형태로 산술연산하고, 제1 내지 제4 위상을 기준으로 수신된 복수의 제2 반사 광신호의 제1 그룹과, 상기 제1 그룹 이후에 수신되는 제1 내지 제4 위상을 기준으로 수신된 복수의 제2 반사 광신호의 제2 그룹의 위상 및 거리를 연산함에 있어서 파이프 라인 형태로 산술연산 하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 파이프 라인 형태로 산술연산함에 있어서, 상기 제1 그룹의 데이터가 S1_A1,S1_A2,S1_A3,S1_A4 순서대로 수신되고, 상기 제2 그룹의 데이터가 S2_A1,S2_A2,S2_A3,S2_A4 순서대로 수신된 경우, 상기 파이프 라인은 S1_A1,S1_A2,S1_A3,S1_A4로 제1 연산을 하고, S1_A2,S1_A3,S1_A4,S2_A1 로 제2 연산을 하고, S1_A3,S1_A4,S2_A1,S2_A2 로 제3 연산을 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 광신호를 이용한 거리 측정 방법 및 장치는, 서로 다른 파장 길이를 갖는 복수의 광신호를 이용하여 대상물의 거리를 측정함으로써, 측정 거리가 확장되면서 동시에 측정 정밀도도 향상시킬 수 있는 효과가 발생한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광신호를 이용한 거리 측정 방법 및 장치는, 일반적인 속도로 셔터동작이 수행되더라도, 복수의 위상을 기준으로 복수의 반사 광신호를 수신하여, 위상을 보다 정밀하게 산출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 송신신호와 수신신호의 위상 차이를 토대로 거리를 측정하는 방법을 나타내는 개념도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 방법 및 장치를 나타낸 기본 개념도.
도 3은 도 2의 광신호 수신부에 포함된 광감지 화소를 나타낸 도면.
도 4는 서로 다른 위상을 기준으로 반사 광신호를 수신하는 방식을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치를 나타낸 구성도.
도 6은 두 개의 위상을 기준으로 복수의 반사 광신호를 수신하여 거리를 산출하는 방식을 나타낸 타이밍 다이어그램.
도 7은 네 개의 위상을 기준으로 복수의 반사 광신호를 수신하여 거리를 산출하는 방식을 나타낸 타이밍 다이어그램.
도 8a 내지 도 8d는 파이프 라인 연산방식을 나타낸 도면.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 송신신호와 수신신호의 위상 차이를 토대로 거리를 측정하는 방법을 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 제1 파형(A)은 송신되는 광신호의 파형이고, 제2 파형(B)은 송신된 광신호가 측정 대상물에 반사되어 되돌아왔을 때의 반사 광신호의 파형이다. 송신된 광신호와 반사된 반사 광신호 사이에는 위상차(Φ)가 발생하는데, 이러한 두 신호의 위상 차이를 토대로 측정 대상물과의 거리를 측정할 수 있다.
<수학식 1>
Φ=ωt = 2πft = 2π(vt/λ)
수학식 1을 참조하면, 광신호의 위상과 파장의 관계가 정의되어 있다.
광신호의 속도를 c, 위상차이를 Φ 라고 할 경우, 수학식 1을 통해서 수학식 2가 산출된다.
<수학식 2>
2D=cΦ/2πf
수학식 2의 2D는 광신호의 발신지와 측정 대상물과의 왕복거리를 나타낸다. 따라서 D는 광신호의 발신지와 목표 측정 지점 사이의 거리를 내는 변수로 정의된다.
즉, 광신호를 한 주기 동안 측정 대상물로 송신하고, 반사된 반사 광신호와 송신된 광신호의 위상 차이를 계산하여, 측정 대상물과의 거리를 산출할 수 있다. 또한, 좀 더 정확한 거리 측정을 위해서, 반사 광신호를 한 주기 내에서 서로 다른 위상을 기준으로 측정하는 방식을 사용할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 방법 및 장치를 나타낸 기본 개념도이다.
도 2를 참조하면, 거리 측정 장치(10)는 광신호 송신부(100)와, 광신호 수신부(200)를 구비한다.
광신호 송신부(100)는 제1 파장 길이를 갖는 복수의 제1 광신호(T_F1)를 일정한 시간 간격으로 측정 대상물(20)로 송신한다. 또한, 광신호 송신부(100)는 복수의 제1 광신호(T_F1)를 송신한 이후에, 다시 제1 파장 길이보다 짧은 길이를 갖는 복수의 제2 광신호(T_F2)를 일정한 시간 간격으로 측정 대상물(20)로 송신한다. 실시예에서 복수의 제1 광신호(T_F1) 및 복수의 제2 광신호(T_F2)는 각각 4개(한 주기 기준) 인 것으로 도시되었으나, 광신호의 개수는 실시예에 따라 조절될 수 있다. 참고적으로 본 실시예에서 하나의 광신호는 한 주기 동안의 신호를 의미하므로, 제1 파장의 길이를 갖는 하나의 제1 광신호는 한 주기 동안에 제1 파장의 길이만큼 이동한다.
한편, 광신호 수신부(200)는 측정 대상물(20)에서 반사되는 복수의 제1 반사 광신호(R_F1)를 순차적으로 수신한다. 광신호 수신부(200)는 복수의 제1 반사 광신호(R_F1) 중 첫 번째 수신되는 반사 광신호를 0도의 위상 기준으로 수신한다. 또한, 광신호 수신부(200)는 복수의 제1 반사 광신호(R_F1) 중 두 번째 수신되는 반사 광신호를 90도의 위상 기준으로 수신한다. 또한, 광신호 수신부(200)는 복수의 제1 반사 광신호(R_F1) 중 세 번째 수신되는 반사 광신호를 180도의 위상 기준으로 수신한다. 또한, 광신호 수신부(200)는 복수의 제1 반사 광신호(R_F1) 중 네 번째 수신되는 반사 광신호를 270도의 위상 기준으로 수신한다. 여기에서 0도, 90도, 180도 , 270도의 4개의 위상은 광신호 송신부(100)에서 송신된 제1 광신호(T_F1)의 위상을 기준으로 한다.
또한, 광신호 수신부(200)는 복수의 제1 반사 광신호(R_F1)를 모두 수신한 이후에, 측정 대상물(20)에서 반사되는 복수의 제2 반사 광신호(R_F2)를 순차적으로 수신한다. 광신호 수신부(200)는 복수의 제2 반사 광신호(R_F2) 중 첫 번째 수신되는 반사 광신호를 0도의 위상 기준으로 수신한다. 또한, 광신호 수신부(200)는 복수의 제2 반사 광신호(R_F2) 중 두 번째 수신되는 반사 광신호를 90도의 위상 기준으로 수신한다. 또한, 광신호 수신부(200)는 복수의 제2 반사 광신호(R_F2) 중 세 번째 수신되는 반사 광신호를 180도의 위상 기준으로 수신한다. 또한, 광신호 수신부(200)는 복수의 제2 반사 광신호(R_F2) 중 네 번째 수신되는 반사 광신호를 270도의 위상 기준으로 수신한다. 여기에서 0도, 90도, 180도 , 270도의 4개의 위상은 광신호 송신부(100)에서 송신된 제2 광신호(T_F2)의 위상을 기준으로 한다.
광신호 수신부(200)는 서로 다른 위상을 기준으로 수신된 복수의 제1 반사 광신호(R_F1)와 제1 광신호(T_F1)의 위상 차이를 계산하고, 계산된 결과를 토대로 거리 측정 장치(10)와 측정 대상물(20) 사이의 거리를 산출한다. 즉, 광신호 수신부(200)는 제1 파장 길이(λ1)를 갖는 제1 광신호(T_F1)와 제1 반사 광신호(R_F1)의 위상 차이를 통해서, 제1 파장(λ1)으로 측정된 제1 측정거리(D1)를 산출한다.
