KR20200068284A - 라이다 비행시간 측정 장치 및 방법 - Google Patents

라이다 비행시간 측정 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200068284A
KR20200068284A KR1020180155072A KR20180155072A KR20200068284A KR 20200068284 A KR20200068284 A KR 20200068284A KR 1020180155072 A KR1020180155072 A KR 1020180155072A KR 20180155072 A KR20180155072 A KR 20180155072A KR 20200068284 A KR20200068284 A KR 20200068284A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lidar
flight time
laser diode
photodiode
laser
Prior art date
Application number
KR1020180155072A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102176700B1 (ko
Inventor
김영균
Original Assignee
현대오트론 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대오트론 주식회사 filed Critical 현대오트론 주식회사
Priority to KR1020180155072A priority Critical patent/KR102176700B1/ko
Publication of KR20200068284A publication Critical patent/KR20200068284A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102176700B1 publication Critical patent/KR102176700B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G01S7/4913—Circuits for detection, sampling, integration or read-out

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 라이다 비행시간 측정 장치는 라이다 시스템 내 레이저 펄스 신호를 출력하는 레이저 다이오드를 구동시키기 위한 레이저 다이오드 구동부를 포함하는 제어부; 및 상기 레이저 다이오드 및 대상체로부터 반사된 레이저 신호를 감지하기 위한 포토 다이오드 사이에 연결되며, 상기 레이저 다이오드로부터 송신되는 레이저 펄스 신호를 상기 포토 다이오드로 미러링시키기 위한 미러링부;를 포함하며, 상기 제어부는 상기 포토 다이오드에서 입력 받은 상기 미러링된 레이저 펄스 신호에 기초하여 라이다 비행시간에 있어서 출발시간을 계산할 수 있다.

