KR20200082167A - An accurate and highly reliable lidar device - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a high-precision and high-reliability Lidar device. The Lidar device of the present invention comprises: a laser transmission module (1100) for repeatedly transmitting a laser at a predetermined transmission period; a first laser detection module (2100) for receiving the laser reflected back by the laser to an object (2); a transmission driving module (3000) for driving the laser transmission module (1100); and a distance operation module (4000) for calculating a distance between the Lidar device (1) and the object (2) based on an output signal of the first laser detection module (2100) and calculating a distance of the same distance even if the reflectance of the object (2) changes. According to the present invention, the measurement accuracy performance and reliability can be improved by preventing a distance measurement error from occurring in accordance with the laser reflectance.

Description

고정밀 및 고신뢰성 라이다 장치 {AN ACCURATE AND HIGHLY RELIABLE LIDAR DEVICE}High precision and high reliability lidar device {AN ACCURATE AND HIGHLY RELIABLE LIDAR DEVICE}

본 발명은 라이다 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a lidar device.

라이다 센서는 레이저를 목표물에 비춤으로써 사물까지의 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성 등을 감지할 수 있는 기술이다. 라이다 센서는 일반적으로 높은 에너지 밀도와 짧은 주기를 가지는 펄스 신호를 생성할 수 있는 레이저의 장점을 활용하여 보다 정밀한 대기 중의 물성 관측 및 거리 측정 등에 활용이 된다.The lidar sensor is a technology that can detect distance, direction, speed, temperature, material distribution, and concentration characteristics to an object by shining a laser at a target. The lidar sensor is generally used for more precise observation of physical properties and distance measurement by utilizing the advantages of a laser capable of generating a pulse signal having a high energy density and a short period.

라이다 센서는 레이저 신호의 변조 방법에 따라 time-of-flight(TOF) 방식과 phase-shift 방식으로 구분될 수 있다. TOF 방식은 레이저가 펄스 신호를 방출하여 측정 범위 내에 있는 물체들로부터의 반사 펄스 신호들 이 수신기에 도착하는 시간을 측정함으로써 거리를 측정한다. Phase-shift 방식은 특정 주파 수를 가지고 연속적으로 변조되는 레이저 빔을 방출하고 측정 범위 내에 있는 물체로부터 반사되어 되돌아 오는 신호의 위상 변화량을 측정하여 시간 및 거리를 계산 하는 방식이다. 본 발명은 TOF방식을 채용한 라이다 장치에 대한 발명이다.The lidar sensor can be classified into a time-of-flight (TOF) method and a phase-shift method according to a modulation method of a laser signal. The TOF method measures the distance by measuring the time at which the reflected pulse signals from objects within the measurement range reach the receiver by emitting a pulse signal. The phase-shift method is a method that calculates time and distance by emitting a laser beam that is continuously modulated with a specific frequency and measuring the amount of phase change of a signal reflected back from an object within the measurement range. The present invention relates to a lidar device employing the TOF method.

도 1은 종래 라이다 장치를 나타내었다. 도 1에 도시된 바와 같이, 라이다 장치는 일반적으로 레이저 송신 모듈(100), 레이저 검출 모듈(200), 레이저 송신 모듈(100)을 구동 및 제어하는 송신 구동 모듈(300), 거리 연산 모듈(400)로 구성되고, 거리 연산 모듈(400)은 레이저 검출 모듈의 출력 신호로부터 해당하는 디지털 신호를 생성하는 신호 변환부(410)와 검출된 디지털 신호를 기초로 라이다 장치와 대상물간의 거리를 산출하는 거리 연산부(420)로 구성된다. 여기서 신호 변환부(410)은 입력 신호를 정해진 기준 값과 비교하여 큰 경우 High (또는 Low), 작은 경우 Low(또는 High)로 디지털 신호를 출력하게 된다.1 shows a conventional lidar device. As shown in FIG. 1, the lidar device generally includes a laser transmission module 100, a laser detection module 200, a transmission driving module 300 that drives and controls the laser transmission module 100, and a distance calculation module ( 400), the distance calculation module 400 calculates the distance between the lidar device and the object based on the detected digital signal and the signal conversion unit 410 that generates a corresponding digital signal from the output signal of the laser detection module. It consists of a distance calculation unit 420. Here, the signal converter 410 compares the input signal with a predetermined reference value, and outputs a digital signal in a high (or low) case and a low (or high) case.

도 2는 종래 기술의 문제점을 설명하기 위해, 레이저 검출 모듈의 출력 신호이자 신호 변환부(410)의 입력 신호인 아날로그 신호(421)와 신호 변환부(410)의 출력 신호인 디지털 신호(422)를 도시하였다. 도 2(a)는 레이저가 대상물에 반사되어 돌아오는 양이 100%인 경우이고, 도 2(b)는 30%인 경우이다. 도 2의 (a)의 경우와 (b)의 경우를 비교해 보면, 반사율이 낮은 경우 레이저 검출 모듈의 출력이 상대적으로 작게 되고, 정해진 기준 값과 비교하여 디지털 신호로 변경하는 신호 변환부(410)는 도 2(a)의 경우에 비해서 도 2(b)의 경우 디지털 신호의 초기 상태(예를 들어, Low)에서 다른 상태(예를 들어, High)로 상태가 변화되는 시각(이하 ‘1st 엣지 시각’이라 함)이 변하게 된다. 거리를 산출하는 거리 연산부(420)는 레이저를 방출한 기준 시각과 상기 1st 엣지 시각과의 시간 차이를 기초로 거리를 계산하는데, 도 2에 나타낸 바와 같이 대상물에 반사되어 돌아오는 레이저의 양에 따라 상기 디지털 신호(422)의 1st 엣지 시각이 변화하고, 이는 측정오차로 작용하여 측정된 거리의 정확도 성능을 저하시키는 문제가 있다.2 illustrates an analog signal 421 that is an output signal of the laser detection module and an input signal of the signal converter 410 and a digital signal 422 that is an output signal of the signal converter 410 to illustrate the problems of the prior art. It was shown. Figure 2 (a) is a case where the amount of return of the laser reflected by the object is 100%, Figure 2 (b) is a case of 30%. When comparing the case of (a) and (b) of FIG. 2, when the reflectance is low, the output of the laser detection module becomes relatively small, and the signal conversion unit 410 changes to a digital signal by comparing with a predetermined reference value. Is the time at which the state changes from the initial state (for example, Low) of the digital signal to another state (for example, High) in the case of FIG. 2(b) (hereinafter referred to as '1st edge'). Time'). The distance calculating unit 420 for calculating the distance calculates a distance based on a time difference between the reference time at which the laser is emitted and the 1st edge time, as shown in FIG. 2, depending on the amount of laser reflected and returned. The 1st edge time of the digital signal 422 changes, which acts as a measurement error, thereby deteriorating the accuracy performance of the measured distance.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반사율에 따라 변하는 레이저 검출 신호에서도 변하지 않고 유지되는 특징 신호를 추출하는 연산부(회로)를 채용함으로써, 반사율에 의해서 거리 측정 정밀도가 저하되는 것을 방지하여 고정밀 및 고신뢰성 라이다 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art, by employing a calculation unit (circuit) for extracting a characteristic signal that remains unchanged even in a laser detection signal that changes depending on the reflectance, to prevent the distance measurement accuracy from being reduced by the reflectance Therefore, an object of the present invention is to provide a high precision and highly reliable lidar device.