또한, 광신호 수신부(200)는 서로 다른 위상을 기준으로 수신된 복수의 제2 반사 광신호(R_F2)와 제2 광신호(T_F2)의 위상 차이를 계산하고, 계산된 결과를 토대로 거리 측정 장치(10)와 측정 대상물(20) 사이의 거리를 산출한다. 즉, 광신호 수신부(200)는 제2 파장 길이(λ2)를 갖는 제2 광신호(T_F2)와 제2 반사 광신호(R_F2)의 위상 차이를 통해서, 제2 파장(λ2)으로 측정된 제2 측정거리(D2)를 산출한다.
제1 측정거리(D1)는 제1 파장(λ1)으로 측정되고, 제2 측정거리(D2)는 제1 파장(λ1) 보다 짧은 길이를 갖는 제2 파장(λ2)으로 측정된 거리이다. 따라서 상대적으로 긴 파장인 제1 파장(λ1)을 통해서는 원거리를 측정할 수 있으나, 측정 정밀도는 떨어진다. 반면에 상대적으로 짧은 파장인 제2 파장(λ2)을 통해서는 근거리만을 측정할 수 있지만, 측정 정밀도는 향상된다.
본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치(10)는 긴 파장(λ1)으로 측정 대상물(20)의 거리를 측정한 이후에, 다시 짧은 파장(λ2)으로 측정 대상물(20)의 거리를 정밀하게 측정한다. 즉, 거리 측정 장치(10)는 긴 파장(λ1)으로 측정한 제1 측정거리(D1)와, 짧은 파장(λ2)으로 측정한 제2 측정거리(D2)와, 제2 파장(λ2)의 길이를 토대로 최종 측정거리(D)를 산출한다.
긴 파장(λ1)으로 측정한 제1 측정거리(D1)와, 짧은 파장(λ2)으로 측정한 제2 측정거리(D2)와, 제2 파장(λ2)의 길이를 통해서 최종 측정거리(D)를 산출하는 과정을 예시하면 다음과 같다.
우선, 긴 파장(λ1)으로 측정할 수 있는 최대 거리가 100m 이고, 짧은 파장(λ2)으로 측정할 수 있는 최대 거리가 10m 라고 가정한다.
- 제1 예시 -
긴 파장(λ1)으로 측정된 제1 측정거리(D1)가 20m 이고, 짧은 파장(λ2)으로 측정된 제2 측정거리(D2)가 10m 라고 가정하면, 최종 측정거리(D)는 제1 측정거리(D1)를 짧은 파장(λ2)의 길이로 나누어서 계산된 정수배 거리와, 제2 측정거리(D2)의 합으로 산출될 수 있다.
즉, 제1 측정거리(D1) 20m에서 짧은 파장(λ2)의 길이 10m 로 나누면 2.0 이 계산되는데, 이는 짧은 파장(λ2)이 두 주기 동안 이동했다는 것을 의미한다. 따라서 최종 측정거리(D)는 제2 측정거리(D2) 10m에, 계산된 정수배 거리 10m를 합하여 20m로 산출된다. 본 예시에서 제1 측정거리(D1)를 짧은 파장(λ2)의 길이로 나누었을 때 정확히 정수배가 될 경우, 긴 파장(λ1)으로 측정된 거리가 짧은 파장(λ2)의 측정 정밀도와 일치하여 오차가 없다는 것을 의미한다. 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.
<수학식 3>
D=D2 + D2max*(D1/D2max), X=(D1/D2max) <단, 소수점 이하는 반올림, X는 정수>
D=D2 +(D2max*Y), Y=X-1
제1 예시를 수학식 3에 대입하면 Y=1 이므로, 최종 측정거리 D=10+(10*1)=20m 로 산출된다.
-제2 예시-
긴 파장(λ1)으로 측정된 제1 측정거리(D1)가 20m 이고, 짧은 파장(λ2)으로 측정된 제2 측정거리(D2)가 9m 라고 가정하면, X=(20/10)=2.0 이고, Y=2-1=1 이므로, 수학식 3에 의해서 최종 측정거리 D=9+(10*1)=19m 로 산출된다. 즉, 긴 파장(λ1)으로 측정된 거리는 20m 이지만, 짧은 파장(λ2)의 측정 정밀도 기준으로 다시 거리를 계산하면 최종 측정거리(D)가 19m 로 산출된다.
-제3 예시-
긴 파장(λ1)으로 측정된 제1 측정거리(D1)가 21m 이고, 짧은 파장(λ2)으로 측정된 제2 측정거리(D2)가 10m 라고 가정하면, X=(21/10)=2.1 이고, Y=2-1=1 이므로, 수학식 3에 의해서 최종 측정거리 D=10+(10*1)=20m 로 산출된다. 즉, 긴 파장(λ1)으로 측정된 거리는 21m 이지만, 짧은 파장(λ2)의 측정 정밀도 기준으로 다시 거리를 계산하면 최종 측정거리(D)가 20m 로 산출된다.
-제4 예시-
긴 파장(λ1)으로 측정된 제1 측정거리(D1)가 19m 이고, 짧은 파장(λ2)으로 측정된 제2 측정거리(D2)가 10m 라고 가정하면, X=(19/10)=1.9 이고, Y=2-1=1 이므로, 수학식 3에 의해서 최종 측정거리 D=10+(10*1)=20m 로 산출된다. 제4 예시에서 X 값이 1.9 인데, 소수 이하의 값이 반올림 되어 Y값이 1로 산출된다. 즉, X값의 소수점 이하의 값은 긴 파장(λ1)으로 측정할 때와 짧은 파장(λ2)으로 측정할 때의 오차라고 간주할 수 있다. 본 실시예에서는 X값의 소수점 이하의 값을 반올림하여 Y 값을 산출하였으나, 이는 긴 파장(λ1)과 짧은 파장(λ2)의 최대 측정거리 비율과 측정오차 비율에 따라 특정 소수점 값을 올림하거나 내림하여 Y 값을 산출할 수도 있다. 즉, 긴 파장(λ1)으로 측정할 때와 짧은 파장(λ2)으로 측정할 때의 오차라고 간주할 수 있는, X값의 소수점 이하의 값의 처리는 실시예에 따라 조절될 수 있다.
제1 내지 제4 예시를 참조하면, 긴 파장(λ1)으로 측정된 제1 측정거리(D1)가 짧은 파장(λ2)의 길이의 몇 배가 되는지를 산출하여, 짧은 파장(λ2)의 측정 정밀도를 최종 측정거리(D)에 반영하는 방식임을 확인할 수 있다.
도 3은 도 2의 광신호 수신부(200)에 포함된 광감지 화소를 나타낸 도면이다.
광신호 수신부(200)에는 도 3에 도시된 광감지 화소가 2차원 상으로 복수 개 배열된 화소 어레이가 구비될 수 있으나, 본 실시예에서는 하나의 광감지 화소만을 통해서 설명하기로 한다.
광감지 화소는 4개의 NMOS 트랜지스터(MN0~MN3)와, 포토 다이오드(PD)를 구비한다. 본 실시예에서 광감지 화소는 광감지 소자로써 포토 다이오드(PD)를 구비하였으나, 실시예에 따라 포토 트랜지스터, 전하결합소자 등 과 같은 다양한 광감지 소자가 구비될 수 있다.
제1 NMOS 트랜지스터(MN0)는 전원전압단(VDD)과 감지노드(FD) 사이에 접속되고, 리셋신호(RST)의 제어를 받는다. 제2 NMOS 트랜지스터(MN1)는 감지노드(FD)와 포토 다이오드(PD)의 캐소드(Cathode) 사이에 접속되고, 셋신호(SET)의 제어를 받는다. 포토 다이오드(PD)는 제2 NMOS 트랜지스터(MN1)의 일단과 접지전압단(VSS) 사이에 접속된다. 제3 NMOS 트랜지스터(MN2)는 전원전압단(VDD)과 제1 노드(N0) 사이에 접속되고 감지노드(FD)의 전압레벨에 의해 제어된다. 제4 NMOS 트랜지스터(MN3)는 제1 노드(N0)와 접지전압단(VSS) 사이에 접속되고 선택신호(SEL)의 제어를 받는다.
상기와 같이 구성되는 광감지 화소의 동작을 간략히 설명하면 다음과 같다.
