KR20200082366A

KR20200082366A - 고정밀 지능형 라이다 장치

Info

Publication number: KR20200082366A
Application number: KR1020180172892A
Authority: KR
Inventors: 최병기; 김준성
Original assignee: 주식회사 카펙발레오
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2020-07-08

Abstract

본 발명은 고정밀 인텔리전트 라이다 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 소정의 송출 주기로 레이저를 송출하는 레이저 송신 모듈, 상기 레이저 송신 모듈을 구동하는 송신 모듈 구동부, 상기 레이저가 대상물에 반사되어 되돌아온 레이저를 수신하는 제 1 레이저 검출 모듈, 상기 제 1 레이저 검출 모듈의 출력인 아날로그 신호를 샘플링하여 디지털 데이터로 변환하여 출력하는 신호 변환 모듈, 상기 송신 모듈 구동부를 통해 상기 레이저 송신 모듈을 제어하고, 상기 신호 변환 모듈의 출력인 디지털 데이터를 기초로 상기 레이저의 TOF(Time Of Flight)를 산출하고, 상기 레이저의 TOF를 기초로 상기 라이다 장치와 상기 대상물간의 거리를 산출하는 제어 연산 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 레이저 반사율에 따라 거리 측정 오차가 발생하는 것을 방지하여 측정 정확도 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

고정밀 지능형 라이다 장치 {A HIGH-PRECISION INTELLIGENT LIDAR DEVICE}

본 발명은 라이다 장치에 관한 것이다.

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. 라이다 센서 시스템의 구성은 응용 분야에 따라 때로는 매우 복잡하게 구성되지만, 기본적인 구성은 도 1에 나타낸 바와 같이 레이저 송신 모듈(100), 레이저 검출 모듈(200), 송신 구동 모듈(300), 거리 연산 모듈(400)으로 구분될 수 있다.

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.

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 아날로그 출력 신호로부터 레이저 검출 시각에 해당하는 디지털 펄스 신호를 생성하는 신호 검출 회로부(410)와 검출된 디지털 펄스 신호를 기준으로 레이저 검출 시각과 레이저 송출 시각을 비교하여 라이다 장치와 대상물간의 거리를 산출하는 거리 연산부(420)로 구성된다. 여기서 신호 검출 회로부(410)는 입력 아날로그 신호를 정해진 기준 값과 비교하여 큰 경우 High (또는 Low), 작은 경우 Low (또는 High)로 디지털 펄스 신호를 출력하게 된다.

도 2는 종래 기술의 문제점을 설명하기 위해, 레이저 검출 모듈의 출력 신호이자 신호 검출 회로부(410)의 입력 신호인 아날로그 신호(421)와 신호 검출 회로부(410)의 출력 신호인 디지털 펄스 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 출력의 크기(진폭)가 상대적으로 작게 되고, 정해진 기준 값과 비교하여 디지털 펄스 신호로 변경하는 신호 검출 회로부(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 1^st 엣지 시각이 변화하고, 이는 측정오차로 작용하여 측정된 거리의 정확도 성능을 저하시키는 문제가 있다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고속의 아날로그-디지털 신호 변환 모듈을 구비하고, 레이저 검출신호를 디지털 신호로 변환 후에 변환된 디지털 데이터를 기초로 소프트웨어적으로 반사율에 따라 변하는 레이저 검출 신호에서도 정확하게 레이저 수신 시각을 검출하는 제어 연산 모듈을 채용함으로써, 반사율에 의해서 거리 측정 정밀도가 저하되는 것을 방지하여 고정밀 인텔리전트 라이다 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 소정의 송출 주기로 레이저를 송출하는 레이저 송신 모듈, 상기 레이저 송신 모듈을 구동하는 송신 모듈 구동부, 상기 레이저가 대상물에 반사되어 되돌아온 레이저를 수신하는 제 1 레이저 검출 모듈, 상기 제 1 레이저 검출 모듈의 출력인 아날로그 신호를 샘플링하여 디지털 데이터로 변환하여 출력하는 신호 변환 모듈, 상기 송신 모듈 구동부를 통해 상기 레이저 송신 모듈을 제어하고, 상기 신호 변환 모듈의 출력인 디지털 데이터를 기초로 상기 레이저의 TOF(Time Of Flight)를 산출하고, 상기 레이저의 TOF를 기초로 상기 라이다 장치와 상기 대상물간의 거리를 산출하는 제어 연산 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치를 제공한다.

상기 레이저 송신 모듈은 레이저 발광부와 발광 렌즈를 포함하고, 상기 제 1 레이저 검출 모듈은 제 1 레이저 수광부와 수광 렌즈를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제어 연산 모듈은, 상기 신호 변환 모듈로부터 수신한 상기 디지털 데이터를 저장하고, 저장된 상기 디지털 데이터를 기초로 디지털 데이터 세트를 생성하며, 상기 디지털 데이터 세트를 기초로 대상물에 반사되어 되돌아온 레이저를 수신한 시각인 레이저 수신 시각을 산출하고, 상기 레이저 수신 시각과 기준 시각과의 시간 차이를 기초로 상기 레이저의 TOF를 산출하되, 산출된 상기 레이저 수신 시각은 상기 대상물의 반사율이 변화해도 일정한 것이 바람직하다.

상기 제어 연산 모듈은, 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값의 변화율을 산출하고, 산출된 상기 변화율을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것이 바람직하다.

