KR20210088987A - 라이다 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

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김정우
다쯔히로 오오쯔까
조용철
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삼성전자주식회사
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Abstract

라이다(Light Detection And Ranging: LiDAR) 장치는 복수의 광원들 및 복수의 광 검출 요소들을 포함하고, 복수의 광 검출 요소들 중 어느 하나의 광 검출 요소가 검출한 제1 검출 정보를 기초로 나머지 광 검출 요소 중 적어도 하나에 의해 검출된 제2 검출 정보에서 크로스토크를 제거한다.

Description

라이다 장치 및 그 동작 방법{LiDAR device and operating method of the same}
본 개시는 라이다 장치 및 그 동작 방법에 관한다.
라이다(LiDAR: Light Detection and Ranging) 시스템은 다양한 분야, 예를 들어, 우주항공, 지질학, 3차원 지도, 자동차, 로봇, 드론 등에 응용되고 있다.
라이다 장치는 기본 동작 원리로 빛의 왕복 비행 시간 측정법(Time of Flight, 이하 ToF라 한다)을 기본 동작 원리로 이용한다. 예를 들어, 라이다 장치는 대상체를 향해 빛을 송신하고 센서를 통해 이를 수신하며, 고속 전기회로를 이용하여 비행 시간을 계측할 수 있다. 또한, 라이다 장치는 비행 시간으로부터 대상체까지의 거리를 연산하고, 대상체의 각 위치 별로 연산된 거리를 이용하여 대상체에 대한 깊이 영상을 생성할 수 있다.
한편, 라이다 장치는 주어진 프레임 타임 내에서 높은 영상 해상도를 구현하기 위하여 복수의 광원들 및 복수의 광원들에서 조사된 빛을 수신하는 복수의 광 검출 요소들을 구비할 수 있으나, 이 경우, 어느 하나의 광 검출 요소가 두 개의 광원에서 조사된 빛을 수신함에 따라, ToF 연산의 오류가 발생될 수 있다.
따라서, 광 검출 요소가 검출한 검출 정보에서 수신 신호를 구별하고, 크로스토크(crosstalk)를 제거하는 기술이 요구된다.
본 개시는 크로스토크를 제거할 수 있는 라이다 장치 및 그 동작 방법을 제공한다. 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
일 측면에 따른 라이다(Light Detection And Ranging: LiDAR) 장치는, 복수의 광원들을 포함하고, 상기 복수의 광원들에서 생성된 광들을 대상체를 향해 조사하는 광 송신부, 상기 대상체를 향해 조사된 광들의 반사광들을 검출하는 복수의 광 검출 요소들을 포함하고, 상기 복수의 광 검출 요소들 중 어느 하나의 광 검출 요소가 검출한 제1 검출 정보를 기초로, 나머지 광 검출 요소 중 적어도 하나에 의해 검출된 제2 검출 정보에서 크로스토크를 제거하는 광 수신부 및 상기 크로스토크가 제거된 검출 정보를 이용하여 상기 대상체에 대한 정보를 획득하는 프로세서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광 수신부는 상기 복수의 광원들 중 제1 광원에서 상기 대상체를 향해 조사한 제1 광을 제1 경로를 통해 수신하여 상기 제1 광에 대한 상기 제1 검출 정보를 출력하는 제1 광 검출 요소와, 상기 제1 광원과 상이한 제2 광원에서 상기 대상체를 향해 조사한 제2 광을 제2 경로를 통해 수신하는 제2 광 검출 요소를 포함하고, 상기 크로스토크는 상기 제1 광원으로부터 상기 대상체를 향해 조사된 상기 제1 광이 상기 제1 경로와 상이한 제3 경로를 통해 상기 제2 광 검출 요소에 더 수신됨으로써 발생되고, 상기 제2 광 검출 요소는 상기 크로스토크가 발생한 경우, 상기 제1 광 및 상기 제2 광에 대한 상기 제2 검출 정보를 출력할 수 있다.
또한, 상기 광 수신부는 상기 제1 광 검출 요소가 출력한 상기 제1 검출 정보를 펄스파 형태의 제1 펄스 신호로 변환하는 제1 검출 신호 변환부와, 상기 제2 광 검출 요소가 출력한 상기 제2 검출 정보를 펄스파 형태의 제2 펄스 신호로 변환하는 제2 검출 신호 변환부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광 수신부는 상기 제1 광 검출 요소가 검출한 상기 제1 광의 제1 수신 시점 및 상기 제2 광 검출 요소가 검출한 상기 제1 광의 제2 수신 시점 중 앞선 시점을 상기 크로스토크의 제거 개시 시점으로 결정하고, 상기 제2 펄스 신호에 포함된 펄스들 중에서 상기 제거 개시 시점부터 기설정된 마스킹(masking) 펄스폭 사이에 위치하는 펄스를 제거하는 크로스토크 제거부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 마스킹 펄스폭은 상기 광 송신부가 조사한 상기 제1 광의 펄스 폭보다 크게 설정될 수 있다.
또한, 상기 광 송신부는 상기 복수의 광원들에서 생성된 광이 상기 대상체를 스캐닝하도록 광의 조절 방향을 조절하는 빔 스티어링 소자를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 빔 스티어링 소자는 기계식 회전으로 광의 조준 방향을 조절할 수 있다.
또한, 상기 광 수신부는 상기 복수의 광 검출 요소들 각각에서 검출한 광들의 비행 시간(ToF)을 카운트하는 복수의 카운터들을 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는 상기 광 수신부가 검출한 광들의 비행 시간(ToF)을 기초로 상기 대상체까지의 거리를 계산하고, 상기 대상체의 위치 및 형상 분석을 위한 데이터 처리를 수행할 수 있다.
