KR20190020558A - Distance Measuring Apparatus, Signal Discriminator, and Moving Object - Google Patents

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KR20190020558A
KR20190020558A KR1020170105671A KR20170105671A KR20190020558A KR 20190020558 A KR20190020558 A KR 20190020558A KR 1020170105671 A KR1020170105671 A KR 1020170105671A KR 20170105671 A KR20170105671 A KR 20170105671A KR 20190020558 A KR20190020558 A KR 20190020558A
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Abstract

Embodiments of the present invention provide a distance measuring apparatus, a signal discriminator, and a moving object. The distance measuring apparatus comprises an optical transceiving device, a signal discriminator, and a distance measurer. The distance measuring apparatus can convert a signal point having a maximum signal size in an electrical signal to have a predetermined signal size by converting the electrical signal, can control the converted electrical signal size and detect a point having the predetermined size so as to improve a work error and measure a precise point by using only a comparator.

Description

거리 측정 장치, 신호 판별기, 및 이동체 {Distance Measuring Apparatus, Signal Discriminator, and Moving Object}A distance measuring apparatus, a signal discriminator, and a moving object {Distance Measuring Apparatus, Signal Discriminator, and Moving Object}

본 실시예가 속하는 기술 분야는 비행시간을 산출하여 거리를 측정하는 거리 측정 장치, 신호 판별기, 및 이동체에 관한 것이다.The technical field to which this embodiment belongs is a distance measuring device, a signal discriminator, and a moving object which measure a distance by calculating a flight time.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information on the present embodiment and do not constitute the prior art.

라이다(LIght Detection And Ranging, LIDAR)는 레이저 신호를 쏘고 반사되어 돌아오는 시간을 측정하고, 빛의 속도를 이용하여 반사체의 거리를 측정하는 장치이다. 레이저 신호는 포토 다이오드를 통하여 전기적인 신호로 변경된다. LIght Detection And Ranging (LIDAR) is a device that shoots a laser signal, measures the return time of reflected light, and measures the distance of the reflector using the speed of light. The laser signal is converted into an electrical signal through the photodiode.

라이다에서 반사 신호의 피크 시점을 산출하는 방식으로 신호를 변환하여 제로를 검출하는 방식이 있다. 현실적으로 반사 신호에는 노이즈가 포함되어 있어, 신호 크기가 제로가 되는 시점을 목표 시점으로 사용할 수 없다. 제로 크로싱 검출기를 추가로 구현해야 한다.There is a method of detecting a zero by converting a signal by calculating a peak point of a reflected signal in the ladder. In reality, the reflected signal contains noise, and the point when the signal size becomes zero can not be used as the target point. An additional zero crossing detector should be implemented.

라이다에서 반사 신호의 시점을 산출하는 방식으로 하나의 문턱치를 사용하는 방식이 있다. 이러한 방식은 반사된 광량에 따라 신호의 형태가 다르기 때문에, 정확한 시점을 산출하기 어려운 문제가 있다. 즉, 워크에러(Walk Error)가 발생한다. 도 1을 참조하면, 신호의 형태에 따라 상이한 시점(T1, T2)이 산출됨을 쉽게 파악할 수 있다.There is a method of using one threshold value as a method of calculating the viewpoint of the reflected signal in the lidar. This method has a problem in that it is difficult to calculate an accurate viewpoint because the signal form varies depending on the amount of reflected light. That is, a walk error occurs. Referring to FIG. 1, it can be easily understood that different time points (T 1 , T 2 ) are calculated depending on the signal form.

라이다에서 반사 신호의 시점을 산출하는 방식으로 복수의 문턱치를 사용하는 방식이 있으나, 이러한 방식은 출력 신호를 피드백하고 신호를 지연시키기 때문에 회로 복잡도가 증가하는 문제가 있다.There is a method of using a plurality of threshold values in a method of calculating the viewpoint of the reflection signal in the case of the conventional method. However, this method has a problem that the circuit complexity increases because the output signal is fed back and the signal is delayed.

본 발명의 실시예들은 전기 신호에서 최대 신호 크기를 갖는 신호 지점을 기 설정된 크기를 갖도록 상기 전기 신호를 변환하고, 변환된 전기 신호의 크기를 조절하고, 기 설정된 크기를 갖는 시점을 검출함으로써, 워크에러를 개선하고 비교기만으로도 정확한 시점을 측정하는 데 발명의 주된 목적이 있다.The embodiments of the present invention can be implemented by converting the electrical signal so that the signal point having the maximum signal magnitude in the electrical signal has a predetermined magnitude, adjusting the magnitude of the converted electrical signal, The main purpose of the invention is to improve the error and to measure the exact point in time with the comparator alone.

본 발명의 실시예들은 반사 신호의 펄스 폭을 이용하여 비행시간을 보정함으로써, 정확한 비행시간을 산출하는 데 발명의 다른 목적이 있다.Embodiments of the present invention have another object of the present invention to calculate an accurate flight time by correcting the flight time using the pulse width of the reflected signal.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other and further objects, which are not to be described, may be further considered within the scope of the following detailed description and easily deduced from the effects thereof.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 시작 제어 신호에 의해 대상체로 광을 출사하고 상기 대상체에 반사된 광을 수신하여 전기 신호로 변환하는 광 송수신기, 상기 전기 신호를 변환하고 기 설정된 기준 크기를 갖는 시점을 검출하여 정지 제어 신호를 생성하는 신호 판별기, 및 상기 시작 제어 신호 및 상기 정지 제어 신호의 시간차를 기반으로 비행시간을 산출하여 거리를 측정하는 거리 측정기를 포함하는 거리 측정 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an optical transceiver that emits light to a target object by a start control signal, receives light reflected by the target object, and converts the received light into an electric signal, And a distance measuring device for measuring a distance by calculating a flight time based on a time difference between the start control signal and the stop control signal.

본 실시예의 다른 측면에 의하면, 상승하고 하강하는 입력 신호에 대해, 최대 신호 크기를 갖는 신호 지점을 기 설정된 크기를 갖도록 상기 입력 신호를 변환하는 제1 변환부, 상기 변환된 입력 신호의 크기를 조절하는 제2 변환부, 및 상기 크기가 조절된 입력 신호로부터 기 설정된 기준 크기를 갖는 적어도 하나의 시점을 검출하여 출력 신호를 생성하는 신호 검출부를 포함하는 신호 판별기를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a signal processing apparatus including: a first conversion unit for converting an input signal having a predetermined size to a signal point having a maximum signal size with respect to an ascending and descending input signal; And a signal detector for detecting at least one time point having a predetermined reference magnitude from the magnitude-adjusted input signal to generate an output signal.

