KR20200113963A - 신호 처리 시스템, apd 신호 처리 장치 및 apd 신호 처리 방법 - Google Patents

신호 처리 시스템, apd 신호 처리 장치 및 apd 신호 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 신호 처리 시스템, APD 신호 처리 장치 및 APD 신호 처리 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 개시에 따른 APD 신호 처리 장치는 온도 센서에 의해 측정된 APD(Avalanche photodiode)의 온도 측정값과, APD에 의해 출력된 반사신호를 수신하는 수신부와, 온도 측정값과 반사신호에 기초하여 설정된 문턱값의 룩업 테이블로부터 APD의 온도에 대응되는 문턱값을 추출하는 추출부와, 반사신호를 문턱값과 비교하고, 반사신호의 크기가 문턱값 이상이면, 반사신호를 처리하는 처리부 및 송출기에 의해 송출된 송출신호와 처리된 반사신호를 이용하여 물체에 대한 정보를 측정하는 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

신호 처리 시스템, APD 신호 처리 장치 및 APD 신호 처리 방법{SIGNAL PROCESSING SYSTEM, APPARATUS FOR PROCESSING APD SIGNAL AND METHOD THEREOF}
본 개시는 신호 처리 시스템, APD 신호 처리 장치 및 APD 신호 처리 방법에 관한 것이다.
자율 주행 차량, 드론, 로봇 등과 같은 첨단 기기는 주변의 물체를 인식하는 센서를 포함한다. 최근에는 빛을 이용하여 물체를 인식하는 라이다 센서(Lidar sensor)와 같은 센서를 첨단 기기에 적용하고 있다. 이렇게 빛을 이용하는 센서는 일반적으로 포토다이오드(Photodiode) 의 일종인 APD(Avalanche photodiode)를 이용한다.
APD는 빛을 수신하고 수신된 광신호를 눈사태 현상(Avalanche Phenomenon)을 이용하여 증폭된 전기신호를 출력하는 다이오드를 의미한다. 전술한 눈사태 현상(Avalanche Phenomenon)은 빛이 광다이오드에 되어 역 바이어스 전압이 증가되면 역 바이어스 전압의 증가로 인해 발생된 전자가 높은 전계에서 가속되어 원자와 충돌하여 새로운 전자와 정공이 발생하는 것을 의미한다.
그런데, APD는 증폭된 전기신호나 주변 온도에 의하여 APD 내부의 온도가 증가하게 되면, 수신되는 빛을 제대로 증폭하지 못한다는 문제점이 있다.
따라서, APD의 온도 변화에 따른 APD의 증폭 성능에 영향을 받지 않으면서 물체를 인식하고 물체에 대한 정보를 측정할 수 있는 기술이 요구되고 있는 실정이다.
이러한 배경에서, 본 개시는 APD의 온도 변화에 따른 APD의 증폭 성능에 영상을 받지 않고 물체에 대한 정보를 측정할 수 있는 신호 처리 시스템, APD 신호 처리 장치 및 APD 신호 처리 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는 APD에 의해 증폭된 반사신호를 처리하기 위한 문턱값을 APD의 온도에 따라 정확하게 설정하는 신호 처리 시스템, APD 신호 처리 장치 및 APD 신호 처리 방법을 제공하고자 한다.
전술한 과제를 해결하기 위하여, 일 측면에서, 본 개시는 온도 센서에 의해 측정된 APD(Avalanche photodiode)의 온도 측정값과, APD에 의해 출력된 반사신호를 수신하는 수신부와, 온도 측정값과 반사신호에 기초하여 설정된 문턱값의 룩업 테이블로부터 APD의 온도에 대응되는 문턱값을 추출하는 추출부와, 반사신호를 문턱값과 비교하고, 반사신호의 크기가 문턱값 이상이면, 반사신호를 처리하는 처리부 및 송출기에 의해 송출된 송출신호와 처리된 반사신호를 이용하여 물체에 대한 정보를 측정하는 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 APD 신호 처리 장치를 제공한다.
