KR20180137328A - Device and method for controlling detection signal of lidar - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a device for controlling a detection signal of a LIDAR system and a method thereof. According to an embodiment of the present invention, the device comprises: a voltage supply unit applying a bias voltage; an optical signal detecting unit detecting reflection light reflected by a target object by laser light and amplifying the detection signal of the reflection light by an amplification factor corresponding to the bias voltage to output the detection signal; a noise detecting unit detecting a magnitude of a noise of the outputted signal; and a control unit controlling the voltage supply unit to change the bias voltage based on the magnitude of the noise.

Description

라이다 시스템의 검출 신호 제어 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING DETECTION SIGNAL OF LIDAR}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a detection signal control apparatus and a method for controlling a detection signal of a lidar system,

본 발명은 검출 신호의 잡음에 기초하여 검출 신호의 신호 대 잡음비를 일정하게 유지하는, 라이다 시스템의 검출 신호 제어 장치 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a detection signal control apparatus of a lidar system and a method of operating the same, which maintains a signal-to-noise ratio of a detection signal constant based on a noise of a detection signal.

라이다(Light Detection And Ranging, LIDAR)는 레이저 빔을 대상체에 조사하고, 대상체에서 반사되어 돌아오는 시간을 측정한 후, 빛의 속도를 고려함으로써 대상체까지의 거리를 측정하는 센서이다. Light Detection And Ranging (LIDAR) is a sensor that irradiates a laser beam to a target object, measures the return time from the object, and then measures the distance to the object by considering the speed of light.

라이다의 기본 구성은 광 송신부 및 수신부, 스캐너부, 신호 처리부 등이 있다. 이 중 수신부에서는 라이다로 돌아오는 광 신호를 신호 처리가 가능한 전자 신호로 변환하기 위해 광전소자가 사용되는데, 다양한 광전소자 중에서도 애벌런치 포토다이오드(avalanche photodiode, APD)는 입력 대비 출력 비인 이득이 큰 장점이 있어 중·장거리 측정용 라이다에 많이 사용된다. The basic configuration of the scanner includes an optical transmitter and a receiver, a scanner, and a signal processor. Among the various photoelectric elements, avalanche photodiodes (APDs) are used for converting an optical signal returning to the Raid to an electronic signal capable of signal processing. Among the various photoelectric elements, avalanche photodiodes (APDs) It is widely used for medium and long distance measurement.

라이다의 성능을 유지하기 위해 가장 고려해야할 부분이 APD의 온도 변화에 따른 신호 크기 변화이다. 기존에는 이러한 온도 변화에 따른 신호 크기 변화를 줄이기 위해 여러 온도 보상 시스템이 제안되었는데, 그 중 하나로 도 1과 같이 온도 제어 모듈을 APD 회로(100)에 구성하여 APD(110)의 온도 변화를 방지한 방법이 있다. 예를 들어 APD 회로(100)에 부착된 감온 소자(120)를 이용하여 온도 변화를 감지하고, 온도 제어 모듈(130)을 통해 항상 일정한 온도를 유지하도록 하는 방식이다. The most important factor to maintain the performance of the LIDAR is the signal size change with the temperature change of the APD. In the past, various temperature compensation systems have been proposed in order to reduce the signal size variation according to the temperature change. One of them is a temperature control module in the APD circuit 100 as shown in FIG. 1 to prevent the temperature change of the APD 110 There is a way. For example, a temperature change is sensed by using the thermosensitive element 120 attached to the APD circuit 100, and a constant temperature is always maintained through the temperature control module 130.

이러한 방식은 APD 성능 변화의 원인인 온도 변화를 차단하는 가장 근본적인 방법이지만, 온도를 유지하기 위해서 요구되는 하드웨어의 구성이 복잡하고 부피가 큰 단점이 있다.Although this method is the most fundamental method to block the temperature change which is the cause of the APD performance change, there is a disadvantage that the hardware configuration required to maintain the temperature is complicated and bulky.

또 다른 방법으로 도 2와 같이, 온도를 유지하지 않고도 수학식 1의 온도(T) 대비 요구 바이어스 전압(Vbias) 관계식을 기반으로 하여 온도 변화에 따라 적절한 바이어스 전압을 인가함으로써 기준 온도를 유지하는 것과 같은 효과로 신호 크기를 유지하는 방법이 있다. Alternatively, as shown in FIG. 2, it is also possible to maintain the reference temperature by applying an appropriate bias voltage in accordance with the temperature change based on the required bias voltage (Vbias) relation with respect to the temperature (T) There is a way to maintain the signal size with the same effect.

Figure pat00001
Figure pat00001

(Vbias: reverse bias voltage for APD, Mmax S/N: optimum APD gain for maximum S/N, F(T): function of temperature, T: temperature of APD)(V bias : reverse bias voltage for APD, M max S / N : optimum APD gain for maximum S / N, F (T)

도 3은 수학식 1의 관계를 그래프로 나타낸 것으로, 온도와 요구 바이어스 전압 사이의 관계가 선형이어서 본 관계를 사용하여 보상하기에 편리함을 알 수 있다. 본 시스템은 온도 유지 시스템에 비해 하드웨어 구성이 간단한 장점이 있지만, 피드 포워드(feed-forward) 보상 방식이므로 보상 과정에서 발생하는 오차의 확인이 불가능하며 따라서 오차에 대한 대응이 힘든 단점이 있다.FIG. 3 is a graphical representation of the relationship of Equation (1), which shows that the relationship between temperature and the required bias voltage is linear and thus convenient to compensate using this relationship. Although this system has the advantage of a simple hardware structure as compared with the temperature maintenance system, since it is a feed-forward compensation method, it is impossible to check an error occurring in the compensation process, and thus it is difficult to respond to an error.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 검출 신호의 잡음에 기초하여 검출 신호의 신호 대 잡음비를 일정하게 유지하는, 라이다 시스템의 검출 신호 제어 장치 및 그의 동작 방법을 제공하기 위함이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a detection signal control apparatus and a method of operating the same in a lidar system which maintains a signal-to-noise ratio of a detection signal constant on the basis of noise of a detection signal. .