Description

라이다 비행시간 측정 장치 및 방법{An Apparatus and A Method For Lidar Time Of Flight measurement}
본 발명은 라이다 비행시간 측정 장치 및 방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는 라이다(LIDAR) 센서의 비행시간(ToF) 측정 정확성을 높이는 라이다 비행시간 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
라이다(LIDAR: Light Detection and Ranging)란 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 기술로써, 3차원 GIS(Geographic Information System) 정보 구축을 위한 지형 데이터를 구축하고, 이를 가시화하는 형태로 발전되어 건설, 국방 등의 분야에 응용되었고, 최근 들어 자율주행자동차 및 이동로봇 등에 적용되면서 핵심 기술로 주목을 받고 있다.
특히, 자동차용 라이다는 주행중인 차량이 앞 차와의 충돌을 피하거나 또는 충격을 최소화할 수 있도록 차간거리를 실시간으로 측정하여 경고 또는 차량 자동제어를 할 수 있도록 하는 장치로써 라이다/레이다, 영상센서, 통신 3D 맵 등 자율주행차의 차량거리 센서 시스템의 주요 부품 중 가장 필수적인 부품으로 사용되고 있다.
이러한, 라이다(Lidar)는 거리감지를 위해 레이저 다이오드(LD: Laser Diode)와 포토 다이오드(PD: Photodiode Array)를 이용한다. 보다 구체적으로, 레이저 다이오드에서 발사한 빛을 물체가 맞고 돌아온 후 포토 다이오드에서 반사된 빛을 흡수하고 이를 전류화시켜 신호화하며, 이때, 레이저 다이오드에서 발사한 빛과 되돌아온 빛의 신호간격 시간을 체크하여 비행시간을 계산한다.
한편, 발사하는 빛의 신호는 레이저 다이오드 드라이버를 거쳐 레이저 다이오드에 전류를 인가하는 과정을 거치게 되는데. 이 과정에서 지연(delay)이 발생될 수 있었다.
또한, 라이다 기술은 수십 ~ 수 ns 이내의 데이터 수집 및 처리가 요구되는 매우 정밀한 기술로서 ns 단위의 작은 시간 연산 오차에 대해서도 실제 거리 측정에서는 상당한 거리 오차로 표현되는데, 변환과정에서의 수 ns 지연(dealy)이라도 큰 거리오차를 발생시킬 수 있으며, 예를 들어 1ns의 오차에 대하여 약 15cm의 거리 오차가 발생할 수 있다. 또한, 이러한 거리 오차는 차량 및 운전자의 안전에 심각한 영향을 미칠 수 있었다.
본 발명은 상술한 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 라이다(Lidar) 센서의 비행시간(ToF) 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 라이다 비행시간 측정 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 비행시간 측정 장치는 라이다 시스템 내 레이저 펄스 신호를 출력하는 레이저 다이오드를 구동시키기 위한 레이저 다이오드 구동부를 포함하는 제어부; 및 상기 레이저 다이오드 및 대상체로부터 반사된 레이저 신호를 감지하기 위한 포토 다이오드 사이에 연결되며, 상기 레이저 다이오드로부터 송신되는 레이저 펄스 신호를 상기 포토 다이오드로 미러링시키기 위한 미러링부;를 포함하며, 상기 제어부는 상기 포토 다이오드에서 입력 받은 상기 미러링된 레이저 펄스 신호에 기초하여 라이다 비행시간에 있어서 출발시간을 계산할 수 있다.
이 경우, 상기 제어부는 상기 포토 다이오드를 통해 상기 레이저 펄스 신호를 인가 받은 대상체로부터 반사된 반사파 신호를 입력 받아 라이다 비행시간에 있어서 도착 시간을 계산할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 미러링된 레이저 펄스 신호의 감지 시부터 상기 반사파 신호의 감지 시까지의 비행시간을 계산할 수 있다.
또한, 상기 미러링부는 일측에서는 상기 레이저 다이오드의 동작 전류가 흐르고 타측에서는 상기 포토다이오드의 동작 전류가 흐르도록 전류비가 설정될 수 있다.