본 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 이동체에 있어서, 상기 이동체 및 대상체 간의 비행시간을 산출하여 상기 대상체까지의 거리를 측정하는 거리 측정 장치 및 상기 대상체까지의 거리를 기반으로 상기 이동체를 이동하도록 구현된 이동 장치를 포함하며, 상기 거리 측정 장치는, 시작 제어 신호에 의해 대상체로 광을 출사하고 상기 대상체에 반사된 광을 수신하여 전기 신호로 변환하는 광 송수신기, 상기 전기 신호를 변환하고 기 설정된 기준 크기를 갖는 시점을 검출하여 정지 제어 신호를 생성하는 신호 판별기, 및 상기 시작 제어 신호 및 상기 정지 제어 신호의 시간차를 기반으로 상기 비행시간을 산출하여 상기 거리를 측정하는 거리 측정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a moving object, comprising: a distance measuring device for calculating a distance between the moving object and a target object and measuring a distance to the target object; Wherein the distance measurement device includes an optical transceiver for emitting light to a target object by a start control signal and for receiving the light reflected by the target object and converting the received light into an electrical signal, And a distance measuring unit for measuring the distance by calculating the flight time based on a time difference between the start control signal and the stop control signal, As shown in FIG.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 전기 신호에서 최대 신호 크기를 갖는 신호 지점을 기 설정된 크기를 갖도록 상기 전기 신호를 변환하고, 변환된 전기 신호의 크기를 조절하고, 기 설정된 크기를 갖는 시점을 검출함으로써, 워크에러를 개선하고 비교기만으로도 정확한 시점을 측정할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the embodiments of the present invention, it is possible to convert the electrical signal so that the signal point having the maximum signal size in the electrical signal has a predetermined size, adjust the size of the converted electrical signal, It is possible to improve a work error and to measure an accurate time point only by a comparator.

본 발명의 실시예들에 의하면, 반사 신호의 펄스 폭을 이용하여 비행시간을 보정함으로써, 정확한 비행시간을 산출하는 데 발명의 다른 목적이 있다.According to the embodiments of the present invention, there is another object of the invention to calculate an accurate flight time by correcting the flight time using the pulse width of the reflected signal.

여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.Even if the effects are not expressly mentioned here, the effects described in the following specification which are expected by the technical characteristics of the present invention and their potential effects are handled as described in the specification of the present invention.

도 1은 라이다 장치에서 반사 신호를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동체를 예시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동체를 예시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 거리 측정 장치를 예시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 거리 측정 장치의 광 송수신기를 예시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 신호 판별기를 예시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 신호 판별기에 입력된 신호를 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 신호 판별기가 변환한 신호를 예시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 신호 판별기가 크기를 증폭한 신호를 예시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 거리 측정 장치가 시간을 측정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 측정 장치가 시간을 보정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram illustrating a reflection signal in a ladder apparatus.
2 is a block diagram illustrating a moving object according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a moving object according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are block diagrams illustrating a distance measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
6 is a block diagram illustrating an optical transceiver of a distance measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
7 is a block diagram illustrating a signal discriminator in accordance with another embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating signals input to a signal discriminator according to another embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating signals converted by a signal discriminator according to another embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating signals amplified by a signal discriminator according to another embodiment of the present invention.
11 is a view for explaining an operation in which the distance measuring apparatus according to another embodiment of the present invention measures time.
12 is a view for explaining the operation of correcting time by the distance measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Will be described in detail with reference to exemplary drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동체를 예시한 블록도이고, 도 3은 이동체를 예시한 도면이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a moving object according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram illustrating a moving object.

도 2에 도시한 바와 같이, 이동체(1)는 거리 측정 장치(10) 및 이동 장치(20)를 포함한다. 이동체(1)는 도 2에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 이동체는 청소부를 추가로 포함할 수 있다.As shown in Fig. 2, the moving object 1 includes a distance measuring device 10 and a moving device 20. Fig. The moving object 1 may omit some of the various constituent elements illustrated in FIG. 2 or may further include other constituent elements. For example, the moving body may further include a cleaning unit.

이동체(1)는 미리 정의된 방식에 따라 특정 위치에서 다른 위치로 이동 가능하도록 설계된 장치를 의미하며, 바퀴, 레일, 보행용 다리 등과 같은 이동 수단을 이용하여, 특정 위치에서 다른 위치로 이동할 수 있다. 이동체(1)는 센서 등을 이용하여 외부의 정보를 수집한 후 수집된 정보에 따라서 이동할 수도 있고, 사용자에 의해 별도의 조작 수단을 이용하여 이동할 수 있다.The moving body 1 means an apparatus designed to be movable from a specific position to another position according to a predetermined method and can be moved from a specific position to another position by using a moving means such as a wheel, a rail, a walking leg, . The moving object 1 may be moved according to information collected after collecting external information using a sensor or the like, or may be moved by a user using a separate operating means.

이동체(1)의 일례로는 로봇 청소기, 장난감 자동차, 산업용 또는 군사용 목적 등으로 이용 가능한 이동 로봇 등이 있을 수 있으며, 이동체(1)는 바퀴를 이용하여 주행하거나, 하나 이상의 다리를 이용하여 보행하거나, 이들의 조합으로 구현될 수 있다.Examples of the moving body 1 include a robot cleaner, a toy car, a mobile robot which can be used for an industrial purpose or a military purpose, and the moving body 1 can be driven by wheels, walked using one or more legs , Or a combination thereof.

로봇 청소기는 청소 공간을 주행하면서 바닥에 쌓인 먼지 등의 이물질을 흡입함으로써 청소 공간을 자동으로 청소하는 장치이다. 일반적인 청소기가 사용자에 의한 외력으로 이동하는 것과 달리, 로봇 청소기는 외부의 정보 또는 미리 정의된 이동 패턴을 이용하여 이동하면서 청소 공간을 청소한다.The robot cleaner is a device that automatically cleans the cleaning space by suctioning foreign substances such as dust accumulated on the floor while traveling in the cleaning space. Unlike a general vacuum cleaner moving by an external force by a user, the robot cleaner cleans the cleaning space while moving using external information or a predefined movement pattern.

로봇 청소기는 미리 정의된 패턴을 이용하여 자동적으로 이동하거나, 또는 감지 센서에 의해 외부의 장애물을 감지한 후, 감지된 바에 따라 이동할 수도 있고, 사용자에 의해 조작되는 원격 제어 장치로부터 전달되는 신호에 따라서 이동 가능할 수도 있다.The robot cleaner may move automatically by using a predefined pattern or may detect an external obstacle by the detection sensor and then move according to the sensed sensor or may be moved according to a signal transmitted from a remote control device operated by the user It may be movable.

감지 센서는 라이다(LIDAR)로 구현될 수 있다. 라이다는 레이저 신호를 쏘고 반사되어 돌아오는 시간을 측정하고, 빛의 속도를 이용하여 반사체의 거리를 측정하는 장치이다. 레이저 신호는 포토 다이오드를 통하여 전기적인 신호로 변경된다. The sensing sensor may be implemented as a LIDAR. Lidar is a device that shoots a laser signal, measures the return time of reflected light, and measures the distance of the reflector using the speed of light. The laser signal is converted into an electrical signal through the photodiode.