광감지 화소는 제어부 - 미도시됨 - 에서 출력되는 리셋신호(RST), 셋신호(SET), 선택신호(SEL)의 제어를 통해서 동작한다. 리셋신호(RST), 셋신호(SET), 선택신호(SEL)는 특정 타이밍에서 하이레벨 또는 로우레벨로 활성화 되어 해당 NMOS 트랜지스터를 선택적으로 동작시킨다.
우선, 광감지 화소를 초기화 시키기 위해서, 리셋신호(RST)와 셋신호(SET)가 활성화 되면, 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터(MN0,MN1)가 턴온(TURN ON) 되어 감지노드(FD)의 전위를 초기화 시키게 된다.
다음으로, 리셋신호(RST) 및 셋신호(SET)가 비활성화 되고, 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터(MN0,MN1)가 턴오프(TURN OFF) 된 상태에서 포토 다이오드(PD)에 광신호가 인가되면, 포토 다이오드(PD)에 광량이 누적된다. 이때, 셋신호(SET)가 활성화 되면 제2 NMOS 트랜지스터(MN1)가 턴온(TURN ON) 되면서 감지노드(FD)의 전위가 포토 다이오드(PD)에 누적된 광량에 비례하여 변하게 되고, 다시 선택신호(SEL)가 활성화 되면, 감지노드(FD)의 전위에 대응하는 전압레벨의 출력신호(OUT)가 출력된다. 출력신호(OUT)는 버퍼링되어 아날로그 전압 그대로 사용될 수도 있고, 비교기를 통해서 디지털 신호로 전환될 수 있다.
포토 다이오드(PD)에 인가되는 반사 광신호의 광량을 감지한 상태에서, 리셋신호(RST), 셋신호(SET) 및 선택신호(SEL)에 의해서 출력신호(OUT)가 출력되는 한 번의 과정을 한 번의 셔터동작 이라고 정의하기로 한다. 셔터동작의 속도는 포토 다이오드 등과 같은 광감지 소자가 얼마나 빠르게 광량을 감지할 수 있는지에 따라 결정된다.
따라서 반사 광신호가 광감지 소자에 도달할 때, 반사 광신호의 한 주기 동안 서로 다른 위상을 기준으로 여러 번의 셔터동작을 수행하기 위해서는 매우 빠르게 반응하는 광감지 소자를 사용하거나, 빠르게 증폭시키는 증폭회로가 추가되는 것이 바람직하다.
또한, 일반적인 포토 다이오드(PD)를 광감지 소자로써 이용하는 경우, 한 주기의 반사 광신호가 포토 다이오드(PD)에 도달하더라도, 포토 다이오드(PD)가 감지할 수 있는 광량에 미치지 못할 경우가 발생할 수 있다. 따라서 한 주기의 반사 광신호를 감지하기 위해서는 매우 빠르게 반응하는 광감지 소자를 사용하거나, 빠르게 증폭시키는 증폭회로가 추가되는 것이 바람직하다.
따라서 반응속도가 일반적인 포토 다이오드(PD)를 광감지 소자로써 이용하는 경우, 한 번의 셔터동작 구간 동안에 복수의 반사 광신호가 포토 다이오드(PD)에 도달하게 되고, 포토 다이오드(PD)가 그 광량을 누적한 상태에서 셋(SET) 신호가 활성화 되어 출력신호(OUT)를 생성하게 되고, 출력신호(OUT)의 위상과 송신된 광신호의 위상 차이를 계산하여, 그 계산 결과를 토대로 거리를 산출한다.
본 실시예에서는 본 발명의 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위해, 광감지 소자가 한 주기의 반사 광신호를 감지하여 위상을 계산할 수 있다고 가정하고 설명한다. 따라서 일반적인 포토 다이오드(PD)를 광감지 소자로 이용하는 경우, 한 주기의 반사 광신호는 반사 광신호 그룹으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 신호 및 회로의 활성화 상태를 나타내기 위한 액티브 하이(Active High) 또는 액티브 로우(Active Low)의 구성은 실시예에 따라 달라질 수 있다. 또한, 동일한 기능을 구현하기 위해 필요에 따라 트랜지스터의 구성은 변경될 수 있다. 즉, PMOS 트랜지스터와 NMOS 트랜지스터의 구성은 서로 대체될 수 있을 것이며, 필요에 따라 다양한 트랜지스터를 이용하여 구현될 수 있다.
도 4는 서로 다른 위상을 기준으로 반사 광신호를 수신하는 방식을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 반사 광신호가, 송신된 광신호의 위상을 기준으로 0도, 90도, 180도, 270도 마다 수신하는 과정이 도시되어 있다.
광신호를 한 주기 동안 측정 대상물로 송신하고, 반사된 반사 광신호와 송신된 광신호의 위상 차이를 계산하여 측정 대상물과의 거리를 산출할 때, 하나의 위상을 기준으로 반사 광신호를 수신하고, 송신된 광신호의 위상과 비교하여 두 신호의 위상 차이를 계산할 수도 있다. 이때, 좀 더 정확한 거리 측정을 위해서는, 서로 다른 위상을 기준으로 반사 광신호를 수신하고 그 수신된 결과를 조합하여 반사 광신호와 송신된 광신호의 위상 차이를 계산할 수 도 있다.
0도, 90도, 180도, 270도를 기준으로 반사 광신호를 수신하여, 반사 광신호의 위상을 산출하는 수식은 수학식 4 로 표기할 수 있다.
<수학식4>
A1 = b + acos(π/2-φ) = b + asinφ
A2 = b + acos(π-φ) = b - acosφ
A3 = b + acos(3π/2-φ) = b - asinφ
A4 = b + acos(-φ) = b + acosφ
(A1-A3)/(A2-A4) = 2asinφ/2acosφ = -tanφ
φ = arctan ((A1-A3)/(A2-A4)), d = c*φ/4πf
도 4에서는 반사 광신호의 한 주기 내에서 서로 다른 위상을 기준으로 측정하는 방식을 설명하였으나, 도 2와 같이, 광신호 수신부(200)에 복수의 제1 반사 광신호(R_F1)가 수신되는 경우 첫 번째 제1 반사 광신호(R_F1)는 0도 기준으로 수신하고, 두 번째 제1 반사 광신호(R_F1)는 90도 기준으로 수신하고, 세 번째 제1 반사 광신호(R_F1)는 180도 기준으로 수신하고, 네 번째 제1 반사 광신호(R_F1)는 270도 기준으로 수신한 후, 수학식 4를 이용하여 제1 반사 광신호(R_F1)의 최종 위상을 계산할 수 있다.
참고적으로 복수의 제1 반사 광신호(R_F1)는 모두 동일한 위상을 가지고 반사되는 신호이며, 단지 광신호 수신부(200)에서 복수의 제1 반사 광신호(R_F1)를 서로 다른 위상을 기준으로 수신하고, 그 위상을 조합하여 제1 반사 광신호(R_F1)의 최종 위상을 계산하는 것이다. 이때 위상은 송신된 제1 광신호(T_F1)의 위상을 기준으로 하므로, 광신호 송신부(100)는 제1 광신호(T_F1)를 송신할 때, 그 타이밍 정보를 제어부 - 미도시됨 - 또는 광신호 수신부(200)로 전송하도록 구성된다.
또한, 광신호 수신부(200)는 복수의 제1 반사 광신호(R_F1)를 모두 수신하고 위상을 계산한 후, 제1 광신호(T_F1)보다 짧은 파장을 갖는 복수의 제2 광신호(T_F2)를 순차적으로 수신 받도록 구성될 수 있다. 즉, 광신호 수신부(200)에 복수의 제2 반사 광신호(R_F2)가 수신되는 경우 첫 번째 제2 반사 광신호(R_F2)는 0도 기준으로 수신하고, 두 번째 제2 반사 광신호(R_F2)는 90도 기준으로 수신하고, 세 번째 제2 반사 광신호(R_F2)는 180도 기준으로 수신하고, 네 번째 제2 반사 광신호(R_F2)는 270도 기준으로 수신한 후, 수학식 4를 이용하여 제2 반사 광신호(R_F2)의 최종 위상을 계산할 수 있다.