상기 제어 연산 모듈은, 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 1 기간동안 소정의 제 1 기준값보다 크고, 변화율이 0 인 시점을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것이 바람직하다.

상기 제어 연산 모듈은, 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 1 기간동안 소정의 제 1 기준값보다 크고, 변화율이 양에서 음으로 변하는 시점을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것이 바람직하다.

상기 제어 연산 모듈은, 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 1 기간동안 소정의 제 1 기준값보다 크고, 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값의 변화율이 양인 최종 제 1 시각과 상기 변화율이 음으로 변하는 제 2 시각사이인 제 2 기간내에서, 상기 변화율이 0 인 시점이 검출되지 않는 경우, 상기 제 1 시각과 상기 제 2 시각 사이의 시각을 상기 레이저 수신 시각으로 산출하고, 상기 제 2 기간내에서 상기 변화율이 0인 시점이 검출되면, 상기 변화율이 0인 시점을 상기 레이저 수신 시각으로 산출하며, 여기서 상기 제 1 기간은 상기 제 2 기간을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제어 연산 모듈은, 상기 송출 주기내에서 상기 기준 시각이후로 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값 중 가장 큰 값이 발생한 시각을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것이 바람직하다.

상기 제어 연산 모듈은, 상기 디지털 데이터 세트의 각 데이터 값에 소정의 게인(K)을 곱해서 정규 디지털 데이터 세트를 생성하고, 상기 정규 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 2 기준값에 비해서 작다가 커지는 시점을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것이 바람직하다.

상기 송출 주기내에서 상기 정규 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 2 기준값에 비해서 작다가 커지는 시점이 복수 회 존재하는 경우, 상기 정규 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 2-1 기준값 보다 작다가, 소정의 제 2-2 기준값 보다 커지는 시점을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하되, 상기 제 2-1 기준값은 상기 제 2 기준값보다 작고, 상기 제2-2 기준값은 상기 제 2 기준값보다 큰 것이 바람직하다.

상기 송출 주기내에서 상기 정규 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 2-1 기준값 보다 작다가, 소정의 제 2-2 기준값 보다 커지는 시점이 복수 회 존재하는 경우, 상기 제 2-1 기준값은 더 작은 값으로, 상기 제 2-2 기준값은 더 큰 값으로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 송출 주기내에서 상기 정규 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 2 기준값에 비해서 작다가 커지는 시점이 한번 만 존재하고, 제 2-1 기준값과 제 2-2 기준값의 차이가 최소화 되도록, 제 2-1 기준값과 제 2-2 기준값 중 적어도 하나를 설정하는 것이 바람직하다.

상기 디지털 데이터 세트에서 변화율이 소정의 값 보다 큰 데이터 값은 유효하지 않은 데이터로 설정하고, 상기 디지털 데이터 세트 중 유효한 데이터만을 이용해서 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것이 바람직하다.

상기 기준 시각은 상기 레이저의 송출 시점을 기초로 정해지는 것이 바람직하다.

상기 기준 시각은 상기 레이저 송신 모듈을 제어하는 제어 신호를 기초로 정해지는 것이 바람직하다.

상기 라이다 장치는 상기 레이저 송신 모듈에서 송출한 레이저를 직접 수신하는 제 2 레이저 검출 모듈을 더 포함하고, 상기 신호 변환 모듈은 상기 제 2 레이저 검출 모듈의 아날로그 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 제 2 ADC 모듈을 더 포함하며, 상기 제어 연산 모듈은 상기 제 2 ADC 모듈의 출력 디지털 데이터를 이용하여 상기 기준 시각을 설정하는 것이 바람직하다.

상기 신호 변환 모듈은 적어도 하나의 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함하는 제 1 ADC 모듈을 포함하고; 상기 ADC는, AD 변환 명령 신호를 수신하고, 상기 AD 변환 명령 신호가 활성화되면, 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하고, 초기화 신호를 수신하고, 초기화 신호가 활성화되면, 정해진 초기 상태 신호를 출력하며; 상기 AD 변환 명령 신호는, 상기 송출 주기내에서 적어도 한 번 활성화되는 것이 바람직하다.

상기 제 1 ADC 모듈은, 복수의 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함하고, 상기 복수의 ADC는 서로 다른 시각에 아날로그 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 것이 바람직하다.

상기 AD 변환 명령 신호는 상기 송출 주기내에서 상기 레이저의 송출 시점 이후에 활성화되는 것이 바람직하다.

상기 AD 변환 명령 신호는 상기 송출 주기내에서 복수회에 걸쳐서 반복적으로 활성화되는 것이 바람직하다.

상기 AD 변환 명령 신호의 주기는 가변적인 것이 바람직하다.

상기 제 1 ADC 모듈은, 입력신호를 상기 복수의 ADC 중 어느 하나와 선택적으로 연결하는 적어도 하나의 스위치를 더 포함하고, 상기 AD 변환 명령 신호는 상기 스위치 제어 신호와 연동되되, 상기 스위치 제어 신호가 활성화되고 소정의 시간 이후에 AD 변환 명령 신호가 활성화되고, 상기 레이저 송신 모듈을 제어하는 레이저 송출 제어 신호가 활성화되는 시점 또는 상기 레이저가 송출되는 시점에 상기 초기화 신호가 활성화되는 것이 바람직하다.