도 3을 참조하면, 이동체 및 대상체 간의 비행시간을 산출하여 상기 대상체까지의 거리를 측정하는 거리 측정 장치(10)가 본체의 상단부에 위치하고 있으나, 이는 예시일 뿐이며 이에 한정되는 것은 아니고 구현되는 설계에 따라 적합한 위치에서 하나 이상으로 구현될 수 있다. 이동 장치(20)는 대상체까지의 거리를 기반으로 주행 경로를 산출하거나 장애물을 검출하여 상기 이동체를 이동시킨다. 이동 장치(20)는 바퀴, 레일, 보행용 다리 등과 같은 이동 수단으로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 3, a distance measuring apparatus 10 for calculating a distance between a moving object and a target object and measuring the distance to the object is located at an upper end of the main body. However, the distance measuring apparatus 10 is not limited thereto. And may be implemented in one or more than one suitable position. The mobile device 20 calculates the traveling route based on the distance to the object or detects the obstacle and moves the moving object. The mobile device 20 can be implemented as a moving means such as a wheel, a rail, a walking leg, and the like.

거리 측정 장치(10)는 타임 오브 플라이트(Time of Flight, TOF) 방식으로 동작한다. 타임 오브 플라이트 방식은 레이저가 펄스 또는 구형파 신호를 방출하여 측정 범위 내에 있는 물체들로부터의 반사 펄스 또는 구형파 신호들이 수신기에 도착하는 시간을 측정함으로써, 측정 대상과 거리 측정 장치 사이의 거리를 측정한다.The distance measuring apparatus 10 operates in a Time of Flight (TOF) manner. The time of flight method measures the distance between the object to be measured and the distance measuring device by measuring the time when the laser emits a pulse or a square wave signal to arrive at the receiver with a reflected pulse or square wave signal from objects within the measuring range.

이하에서는 이동체에 구현되거나 독립적으로 동작하는 거리 측정 장치를 설명하기로 한다.Hereinafter, a distance measuring apparatus implemented in a moving object or operating independently will be described.

도 4 및 도 5는 거리 측정 장치를 예시한 블록도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 거리 측정 장치(10)는 광 송수신기(100), 신호 판별기(200), 및 거리 측정기(300)를 포함한다. 거리 측정 장치(10)는 도 4에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 거리 측정 장치(10)는 인터페이스(400)를 추가로 포함할 수 있다.4 and 5 are block diagrams illustrating a distance measuring apparatus. As shown in FIG. 4, the distance measuring apparatus 10 includes an optical transceiver 100, a signal discriminator 200, and a distance measurer 300. The distance measuring device 10 may omit some of the various components illustrated in FIG. 4 or may additionally include other components. For example, the distance measuring device 10 may further include an interface 400. [

광 송수신기(100)는 레이저 신호를 송신하고 반사된 신호를 수신한다. 광 송수신기(100)는 시작 제어 신호에 의해 대상체로 광을 출사하고 대상체에 반사된 광을 수신하여 전기 신호로 변환한다.The optical transceiver 100 transmits a laser signal and receives a reflected signal. The optical transceiver 100 emits light to a target object in response to a start control signal, receives the light reflected by the target object, and converts the received light into an electric signal.

신호 판별기(200)는 상승하고 하강하는 전기 신호에서 정확한 시점을 측정하여 신호를 출력한다. 신호 판별기(200)는 전기 신호를 변환하고 기 설정된 기준 크기를 갖는 시점을 검출하여 정지 제어 신호를 생성한다.The signal discriminator 200 measures an accurate time point in the rising and falling electrical signals and outputs a signal. The signal discriminator 200 converts an electric signal and detects a time point having a predetermined reference magnitude to generate a stop control signal.

신호 판별기(200)는 입력 신호에서 최대 신호 크기를 갖는 신호 지점을 기 설정된 크기를 갖도록 입력 신호를 변환한다. 예컨대, 신호의 크기가 제로가 되도록 변환한다. 신호 판별기(200)는 최대 크기를 갖는 시점을 제로로 변환하여 문턱치를 비교함으로써, 최대 크기를 갖는 시점으로부터 가까운 시점을 검출할 수 있다. The signal discriminator 200 converts the input signal so that the signal point having the maximum signal size in the input signal has a predetermined size. For example, the signal is converted so that the magnitude of the signal becomes zero. The signal discriminator 200 can detect a point of time near the maximum magnitude by comparing the time point having the maximum magnitude to zero and comparing the threshold value.

신호 판별기(200)는 변환된 입력 신호의 크기를 조절한다. 예컨대, 신호 판별기(200)는 복수의 증폭 과정을 거쳐 신호의 기울기가 수직에 가깝도록 변환한다. 기울기가 크기 때문에, 단순히 비교기만으로 회로를 구현하더라도 정확한 시점을 획득할 수 있다.The signal discriminator 200 adjusts the size of the converted input signal. For example, the signal discriminator 200 converts a slope of a signal to a vertical direction through a plurality of amplification processes. Since the slope is large, accurate timing can be obtained even if a circuit is simply implemented with a comparator.

신호 판별기(200)는 크기가 조절된 입력 신호로부터 기 설정된 기준 크기를 갖는 적어도 하나의 시점을 검출하여 신호를 출력한다. 여기서, 출력 신호는 두 개의 유형일 수 있다. 예컨대, 신호 판별기(200)는 상승 에지 및 하강 에지를 출력할 수 있다. 거리 측정 장치(10)는 상승 에지 및 하강 에지 간의 펄스 폭에 따른 보정 팩터를 적용하여, 비행시간을 보정할 수 있다.The signal discriminator 200 detects at least one time point having a preset reference magnitude from a scaled input signal and outputs a signal. Here, the output signal may be of two types. For example, the signal discriminator 200 can output a rising edge and a falling edge. The distance measuring apparatus 10 can correct the flight time by applying a correction factor according to the pulse width between the rising edge and the falling edge.

거리 측정기(300)는 타임 오브 플라이트 방식으로 시간 및 거리를 측정한다. 거리 측정기(300)는 시작 제어 신호 및 정지 제어 신호의 시간차를 기반으로 비행시간을 산출하여 거리를 측정한다. 거리 측정기(300)는 빛의 속도를 이용하여 시간으로부터 거리를 산출한다. The distance measuring device 300 measures time and distance in a time-of-flight manner. The distance measuring device 300 measures the distance by calculating the flight time based on the time difference between the start control signal and the stop control signal. The distance measuring device 300 calculates the distance from the time using the speed of light.

도 5를 참조하면, 거리 측정 장치(10)는 하나 이상의 시간 디지털 변환기(310, 312), 하나 이상의 신호 판별기(200, 202), 하나 이상의 광 송수신기(100, 102)를 포함할 수 있다. 거리 측정 장치(10)는 인터페이스(400)를 포함할 수 있다.5, the distance measuring apparatus 10 may include one or more time digital converters 310 and 312, one or more signal discriminators 200 and 202, and one or more optical transceivers 100 and 102. The distance measuring device 10 may include an interface 400.