본 발명은, 소정의 송출 주기를 두고 반복적으로 레이저를 송출하는 레이저 송신 모듈, 상기 레이저가 대상물에 반사되어 되돌아온 레이저를 수신하는 제 1 레이저 검출 모듈, 상기 레이저 송신 모듈을 구동하는 송신 구동 모듈, 상기 제 1 레이저 검출 모듈의 출력 신호를 기초로 상기 라이다 장치와 상기 대상물간의 거리를 산출하되, 상기 대상물의 반사율이 변화해도 동일한 길이의 거리를 산출하는 거리 연산 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치를 제공한다.The present invention provides a laser transmission module that repeatedly transmits a laser over a predetermined transmission period, a first laser detection module that receives the laser reflected and returned by the laser, and a transmission driving module that drives the laser transmission module. And a distance calculation module for calculating a distance between the rider device and the object based on the output signal of the first laser detection module, and calculating a distance having the same length even if the reflectivity of the object changes. Provide a device.

상기 레이저 송신 모듈 은 레이저 발광부와 발광 렌즈을 포함하고, 상기 제 1 레이저 검출 모듈은 제 1 레이저 수광부와 수광 렌즈을 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the laser transmission module includes a laser light emitting unit and a light emitting lens, and the first laser detection module includes a first laser light receiving unit and a light receiving lens.

상기 거리 연산 모듈은, 상기 제 1 레이저 검출 모듈과 연결되고, 상기 제 1 레이저 검출 모듈의 출력 신호를 기초로 디지털 신호를 생성하되, 상기 제 1 레이저 검출 모듈의 출력 신호의 크기가 변해도 동일한 디지털 신호를 생성하는 제 1 신호 변환부, 상기 제 1 신호 변환부로부터 수신한 상기 디지털 신호를 기초로 상기 라이다 장치와 상기 대상물간의 거리를 산출하는 거리 연산부를 포함하는 것이 바람직하다.The distance calculation module is connected to the first laser detection module, generates a digital signal based on the output signal of the first laser detection module, the same digital signal even if the magnitude of the output signal of the first laser detection module changes It is preferable that it includes a first signal conversion unit for generating, and a distance calculation unit for calculating a distance between the rider device and the object based on the digital signal received from the first signal conversion unit.

상기 제 1 신호 변환부는, 상기 제 1 레이저 검출 모듈의 출력에 기초한 신호를 수신하고, 수신된 상기 신호의 변화율에 기초한 아날로그 신호를 생성하는 제 1 연산부, 상기 아날로그 신호와 소정의 제 1 기준값과 비교한 결과를 기초로 상기 디지털 신호를 생성하는 제 1 비교기를 포함하는 것이 바람직하다.The first signal conversion unit receives a signal based on the output of the first laser detection module and compares the analog signal with a predetermined first reference value to generate a first analog signal based on the rate of change of the received signal. It is preferred to include a first comparator that generates the digital signal based on one result.

상기 제 1 연산부는 미분 회로를 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the first operation unit includes a differential circuit.

상기 제 1 신호 변환부는, 상기 제 1 레이저 검출 모듈과 상기 제 1 연산부 사이에 구비되고, 상기 제 1 레이저 검출 모듈의 출력 신호에서 노이즈 성분을 제거하는 제 1 필터부를 더 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the first signal conversion unit is provided between the first laser detection module and the first operation unit, and further includes a first filter unit for removing noise components from the output signal of the first laser detection module.

상기 제 1 필터부는, 상기 제 1 레이저 검출 모듈의 출력 신호 주파수 성분에 기초하여 설정된 소정의 주파수 성분만을 통과시키는 대역필터를 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the first filter unit includes a band filter that passes only a predetermined frequency component set based on an output signal frequency component of the first laser detection module.

상기 제 1 필터부는, 상기 대역 필터 출력 신호에서 소정의 최소값 보다 같거나 작은 신호는 Low로 출력하고, 소정의 최소값 보다 큰 신호는 그대로 통과시키는 비선형 필터를 더 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the first filter unit further includes a nonlinear filter that outputs a signal equal to or less than a predetermined minimum value from the band filter output signal as Low, and passes a signal larger than a predetermined minimum value as it is.

상기 제 1 신호 변환부는, 상기 제 1 레이저 검출 모듈의 출력 신호가 상기 레이저 송신 모듈 이 레이저를 송출하는 주기내에서 가장 큰 값인 시각에 상기 디지털 신호의 상태를 변화시키는 것이 바람직하다.Preferably, the first signal conversion unit changes the state of the digital signal at a time when the output signal of the first laser detection module is the largest value in a period in which the laser transmission module transmits the laser.

상기 제 1 신호 변환부는, 상기 송출 주기마다 상기 디지털 신호 상태를 소정의 상태로 변화시키는 것이 바람직하다.Preferably, the first signal converter changes the digital signal state to a predetermined state for each transmission cycle.

상기 송신 구동 모듈이 상기 송출 주기마다 상기 디지털 신호 상태 초기화 신호를 발생시키고, 상기 제 1 신호 변환부는 상기 송신 구동 모듈로부터 수신되는 상기 디지털 신호 상태 초기화 신호에 기초하여 상기 디지털 신호 상태를 초기화 상태로 변화시키는 것이 바람직하다.The transmission driving module generates the digital signal state initialization signal for each transmission period, and the first signal converter changes the digital signal state to an initialization state based on the digital signal state initialization signal received from the transmission driving module. It is desirable to do.

상기 제 1 신호 변환부는, 상기 제 1 레이저 검출 모듈의 출력 신호를 소정의 게인으로 증폭시켜 일정한 크기의 신호로 변환하는 제 1 연산부, 상기 제 1 연산부의 출력신호와 소정의 제 1 기준값과 비교한 결과를 기초로 상기 디지털 신호를 생성하는 제 1 비교기를 포함하는 것이 바람직하다.The first signal converter compares an output signal of the first laser detection module with a predetermined gain and converts it into a signal of a certain size, and compares an output signal of the first calculator with a predetermined first reference value. It is preferred to include a first comparator that generates the digital signal based on the results.

상기 소정의 게인은 적어도 하나의 송출 주기내 상기 제 1 레이저 검출 모듈의 출력 신호의 최대값을 기초로 설정되는 것이 바람직하다.Preferably, the predetermined gain is set based on a maximum value of the output signal of the first laser detection module within at least one transmission period.

상기 소정의 게인은 상기 송출 주기내에서 상기 제 1 레이저 검출 모듈의 출력 신호의 최대값이 사전에 설정된 소정의 값이 되도록 설정되는 것이 바람직하다.The predetermined gain is preferably set so that the maximum value of the output signal of the first laser detection module becomes a predetermined value within the transmission period.

상기 소정의 게인은 이전 송출 주기내 상기 제 1 레이저 검출 모듈의 출력 신호의 최대값을 기초로 설정되는 것이 바람직하다.Preferably, the predetermined gain is set based on a maximum value of the output signal of the first laser detection module within a previous transmission period.

상기 제 1 신호 변환부는, 상기 제 1 레이저 검출 모듈의 출력 신호에 기초한 신호를 수신하고, 상기 신호와 소정의 제 1 기준값과 비교한 결과를 기초로 상기 디지털 신호를 생성하는 제 1 비교기를 포함하고, 상기 제 1 기준값은 상기 신호를 기초로 가변되는 것이 바람직하다.The first signal converter includes a first comparator that receives a signal based on an output signal of the first laser detection module and generates the digital signal based on a result of comparing the signal with a predetermined first reference value. , It is preferable that the first reference value is variable based on the signal.

상기 제 1 기준값은 적어도 하나의 상기 송출 주기내에서 상기 제 1 레이저 검출 모듈의 출력 신호에 기초한 신호의 최대값에 따라 설정되는 것이 바람직하다.Preferably, the first reference value is set according to a maximum value of a signal based on an output signal of the first laser detection module within at least one of the transmission periods.

상기 제 1 레이저 검출 모듈의 출력 신호에 기초한 신호의 최대값이 작을 수록 상기 제 1 기준값도 작아지는 것이 바람직하다.It is preferable that the smaller the maximum value of the signal based on the output signal of the first laser detection module, the smaller the first reference value.