상기 신호 변환 모듈은, 상기 제 1 레이저 검출 모듈과 상기 제 1 ADC 모듈 사이에 구비되고, 상기 제 1 레이저 검출 모듈의 아날로그 출력신호로부터 고주파 노이즈 성분을 제거하는 제 1 필터를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제어 연산 모듈은, 상기 레이저 송신 모듈을 제어하는 레이저 송출 제어 신호가 활성화되는 시점 또는 상기 레이저가 송출되는 시점으로부터 소정의 시간 이후에 상기 제 1 ADC 모듈의 AD 변환 명령 신호를 활성화하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 상기 제어 연산 모듈은, (a) 상기 송신 모듈 구동부를 통해 상기 레이저 송신 모듈을 구동하는 단계, (b) 상기 신호 변환 모듈을 제어하여 상기 제 1 레이저 검출 모듈의 출력인 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환시키는 단계, (c) 상기 변환된 디지털 데이터를 저장하고, 저장된 상기 디지털 데이터를 기초로 유효한 디지털 데이터 세트를 생성하는 단계, (d) 상기 유효한 디지털 데이터 세트를 기초로 상기 레이저의 TOF(Time Of Flight)를 산출하는 단계, (e) 상기 레이저의 TOF를 기초로 상기 라이다 장치와 상기 대상물간의 거리를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치의 거리 계측 방법을 제공한다.

상기 단계(d)는, (d1) 상기 디지털 데이터 세트를 기초로 대상물에 반사되어 되돌아온 레이저를 수신한 시각인 레이저 수신 시각을 산출하는 단계 (d2) 상기 레이저 수신 시각과 기준 시각과의 시간 차이를 기초로 상기 레이저의 TOF를 산출하는 단계를 포함하되, 산출된 상기 레이저 수신 시각은 상기 대상물의 반사율이 변화해도 일정한 것이 바람직하다.

상기 단계 (d1)은 (d1-a1) 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값의 변화율을 산출하는 단계, (d1-a2) 산출된 상기 변화율을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 단계 (d1-a1)에서, 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 1 기간동안 소정의 제 1 기준값보다 크고, 변화율이 0 인 시점을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것이 바람직하다.

상기 단계 (d1-a1)에서, 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 1 기간동안 소정의 제 1 기준값보다 크고, 변화율이 양에서 음으로 변하는 시점을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것이 바람직하다.

상기 단계 (d1)에서, 상기 송출 주기내에서 상기 기준 시각이후로 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값 중 가장 큰 값이 발생한 시각을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것이 바람직하다.

상기 단계 (d1)은 (d1-b1) 상기 디지털 데이터 세트의 각 데이터 값에 소정의 게인(K)을 곱해서 정규 디지털 데이터 세트를 생성하는 단계, (d1-b2) 상기 정규 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 2 기준값에 비해서 작다가 커지는 시점을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 단계 (c)에서, 저장된 상기 디지털 데이터에서 변화율이 소정의 값 보다 작은 데이터 값만을 기초로 상기 유효한 데이터 세트를 산출하는 것이 바람직하다.

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.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 라이다 장치의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

(2) 라이다 장치와 대상물간의 거리 측정의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

(3) 대상물에 따라 반사되는 레이저의 반사율에 따라 발생하는 거리 측정 오차를 줄일 수 있는 효과가 있다.

(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 있는 효과가 있다.

(5) 신호의 변화율을 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 효과가 있다.

(6) 단순히, 저주파 대역통과 필터를 이용하는 경우, 적용 어플리케이션 또는 시스템 특성에 따라 응답 속도가 느려지는 문제가 있을 수 있는데, 본 발명은 소프트웨어적으로 고주파 노이즈를 제거하는 기능을 채용함으로써 응답 속도가 저하되는 것을 막을 수 있는 효과가 있다.

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 일 실시예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제안된 라이다 장치의 구성도의 또다른 실시예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제안된 라이다 장치의 거리 계측 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 6 내지 도8은 본 발명의 제안된 라이다 장치의 거리 계측 방법의 실시예들의 흐름도를 도시한 것이다.

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.

도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 종래에는 레이저 검출 모듈(200)에서 수신된 아날로그 신호를 아날로그 형태에서 그대로 기준 값과 비교하는 신호 검출 회로부(410)를 채용함으로써, 레이저 반사율에 따라 레이저 검출 모듈(200)의 출력 아날로그 신호의 크기가 변화하는 경우, 신호 검출 회로부가 출력하는 레이저 수신 검출 신호가 지연될 수 있어서, 레이저 수신 시각을 정확히 측정하기 어려운 문제가 있었다. 나아가, 노이즈 성분에 의한 영향을 배제하는데 제한이 있는 문제점이 있었다.