다른 측면에 따른 라이다 장치의 동작 방법은, 복수의 광원들에서 생성된 광들을 대상체를 향해 조사하는 단계, 상기 대상체를 향해 조사된 광들의 반사광들을 복수의 광 검출 요소들을 통해 검출하는 단계, 상기 복수의 광 검출 요소들 중 어느 하나의 광 검출 요소가 검출한 제1 검출 정보를 기초로, 나머지 광 검출 요소들 중 적어도 하나에 의해 검출된 제2 검출 정보에서 크로스토크를 제거하는 단계 및 상기 크로스토크가 제거된 검출 정보를 이용하여 상기 대상체에 대한 정보를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 검출하는 단계는 제1 광 검출 요소를 이용하여, 상기 복수의 광원들 중 어느 하나인 제1 광원에서 상기 대상체를 향해 조사한 제1 광을 제1 경로를 통해 수신하여 제1 광에 대한 상기 제1 검출 정보를 출력하는 단계, 제2 광 검출 요소를 이용하여, 상기 제1 광원과 상이한 제2 광원에서 상기 대상체를 향해 조사한 제2 광을 제2 경로를 통해 수신하는 단계를 포함하고 상기 크로스토크는 상기 제1 광원으로부터 상기 대상체를 향해 조사된 상기 제1 광이 상기 제1 경로와 상이한 제3 경로를 통해 상기 제2 광 검출 요소에 더 수신됨으로써 발생되고, 상기 크로스토크가 발생한 경우, 상기 제2 광 검출 요소를 이용하여, 상기 제1 광 및 상기 제2 광에 대한 상기 제2 검출 정보를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 검출하는 단계는 상기 제1 광 검출 요소가 출력한 상기 제1 검출 정보를 펄스파 형태의 제1 펄스 신호로 변환하는 단계 및 상기 제2 광 검출 요소가 출력한 상기 제2 검출 정보를 펄스파 형태의 제2 펄스 신호로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제거하는 단계는 상기 제1 광 검출 요소가 검출한 상기 제1 광의 제1 수신 시점 및 상기 제2 광 검출 요소가 검출한 상기 제1 광의 제2 수신 시점 중 앞선 시점을 상기 크로스토크의 제거 개시 시점으로 결정하는 단계 및 상기 제2 펄스 신호에 포함된 펄스들 중에서 상기 제거 개시 시점부터 기설정된 마스킹(masking) 펄스폭에 사이에 위치하는 펄스를 제거할 수 있다.
또한, 상기 마스킹 펄스폭은 상기 제1 광 및 상기 제2 광의 펄스 폭보다 크게 설정될 수 있다.
또한, 상기 획득하는 단계는 상기 복수의 광 검출 요소들 각각에서 검출한 광들의 비행 시간(ToF)을 카운트하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 획득하는 단계는 상기 비행 시간(ToF)을 기초로 상기 대상체까지의 거리 연산하고, 상기 대상체의 위치 및 형상 분석을 위한 데이터 처리를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 라이다 장치의 구성을 보이는 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 라이다 장치의 광 송신부와 광 수신부의 예시적인 배치와 동작을 보인다.
도 3a 및 도 3b는 일 실시예에 따른 라이다 장치에 구비되는 빔 스티어링 소자의 예와 이에 의한 포인트 스캐닝의 원리를 설명하는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 라이다 장치에 구비되는 프로세서의 예시적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 5는 도 4의 프로세서에 의해 대상 영역이 구획된 예를 보인다.
도 6은 일 실시예에 따른 라이다 장치에 구비되는 광 수신부의 예시적인 회로 구성을 보인다.
도 7a 및 도 7b는 크로스토크가 발생하지 않는 경우, 광 수신부가 검출하는 검출 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 크로스토크가 발생하는 경우, 광 수신부가 검출하는 검출 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 라이다 장치에 구비되는 광 수신부의 내부 블록도를 도시한 도면이다.
도 10a 및 10b는 도 9의 제1 검출 정보 및 제2 검출 정보를 이용한 크로스토크의 식별 방법 및 제거 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 크로스토크가 발생하는 경우의 실험예를 나타내는 도면이다.
도 12는 마스킹 펄스를 통해 크로스토크를 제거하는 경우의 실험예를 나타내는 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 라이다 장치의 동작 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 14는 복수의 광 검출 요소들을 통한 반사광들의 검출 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 15는 복수의 광 검출 요소들이 검출한 검출 정보에서 크로스토크를 식별하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 16은 복수의 광 검출 요소들이 검출한 검출 정보에서 크로스토크 제거 방법을 설명하는 흐름도이다.
본 명세서에서 다양한 곳에 등장하는 "일부 실시예에서" 또는 "일 실시예에서" 등의 어구는 반드시 모두 동일한 실시예를 가리키는 것은 아니다.
본 개시의 일부 실시예는 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는, 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 또한, 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. “매커니즘”, “요소”, “수단” 및 “구성”등과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 연결 선 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것일 뿐이다. 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가된 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들에 의해 구성 요소들 간의 연결이 나타내어질 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 라이다 장치의 구성을 보이는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 라이다 장치(1000)는 대상체(OBJ)에 광을 스캐닝하는 광 송신부(100), 광 송신부(100)에서 대상체(OBJ)에 조사된 광의 반사광을 검출하는 광 수신부(200), 광 송신부(100) 및 광 수신부(200)를 제어하는 프로세서(300)를 포함할 수 있다. 다만, 도 1에 도시된 라이다 장치(1000)에는 본 실시예들와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 라이다 장치(1000)에는 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
광 송신부(100)는 복수의 광원(광원 1, 광원 2, … 광원 N)들을 포함하는 광원부(110)와 빔 스티어링 소자(180)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 광원부(110)와 빔 스티어링 소자(180)의 배치 및 구동은 복수의 광원들 각각에서의 광이 빔 스티어링 소자(180)를 경유하여 서로 다른 조사 각도로 대상체(OBJ)를 스캐닝하도록 정해질 수 있다. 다른 실시예에서, 광원부(110)와 빔 스티어링 소자(180)의 배치 및 구동은 복수의 광원들 각각에서의 광이 빔 스티어링 소자(180)를 경유하여 서로 동일한 조사 각도로 대상체(OBJ)를 스캐닝하도록 정해질 수 있다.
광원부(110)의 광원들은 대상체(OBJ)의 위치, 형상의 분석에 사용할 광을 조사할 수 있다. 광원부(110)는 소정 파장의 광을 생성 및 조사하며, 예를 들어, 대상체(OBJ)의 위치, 형상 분석에 적합한 파장 대역의 광, 예를 들어, 적외선 대역 파장의 광을 방출할 수 있다. 적외선 대역의 광을 사용하면, 태양광을 비롯한 가시광선 영역의 자연광과 혼합되는 것이 방지될 수 있다. 그러나, 반드시 적외선 대역에 한정되는 것은 아니며 다양한 파장 대역의 빛을 방출할 수 있다.
광원부(110)는 LD(laser diode), 측면 발광 레이저 (Edge emitting laser), 수직 공진형 표면 발광 레이저 (Vertical-cavity surface emitting laser;VCSEL) 분포궤환형 레이저(Distributed feedback laser), LED(light emitting diode), SLD(super luminescent diode)등의 광원을 포함할 수 있다. 광원부(110)는 복수의 서로 다른 파장 대역의 광을 생성 조사할 수도 있다. 광원부(110)는 펄스광 또는 연속광을 생성 조사할 수 있다.
광원부(110)의 광원들은 프로세서(300)의 제어하에, 대상체(OBJ)를 향해 광을 조사할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는 각 광원에서의 광의 조사 방향 또는 조사 각도를 설정할 수 있고, 복수의 광원들이 각 설정된 조사 각도 또는 방향에 따라 광을 조사하도록 광원부(110)를 제어할 수 있다.