다른 측면에서, 본 개시는 송출신호를 송출하는 송출기와, 물체로부터 반사된 반사신호를 수신하고, 반사신호를 증폭하여 출력하는 APD와, APD의 온도를 측정하여 온도 측정값을 출력하는 온도 센서 및 APD로부터 출력된 반사신호와 문턱값을 비교하여 비교 결과에 따라 반사신호를 처리하고, 처리된 반사신호와 송출신호를 이용하여 물체를 감지하는 APD 신호 처리 장치를 포함하되, APD 신호 처리 장치는, 온도 센서에 의해 측정된 APD(Avalanche photodiode)의 온도 측정값과, APD에 의해 출력된 반사신호를 수신하는 수신부와, 온도 측정값과 반사신호에 기초하여 설정된 문턱값의 룩업 테이블로부터 APD의 온도에 대응되는 문턱값을 추출하는 추출부와 반사신호를 문턱값과 비교하고, 반사신호의 크기가 문턱값 이상이면, 반사신호를 처리하는 처리부 및 송출기에 의해 송출된 송출신호와 처리된 반사신호를 이용하여 물체에 대한 정보를 측정하는 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 시스템을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 개시는 온도 센서에 의해 측정된 APD(Avalanche photodiode)의 온도 측정값과, APD에 의해 출력된 반사신호를 수신하는 수신 단계와, 온도 측정값과 반사신호에 기초하여 설정된 문턱값의 룩업 테이블로부터 APD의 온도에 대응되는 문턱값을 추출하는 추출 단계와, 반사신호를 문턱값과 비교하고, 반사신호의 크기가 문턱값 이상이면, 반사신호를 처리하는 처리 단계 및 송출기에 의해 송출된 송출신호와 처리된 반사신호를 이용하여 물체에 대한 정보를 측정하는 측정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 APD 신호 처리 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 개시에 의하면, 본 개시는 APD의 온도 변화에 따른 APD의 증폭 성능에 영상을 받지 않고 물체에 대한 정보를 측정할 수 있는 신호 처리 시스템, APD 신호 처리 장치 및 APD 신호 처리 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 개시에 의하면, 본 개시는 APD에 의해 증폭된 반사신호를 처리하기 위한 문턱값을 APD의 온도에 따라 정확하게 설정하는 신호 처리 시스템, APD 신호 처리 장치 및 APD 신호 처리 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 개시에 의하면, 본 개시는 APD의 증폭 성능에 영향을 받지 않고 물체에 대한 정보를 측정함으로써 제조 단가를 최소화할 수 있는 신호 처리 시스템, APD 신호 처리 장치 및 APD 신호 처리 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 신호 처리 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 개시에 따라 물체에 대한 정보를 측정하는 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 개시에 따라 반사신호를 처리하여 수신시점을 결정하는 일 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 개시에 따른 APD 신호 처리 장치를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 개시에 따라 문턱값을 설정하는 일 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 개시에 따라 문턱값을 설정하는 다른 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 개시 따라 문턱값을 설정하는 또 다른 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 본 개시에 따른 APD 신호 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 개시에 따른 신호 처리 시스템(100)을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 개시에 따른 신호 처리 시스템(100)은 송출기(110)와, APD(120), 온도 센서(130) 및 APD 신호 처리 장치(140) 등을 포함할 수 있다.
송출기(110)는 송출신호를 송출할 수 있다. 구체적으로, 송출기는(110)는 APD 신호 처리 장치(140) 또는 다른 컨트롤러(Controller)에 의해 제어 신호를 입력받으면, 입력된 제어 신호에 따라 송출신호를 송출할 수 있다.
이러한 송출기(110)는 예를 들어, 레이저(Laser), D/A 컨버터 등을 이용해 구현일 수 있다. 송출기(110)가 레이저인 경우, 송출신호는 레이저 신호일 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
APD(Avalanche photodiode, 120)는 빛을 수신하고 수신된 광신호를 눈사태 현상(Avalanche Phenomenon)을 이용하여 증폭된 전기신호를 출력하는 다이오드를 의미한다.
여기서, 눈사태 현상(Avalanche Phenomenon)은 빛이 광다이오드에 되어 역 바이어스 전압이 증가되면, 역 바이어스 전압의 증가로 인해 발생된 전자가 높은 전계에서 가속되어 원자와 충돌하여 새로운 전자와 정공이 발생하는 것을 의미할 수 있다.
APD(120)는 물체로부터 반사된 반사신호를 수신하고, 반사신호를 증폭하여 출력할 수 있다. 구체적으로, 송출기(110)에 의해 송출된 송출신호가 물체에 도달하여 반사되면, APD(120)는 물체로부터 반사된 반사신호를 수신하고, 수신된 반사신호를 증폭하여 출력할 수 있다.
온도 센서(130)는 APD(120)의 온도를 측정하여 온도 측정값을 출력할 수 있다. 구체적으로, 온도 센서(130)는 APD(120)의 온도를 측정하여 이에 대응되는 온도 측정값을 전기신호로 출력할 수 있다.