도 3 은 본 발명의 일 실시예의 구성도이다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 소정의 송출 주기로 레이저를 송출하는 레이저 송신 모듈(1100), 상기 레이저 송신 모듈(1100)을 구동하는 송신 모듈 구동부(4000), 상기 레이저가 대상물(2)에 반사되어 되돌아온 레이저를 수신하는 제 1 레이저 검출 모듈(2100), 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력인 아날로그 신호를 샘플링하여 디지털 데이터로 변환하여 출력하는 신호 변환 모듈(5000), 상기 송신 모듈 구동부(4000)를 통해 상기 레이저 송신 모듈(1100)을 제어하고, 상기 신호 변환 모듈(5000)의 출력인 디지털 데이터를 기초로 상기 레이저의 TOF(Time Of Flight)를 산출하고, 상기 레이저의 TOF를 기초로 상기 라이다 장치(1)와 상기 대상물(2)간의 거리를 산출하는 제어 연산 모듈(3000)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 제 1 레이저 검출 모듈의 출력인 아날로그 신호를 그대로 이용하지 않고, 고속의 아날로그/디지털 컨버젼(ADC) 시스템인 신호 변환 모듈을 채용함으로써, 아날로그 신호를 디지털 데이터의 세트(Waveform)로 변환하여 제어 연산 모듈(3000)에서 디지털 신호 처리할 수 있고, 따라서, 지능적으로 노이즈 성분을 배제할 수 있을 뿐 아니라, 레이저 반사율에 따라 제 1 레이저 검출 모듈의 출력 신호의 크기(진폭)이 변화해도, 레이저 수신 시각을 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 아날로그 신호와 디지털 신호는 송신 모듈 구동부, 제 1 레이저 검출 모듈 등의 특성에 따라 의미는 동일하나 각 신호가 반전될 수 있다. 각각의 경우를 기준으로 청구범위 및 명세서를 작성할 수 없는 점에서, 본 발명의 명세서 전반에 걸쳐 도 2와 같이 아날로그 신호 및 디지털 신호가 정의된 경우를 기준으로 기재하였으나, 이는 의미를 명확하게 하고 기재 및 이해의 편의를 위한 것일 뿐, 그 의미가 한정되는 것이 아니다. 즉, 본 발명의 기술사상은 아날로그 신호, 디지털 신호 중 적어도 하나가 도 2에 비해서 반전된 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있음은 당연하고, 이에 따라 본 발명의 청구범위에 기재된 용어 중에 본 발명의 기술사상을 도 1, 2 에 적용하기 위해서 일부 변경되는 부분은 실질적 동일의 범주에서 모두 청구범위에 포함한다. 예를 들어서, 아날로그 신호가 반전되는 경우, 변화율 또는 미분 등의 부호가 변경된 것을 권리범위에 포함한다.

상기 레이저 송신 모듈(1100)은 레이저 발광부(1110)와 발광 렌즈1120)를 포함하고, 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)은 제 1 레이저 수광부(2110)와 수광 렌즈(2120)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이러한 특징으로 인하여, 레이저 송신 모듈이 대상물에 송출하는 레이저의 집중도 및 양을 증가시킬 수 있고, 제 1 레이저 검출 모듈이 수신하는 레이저의 양 및 크기를 증가시킬 수 있어서, 노이즈에 의한 영향을 감소시키고, 레이저 수신 시각을 보다 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

상기 제어 연산 모듈(3000)은, 상기 신호 변환 모듈(5000)로부터 수신한 상기 디지털 데이터를 저장하고, 저장된 상기 디지털 데이터를 기초로 디지털 데이터 세트를 생성하며, 상기 디지털 데이터 세트를 기초로 대상물(2)에 반사되어 되돌아온 레이저를 수신한 시각인 레이저 수신 시각을 산출하고, 상기 레이저 수신 시각과 기준 시각과의 시간 차이를 기초로 상기 레이저의 TOF를 산출하되, 산출된 상기 레이저 수신 시각은 상기 대상물(2)의 반사율이 변화해도 일정한 것을 특징으로 할 수 있다.

이러한 특징으로 인하여, 본 발명은 대상물에 따라 반사되는 레이저의 반사율에 따라 발생하는 거리 측정 오차를 줄여서, 라이다 장치의 성능을 향상 시킬 수 있다.

상기 제어 연산 모듈(3000)은, 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값의 변화율을 산출하고, 산출된 상기 변화율을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이러한 특징은, 레이저 반사율에 따라 제 1 레이저 검출 모듈의 출력 신호의 크기(진폭)이 변화해도, 그 변화율의 특징은 유지되는 특성을 이용하는 것으로서, 레이저 수신 시각을 보다 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

상기 제어 연산 모듈(3000)은, 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 1 기간동안 소정의 제 1 기준값보다 크고, 변화율이 0 인 시점을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이러한 특징은, 제 1 레이저 검출 모듈의 출력 신호의 크기(진폭)이 변화해도, 그 변화율의 특징은 유지되는 특성 중의 하나로서 “변화율이 0 인 시점”은 변하지 않는 특징을 채용한 것이다.

또한, 아날로그 회로를 이용해서 제 1 레이저 검출 모듈의 출력인 아날로그 신호의 변화율이 0인 시점을 검출하는 방법에 비해서, 본 발명은 디지털 데이터 세트로 변환한 후 한 송출 주기내의 전체 데이터를 이용하여 변화율이 0인 시점을 검출함으로써, 노이즈에 의한 영향을 더 효과적으로 제거하고, 정확한 레이저 수신 시각을 검출 할 수 있는 효과가 있다.

상기 제어 연산 모듈(3000)은, 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 1 기간동안 소정의 제 1 기준값보다 크고, 변화율이 양에서 음으로 변하는 시점을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

아날로그 신호를 디지털 신호로 샘플링하는 주기인 샘플링 주기가 충분히 짧지 않은 경우나 노이즈에 의해서 일부 신호가 오염된 경우에 변화율이 0인 점을 찾기 어려울 수 있는데, 이러한 특징으로 인하여, 고주파 노이즈에 의한 영향을 저감시키고, 샘플링 주기가 상대적으로 길어도 변화율이 0인 시점을 검출하지 못하는 문제를 배제하여, 레이저 수신 시각을 보다 정확하게 검출 할 수 있는 효과가 있다.