상기 제 1 기준값은 소정의 최소값과 소정의 최대값 범위 이내에서 설정되는 것이 바람직하다.Preferably, the first reference value is set within a range of a predetermined minimum value and a predetermined maximum value.

상기 거리 연산부는 레이저 송신 모듈가 송출하는 레이저에 기초한 기준 신호와 상기 제 1 신호 변환부의 출력신호를 기초로 상기 라이다 장치와 상기 대상물간의 거리를 산출하는 것이 바람직하다.Preferably, the distance calculating unit calculates a distance between the rider device and the object based on a reference signal based on a laser transmitted by the laser transmission module and an output signal of the first signal conversion unit.

상기 송신 구동 모듈이 상기 기준 신호를 생성하는 것이 바람직하다.It is preferable that the transmission driving module generates the reference signal.

상기 레이저 송신 모듈 에서 송출한 레이저를 직접 수신하는 제 2 레이저 검출 모듈을 더 포함하고, 상기 거리 연산 모듈은, 상기 제 2 레이저 검출 모듈과 연결되고, 상기 제 2 레이저 검출 모듈의 출력 신호를 기초로 상기 기준 신호를 생성하는 제 2 신호 변환부를 더 포함하는 것이 바람직하다.Further comprising a second laser detection module for directly receiving the laser transmitted from the laser transmission module, the distance calculation module is connected to the second laser detection module, based on the output signal of the second laser detection module It is preferable to further include a second signal converter for generating the reference signal.

상기 송신 구동 모듈 은 상기 기준 신호를 기초로 상기 레이저 송신 모듈의 고장을 검출하는 것이 바람직하다.Preferably, the transmission driving module detects a failure of the laser transmission module based on the reference signal.

상기 상기 레이저 송신 모듈 은 상기 레이저 송신 모듈 구동 신호와 상기 기준 신호를 비교하여 시간 간격이 소정 시간을 넘어서면 상기 레이저 송신 모듈이 고장인 것으로 판단하는 것이 바람직하다.It is preferable that the laser transmission module determines that the laser transmission module is defective when the time interval exceeds a predetermined time by comparing the laser transmission module driving signal and the reference signal.

상기 송신 구동 모듈과 상기 거리 연산 모듈 중 적어도 일부는 일체형으로 구성된 것이 바람직하다.It is preferable that at least some of the transmission driving module and the distance calculating module are integrally formed.

상기 송신 구동 모듈에 포함된 송신 모듈 구동 제어부와 상기 거리 연산 모듈에 포함된 거리 연산부는 하나의 마이컴으로 구현된 것이 바람직하다.Preferably, the transmission module driving control unit included in the transmission driving module and the distance calculation unit included in the distance calculating module are implemented as one microcomputer.

이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하나, 이러한 실시예의 기재는 본 발명의 실시를 예시하기 위한 것일 뿐 이러한 실시예의 기재에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples, but the description of these examples is only to illustrate the practice of the present invention, and the present invention is not limited by the description of these examples.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.As described above, according to the present invention has the following effects.

(1) 라이다 장치의 성능을 향상시킬 수 있다.(1) The performance of the lidar device can be improved.

(2) 라이다 장치와 대상물간의 거리 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.(2) The accuracy of distance measurement between the lidar device and the object can be improved.

(3) 대상물에 따라 반사되는 레이저의 반사율에 따라 발생하는 거리 측정 오차를 줄일 수 있다.(3) The distance measurement error caused by the reflectance of the laser reflected by the object can be reduced.

(4) 레이저 구동 모듈의 제어 신호를 기준 신호로 사용하는 경우, 레이저 송신 모듈(1100)에 인가되는 전압 및 전류의 상승 속도 등에 따라 상기 제어 신호와 실제로 송출하는 레이저간의 시간 차이가 일정하지 않을 수 있어서, 기준 신호 자체에 오차가 발생하여 거리 측정 정확도를 저하시키는 문제가 있는데, 본 발명은 제 2 레이저 검출 모듈을 더 포함하고, 실제로 송출되는 레이저를 기초로 기준 신호를 생성함으로써, 위와 같이 거리 측정 정확도를 저하시키는 것을 방지할 수 있다.(4) When the control signal of the laser driving module is used as the reference signal, the time difference between the control signal and the actually transmitting laser may not be constant depending on the rising speed of voltage and current applied to the laser transmission module 1100. In the present invention, there is a problem in that the reference signal itself generates an error, thereby reducing the accuracy of distance measurement. The present invention further includes a second laser detection module, and generates a reference signal based on the actually transmitted laser, thereby measuring distance as above. It is possible to prevent deterioration of accuracy.

(5) 신호의 변화율을 이용하는 경우, 또는 미분기를 이용하는 경우, 고주파 노이즈가 증폭되어 오히려 거리 측정 오차가 증가될 수 있는데, 본 발명은 필터를 채용함으로써 신호의 변화율을 기초로 거리 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.(5) When a rate of change of a signal is used, or when a differentiator is used, high-frequency noise may be amplified to increase the distance measurement error. There is an advantage.

(6) 단순히, 저주파 대역통과 필터를 이용하는 경우, 적용 어플리케이션 또는 시스템 특성에 따라 응답 속도가 느려지는 문제가 있을 수 있는데, 본 발명은 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호 주파수 성분을 고려하여 대역 통과 필터를 채용함으로써 응답 속도가 저하되는 것을 막을 수 있는 장점이 있다.(6) Simply, when using a low-frequency bandpass filter, there may be a problem that the response speed is slowed depending on the application application or system characteristics. The present invention considers the output signal frequency component of the first laser detection module 2100. Therefore, by adopting a band pass filter, there is an advantage that the response speed can be prevented from being reduced.

(7) 나아가, 기준 신호 생성을 위해서 구비된 제 2 레이저 검출 모듈을 이용하여 레이저 송신 모듈 고장을 검출하고, 사용자 또는 시스템에 신속하게 라이다 장치의 고장을 알림으로써, 부가적인 하드웨어의 추가 없이 라이다 장치에 의한 대상물과의 거리에 대한 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있다.(7) Furthermore, by detecting a laser transmission module failure using a second laser detection module provided for generating a reference signal, and promptly notifying a user or system of a failure of the lidar device, without adding additional hardware, The reliability of the distance from the object by the Ida device can be greatly improved.