거리 측정기(300)는 시간 디지털 변환기(310)를 이용하여 두 시간의 차이를 디지털 값으로 변환한다. 시간 디지털 변환기(310)의 입력 신호는 동일 신호원의 펄스 형태가 될 수도 있고, 다른 신호원의 에지가 될 수도 있다. 예컨대, 거리 측정 장치(10)는 시작 제어 신호의 상승 에지 또는 하강 에지, 정지 제어 신호의 상승 에지 또는 하강 에지를 기준으로 시간차를 산출할 수 있다.The distance measurer 300 uses a time-to-digital converter 310 to convert the difference between the two times into a digital value. The input signal of the time digital converter 310 may be in the form of a pulse of the same signal source or may be the edge of another signal source. For example, the distance measuring apparatus 10 can calculate the time difference based on the rising edge or the falling edge of the start control signal, the rising edge or the falling edge of the stop control signal.

시간 디지털 변환기(310)는 시간 지연 소자 및 플립플롭으로 구성될 수 있다. 시간 지연 소자는 인버터를 이용한 디지털 소자 또는 전류원을 이용한 아날로그 소자로 구현될 수 있다. 시간 디지털 변환기(310)는 위상 편차 방식, 고해상도 클럭을 이용한 방식, 등가 시간 샘플링 방식 등 다양한 방식이 적용될 수 있다. Time digital converter 310 may be configured with a time delay element and a flip-flop. The time delay element can be implemented as a digital element using an inverter or an analog element using a current source. The time digital converter 310 may employ various methods such as a phase deviation method, a method using a high resolution clock, and an equivalent time sampling method.

인터페이스(400)는 다른 장치와 정보를 송수신하는 통신 경로이다. 다른 장치는 인터페이스(400)를 통해 거리 측정 장치(10)에 접속하여 파라미터를 설정할 수 있다. 거리 측정 장치(10)는 인터페이스(400)를 통해 측정한 시간 및 거리를 다른 장치로 전송할 수 있다.The interface 400 is a communication path for transmitting / receiving information to / from another device. Other devices may be connected to the distance measuring device 10 via the interface 400 to set parameters. The distance measuring apparatus 10 can transmit the time and distance measured through the interface 400 to another apparatus.

도 6은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 거리 측정 장치의 광 송수신기를 예시한 블록도이다.6 is a block diagram illustrating an optical transceiver of a distance measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 광 송수신기(100)는 광원(110), 송신 광학부(120), 수신 광학부(130), 및 광 다이오드(140)를 포함한다. 광원(110)은 나노 초 단위의 레이저 펄스 신호를 발생시킨다. 송신 광학부(120) 및 수신 광학부(130)는 레이저 신호의 경로이고, 경통 구조로 형성될 수 있다. 광 다이오드(140)는 광자 에너지의 빛이 다이오드를 타격하면 이동전자와 양의 전하 정공이 생겨 전자가 활동하는 원리가 적용될 수 있다. 광 다이오드(140)는 PN 접합 광 다이오드, PIN 광 다이오드, 애벌란시 광 다이오드(Avalanche Photo Diode, APD) 등으로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 6, the optical transceiver 100 includes a light source 110, a transmission optical unit 120, a reception optical unit 130, and a photodiode 140. The light source 110 generates a laser pulse signal in units of nanoseconds. The transmission optical unit 120 and the reception optical unit 130 are paths of laser signals and can be formed in a barrel structure. The photodiode 140 can be applied to the principle that electrons act when a photon energy of light strikes a diode due to positive electron holes and positive electrons. The photodiode 140 may be implemented as a PN junction photodiode, a PIN photodiode, an avalanche photodiode (APD), or the like.

광 송수신기(100)는 복수의 거울의 각도를 상이하게 설정하여 수평 방향과 지면 방향의 장애물을 동시에 검출할 수 있다. 광 송수신기(100)는 송신 광학부(120) 및 수신 광학부(130)에 거울을 각각 연결하고, 송신 광학부(120) 및 수신 광학부(130)를 회전시켜 전방향으로 장애물을 검출할 수 있다. 예컨대, 스캔라인은 각각 45도와 60도로 설정될 수 있고, 2개 이상으로 구성될 수도 있다.The optical transceiver 100 can detect the obstacles in the horizontal direction and the ground direction simultaneously by setting the angles of the plurality of mirrors differently. The optical transceiver 100 connects the mirrors to the transmission optical unit 120 and the reception optical unit 130 and rotates the transmission optical unit 120 and the reception optical unit 130 to detect obstacles in all directions have. For example, the scan lines may be set to 45 degrees and 60 degrees, respectively, and may be configured to be two or more.

광 송수신기(100)는 빛을 전류나 전압으로 변환하는데, 광 다이오드(140)의 출력을 버퍼링하고 스케일링하기 위한 회로가 필요하다. 예컨대, 광 다이오드(140)에 트랜스 임피던스 증폭기(Trans Impedance Amplifier, TIA)가 연결될 수 있다. 트랜스 임피던스 증폭기는 광 다이오드(140)의 전류를 증폭하고 전압으로 변환하여 출력한다. 트랜스 임피던스 증폭기는 R-TIA(Resistive Feedback TIA) 및 C-TIA(Capacitive Feedback TIA)로 구분될 수 있다.The optical transceiver 100 converts light into current or voltage, which requires a circuit for buffering and scaling the output of the photodiode 140. For example, a transimpedance amplifier (TIA) may be connected to the photodiode 140. The transimpedance amplifier amplifies the current of the photodiode 140, converts it into a voltage, and outputs it. Transimpedance amplifiers can be classified into R-TIA (Resistive Feedback TIA) and C-TIA (Capacitive Feedback TIA).

도 7은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 신호 판별기를 예시한 블록도이다. 7 is a block diagram illustrating a signal discriminator in accordance with another embodiment of the present invention.

도 7에 도시한 바와 같이, 신호 판별기(200)는 제1 변환부(210), 제2 변환부(220), 및 신호 검출부(230)를 포함한다. 신호 판별기(200)는 도 7에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.7, the signal discriminator 200 includes a first conversion unit 210, a second conversion unit 220, and a signal detection unit 230. [ The signal discriminator 200 may omit some of the various elements illustrated in FIG. 7 or may further include other elements.

신호 판별기(200)는 광 다이오드(140) 또는 트랜스 임피던스 증폭기로부터 전기 신호를 수신한다. 수신한 전기 신호, 즉, 입력 신호는 반사된 광에 의해 상승하고 하강하는 형태를 갖는다. 신호 판별기(200)는 입력 신호에 대해 목적하는 시점을 정확하게 측정하여 전기 신호를 출력한다. The signal discriminator 200 receives electrical signals from the photodiode 140 or the transimpedance amplifier. The received electrical signal, that is, the input signal, has a form of rising and falling by the reflected light. The signal discriminator 200 accurately measures a desired point in time with respect to an input signal and outputs an electric signal.

도 8을 참조하면, 입력 신호의 형태에 따라 입력 신호는 전단 시점(Tfront), 설정된 임계치와 만나는 목표 시점(T1, T2), 피크 시점(Tmax)을 갖는다. 신호 판별기(200)는 전단 시점(Tfront) 및 피크 시점(Tmax)에 가장 근접한 시점을 검출하기 위해 2단계 변환 과정을 수행한다.Referring to FIG. 8, the input signal has a front end time T front , a target time point T 1 , T 2 , and a peak time point T max , which meet the set threshold value, depending on the type of the input signal. The signal discriminator 200 performs a two-stage conversion process to detect a point of time that is closest to the front end time T front and the peak time T max .