이러한 온도 센서(130)는 예를 들어 써미스터(Thermistor)와 A/D 컨버터 등을 이용해 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
APD 신호 처리 장치(140)는 APD(120)로부터 출력된 반사신호와 문턱값(Threshold)을 비교하여 비교 결과에 따라 반사신호를 처리할 수 있다.
구체적으로, APD 신호 처리 장치(140)는 APD(120)에 의해 증폭되어 출력된 반사신호의 최댓값(Peak)이 문턱값 이상이면, 그 반사신호를 처리할 수 있다.
여기서, APD 신호 처리 장치(140)가 반사신호와 문턱값을 비교하는 이유는 APD(120)의 증폭 성능을 평가하기 위함이다.
여기서, 반사신호를 처리한다는 의미는 신호 처리 시스템(100)을 수행하는 기구와 물체와의 거리, 물체의 위치 등 물체를 감지하기 위하여 증폭된 반사신호를 제거하지 않고 활용한다는 의미일 수 있다.
한편, 반사신호가 처리되면, APD 신호 처리 장치(140)는 처리된 반사신호와 송출신호를 이용하여 물체를 감지할 수 있다.
구체적으로, APD 신호 처리 장치(140)는 송출신호의 송출시점과 처리된 반사신호의 수신시점을 검출하고, 송출시점과 수신시점 및 신호의 속도를 이용하여 신호 처리 시스템(100)과 물체 사이의 거리를 구하는 등 물체의 정보를 측정할 수 있다. 구체적인 설명은 도 2를 참조하여 후술한다.
이상에서 서술한 본 개시에 따른 신호 처리 시스템(100)은 송출신호를 송신하고 물체로부터 반사된 반사신호를 수신하여 신호 처리 시스템(100)을 수행하는 기구 등과 물체 사이의 거리나, 물체의 상대적 위치 등을 측정할 수 있다.
따라서, 전술한 신호 처리 시스템(100)을 수행할 수 있는 기구는 예를 들어 라이다 센서(Lidar sensor), TOF(Time Of Flight)를 이용한 장치 등이 있을 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 신호 처리 시스템(100)에서 물체에 대한 정보를 측정하는 구체적인 실시예를 설명한다.
도 2는 본 개시에 따라 물체에 대한 정보를 측정하는 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 개시에 따른 신호 처리 시스템(100) 또는 신호 처리 시스템(100)을 수행하는 기구의 주변에 물체(200)가 존재하는 경우, 신호 처리 시스템(100)은 물체(200)에 대한 정보, 예를 들어 신호 처리 시스템(100)과 물체(200) 사이의 거리를 측정할 수 있다.
구체적으로, APD 신호 처리 장치(140)가 송출신호의 송출을 제어하는 제어 신호를 송출기(110)에 출력할 수 있다.
송출기(110)는 APD 신호 처리 장치(140)의 제어 신호를 입력받아 송출신호를 송출할 수 있다. 이때, APD 신호 처리 장치(140)는 송출신호의 송출시점을 확인할 수 있다. 여기서, 송출신호는 예를 들어 레이저 신호일 수 있다.
송출신호는 물체(200)에 도달하여 반사된다. 여기서, 물체(200)에서 반사된 신호는 반사신호일 수 있으며, 반사신호는 송출신호와 동일하게 레이저 신호일 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
APD(120)는 물체(200)에서 반사된 반사신호를 수신하고, 반사신호를 증폭시켜 APD 신호 처리 장치(140)에 출력할 수 있다.
APD 신호 처리 장치(140)는 전술한 문턱값 조건을 만족하는 증폭된 반사신호를 처리하고, 반사신호의 수신시점을 확인할 수 있다.
그 다음, APD 신호 처리 장치(140)는 확인된 송출시점과 수신시점을 이용하여 송출시점부터 수신시점까지의 시간의 반과 송출신호 또는 반사신호의 속도를 곱하여 물체(200)와의 거리를 측정할 수 있다.
여기서, 송출시점부터 수신시점까지의 시간은 신호가 왕복되는 시간이므로 거리를 구함에 있어서 반으로 나누어야 한다. 또한, 송출신호 또는 반사신호는 일반적으로 빛의 속도(약
Figure pat00001
)와 동일할 수 있다.
즉, APD 신호 처리 장치(140)는 송출시점(t1)부터 수신시점(t2)까지의 시간의 반(
Figure pat00002
)과 빛의 속도(
Figure pat00003
)를 곱하여 물체(200)와의 거리를 측정할 수도 있다.
한편, 송출시점부터 수신시점까지의 시간은 수신되는 반사신호의 처리 여부에 의존될 수 있다. 이하에서는 반사신호를 처리하여 수신시점을 결정하는 구체적인 방법에 대하여 설명한다.