빔 스티어링 소자(180)는 광원부(110)에서의 광을 대상체(OBJ)를 향해 조준하며 조준방향이 시순차적으로 조절되어 광원부(110)에서 나오는 점광(point light)이 대상체(OBJ) 전체를 스캔하도록 한다. 빔 스티어링 소자(180)로는 스캐닝 미러 또는 광학 위상 어레이(optical phased array)가 사용될 수 있다.
광 수신부(200)는 대상체(OBJ)로부터의 반사광을 위치에 따라 구분하여 검출할 수 있는 픽셀화된 복수의 영역들을 포함할 수 있다.
광 수신부(200)는 도시된 바와 같이, 복수의 픽셀(PX1, PX2, … PXm)로 구획된 디텍터 어레이(220)를 포함할 수 있다. 복수의 픽셀(PX1, PX2, … PXm) 각각에는 광 검출 요소가 배치될 수 있다. 다시 말해, 광 검출 요소들(222)은 디텍터 어레이(220) 내에서의 위치에 따라 구분되는 픽셀(PX1, PX2, … PXm)을 이루며, 각 픽셀(PX1, PX2, …, PXm)들은 대상체(OBJ)로부터의 반사광을 광원부(110)에서 조사되는 광을 구분하여 검출할 수 있다.
광 수신부(200)는 복수의 광 검출 요소들(222) 각각에서 검출된 광들의 비행 시간을 측정하기 위한 회로부(240)를 포함할 수 있고, 그 외, 대상체(OBJ)로부터의 광을 소정 픽셀에 모으기 위한 광학 요소를 더 포함할 수 있다.
복수의 광 검출 요소들(222)은 광을 센싱할 수 있는 센서로서, 예를 들어, 광 에너지에 의해 전기 신호를 발생시키는 수광 소자일 수 있다. 수광 소자의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
실시예에 따른 라이다 장치(1000)는 전술한 바와 같이 포인트 스캐닝(point scanning) 방식을 사용하며, 따라서, 광 검출 요소(222)에 수신되는 광의 세기는 다른 방식, 예를 들어, 플래쉬(flash) 방식에 비해 낮을 수 있다. 따라서, 광 검출 요소(222)로는 센싱 감도가 높은 애벌런치 포토 다이오드(D)(Avalanche Photo Diode;APD) 또는 싱글 포톤 애벌런치 다이오드(D)(Single Photon Avalanche Diode;SPAD)가 채용될 수 있다. 광 수신부(200)의 광 검출 요소들(222)이 APD 또는 SPAD중 어떤 수광소자를 포함하는지에 따라 AFE(Analog Front End), TDC(Time to Digital Converter) 등의 구체적 회로 구성이 달라질 수 있다.
프로세서(300)는 광 수신부(200)에서 검출된 광을 이용하여 대상체(OBJ)에 대한 정보 획득을 위한 신호 처리를 수행할 수 있다. 프로세서(300)는 예를 들어, 대상체(OBJ)로부터 반사된 광의 비행 시간에 기초하여 대상체(OBJ)의 각 위치까지의 거리를 결정하고, 대상체(OBJ)의 위치, 형상 분석을 위한 데이터 처리를 수행할 수 있다.
프로세서(300)에서 분석한 정보 즉, 대상체(OBJ)의 형상, 위치에 대한 정보는 다른 유닛으로 전송되어 활용될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치(1000)가 채용되는 무인 자동차, 드론 등과 같은 자율 구동 기기의 제어부에 이러한 정보가 전송될 수 있다. 이외에도, 스마트폰, 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC, 다양한 웨어러블(wearable) 기기 및 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치에서 이러한 정보가 활용될 수도 있다.
프로세서(300)는 또한, 광 송신부(100), 광 수신부(200)에 대한 제어를 포함하여, 라이다 장치(1000)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(300)는 광원부(110)에 구비된 광원 개수를 고려하여 대상체(OBJ)의 영역을 구획할 수 있고, 구획된 영역들 전체가 빔 스티어링 소자(180)에 의해 스캔되도록 빔 스티어링 소자(180)에 대한 제어 신호를 생성하고 이를 빔 스티어링 소자(180)에 인가할 수 있다.
프로세서(300)는 이외에도, 광원부(110), 광 수신부(200)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는 광원부(110)에 대해 전원 공급 제어, 온/오프 제어, 펄스파(PW)나 연속파(CW) 발생 제어 등을 수행할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는 광 수신부(200)의 광 검출 요소들(222) 각각에 대한 제어 신호를 인가할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(300)는 광 검출 요소들(222)을 복수의 그룹으로 그룹핑할 수 있고, 광 수신부(200)는 각각의 그룹별로, 광원부(110)에서 조사되는 광을 구분하여 검출할 수 있다.
프로세서(300)는 주위 환경을 기초로 각각의 그룹에 포함된 광 검출 요소들(222)의 개수를 설정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는 광 수신부(200)의 주위 조도가 제1 조도(illumination)인 경우, 각각의 그룹에 제1 개수의 광 검출 요소들(222)이 포함되도록 그룹핑하고, 광 수신부(200)의 주위 조도가 제1 조도 보다 작은 제2 조도인 경우, 각각의 그룹에 제1 개수보다 큰 제2 개수의 광 검출 요소들(222)이 포함되도록 그룹핑할 수 있다. 광 검출 요소들(222)은 각각의 그룹별로 검출 신호를 중첩하여 출력할 수 있고, 프로세서(300)는 각각의 그룹별로 광원부(110)에서 조사되는 광을 구분하여 검출할 수 있다.
라이다 장치(1000)는 또한, 프로세서(300)에서 수행하는 동작을 위한 프로그램 및 기타 데이터들이 저장되는 메모리를 포함할 수 있다.
메모리는 라이다 장치(1000) 내에서 처리되는 각종 데이터들을 저장하는 하드웨어로서, 예를 들어, 메모리는 라이다 장치(1000)에서 처리된 데이터들 및 처리될 데이터들을 저장할 수 있다. 또한, 메모리는 라이다 장치(1000)에 의해 구동될 애플리케이션들, 드라이버들 등을 저장할 수 있다.