본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 시스템의 검출 신호 제어 방법은, A method of controlling a detection signal of a lidar system according to an embodiment of the present invention includes:

바이어스 전압을 인가하는 전압 공급부, 레이저광이 대상 물체에 의해 반사된 반사광을 검출하고, 상기 반사광의 검출신호를 상기 바이어스 전압에 대응하는 증폭률로 증폭하여 출력하는 광 신호 검출부, 상기 출력되는 신호의 잡음의 크기를 검출하는 잡음 검출부, 및, 상기 잡음의 크기에 기초하여 상기 바이어스 전압을 변경하도록 상기 전압 공급부를 제어하는 제어부를 포함한다.An optical signal detecting unit for detecting reflected light reflected by the object by the laser light and for amplifying the detection signal of the reflected light with an amplification factor corresponding to the bias voltage and outputting the amplified detection signal; And a control unit for controlling the voltage supply unit to change the bias voltage based on the magnitude of the noise.

이 경우 상기 제어부는, 상기 잡음의 크기 및 기준 잡음의 크기의 차에 기초하여 상기 바이어스 전압의 변경량을 나타내는 제어 신호를 상기 전압 공급부로 출력할 수 있다.In this case, the control unit may output a control signal indicating the amount of change of the bias voltage to the voltage supply unit based on the difference between the magnitude of the noise and the magnitude of the reference noise.

한편, 상기 제어부는, 상기 출력되는 신호의 잡음의 크기가 일정한 값을 유지하도록 하는 바이어스 전압이 공급 되도록 상기 전압 공급부를 제어할 수 있다.Meanwhile, the control unit may control the voltage supply unit to supply a bias voltage to maintain a noise level of the output signal.

여기서 상기 일정한 값은, 상기 출력되는 신호의 신호 대 잡음 비가 최대가 되는 값일 수 있다.Here, the constant value may be a value that maximizes the signal-to-noise ratio of the output signal.

여기서 상기 신호 대 잡음 비가 최대가 되는 값은, 온도와 잡음의 관계 및 온도와 신호 대 잡음 비의 관계에 기초하여 획득될 수 있다.Here, the value at which the signal-to-noise ratio becomes maximum can be obtained based on the relationship between the temperature and the noise and the relationship between the temperature and the signal-to-noise ratio.

한편 본 발명의 실시 예에 따른, 라이다 시스템의 검출 신호 제어 방법은, 바이어스 전압을 인가하는 단계, 레이저광이 대상 물체에 의해 반사된 반사광을 검출하고, 상기 반사광의 검출신호를 상기 바이어스 전압에 대응하는 증폭률로 증폭하여 출력하는 단계, 상기 출력되는 신호의 잡음의 크기를 검출하는 단계, 및, 상기 잡음의 크기에 기초하여 상기 바이어스 전압을 변경하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a detection signal of a lidar system, the method comprising: applying a bias voltage; detecting reflected light reflected by a target object; Amplifying and outputting the amplified signal at a corresponding amplification factor, detecting a magnitude of noise of the output signal, and changing the bias voltage based on the magnitude of the noise.

이 경우 상기 바이어스 전압을 변경하는 단계는, 상기 잡음의 크기 및 기준 잡음의 크기의 차에 기초하여 상기 바이어스 전압의 변경량을 나타내는 제어 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the step of changing the bias voltage may include outputting a control signal indicating a change amount of the bias voltage based on a difference between the magnitude of the noise and the magnitude of the reference noise.

한편 상기 바이어스 전압을 변경하는 단계는, 상기 출력되는 신호의 잡음의 크기가 일정한 값을 유지하도록 하는 바이어스 전압을 공급하는 단계를 포함할 수 있다.Meanwhile, the step of changing the bias voltage may include supplying a bias voltage to maintain a noise level of the output signal at a constant value.

이 경우 상기 일정한 값은, 상기 출력되는 신호의 신호 대 잡음 비가 최대가 되는 값일 수 있다.In this case, the constant value may be a value that maximizes a signal-to-noise ratio of the output signal.

이 경우 상기 신호 대 잡음 비가 최대가 되는 값은, 온도와 잡음의 관계 및 온도와 신호 대 잡음 비의 관계에 기초하여 획득될 수 있다.In this case, the value at which the signal-to-noise ratio becomes maximum can be obtained based on the relationship between the temperature and the noise and the relationship between the temperature and the signal-to-noise ratio.

도 1 내지 도 3은 종래 시스템의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른, 잡음과 신호 대 잡음 비와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른, 라이다 시스템의 검출 신호 제어 장치(600)의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.1 to 3 are views for explaining problems of the conventional system.
4 and 5 are diagrams for explaining a relationship between noise and a signal-to-noise ratio according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram for explaining the operation of the detection signal control apparatus 600 of the lidar system according to the embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals are used to designate identical or similar elements, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

먼저, 라이다 시스템에 대해서 간략하게 설명하도록 한다.First, the lidar system will be briefly described.