복수의 제1 반사 광신호(R_F1)를 통해서 계산된 제1 반사 광신호(R_F1)의 최종 위상과 송신된 제1 광신호(T_F1)의 위상 차이를 고려하면, 측정 대상물까지의 거리가 산출된다. 즉, 긴 파장(λ1)으로 측정한 제1 측정거리(D1)가 산출된다.
또한, 복수의 제2 반사 광신호(R_F2)를 통해서 계산된 제2 반사 광신호(R_F2)의 최종 위상과, 송신된 제2 광신호(T_F2)의 위상 차이를 고려하면, 측정 대상물까지의 거리가 산출된다. 즉, 짧은 파장(λ2)으로 측정한 제2 측정거리(D2)가 산출된다.
따라서 도 2를 통해서 상세히 설명한 바와 같이, 긴 파장(λ1)으로 측정 대상물(20)의 거리를 측정한 이후에, 다시 짧은 파장(λ2)으로 측정 대상물(20)의 거리를 정밀하게 측정할 수 있는 거리 측정 장치(10)를 통해서, 측정 거리를 확장시키면서 동시에 측정 정밀도까지 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치를 나타낸 구성도이다.
본 실시예에 따른 거리 측정 장치(10)는 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.
도 5를 참조하면, 거리 측정 장치(10)는 광신호 송신부(100)와 광신호 수신부(200)를 구비한다. 광신호 송신부(100)는 위상 조절부(110)와, 펄스 생성부(120)와, 광신호 출력부(130)를 포함한다. 또한, 광신호 수신부(200)는 영상 입력부(210)와, 위상 검출부(220)와, 거리 측정부(230)와, 제어부(240)를 포함한다.
상기와 같이 구성되는 거리 측정 장치(10)의 주요동작을 살펴보면 다음과 같다.
위상 조절부(110)는 송신하고자 하는 광신호의 위상 및 파장의 길이를 설정한다. 또한, 펄스 생성부(120)는 위상 조절부(110)에서 설정된 정보를 바탕으로 제어펄스를 생성하고, 광신호 출력부(130)는 제어펄스의 제어에 따라 설정된 위상 및 파장의 길이를 갖는 광신호를 송신한다. 광신호 출력부(130)는 레이저 다이오드, 발광 다이오드 등과 같은 발광소자로 구성될 수 있다.
또한, 영상 입력부(210)는 측정 대상물(20)로부터 반사되어 되돌아오는 반사 광신호를 수신한다. 영상 입력부(210)는 광감지 화소가 2차원 상으로 복수 개 배열된 화소 어레이를 포함할 수 있다. 위상 검출부(220)는 광감지 화소를 통해서 수신된 반사 광신호의 위상을 검출하고, 거리 측정부(230)는 검출된 위상을 토대로 거리 측정 장치(10)와 측정 대상물(20) 사이의 최종 측정거리를 산출한다. 제어부(240)는 위상 조절부(110)에서 설정된 광신호의 위상 및 파장의 길이 정보를 영상 입력부(210)로 제공하여, 영상 입력부(210) 내부에서 셔터동작이 원활한 타이밍 마다 수행될 수 있도록 한다. 즉, 제어부(240)는 송신되는 광신호의 위상 및 파장의 길이 정보를 토대로 영상 입력부(210)의 광감지 화소에 리셋신호(RST), 셋신호(SET) 및 선택신호(SEL)를 제공한다.
상기와 같이 구성되는 거리 측정 장치(10)를 이용하여 측정 대상물(20)까지의 거리를 측정하는 과정을 보다 자세히 설명하기로 한다.
우선, 반사되는 신호를 한 위상을 기준으로 수신하여 위상 차이를 계산하고, 위상 차이를 토대로 거리를 산출하도록 구성되는 거리 측정 장치(10)의 세부동작에 대해서 설명하면 다음과 같다.
광신호 송신부(100)는 제1 파장 길이(λ1)를 갖는 제1 광신호(T_F1)와, 제1 파장 길이(λ1)보다 짧은 제2 파장 길이(λ2)를 갖는 제2 광신호(T_F2)를 측정 대상물(20)로 송신한다.
다음으로, 광신호 수신부(200)는 측정 대상물(20)에서 반사된 제1 파장 길이(λ1)를 갖는 제1 반사 광신호(R_F1)와, 제2 파장 길이(λ2)를 갖는 제2 반사 광신호(R_F2)를 수신한다.
광신호 수신부(200)는, 제1 광신호(T_F1)와 제1 반사 광신호(R_F1)의 위상 차이를 토대로 측정 대상물(20)까지의 제1 측정거리(D1)를 산출하고, 제2 광신호(T_F2)와 제2 반사 광신호(R_F2)의 위상 차이를 토대로 측정 대상물(20)까지의 제2 측정거리(D2)를 산출한다.
또한, 광신호 수신부(200)는 제1 및 제2 측정거리(D1,D2)와, 제2 파장 길이(λ2)를 토대로 최종 측정거리를 산출함에 있어서, 제1 측정거리(D1)가 제2 파장(λ2)의 길이의 몇 배가 되는지를 계산하여, 제2 파장(λ2)의 측정 정밀도를 최종 측정거리(D)에 반영하게 된다.
즉, 광신호 수신부(200)는 제2 파장(λ2)의 측정 정밀도를 최종 측정거리(D)에 반영하게 되며, 이 과정에 대한 상세한 설명은 다음과 같다. 우선, 제1 측정거리(D1)를 제2 파장(λ2)의 길이로 나누기 연산하고, 나누기 연산결과의 소수점 이하 부분은 반올림, 올림 및 내림 중 어느 하나의 산술연산을 수행하여 정수배 거리를 산출한다. 다음으로, 광신호 수신부(200)는 제2 파장(λ2)의 길이에 정수배 거리를 곱 연산한 결과와, 제2 측정거리(D2)를 합산하여, 최종 측정거리(D)를 산출하게 된다. 본 실시예에서 나누기 연산결과의 소수점 이하 부분은, 도 2에서 설명한 바와 같이 반올림 연산을 수행한다.
상술한 바와 같이 광신호의 위상 차이를 이용한 거리 측정 방법은, 제1 파장 길이를 갖는 제1 광신호와, 제1 파장 길이보다 짧은 제2 파장 길이를 갖는 제2 광신호를 측정 대상물로 송신하는 단계와, 측정 대상물에서 반사된 제1 파장 길이를 갖는 제1 반사 광신호와, 제2 파장 길이를 갖는 제2 반사 광신호를 수신하는 단계와, 제1 광신호와 제1 반사 광신호의 위상 차이를 토대로 상기 측정 대상물까지의 제1 측정거리를 산출하고, 제2 광신호와 상기 제2 반사 광신호의 위상 차이를 토대로 측정 대상물까지의 제2 측정거리를 산출하는 단계와, 제1 및 제2 측정거리와, 제2 파장 길이를 토대로 최종 측정거리를 산출함에 있어서, 제1 측정거리가 제2 파장의 길이의 몇 배가 되는지를 계산하여, 제2 파장의 측정 정밀도를 상기 최종 측정거리에 반영하는 단계를 통해서 수행될 수 있다.
이때, 제2 파장의 측정 정밀도를 최종 측정거리에 반영하는 단계는, 제1 측정거리를 제2 파장의 길이로 나누기 연산을 하는 단계와, 나누기 연산결과의 소수점 이하 부분은 반올림, 올림 및 내림 중 어느 하나의 산술연산을 수행하여, 정수배 거리를 산출하는 단계와, 제2 파장의 길이에 정수배 거리를 곱 연산한 결과와, 제2 측정거리를 합산하여, 최종 측정거리를 산출하는 단계를 통해서 수행될 수 있다.
한편, 한 주기 동안 네 개의 위상을 기준으로 신호를 수신하기 위해서는 영상 입력부(210)의 셔터동작이 굉장히 빨라야 하는데, 광감지 화소의 리셋(RESET) 및 셋(SET) 동작이 느릴 경우 한 주기 동안 네 개의 위상을 기준으로 신호를 수신하기 힘들어진다. 따라서 셔터동작의 속도는 그대로 유지하면서, 반사되는 복수의 신호를 순차적으로 수신하되, 서로 다른 위상 기준으로 수신하여 위상 차이를 계산하고, 그 위상 차이를 토대로 거리를 산출하도록 구성되는 거리 측정 장치(10)의 세부동작에 대해서 설명하면 다음과 같다.