메모리는 DRAM(dynamic random access memory), SRAM(static random access memory) 등과 같은 RAM(random access memory), ROM(read-only memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), CD-ROM, 블루레이 또는 다른 광학 디스크 스토리지, HDD(hard disk drive), SSD(solid state drive), 또는 플래시 메모리를 포함하며, 나아가서, 라이다 장치(1000)에 액세스될 수 있는 외부의 다른 스토리지 디바이스를 포함할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 라이다 장치의 광 송신부와 광 수신부의 예시적인 배치와 동작을 보인다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 라이다 장치(1000)는 점광(point light)을 대상체(OBJ)에 스캐닝 하는 포인트 스캐닝 방식을 사용하는 광 송신부(100)를 채용하여, 복수의 광원들을 통해 대상체(OBJ)의 전 영역을 스캔할 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 광원(110a) 및 제2 광원(110b)은 빔 스티어링 소자(180)에 다른 각도로 광을 조사하며, 빔 스티어링 소자(180)에서 스티어링되는 두 조사선(L1, L2) 간에 θ의 각도를 갖게 된다. 각도 θ는 디텍터 어레이(229)에 구비된 서로 다른 픽셀에서 이들 광이 대상체(OBJ)에서의 반사광을 구분하여 검출할 수 있는 정도의 각도이면 충분하다. 이 각도는 광 수신부(200)를 이루는 디텍터 어레이(220)의 분해능, 이 외 광 수신부(200)에 구비되는 추가적인 광학 요소들의 성능에 따라 정해질 수 있다. 예를 들어, 이러한 각도 θ는 약 1˚ 이상일 수 있다.
제1 광원(110a) 및 제2 광원(110b)에서 광을 조사하는 시간은 동일할 수 있으며, 또는 이에 한정되지 않으며 T1, T2로 상이할 수 있다. T1, T2의 시간차는 예를 들어, 1㎲ 이내일 수 있다.
각 조사선(L1, L2)은 빔 스티어링 소자(180)의 구동에 따라 방향 조절되며 대상체를 포함하는 소정의 시야각(field of view, FOV) 범위 전체를 스캔한다. 대상체로부터의 광은 디텍터 어레이(220)의 서로 다른 픽셀을 향할 수 있고, 도시된 바와 같이 디텍터 어레이(220)의 픽셀로 광을 포커싱하는 렌즈(280)가 더 구비될 수도 있다.
디텍터 어레이(220)의 픽셀들은 각각 비행 시간(Time of Flight, ToF) 연산을 위한 회로 요소와 연결되며 소정의 연산을 거쳐 제1 비행 시간(ToF #1) 및 제2 비행 시간(ToF #2)의 값들이 도출될 수 있다.
실시예에 따른 라이다 장치(1000)는 광 송신부(100)에 의해 점광을 대상체(OBJ)에 스캐닝 하는 포인트 스캐닝 방식을 사용하며, 빛의 속도 한계에 따른 해상도 한계를 가지게 된다. 예를 들어, 주어진 프레임 타임(frame time), 즉, 대상체(OBJ)에 대해 한 프레임의 영상을 형성하는데 주어진 기준 시간내에 대상체(OBJ)에 대해 획득할 수 있는 정보(point cloud)의 개수는 한정되며 이에 의해 해상도(resolution)의 한계가 정해진다. 다시 말해, 공간 해상도를 유지하며 시야각을 확대하려면 프레임 타임이 길어지게 되고, 이러한 성능 저하는 대상체(OBJ)까지의 거리가 멀어질수록 크게 나타난다.
본 개시에 따른 라이다 장치(1000)는 이러한 해상도 한계를 개선하기 위하여 복수의 광원들을 사용할 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 복수의 광원들은 조사 각도를 다르게 유지할 수 있다. 이에 따라, 라이다 장치(1000)에 구비된 복수 광원들의 개수에 비례하여 해상도가 증가할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 일 실시예에 따른 라이다 장치에 구비되는 빔 스티어링 소자의 예와 이에 의한 포인트 스캐닝의 원리를 설명하는 도면이다.
도 3a를 참조하면, 스캐닝 미러(SM)는 기계적으로(mechanically) 회전되며 반사면의 방향이 조절되어 입사광(Li)의 스티어링 방향을 조절한다. 회전 각도에 따라 입사광(Li)이 스티어링 되는 방향은 LS1, LS2 LS3 로 순차적으로 조절될 수 있다. 스캐닝 미러(SM) 회전은 일축 회전으로 도시되고 있으나 이에 한정되지 않는다. 이축 회전, 즉, 두 개의 회전축에 대해 회전 구동되는 것도 가능하다.
스캐닝 미러(SM)는 또한, 하나의 반사면을 갖는 것으로 도시되고 있으나 이는 예시적인 것이며, 복수의 미러 요소가 배열되고 이들 각각의 방향이 조절되어 입사광(Li)을 대상체(OBJ)를 향하는 방향으로 스티어링 하는 것도 가능하다.
도 3b를 참조하면, 광학 위상 어레이(OPA)는 복수의 채널(CH1, CH2, …)을 포함할 수 있다. 복수의 채널(CH1, CH2, …) 각각에서 입사광의 위상을 변경시키는 위상 변화 값이 설정될 수 있고, 이에 따라 입사광(Li)이 스티어링 되어 출사되는 방향이 조절될 수 있다.
광학 위상 어레이(OPA)의 복수의 채널(CH1, CH2, …) 각각은 입사광에 대한 위상 변화 값이 전기적으로 조절될 수 있는 서브 파장의 형상 치수를 가지는 메타 소자를 포함할 수 있다.
또는, 광학 위상 어레이(OPA)는 입사광(Li)의 경로를 복수개의 경로로 분기하여 각각의 출력단(복수의 채널)을 향하게 하는 실리콘 포토닉스 기반의 광도파로일 수 있다. 이러한 광도파로는 분기된 복수개의 경로 각각에 구비되는 위상 지연자를 포함할 수 있고, 각 경로의 길이 및/또는 각 경로의 위상 지연자에서의 위상 지연 정도를 조절하여 입사광(Li)이 스티어링 되어 출사되는 방향이 조절될 수 있다.
광학 위상 어레이(OPA)는 입사광(Li)에 대해 각 채널에서 일어나는 위상 변화의 조합에 의해 정해지는 방향으로 광을 스티어링 한다. 위상 변화 값의 조합에 따라, 입사광(Li)이 스티어링 되어 출사되는 방향은 LS1, LS2 LS3 로 순차적으로 조절될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 라이다 장치에 구비되는 프로세서의 예시적인 구성을 보이는 블록도이고, 도 5는 도 4의 프로세서에 의해 대상 영역이 구획된 예를 보인다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 프로세서(300)는 대상 영역 구획부(330)와 분석부(350)를 포함할 수 있다. 대상 영역 구획부(339)와 분석부(350)의 실행을 위한 코드는 라이다 장치(1000)에 구비된 메모리에 저장될 수 있고 프로세서(300)에 의해 이러한 코드가 실행될 수 있다.
대상 영역 구획부(330)는 대상체(OBJ)가 포함된 소정의 시야각(FOV) 범위를 라이다 장치(1000)에 구비된 복수의 광원들 개수와 동일한 개수로 분할할 수 있다. 도 6은 복수의 광원들 개수가 6개인 경우, 시야각 범위가 6개로 분할된 예를 보이고 있다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 분할 개수나 분할된 형태가 이에 한정되는 것은 아니다.