상기 제어 연산 모듈은, 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 1 기간동안 소정의 제 1 기준값보다 크고, 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값의 변화율이 양인 최종 제 1 시각과 상기 변화율이 음으로 변하는 제 2 시각사이인 제 2 기간내에서, 상기 변화율이 0 인 시점이 검출되지 않는 경우, 상기 제 1 시각과 상기 제 2 시각 사이의 시각을 상기 레이저 수신 시각으로 산출하고, 상기 제 2 기간내에서 상기 변화율이 0인 시점이 검출되면, 상기 변화율이 0인 시점을 상기 레이저 수신 시각으로 산출하며, 여기서 상기 제 1 기간은 상기 제 2 기간을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이러한 특징으로 인하여, 샘플링 주기가 상대적으로 길어도 보다 정확한 레이저 수신 시각을 검출할 수 있는 효과가 있다.

또한, 이러한 특징으로 인하여, 샘플링 주기를 낮출 수 있고, 이는 신호 변환 모듈이 필요한 ADC의 개수를 줄여서 재료비 절감효과가 있을 수 있다.

상기 제어 연산 모듈(3000)은, 상기 송출 주기내에서 상기 기준 시각이후로 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값 중 가장 큰 값이 발생한 시각을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이러한 특징으로 인하여, 변화율을 산출하기 위한 계산량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

다만, 이 경우, 노이즈에 의해서 최대 값 발생 시각이 잘 못 산출 될 수 있는 점에서, (지능화된) 디지털 필터링을 부가적으로 채용함으로써, 노이즈에 의한 영향을 더욱 저감시킬 수 있다.

상기 제어 연산 모듈(3000)은, 상기 디지털 데이터 세트의 각 데이터 값에 소정의 게인(K)을 곱해서 정규화된 디지털 데이터 세트를 생성하고, 상기 정규 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 2 기준값에 비해서 작다가 커지는 시점을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

즉, 디지털 데이터 세트의 최대값이 일정한 값이 되도록 소정의 게인을 설정하여, 신호를 정규화하는 것이다.

또한, 소정의 게인(K)은 송출 주기내의 디지털 데이터 세트의 값을 모두 고려하여 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.

예를 들어서, 송출 주기내의 디지털 데이터 세트의 최대값에 반비례하여 소정의 게인(K)이 설정될 수 있다.

이러한 특징으로 인하여, 레이저 반사율에 따라 크기(진폭)이 변하는 영향을 최소화하고, 노이즈에 강하며, 보다 정확한 레이저 수신 시각을 검출 할 수 있다.

상기 송출 주기내에서 상기 정규 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 2 기준값에 비해서 작다가 커지는 시점이 복수 회 존재하는 경우, 상기 정규 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 2-1 기준값 보다 작다가, 소정의 제 2-2 기준값 보다 커지는 시점을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하되, 상기 제 2-1 기준값은 상기 제 2 기준값보다 작고, 상기 제2-2 기준값은 상기 제 2 기준값보다 큰 것을 특징으로 할 수 있다.

이러한 특징으로 인하여, 노이즈가 많은 환경에서도, 레이저 검출 시각을 잘 못 검출할 수 있는 가능성을 최소화하여, 내노이즈성을 향상시키고, 레이저 검출 시각 정확도를 증대시킬 수 있는 효과가 있다

상기 송출 주기내에서 상기 정규 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 2-1 기준값 보다 작다가, 소정의 제 2-2 기준값 보다 커지는 시점이 복수 회 존재하는 경우, 상기 제 2-1 기준값은 더 작은 값으로, 상기 제 2-2 기준값은 더 큰 값으로 설정하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 송출 주기내에서 상기 정규 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 2-1 기준값 보다 작다가, 소정의 제 2-2 기준값 보다 커지는 시점이 한번 만 존재하고, 제 2-1 기준값과 제 2-2 기준값의 차이가 최소화 되도록, 제 2-1 기준값과 제 2-2 기준값 중 적어도 하나를 상기 송출 주기내에서 반복적으로 설정하는 것을 특징으로 할 수 있다.

즉, 송출 주기내에서, 제 2-1 기준값과 제 2-2 기준값 중 적어도 하나를 초기화 하고, 제 2-1 기준값과 제 2-2 기준값의 차이가 최소화되면서도, 상기 정규 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 2-1 기준값 보다 작다가, 소정의 제 2-2 기준값 보다 커지는 시점이 한번 만 존재하도록, 제 2-1 기준값과 제 2-2 기준값 중 적어도 하나를 상기 송출 주기내에서 반복적으로 설정하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이러한 특징으로 인하여 노이즈 환경에 따라서 최적의 성능을 발휘 할 수 있도록 하는 효과가 있다.

상기 디지털 데이터 세트에서 변화율이 소정의 값 보다 큰 데이터 값은 유효하지 않은 데이터로 설정하고, 상기 디지털 데이터 세트 중 유효한 데이터만을 이용해서 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이러한 특징으로 인하여 고주파 노이즈 또는 스파이크 노이즈 등을 제거하여, 내노이즈성을 더욱 향상 시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 디지털 필터링을 위해서 많은 량의 계산이 필요한 것을 회피할 수 있는 효과가 있다.