광신호 송신부(100)는 제1 파장 길이(λ1)를 갖는 복수의 제1 광신호(T_F1)와, 제1 파장 길이(λ1)보다 짧은 제2 파장 길이(λ2)를 갖는 복수의 제2 광신호(T_F2)를 측정 대상물(20)로 송신한다.
다음으로, 광신호 수신부(200)는 측정 대상물(20)에서 반사된 제1 파장 길이(λ1)를 갖는 복수의 제1 반사 광신호(R_F1)를 서로 다른 위상을 기준으로 수신하고, 제2 파장 길이(λ2)를 갖는 복수의 제2 반사 광신호(R_F2)를 서로 다른 위상을 기준으로 수신한다.
광신호 수신부(200)는 서로 다른 위상을 기준으로 수신한 복수의 제1 반사 광신호(R_F1)를 토대로 제1 반사 광신호(R_F1)의 최종 위상을 계산하고, 제1 반사 광신호(R_F1)의 최종 위상과 제1 광신호(T_F1)의 위상 차이를 토대로 측정 대상물(20)까지의 제1 측정거리(D1)를 산출한다.
또한, 광신호 수신부(200)는 서로 다른 위상을 기준으로 수신한 복수의 제2 반사 광신호(R_F2)를 토대로 제2 반사 광신호(R_F2)의 최종 위상을 계산하고, 제2 반사 광신호(R_F2)의 최종 위상과 제2 광신호(T_F2)의 위상 차이를 토대로 측정 대상물(20)까지의 제2 측정거리를 산출한다.
광신호 수신부(200)는 제1 및 제2 측정거리(D1,D2)와, 제2 파장 길이(λ2)를 토대로 최종 측정거리를 산출함에 있어서, 제1 측정거리(D1)가 제2 파장(λ2)의 길이의 몇 배가 되는지를 계산하여, 제2 파장(λ2)의 측정 정밀도를 최종 측정거리에 반영한다.
즉, 광신호 수신부(200)는 제2 파장(λ2)의 측정 정밀도를 최종 측정거리(D)에 반영하게 되며, 이에 대한 보다 상세한 설명은 다음과 같다. 우선, 제1 측정거리(D1)를 제2 파장(λ2)의 길이로 나누기 연산하고, 나누기 연산결과의 소수점 이하 부분은 반올림, 올림 및 내림 중 어느 하나의 산술연산을 수행하여 정수배 거리를 산출한다. 다음으로, 광신호 수신부(200)는 제2 파장(λ2)의 길이에 정수배 거리를 곱 연산한 결과와, 제2 측정거리(D2)를 합산하여, 최종 측정거리(D)를 산출하게 된다. 참고적으로, 본 실시예에서 나누기 연산결과의 소수점 이하 부분은, 도 2에서 설명한 바와 같이 반올림 연산을 수행한다.
한편, 광신호 수신부(200)는 복수의 제1 반사 광신호(R_F1)를 서로 다른 위상을 기준으로 수신하여 최종 위상을 계산하고, 복수의 제2 반사 광신호(R_F2)를 서로 다른 위상을 기준으로 수신하여 최종 위상을 계산하게 되는데, 이에 대한 상세한 설명은 다음과 같다.
광신호 수신부(200)는 순차적으로 수신되는 복수의 제1 반사 광신호(R_F1) 중 첫 번째 제1 반사 광신호(R_F1)를 제1 위상을 기준으로 수신하고, 두 번째 제1 반사 광신호(R_F1)를 제2 위상을 기준으로 수신하고, 세 번째 제1 반사 광신호(R_F1)를 제3 위상을 기준으로 수신하고, 네 번째 제1 반사 광신호(R_F1)를 제4 위상을 기준으로 수신한다.
또한, 광신호 수신부(200)는 순차적으로 수신되는 복수의 제2 반사 광신호(R_F2) 중 첫 번째 제2 반사 광신호(R_F2)를 제1 위상을 기준으로 수신하고, 두 번째 제2 반사 광신호(R_F2)를 제2 위상을 기준으로 수신하고, 세 번째 제2 반사 광신호(R_F2)를 제3 위상을 기준으로 수신하고, 네 번째 제2 반사 광신호(R_F2)를 제4 위상을 기준으로 수신한다. 이때, 제1 위상은 0도, 제2 위상은 90도, 제3 위상은 180도, 제4 위상은 270도 라고 가정한다. 제1 내지 제4 위상은 실시예마다 조절될 수 있다.
4개의 서로 다른 위상기준으로 수신된 복수의 제1 반사 광신호(R_F1)와, 4개의 서로 다른 위상기준으로 수신된 복수의 제2 반사 광신호(R_F2)는 각각 수학식 4의 φ = arctan ((A1-A3)/(A2-A4)) 산술 연산을 통해서, 최종 위상이 결정된다. 이에 대한 설명은 도 4를 바탕으로 상세히 설명하였으므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
참고적으로, 광신호 수신부(200)의 위상 검출부(220)는 수학식 4의 φ = arctan ((A1-A3)/(A2-A4)) 연산을 수행하기 위한 고속 산술연산회로 또는 룩업 테이블을 포함하고 있어, 고속 산술연산이 가능하도록 구성될 수 있다.
또한, 측정 대상물의 위치가 실시간으로 변경될 경우, 광감지 화소에서 처리되는 데이터량이 매우 많아지므로, 위상 검출부(220) 및 거리 측정부(230)는 입력되는 데이터를 효율적으로 처리하기 위한 파이프 라인을 포함할 수 있다.
예를 들면, 첫 번째 입력되는 제1 데이터 그룹을 S1_A1,S1_A2,S1_A3,S1_A4 라 하고, 두 번째 입력되는 제2 데이터 그룹을 S2_A1,S2_A2,S2_A3,S2_A4 라고 가정한다면, 파이프라인 구조가 아닐 경우 arctan ((S1_A1-S1_A3)/(S1_A2-S1_A4)) 연산과, arctan ((S2_A1-S2_A3)/(S2_A2-S2_A4)) 연산이 이루어진다. 이는 제1 데이터 그룹 S1_A1,S1_A2,S1_A3,S1_A4, 제2 데이터 그룹 S2_A1,S2_A2,S2_A3,S2_A4 이 모두 순차적으로 입력된 이후에 연산 동작이 수행되므로, 측정 대상물이 움직일 경우, 실시간으로 거리를 측정하기가 힘들다.
이를 파이프라인 구조로 계산할 경우, S1_A1,S1_A2,S1_A3,S1_A4,S2_A1,S2_A2,S2_A3,S2_A4 순서대로 데이터가 수신된 경우, S1_A1,S1_A2,S1_A3,S1_A4 로 제1 연산을 하고, S1_A2,S1_A3,S1_A4,S2_A1 로 제2 연산을 하고, S1_A3,S1_A4,S2_A1,S2_A2 로 제3 연산을 하는 방식과 같이, 데이터가 수신되는 순서대로 연산을 하도록 구성된다. 이와 같이 위상 검출부(220) 및 거리 측정부(230)가 파이프 라인 형태로 구성될 경우, 측정 대상물이 움직이더라도 실시간으로 위치를 측정할 수 있다.
이와 같이, 광신호 수신부(200)는 제1 내지 제4 위상을 기준으로 수신된 복수의 제1 반사 광신호의 제1 그룹과, 제1 그룹 이후에 수신되는 제1 내지 제4 위상을 기준으로 수신된 복수의 제1 반사 광신호의 제2 그룹의 위상 및 거리를 연산할 때, 파이프 라인 형태로 산술연산 하도록 구성될 수 있다.