도 3은 본 개시에 따라 반사신호를 처리하여 수신시점을 결정하는 일 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 본 개시에 따른 신호 처리 시스템(100)은 클럭(Clock)의 개수를 이용하여 송출시점부터 수신시점까지의 시간을 산출할 수 있다.
먼저, APD 신호 처리 장치(140)는 송출신호의 상승 시점(t1)부터 클럭(Clock) 개수를 카운트(Count)하기 시작한다. 여기서, 클럭 개수는 클럭이 상승하고 하강하였다가 다시 상승하기 전까지를 1개로 볼 수 있다.
그 다음, 물체(200)로부터 반사된 제1 반사신호가 APD(120)에 의해 증폭되어 출력되면, APD 신호 처리 장치(140)는 증폭된 제1 반사신호의 크기와 미리 설정된 문턱값을 비교한다.
제1 반사신호의 크기가 문턱값 이상인 경우, APD 신호 처리 장치(140)는 제1 반사신호를 처리하고, 제1 반사신호의 크기가 문턱값을 만족할 때의 시점(t2)을 확인한다.
그 다음, APD 신호 처리 장치(140)는 송출시점, 즉 송출신호의 상승 시점(t1)부터 제1 반사신호의 크기가 문턱값을 만족할 때의 시점(t2)까지의 클럭 개수를 측정 또는 카운트한다.
그리고, APD 신호 처리 장치(140)는 미리 설정된 기준 클럭에 대한 측정된 클럭 개수의 비율을 계산하여 송출시점(t1)부터 수신시점(t2)까지의 시간을 산출한다.
예를 들면, 미리 설정된 기준 클럭이 X [Hz]이고, 도 3에 도시된 클럭 개수가 Y개인 경우, APD 신호 처리 장치(140)는 기준 클럭에 대한 클럭 개수의 비율(
Figure pat00004
)을 계산함으로써 송출시점(t1)부터 수신시점(t2)까지의 시간을 산출한다.
한편, APD(120)의 증폭 성능은 APD(120)의 온도에 따라 달라진다. 즉, APD의 온도가 높을수록 APD(120)의 증폭 성능이 떨어진다.
이 경우, 만약 APD(120)의 온도가 상승하여 증폭된 제1 반사신호보다 작은 증폭된 제2 반사신호가 출력되고, 기존의 문턱값이 유지된다면, APD 신호 처리 장치(140)는 제2 반사신호를 처리하지 않게 되고, 수신시점(t2)도 결정하지 못하며, 물체(200)와의 거리 등을 측정할 수 없을 수 있다.
이하에서는 APD(120)의 온도가 상승하더라도 APD(120)의 온도에 따른 문턱값의 룩업 테이블을 이용하여 반사신호를 처리할 수 있는 APD 신호 처리 장치를 설명한다.
도 4는 본 개시에 따른 APD 신호 처리 장치(400)를 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 개시에 따른 APD 신호 처리 장치(400)는 수신부(410)와, 추출부(420)와, 처리부(430) 및 측정부(440) 등을 포함할 수 있다.
수신부(410)는 온도 센서(130)에 의해 측정된 APD(120)의 온도 측정값과, APD(120)에 의해 출력된 반사신호를 수신할 수 있다.
여기서, 온도 측정값은 APD(120)의 온도를 나타내는 값을 의미할 수 있다. 또한, 반사신호는 APD(120)에 의해 증폭되어 출력되는 신호이며 수신된 온도 측정값에 대응되는 APD(120)의 온도에서의 반사신호일 수 있다.
수신부(410)는 수신된 온도 측정값을 추출부(420)에 출력할 수 있고, 증폭된 반사신호를 추출부(420)와 처리부(430)에 출력할 수 있다.
추출부(420)는 온도 측정값과 반사신호에 기초하여 설정된 문턱값의 룩업 테이블(Look-Up Table, 이하 'LUT'라 함)로부터 APD(120)의 온도에 대응되는 문턱값을 추출할 수 있다.
구체적으로, 추출부(420)는 APD(120)의 현재 온도에 대응되는 온도 측정값을 확인하고, 문턱값의 LUT에 기초하여 수신된 온도 측정값에 대응되는 문턱값을 추출하고, 추출한 문턱값을 처리부(430)에 출력할 수 있다.
여기서, 문턱값의 LUT는 APD 신호 처리 장치(400)가 제조될 때 캘리브레이션(Calibration) 과정을 통해 미리 설계될 수 있고, APD 신호 처리 장치(400)가 차량 등에 장착된 후에도 계속 업데이트될 수 있다.