상기 기준 시각은 상기 레이저의 송출 시점을 기초로 정해지는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 기준 시각은 상기 레이저 송신 모듈(1100)을 제어하는 제어 신호를 기초로 정해지는 것을 특징으로 할 수 있다.

이러한 특징으로 인하여, 오염되지 않은 레이저 송출 시점을 손쉽게 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 라이다 장치(1)는 상기 레이저 송신 모듈(1100)에서 송출한 레이저를 직접 수신하는 제 2 레이저 검출 모듈(2200)을 더 포함하고, 상기 신호 변환 모듈(5000)은 상기 제 2 레이저 검출 모듈(2200)의 아날로그 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 제 2 ADC 모듈(5210)을 더 포함하며, 상기 제어 연산 모듈(3000)은 상기 제 2 ADC 모듈(5210)의 출력 디지털 데이터를 이용하여 상기 기준 시각을 설정하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이러한 특징으로 인하여, 레이저 송신 모듈에 인가되는 전압 또는 전류 레벨, 기울기 등에 의해서, 레이저 송출 제어 신호와 실제로 레이저가 송출되는 시간차가 변화할 수 있고, 이에 따라 기준 시각 설정에 오차가 발생하여 TOF 계산 오차 등이 유발되는 것을 방지하여, 거리 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

상기 신호 변환 모듈(5000)은 적어도 하나의 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함하는 제 1 ADC 모듈(5110)을 포함하고; 상기 ADC는, AD 변환 명령 신호를 수신하고, 상기 AD 변환 명령 신호가 활성화되면, 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하고, 초기화 신호를 수신하고, 초기화 신호가 활성화되면, 정해진 초기 상태 신호를 출력하며; 상기 AD 변환 명령 신호는, 상기 송출 주기내에서 적어도 한 번 활성화되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 제 1 ADC 모듈(5110)은, 복수의 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함하고, 상기 복수의 ADC는 서로 다른 시각에 아날로그 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이러한 특징으로 인하여, 고속으로 샘플링하는 것이 가능하고, 레이저 수신 시각 검출 정밀도를 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.

상기 AD 변환 명령 신호는 상기 송출 주기내에서 상기 레이저의 송출 시점 이후에 활성화되는 것을 특징으로 할 수 있다.

이러한 특징으로 인하여, 예측되는 레이저 수신 시각에 기초하여 AD 변환 명령 신호를 활성화 시킴으로써, 불필요한 시점의 AD변환을 지양하여, ADC 의 사용 빈도를 저감시키고, 변환되는 디지털 데이터 량을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

상기 AD 변환 명령 신호는 상기 송출 주기내에서 복수회에 걸쳐서 반복적으로 활성화되는 것을 특징으로 할 수 있다.

이러한 특징으로 인하여, ADC의 신호 변환 소요시간, 레이저 송출 주기 등 시스템 특징을 고려하여 필요한 ADC의 수를 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

상기 AD 변환 명령 신호의 주기는 가변적인 것을 특징으로 할 수 있다.

이러한 특징으로 인하여, 예측되는 레이저 수신 시각에 기초하여 AD 변환 명령 신호를 촘촘하게 활성화 시킴으로써, 불필요한 시점의 AD변환을 지양하고, 필요한 시점에는 샘플링 주기를 작게 하여, 레이저 수신 시각 검출 정밀도를 효과적으로 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.

상기 제 1 ADC 모듈(5110)은, 입력신호를 상기 복수의 ADC 중 어느 하나와 선택적으로 연결하는 적어도 하나의 스위치를 더 포함하고, 상기 AD 변환 명령 신호는 상기 스위치 제어 신호와 연동되되, 상기 스위치 제어 신호가 활성화되고 소정의 시간 이후에 AD 변환 명령 신호가 활성화되고, 상기 레이저 송신 모듈(1100)을 제어하는 레이저 송출 제어 신호가 활성화되는 시점 또는 상기 레이저가 송출되는 시점에 상기 초기화 신호가 활성화되는 것을 특징으로 할 수 있다.

이러한 특징으로 인하여, 필요한 ADC의 개수를 줄일 수 있는 효과가 있다.