또한, 광신호 수신부(200)는 제1 내지 제4 위상을 기준으로 수신된 복수의 제2 반사 광신호의 제1 그룹과, 제1 그룹 이후에 수신되는 제1 내지 제4 위상을 기준으로 수신된 복수의 제2 반사 광신호의 제2 그룹의 위상 및 거리를 연산함에 있어서 파이프 라인 형태로 산술연산 하도록 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이 광신호의 위상 차이를 이용한 거리 측정 방법은, 제1 파장 길이를 갖는 복수의 제1 광신호와, 제1 파장 길이보다 짧은 제2 파장 길이를 갖는 복수의 제2 광신호를 측정 대상물로 송신하는 단계와, 측정 대상물에서 반사된 제1 파장 길이를 갖는 복수의 제1 반사 광신호를 서로 다른 위상을 기준으로 수신하고, 제2 파장 길이를 갖는 복수의 제2 반사 광신호를 서로 다른 위상을 기준으로 수신하는 단계와, 서로 다른 위상을 기준으로 수신한 복수의 제1 반사 광신호를 토대로 제1 반사 광신호의 최종 위상을 계산하고, 제1 반사 광신호의 최종 위상과 제1 광신호의 위상 차이를 토대로 측정 대상물까지의 제1 측정거리를 산출하는 단계와, 서로 다른 위상을 기준으로 수신한 복수의 제2 반사 광신호를 토대로 제2 반사 광신호의 최종 위상을 계산하고, 제2 반사 광신호의 최종 위상과 제2 광신호의 위상 차이를 토대로 측정 대상물까지의 제2 측정거리를 산출하는 단계와, 제1 및 제2 측정거리와, 제2 파장 길이를 토대로 최종 측정거리를 산출함에 있어서, 제1 측정거리가 제2 파장의 길이의 몇 배가 되는지를 계산하여, 제2 파장의 측정 정밀도를 최종 측정거리에 반영하는 단계를 통해서 수행될 수 있다.
이때, 제2 파장의 측정 정밀도를 최종 측정거리에 반영하는 단계는, 제1 측정거리를 제2 파장의 길이로 나누기 연산을 하는 단계와, 나누기 연산결과의 소수점 이하 부분은 반올림, 올림 및 내림 중 어느 하나의 산술연산을 수행하여, 정수배 거리를 산출하는 단계와, 제2 파장의 길이에 정수배 거리를 곱 연산한 결과와, 제2 측정거리를 합산하여, 최종 측정거리를 산출하는 단계를 통해서 수행될 수 있다.
또한, 복수의 제1 반사 광신호와, 복수의 제2 반사 광신호를 서로 다른 위상을 기준으로 수신하는 단계는, 순차적으로 수신되는 복수의 제1 반사 광신호 중 첫 번째 제1 반사 광신호를 제1 위상을 기준으로 수신하는 단계와, 두 번째 제1 반사 광신호를 제2 위상을 기준으로 수신하는 단계와, 세 번째 제1 반사 광신호를 제3 위상을 기준으로 수신하는 단계와, 네 번째 제1 반사 광신호를 제4 위상을 기준으로 수신하는 단계와, 순차적으로 수신되는 복수의 제2 반사 광신호 중 첫 번째 제2 반사 광신호를 제1 위상을 기준으로 수신하는 단계와, 두 번째 제2 반사 광신호를 제2 위상을 기준으로 수신하는 단계와, 세 번째 제2 반사 광신호를 제3 위상을 기준으로 수신하는 단계와, 네 번째 제2 반사 광신호를 제4 위상을 기준으로 수신하는 단계를 통해서 수행되며, 제1 위상은 0도, 상기 제2 위상은 90도, 상기 제3 위상은 180도, 상기 제4 위상은 270도로 정의 될 수 있다.
상술한 바와 같은 광신호를 이용한 거리 측정 방법을 요약하면,
광감지 화소가, 빠르게 광량을 감지할 수 있는 광감지 소자를 포함하고 있을 경우, 한 주기의 반사 광신호를 수신하여 그 위상을 계산할 수 있다. 따라서 제1 파장 길이(λ1)를 갖는 제1 광신호를 측정 대상물로 송신하고, 측정 대상물에서 반사되는 제1 반사 광신호를 수신하여 위상을 계산한다. 다음으로, 제1 파장 길이(λ1) 보다 짧은 제2 파장 길이(λ2)를 갖는 제2 광신호를 측정 대상물로 송신하고, 측정 대상물에서 반사되는 제2 반사 광신호를 수신하여 위상을 계산한다.
다음으로, 제1 광신호와 제1 반사 광신호의 위상 차이를 토대로 측정 대상물까지의 제1 측정거리(D1)를 산출하고, 제2 광신호와 제2 반사 광신호의 위상 차이를 토대로 측정 대상물까지의 제2 측정거리(D2)를 산출한다. 마지막으로, 제1 측정거리(D1)가 제2 파장(λ2)의 길이의 몇 배가 되는지를 계산하여, 제2 파장(λ2)의 측정 정밀도를 최종 측정거리(D)에 반영한다.
한편, 광감지 화소가, 일반적인 속도로만 광량을 감지할 수 있는 광감지 소자를 포함하고 있을 경우, 순차적으로 인가되는 복수의 반사 광신호를 수신하여 그 위상을 계산할 수 있다. 즉, 광감지 화소의 셔터동작 속도 조절 없이도 서로 다른 위상을 기준으로 복수의 반사 광신호를 수신할 수 있다.
도 6은 두 개의 위상을 기준으로 반사 광신호를 수신하여 거리를 산출하는 방식을 나타낸 타이밍 다이어그램이다. 도 6은 제1 광신호와 제1 반사 광신호의 위상 관계만 도시되어 있다.
도 6을 참조하여, 두 개의 위상을 기준으로 반사 광신호를 수신하여 거리를 산출하는 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
두 개의 위상을 기준으로, 제1 파장 길이(λ1)를 갖는 복수의 제1 반사 광신호와 제1 파장 길이(λ1) 보다 짧은 제2 파장(λ2) 길이를 갖는 복수의 제2 반사 광신호를 수신할 경우, 위상 0도를 기준으로 첫 번째 제1 반사 광신호를 수신하고, 위상 180도를 기준으로 두 번째 제1 반사 광신호를 수신한다. 그리고 수신된 첫 번째 및 두 번째 제1 반사 광신호의 위상을 고려하여, 제1 반사 광신호의 최종 위상을 계산할 수 있다. 또한, 송신된 제1 광신호와 제1 반사 광신호의 위상 차이를 토대로 측정 대상물까지의 제1 측정거리(D1)를 산출할 수 있다.
그리고 위상 0도를 기준으로 첫 번째 제2 반사 광신호를 수신하고, 위상 180도를 기준으로 두 번째 제2 반사 광신호를 수신한다. 그리고 수신된 첫 번째 및 두 번째 제2 반사 광신호의 위상을 고려하여, 제2 반사 광신호의 최종 위상을 계산할 수 있다. 또한, 송신된 제2 광신호와 제2 반사 광신호의 위상 차이를 토대로 측정 대상물까지의 제2 측정거리(D2)를 산출할 수 있다.
그리고, 제1 측정거리(D1)가 제2 파장(λ2)의 길이의 몇 배가 되는지를 계산하여, 제2 파장(λ2)의 측정 정밀도를 최종 측정거리(D)에 반영한다. 이에 대한 설명은 도 2를 바탕으로 상세히 설명하였으므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 7은 네 개의 위상을 기준으로 반사 광신호를 수신하여 거리를 산출하는 방식을 나타낸 타이밍 다이어그램이다. 도 7은 제1 광신호와 제1 반사 광신호의 위상 관계만 도시되어 있다.
도 7을 참조하여, 네 개의 위상을 기준으로 반사 광신호를 수신하여 거리를 산출하는 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 네 개의 위상을 기준으로, 제1 파장 길이(λ1)를 갖는 복수의 제1 반사 광신호와 제1 파장 길이(λ1) 보다 짧은 제2 파장(λ2) 길이를 갖는 복수의 제2 반사 광신호를 수신할 경우, 위상 0도를 기준으로 첫 번째 제1 반사 광신호를 수신하고, 위상 90도를 기준으로 두 번째 제1 반사 광신호를 수신하고, 위상 180도를 기준으로 세 번째 제1 반사 광신호를 수신하며, 위상 270도를 기준으로 네 번째 제1 반사 광신호를 수신한다. 수신된 첫 번째 내지 네 번째 제1 반사 광신호의 위상을 고려하여, 제1 반사 광신호의 최종 위상을 계산할 수 있다. - 도 4 설명 참조 - 또한, 송신된 제1 광신호와 제1 반사 광신호의 위상 차이를 토대로 측정 대상물까지의 제1 측정거리(D1)를 산출할 수 있다.