라이다 시스템은, 레이저 광을 발생시키는 광원으로써 레이저 다이오드를 포함할 수 있으며, 대상물체 방향으로 레이저 광을 조사할 수 있다.The lidar system may include a laser diode as a light source for generating laser light, and may irradiate the laser light in the direction of the object.

한편 레이저 모듈에서 조사된 레이저 광은 대상물체에서 반사될 수 있다. 이 경우 그리고 대상물체에 의하여 반사된 반사광은 라이다 시스템으로 되돌아 올 수 있다.On the other hand, the laser light irradiated from the laser module can be reflected from the object. In this case, the reflected light reflected by the object can be returned to the Lada system.

레이저 광의 반사광은 집광 렌즈를 통하여 광 신호 검출부로 수신될 수 있으며, 광 신호 검출부는 반사광을 검출하여 전기 신호로 변환할 수 있다. 즉 광 신호 검출부는 반사광을 전기 신호로 변환한 검출 신호를 출력할 수 있다.The reflected light of the laser light can be received by the optical signal detecting unit through the condensing lens, and the optical signal detecting unit can detect the reflected light and convert it into an electric signal. That is, the optical signal detecting unit can output a detection signal obtained by converting the reflected light into the electric signal.

한편, 대상물체의 표면 색깔에 따라 반사광의 양이 달라질 수 있으며, 이는 검출 신호의 크기의 변화를 야기시킬 수 있다. 또한 검출 신호의 크기의 변화는 측정 거리의 오차를 야기시킬 수 있다. 따라서 광 신호 검출부는, 대상물체에서 반사되는 레이저광의 전기 신호의 진폭을 일정하게 유지시켜주는 오토 게인 컨트롤(Auto Gain Control, AGC) 회로를 포함할 수 있다.On the other hand, the amount of reflected light may vary depending on the surface color of the object, which may cause a change in the magnitude of the detection signal. Also, a change in the magnitude of the detection signal may cause an error in the measurement distance. Therefore, the optical signal detecting unit may include an auto gain control (AGC) circuit for keeping the amplitude of the electric signal of the laser light reflected by the object constant.

한편 제어부는 레이저광 신호 및 검출 신호의 시간차(즉, 레이저의 왕복 시간)와 빛의 속도를 이용하여 대상물체와 라이다 시스템과의 거리를 획득할 수 있다. 이 경우 비행 시간법(Time of flight method)이 이용될 수 있다.Meanwhile, the controller can acquire the distance between the object and the lidar system using the time difference between the laser light signal and the detection signal (that is, the round trip time of the laser) and the speed of the light. In this case, the time of flight method may be used.

또한 제어부는 라이다 시스템의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.The control unit can also control the overall operation of the lidar system.

먼저, 도 6 참고하여 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 시스템의 검출 신호 제어 장치의 구성에 대해서 간략하게 설명한다.6, a configuration of a detection signal control apparatus of a lidar system according to an embodiment of the present invention will be briefly described.

도 6에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 시스템의 검출 신호 제어 장치(600)는, 제어부(610), 전압 공급부(620), 광 신호 검출부(630), 잡음 검출부(640)를 포함할 수 있다.6, a detection signal control apparatus 600 of a lidar system according to an embodiment of the present invention includes a control unit 610, a voltage supply unit 620, an optical signal detection unit 630, and a noise detection unit 640 can do.

전압 공급부(620)는 제어부(610)의 제어 하에, 광 신호 검출부(630)에 바이어스 전압을 인가할 수 있다. The voltage supply unit 620 may apply a bias voltage to the optical signal detection unit 630 under the control of the control unit 610.

바이어스 전압은, 제어부(610)의 제어 하에, 가변적으로 제어될 수 있다. 구체적으로 제어부(610)는 검출 신호에서의 잡음의 크기에 따라 바이어스 전압이 가변적으로 제어되도록 전압 공급부(620)를 제어할 수 있다.The bias voltage can be variably controlled under the control of the control unit 610. [ Specifically, the controller 610 may control the voltage supplier 620 such that the bias voltage is variably controlled according to the magnitude of the noise in the detection signal.

광 신호 검출부(630)는, 레이저 광이 대상 물체에 의해 반사된 반사광을 검출할 수 있다.The optical signal detecting unit 630 can detect the reflected light reflected by the object by the laser light.

또한 광 신호 검출부(630)는 반사광의 검출 신호를 바이어스 전압에 대응하는 증폭률로 증폭하여 출력할 수 있다. Also, the optical signal detecting unit 630 can amplify the detection signal of the reflected light with an amplification factor corresponding to the bias voltage and output it.

또한, 전압 공급부(620)로부터 인가되는 바이어스 전압이 변경되면, 검출 신호에 대한 증폭률이 변경될 수 있다. 이러한 증폭률의 변화에 따라, 검출 신호는 다양한 비율로 증폭될 수 있다.Further, when the bias voltage applied from the voltage supply unit 620 is changed, the amplification factor for the detection signal can be changed. Depending on the change in the amplification factor, the detection signal can be amplified at various ratios.