대상 영역 구획부(330)는 분할된 영역이 광 송신부(100)에 의해 스캔되도록 스캐닝 제어 신호를 생성하고 이를 광 송신부(100)에 인가할 수 있다. 스캐닝 제어 신호는 예를 들어, 빔 스티어링 소자(180)가 도 3a에 예시된 바와 같은 스캐닝 미러(SM)인 경우, 회전 방향 및 회전각을 제어하는 회전 구동 제어 신호일 수 있다.
스캐닝 제어 신호는 빔 스티어링 소자(180)가 도 3b에 예시된 바와 같은 광학 위상 어레이(OPA)인 경우, 각 채널에 인가할 위상 제어 신호일 수 있다. 위상 제어 신호는 각 채널을 구성하는 메타 소자에 인가할 전기 신호일 수 있고, 또는 각 채널에 구비된 위상 지연자에 대한 위상 지연 신호일 수 있다.
분석부(350)는 대상체에 조사된 광의 조사각도, 이를 고려하여 계산된 비행 시간(ToF) 값들을 전체적으로 고려하여 대상체(OBJ)의 위치 및 형상을 분석할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 라이다 장치에 구비되는 광 수신부의 예시적인 회로 구성을 보인다.
도 6을 참조하면, 광 수신부(200)는 복수의 광 검출 요소들(222)과 복수의 광 검출 요소들(222) 각각에서 검출된 광에서 크로스토크를 제거하는 크로스토크 제거부(247)와 크로스토크가 제거된 광들의 비행 시간을 측정하는 복수의 타임 카운터들(249)을 포함할 수 있다.
광 수신부(200)는 복수의 광 검출 요소들(222) 각각에서 출력된 전류를 전압으로 변환하는 복수의 전류-전압 변환 회로들(241), 복수의 전류-전압 변환 회로들(241) 각각에서 변환된 전압을 증폭하는 복수의 증폭기들(243) 및 복수의 증폭기들(243)에서 증폭된 신호에서 피크를 검출하는 복수의 피크 검출기들(245)을 포함할 수 있다.
복수의 광 검출 요소들(222)은 대상체(OBJ)로부터 수신한 복수의 광들(L1, L2, L3)을 검출하여 검출 정보를 출력할 수 있다. 복수의 광 검출 요소들(222)이 검출한 검출 정보는 복수의 채널(ch1, ch2, ch3)을 통해 프로세서(300)에 전송될 수 있다.
구체적으로, 복수의 광 검출 요소들(222)은 대상체로부터의 복수의 광들(L1, L2, L3)을 개별적으로 검출하여 전류 신호를 출력할 수 있다.
복수의 전류-전압 변압 회로들(241)은 복수의 광 검출 요소들(222) 각각에서 출력되는 전류 신호를 전압 신호로 변환할 수 있다.
복수의 증폭기들(243)은 복수의 전류-전압 변환 회로(241) 각각에서 변환되는 전압 신호를 증폭할 수 있다.
복수의 피크 검출기들(245)은 복수의 증폭기들(243) 각각에서 증폭되는 전압 신호에서 피크를 검출할 수 있다. 예를 들어, 복수의 피크 검출기들(245)은 전기 신호의 상승 에지 및 하강 에지를 검출함으로써 피크를 검출할 수 있다. 또한, 복수의 피크 검출기들(245)은 CFD(Constant Fraction Discriminator) 방식을 이용하여 피크를 검출할 수 있다. 복수의 피크 검출기들(245)은 비교기를 더 포함할 수 있고, 검출된 피크를 펄스 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
한편, 광 검출 요소(222)가 검출한 검출 정보는 광 검출 요소(222)가 수신한 광에 대한 정보를 의미하므로, 이하에서 검출 정보는 광 검출 요소(222)가 출력한 전류 신호, 전류-전압 변압 회로(241)에 의해 변환된 전압 신호, 증폭기(243)에 의해 증폭된 전압 신호 및 비교기에 의해 변환된 펄스 신호 중 적어도 어느 하나를 의미할 수 있다.
복수의 크로스토크 제거부(247)들은 복수의 광 검출 요소들(222)이 검출한 각각의 검출 정보에서 크로스토크를 제거할 수 있다. 크로스토크 제거부(247)의 크로스토크 제거 방법은 도 9 이하에서 보다 상세하게 살펴본다.
복수의 타임 카운터들(249)은 크로스토크가 제거된 검출 정보를 이용하여 광의 비행 시간을 측정할 수 있다. 복수의 타임 카운터들(249) 각각은 복수의 피크 검출기들(245) 각각에서 출력되는 펄스 신호가 입력되는 경우, 광원에 의한 광 조사 시점으로부터 클락 신호(clock signal)가 몇 주기 생성되었는지를 계산하여, 광의 비행 시간을 측정할 수 있다. 또한, 복수의 타임 카운터들(249) 각각은 측정된 광의 비행 시간들 각각에 대한 정보를 레지스터에 저장할 수 있다. 복수의 타임 카운터들(249) 각각은 TDC(Time to Digital Converter)로 구현될 수 있다.
복수의 타임 카운터들(249)에서 측정된 측정 결과는 프로세서(300)로 전송되며, 프로세서(300)는 이를 이용하여, 대상체에 대한 정보, 예를 들어, 대상체의 위치 형상 등의 분석을 위한 데이터 처리를 수행할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 크로스토크가 발생하지 않는 경우, 광 수신부가 검출하는 검출 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 제1 광원(110a) 및 제2 광원(110b)은 제1 광 및 제2 광을 각각 생성할 수 있다. 제1 광원(110a) 및 제2 광원(110b)은 대상체(OBJ)의 위치, 형상의 분석을 위하여, 제1 광 및 제2 광을 각각 대상체(OBJ)를 향해 조사할 수 있다.
일 실시예에서, 라이다 장치(1000)는 제1 광원(110a) 및 제2 광원(110b)의 조준 방향을 조절하는 빔 스티어링 소자(180)를 더 포함할 수 있고, 빔 스티어링 소자(180)는 제1 광원(110a) 및 제2 광원(110b)에서 출력되는 점광(point light)들이 대상체(OBJ) 전체를 스캔하도록 할 수 있다.
제1 광원(110a)에서 생성되어 대상체(OBJ)를 향해 조사된 제1 광은 제1 경로(path 1)를 통해 제1 광 검출 요소(222a)에 전송될 수 있다. 제2 광원(110b)에서 생성되어 대상체(OBJ)를 향해 조사된 제2 광은 제2 경로(path 2)를 통해 제2 광 검출 요소(222b)에 전송될 수 있다.
제1 광 검출 요소(222a)가 검출한 검출 정보(710) 및 제2 광 검출 요소(222b)가 검출한 검출 정보(720)는 도 7b와 같을 수 있다.