다음으로, 위상 0도를 기준으로 첫 번째 제2 반사 광신호를 수신하고, 위상 90도를 기준으로 두 번째 제2 반사 광신호를 수신하고, 위상 180도를 기준으로 세 번째 제2 반사 광신호를 수신하며, 위상 270도를 기준으로 네 번째 제2 반사 광신호를 수신한다. 수신된 첫 번째 내지 네 번째 제2 반사 광신호의 위상을 고려하여, 제2 반사 광신호의 최종 위상을 계산할 수 있다. - 도 4 참조 - 또한, 송신된 제2 광신호와 제2 반사 광신호의 위상 차이를 토대로 측정 대상물까지의 제2 측정거리(D2)를 산출할 수 있다.
마지막으로, 제1 측정거리(D1)가 제2 파장(λ2)의 길이의 몇 배가 되는지를 계산하여, 제2 파장(λ2)의 측정 정밀도를 최종 측정거리(D)에 반영한다. 이에 대한 설명은 도 2를 바탕으로 상세히 설명하였으므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 8a 내지 도 8d는 파이프 라인 연산방식을 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 도 8d를 참조하여 파이프 라인 연산방식을 설명하면 다음과 같다.
측정 대상물의 위치가 실시간으로 변경될 경우, 광감지 화소에서 처리되는 데이터량이 매우 많아지므로, 위상 검출부(220) 및 거리 측정부(230)는 입력되는 데이터를 효율적으로 처리하기 위한 파이프 라인을 포함할 수 있다.
이를 파이프라인 구조로 계산할 경우, S1_A1,S1_A2,S1_A3,S1_A4,S2_A1,S2_A2,S2_A3,S2_A4 순서대로 데이터가 수신된 경우, S1_A1,S1_A2,S1_A3,S1_A4 로 제1 연산을 하고, S1_A2,S1_A3,S1_A4,S2_A1 로 제2 연산을 하고, S1_A3,S1_A4,S2_A1,S2_A2 로 제3 연산을 하는 방식과 같이, 데이터가 수신되는 순서대로 연산을 하도록 구성된다. 이와 같이 위상 검출부(220) 및 거리 측정부(230)가 파이프라인 형태로 구성될 경우, 측정 대상물이 움직이더라도 실시간으로 위치를 측정할 수 있다.
이와 같이, 광신호 수신부(200)는 제1 내지 제4 위상을 기준으로 수신된 복수의 제1 반사 광신호의 제1 그룹과, 제1 그룹 이후에 수신되는 제1 내지 제4 위상을 기준으로 수신된 복수의 제1 반사 광신호의 제2 그룹의 위상 및 거리를 연산할 때, 파이프 라인 형태로 산술연산 하도록 구성될 수 있다.
또한, 광신호 수신부(200)는 제1 내지 제4 위상을 기준으로 수신된 복수의 제2 반사 광신호의 제1 그룹과, 제1 그룹 이후에 수신되는 제1 내지 제4 위상을 기준으로 수신된 복수의 제2 반사 광신호의 제2 그룹의 위상 및 거리를 연산함에 있어서 파이프 라인 형태로 산술연산 하도록 구성될 수 있다.
참고적으로, 본 발명의 실시예에 따른 신호 수신부(200)에는 광감지 화소가 2차원 상으로 복수 개 배열된 화소 어레이가 구비되어 있다. 상술한 설명에서는 하나의 광감지 화소만의 동작을 설명하였으나, 광감지 화소가 2차원 상으로 복수 개 배열된 화소 어레이가 구비될 경우, 거리 측정 장치(10)는 측정 대상물의 촬영된 영상의 각각의 화소 단위로 거리를 측정할 수 있으므로, 이와 같은 화소 어레이의 거리 정보를 이용하여, 측정 대상물의 3D 영상을 구현할 수도 있을 것이다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 거리 측정 장치 20 : 측정 대상물
100 : 광신호 송신부 110 : 위상 조절부
120 : 펄스 생성부 130 : 광신호 출력부
210 : 영상 입력부 220 : 위상 검출부
230 : 거리 측정부 240 : 제어부
NMOS 트랜지스터는 각각 MNi (i=0,1,2, … ) 으로 표시함.

Claims (14)

  1. 광신호의 위상 차이를 이용한 거리 측정 방법에 있어서,
    제1 파장 길이를 갖는 제1 광신호와, 상기 제1 파장 길이보다 짧은 제2 파장 길이를 갖는 제2 광신호를 측정 대상물로 송신하는 단계;
    상기 측정 대상물에서 반사된 상기 제1 파장 길이를 갖는 제1 반사 광신호와, 상기 제2 파장 길이를 갖는 제2 반사 광신호를 수신하는 단계;
    상기 제1 광신호와 상기 제1 반사 광신호의 위상 차이를 토대로 상기 측정 대상물까지의 제1 측정거리를 산출하고, 상기 제2 광신호와 상기 제2 반사 광신호의 위상 차이를 토대로 상기 측정 대상물까지의 제2 측정거리를 산출하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 측정거리와, 상기 제2 파장 길이를 토대로 최종 측정거리를 산출함에 있어서, 상기 제1 측정거리가 상기 제2 파장의 길이의 몇 배가 되는지를 계산하여, 상기 제2 파장의 측정 정밀도를 상기 최종 측정거리에 반영하는 단계;
    를 포함하는 거리 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 파장의 측정 정밀도를 상기 최종 측정거리에 반영하는 단계는,
    상기 제1 측정거리를 상기 제2 파장의 길이로 나누기 연산을 하는 단계;
    상기 나누기 연산결과의 소수점 이하 부분은 반올림, 올림 및 내림 중 어느 하나의 산술연산을 수행하여, 정수배 거리를 산출하는 단계; 및
    상기 제2 파장의 길이에 상기 정수배 거리를 곱 연산한 결과와, 상기 제2 측정거리를 합산하여, 상기 최종 측정거리를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  3. 광신호의 위상 차이를 이용한 거리 측정 방법에 있어서,
    제1 파장 길이를 갖는 복수의 제1 광신호와, 상기 제1 파장 길이보다 짧은 제2 파장 길이를 갖는 복수의 제2 광신호를 측정 대상물로 송신하는 단계;
    상기 측정 대상물에서 반사된 상기 제1 파장 길이를 갖는 복수의 제1 반사 광신호를 서로 다른 위상을 기준으로 수신하고, 상기 제2 파장 길이를 갖는 복수의 제2 반사 광신호를 서로 다른 위상을 기준으로 수신하는 단계;
    서로 다른 위상을 기준으로 수신한 상기 복수의 제1 반사 광신호를 토대로 상기 제1 반사 광신호의 최종 위상을 계산하고, 상기 제1 반사 광신호의 최종 위상과 상기 제1 광신호의 위상 차이를 토대로 상기 측정 대상물까지의 제1 측정거리를 산출하는 단계;
    서로 다른 위상을 기준으로 수신한 상기 복수의 제2 반사 광신호를 토대로 상기 제2 반사 광신호의 최종 위상을 계산하고, 상기 제2 반사 광신호의 최종 위상과 상기 제2 광신호의 위상 차이를 토대로 상기 측정 대상물까지의 제2 측정거리를 산출하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 측정거리와, 상기 제2 파장 길이를 토대로 최종 측정거리를 산출함에 있어서, 상기 제1 측정거리가 상기 제2 파장의 길이의 몇 배가 되는지를 계산하여, 상기 제2 파장의 측정 정밀도를 상기 최종 측정거리에 반영하는 단계;
    를 포함하는 거리 측정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 파장의 측정 정밀도를 상기 최종 측정거리에 반영하는 단계는,
    상기 제1 측정거리를 상기 제2 파장의 길이로 나누기 연산을 하는 단계;
    상기 나누기 연산결과의 소수점 이하 부분은 반올림, 올림 및 내림 중 어느 하나의 산술연산을 수행하여, 정수배 거리를 산출하는 단계; 및
    상기 제2 파장의 길이에 상기 정수배 거리를 곱 연산한 결과와, 상기 제2 측정거리를 합산하여, 상기 최종 측정거리를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 제1 반사 광신호와, 상기 복수의 제2 반사 광신호를 서로 다른 위상을 기준으로 수신하는 단계는,