이 경우 제어부(610)는 검출 신호에서의 잡음의 크기에 따라 바이어스 전압이 가변적으로 제어되도록 전압 공급부(620)를 제어함으로써, 검출 신호의 증폭률을 변경할 수 있다. 이에 따라 제어부(610)는 반사광의 검출 신호의 신호 대 잡음비가 일정한 값을 유지하도록 제어할 수 있다.In this case, the control unit 610 can change the gain of the detection signal by controlling the voltage supply unit 620 such that the bias voltage is variably controlled according to the magnitude of the noise in the detection signal. Accordingly, the controller 610 can control the signal-to-noise ratio of the detection signal of the reflected light to be maintained at a constant value.

여기서 광 신호 검출부(630)는 애벌런치 포토 다이오드(avalanche photodiode, APD)를 포함할 수 있다.Here, the optical signal detecting unit 630 may include an avalanche photodiode (APD).

애벌런치 포토 다이오드(avalanche photodiode, APD)는 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광전 소자의 일종으로, 신호 대 잡음비(S/N ratio)가 높고, 고속 신호처리에 적합하며, 내부 증폭률이 높기 때문에 대상물체에서 난반사된 낮은 크기의 레이저광도 검출할 수 있는 장점이 있다.The avalanche photodiode (APD) is a type of photoelectric device that converts an optical signal into an electric signal. The avalanche photodiode (APD) is suitable for high-speed signal processing and has a high S / N ratio. It is possible to detect a low-intensity laser light which is diffused from an object.

잡음 검출부(640)는, 검출 신호의 잡음의 크기를 검출할 수 있다. 구체적으로 잡음 검출부(640)는 실효값 검출기를 포함할 수 있으며, 검출 신호에 포함된 잡음의 실효값을 검출할 수 있다.The noise detector 640 can detect the magnitude of the noise of the detection signal. Specifically, the noise detector 640 may include an effective value detector and may detect an effective value of a noise contained in the detection signal.

제어부(610)는 잡음 검출부(640)에서 검출된 잡음의 크기에 기초하여, 바이어스 전압을 변경하도록 전압 공급부를 제어할 수 있다.The control unit 610 may control the voltage supply unit to change the bias voltage based on the magnitude of the noise detected by the noise detection unit 640.

구체적으로 제어부(610)는 잡음 검출부(640)에서 검출된 잡음의 크기를 기준 잡음의 크기와 비교하여 차이가 발생하는 경우, 광 신호 검출부(630)에 인가되는 바이어스 전압을 상기 차이값에 대응하는 크기만큼 변경할 수 있다.The controller 610 compares the magnitude of the noise detected by the noise detector 640 with the magnitude of the reference noise to determine whether the bias voltage applied to the optical signal detector 630 corresponds to the difference You can change it by size.

이에 따라 제어부(610)는 검출 신호의 잡음의 실효값을 기준 잡음(기준 잡음의 실효 값)과 동일한 레벨로 유지시킬 수 있으며, 잡음의 실효값이 기준 잡음과 동일한 레벨로 유지됨에 따라 검출 신호의 신호 대 잡음 비 또한 일정하게 유지될 수 있다. Accordingly, the controller 610 can maintain the rms value of the noise of the detection signal at the same level as the reference noise (rms value of the reference noise), and as the rms value of the noise is maintained at the same level as the reference noise, The signal-to-noise ratio can also be kept constant.

또한 검출 신호의 신호 대 잡음 비가 일정하게 유지됨에 따라, 광 신호 검출부(630)에서의 온도 변화에도 불구하고 대상 물체와의 거리를 정확하게 측정할 수 있다.In addition, since the signal-to-noise ratio of the detection signal is kept constant, the distance to the object can be accurately measured despite the temperature change in the optical signal detector 630.

한편 제어부(610)는, 라이다 시스템의 검출 신호 제어 장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.On the other hand, the control unit 610 can control the overall operation of the detection signal control apparatus of the LIDAR system.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른, 잡음과 신호 대 잡음 비와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.4 and 5 are diagrams for explaining a relationship between noise and a signal-to-noise ratio according to an embodiment of the present invention.

도 4는 광 신호 검출부(630)의 온도 변화에 따른 검출 신호(410)의 크기의 변화 및 잡음(420)의 크기의 변화를 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a change in the magnitude of the detection signal 410 and a magnitude of the noise 420 according to the temperature change of the optical signal detection unit 630. FIG.

광 신호 검출부(630)에서의 온도가 달라지는 경우 반사광의 검출 신호의 크기가 달라지게 되며, 검출 신호의 크기가 달라지는 경우에는 측정 거리의 오차가 발생하게 된다. When the temperature of the optical signal detecting unit 630 changes, the magnitude of the detection signal of the reflected light changes. When the magnitude of the detection signal varies, an error in the measurement distance occurs.

즉 광 신호 검출부(300)에서 동일 거리 및 동일 물체에서 반사된 반사광을 수신하여 검출신호로 변환하더라도, 온도의 차이에 따라 검출 신호의 크기가 상이하게 되며, 이는 레이저광 신호 및 검출 신호의 시간차에 대한 오차를 야기할 수 있다. 이에 따라 측정 거리의 오차가 발생될 수 있다.That is, even when the optical signal detecting unit 300 receives the reflected light reflected by the same distance and the same object and converts the reflected light into a detection signal, the magnitude of the detection signal becomes different according to the temperature difference. It can cause an error. Thus, an error in the measurement distance may occur.

따라서, 대상물체의 거리를 정확하게 측정하기 위해서는 반사광의 검출 신호가 일정한 크기를 유지하는 것이 중요하다.Therefore, in order to accurately measure the distance of the object, it is important that the detection signal of the reflected light maintains a constant size.