광 수신부(200)는 제1 광 검출 요소(222a)가 검출한 검출 정보(710)를 기초로 제1 광의 비행 시간(ToF #1)을 연산할 수 있다. 또한, 광 수신부(200)는 제2 광 검출 요소(222b)가 검출한 검출 정보(720)를 기초로 제2 광의 비행 시간(ToF #2)을 연산할 수 있다. 프로세서(300)는 제1 광의 비행 시간(ToF #1) 및 제2 광의 비행 시간(ToF #1)을 기초로 대상체(OBJ)의 위치 및 형상을 분석할 수 있다.
도 7a 및 도 7b에서와 같이, 광 검출 요소들 간에 크로스토크가 발생하지 않는 경우, 각각의 광 검출 요소들은 하나의 광만을 수신하므로, 라이다 장치(1000)는 각각의 광 검출 요소들이 검출한 검출 정보를 기초로 광의 비행 시간을 연산하더라도 대상체(OBJ)의 위치 및 형상 분석이 가능하다. 그러나, 광 검출 요소들 간에 크로스토크가 발생하는 경우에도, 각각의 광 검출 요소들이 검출한 검출 정보를 기초로 광의 비행 시간을 연산하면, 대상체(OBJ)의 위치 및 형상 분석에 현저한 오류가 발생한다.
도 8a 및 도 8b는 크로스토크가 발생하는 경우, 광 수신부가 검출하는 검출 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 도 7a 및 도 7b와 같이, 제1 광 검출 요소(222a)는 제1 광원(110a)에서 대상체(OBJ)를 향해 조사한 제1 광을 제1 경로(path 1)를 통해 수신하고, 제2 광 검출 요소(222b)는 제2 광원(110b)에서 대상체(OBJ)를 향해 조사한 제2 광을 제2 경로(path 2)를 통해 수신할 수 있다.
한편, 제2 광 검출 요소(222b)는 대상체(OBJ)의 형상에 따라 제1 광원(110a)에서 대상체(OBJ)를 향해 조사한 제1 광을 제1 경로(path 1)와 상이한 제3 경로(path 3)를 통해 수신할 수 있다. 제2 광 검출 요소(222b)는 목적하는(desired) 제2 광 이외에 제1 광을 더 수신하였으므로, 제2 광 검출 요소(222b)가 검출한 검출 정보에서 제1 광은 크로스토크에 해당될 수 있다.
도 8b는 제1 광 검출 요소(222a)가 검출한 검출 정보(810) 및 제2 광 검출 요소(222b)가 검출한 검출 정보(820)를 예시하는 도면이다.
도 8b에서 제2 광 검출 요소(222b)가 검출한 검출 정보(820)에는 제1 광 검출 요소(222a)가 검출한 펄스 신호와 유사한 펄스 신호가 포함된 것을 알 수 있다. 제2 광 검출 요소(222b)가 검출한 검출 정보(820)에서 제1 광 검출 요소(222a)가 검출한 펄스 신호와 유사한 펄스 신호는 크로스토크일 수 있다.
제2 광 검출 요소(222b)가 검출한 크로스토크는 제1 광원에서 생성된 제1 광에 의해 발생되므로, 제2 광 검출 요소(222b)가 제1 광을 제2 광으로 오인하여 검출 정보를 출력하는 경우, 프로세서(300)는 대상체(OBJ)의 위치 및 형상을 정확하게 분석할 수 없게 된다. 이하에서는 광 검출 요소(222a, 222b)가 검출한 검출 정보에서 크로스토크를 제거하는 방법에 대해서 살펴본다.
한편, 도 8a 및 8b에서는 제1 광원(110a) 및 제2 광원(110b)에 의해 발생되는 제1 광 검출 요소(222a) 및 제2 광 검출 요소(222b) 사이의 크로스토크에 대해서만 도시되어 있으나, 본 개시는 이에 제한되지 않으며, 실시예에 따라, 광원의 수는 증가될 수 있고, 크로스토크가 발생하는 광 검출 요소의 수도 증가될 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 라이다 장치에 구비되는 광 수신부의 내부 블록도를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 광 수신부(200)는 복수의 광 검출 요소들(222)이 배치되는 디텍터 어레이(220), 복수의 광 검출 요소들(222)이 검출한 광을 비행 시간 연산을 위한 검출 신호로 변환하는 신호 변환부(260) 및 신호 변환부(260)가 출력한 검출 신호에서 크로스토크를 제거하는 크로스토크 제거부(280)를 포함할 수 있다.
복수의 광 검출 요소들(222)은 디텍터 어레이(220)에 배치되어 광 송신부(100)가 대상체(OBJ)를 향해 조사한 광들의 반사광들을 수신할 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 광 검출 요소들(222)은 제1 광 검출 요소(222a) 및 제2 광 검출 요소(222b)일 수 있다.
제1 광 검출 요소(222a)는 제1 광원(110a)에서 대상체(OBJ)를 향해 조사한 제1 광을 제1 경로(path 1)를 통해 수신하고, 제2 광 검출 요소(222b)는 제1 광원(110a)과 상이한 제2 광원(110b)에서 대상체(OBJ)를 향해 조사한 제2 광을 제2 경로(path 2)를 통해 수신할 수 있다. 한편, 크로스토크는 제1 광원(110a)으로부터 대상체(OBJ)를 향해 조사된 제1광이 제1 경로(path 1)와 상이한 제3 경로(path 3)를 통해 제2 광 검출 요소(222b)에 더 수신됨으로써 발생될 수 있다.
제1 광 검출 요소(222a)는 제1 광에 대한 제1 검출 정보를 출력할 수 있다. 또한, 제2 광 검출 요소(222b)는 제1 광 및 제 2광에 대한 제2 검출 정보를 출력할 수 있다.
제1 광 검출 요소(222a)가 검출한 제1 검출 정보 및 제2 광 검출 요소(222b)가 검출한 제2 검출 정보는 각각 제1 채널(channel A) 및 제2 채널(channel B)을 통해 프로세서(300)로 전송될 수 있다.
구체적으로, 제1 광 검출 요소(222a)는 제1 광을 수신하는 경우, 제1 광에 대응하는 제1 전류 신호(910)를 출력할 수 있다. 제2 광 검출 요소(222b)는 제1 광 및 제2 광을 수신하는 경우, 제1 광 및 제2 광에 대응하는 제2 전류 신호(920)를 출력할 수 있다. 제2 광 검출 요소(222b)가 출력한 제2 전류 신호(920)에는 제1 광에 의한 크로스토크가 포함될 수 있다.
제1 전류 신호(910)는 제1 검출 정보로써 신호 변환부(260)에 입력될 수 있다. 또한, 제2 전류 신호(920)는 제2 검출 정보로써 신호 변환부(260)에 입력될 수 있다.