또한, 상기 미러링부는, 제 1 전류비를 갖도록 설정된 제 1 미러링 회로 및 제 2 전류비를 갖도록 설정된 제 2 미러링 회로를 포함하며, 상기 제 1 미러링 회로 및 상기 제 2 미러링 회로는 서로 직렬 연결되고, 상기 제 1 전류비와 상기 제 2 전류비의 곱은 상기 레이저 다이오드의 동작 전류 대 상기 포토 다이오드의 동작전류의 비일 수 있다.
또한, 상기 제 1 미러링 회로 및 상기 제 2 미러링 회로는 각각 제 1 스위칭 소자 및 제 2 스위칭 소자를 포함하며, 상기 제 1 스위칭 소자 및 상기 제 2 스위칭소자는 그 게이트들끼리 서로 연결되고 그 소오스들끼리 서로 연결되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 스위칭 소자 및 상기 제 2 스위칭 소자는 모스펫(MOSFET) 또는 바이폴라 정션 트랜지스터(BJT)를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 라이다 비행시간 측정 방법은 레이저 다이오드를 구동시키기 위한 구동신호를 레이저 다이오드 드라이버에 입력하는 단계; 상기 구동신호를 입력 받은 상기 레이저 다이오드 드라이버가 상기 레이저 다이오드에 구동 전류를 인가하고, 상기 구동 전류를 입력 받은 상기 레이저 다이오드가 레이저 펄스 신호를 송신하는 단계; 상기 레이저 다이오드로부터 송신되는 상기 레이저 펄스 신호를 대상체로부터 반사된 레이저 신호를 감지하기 위한 포토 다이오드로 미러링하는 단계; 상기 포토 다이오드가 상기 미러링된 레이저 펄스 신호를 센싱하는 단계; 및 상기 미러링된 레이저 펄스 신호에 기초하여 라이다 비행시간의 출발시간을 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 레이저 다이오드에서 송신되는 상기 레이저 펄스를 인가 받은 상기 대상체로부터 반사된 반사파 신호를 수신 받아 라이다 비행시간의 도착시간을 계산하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 비행시간 측정 단계는, 상기 미러링된 상기 레이저 펄스 신호의 감지 시부터 상기 반사파 신호의 감지시까지의 비행시간을 계산할 수 있다.
또한, 상기 레이저 펄스 신호 미러링 단계는, 상기 레이저 다이오드로부터 송신되는 상기 레이저 펄스를 상기 대상체에 송신함과 동시에 상기 포토 다이오드로 미러링할 수 있다.
상술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 비행시간 측정 장치 및 방법은 레이저 다이오드로부터 송신되는 레이저 펄스 신호를 포토 다이오드로 미러링 하여 포토 다이오드에서 미러링된 레이저 펄스 신호를 라이다 비행시간(ToF)의 출발 시간(스타트 신호)으로 계산하기 때문에, 레이저 다이오드 구동부에서 레이저 다이오드 드라이버로 구동신호를 인가할 때의 신호를 라이다 비행시간(ToF)의 출발 시간으로 계산할 때 발생되는 시간 지연(time delay) 문제를 해결할 수 있다.
이로 인해, 비행 시간(ToF) 측정 시, 시간 지연(time delay)을 계산하여, 보상하는 과정을 생략할 수 있으며, 라이다 비행 시간(ToF) 계산에 대한 오차가 감소되고, 비행시간 측정의 정확도가 향상될 수 있다. 물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 라이다 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 라이다 비행시간 측정 방법에 대한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 미러링부에 대한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비행시간(ToF)을 계산하는 방법을 설명하기 위한 신호파형을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 또한, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 라이다 시스템을 나타낸 블록도이다.
라이다 시스템(10)은 제어부(100), 레이저 다이오드 드라이버(105), 레이저 다이오드(120), 포토 다이오드(130), 광학부(140) 및 미러링부(110)를 포함할 수 있으며, 여기서 제어부(100)는 레이저 다이오드 구동부(103) 및 수신 신호 처리부(160)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부(100)는 라이다(Lidar) 센서 시스템의 전체적인 제어 및 비행시간(ToF: Time of Flight)을 계산할 수 있으며, 레이저 다이오드 구동부(103)에서 레이저 다이오드(120)를 구동시키기 위한 구동신호를 레이저 다이오드 드라이버(105)에 입력할 수 있다.