상기 신호 변환 모듈(5000)은, 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)과 상기 제 1 ADC 모듈(5110) 사이에 구비되고, 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 아날로그 출력신호로부터 고주파 노이즈 성분을 제거하는 제 1 필터(5120)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 제어 연산 모듈(3000)은, 상기 레이저 송신 모듈(1100)을 제어하는 레이저 송출 제어 신호가 활성화되는 시점 또는 상기 레이저가 송출되는 시점으로부터 소정의 시간 이후에 상기 제 1 ADC 모듈(5110)의 AD 변환 명령 신호를 활성화하는 것을 특징으로 할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제어 연산 모듈(3000)은, (a) 상기 송신 모듈 구동부(4000)를 통해 상기 레이저 송신 모듈(1100)을 구동하는 단계(S100), (b) 상기 신호 변환 모듈(5000)을 제어하여 상기 제 1 레이저 검출 모듈(2100)의 출력인 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환시키는 단계(S200), (c) 상기 변환된 디지털 데이터를 저장하고, 저장된 상기 디지털 데이터를 기초로 유효한 디지털 데이터 세트를 생성하는 단계(S300), (d) 상기 유효한 디지털 데이터 세트를 기초로 상기 레이저의 TOF(Time Of Flight)를 산출하는 단계(S400), (e) 상기 레이저의 TOF를 기초로 상기 라이다 장치(1)와 상기 대상물(2)간의 거리를 산출하는 단계(S500)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 단계(d)(S400)는, (d1) 상기 디지털 데이터 세트를 기초로 대상물(2)에 반사되어 되돌아온 레이저를 수신한 시각인 레이저 수신 시각을 산출하는 단계(S410), (d2) 상기 레이저 수신 시각과 기준 시각과의 시간 차이를 기초로 상기 레이저의 TOF를 산출하는 단계(S420)를 포함하되, 산출된 상기 레이저 수신 시각은 상기 대상물(2)의 반사율이 변화해도 일정한 것을 특징으로 할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 단계 (d1)(S410)은, (d1-a1) 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값의 변화율을 산출하는 단계(S411a), (d1-a2) 산출된 상기 변화율을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 단계(S412a)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 단계 (d1-a1)에서, 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 1 기간동안 소정의 제 1 기준값보다 크고, 변화율이 0 인 시점을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 단계 (d1-a1)에서, 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 1 기간동안 소정의 제 1 기준값보다 크고, 변화율이 양에서 음으로 변하는 시점을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 단계 (d1)에서, 상기 송출 주기내에서 상기 기준 시각이후로 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값 중 가장 큰 값이 발생한 시각을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 단계(d1)(S410)은, (d1-b1) 상기 디지털 데이터 세트의 각 데이터 값에 소정의 게인(K)을 곱해서 정규 디지털 데이터 세트를 생성하는 단계(S411b), (d1-b2) 상기 정규 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 2 기준값에 비해서 작다가 커지는 시점을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 단계(S412a)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 단계 (c)에서, 저장된 상기 디지털 데이터에서 변화율이 소정의 값 보다 작은 데이터 값만을 기초로 상기 유효한 데이터 세트를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

1 : 라이다 장치, 2 : 대상물
10 : 발광 제어 신호,
410 : 신호 검출 회로부,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 : 제어 연산 모듈,3100 : 송신 모듈 구동 제어부,
3200 : 중앙처리부,3310 : 제 1 ADC 제어부,3320 : 제 2 ADC 제어부
4000 : 송신 모듈 구동부,
5000 : 신호 변환 모듈, 5110 : 제 1 ADC 모듈,
5120 : 제 1 필터,5210 : 제 2 ADC 모듈
5220 : 제 2 필터