도 1은 종래 라이다 장치의 구성도의 일례를 도시한 것이다.
도 2는 종래 라이다 장치에서 레이저 반사율에 따른 레이저 검출 모듈 수신 신호 및 그 신호에 기초한 디지털 신호를 도시한 것이다.
도 3는 본 발명의 제안된 라이다 장치의 구성도의 실시예를 도시한 것이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제안된 라이다 장치에서 레이저 반사율에 따른 제 1 레이저 검출 모듈 수신 신호 및 그 신호에 기초한 디지털 신호를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제안된 라이다 장치의 구성도의 또다른 실시예를 도시한 것이다.
도 6는 본 발명의 제안된 또다른 라이다 장치의 실시예에서 레이저 반사율에 따른 제 1, 2 레이저 검출 모듈 수신 신호 및 그 신호에 기초한 디지털 신호를 도시한 것이다.
1 shows an example of a configuration diagram of a conventional lidar device.
2 illustrates a laser detection module reception signal according to the laser reflectance in a conventional lidar device and a digital signal based on the signal.
Figure 3 shows an embodiment of the configuration of the proposed lidar device of the present invention.
4A to 4D show a first laser detection module received signal according to the laser reflectance in the proposed lidar device of the present invention and a digital signal based on the signal.
Figure 5 shows another embodiment of the configuration of the proposed lidar device of the present invention.
6 is a view showing first and second laser detection module received signals according to the laser reflectance and digital signals based on the signals in another embodiment of the proposed lidar device of the present invention.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다. 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있다거나 또는 직접 접속되어 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 ~사이에와 바로 ~사이에 또는 ~에 인접하는과 ~에 직접 인접하는 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Objects, features and advantages of the present invention described above will become more apparent through the following examples with reference to the accompanying drawings. The following specific structures or functional descriptions are merely exemplified for the purpose of explaining an embodiment according to the concept of the present invention, and the embodiments according to the concept of the present invention can be implemented in various forms and described in the present specification or application It should not be construed as being limited to the embodiments. Embodiments according to the concept of the present invention can be modified in various ways and have various forms, so specific embodiments are illustrated in the drawings and are described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to a specific disclosure form, and it should be understood that all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention are included. Terms such as first and/or second may be used to describe various components, but the components are not limited to the terms. The above terms are only for the purpose of distinguishing one component from other components, for example, without departing from the scope of rights according to the concept of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similar Thus, the second component may also be referred to as a first component. When a component is referred to as being connected to or connected to another component, it should be understood that other components may exist in the middle, although they may be directly connected to or connected to the other component. On the other hand, when it is mentioned that one component is directly connected to another component or is directly connected, it should be understood that no other component exists in the middle. Other expressions to describe the relationship between the components, such as between ∼ between and immediately between ∼ or adjacent to ∼ and directly adjacent to ∼, should also be interpreted. The terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. Terms such as include or have in this specification are intended to designate the presence of a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described, one or more other features or numbers, steps, actions, It should be understood that the existence or addition possibilities of components, parts or combinations thereof are not excluded in advance. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined herein. Does not. Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals in each drawing denote the same members.

[실시예1][Example 1]

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 소정의 송출 주기를 두고 반복적으로 레이저를 송출하는 레이저 송신 모듈 (1100), 상기 레이저가 대상물(2)에 반사되어 되돌아온 레이저를 수신하는 제 1 레이저 검출 모듈(2100), 상기 레이저 송신 모듈(1100)을 구동하는 송신 구동 모듈(3000), 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호를 기초로 상기 라이다 장치(1)와 상기 대상물(2)간의 거리를 산출하되, 상기 대상물(2)의 반사율이 변화해도 동일한 길이의 거리를 산출하는 거리 연산 모듈(4000)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 레이저 송신 모듈 (1100)은 레이저 발광부(1110)와 발광 렌즈(1120)을 포함하고, 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)은 제 1 레이저 수광부(2110)와 수광 렌즈(2120)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.As shown in FIG. 3, the present invention provides a laser transmission module 1100 for repeatedly transmitting a laser over a predetermined transmission period, and a first laser detection module for receiving the laser reflected and returned from the object 2 (2100), the transmission driving module for driving the laser transmission module 1100, based on the output signal of the first laser detection module 2100, the rider device 1 and the object (2) between It may be characterized in that it comprises a distance calculating module 4000 for calculating the distance, but calculating the distance of the same length even if the reflectivity of the object 2 changes. The laser transmission module 1100 includes a laser light emitting unit 1110 and a light emitting lens 1120, and the first laser detection module 2100 includes a first laser light receiving unit 2110 and a light receiving lens 2120 It can be characterized by.

상기 거리 연산 모듈(4000)은, 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)과 연결되고, 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호를 기초로 디지털 신호를 생성하되, 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호의 크기가 변해도 실질적으로 동일한 디지털 신호를 생성하는 제 1 신호 변환부(4200), 상기 제 1 신호 변환부(4200)로부터 수신한 상기 디지털 신호를 기초로 상기 라이다 장치(1)와 상기 대상물(2)간의 거리를 산출하는 거리 연산부(4100)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서 ‘실질적으로 동일한 디지털 신호’라 함은 두 개의 디지털 신호가 초기 상태(예를 들어, Low 또는 High)에서 그와 다른 상태(예를 들어, High 또는 Low)로 변하는 1st 엣지 시각이 동일하면 실질적으로 동일한 디지털 신호로 정의한다.The distance calculation module 4000 is connected to the first laser detection module 2100 and generates a digital signal based on the output signal of the first laser detection module 2100, wherein the first laser detection module ( The first signal converter 4200 which generates substantially the same digital signal even when the output signal of the 2100) changes, based on the digital signal received from the first signal converter 4200 (1) ) And a distance calculator 4100 for calculating the distance between the object 2. Here, the term'substantially identical digital signal' means that if the 1st edge time when two digital signals change from an initial state (for example, Low or High) to another state (for example, High or Low) is the same. It is defined as the same digital signal.

상기 제 1 신호 변환부(4200)는, 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력에 기초한 신호를 수신하고, 수신된 상기 신호의 변화율에 기초한 아날로그 신호를 생성하는 제 1 연산부(4220), 상기 아날로그 신호와 소정의 제 1 기준값과 비교한 결과를 기초로 상기 디지털 신호를 생성하는 제 1 비교기(4230)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The first signal converter 4200 receives a signal based on the output of the first laser detection module 2100 and generates a first analog signal based on a rate of change of the received signal. It may be characterized in that it comprises a first comparator (4230) for generating the digital signal based on the result of comparing the analog signal with a predetermined first reference value.

이러한 특징으로 인하여, 본 발명은 대상물에 따라 반사되는 레이저의 반사율에 따라 발생하는 거리 측정 오차를 줄여서, 라이다 장치의 성능을 향상 시킬 수 있다.Due to these features, the present invention can improve the performance of the lidar device by reducing the distance measurement error caused by the reflectance of the laser reflected according to the object.

상기 제 1 연산부(4220)는 미분 회로를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The first operation unit 4220 may include a differential circuit.

도 4a 내지 도 4d는 (a) 레이저 송신 모듈(1100)을 제어하는 제어 신호(10); (b)와 (c)는 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호인 아날로그 신호(21), 제 1 연산부(4220)에 의해서 변환된 수정된 신호(22), 제 1 비교부(4230)의 출력인 디지털 신호(23)을 나타내되, (b)는 대상물의 반사율이 100%인 경우이고, (c)는 대상물의 반사율이 30%인 경우이다. 도 4a 내지 4d의 수정된 신호(22)는 제 1 연산부(4220)이 미분 회로인 실시예를 나타낸다.4A to 4D are (a) control signals 10 for controlling the laser transmission module 1100; (b) and (c) are analog signals 21 which are output signals of the first laser detection module 2100, modified signals 22 converted by the first operation unit 4220, and the first comparison unit 4230. The digital signal 23, which is the output of, is represented by (b) when the reflectance of the object is 100% and (c) when the reflectance of the object is 30%. The modified signal 22 of FIGS. 4A to 4D represents an embodiment in which the first operation unit 4220 is a differential circuit.