이때, 레이저 다이오드 드라이버(105)는 레이저 다이오드(120)에 구동 전류를 인가할 수 있으며, 레이저 다이오드(120)는 구동 전류를 입력 받아, 광학부(140)를 통해 레이저 펄스 신호를 대상체(150)에 송신할 수 있다.
예컨대, 광학부(140)는 레이저 다이오드(120)에서 송신되는 레이저 펄스 시야각 확보 및 정밀한 각 해상도 확보를 위해 레이저 발광 분포 균일화, 빔 정형 비율, 수광시 빔의 집광력 등 광학적 특성을 고려한 광학 렌즈(143, 145), 프리즘(미도시) 등을 포함할 수 있다.
또한, 레이저 다이오드(120)가 레이저 펄스 신호를 대상체에 송신한 후, 포토 다이오드(130)는 광학부(140)를 통해 레이저 펄스 신호를 인가 받은 대상체(150)로부터 반사된 반사파 신호를 감지할 수 있다.
한편, 본 발명은 레이저 다이오드(120)로부터 송신되는 레이저 펄스 신호를 포토 다이오드(130)로 미러링 시키기 위해 레이저 다이오드(120) 및 포토 다이오드(130) 사이에 연결되는 미러링부(110)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 미러링부(110)에 대하여 도 3을 통해 상세히 후술하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 미러링부에 대한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 미러링부(110)는 제 1 미러링 회로(300) 및 제 2 미러링 회로(310)를 포함할 수 있다.
예컨대, 레이저 다이오드(120)가 먼 거리까지 레이저 펄스 신호를 송신하기 위해서는 출력 신호를 높여야 하고 상당한 구동 전류를 필요하기 때문에, 레이저 다이오드 드라이버(105)는 레이저 다이오드(120)에 레이저 펄스 신호를 송신하기 위한 상당한 구동 전류를 인가하게 된다.
따라서, 레이저 다이오드(120)에서 송신되는 전류가 크기 때문에 레이저 다이오드(120)의 레이저 펄스 신호를 포토 다이오드(130)에 인가하기 전, 레이저 다이오드(120)의 전류를 감쇄할 필요가 있으며, 본 발명의 미러링부(110)는 제 1 미러링 회로(300) 및 제 2 미러링 회로(310)를 통해 레이저 다이오드(120)에서 포토 다이오드(130)로 인가되는 전류를 감쇄시킬 수 있다.
한편, 제 1 미러링 회로(300) 및 제 2 미러링 회로(310)는 각각 다른 전류비로 동작되고 있으며, 미러링부(110) 일측에서는 레이저 다이오드(120)의 동작 전류가 흐르고, 타측에서는 포토 다이오드(130)의 동작 전류가 흐르도록 전류비가 설정될 수 있다.
보다 구체적으로, 제 1 미러링 회로(300)는 레이저 다이오드(120)와 연결되고, 제 2 미러링 회로(310)는 포토 다이오드(130)와 연결되어 있으며, 제 1 미러링 회로(300) 및 제 2 미러링 회로(310)는 서로 직렬 연결되어 있다.
또한, 제 1 미러링 회로(300) 및 제 2 미러링 회로(310)는 각각 제 1 전류비(A:B) 및 제 2 전류비(C:D)를 갖도록 설정될 수 있으며, 제 1 미러링 회로(300)의 제 1 전류비(A:B)와 제 2 미러링 회로(310)의 제 2 전류비(C:D)의 곱은 레이저 다이오드(120)의 동작 전류 대 포토 다이오드(130)의 동작전류 비로 설정될 수 있다.
한편, 제 1 미러링 회로(300) 및 제 2 미러링 회로(310)는 각각 제 1 스위칭 소자(303, 313) 및 제 2 스위칭 소자(305, 315)를 포함하며, 제 1 스위칭 소자(303, 313) 및 제 2 스위칭 소자(305, 315)는 그 게이트들끼리 서로 연결되고 및 그 소오스들끼리 서로 연결될 수 있다.
예컨대 제 1 스위칭 소자(303, 313) 및 제 2 스위칭 소자(305, 315)는 모스펫(MOSFET) 또는 바이폴라 정션 트랜지스터(BJT)를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 미러링부(110)를 통해 레이저 다이오드(120)로부터 송신되는 레이저 펄스 신호가 포토 다이오드(130)로 미러링 되는데, 보다 구체적으로, 레이저 다이오드(120)에서 송신한 레이저 펄스 신호가 제 1 미러링 회로(300)의 제 1 스위칭 소자(303)에 인가되면, 제 1 스위칭 소자(303)에 전류가 인가되면서 제 1 스위칭 소자(303)의 게이트와 연결되어 있는 제 1 미러링 회로(300)의 제 2 스위칭 소자(305)의 게이트가 턴온 되면서, 제 2 스위칭 소자(305)에 전류가 흐르게 된다.