Claims

라이다 장치에 있어서,
소정의 송출 주기로 레이저를 송출하는 레이저 송신 모듈,
상기 레이저 송신 모듈을 구동하는 송신 모듈 구동부,
상기 레이저가 대상물에 반사되어 되돌아온 레이저를 수신하는 제 1 레이저 검출 모듈,
상기 제 1 레이저 검출 모듈의 출력인 아날로그 신호를 샘플링하여 디지털 데이터로 변환하여 출력하는 신호 변환 모듈,
상기 송신 모듈 구동부를 통해 상기 레이저 송신 모듈을 제어하고,
상기 신호 변환 모듈의 출력인 디지털 데이터를 기초로 상기 레이저의 TOF(Time Of Flight)를 산출하고,
상기 레이저의 TOF를 기초로 상기 라이다 장치와 상기 대상물간의 거리를 산출하는 제어 연산 모듈을 포함하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 레이저 송신 모듈은 레이저 발광부와 발광 렌즈를 포함하고,
상기 제 1 레이저 검출 모듈은 제 1 레이저 수광부와 수광 렌즈를 포함하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제어 연산 모듈은,
상기 신호 변환 모듈로부터 수신한 상기 디지털 데이터를 저장하고,
저장된 상기 디지털 데이터를 기초로 디지털 데이터 세트를 생성하며,
상기 디지털 데이터 세트를 기초로 대상물에 반사되어 되돌아온 레이저를 수신한 시각인 레이저 수신 시각을 산출하고,
상기 레이저 수신 시각과 기준 시각과의 시간 차이를 기초로 상기 레이저의 TOF를 산출하되,
산출된 상기 레이저 수신 시각은 상기 대상물의 반사율이 변화해도 일정한 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제어 연산 모듈은,
상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값의 변화율을 산출하고,
산출된 상기 변화율을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제어 연산 모듈은,
상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 1 기간동안 소정의 제 1 기준값보다 크고, 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값의 변화율이 0 인 시점을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제어 연산 모듈은,
상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 1 기간동안 소정의 제 1 기준값보다 크고, 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값의 변화율이 양에서 음으로 변하는 시점을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제어 연산 모듈은,
상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 1 기간동안 소정의 제 1 기준값보다 크고, 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값의 변화율이 양인 최종 제 1 시각과 상기 변화율이 음으로 변하는 제 2 시각사이인 제 2 기간내에서, 상기 변화율이 0 인 시점이 검출되지 않는 경우, 상기 제 1 시각과 상기 제 2 시각 사이의 시각을 상기 레이저 수신 시각으로 산출하고,
상기 제 2 기간내에서 상기 변화율이 0인 시점이 검출되면, 상기 변화율이 0인 시점을 상기 레이저 수신 시각으로 산출하며,
여기서 상기 제 1 기간은 상기 제 2 기간을 포함하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제어 연산 모듈은,
상기 송출 주기내에서 상기 기준 시각이후로 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값 중 가장 큰 값이 발생한 시각을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제어 연산 모듈은,
상기 디지털 데이터 세트의 각 데이터 값에 소정의 게인(K)을 곱해서 정규 디지털 데이터 세트를 생성하고,
상기 정규 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 2 기준값에 비해서 작다가 커지는 시점을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 기준 시각은 상기 레이저의 송출 시점을 기초로 정해지는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 기준 시각은 상기 레이저 송신 모듈을 제어하는 제어 신호를 기초로 정해지는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 라이다 장치는 상기 레이저 송신 모듈에서 송출한 레이저를 직접 수신하는 제 2 레이저 검출 모듈을 더 포함하고,
상기 신호 변환 모듈은 상기 제 2 레이저 검출 모듈의 아날로그 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 제 2 ADC 모듈을 더 포함하며,
상기 제어 연산 모듈은 상기 제 2 ADC 모듈의 출력 디지털 데이터를 이용하여 상기 기준 시각을 설정하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 신호 변환 모듈은 적어도 하나의 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함하는 제 1 ADC 모듈을 포함하고;
상기 ADC는,
AD 변환 명령 신호를 수신하고, 상기 AD 변환 명령 신호가 활성화되면, 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하고,
초기화 신호를 수신하고, 초기화 신호가 활성화되면, 정해진 초기 상태 신호를 출력하며;
상기 AD 변환 명령 신호는, 상기 송출 주기내에서 적어도 한 번 활성화되는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제 1 ADC 모듈은,
복수의 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함하고,
상기 복수의 ADC는 서로 다른 시각에 아날로그 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
상기 AD 변환 명령 신호는 상기 송출 주기내에서 상기 레이저의 송출 시점 이후에 활성화되는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
상기 AD 변환 명령 신호는 상기 송출 주기내에서 복수회에 걸쳐서 반복적으로 활성화되는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 AD 변환 명령 신호의 주기는 가변적인 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 제어 연산 모듈은,
상기 레이저 송신 모듈을 제어하는 레이저 송출 제어 신호가 활성화되는 시점 또는 상기 레이저가 송출되는 시점으로부터 소정의 시간 이후에 상기 제 1 ADC 모듈의 AD 변환 명령 신호를 활성화하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치.
레이저 송신 모듈, 송신 모듈 구동부, 제 1 레이저 검출 모듈, 신호 변환 모듈, 및 제어 연산 모듈을 포함하는 라이다 장치의 거리 계측 방법에 있어서,
상기 제어 연산 모듈은,
(a) 상기 송신 모듈 구동부를 통해 상기 레이저 송신 모듈을 구동하는 단계,
(b) 상기 신호 변환 모듈을 제어하여 상기 제 1 레이저 검출 모듈의 출력인 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환시키는 단계,
(c) 상기 변환된 디지털 데이터를 저장하고, 저장된 상기 디지털 데이터를 기초로 유효한 디지털 데이터 세트를 생성하는 단계,
(d) 상기 유효한 디지털 데이터 세트를 기초로 상기 레이저의 TOF(Time Of Flight)를 산출하는 단계,
(e) 상기 레이저의 TOF를 기초로 상기 라이다 장치와 대상물간의 거리를 산출하는 단계를 포함하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치의 거리 계측 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 단계(d)는,
(d1) 상기 디지털 데이터 세트를 기초로 대상물에 반사되어 되돌아온 레이저를 수신한 시각인 레이저 수신 시각을 산출하는 단계
(d2) 상기 레이저 수신 시각과 기준 시각과의 시간 차이를 기초로 상기 레이저의 TOF를 산출하는 단계를 포함하되,
산출된 상기 레이저 수신 시각은 상기 대상물의 반사율이 변화해도 일정한 것
을 특징으로 하는 라이다 장치의 거리 계측 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 단계 (d1)은
(d1-a1) 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값의 변화율을 산출하는 단계,
(d1-a2) 산출된 상기 변화율을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 단계를 포함하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치의 거리 계측 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 단계 (d1-a1)에서,
상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 1 기간동안 소정의 제 1 기준값보다 크고, 변화율이 0 인 시점을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치의 거리 계측 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 단계 (d1-a1)에서,
상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 1 기간동안 소정의 제 1 기준값보다 크고, 변화율이 양에서 음으로 변하는 시점을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치의 거리 계측 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 단계 (d1)에서,
상기 송출 주기내에서 상기 기준 시각이후로 상기 디지털 데이터 세트의 데이터 값 중 가장 큰 값이 발생한 시각을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치의 거리 계측 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 단계 (d1)은
(d1-b1) 상기 디지털 데이터 세트의 각 데이터 값에 소정의 게인(K)을 곱해서 정규 디지털 데이터 세트를 생성하는 단계,
(d1-b2) 상기 정규 디지털 데이터 세트의 데이터 값이 소정의 제 2 기준값에 비해서 작다가 커지는 시점을 기초로 상기 레이저 수신 시각을 산출하는 단계를 포함하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치의 거리 계측 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 단계 (c)에서,
저장된 상기 디지털 데이터에서 변화율이 소정의 값 보다 작은 데이터 값만을 기초로 상기 유효한 데이터 세트를 산출하는 것
을 특징으로 하는 라이다 장치의 거리 계측 방법.