제1 변환부(210)는 최대 신호 크기를 갖는 신호 지점을 기 설정된 크기를 갖도록 입력 신호를 변환한다. 제1 변환부(210)는 최대 신호 크기를 갖는 신호 지점의 크기가 제로가 되도록 변환한다. 예컨대, 제1 변환부(210)는 입력 신호를 미분하거나 입력 신호를 일정 분율 판별(Constant Fraction Discriminator, CFD)을 이용하여 변환한다. 일정 분율 판별은 원 신호를 지연시킨 신호와 일정 크기 비율만큼 조절한 신호가 같아지는 시점이 최대 크기의 일정 비율이 되는 시점을 찾는 방식이다. The first conversion unit 210 converts the input signal so that the signal point having the maximum signal size has a predetermined size. The first conversion unit 210 converts the signal point having the maximum signal size to zero. For example, the first conversion unit 210 differentiates an input signal or converts an input signal using a constant fraction discriminator (CFD). The constant fraction discrimination is a method of finding a point at which a point at which the signal delayed by the original signal is equal to a signal adjusted by a constant magnitude ratio becomes a certain ratio of the maximum magnitude.

도 9에서는 입력 신호를 시간에 대하여 미분한 신호가 도시되어 있다. 도 9를 참조하면, 변환한 신호는 전단 시점(Tfront), 설정된 임계치와 만나는 상승 시점(Trising1, Trising2), 설정된 임계치와 만나는 하강 시점(Tfalling1, Tfalling2), 후단 시점(Tend)을 갖는다. 후단 시점(Tend)은 변환 전의 신호의 피크 시점(Tmax)과 동일한 시점이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 변환부(210)가 최대 신호 크기를 갖는 신호 지점을 기 설정된 크기를 갖도록 입력 신호의 기울기를 변환하면, 상승 시점(Trising1, Trising2)은 전단 시점(Tfront)에 가까워지고 하강 시점(Tfalling1, Tfalling2)은 후단 시점(Tend)에 가까워진다.In Fig. 9, a signal obtained by differentiating an input signal with respect to time is shown. 9, the converted signal is the front end point (T front), rise time meets the predetermined threshold (T rising1, T rising2), fall time meets the predetermined threshold (T falling1, T falling2), the rear end point (T end ). The rear end point (T end ) is the same point as the peak point (T max ) of the signal before conversion. 9, when the first converter 210 converts the slope of the input signal so that the signal point having the maximum signal size has a predetermined size, the rising points (T rising1 , T rising2 ) T front ) and the descending timings (T falling1 , T falling2 ) are close to the rear end timing (T end ).

신호를 미분하거나 일정 분율 판별 방식을 신호에 적용하면, 지터가 심하고 최대 신호 진폭과 최소 신호 진폭의 비인 다이나믹 레인지가 좁게 될 수 있다. 미분 방식은 RC회로로 구현되기 때문에, 거리 변화에 따른 신호의 주파수 특성이 변화하여 시간 오차를 발생시킨다. 일정 분율 판별 방식은 신호의 기울기가 다르기 때문에, 비교기의 커패시터의 충전 시간이 다르게 되고 비교기의 응답시간이 달라져서 시간 오차를 발생시킨다. 따라서, 변환한 신호를 다시 변환할 필요가 있다.If the signal is differentiated or the fractional discrimination method is applied to the signal, the dynamic range, which is the ratio of the jitter to the maximum signal amplitude to the minimum signal amplitude, may become narrow. Since the differential method is implemented by the RC circuit, the frequency characteristic of the signal changes according to the change of the distance, and a time error is generated. Since the slope of the signal is different, the charging time of the capacitor of the comparator is different and the response time of the comparator is changed to generate a time error. Therefore, it is necessary to convert the converted signal again.

제2 변환부(220)는 변환된 입력 신호의 크기를 조절한다. 제2 변환부는 변환된 입력 신호의 크기를 N(상기 N은 자연수)차 증폭시킨다.The second conversion unit 220 adjusts the size of the converted input signal. The second converter amplifies the magnitude of the converted input signal by N (N is a natural number).

도 10에서는 기울기가 변환된 입력 신호의 크기를 증폭한 신호가 도시되어 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 변환부(220)가 기울기가 변환된 신호의 크기를 증폭하면, 기울기가 수직에 가까워져서, 상승 시점(Trising1, Trising2)은 전단 시점(Tfront)에 더욱 가까워지고 하강 시점(Tfalling1, Tfalling2)은 후단 시점(Tend)에 더욱 가까워진다. In FIG. 10, a signal obtained by amplifying the magnitude of the input signal having the slope is shown. The second conversion unit 220 when amplifying the signal the slope of conversion, the slope is so close to the vertical, the rise time (T rising1, T rising2) as shown in Figure 10 is the front end point (T front) , And the falling timings (T falling1 , T falling2 ) are closer to the rear end time (T end ).

본 실시예는 2단계 변환 과정으로 인하여, 노이즈가 포함된 신호에 대해 단순히 임계치와 비교하는 회로를 구현하더라도 전단 시점(Tfront) 및 후단 시점(Tend)을 정확하게 획득할 수 있다.The present embodiment can accurately acquire the front end timing T front and the rear end timing T end even if a circuit for comparing the noise included signal with a threshold value is implemented due to the two stage conversion process.

신호 검출부(230)는 크기가 조절된 입력 신호로부터 기 설정된 기준 크기를 갖는 적어도 하나의 시점을 검출하여 출력 신호를 생성한다. 신호 검출부(230)는 크기가 조절된 입력 신호로부터 하나의 임계치를 기준으로 상승 에지 및 하강 에지를 출력한다. 정지 제어 신호는 상승 에지에 매칭하는 펄스이거나 하강 에지에 매칭하는 펄스이거나 상승 에지 및 하강 에지에 모두 매칭하는 펄스일 수 있다.The signal detection unit 230 detects at least one time point having a predetermined reference size from the scaled input signal to generate an output signal. The signal detector 230 outputs a rising edge and a falling edge based on one threshold value from the scaled input signal. The stop control signal may be a pulse that matches the rising edge, a pulse that matches the falling edge, or a pulse that matches both the rising edge and the falling edge.

거리 측정 장치(10)는 상승 에지 및 하강 에지에 따른 펄스 폭을 이용하여 비행시간을 보정한다. The distance measuring apparatus 10 corrects the flight time using the pulse width corresponding to the rising edge and the falling edge.

도 11은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 거리 측정 장치가 시간을 측정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.11 is a view for explaining an operation in which the distance measuring apparatus according to another embodiment of the present invention measures time.