기존에는 온도 변화에 따라 달라지는 신호 크기를 유지하기 위해 바이어스 전압을 인가하는 방법을 사용하였다. In the past, bias voltage was applied to maintain the signal amplitude depending on the temperature change.

그러나 어떤 환경에서는 신호보다 잡음이 더 커지는 문제가 있어 신호 크기만을 제어 하는 방법은 한계가 있다.However, in some circumstances, there is a problem that the noise becomes larger than the signal. Therefore, there is a limit to how to control only the signal size.

그러므로 신호 대 잡음 비(S/N)를 유지하는 것이 라이다의 성능을 결정하는데 더 중요하다. Therefore, maintaining the signal-to-noise ratio (S / N) is more important in determining the performance of the LADA.

도 4를 참고하면, 검출 신호(410)는 온도(T)의 함수이며, 잡음(420) 역시 온도(T)의 함수임을 알 수 있다.4, it can be seen that the detection signal 410 is a function of the temperature T and the noise 420 is also a function of the temperature T. FIG.

따라서, 온도(T)와 검출 신호(410)의 관계 및 온도(T)와 잡음(420)의 관계에 기초하여, 온도(T)와 신호 대 잡음 비(S/N)와의 관계가 산출될 수 있다. Therefore, the relationship between the temperature T and the signal-to-noise ratio S / N can be calculated based on the relationship between the temperature T and the detection signal 410 and the relationship between the temperature T and the noise 420 have.

또한 온도(T)와 신호 대 잡음 비(S/N) 와의 관계 및 온도(T)와 잡음(420)의 관계에 기초하여, 잡음과 신호 대 잡음 비(S/N)의 관계(430)가 산출될 수 있다.The relationship 430 between noise and the signal-to-noise ratio (S / N) is calculated based on the relationship between the temperature T and the signal-to-noise ratio S / N and the relationship between the temperature T and the noise 420 Can be calculated.

잡음(N)과 신호 대 잡음 비(S/N)의 관계(430)는 도 5에서 도시하였다.The relationship (430) between noise (N) and signal to noise ratio (S / N) is shown in FIG.

도 4 및 도 5를 참고하면, 잡음(N)을 일정하게 유지하면 신호 대 잡음비(S/N) 역시 일정하기 유지됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 4 and FIG. 5, it can be seen that the signal-to-noise ratio (S / N) also remains constant when the noise N is kept constant.

그리고 잡음을 측정하여 일정한 잡음 레벨을 유지하는 것은 광 신호 검출부(630)의 온도가 일정하게 유지되는 것과 같은 효과를 내는 것이므로, 광 신호 검출부(630)의 온도 변화에 따른 문제점을 해결한다고도 볼 수 있다.In addition, since the noise level is maintained to maintain a constant noise level, the temperature of the optical signal detector 630 is kept constant. Thus, the problem of the temperature change of the optical signal detector 630 can be solved have.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른, 라이다 시스템의 검출 신호 제어 장치(600)의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.6 is a block diagram for explaining the operation of the detection signal control apparatus 600 of the lidar system according to the embodiment of the present invention.

도 6을 참고하면, 광 신호 검출부(630)는 레이저광이 대상 물체에 의해 반사된 반사광을 검출할 수 있다.Referring to FIG. 6, the optical signal detecting unit 630 can detect the reflected light reflected by the object by the laser light.

이 경우 바이어스 전압이 광 신호 검출부(630)에 인가되고 있는 상태일 수 있으며, 광 신호 검출부(630)는 반사광의 검출 신호를 현재 광 신호 검출부(630)에 인가되고 있는 바이어스 전압에 대응하는 증폭률로 증폭하여 출력할 수 있다.In this case, the bias voltage may be applied to the optical signal detecting unit 630, and the optical signal detecting unit 630 may detect the reflected light at a gain corresponding to the bias voltage applied to the current optical signal detecting unit 630 Amplified and output.

한편 잡음 검출부(640)는 출력되는 신호의 잡음의 크기를 검출할 수 있다. 이 경우 잡음 검출부(640)는 상기 잡음의 크기에 대응하는 신호를 출력할 수 있다.Meanwhile, the noise detector 640 can detect the noise level of the output signal. In this case, the noise detector 640 may output a signal corresponding to the magnitude of the noise.

한편, 광 신호 검출부(630)에서의 온도가 변경되는 경우, 도 4 내지 도 5에서 설명한 바와 같이, 광 신호 검출부(630)에서 출력되는 신호의 크기, 및 상기 신호 내 잡음의 크기가 변경될 수 있다. 이에 따라 출력되는 신호의 신호 대 잡음 비 역시 변경될 수 있다.On the other hand, when the temperature of the optical signal detector 630 is changed, the size of the signal output from the optical signal detector 630 and the size of the noise in the signal can be changed have. Accordingly, the signal-to-noise ratio of the output signal can also be changed.

이 경우 제어부(610)는 출력되는 신호의 잡음의 크기가 일정한 값을 유지하도록 하는 바이어스 전압이 공급되도록, 전압 공급부(620)를 제어할 수 있다.In this case, the controller 610 can control the voltage supplier 620 such that a bias voltage for maintaining the noise level of the output signal is maintained.