온도 측정값과 반사신호를 이용하여 문턱값을 설정하는 방법은 도 5 내지 도 7을 참조하여 후술한다.
처리부(430)는 반사신호를 문턱값과 비교하고, 반사신호의 크기가 문턱값 이상이면, 반사신호를 처리할 수 있다.
여기서, 반사신호를 처리한다는 의미는 전술한 바와 동일하게 물체(200)와의 거리, 물체(200)의 위치 등 물체(200)를 감지하기 위하여 증폭된 반사신호를 제거하지 않고 활용한다는 의미일 수 있다.
측정부(440)는 송출기(110)에 의해 송출된 송출신호와 처리된 반사신호를 이용하여 물체에 대한 정보를 측정할 수 있다. 여기서, 물체에 대한 정보는 물체와의 거리, 물체의 위치 등을 의미할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 도 2 및 도 3을 참조하여 전술한 바와 동일하게 측정부(440)는 송출신호의 송출시점과 처리된 반사신호의 수신시점을 확인하고, 송출시점부터 수신시점까지의 시간과 미리 설정된 빛의 속도를 이용하여 물체(200)와의 거리를 측정한다. 즉, 측정부(440)는 송출시점부터 수신시점까지의 시간의 절반과 빛의 속도를 곱하여 물체(200)와의 거리를 측정할 수 있다.
여기서, 송출시점부터 수신시점까지의 시간은 도 2 및 도 3을 참조하여 전술한 바와 동일하게 클럭 개수를 이용하여 산출될 수 있다.
예를 들면, 측정부(440)는 송출시점부터 반사신호의 크기가 문턱값을 만족할 때의 시점까지 클럭 개수를 측정하고, 미리 설정된 기준 클럭에 대한 클럭 개수의 비율을 계산하여 송출시점부터 수신시점까지의 시간을 산출한다.
전술한 바와 같이, 본 개시에 의하면, 본 개시는 APD(120)의 온도 변화에 따른 APD(120)의 증폭 성능에 영향을 받지 않고 증폭된 반사신호를 처리하여 물체에 대한 정보를 측정할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
이하에서는 APD(120)의 증폭 성능에 영향을 받지 않고 증폭된 반사신호를 처리하기 위한 문턱값을 설정하는 실시예를 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 개시에 따라 문턱값을 설정하는 일 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5를 참조하면, APD(120)의 온도가 감지되면, 문턱값은 감지된 APD(120)의 온도에서의 반사신호의 최댓값(Peak)으로부터 설정될 수 있다.
즉, APD(120)의 온도가 특정 온도인 상황에서, 송출된 송출신호에 따라 반사된 반사신호가 증폭될 때, 반사신호의 최댓값이 확인되면, 문턱값은 반사신호의 최댓값으로부터 일정 비율만큼 감소된 값으로 설정될 수 있다.
구체적으로, 문턱값은 온도 측정값에 대응되는 APD(120)의 온도에서의 반사신호의 최댓값이 확인되고, 반사신호의 최댓값에 미리 설정된 기준비율을 반영하여 설정된 신호일 수 있다.
여기서, 반사신호의 최댓값은 예를 들어 LUT를 생성하는 캘리브레이션(Calibration) 과정에서 추출부(420)에 의해 확인될 수 있다.
여기서, 기준비율은 실험, 설계, 알고리즘 등을 이용하여 추출부(420)에 미리 설정된 값일 수 있다. 기준비율은 예를 들어, 증폭된 반사신호의 최댓값의 약 70%일 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 측면에서, 문턱값은 반사신호의 최대값의 크기가 증가할수록 크게 설정되고, 반사신호의 최대값의 크기가 감소할수록 작게 설정될 수 있다.
본 개시에서는 기준비율로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 비율에 대응되는 감소 파라미터가 미리 설정될 수 있다.
도 6은 본 개시에 따라 문턱값을 설정하는 다른 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 일반적으로 APD(120)의 온도가 증가할수록 APD(120)의 증폭 성능은 떨어지므로, 문턱값은 온도 측정값의 크기가 증가할수록 작게 설정되고, 온도 측정값의 크기가 감소할수록 크게 설정될 수 있다.
APD(120)의 제1 온도에 대응되는 제1 온도 측정값과 제1온도보다 높은 제2 온도에 대응되는 제2 온도 측정값을 예로 들면, 동일한 송출신호가 송출될 때 발생되는 제1 온도 측정값에 따른 제1 반사신호와 제2 온도 측정값에 따른 제2 반사신호를 비교하는 경우, 제1 반사신호에 기초하여 설정되는 제1 온도 측정값에서의 제1 문턱값이 제2 반사신호에 기초하여 설정되는 제2 온도 측정값에서의 제2 문턱값보다 높게 설정될 수 있다.