신호 변환부(260)는 복수의 광 검출 요소들(222)이 출력한 전류 신호를 비행 시간 연산을 위한 펄스 신호로 변환할 수 있다. 신호 변환부(260)는 도 6의 전류-전압 변환 회로들(241), 증폭기들(243), 피크 검출기들(245) 및 비교기들을 모두 포함하는 구성일 수 있다.
신호 변환부(260)는 전류 신호를 펄스 신호로 변환하기 위하여, 복수의 광 검출 요소들(222) 각각에 연결되는 복수의 검출 신호 변환부를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 신호 변환부(260)는 제1 광 검출 요소(222a)에 연결되는 제1 검출 신호 변환부(261)와 제2 광 검출 요소(222b)에 연결되는 제2 검출 신호 변환부(262)를 포함할 수 있다.
제1 검출 신호 변환부(261)는 제1 광 검출 요소(222a)가 출력한 제1 전류 신호(910)를 제1 전압 신호로 변환하고, 제1 전압 신호를 증폭할 수 있다. 또한, 제1 검출 신호 변환부(261)는 증폭되는 제1 전압 신호에서 피크를 검출하고, 검출된 피크를 제1 펄스 신호(930)로 변환하여 출력할 수 있다. 마찬가지로, 제2 검출 신호 변환부(262)는 제2 광 검출 요소(222b)가 출력한 제2 전류 신호(920)를 제2 전압 신호로 변환하고, 제2 전압 신호를 증폭한 후, 증폭된 제2 전압 신호에서 피크를 검출하여 제2 펄스 신호(940)로 변환하여 출력할 수 있다. 제2 검출 신호 변환부가 출력한 제2 펄스 신호(940)에는 여전히, 제1 광에 의한 크로스토크가 포함될 수 있다.
제1 펄스 신호(930)는 제1 검출 정보로서 크로스토크 제거부(280)에 입력될 수 있다. 제2 펄스 신호(940)는 제2 검출 정보로서 크로스토크 제거부(280)에 입력될 수 있다.
한편, 신호 변환부(260)는 복수의 채널 간에 검출 정보의 공유를 허용할 수 있다.
구체적으로, 복수의 검출 신호 변환부들 중 어느 하나의 검출 신호 변환부는 자신의 채널을 제외한 나머지 채널들에 검출 정보를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 검출 신호 변환부(261)는 제1 펄스 신호(930)를 제2 채널(channel B)에 배치된 제2 마스킹부(282)에 전송할 수 있다. 또한, 제2 검출 신호 변환부(262)는 제2 펄스 신호(940)를 제1 채널(channel A)에 배치된 제1 마스킹부(281)에 전송할 수 있다. 공유된 펄스 신호는 크로스토크의 식별 및 제거를 위해 사용될 수 있다.
크로스토크 제거부(280)는 신호 변환부(260)가 출력한 펄스 신호에서 크로스토크를 식별하고, 식별된 크로스토크를 마스킹(masking)하는 복수의 마스킹부들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 크로스토크 제거부(280)는 제1 검출 신호 변환부(261)에 연결되는 제1 마스킹부(281)와, 제2 검출 신호 변환부(262)에 연결되는 제2 마스킹부(282)를 포함할 수 있다.
크로스토크 제거부(280)는 신호 변환부(260)가 출력한 펄스 신호에 크로스토크가 포함되었는지 여부를 연산할 수 있다. 일 실시예에서, 크로스토크 제거부(280)는 펄스 신호에 포함된 펄스의 개수 및 펄스의 수신 시점 중 적어도 어느 하나에 기초하여 검출 정보에 크로스토크가 포함되었는지 여부를 결정할 수 있다.
검출 정보에 크로스토크가 포함되었는지 여부를 결정하는 것은 크로스토크 제거부(280)에 구비된 마스킹부들 각각에서 수행될 수 있다.
크로스토크 제거부(280)는 검출 정보에 크로스토크가 포함되었다고 연산한 경우, 펄스 신호에서 크로스토크를 식별할 수 있다. 이를 위하여, 크로스토크 제거부(280)는 신호 변환부(260)가 제공한 펄스 신호를 이용할 수 있다.
도 9에서, 제2 마스킹부(282)는 제2 검출 신호 변환부(262)로부터 제2 펄스 신호(940)를 더 수신할 수 있다. 제2 마스킹부(282)는 제2 펄스 신호(940)에 포함된 펄스들 중에서 제1 펄스 신호(930)에 포함된 펄스에 대응하는 펄스를 크로스토크라고 결정할 수 있다. 제2 마스킹부(282)는 제1 펄스 신호(930)에 포함된 펄스를 기초로 제2 펄스 신호(940)에서 크로스토크를 식별할 수 있다. 제2 마스킹부(282)는 제1 펄스 신호(930)에 포함된 펄스의 수신 시점, 펄스 폭, 펄스 크기 중 적어도 어느 하나를 기초로 제2 펄스 신호(940)에서 크로스토크를 식별할 수 있다. 제1 펄스 신호(930)에 포함된 펄스는 제1 광 검출 요소(222a)가 제1 광을 수신한 경우 발생되므로, 제1 펄스 신호(930)에 포함된 펄스의 수신 시점은 제1 광 검출 요소(222a)가 수신한 제1 광의 제1 수신 시점과 동일한 의미일 수 있다. 마찬가지로, 제2 펄스 신호(940)에 포함된 펄스는 제2 광 검출 요소(222b)가 제1 광을 수신한 경우 발생되므로, 제2 펄스 신호(940)에 포함된 펄스의 수신 시점은 제2 광 검출 요소(222b)가 수신한 제1 광의 제2 수신 시점과 동일한 의미일 수 있다.
일 실시예에서, 제2 마스킹부(282)는, 제2 펄스 신호(940)에 포함된 펄스들 중에서, 제1 펄스 신호(930)에 포함된 제1 광의 제1 수신 시점을 기준으로 기설정된 시점만큼 앞선 시점 및 기설정된 시점만큼 늦은 시점 사이에 수신한 펄스를, 제1 광에 의한 크로스토크라고 결정할 수 있다.
크로스토크 제거부(280)는 검출 정보에서 크로스토크를 식별한 후, 식별된 크로스토크를 제거할 수 있다.
도 9에서 제2 마스킹부(282)는 크로스토크의 제거 개시 시점을 결정할 수 있다. 제2 마스킹부(282)는 제1 광 검출 요소가 검출한 제1 광의 제1 수신 시점 및 제2 광 검출 요소가 검출한 제1 광의 제2 수신 시점을 비교할 수 있다. 제2 마스킹부(282)는 제1 수신 시점 및 제2 수신 시점 중 앞선 시점을 크로스토크의 제거를 위한 제거 개시 시점으로 결정할 수 있다.