예를 들어 제어부(610)는, 출력되는 신호의 잡음의 크기가 기준 잡음의 크기와 동일하게 유지되도록 하는 바이어스 전압을 공급하도록, 전압 공급부(620)에 제어 신호를 출력할 수 있다.For example, the control unit 610 may output a control signal to the voltage supply unit 620 so as to supply a bias voltage such that the magnitude of the noise of the output signal is kept equal to the magnitude of the reference noise.

도 5에서는, 출력 신호의 잡음(N)을 일정하게 유지하면 출력 신호의 신호 대 잡음 비(S/N) 역시 일정하게 유지되는 것으로 설명한 바 있다.5, the signal-to-noise ratio (S / N) of the output signal is kept constant when the noise N of the output signal is kept constant.

이와 같이 본 발명은, 잡음의 크기가 변경되는 경우, 바이어스 전압의 변경을 통하여 잡음의 크기가 일정한 값을 유지하도록 함으로써, 출력 신호의 신호 대 잡음 비 역시 일정하게 유지할 수 있으며, 따라서 광 신호 검출부(630)의 온도가 일정하게 유지되는 것과 같은 효과를 달성할 수 있다.As described above, in the present invention, when the magnitude of the noise changes, the signal-to-noise ratio of the output signal can be kept constant by keeping the noise level constant by changing the bias voltage, 630 can be maintained constant.

한편 상술한 일정한 값은, 출력되는 신호의 신호 대 잡음 비가 최대가 되는 값일 수 있다.Meanwhile, the constant value may be a value at which the signal-to-noise ratio of the output signal becomes maximum.

구체적으로 도 4 및 도 5에서 설명한 바와 같이, 온도(T)와 검출 신호(410)의 관계 및 온도(T)와 잡음(420)의 관계에 기초하여, 잡음(N)과 신호 대 잡음 비(S/N)의 관계(430)가 산출될 수 있다.Specifically, as described with reference to FIGS. 4 and 5, the noise N and the signal-to-noise ratio (N) are calculated based on the relationship between the temperature T and the detection signal 410 and the relationship between the temperature T and the noise 420 S / N) 430 can be calculated.

또한 잡음(N)과 신호 대 잡음 비(S/N)의 관계(430)에 기초하여, 출력되는 신호의 신호 대 잡음 비가 최대가 되도록 하는 잡음의 크기(N1)가 산출될 수 있다.The noise magnitude N1 that maximizes the signal-to-noise ratio of the output signal can be calculated based on the relationship 430 between the noise N and the signal-to-noise ratio S / N.

이 경우 제어부(610)는 출력되는 신호의 잡음의 크기가, 신호 대 잡음 비가 최대가 되도록 하는 잡음의 크기(N1)를 유지하도록 전압 공급부(620)를 제어할 수 있다.In this case, the controller 610 may control the voltage supplier 620 to maintain the magnitude of the noise of the output signal to maintain the noise magnitude N1 that maximizes the signal-to-noise ratio.

종래 기술은 온도 변화에 따라 달라지는 출력 신호의 크기를 동일하게 유지하는 방법이므로, 신호보다 잡음이 더 커지는 등의 사용 환경에서는 한계가 있는 것으로 설명한 바 있다.The conventional technique has been described as a method of keeping the output signal size that varies with the temperature change the same, and therefore, there is a limitation in the use environment such as a larger noise than the signal.

다만 종래 기술과는 달리 본 발명은, 본 발명은 온도 변화에 따라 달라지는 출력 신호의 신호 대 잡음비를 일정하게(특히 최대로) 유지하는 것이기 때문에, 라이다 시스템의 성능을 더욱 향상 시킬 수 있는 장점이 있다.However, unlike the prior art, the present invention has the advantage of further improving the performance of the LIDAR system because it keeps the signal-to-noise ratio of the output signal varying with temperature change constant have.

한편 제어부(610)는 출력되는 신호의 잡음의 크기 및 기준 잡음의 크기의 차에 기초하여, 바이어스 전압의 변경량을 나타내는 제어 신호를 전압 공급부(620)로 출력할 수 있다.On the other hand, the control unit 610 may output a control signal indicating the amount of change of the bias voltage to the voltage supply unit 620 based on the difference between the magnitude of the noise of the output signal and the magnitude of the reference noise.

예를 들어 광 신호 검출부(630)에서 기준 잡음의 크기와 동일한 크기의 잡음이 검출되던 중, 광 신호 검출부(630)에서의 온도가 변경됨으로써 변경된 잡음이 검출되는 경우, 제어부(610)는 기준 잡음과 변경된 잡음의 크기의 차에 대응하는 바이어스 전압의 변경량을 산출할 수 있다. 그리고 제어부(610)는 바이어스 전압의 변경량을 나타내는 제어 신호를 전압 공급부(620)로 출력할 수 있다.For example, when a noise having the same size as that of the reference noise is detected by the optical signal detecting unit 630 and the changed noise is detected by changing the temperature of the optical signal detecting unit 630, And the amount of change of the bias voltage corresponding to the difference in magnitude of the changed noise can be calculated. The control unit 610 may output a control signal indicating a change amount of the bias voltage to the voltage supply unit 620.

이 경우 전압 공급부(620)는 제어 신호에 기초하여 변경된 크기의 바이어스 전압을 광 신호 검출부(630)에 인가할 수 있으며, 이에 따라 광 신호 검출부(630)에서 출력되는 출력 신호의 잡음의 크기가 기준 잡음의 크기와 동일하게 변경될 수 있다.In this case, the voltage supply unit 620 can apply a bias voltage of a changed magnitude to the optical signal detecting unit 630 based on the control signal, and accordingly, the magnitude of the noise of the output signal output from the optical signal detecting unit 630 becomes the reference It can be changed to the same size as the noise.