도 4b는 도 4a에 비해서 아날로그 신호 및 디지털 신호가 반전된 경우이고, 도 4c는 도 4a에 비해서 아날로그 신호만 반전된 경우이며, 도 4d는 도 4a에 비해서 디지털 신호만 반전된 경우이다. 본 발명은 의미를 명확하게 하기 위해서, 청구범위를 포함해서 명세서 전반에 걸쳐서 도 4a의 경우를 기준으로 용어를 기재하였으나, 이로 한정되는 것이 아니다. 즉, 본 발명의 기술사상은 도 4b 내지 도 4d와 같이 아날로그 신호, 디지털 신호 중 적어도 하나가 도 4a에 비해서 반전된 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있음은 당연하고, 이에 따라 본 발명의 청구범위에 기재된 용어 중에 본 발명의 기술사상을 도 4b 내지 도 4d의 경우에 적용하기 위해서 일부 변경되는 부분은 실질적 동일의 범주에서 모두 청구범위에 포함한다.도 4a에 보이는 바와 같이, 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호의 크기는 반사율에 따라 달라 질 수 있지만, 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호의 최대값의 시간상 위치는 변하지 않는 특징이 있다. 본 발명은 이러한 점에 착안하여, 반사율에 영향을 받지 않는 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호의 최대값의 시간상 위치를 미분기를 이용하여 검출함으로써 반사율에 상관없이 정확한 거리를 측정할 수 있는 효과가 있다.4B is a case in which analog signals and digital signals are inverted compared to FIG. 4A, FIG. 4C is a case where only analog signals are inverted compared to FIG. 4A, and FIG. 4D is a case where only digital signals are inverted compared to FIG. 4A. In order to clarify the meaning of the present invention, terms have been described based on the case of FIG. 4A throughout the specification including the claims, but are not limited thereto. That is, it is natural that the technical idea of the present invention can be applied similarly even when at least one of the analog signal and the digital signal is inverted compared to FIG. 4A as shown in FIGS. 4B to 4D, and accordingly, the terms described in the claims of the present invention Among them, in order to apply the technical idea of the present invention in the case of FIGS. 4B to 4D, some changes are included in the claims in substantially the same scope. As shown in FIG. 4A, the first laser detection module 2100 The magnitude of the output signal of may vary depending on the reflectance, but the position of the maximum value of the output signal of the first laser detection module 2100 does not change in time. In view of this point, the present invention is capable of measuring an accurate distance regardless of reflectivity by detecting a temporal position of a maximum value of the output signal of the first laser detection module 2100 that is not affected by reflectivity using a differentiator. It works.

다만, 노이즈가 많은 환경에서는 고주파 노이즈에 의해서 신호가 왜곡될 수 있고, 신호의 변화율을 이용하는 경우, 또는 미분기를 이용하는 경우, 고주파 노이즈가 증폭되어 오히려 거리 측정 오차가 증가될 수 있다.However, in a noisy environment, the signal may be distorted by the high frequency noise, and when a rate of change of the signal is used, or when using a differentiator, the high frequency noise may be amplified to increase the distance measurement error.

본 발명은, 상기 제 1 신호 변환부(4200)가 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)과 상기 제 1 연산부(4220) 사이에 구비되고, 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호에서 노이즈 성분을 제거하는 제 1 필터부(4210)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 제 1 필터부(4210)는, 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호 주파수 성분에 기초하여 설정된 소정의 주파수 성분만을 통과시키는 대역필터를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 제 1 필터부(4210)는, 저주파 대역 필터인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the first signal conversion unit 4200 is provided between the first laser detection module 2100 and the first operation unit 4220, the noise from the output signal of the first laser detection module 2100 It may be characterized in that it further comprises a first filter portion 4210 to remove the component. The first filter unit 4210 may include a band filter that passes only a predetermined frequency component set based on an output signal frequency component of the first laser detection module 2100. The first filter unit 4210 may be a low-frequency band filter.

이러한 특징으로 인하여, 본 발명은 노이즈 환경에서도 신호의 변화율을 기초로 거리 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.Due to these features, the present invention has an advantage of improving the distance measurement accuracy based on the rate of change of the signal even in a noisy environment.

다만, 단순히 저주파 대역통과 필터를 이용하는 경우, 적용 어플리케이션 또는 시스템 특성에 따라 응답 속도가 느려지는 문제가 있을 수 있다.However, when simply using a low-frequency bandpass filter, there may be a problem in that the response speed is slowed down according to the application or system characteristics.

본 발명은 상기 제 1 필터부(4210)는, 대역 통과 필터인 것을 특징으로 할 수 있다.The present invention may be characterized in that the first filter unit 4210 is a band pass filter.

이러한 특징인, 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호 주파수 성분을 고려하여 대역 통과 필터를 채용함으로써 응답 속도가 저하되는 것을 막을 수 있는 효과가 있다.By adopting a band-pass filter in consideration of the frequency component of the output signal of the first laser detection module 2100, which is such a feature, there is an effect of preventing a decrease in response speed.

상기 제 1 필터부(4210)는, 상기 대역 필터 출력 신호에서 소정의 최소값 또는 소정의 최대값으로 제한시키는 비선형 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The first filter unit 4210 may further include a nonlinear filter that limits the band filter output signal to a predetermined minimum value or a predetermined maximum value.

이러한 특징으로 인하여, 보다 노이즈에 강인하고 향상된 거리 측정 정확도를 달성할 수 있는 효과가 있다.Due to this feature, there is an effect that is more robust to noise and can achieve improved distance measurement accuracy.

[실시예2][Example 2]

상기 제 1 신호 변환부(4200)는, 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호가 상기 레이저 송신 모듈 (1100)이 레이저를 송출하는 주기내에서 가장 큰 값인 시각에 상기 디지털 신호의 상태를 변화시키는 것을 특징으로 할 수 있다.The first signal conversion unit 4200, the output signal of the first laser detection module 2100, the state of the digital signal at a time that is the largest value in the period in which the laser transmission module 1100 transmits the laser. It can be characterized by changing.

제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호의 크기는 반사율에 따라 달라 질 수 있지만, 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호의 최대값의 시간상 위치는 변하지 않는 특징이 있다. 본 발명은 이러한 점에 착안하여, 반사율에 영향을 받지 않는 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호의 최대값이 발생하는 시각을 검출하고 그 시각을 이용함으로써, 반사율에 영향 받지 않고 정확하게 거리를 측정할 수 있는 효과가 있다.The magnitude of the output signal of the first laser detection module 2100 may vary depending on the reflectance, but the position of the maximum value of the output signal of the first laser detection module 2100 does not change in time. In view of this, the present invention detects the time at which the maximum value of the output signal of the first laser detection module 2100, which is not affected by the reflectance, occurs, and uses the time, thereby accurately determining the distance without being affected by the reflectance. It has measurable effects.

상기 제 1 신호 변환부(4200)는, 상기 송출 주기마다 상기 디지털 신호 상태를 소정의 상태로 변화시키는 것을 특징으로 할 수 있다.The first signal converter 4200 may change the digital signal state to a predetermined state for each transmission cycle.

상기 송신 구동 모듈(3000)이 상기 송출 주기마다 상기 디지털 신호 상태 초기화 신호를 발생시키고, 상기 제 1 신호 변환부(4200)은 상기 송신 구동 모듈(3000)로부터 수신되는 상기 디지털 신호 상태 초기화 신호에 기초하여 상기 디지털 신호 상태를 초기화 상태로 변화시키는 것을 특징으로 할 수 있다.The transmission driving module 3000 generates the digital signal state initialization signal for each transmission period, and the first signal conversion unit 4200 is based on the digital signal state initialization signal received from the transmission driving module 3000. In this way, the digital signal state may be changed to an initialization state.

[실시예3][Example 3]

상기 제 1 신호 변환부(4200)는, 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호를 소정의 게인(K)으로 증폭시켜 일정한 크기의 신호로 변환하는 제 1 연산부(4220), 상기 제 1 연산부의 출력신호와 소정의 제 1 기준값과 비교한 결과를 기초로 상기 디지털 신호를 생성하는 제 1 비교기(4230)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The first signal conversion unit 4200, the first operation unit 4220 to amplify the output signal of the first laser detection module 2100 with a predetermined gain (K) to a signal of a constant size, the first It may be characterized in that it comprises a first comparator (4230) for generating the digital signal based on the result of comparing the output signal with a predetermined first reference value of the operation unit.