거리 측정기(300)는 시간 디지털 변환기를 이용하여 두 시간의 차이를 디지털 값으로 변환한다. 시간 디지털 변환기의 입력 신호는 동일 신호원의 펄스 형태가 될 수도 있고, 다른 신호원의 에지가 될 수도 있다. 예컨대, 거리 측정 장치(10)는 시작 제어 신호의 상승 에지 또는 하강 에지, 정지 제어 신호의 상승 에지 또는 하강 에지를 기준으로 시간차를 산출할 수 있다.The distance meter 300 uses a time digital converter to convert the two time differences into digital values. The input signal of the time digital converter may be in the form of a pulse of the same signal source, or may be the edge of another signal source. For example, the distance measuring apparatus 10 can calculate the time difference based on the rising edge or the falling edge of the start control signal, the rising edge or the falling edge of the stop control signal.

시간 디지털 변환기는 시간 지연 소자 및 플립플롭으로 구성될 수 있다. 시간 지연 소자는 인버터를 이용한 디지털 소자 또는 전류원을 이용한 아날로그 소자로 구현될 수 있다. 시간 디지털 변환기는 위상 편차 방식, 고해상도 클럭을 이용한 방식, 등가 시간 샘플링 방식 등 다양한 방식이 적용될 수 있다. The time digital converter may comprise a time delay element and a flip-flop. The time delay element can be implemented as a digital element using an inverter or an analog element using a current source. Time digital converter can be applied various methods such as a phase deviation method, a method using a high resolution clock, and an equivalent time sampling method.

도 11을 참조하면, 시간 디지털 변환기는 (i) 보통 카운터(Coarse Counter) 및 정밀 카운터(Fine Counter)가 카운팅한 개수(N1, N2)와 (ii) 보통 카운터의 큰 클록과 정밀 카운터의 작은 클록을 이용하여 시간을 측정한다. 보통 카운터의 큰 클록 및 정밀 카운터의 작은 클록 간의 시간차가 시간 디지털 변환기의 분해능을 결정된다.Referring to FIG. 11, the time digital converter includes (i) a number (N 1 , N 2 ) counted by a coarse counter and a fine counter, (ii) a large clock of a normal counter, Time is measured using a small clock. The time difference between the large clock of the normal counter and the small clock of the precision counter determines the resolution of the time digital converter.

시간 디지털 변환기(310)는 큰 클록을 발생시키는 느린 오실레이터(Slow Oscillator) 및 작은 클록을 발생시키는 빠른 오실레이터(Fast Oscillator)를 포함한다. 위상 검출기(Phase Detector)가 큰 클록 및 작은 클록이 동기화된 시점을 검출한다.The time digital converter 310 includes a slow oscillator for generating a large clock and a fast oscillator for generating a small clock. A phase detector detects when a large clock and a small clock are synchronized.

기존의 느린 오실레이터 및 빠른 오실레이터는 버퍼의 개수를 조절하여 클록 폭을 조절한다. 기존의 시간 디지털 변환기는 버퍼 자체의 신호 지연 시간으로 인하여, 80 피코 초(ps) 정도의 분해능을 갖는다. Conventional slow oscillators and fast oscillators adjust the clock width by adjusting the number of buffers. Conventional time digital converters have a resolution of about 80 picoseconds (ps) due to the signal delay time of the buffer itself.

본 실시예는 느린 오실레이터 및 빠른 오실레이터를 동일한 게이트로 조합하고 회로 상에서 게이트들의 위치 및 신호 경로를 변경하여 클록 폭을 조절한다. 본 실시예에 따른 시간 디지털 변환기의 느린 오실레이터 및 빠른 오실레이터는 동일한 게이트를 포함하나 게이트들의 위치 및 신호 경로를 변경함으로써, 시간 디지털 변환기는 10 피코 초(ps) 정도의 분해능을 갖는다.This embodiment combines a slow oscillator and a fast oscillator into the same gate and adjusts the clock width by changing the position of the gates and the signal path on the circuit. The slow oscillator and fast oscillator of the time-to-digital converter according to this embodiment include the same gate but by changing the position of the gates and the signal path, the time-to-digital converter has a resolution on the order of 10 picoseconds (ps).

본 실시예는 상승 에지와 하강 에지를 함께 처리하기 때문에, 느린 오실레이터 또는 빠른 오실레이터를 공유하여 설계할 수 있다.Since this embodiment treats the rising edge and the falling edge together, it can be designed by sharing a slow oscillator or a fast oscillator.

도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 측정 장치가 시간을 보정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.12 is a view for explaining the operation of correcting time by the distance measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.

거리 측정 장치(10)가 신호의 기울기를 변환하는 과정에서 RC회로로 구현된 미분 방식을 적용하면, 거리 변화에 따른 신호의 주파수 특성이 변화하여 시간 오차를 발생한다. 신호의 기울기를 변환하는 과정에서 일정 분율 판별 방식을 적용하면, 신호의 기울기가 달라서 비교기의 커패시터의 충전 시간이 다르게 되고 비교기의 응답시간이 달라져서 시간 오차를 발생시킨다. 따라서, 거리 측정 장치(10)는 시간 오차를 보정하는 과정을 수행한다.When the distance measuring apparatus 10 applies the differential method implemented by the RC circuit in the process of changing the slope of the signal, the frequency characteristic of the signal changes according to the distance change, and a time error occurs. When a certain fraction discrimination method is applied in the process of converting the slope of the signal, the slope of the signal is different, so that the charging time of the capacitor of the comparator becomes different, and the response time of the comparator changes. Therefore, the distance measuring apparatus 10 performs a process of correcting the time error.

거리 측정기(300)는 정지 제어 신호의 펄스 폭을 이용하여 비행시간을 보정한다. 일반적인 광 다이오드의 출력 신호는 펄스 폭의 변화가 심하기 때문에, 펄스 폭 대 워크에러가 1 대 N으로 매칭하여 가까운 영역이 아니면 사용하기 곤란한 문제가 있다. 본 실시예는 신호를 변환하는 과정을 거쳤기 때문에, 펄스 폭 대 워크에러 간의 관계를 간단하게 모델링할 수 있다.The distance measuring device 300 corrects the flight time using the pulse width of the stop control signal. Since the output signal of a general photodiode has a large change in the pulse width, there is a problem that it is difficult to use it unless the pulse width to work error matches one to N and is not in a close range. Since the present embodiment has undergone a process of converting a signal, the relationship between the pulse width and the work error can be simply modeled.

거리 측정기(300)는 워크에러 및 펄스 폭 간의 함수를 모델링하고, 보정 팩터를 미리 측정한다. 펄스폭에 따른 보정 팩터는 도 12에 도시되어 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 거리 측정기(300)는 펄스 폭에 반비례하는 보정 팩터를 적용하여 비행시간을 보정한다. 반사 신호의 세기가 약하여 펄스 폭이 좁아지면 워크에러가 커지므로, 거리 측정기(300)는 보정 팩터를 크게 설정한다. 반사 신호의 세기가 강하여 펄스 폭이 넓어지면 워크에러가 작아지므로, 거리 측정기(300)는 보정 팩터를 작게 설정한다.The distance measurer 300 models a function between the work error and the pulse width, and measures the correction factor in advance. The correction factor according to the pulse width is shown in Fig. As shown in FIG. 12, the distance measuring device 300 corrects the flight time by applying a correction factor in inverse proportion to the pulse width. Since the intensity of the reflected signal is weak and the pulse width is narrowed, the work error becomes large, so that the distance measuring device 300 sets the correction factor to be large. If the intensity of the reflected signal is strong and the pulse width is widened, the work error becomes small. Therefore, the distance measuring device 300 sets the correction factor small.