따라서, 제1 온도가 제2 온도보다 작은 경우라면, APD(120)의 제1 온도에 대응되는 제1 문턱값의 크기에 대한 APD(120)의 제2 온도에 대응되는 제2 문턱값의 크기의 비율은 제2 온도에 대응되는 제2 온도 측정값에 대한 제1 온도에 대응되는 제1 온도 측정값의 비율에 비례할 수 있다.
한편, 노이즈 등의 영향에 따라 반사신호의 크기가 예측값보다 더 크거나 작을 수 있다. 이 경우, 우선 예측값을 미리 설정하고 실제 수신되는 반사신호에 따라 예측값을 보정하여 문턱값을 설정할 필요가 있다.
전술한 바와 같이, 본 개시는 APD(120)의 온도에 따라 문턱값을 다르게 설정하여 APD(120)의 온도가 증가하더라도 물체에 대한 정보를 측정할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
도 7은 본 개시에 따라 문턱값을 설정하는 또 다른 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 문턱값은 기준 온도 측정값에 대응되는 추정 반사신호 및 추정 문턱값이 추정되고, 기준 온도 측정값의 오차 범위에 포함되는 실제 온도 측정값에 대하여, 실제 온도 측정값에 대응되는 APD(120)의 온도에서의 반사신호의 크기가 추정 반사신호의 크기보다 크면, 추정 문턱값보다 크게 설정될 수 있다.
구체적인 예를 들면, 추출부(420)가 추정 알고리즘을 이용하여 기준 온도 측정값, 추정 반사신호 및 추정 문턱값을 추정하고, 수신되는 하나 이상의 실제 온도 측정값 중 기준 온도 측정값의 오차 범위에 포함되는 실제 온도 측정값을 추출한다.
그 다음, 추출부(420)는 실제 온도 측정값에 대응되는 반사신호의 크기를 추정 반사신호의 크기와 비교한다. 이때, 추정 문턱값에서 증가 또는 감소시키는 정도는 반사신호의 크기와 추정 반사신호 사이의 차이값을 반영하여 결정될 수 있다.
실제 온도 측정값에 대응되는 APD(120)의 온도에서의 반사신호의 크기가 추정 반사신호의 크기보다 크면, 추출부(420)는 문턱값을 추정 문턱값보다 크게 하여 설정할 수 있다.
한편, 문턱값은 기준 온도 측정값에 대응되는 추정 반사신호 및 추정 문턱값이 추정되고, 기준 온도 측정값의 오차 범위에 포함되는 실제 온도 측정값에 대하여, 실제 온도 측정값에 대응되는 APD(120)의 온도에서의 반사신호의 크기가 추정 반사신호의 크기와 일치하면, 추정 문턱값과 동일하게 설정한다.
구체적인 예를 들면, 전술한 바와 유사하게 추출부(420)가 기준 온도 측정값, 추정 반사신호 및 추정 문턱값을 추정하고, 기준 온도 측정값의 오차 범위에 포함되는 실제 온도 측정값을 추출한다.
그 다음, 실제 온도 측정값에 대응되는 APD(120)의 온도에서의 반사신호의 크기가 추정 반사신호의 크기와 일치하면, 추출부(420)는 문턱값을 추정 문턱값과 동일하게 설정한다. 이때, 추정 문턱값에서 증가 또는 감소시키는 정도는 반사신호의 크기와 추정 반사신호 사이의 차이값을 반영하여 결정될 수 있다.
한편, 문턱값은 기준 온도 측정값에 대응되는 추정 반사신호 및 추정 문턱값이 추정되고, 기준 온도 측정값의 오차 범위에 포함되는 실제 온도 측정값에 대하여, 실제 온도 측정값에 대응되는 APD(120)의 온도에서의 반사신호의 크기가 추정 반사신호의 크기보다 작으면, 추정 문턱값보다 작게 설정될 수 있다.
구체적인 예를 들면, 전술한 바와 유사하게 추출부(420)가 기준 온도 측정값, 추정 반사신호 및 추정 문턱값을 추정하고, 기준 온도 측정값의 오차 범위에 포함되는 실제 온도 측정값을 추출한다.
그 다음, 실제 온도 측정값에 대응되는 APD(120)의 온도에서의 반사신호의 크기가 추정 반사신호의 크기보다 작으면, 추출부(420)는 문턱값을 추정 문턱값보다 작게 설정한다. 이때, 추정 문턱값에서 증가 또는 감소시키는 정도는 반사신호의 크기와 추정 반사신호 사이의 차이값을 반영하여 결정될 수 있다.