    순차적으로 수신되는 상기 복수의 제1 반사 광신호 중 첫 번째 제1 반사 광신호를 제1 위상을 기준으로 수신하는 단계;
    두 번째 제1 반사 광신호를 제2 위상을 기준으로 수신하는 단계;
    세 번째 제1 반사 광신호를 제3 위상을 기준으로 수신하는 단계;
    네 번째 제1 반사 광신호를 제4 위상을 기준으로 수신하는 단계;
    순차적으로 수신되는 상기 복수의 제2 반사 광신호 중 첫 번째 제2 반사 광신호를 제1 위상을 기준으로 수신하는 단계;
    두 번째 제2 반사 광신호를 제2 위상을 기준으로 수신하는 단계;
    세 번째 제2 반사 광신호를 제3 위상을 기준으로 수신하는 단계;
    네 번째 제2 반사 광신호를 제4 위상을 기준으로 수신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 위상은 0도, 상기 제2 위상은 90도, 상기 제3 위상은 180도, 상기 제4 위상은 270도인 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  7. 광신호의 위상 차이를 이용한 거리 측정 장치에 있어서,
    제1 파장 길이를 갖는 제1 광신호와, 상기 제1 파장 길이보다 짧은 제2 파장 길이를 갖는 제2 광신호를 측정 대상물로 송신하는 광신호 송신부; 및
    상기 측정 대상물에서 반사된 상기 제1 파장 길이를 갖는 제1 반사 광신호와, 상기 제2 파장 길이를 갖는 제2 반사 광신호를 수신하는 광신호 수신부;를 포함하며,
    상기 광신호 수신부는,
    상기 제1 광신호와 상기 제1 반사 광신호의 위상 차이를 토대로 상기 측정 대상물까지의 제1 측정거리를 산출하고, 상기 제2 광신호와 상기 제2 반사 광신호의 위상 차이를 토대로 상기 측정 대상물까지의 제2 측정거리를 산출하며,
    상기 제1 및 제2 측정거리와, 상기 제2 파장 길이를 토대로 최종 측정거리를 산출함에 있어서, 상기 제1 측정거리가 상기 제2 파장의 길이의 몇 배가 되는지를 계산하여, 상기 제2 파장의 측정 정밀도를 상기 최종 측정거리에 반영하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광신호 수신부는,
    상기 제2 파장의 측정 정밀도를 상기 최종 측정거리에 반영함에 있어서,
    상기 제1 측정거리를 상기 제2 파장의 길이로 나누기 연산하고,
    상기 나누기 연산결과의 소수점 이하 부분은 반올림, 올림 및 내림 중 어느 하나의 산술연산을 수행하여,
    정수배 거리를 산출하고, 상기 제2 파장의 길이에 상기 정수배 거리를 곱 연산한 결과와, 상기 제2 측정거리를 합산하여, 상기 최종 측정거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  9. 광신호의 위상 차이를 이용한 거리 측정 장치에 있어서,
    제1 파장 길이를 갖는 복수의 제1 광신호와, 상기 제1 파장 길이보다 짧은 제2 파장 길이를 갖는 복수의 제2 광신호를 측정 대상물로 송신하는 광신호 송신부; 및
    상기 측정 대상물에서 반사된 상기 제1 파장 길이를 갖는 복수의 제1 반사 광신호를 서로 다른 위상을 기준으로 수신하고, 상기 제2 파장 길이를 갖는 복수의 제2 반사 광신호를 서로 다른 위상을 기준으로 수신하는 광신호 수신부;를 포함하며,
    상기 광신호 수신부는,
    서로 다른 위상을 기준으로 수신한 상기 복수의 제1 반사 광신호를 토대로 상기 제1 반사 광신호의 최종 위상을 계산하고, 상기 제1 반사 광신호의 최종 위상과 상기 제1 광신호의 위상 차이를 토대로 상기 측정 대상물까지의 제1 측정거리를 산출하고,
    서로 다른 위상을 기준으로 수신한 상기 복수의 제2 반사 광신호를 토대로 상기 제2 반사 광신호의 최종 위상을 계산하고, 상기 제2 반사 광신호의 최종 위상과 상기 제2 광신호의 위상 차이를 토대로 상기 측정 대상물까지의 제2 측정거리를 산출하며,
    상기 제1 및 제2 측정거리와, 상기 제2 파장 길이를 토대로 최종 측정거리를 산출함에 있어서, 상기 제1 측정거리가 상기 제2 파장의 길이의 몇 배가 되는지를 계산하여, 상기 제2 파장의 측정 정밀도를 상기 최종 측정거리에 반영하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광신호 수신부는,
    상기 제2 파장의 측정 정밀도를 상기 최종 측정거리에 반영함에 있어서,
    상기 제1 측정거리를 상기 제2 파장의 길이로 나누기 연산하고,
    상기 나누기 연산결과의 소수점 이하 부분은 반올림, 올림 및 내림 중 어느 하나의 산술연산을 수행하여, 정수배 거리를 산출하고,
    상기 제2 파장의 길이에 상기 정수배 거리를 곱 연산한 결과와, 상기 제2 측정거리를 합산하여, 상기 최종 측정거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 광신호 수신부는,
    상기 복수의 제1 반사 광신호와, 상기 복수의 제2 반사 광신호를 서로 다른 위상을 기준으로 수신함에 있어서,
    순차적으로 수신되는 상기 복수의 제1 반사 광신호 중 첫 번째 제1 반사 광신호를 제1 위상을 기준으로 수신하고, 두 번째 제1 반사 광신호를 제2 위상을 기준으로 수신하고, 세 번째 제1 반사 광신호를 제3 위상을 기준으로 수신하고, 네 번째 제1 반사 광신호를 제4 위상을 기준으로 수신하는 것을 특징으로 하며,
    순차적으로 수신되는 상기 복수의 제2 반사 광신호 중 첫 번째 제2 반사 광신호를 제1 위상을 기준으로 수신하고, 두 번째 제2 반사 광신호를 제2 위상을 기준으로 수신하고, 세 번째 제2 반사 광신호를 제3 위상을 기준으로 수신하고, 네 번째 제4 반사 광신호를 제2 위상을 기준으로 수신하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 위상은 0도, 상기 제2 위상은 90도, 상기 제3 위상은 180도, 상기 제4 위상은 270도인 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 광신호 수신부는,
    제1 내지 제4 위상을 기준으로 수신된 복수의 제1 반사 광신호의 제1 그룹과, 상기 제1 그룹 이후에 수신되는 제1 내지 제4 위상을 기준으로 수신된 복수의 제1 반사 광신호의 제2 그룹의 위상 및 거리를 연산함에 있어서 파이프 라인 형태로 산술연산하고,
    제1 내지 제4 위상을 기준으로 수신된 복수의 제2 반사 광신호의 제1 그룹과, 상기 제1 그룹 이후에 수신되는 제1 내지 제4 위상을 기준으로 수신된 복수의 제2 반사 광신호의 제2 그룹의 위상 및 거리를 연산함에 있어서 파이프 라인 형태로 산술연산 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    파이프 라인 형태로 산술연산함에 있어서,
    상기 제1 그룹의 데이터가 S1_A1,S1_A2,S1_A3,S1_A4 순서대로 수신되고, 상기 제2 그룹의 데이터가 S2_A1,S2_A2,S2_A3,S2_A4 순서대로 수신된 경우,
    상기 파이프 라인은 S1_A1,S1_A2,S1_A3,S1_A4로 제1 연산을 하고, S1_A2,S1_A3,S1_A4,S2_A1 로 제2 연산을 하고, S1_A3,S1_A4,S2_A1,S2_A2 로 제3 연산을 하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
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