최종적인 비행시간에 관한 관계식은 수학식 1과 같이 표현된다.The relational expression for the final flight time is expressed as Equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

수학식 1에서 ttof는 보정된 비행시간이고, tfalling는 보정 전의 비행시간이다. 비행시간은 정지 제어 신호 및 시작 제어 신호 간의 시간차이다. 거리 측정 장치는 시작 제어 신호의 상승 에지 또는 하강 에지, 정지 제어 신호의 상승 에지 또는 하강 에지를 기준으로 시간차를 산출할 수 있다. fcomp는 펄스 폭 대 워크에러의 함수이고, tpulse는 신호의 펄스 폭이다. 거리 측정 장치는 정지 제어 신호의 상승 에지 또는 하강 에지를 기준으로 펄스 폭을 산출할 수 있다.In Equation (1), t tof is the corrected flight time, and t falling is the flight time before correction. The flight time is the time difference between the stop control signal and the start control signal. The distance measuring device can calculate the time difference based on the rising edge or the falling edge of the start control signal, the rising edge or the falling edge of the stop control signal. f comp is a function of pulse width versus work error, and t pulse is the pulse width of the signal. The distance measuring apparatus can calculate the pulse width based on the rising edge or the falling edge of the stop control signal.

거리 측정 장치 및 신호 판별기에 포함된 구성요소들이 도 1, 도 4, 도 7에서는 분리되어 도시되어 있으나, 복수의 구성요소들은 상호 결합되어 적어도 하나의 모듈로 구현될 수 있다. 구성요소들은 장치 내부의 소프트웨어적인 모듈 또는 하드웨어적인 모듈을 연결하는 통신 경로에 연결되어 상호 간에 유기적으로 동작한다. 이러한 구성요소들은 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 이용하여 통신한다.Although the components included in the distance measuring device and the signal discriminator are shown separately in FIGS. 1, 4 and 7, a plurality of components may be mutually coupled to form at least one module. The components are connected to a communication path connecting a software module or a hardware module inside the device and operate organically with each other. These components communicate using one or more communication buses or signal lines.

거리 측정 장치 및 신호 판별기는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 로직회로 내에서 구현될 수 있고, 범용 또는 특정 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수도 있다. 장치는 고정배선형(Hardwired) 기기, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 장치는 하나 이상의 프로세서 및 컨트롤러를 포함한 시스템온칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다.The distance measuring device and the signal discriminator may be implemented in logic circuitry by hardware, firmware, software or a combination thereof, and may be implemented using a general purpose or special purpose computer. The device may be implemented using a hardwired device, a field programmable gate array (FPGA), an application specific integrated circuit (ASIC), or the like. Further, the device may be implemented as a System on Chip (SoC) including one or more processors and controllers.

거리 측정 장치 및 신호 판별기는 하드웨어적 요소가 마련된 컴퓨팅 디바이스에 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합하는 형태로 탑재될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신장치, 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다.The distance measuring device and the signal discriminator may be implemented as software, hardware, or a combination thereof in a computing device having hardware components. The computing device includes a communication device such as a communication modem for performing communication with various devices or wired / wireless communication networks, a memory for storing data for executing a program, a microprocessor for executing and calculating a program, Device. ≪ / RTI >

본 실시예들에 따른 동작은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는 데 참여한 임의의 매체를 나타낸다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자기 매체, 광기록 매체, 메모리 등이 있을 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드, 및 코드 세그먼트들은 본 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.The operations according to the present embodiments may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. A computer-readable medium represents any medium that participates in providing instructions to a processor for execution. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, or a combination thereof. For example, there may be a magnetic medium, an optical recording medium, a memory, and the like. The computer program may be distributed and distributed on a networked computer system so that computer readable code may be stored and executed in a distributed manner. Functional programs, codes, and code segments for implementing the present embodiment may be easily deduced by programmers of the technical field to which the present embodiment belongs.

본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The present embodiments are for explaining the technical idea of the present embodiment, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present embodiment should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

1: 이동체 10: 거리 측정 장치
20: 이동 장치 100: 광 송수신기
110: 광원 120: 송신 광학부
130: 수신 광학부 140: 광 다이오드
200: 신호 판별기 210: 제1 변환부
220: 제2 변환부 230: 신호 검출부
300: 거리 측정기 310: 시간 디지털 변환기
400: 인터페이스1: Moving object 10: Distance measuring device
20: Mobile device 100: Optical transceiver
110: light source 120: transmission optical part
130: receiving optical section 140: photodiode
200: signal discriminator 210: first conversion unit
220: second conversion unit 230: signal detection unit
300: Distance measurer 310: Time digital converter
400: Interface

Claims (14)