제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호의 크기는 반사율에 따라 달라 질 수 있지만, 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호의 모양은 변하지 않는 특징이 있다. 본 발명은 이러한 점에 착안하여, 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호의 크기를 동일하도록 보정함으로써, 반사율에 영향 받지 않고 정확하게 거리를 측정할 수 있는 효과가 있다.The magnitude of the output signal of the first laser detection module 2100 may vary depending on the reflectance, but the shape of the output signal of the first laser detection module 2100 does not change. In view of this, the present invention has an effect of accurately measuring a distance without being affected by reflectance by correcting the magnitude of the output signal of the first laser detection module 2100 to be the same.

상기 소정의 게인(K)은 적어도 하나의 송출 주기내 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호의 최대값을 기초로 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.The predetermined gain K may be set based on a maximum value of the output signal of the first laser detection module 2100 within at least one transmission period.

상기 소정의 게인(K)은 상기 송출 주기내에서 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호의 최대값이 사전에 설정된 소정의 값이 되도록 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.The predetermined gain (K) may be characterized in that the maximum value of the output signal of the first laser detection module 2100 is set to a predetermined value within the transmission period.

상기 소정의 게인(K)은 이전 송출 주기내 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호의 최대값을 기초로 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.The predetermined gain K may be set based on a maximum value of the output signal of the first laser detection module 2100 within a previous transmission period.

[실시예4][Example 4]

상기 제 1 신호 변환부(4200)는, 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호에 기초한 신호를 수신하고, 상기 신호와 소정의 제 1 기준값과 비교한 결과를 기초로 상기 디지털 신호를 생성하는 제 1 비교기(4230)를 포함하고, 상기 제 1 기준값은 상기 신호를 기초로 가변되는 것을 특징으로 할 수 있다.The first signal converter 4200 receives a signal based on the output signal of the first laser detection module 2100, and generates the digital signal based on a result of comparing the signal with a predetermined first reference value. And a first comparator 4230, wherein the first reference value is variable based on the signal.

제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호의 크기는 반사율에 따라 달라 질 수 있지만, 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호의 모양은 변하지 않는 특징이 있다. 본 발명은 이러한 점에 착안하여, 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호에 기초한 신호와 비교하는 제 1 기준값을 보정함으로써, 반사율에 영향 받지 않고 정확하게 거리를 측정할 수 있는 효과가 있다.The magnitude of the output signal of the first laser detection module 2100 may vary depending on the reflectance, but the shape of the output signal of the first laser detection module 2100 does not change. In view of this, the present invention has an effect of accurately measuring a distance without being affected by reflectivity by correcting a first reference value to be compared with a signal based on the output signal of the first laser detection module 2100.

상기 제 1 기준값은 적어도 하나의 상기 송출 주기내에서 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호에 기초한 신호의 최대값에 따라 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호에 기초한 신호의 최대값이 작을 수록 상기 제 1 기준값도 작아지는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 제 1 기준값은 소정의 최소값과 소정의 최대값 범위 이내에서 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.The first reference value may be set according to a maximum value of a signal based on an output signal of the first laser detection module 2100 within at least one of the transmission periods. The smaller the maximum value of the signal based on the output signal of the first laser detection module 2100, the smaller the first reference value may be. The first reference value may be set within a predetermined minimum value and a predetermined maximum value range.

[실시예5][Example 5]

상기 거리 연산부(4100)는 레이저 송신 모듈(1100)이 송출하는 레이저에 기초한 기준 신호와 상기 제 1 신호 변환부(4200)의 출력신호를 기초로 상기 라이다 장치(1)와 상기 대상물(2)간의 거리를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 송신 구동 모듈(3000)이 상기 기준 신호를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.The distance calculating unit 4100 is based on the laser-transmitted module 1100 and the reference signal based on the laser and the output signal of the first signal conversion unit 4200, the rider device 1 and the object (2) It can be characterized by calculating the distance between. The transmission driving module 3000 may generate the reference signal.

[실시예6][Example 6]

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 송신 모듈 (1100)에서 송출한 레이저를 직접 수신하는 제 2 레이저 검출 모듈(2200)을 더 포함하고, 상기 거리 연산 모듈(4000)은, 상기 제 2 레이저 검출 모듈(2200)과 연결되고, 상기 제 2 레이저 검출 모듈(2200)의 출력 신호를 기초로 상기 기준 신호를 생성하는 제 2 신호 변환부(4300)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.As shown in FIG. 5, the laser transmission module 1100 further includes a second laser detection module 2200 that directly receives the laser, and the distance calculation module 4000 detects the second laser It may be characterized in that it further comprises a second signal converter 4300 that is connected to the module 2200 and generates the reference signal based on the output signal of the second laser detection module 2200.

레이저 구동 모듈의 제어 신호를 기준 신호로 사용하는 경우, 레이저 송신 모듈(1100)에 인가되는 전압 및 전류의 상승 속도 등에 따라 상기 제어 신호와 실제로 송출하는 레이저간의 시간 차이가 일정하지 않을 수 있어서, 기준 신호 자체에 오차가 발생하여 거리 측정 정확도를 저하시키는 문제가 있는데, 본 발명은 제 2 레이저 검출 모듈을 더 포함하고, 실제로 송출되는 레이저를 기초로 기준 신호를 생성함으로써, 위와 같이 거리 측정 정확도를 저하시키는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.When the control signal of the laser driving module is used as a reference signal, the time difference between the control signal and the actually transmitting laser may not be constant according to the rising speed of the voltage and current applied to the laser transmission module 1100, so the reference There is a problem that the distance measurement accuracy is lowered due to an error in the signal itself, and the present invention further includes a second laser detection module, and by generating a reference signal based on the actually transmitted laser, the distance measurement accuracy is reduced as described above. There is an effect that can be prevented.

도 6은 (a) 레이저 송신 모듈(1100)을 제어하는 제어 신호(10); (b)는 제 2 레이저 검출 모듈(2200)의 출력 신호인 아날로그 신호(31), 제 2 연산부(4320)에 의해서 변환된 수정된 신호(32), 제 2 비교부(4330)의 출력인 디지털 신호(33); (c)와 (d)는 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호인 아날로그 신호(21), 제 1 연산부(4220)에 의해서 변환된 수정된 신호(22), 제 1 비교부(4230)의 출력인 디지털 신호(23)을 나타내되, (b)는 대상물의 반사율이 100%인 경우이고, (c)는 대상물의 반사율이 30%인 경우이다. 도 6의 수정된 신호(22)는 제 1 연산부(4220)가 미분 회로인 실시예를 나타낸다.6 is (a) a control signal 10 for controlling the laser transmission module 1100; (b) is an analog signal 31 that is an output signal of the second laser detection module 2200, a modified signal 32 that is converted by the second operation unit 4320, and a digital that is the output of the second comparison unit 4330 Signal 33; (c) and (d) are analog signals 21 that are output signals of the first laser detection module 2100, modified signals 22 converted by the first operation unit 4220, and first comparison units 4230. The digital signal 23, which is the output of, is represented by (b) when the reflectance of the object is 100% and (c) when the reflectance of the object is 30%. The modified signal 22 of FIG. 6 represents an embodiment in which the first operation unit 4220 is a differential circuit.

도 4a에 비해서 도 6은 제 1 비교부(4230)의 출력인 디지털 신호(23)와 비교하는 기준 신호로서, 상기 제어 신호(10)이 아닌 제 2 비교부(4330)의 출력인 디지털 신호(33)를 이용함으로써 보다 측정 정확도를 향상시키는 것을 나타낸다.Compared to FIG. 4A, FIG. 6 is a reference signal to be compared with the digital signal 23 that is the output of the first comparator 4230, and is a digital signal (which is the output of the second comparator 4330 rather than the control signal 10) 33) indicates that the measurement accuracy is further improved.