이때, 제 1 미러링 회로(300)의 제 2 스위칭 소자(305)의 전류가 제 2 미러링 회로(310)의 제 1 스위칭 소자(313)에 인가되고, 제 2 미러링 회로(310)의 제 1 스위칭 소자(313)에 전류가 인가되면서 제 2 미러링 회로(310)의 제 1 스위칭 소자(313)의 게이트와 연결되어 있는 제 2 미러링 회로(310)의 제 2 스위칭 소자(315)의 게이트가 턴온되어 최종적으로 레이저 펄스 신호가 포토 다이오드(130)로 인가될 수 있다.
한편, 미러링부(110)는 라이다 시스템의 전류사양에 따라 크기가 결정되므로 예컨대, 미러링부(110)는 외장소자 혹은 반도체 내 블록으로 설계될 수도 있다.
또한, 레이저 다이오드(120)로부터 송신되는 레이저 펄스를 대상체에 송신함과 동시에 레이저 펄스 신호가 미러링부(110)를 통해 포토 다이오드(130)로 미러링될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 제어부(100)는 포토 다이오드(130)에서 입력 받은 미러링된 레이저 펄스 신호에 기초하여 라이다 비행시간(ToF)에 있어서 출발시간(스타트 신호)을 계산할 수 있다.
또한, 제어부(100)는 포토 다이오드(130)를 통해 레이저 펄스 신호를 인가 받은 대상체로부터 반사된 반사파 신호를 입력 받아 라이다 비행시간(ToF)에 있어서 도착 시간(스탑 신호)을 계산할 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부(100)는 포토 다이오드(130)를 통해 미러링된 레이저 펄스 신호 및 반사파 신호를 입력 받아, 미러링된 레이저 펄스 신호의 감지시부터 반사파 신호의 감지시까지의 비행시간(ToF)을 계산할 수 있다.
한편, 제어부(100)는 비행시간을 계산하기 위해 포토 다이오드로(130)부터 입력 받은 신호를 처리하는 수신 신호 처리부(160)를 포함할 수 있으며, 제어부(100)는 수신 신호 처리부(160)에서 처리된 신호에 기초하여 비행시간을 계산할 수 있다.
수신 신호 처리부(160)는 증폭기(161), 비교기(163) 및 시간-디지털 변환부(TDC, Time-to-Digital Converter, 165)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 포토 다이오드(130)로부터 입력 받은 신호는 증폭기(161)를 통해 비교기(163) 및 시간-디지털 변환기(165)의 입력 전압 레벨에 적합하도록 증폭될 수 있으며, 예컨대 증폭기(161)는 트랜스 임피던스 증폭기(TIA: Transimpedance amplifier)가 사용될 수 있다.
또한, 증폭기(161)를 통과한 신호는 비교기(163)에 인가되며, 비교기(163)는 증폭기(161)를 통해 증폭된 복수의 전압 신호를 임계 전압(Threshold voltage)과 비교하여, 임계 전압 이상일 경우, 펄스신호를 생성할 수 있다.
한편, 시간-디지털 변환기(165)는 비교기(163)를 통과한 펄스신호를 수신하고, 비행시간(ToF)를 계산하기 위한 인코딩된 출발 시간 및 도착 시간을 디지털 데이터로 생성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 라이다 비행시간 측정 방법에 대한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 레이저 다이오드 구동부(103)가 레이저 다이오드(120)를 구동시키기 위한 구동신호를 레이저 다이오드 드라이버(105)에 입력할 수 있다. (단계 S200)
이때, 레이저 다이오드 드라이버(105)는 레이저 다이오드 구동부(103)로부터 구동신호를 입력 받아 레이저 다이오드(120)에 구동 전류를 인가하고, 구동 전류를 입력 받은 레이저 다이오드(120)가 레이저 펄스를 송신할 수 있다. (단계 S210)
또한, 레이저 다이오드(120)로부터 송신되는 레이저 펄스 신호를 포토 다이오드(130)로 미러링할 수 있다. (단계 S220)