시작 제어 신호에 의해 대상체로 광을 출사하고 상기 대상체에 반사된 광을 수신하여 전기 신호로 변환하는 광 송수신기;
상기 전기 신호를 변환하고 기 설정된 기준 크기를 갖는 시점을 검출하여 정지 제어 신호를 생성하는 신호 판별기; 및
상기 시작 제어 신호 및 상기 정지 제어 신호의 시간차를 기반으로 비행시간을 산출하여 거리를 측정하는 거리 측정기
를 포함하는 거리 측정 장치.An optical transceiver that emits light to a target object by a start control signal and receives light reflected by the target object and converts the received light into an electric signal;
A signal discriminator for converting the electrical signal and detecting a time point having a predetermined reference magnitude to generate a stop control signal; And
A distance measuring unit for calculating a flight time based on a time difference between the start control signal and the stop control signal,
. 제1항에 있어서,
상기 신호 판별기는,
상기 전기 신호에서 최대 신호 크기를 갖는 신호 지점을 기 설정된 크기를 갖도록 상기 입력 신호를 변환하는 제1 변환부;
상기 변환된 입력 신호의 크기를 조절하는 제2 변환부; 및
상기 크기가 조절된 입력 신호로부터 기 설정된 기준 크기를 갖는 적어도 하나의 시점을 검출하여 상기 정지 제어 신호를 생성하는 신호 검출부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the signal discriminator comprises:
A first converter for converting the input signal so that a signal point having a maximum signal magnitude in the electrical signal has a predetermined magnitude;
A second conversion unit for adjusting the size of the converted input signal; And
A signal detecting unit for detecting at least one time point having a predetermined reference magnitude from the input signal whose magnitude has been adjusted to generate the stop control signal,
And a distance measuring device for measuring the distance. 제2항에 있어서,
상기 제1 변환부는 상기 입력 신호를 미분하거나 상기 입력 신호를 일정 분율 판별(Constant Fraction Discriminator, CFD)을 이용하여 변환하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the first conversion unit differentiates the input signal or converts the input signal using a constant fraction discriminator (CFD). 제2항에 있어서,
상기 제2 변환부는 상기 변환된 입력 신호를 N(상기 N은 자연수)차 증폭하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.3. The method of claim 2,
And the second conversion unit amplifies the converted input signal by N (N is a natural number) difference. 제2항에 있어서,
상기 신호 검출부는 상기 크기가 조절된 입력 신호로부터 하나의 임계치를 기준으로 상승 에지 및 하강 에지를 출력하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the signal detector outputs a rising edge and a falling edge based on one threshold value from the input signal having the size adjusted. 제1항에 있어서,
상기 거리 측정기는 상기 정지 제어 신호의 펄스 폭을 이용하여 상기 비행시간을 보정하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the distance measuring unit corrects the flight time using a pulse width of the stop control signal. 제6항에 있어서,
상기 거리 측정기는 상기 펄스 폭에 반비례하는 보정 팩터를 적용하여 상기 비행시간을 보정하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.The method according to claim 6,
Wherein the distance measurer corrects the flight time by applying a correction factor in inverse proportion to the pulse width. 상승하고 하강하는 입력 신호에 대해, 최대 신호 크기를 갖는 신호 지점을 기 설정된 크기를 갖도록 상기 입력 신호를 변환하는 제1 변환부;
상기 변환된 입력 신호의 크기를 조절하는 제2 변환부; 및
상기 크기가 조절된 입력 신호로부터 기 설정된 기준 크기를 갖는 적어도 하나의 시점을 검출하여 출력 신호를 생성하는 신호 검출부
를 포함하는 신호 판별기.A first converting unit for converting the input signal so that the signal point having the maximum signal size has a predetermined size for the rising and falling input signals;
A second conversion unit for adjusting the size of the converted input signal; And
A signal detector for detecting at least one time point having a predetermined reference magnitude from the input signal and generating an output signal;
And a signal discriminator. 제8항에 있어서,
상기 제1 변환부는 상기 입력 신호를 미분하거나 상기 입력 신호를 일정 분율 판별(Constant Fraction Discriminator, CFD)을 이용하여 변환하는 것을 특징으로 하는 신호 판별기.9. The method of claim 8,
Wherein the first conversion unit differentiates the input signal or converts the input signal using a constant fraction discriminator (CFD). 제8항에 있어서,
상기 제2 변환부는 상기 변환된 입력 신호를 N(상기 N은 자연수)차 증폭하는 것을 특징으로 하는 신호 판별기.9. The method of claim 8,
And the second conversion unit amplifies the converted input signal by N (N is a natural number). 제8항에 있어서,
상기 신호 검출부는 상기 크기가 조절된 입력 신호로부터 하나의 임계치를 기준으로 상승 에지 및 하강 에지를 출력하는 것을 특징으로 하는 신호 판별기.9. The method of claim 8,
Wherein the signal detector outputs a rising edge and a falling edge based on one threshold value from the input signal having the adjusted size. 이동체에 있어서,
상기 이동체 및 대상체 간의 비행시간을 산출하여 상기 대상체까지의 거리를 측정하는 거리 측정 장치; 및
상기 대상체까지의 거리를 기반으로 상기 이동체를 이동하도록 구현된 이동 장치를 포함하며,
상기 거리 측정 장치는,
시작 제어 신호에 의해 대상체로 광을 출사하고 상기 대상체에 반사된 광을 수신하여 전기 신호로 변환하는 광 송수신기;
상기 전기 신호를 변환하고 기 설정된 기준 크기를 갖는 시점을 검출하여 정지 제어 신호를 생성하는 신호 판별기; 및
상기 시작 제어 신호 및 상기 정지 제어 신호의 시간차를 기반으로 상기 비행시간을 산출하여 상기 거리를 측정하는 거리 측정기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체.In the moving body,
A distance measuring device for calculating a flight time between the moving object and the object and measuring a distance to the object; And
And a mobile device implemented to move the mobile object based on a distance to the object,
The distance measuring apparatus includes:
An optical transceiver that emits light to a target object by a start control signal and receives light reflected by the target object and converts the received light into an electric signal;
A signal discriminator for converting the electrical signal and detecting a time point having a predetermined reference magnitude to generate a stop control signal; And
A distance measuring device for measuring the distance by calculating the flight time based on a time difference between the start control signal and the stop control signal,
And the moving object. 제12항에 있어서,
상기 신호 판별기는,
상기 전기 신호에서 최대 신호 크기를 갖는 신호 지점을 기 설정된 크기를 갖도록 상기 입력 신호를 변환하는 제1 변환부;
상기 변환된 입력 신호의 크기를 조절하는 제2 변환부; 및
상기 크기가 조절된 입력 신호로부터 기 설정된 기준 크기를 갖는 적어도 하나의 시점을 검출하여 상기 정지 제어 신호를 생성하는 신호 검출부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체.13. The method of claim 12,
Wherein the signal discriminator comprises:
A first converter for converting the input signal so that a signal point having a maximum signal magnitude in the electrical signal has a predetermined magnitude;
A second conversion unit for adjusting the size of the converted input signal; And
A signal detecting unit for detecting at least one time point having a predetermined reference magnitude from the input signal whose magnitude has been adjusted to generate the stop control signal,
And the moving object. 제1항에 있어서,
상기 거리 측정기는 상기 정지 제어 신호의 펄스 폭을 이용하여 상기 비행시간을 보정하는 것을 특징으로 하는 이동체.
The method according to claim 1,
Wherein the distance measuring unit corrects the flight time using the pulse width of the stop control signal.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022039899A1 (en) * 2020-08-21 2022-02-24 Beijing Voyager Technology Co. Ltd. Range estimation for lidar systems

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06331744A (en) * 1993-05-24 1994-12-02 Nikon Corp Optical distance measuring equipment
KR950019662A (en) * 1993-12-29 1995-07-24 김주용 Optical distance measuring device using the rising edge of light and its method
KR960024258A (en) * 1994-12-31 1996-07-20 김주용 Optical distance measuring device and method
KR970007398A (en) * 1995-07-31 1997-02-21 기타오카 다카시 Distance measuring device
KR20130110503A (en) * 2012-03-29 2013-10-10 연세대학교 산학협력단 Location positioning apparatus and location positioning method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06331744A (en) * 1993-05-24 1994-12-02 Nikon Corp Optical distance measuring equipment
KR950019662A (en) * 1993-12-29 1995-07-24 김주용 Optical distance measuring device using the rising edge of light and its method
KR960024258A (en) * 1994-12-31 1996-07-20 김주용 Optical distance measuring device and method
KR970007398A (en) * 1995-07-31 1997-02-21 기타오카 다카시 Distance measuring device
KR20130110503A (en) * 2012-03-29 2013-10-10 연세대학교 산학협력단 Location positioning apparatus and location positioning method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022039899A1 (en) * 2020-08-21 2022-02-24 Beijing Voyager Technology Co. Ltd. Range estimation for lidar systems
US11782157B2 (en) 2020-08-21 2023-10-10 Guangzhou Woya Laideling Technology Co., Ltd. Range estimation for LiDAR systems

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