[실시예7][Example 7]

상기 송신 구동 모듈 (3000)은 상기 기준 신호를 기초로 상기 레이저 송신 모듈(1100)의 고장을 검출하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 상기 레이저 송신 모듈 (1100)은 상기 레이저 송신 모듈(1100) 구동 신호와 상기 기준 신호를 비교하여 시간 간격이 소정 시간을 넘어서면 상기 레이저 송신 모듈(1100)이 고장인 것으로 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.The transmission driving module 3000 may be configured to detect a failure of the laser transmission module 1100 based on the reference signal. The laser transmission module 1100 compares the driving signal of the laser transmission module 1100 with the reference signal, and determines that the laser transmission module 1100 is defective when the time interval exceeds a predetermined time. Can.

기준 신호 생성을 위해서 구비된 제 2 레이저 검출 모듈을 이용하여 레이저 송신 모듈 고장을 검출하고, 사용자 또는 시스템에 신속하게 라이다 장치의 고장을 알림으로써, 부가적인 하드웨어의 추가 없이 라이다 장치에 의한 대상물과의 거리에 대한 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다.By detecting a laser transmission module failure using a second laser detection module provided for generating a reference signal, and promptly notifying a user or system of a failure of the lidar device, an object by the lidar device without adding additional hardware. There is an effect that can significantly improve the reliability of the distance to the.

[실시예8][Example 8]

상기 송신 구동 모듈(3000)과 상기 거리 연산 모듈(4000) 중 적어도 일부는 일체형으로 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.At least some of the transmission driving module 3000 and the distance calculating module 4000 may be configured as an integral type.

상기 송신 구동 모듈(3000)에 포함된 송신 모듈 구동 제어부(3100)와 상기 거리 연산 모듈(4000)에 포함된 거리 연산부(4100)는 하나의 마이컴으로 구현된 것을 특징으로 할 수 있다.The transmission module driving control unit 3100 included in the transmission driving module 3000 and the distance calculating unit 4100 included in the distance calculating module 4000 may be implemented as one microcomputer.

이러한 특징으로 인하여, 송신 모듈 구동 제어부(3100)와 상기 거리 연산 모듈(4000)에 포함된 거리 연산부(4100) 사이의 배선이 길어지거나 가변되는 경우 배선의 임피던스 변화에 의해 발생할 수 있는 측정 오차를 저감하여 거리 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.Due to this feature, when the wiring between the transmission module driving control unit 3100 and the distance calculating unit 4100 included in the distance calculating module 4000 is lengthened or varied, measurement errors that may occur due to a change in impedance of the wiring are reduced. By doing so, the accuracy of distance measurement can be improved.

1 : 라이다 장치
2 : 대상물
10 : 발광 제어 신호
410 : 신호 변환부
420 : 거리 연산부
1100 : 레이저 송신 모듈
1110 : 레이저 발광부
1120 : 발광 렌즈
2100 : 제 1 레이저 검출 모듈
2110 : 제 1 레이저 수광부
2120 : 수광 렌즈
2200 : 제 2 레이저 검출 모듈
2210 : 제 2 레이저 수광부
3000 : 송신 구동 모듈
3100 : 송신 모듈 구동 제어부
3200 : 송신 모듈 구동부
4000 : 거리 연산 모듈
4100 : 거리 연산부
4200 : 제 1 신호 변환부
4210 : 제 1 필터부
4220 : 제 1 연산부
4230 : 제 1 비교부
4300 : 제 2 신호 변환부
4310 : 제 2 필터부
4320 : 제 2 연산부
4330 : 제 2 비교부
1: Lidar device
2: Object
10: emission control signal
410: signal converter
420: distance calculator
1100: laser transmission module
1110: laser light emitting unit
1120: luminous lens
2100: first laser detection module
2110: first laser light receiving unit
2120: light receiving lens
2200: second laser detection module
2210: second laser light receiving unit
3000: transmission drive module
3100: Transmission module drive control
3200: Transmission module driver
4000: distance calculation module
4100: distance calculator
4200: first signal converter
4210: first filter unit
4220: first operation unit
4230: first comparison unit
4300: second signal converter
4310: second filter unit
4320: second calculation unit
4330: second comparison unit

Claims (23)

라이다 장치(1)에 있어서,
소정의 송출 주기를 두고 반복적으로 레이저를 송출하는 레이저 송신 모듈 (1100),
상기 레이저가 대상물(2)에 반사되어 되돌아온 레이저를 수신하는 제 1 레이저 검출 모듈(2100),
상기 레이저 송신 모듈(1100)을 구동하는 송신 구동 모듈(3000),
상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호를 기초로 상기 라이다 장치(1)와 상기 대상물(2)간의 거리를 산출하되, 상기 대상물(2)의 반사율이 변화해도 동일한 길이의 거리를 산출하는 거리 연산 모듈(4000)을 포함하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

In the lidar device (1),
A laser transmission module 1100 that repeatedly transmits a laser at a predetermined transmission cycle,
A first laser detection module (2100) for receiving the laser is returned to the laser beam reflected on the object (2),
Transmission drive module 3000 for driving the laser transmission module 1100,
The distance between the rider device 1 and the object 2 is calculated based on the output signal of the first laser detection module 2100, but the distance of the same length is calculated even if the reflectivity of the object 2 changes. Including distance calculation module 4000
Lidar device characterized in that.

제 1 항에 있어서,
상기 레이저 송신 모듈 (1100)은 레이저 발광부(1110)와 발광 렌즈(1120)을 포함하고,
상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)은 제 1 레이저 수광부(2110)와 수광 렌즈(2120)을 포함하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

According to claim 1,
The laser transmission module 1100 includes a laser light emitting unit 1110 and a light emitting lens 1120,
The first laser detection module 2100 includes a first laser light receiving unit 2110 and a light receiving lens 2120
Lidar device characterized in that.

제 2 항에 있어서,
상기 거리 연산 모듈(4000)은,
상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)과 연결되고, 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호를 기초로 디지털 신호를 생성하되, 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호의 크기가 변해도 실질적으로 동일한 디지털 신호를 생성하는 제 1 신호 변환부(4200),
상기 제 1 신호 변환부(4200)로부터 수신한 상기 디지털 신호를 기초로 상기 라이다 장치(1)와 상기 대상물(2)간의 거리를 산출하는 거리 연산부(4100)를 포함하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

According to claim 2,
The distance calculation module 4000,
Is connected to the first laser detection module 2100, and generates a digital signal based on the output signal of the first laser detection module 2100, even if the size of the output signal of the first laser detection module 2100 changes A first signal converter 4200 for generating substantially the same digital signal,
And a distance calculator 4100 for calculating a distance between the rider device 1 and the object 2 based on the digital signal received from the first signal converter 4200.
Lidar device characterized in that.

제 3 항에 있어서,
상기 제 1 신호 변환부(4200)는,
상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력에 기초한 신호를 수신하고, 수신된 상기 신호의 변화율에 기초한 아날로그 신호를 생성하는 제 1 연산부(4220),
상기 아날로그 신호와 소정의 제 1 기준값과 비교한 결과를 기초로 상기 디지털 신호를 생성하는 제 1 비교기(4230)를 포함하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

The method of claim 3,
The first signal converter 4200,
The first operation unit 4220 receives a signal based on the output of the first laser detection module 2100 and generates an analog signal based on a rate of change of the received signal.
And a first comparator (4230) for generating the digital signal based on a result of comparing the analog signal with a predetermined first reference value.
Lidar device characterized in that.

제 4 항에 있어서,
상기 제 1 연산부(4220)는 미분 회로를 포함하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

The method of claim 4,
The first operation unit 4220 includes a differential circuit
Lidar device characterized in that.