보다 상세하게, 이때 레이저 다이오드(120)로부터 송신되는 레이저 펄스는 대상체에 송신함과 동시에 포토 다이오드(130)로 미러링할 수 있다.
이때, 포토 다이오드(130)는 미러링된 레이저 펄스 신호를 센싱할 수 있다. (단계 S230)
마지막으로, 제어부(100)는 미러링된 레이저 펄스 신호에 기초하여 라이다 비행시간(ToF)의 출발시간을 계산할 수 있다. (단계 S240)
한편, 포토 다이오드(130)는 레이저 다이오드(120)에서 송신되는 레이저 펄스를 인가 받은 대상체로부터 반사된 반사파 신호를 수신 받을 수 있으며, 제어부(100)는 포토 다이오드(130)를 통해 입력 받은 반사파 신호를 통해 라이다 비행시간의 도착시간을 계산할 수 있다.
보다 상세하게, 제어부(100)는 미러링된 레이저 펄스 신호의 감지 시부터 반사파 신호의 감지시까지의 비행시간을 측정할 수 있으며, 예컨대, 본 발명의 제어부(100)는 포토 다이오드(130)로부터 미러링된 레이저 펄스 신호 및 반사파 신호를 입력 받을 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비행시간(ToF)을 계산하는 방법을 설명하기 위한 신호파형을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제어부(100)는 레이저 다이오드(120)에서 송신된 레이저 펄스신호를 미러링부(110)를 통해 포토 다이오드(130)로부터 입력 받아, 미러링된 레이저 펄스 신호에 기초하여 라이다 비행시간(ToF)의 출발시간(start time, 410)을 계산하고, 포토 다이오드(130)를 통해 레이저 펄스 신호를 인가 받은 대상체로부터 반사된 반사파 신호를 입력 받아 라이다 비행 시간(ToF)의 도착 시간(stop time, 420)을 계산하여 비행시간(ToF, 415)을 계산할 수 있다.
보다 구체적으로 본 발명의 제어부(100)는 미러링된 레이저 펄스 신호의 감지 시부터 반사파 신호의 감지 시까지의 비행시간(415)을 계산할 수 있다.
한편, 종래에는 제어부에 포함된 레이저 다이오드 구동부에서 레이저 다이오드 드라이버로 구동신호를 인가할 때의 신호를 출발 시간(400)으로 계산하여 비행시간(405)을 계산하였지만, 레이저 다이오드 구동부로부터 레이저 다이오드 드라이버까지 구동신호를 인가하는데 시간지연(time delay, 407)이 발생하여 비행시간(415)이 정확히 계산되지 않았다.
또한, 라이다 기술은 수십 ~ 수 ns 이내의 데이터 수집 및 처리가 요구되는 매우 정밀한 기술로서 ns 단위의 작은 시간 연산 오차에 대해서도 실제 거리 측정에서는 상당한 거리 오차로 표현되는데, 변환과정에서의 수ns 지연(dealy)라도 큰 거리오차를 발생시킬 수 있으며, 예를 들어 1ns의 오차에 대하여 약 15cm의 거리 오차가 발생할 수 있었다. 또한, 이와 같은 거리 오차는 차량 및 운전자의 안전에 심각한 영향을 미칠 수 있었다.
따라서, 종래에는 시간지연(time delay, 407)이 발생하는 오차 범위에 대하여 오차 범위의 상수값을 계산하고, 비행시간을 계산할 때 오차범위의 상수값을 보상하여 비행시간을 계산하였다.
하지만, 본 발명은 레이저 다이오드 드라이버(105)가 레이저 다이오드(120)로 구동 전류를 인가하고, 레이저 다이오드(120)가 레이저 펄스 신호를 송신됨과 동시에 레이저 펄스 신호가 미러링부(110)를 통해 포토 다이오드(130)로 인가되어, 포토 다이오드(130)에서 센싱된 레이저 펄스 신호를 라이다 비행시간의 출발 시간(스타트 신호, 410)으로 감지하기 때문에, 시간 지연(time delay, 407)없이 라이다 비행시간의 출발 시간(스타트 신호, 410)이 다이나믹하게 센싱 될 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 비행 시간(ToF) 측정 시, 시간 지연(time delay, 407)을 계산하여, 보상하는 과정을 생략할 수 있으며, 라이다 비행 시간(ToF) 계산에 대한 오차가 감소되고, 비행시간 측정의 정확도가 향상될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 제어부
103: 레이저 다이오드 구동부
105: 레이저 다이오드 드라이버
110: 미러링부
120: 레이저 다이오드(LD)
130: 포토 다이오드(PD)