여기서 기준 잡음의 크기는, 사용 환경에 따라 달라질 수 있으며, 기준 잡음의 크기에 따라 출력신호 내 잡음의 크기, 출력신호의 신호 대 잡음비(S/N)는 특정 값으로 일정하게 유지될 수 있다.Here, the magnitude of the reference noise may vary depending on the use environment, and the magnitude of the noise in the output signal and the signal-to-noise ratio (S / N) of the output signal may be kept constant to a specific value according to the magnitude of the reference noise.

예를 들어, 기준 잡음의 크기가 N1인 경우, 출력 신호의 잡음을 N1으로 유지시키도록 하는 바이어스 전압이 출력될 수 있으며, 이에 따라 출력신호의 신호 대 잡음비(S/N)은 최대 값으로 유지될 수 있다.For example, if the magnitude of the reference noise is N1, a bias voltage may be output to keep the noise of the output signal at N1, thereby keeping the signal-to-noise ratio (S / N) .

이하에서는, 라이다 시스템의 검출 신호 크기 제어 방법에 대해서 설명한다. Hereinafter, a method of controlling the detection signal magnitude of the lidar system will be described.

본 발명의 실시 예에 따른 라이다 시스템의 검출 신호 크기 제어 방법은, 바이어스 전압을 인가하는 단계, 레이저광이 대상 물체에 의해 반사된 반사광을 검출하고, 상기 반사광의 검출신호를 상기 바이어스 전압에 대응하는 증폭률로 증폭하여 출력하는 단계, 상기 출력되는 신호의 잡음의 크기를 검출하는 단계, 및, 상기 잡음의 크기에 기초하여 상기 바이어스 전압을 변경하는 단계를 포함한다.A method of controlling a detection signal size of a lidar system according to an embodiment of the present invention includes the steps of applying a bias voltage, detecting reflected light reflected by a target object with laser light, and outputting a detection signal of the reflected light to the bias voltage And outputting the amplified signal; amplifying the amplified signal with an amplification factor to output the amplified signal; detecting a magnitude of the noise of the output signal; and changing the bias voltage based on the magnitude of the noise.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 시스템의 검출 신호 제어 방법은, 잡음의 크기 및 기준 잡음의 크기의 차에 기초하여, 바이어스 전압의 변경량을 나타내는 제어 신호를 출력할 수 있다.Meanwhile, the detection signal control method of the ladder system according to the embodiment of the present invention can output a control signal indicating a change amount of the bias voltage based on the difference between the magnitude of the noise and the magnitude of the reference noise.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 시스템의 검출 신호 제어 방법은, 출력되는 신호의 잡음의 크기가 일정한 값을 유지하도록 하는 바이어스 전압을 공급할 수 있다.Also, the detection signal control method of the ladder system according to the embodiment of the present invention can supply a bias voltage to maintain the noise level of the output signal at a constant value.

여기서 일정한 값은, 출력되는 신호의 신호 대 잡음비가 최대가 되는 값일 수 있으며, 신호 대 잡음 비가 최대가 되는 값은 온도와 잡음의 관계 및 온도와 신호 대 잡음 비의 관계에 기초하여 획득될 수 있다.Here, the constant value may be a value at which the signal-to-noise ratio of the output signal becomes maximum, and a value at which the signal-to-noise ratio becomes maximum may be obtained based on the relationship between temperature and noise and the relationship between temperature and signal- .

본 발명은, 라이다 시스템의 기본 구성으로부터 추가적으로 필요한 하드 웨어는 잡음 측정 센서뿐이다. 따라서, 본 발명은 하드웨어의 전체 부피를 작게 할 수 있으며, 비용 또한 절약할 수 있는 장점이 있다,The present invention is only a noise measurement sensor in addition to the basic configuration of the Lidar system. Therefore, the present invention has the advantage that the total volume of the hardware can be made small and the cost can be saved,

또한 정확한 거리 측정을 위해서는 신호 대 잡음 비의 유지가 중요한데, 본 발명은 신호 대 잡음 비와 직접적으로 연관된 잡음을 직접 측정하고, 측정된 잡음을 이용하여 피드백(feed-back) 방식의 시스템을 구성함으로써, 종래 시스템의 단점, 즉 보상 과정에서 발생하는 오차의 확인이 불가능 하며 따라서 오차에 대한 대응이 힘든 단점을 해결하였다.Also, it is important to maintain the signal-to-noise ratio for accurate distance measurement. The present invention directly measures the noise directly related to the signal-to-noise ratio and constructs a feed-back system using the measured noise , The disadvantage of the conventional system, that is, the error occurring in the compensation process can not be confirmed, and thus it is difficult to respond to the error.

한편, 제어부(610)는 일반적으로 장치의 제어를 담당하는 구성으로, 중앙처리장치, 마이크로 프로세서, 프로세서 등의 용어와 혼용될 수 있다.On the other hand, the control unit 610 is generally configured to control the apparatus, and may be used in combination with terms such as a central processing unit, a microprocessor, a processor, and the like.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The present invention described above can be embodied as computer-readable codes on a medium on which a program is recorded. The computer readable medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the computer readable medium include a hard disk drive (HDD), a solid state disk (SSD), a silicon disk drive (SDD), a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, . The foregoing detailed description should not be construed in all aspects as limiting and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.