제 4 항에 있어서,
상기 제 1 신호 변환부(4200)는,
상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)과 상기 제 1 연산부(4220) 사이에 구비되고, 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호에서 노이즈 성분을 제거하는 제 1 필터부(4210)를 더 포함하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

The method of claim 4,
The first signal converter 4200,
It is provided between the first laser detection module 2100 and the first operation unit 4220, and further includes a first filter unit 4210 removing noise components from the output signal of the first laser detection module 2100. Doing
Lidar device characterized in that.

제 6 항에 있어서,
상기 제 1 필터부(4210)는,
상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호 주파수 성분에 기초하여 설정된 소정의 주파수 성분만을 통과시키는 대역필터를 포함하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

The method of claim 6,
The first filter part 4210,
And a band filter passing only a predetermined frequency component set based on the frequency component of the output signal of the first laser detection module 2100.
Lidar device characterized in that.

제 7 항에 있어서,
상기 제 1 필터부(4210)는, 저주파 대역 필터인 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

The method of claim 7,
The first filter portion 4210 is a low-frequency band filter
Lidar device characterized in that.

제 7 항에 있어서,
상기 제 1 필터부(4210)는, 대역 통과 필터인 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

The method of claim 7,
The first filter portion 4210 is a band pass filter
Lidar device characterized in that.

제 3 항에 있어서,
상기 제 1 신호 변환부(4200)는, 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호가 상기 레이저 송신 모듈 (1100)이 레이저를 송출하는 주기내에서 가장 큰 값인 시각에 상기 디지털 신호의 상태를 변화시키는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

The method of claim 3,
The first signal conversion unit 4200, the output signal of the first laser detection module 2100, the state of the digital signal at a time that is the largest value in the period in which the laser transmission module 1100 transmits the laser. Changing
Lidar device characterized in that.

제 10 항에 있어서,
상기 제 1 신호 변환부(4200)는, 상기 송출 주기마다 상기 디지털 신호 상태를 소정의 상태로 변화시키는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

The method of claim 10,
The first signal converter 4200 changes the digital signal state to a predetermined state for each transmission cycle.
Lidar device characterized in that.

제 11 항에 있어서,
상기 송신 구동 모듈(3000)이 상기 송출 주기마다 상기 디지털 신호 상태 초기화 신호를 발생시키고,
상기 제 1 신호 변환부(4200)은 상기 송신 구동 모듈(3000)로부터 수신되는 상기 디지털 신호 상태 초기화 신호에 기초하여 상기 디지털 신호 상태를 초기화 상태로 변화시키는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

The method of claim 11,
The transmission driving module 3000 generates the digital signal state initialization signal for each transmission cycle,
The first signal converter 4200 changes the digital signal state to an initialization state based on the digital signal state initialization signal received from the transmission driving module 3000.
Lidar device characterized in that.

제 3 항에 있어서,
상기 제 1 신호 변환부(4200)는,
상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호를 소정의 게인(K)으로 증폭시켜 일정한 크기의 신호로 변환하는 제 1 연산부(4220),
상기 제 1 연산부의 출력신호와 소정의 제 1 기준값과 비교한 결과를 기초로 상기 디지털 신호를 생성하는 제 1 비교기(4230)를 포함하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

The method of claim 3,
The first signal converter 4200,
The first operation unit 4220 amplifies the output signal of the first laser detection module 2100 with a predetermined gain (K) and converts it into a signal of a certain size,
And a first comparator (4230) generating the digital signal based on a result of comparing the output signal of the first operation unit with a predetermined first reference value.
Lidar device characterized in that.

제 13 항에 있어서,
상기 소정의 게인(K)은
적어도 하나의 송출 주기내 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호의 최대값을 기초로 설정되는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

The method of claim 13,
The predetermined gain (K) is
Set based on a maximum value of the output signal of the first laser detection module 2100 within at least one transmission cycle
Lidar device characterized in that.

제 14 항에 있어서,
상기 소정의 게인(K)은
상기 송출 주기내에서 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호의 최대값이 사전에 설정된 소정의 값이 되도록 설정되는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

The method of claim 14,
The predetermined gain (K) is
The maximum value of the output signal of the first laser detection module 2100 is set to be a predetermined value within the transmission period.
Lidar device characterized in that.

제 14 항에 있어서,
상기 소정의 게인(K)은
이전 송출 주기내 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호의 최대값을 기초로 설정되는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

The method of claim 14,
The predetermined gain (K) is
It is set based on the maximum value of the output signal of the first laser detection module 2100 in the previous transmission period.
Lidar device characterized in that.

제 3 항에 있어서,
상기 제 1 신호 변환부(4200)는,
상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호에 기초한 신호를 수신하고, 상기 신호와 소정의 제 1 기준값과 비교한 결과를 기초로 상기 디지털 신호를 생성하는 제 1 비교기(4230)를 포함하고,
상기 제 1 기준값은 상기 신호를 기초로 가변되는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

The method of claim 3,
The first signal converter 4200,
And a first comparator 4230 that receives a signal based on the output signal of the first laser detection module 2100 and generates the digital signal based on a result of comparing the signal with a predetermined first reference value,
The first reference value is variable based on the signal
Lidar device characterized in that.

제 17 항에 있어서,
상기 제 1 기준값은 적어도 하나의 상기 송출 주기내에서 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력 신호에 기초한 신호의 최대값에 따라 설정되는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

The method of claim 17,
The first reference value is set according to a maximum value of a signal based on an output signal of the first laser detection module 2100 within at least one of the transmission periods.
Lidar device characterized in that.

제 3 항에 있어서,
상기 거리 연산부(4100)는 레이저 송신 모듈(1100)이 송출하는 레이저에 기초한 기준 신호와 상기 제 1 신호 변환부(4200)의 출력신호를 기초로 상기 라이다 장치(1)와 상기 대상물(2)간의 거리를 산출하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

The method of claim 3,
The distance calculating unit 4100 is based on the laser-transmitted module 1100 and the reference signal based on the laser and the output signal of the first signal conversion unit 4200, the rider device 1 and the object (2) To calculate the distance between
Lidar device characterized in that.

제 19 항에 있어서,
상기 송신 구동 모듈(3000)이 상기 기준 신호를 생성하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

The method of claim 19,
The transmission driving module 3000 generates the reference signal
Lidar device characterized in that.

제 19 항에 있어서,
상기 레이저 송신 모듈 (1100)에서 송출한 레이저를 직접 수신하는 제 2 레이저 검출 모듈(2200)을 더 포함하고,
상기 거리 연산 모듈(4000)은,
상기 제 2 레이저 검출 모듈(2200)과 연결되고, 상기 제 2 레이저 검출 모듈(2200)의 출력 신호를 기초로 상기 기준 신호를 생성하는 제 2 신호 변환부(4300)를 더 포함하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

The method of claim 19,
The laser transmission module 1100 further includes a second laser detection module 2200 for directly receiving the laser,
The distance calculation module 4000,
The second laser detection module 2200 is connected to, and further comprising a second signal conversion unit 4300 for generating the reference signal based on the output signal of the second laser detection module 2200
Lidar device characterized in that.

제 21 항에 있어서,
상기 송신 구동 모듈 (3000)은 상기 기준 신호를 기초로 상기 레이저 송신 모듈(1100)의 고장을 검출하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.

The method of claim 21,
The transmission driving module 3000 detects a failure of the laser transmission module 1100 based on the reference signal.
Lidar device characterized in that.

제 22 항에 있어서,
상기 상기 레이저 송신 모듈 (1100)은 상기 레이저 송신 모듈(1100) 구동 신호와 상기 기준 신호를 비교하여 시간 간격이 소정 시간을 넘어서면 상기 레이저 송신 모듈(1100)이 고장인 것으로 판단하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.


The method of claim 22,
The laser transmission module 1100 compares the driving signal of the laser transmission module 1100 with the reference signal and determines that the laser transmission module 1100 is defective when the time interval exceeds a predetermined time.
Lidar device characterized in that.


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