여기서, 기준 온도 측정값은 APD(120)의 평균적인 온도를 의미할 수 있으며, 실험, 설계 등에 의해서 추정되는 값을 의미하고, 추정 반사신호는 기준 온도 측정값에 대응하는 APD(120)의 특정 온도에서의 반사신호를 추정한 값이고, 추정 문턱값은 기준 온도 측정값 및 추정 반사신호에 대응되어 추정되는 값을 의미할 수 있다.
여기서, 실제 온도 측정값은 APD(120)의 실제 온도를 의미하며, 온도 센서(130)에 의해 측정되는 값을 의미할 수 있다.
여기서, 기준 온도 측정값의 오차 범위에 포함되는 실제 온도 측정값을 선택하는 이유는 문턱값을 보정하는데 필요한 기준을 설정하기 위함이다.
또한, 예측 불가능한 노이즈들이 포함될 수 있기 때문에, 기준 온도 측정값과 동일한 실제 온도 측정값을 선택하는 것은 어려우므로, 기준 온도 측정값의 일정한 오차 범위에 포함되는 실제 온도 측정값을 선택할 필요가 있다.
전술한 바와 같이, APD(120)의 기준 온도와 실제 온도를 비교하고 그 차이값만큼 추정값을 보정함으로써 보다 정확한 문턱값을 설정하는 효과를 제공할 수 있다.
이하에서는 본 개시를 모두 수행할 수 있는 APD 신호 처리 방법을 설명한다.
도 8은 본 개시에 따른 APD 신호 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 본 개시에 따른 APD 신호 처리 방법은 수신 단계(S810)와, 추출 단계(S820)와, 처리 단계(S830) 및 측정 단계(S840) 등을 포함할 수 있다.
수신 단계(S810)에서는 온도 센서(130)에 의해 측정된 APD(120)의 온도 측정값과, APD(120)에 의해 출력된 반사신호를 수신할 수 있다.
추출 단계(S820)에서는 온도 측정값과 반사신호에 기초하여 설정된 문턱값의 룩업 테이블로부터 APD(120)의 온도에 대응되는 문턱값을 추출할 수 있다.
처리 단계(S830)에서는 반사신호를 문턱값과 비교하고, 반사신호의 크기가 문턱값 이상이면, 반사신호를 처리할 수 있다.
측정 단계(S840)에서는 송출기에 의해 송출된 송출신호와 처리된 반사신호를 이용하여 물체에 대한 정보를 측정할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 개시에 의하면, 본 개시는 APD의 온도 변화에 따른 APD의 증폭 성능에 영상을 받지 않고 물체에 대한 정보를 측정할 수 있는 신호 처리 시스템, APD 신호 처리 장치 및 APD 신호 처리 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 개시에 의하면, 본 개시는 APD에 의해 증폭된 반사신호를 처리하기 위한 문턱값을 APD의 온도에 따라 정확하게 설정하는 신호 처리 시스템, APD 신호 처리 장치 및 APD 신호 처리 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 개시에 의하면, 본 개시는 APD의 증폭 성능에 영향을 받지 않고 물체에 대한 정보를 측정함으로써 제조 단가를 최소화할 수 있는 신호 처리 시스템, APD 신호 처리 장치 및 APD 신호 처리 방법을 제공할 수 있다.