610: 제어부 620: 전압 공급부
630: 광 신호 검출부 640: 잡음 검출부610: control unit 620: voltage supply unit
630: Optical signal detecting unit 640: Noise detecting unit

Claims (10)

바이어스 전압을 인가하는 전압 공급부;
레이저광이 대상 물체에 의해 반사된 반사광을 검출하고, 상기 반사광의 검출신호를 상기 바이어스 전압에 대응하는 증폭률로 증폭하여 출력하는 광 신호 검출부;
상기 출력되는 신호의 잡음의 크기를 검출하는 잡음 검출부; 및
상기 잡음의 크기에 기초하여 상기 바이어스 전압을 변경하도록 상기 전압 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는
라이다 시스템의 검출 신호 제어 장치.A voltage supplier for applying a bias voltage;
An optical signal detecting unit for detecting reflected light reflected by a target object by the laser light, amplifying a detection signal of the reflected light by an amplification factor corresponding to the bias voltage, and outputting the amplified detection signal;
A noise detector for detecting a magnitude of a noise of the output signal; And
And a control unit for controlling the voltage supply unit to change the bias voltage based on the magnitude of the noise
A detection signal control device of a lidar system. 제 1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 잡음의 크기 및 기준 잡음의 크기의 차에 기초하여 상기 바이어스 전압의 변경량을 나타내는 제어 신호를 상기 전압 공급부로 출력하는
라이다 시스템의 검출 신호 제어 장치.The method according to claim 1,
Wherein,
And outputs a control signal indicating a change amount of the bias voltage to the voltage supply unit based on a difference between the magnitude of the noise and the magnitude of the reference noise
A detection signal control device of a lidar system. 제 1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 출력되는 신호의 잡음의 크기가 일정한 값을 유지하도록 하는 바이어스 전압이 공급 되도록상기 전압 공급부를 제어하는
라이다 시스템의 검출 신호 제어 장치.The method according to claim 1,
Wherein,
And controls the voltage supply unit so that a bias voltage for maintaining the noise level of the output signal at a constant value is supplied
A detection signal control device of a lidar system. 제 3항에 있어서,
상기 일정한 값은,
상기 출력되는 신호의 신호 대 잡음 비가 최대가 되는 값인
라이다 시스템의 검출 신호 제어 장치.The method of claim 3,
The constant value may be,
A ratio of the signal-to-noise ratio of the output signal
A detection signal control device of a lidar system. 제 4항에 있어서,
상기 신호 대 잡음 비가 최대가 되는 값은,
온도와 잡음의 관계 및 온도와 신호 대 잡음 비의 관계에 기초하여 획득되는
라이다 시스템의 검출 신호 제어 장치.5. The method of claim 4,
The value at which the signal-to-
The relationship between temperature and noise, and the relationship between temperature and signal-to-noise ratio
A detection signal control device of a lidar system. 바이어스 전압을 인가하는 단계;
레이저광이 대상 물체에 의해 반사된 반사광을 검출하고, 상기 반사광의 검출신호를 상기 바이어스 전압에 대응하는 증폭률로 증폭하여 출력하는 단계;
상기 출력되는 신호의 잡음의 크기를 검출하는 단계; 및
상기 잡음의 크기에 기초하여 상기 바이어스 전압을 변경하는 단계를 포함하는
라이다 시스템의 검출 신호 제어 방법.Applying a bias voltage;
Amplifying the detection signal of the reflected light by an amplification factor corresponding to the bias voltage and outputting the amplified detection signal;
Detecting a magnitude of noise of the output signal; And
And changing the bias voltage based on the magnitude of the noise
A method of controlling a detection signal of a lidar system. 제 6항에 있어서,
상기 바이어스 전압을 변경하는 단계는,
상기 잡음의 크기 및 기준 잡음의 크기의 차에 기초하여 상기 바이어스 전압의 변경량을 나타내는 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는
라이다 시스템의 검출 신호 제어 방법.The method according to claim 6,
Wherein the step of changing the bias voltage comprises:
And outputting a control signal indicating a change amount of the bias voltage based on a difference between the magnitude of the noise and the magnitude of the reference noise
A method of controlling a detection signal of a lidar system. 제 6항에 있어서,
상기 바이어스 전압을 변경하는 단계는,
상기 출력되는 신호의 잡음의 크기가 일정한 값을 유지하도록 하는 바이어스 전압을 공급하는 단계를 포함하는
라이다 시스템의 검출 신호 제어 방법.The method according to claim 6,
Wherein the step of changing the bias voltage comprises:
And supplying a bias voltage to maintain a noise level of the output signal at a predetermined value
A method of controlling a detection signal of a lidar system. 제 8항에 있어서,
상기 일정한 값은,
상기 출력되는 신호의 신호 대 잡음 비가 최대가 되는 값인
라이다 시스템의 검출 신호 제어 방법.9. The method of claim 8,
The constant value may be,
A ratio of the signal-to-noise ratio of the output signal
A method of controlling a detection signal of a lidar system. 제 9항에 있어서,
상기 신호 대 잡음 비가 최대가 되는 값은,
온도와 잡음의 관계 및 온도와 신호 대 잡음 비의 관계에 기초하여 획득되는
라이다 시스템의 검출 신호 제어 방법.
10. The method of claim 9,
The value at which the signal-to-
The relationship between temperature and noise, and the relationship between temperature and signal-to-noise ratio
A method of controlling a detection signal of a lidar system.
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