Claims (11)

  1. 라이다 시스템 내 레이저 펄스 신호를 출력하는 레이저 다이오드를 구동시키기 위한 레이저 다이오드 구동부를 포함하는 제어부; 및
    상기 레이저 다이오드 및 대상체로부터 반사된 레이저 신호를 감지하기 위한 포토 다이오드 사이에 연결되며, 상기 레이저 다이오드로부터 송신되는 레이저 펄스 신호를 상기 포토 다이오드로 미러링시키기 위한 미러링부;를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 포토 다이오드에서 입력 받은 상기 미러링된 레이저 펄스 신호에 기초하여 라이다 비행시간에 있어서 출발시간을 계산하는,
    라이다 비행시간 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 포토 다이오드를 통해 상기 레이저 펄스 신호를 인가 받은 대상체로부터 반사된 반사파 신호를 입력 받아 라이다 비행시간에 있어서 도착 시간을 계산하는,
    라이다 비행시간 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 미러링된 레이저 펄스 신호의 감지 시부터 상기 반사파 신호의 감지 시까지의 비행시간을 계산하는,
    라이다 비행시간 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 미러링부는 일측에서는 상기 레이저 다이오드의 동작 전류가 흐르고 타측에서는 상기 포토다이오드의 동작 전류가 흐르도록 전류비가 설정되는,
    라이다 비행시간 측정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 미러링부는,
    제 1 전류비를 갖도록 설정된 제 1 미러링 회로 및 제 2 전류비를 갖도록 설정된 제 2 미러링 회로를 포함하며,
    상기 제 1 미러링 회로 및 상기 제 2 미러링 회로는 서로 직렬 연결되고,
    상기 제 1 전류비와 상기 제 2 전류비의 곱은 상기 레이저 다이오드의 동작 전류 대 상기 포토 다이오드의 동작전류의 비인,
    라이다 비행시간 측정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 미러링 회로 및 상기 제 2 미러링 회로는 각각 제 1 스위칭 소자 및 제 2 스위칭 소자를 포함하며,
    상기 제 1 스위칭 소자 및 상기 제 2 스위칭소자는 그 게이트들끼리 서로 연결되고 그 소오스들끼리 서로 연결되도록 구성되는,
    라이다 비행시간 측정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭 소자 및 상기 제 2 스위칭 소자는 모스펫(MOSFET) 또는 바이폴라 정션 트랜지스터(BJT)를 포함하는,
    라이다 비행시간 측정 장치.
  8. 레이저 다이오드를 구동시키기 위한 구동신호를 레이저 다이오드 드라이버에 입력하는 단계;
    상기 구동신호를 입력 받은 상기 레이저 다이오드 드라이버가 상기 레이저 다이오드에 구동 전류를 인가하고, 상기 구동 전류를 입력 받은 상기 레이저 다이오드가 레이저 펄스 신호를 송신하는 단계;
    상기 레이저 다이오드로부터 송신되는 상기 레이저 펄스 신호를 대상체로부터 반사된 레이저 신호를 감지하기 위한 포토 다이오드로 미러링하는 단계;
    상기 포토 다이오드가 상기 미러링된 레이저 펄스 신호를 센싱하는 단계; 및
    상기 미러링된 레이저 펄스 신호에 기초하여 라이다 비행시간의 출발시간을 계산하는 단계;를 포함하는,
    라이다 비행시간 측정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드에서 송신되는 상기 레이저 펄스를 인가 받은 상기 대상체로부터 반사된 반사파 신호를 수신 받아 라이다 비행시간의 도착시간을 계산하는 단계;를 더 포함하는,
    라이다 비행시간 측정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 비행시간 측정 단계는,
    상기 미러링된 상기 레이저 펄스 신호의 감지 시부터 상기 반사파 신호의 감지시까지의 비행시간을 계산하는,
    라이다 비행시간 측정 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 레이저 펄스 신호 미러링 단계는,
    상기 레이저 다이오드로부터 송신되는 상기 레이저 펄스를 상기 대상체에 송신함과 동시에 상기 포토 다이오드로 미러링하는,
    라이다 비행시간 측정 방법.
KR1020180155072A 2018-12-05 2018-12-05 라이다 비행시간 측정 장치 및 방법 KR102176700B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180155072A KR102176700B1 (ko) 2018-12-05 2018-12-05 라이다 비행시간 측정 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180155072A KR102176700B1 (ko) 2018-12-05 2018-12-05 라이다 비행시간 측정 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200068284A true KR20200068284A (ko) 2020-06-15
KR102176700B1 KR102176700B1 (ko) 2020-11-10