이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 개시에 개시된 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 개시의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 개시의 과제 해결 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 신호 처리 시스템 110: 송출기
120: APD 130: 온도 센서
140, 400: APD 신호 처리 장치 200: 물체
410: 수신부 420: 추출부
430: 처리부 440: 측정부

Claims (11)

  1. 온도 센서에 의해 측정된 APD(Avalanche photodiode)의 온도 측정값과, 상기 APD에 의해 출력된 반사신호를 수신하는 수신부;
    상기 온도 측정값과 상기 반사신호에 기초하여 설정된 문턱값의 룩업 테이블로부터 상기 APD의 온도에 대응되는 상기 문턱값을 추출하는 추출부;
    상기 반사신호를 상기 문턱값과 비교하고, 상기 반사신호의 크기가 상기 문턱값 이상이면, 상기 반사신호를 처리하는 처리부; 및
    송출기에 의해 송출된 송출신호와 상기 처리된 반사신호를 이용하여 물체에 대한 정보를 측정하는 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 APD 신호 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 문턱값은,
    상기 온도 측정값에 대응되는 상기 APD의 온도에서의 상기 반사신호의 최댓값이 확인되고, 상기 반사신호의 최댓값에 미리 설정된 기준비율을 반영하여 설정된 신호인 것을 특징으로 하는 APD 신호 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 문턱값은,
    상기 온도 측정값의 크기가 증가할수록 작게 설정되고,
    상기 온도 측정값의 크기가 감소할수록 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 APD 신호 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 문턱값은,
    상기 반사신호의 최대값의 크기가 증가할수록 크게 설정되고,
    상기 반사신호의 최대값의 크기가 감소할수록 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 APD 신호 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 문턱값은,
    기준 온도 측정값에 대응되는 추정 반사신호 및 추정 문턱값이 추정되고,
    상기 기준 온도 측정값의 오차 범위에 포함되는 실제 온도 측정값에 대하여, 상기 실제 온도 측정값에 대응되는 상기 APD의 온도에서의 반사신호의 크기가 상기 추정 반사신호의 크기보다 크면, 상기 추정 문턱값보다 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 APD 신호 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 문턱값은,
    기준 온도 측정값에 대응되는 추정 반사신호 및 추정 문턱값이 추정되고,
    상기 기준 온도 측정값의 오차 범위에 포함되는 실제 온도 측정값에 대하여, 상기 실제 온도 측정값에 대응되는 상기 APD의 온도에서의 반사신호의 크기가 상기 추정 반사신호의 크기와 일치하면, 상기 추정 문턱값과 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는 APD 신호 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 문턱값은,
    기준 온도 측정값에 대응되는 추정 반사신호 및 추정 문턱값이 추정되고,
    상기 기준 온도 측정값의 오차 범위에 포함되는 실제 온도 측정값에 대하여, 상기 실제 온도 측정값에 대응되는 상기 APD의 온도에서의 반사신호의 크기가 상기 추정 반사신호의 크기보다 작으면, 상기 추정 문턱값보다 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 APD 신호 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 송출신호의 송출시점과 상기 처리된 반사신호의 수신시점을 확인하고,
    상기 송출시점부터 상기 수신시점까지의 시간과 미리 설정된 빛의 속도를 이용하여 상기 물체와의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 APD 신호 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 송출시점부터 상기 반사신호의 크기가 상기 문턱값을 만족할 때의 시점까지 클럭 개수를 측정하고,
    미리 설정된 기준 클럭에 대한 상기 클럭 개수의 비율을 계산하여 상기 송출시점부터 상기 수신시점까지의 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 APD 신호 처리 장치.
  10. 송출신호를 송출하는 송출기;
    물체로부터 반사된 반사신호를 수신하고, 상기 반사신호를 증폭하여 출력하는 APD;
    상기 APD의 온도를 측정하여 온도 측정값을 출력하는 온도 센서; 및
    상기 APD로부터 출력된 반사신호와 문턱값을 비교하여 비교 결과에 따라 상기 반사신호를 처리하고, 상기 처리된 반사신호와 상기 송출신호를 이용하여 상기 물체를 감지하는 APD 신호 처리 장치를 포함하되,
    상기 APD 신호 처리 장치는,
    온도 센서에 의해 측정된 APD(Avalanche photodiode)의 온도 측정값과, 상기 APD에 의해 출력된 반사신호를 수신하는 수신부;
    상기 온도 측정값과 상기 반사신호에 기초하여 설정된 상기 문턱값의 룩업 테이블로부터 상기 APD의 온도에 대응되는 상기 문턱값을 추출하는 추출부;
    상기 반사신호를 상기 문턱값과 비교하고, 상기 반사신호의 크기가 상기 문턱값 이상이면, 상기 반사신호를 처리하는 처리부; 및
    송출기에 의해 송출된 송출신호와 상기 처리된 반사신호를 이용하여 물체에 대한 정보를 측정하는 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 시스템.
  11. 온도 센서에 의해 측정된 APD(Avalanche photodiode)의 온도 측정값과, 상기 APD에 의해 출력된 반사신호를 수신하는 수신 단계;
    상기 온도 측정값과 상기 반사신호에 기초하여 설정된 문턱값의 룩업 테이블로부터 상기 APD의 온도에 대응되는 상기 문턱값을 추출하는 추출 단계;
    상기 반사신호를 상기 문턱값과 비교하고, 상기 반사신호의 크기가 상기 문턱값 이상이면, 상기 반사신호를 처리하는 처리 단계; 및
    송출기에 의해 송출된 송출신호와 상기 처리된 반사신호를 이용하여 물체에 대한 정보를 측정하는 측정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 APD 신호 처리 방법.
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