Family

ID=71081672

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180155072A KR102176700B1 (ko) 2018-12-05 2018-12-05 라이다 비행시간 측정 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102176700B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2792949C2 (ru) * 2020-10-09 2023-03-28 Общество с ограниченной ответственностью «Яндекс Беспилотные Технологии» Лидарная система и способ с когерентным детектированием

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0412289A (ja) * 1990-05-01 1992-01-16 Fujitsu Ten Ltd パルス式レーザ測距装置
JPH06349097A (ja) * 1993-06-01 1994-12-22 Sony Corp レーザダイオード駆動回路
KR960024258A (ko) * 1994-12-31 1996-07-20 김주용 광학식 거리 측정 장치 및 방법
KR20050015227A (ko) * 2003-08-05 2005-02-21 주식회사 루멘정보기술 비접촉식 다차선 무인 속도감지기
KR20110139940A (ko) * 2010-06-24 2011-12-30 삼성전기주식회사 전류 구동 회로 및 이를 포함한 광 스토리지 시스템

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0412289A (ja) * 1990-05-01 1992-01-16 Fujitsu Ten Ltd パルス式レーザ測距装置
JPH06349097A (ja) * 1993-06-01 1994-12-22 Sony Corp レーザダイオード駆動回路
KR960024258A (ko) * 1994-12-31 1996-07-20 김주용 광학식 거리 측정 장치 및 방법
KR20050015227A (ko) * 2003-08-05 2005-02-21 주식회사 루멘정보기술 비접촉식 다차선 무인 속도감지기
KR20110139940A (ko) * 2010-06-24 2011-12-30 삼성전기주식회사 전류 구동 회로 및 이를 포함한 광 스토리지 시스템
JP2012009123A (ja) * 2010-06-24 2012-01-12 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd 電流駆動回路及びこれを含んだ光ストレージシステム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2792949C2 (ru) * 2020-10-09 2023-03-28 Общество с ограниченной ответственностью «Яндекс Беспилотные Технологии» Лидарная система и способ с когерентным детектированием

Also Published As

Publication number Publication date
KR102176700B1 (ko) 2020-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102030457B1 (ko) 거리 검출 센서 시간 변이 보상 장치 및 방법
CN111366942B (zh) 激光雷达系统、用于增加激光雷达感测距离的装置和方法
US11709228B2 (en) Laser positioning apparatus and laser positioning method
US20150268343A1 (en) Range finder, mobile object and range-finding method
US12111423B2 (en) Electronic apparatus and method
US20240125907A1 (en) Lidar signal processing apparatus and lidar apparatus
WO2019194039A1 (ja) 光測距装置
KR102163661B1 (ko) 라이다 비행시간 측정 장치 및 방법
CN110687545B (zh) 一种高精度激光雷达系统
KR102308787B1 (ko) 라이다 장치 및 이를 이용한 거리 측정 방법
US11994587B2 (en) Optoelectronic detection device, method for the operation of such a detection device, and motor vehicle with such a detection device
KR101692009B1 (ko) 검출정확도를 높인 차량데이터 검출 시스템
KR102176700B1 (ko) 라이다 비행시간 측정 장치 및 방법
Kurtti et al. An integrated receiver channel for a laser scanner
US20200292667A1 (en) Object detector
CN207488500U (zh) 车用激光雷达测距测速装置
US20200386888A1 (en) Lidar system utilizing multiple networked lidar integrated circuits
KR101755328B1 (ko) 듀얼 레이저 기술을 이용한 이동식 속도검지기
KR102030459B1 (ko) 라이다의 신호 처리 장치와, 처리 방법 및 라이다 장치
KR0140129B1 (ko) 거리오차 보정이 가능한 거리측정장치 및 방법
Kurtti Integrated receiver channel and timing discrimination circuits for a pulsed time-of-flight laser rangefinder
US11935256B1 (en) Remote distance estimation system and method
WO2020061970A1 (zh) 一种测距装置及移动平台
JPH08240655A (ja) 信号処理方法およびその装置
US9972098B1 (en) Remote distance estimation system and method

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20181205

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20200501

Patent event code: PE09021S01D

PG1501 Laying open of application
E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20201013

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20201103

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20201104

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20231025

Start annual number: 4

End annual number: 4