제2 마스킹부(282)는 제2 펄스 신호(940)에 포함된 펄스들 중에서 제거 개시 시점부터 기설정된 마스킹(masking) 펄스폭 사이에 위치하는 펄스를 제거할 수 있다. 이때, 마스킹(masking) 펄스폭은 광 송신부(100)가 조사한 광들의 펄스 폭 보다 크게 설정될 수 있다. 크로스토크의 식별 방법 및 제거 방법은 도 10a 및 도 10b에서 보다 상세하게 설명한다.
크로스토크 제거부(280)는 검출 정보에 크로스토크가 포함된 경우, 크로스토크를 제거하여 출력할 수 있다. 크로스토크 제거부(280)가 출력하는 정보는 출력 정보라고 명명할 수 있다.
한편, 복수의 타임 카운터들(249)은 출력 정보를 이용하여 광의 비행 시간을 측정할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는 타임 카운터(249)가 계산한 광의 비행 시간을 기초로 대상체(OBJ)에 대한 정보를 획득할 수 있다. 프로세서(300)가 크로스토크가 제거된 검출 정보를 이용하여 대상체(OBJ)에 대한 정보를 획득하므로, 본 개시에 따른 라이다 장치(1000)는 대상체(OBJ)의 위치, 형상 등을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
한편, 도 9에서는 제1 광 검출 요소(222a) 및 제2 광 검출 요소(222b) 사이에 발생하는 크로스토크에 대해서만 기재되어 있으나, 이에 제한되지 않으며, 대상체(OBJ)의 형상에 따라 크로스토크가 발생하는 광 검출 요소의 수는 증가될 수 있고, 크로스토크가 발생하는 광 검출 요소의 수도 증가될 수 있다. 이때, 제2 검출 정보는 크로스토크가 포함된 검출 정보를 의미하며, 제1 검출 정보는 제2 검출 정보에서 크로스토크를 제거하기 위해 사용되는 검출 정보를 의미할 수 있다.
도 10a 및 10b는 도 9의 제1 검출 정보 및 제2 검출 정보를 이용한 크로스토크의 식별 방법 및 제거 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 제2 마스킹부(282)는 제1 검출 정보(1010)에 포함된 제1 광의 제1 수신 시점(T1)을 기초로 제2 검출 정보(1020)에 포함된 크로스토크를 식별할 수 있다.
한편, 도 8a 및 도 8b에서와 같이, 제1 광원(110a)에서 생성되어 대상체(OBJ)를 향해 조사된 제1 광은, 제1 경로(path 1)를 통해 제1 광 검출 요소(222a)에 전송되고 제3 경로(path 3)를 통해 제2 광 검출 요소(222b)에 전송될 수 있다. 이 때, 대상체(OBJ)의 형상에 따라 제1 경로(path 1)의 거리는 제3 경로(path 3)의 거리 보다 크거나 작을 수 있다. 따라서, 제1 광 검출 요소(222a)가 검출한 제1 광의 제1 수신 시점(T1)은 제2 광 검출 요소(222b)가 검출한 제1 광의 제2 수신 시점(T2) 보다 크거나 작을 수 있다.
도 10a는 제1 수신 시점(T1)이 제2 수신 시점(T2) 보다 앞선 경우를 예시하고 도 10b는 제1 수신 시점(T1)이 제2 수신 시점(T2) 보다 늦은 경우를 예시한다.
제2 마스킹부(282)는 제1 수신 시점(T1)을 기준으로 기설정된 시점(Tp)만큼 앞선 시점(T1-Tp) 및 기설정된 시점(Tp)만큼 늦은 시점(T1+Tp) 사이에 수신한 펄스(1030)를 크로스토크라고 결정할 수 있다.
제2 마스킹부(282)는 크로스토크를 식별한 후, 크로스토크의 제거 개시 시점(Ts)을 결정할 수 있다. 제2 마스킹부(282)는 제1 광 검출 요소(222a)가 검출한 제1 광의 제1 수신 시점(T1) 및 제2 광 검출 요소가 검출한 제1 광의 제2 수신 시점(T2)을 비교할 수 있다. 제2 마스킹부(282)는 제1 수신 시점(T1) 및 제2 수신 시점(T2) 중 앞선 시점을 크로스토크의 제거를 위한 제거 개시 시점(Ts)으로 결정할 수 있다.
도 10a에서와 같이, 제1 수신 시점(T1)이 제2 수신 시점(T2) 보다 앞선 경우, 제2 마스킹부(282)는 제1 수신 시점(T1)을 제거 개시 시점(Ts)으로 결정할 수 있다. 반대로, 도 10b에서와 같이, 제1 수신 시점(T1)이 제2 수신 시점(T2) 보다 늦은 경우, 제2 마스킹부(282)는 제2 수신 시점(T2)을 제거 개시 시점(Ts)으로 결정할 수 있다.
제2 마스킹부(282)는 제2 검출 정보(1020)에 포함된 펄스들 중에서 제거 개시 시점(Ts)부터 기설정된 마스킹 펄스폭(pw) 사이에 위치하는 펄스를 제거할 수 있다.
도 10a에서와 같이, 제1 광의 경로에 따른 제1 수신 시점(T1)과 제2 수신 시점(T2)의 차이(td)를 고려하여, 마스킹 펄스폭(pw)은 제1 광원(110a)이 조사하는 제1 광의 펄스폭 보다 크게 설정될 수 있다.
도 11은 크로스토크가 발생하는 경우의 실험예를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 제1 광 검출 요소(222a)가 출력한 제1 전류 신호(1110) 및 제2 광 검출 요소(222b)가 출력한 제2 전류 신호(1120)의 예시가 도시되어 있다.
제1 지점(1110a)은 제1 광 검출 요소(222a)가 제1 광을 수신하는 지점으로서, 제1 광 검출 요소(222a)는 제1 지점(1110a)에서 임계 레벨 이상의 전류를 출력한다.
제2 지점(1120a)은 제2 광 검출 요소(222b)가 제1 광을 수신하는 지점으로서, 제2 광 검출 요소(222b)가 제2 지점(1120a)에 출력하는 전류 신호는 크로스토크에 해당된다. 제2 지점(1120a)에서 제2 광 검출 요소(222b)가 출력한 전류 신호는 제1 지점(1110a)에서 제1 광 검출 요소(222a)가 출력한 전류 신호보다는 작지만, 임계 레벨 이상의 전류 크기를 가지므로, 펄스 신호로 변환된다.
제3 지점(1120b)은 제2 광 검출 요소(222b)가 제2 광을 수신하는 지점으로서, 제2 광 검출 요소(222b)가 제3 지점(1120b)에 출력한 전류 신호는 제2 광의 비행 시간 연산을 위해 펄스 신호로 변경되어야 한다.
제2 광 검출 요소(222b)가 출력한 제2 전류 신호(1120)는 펄스 신호로 변환되어 제2 광의 비행 시간 연산을 위해 사용되나, 도 11에서와 같이, 제2 전류 신호(1120)에는 크로스토크가 포함되어 있어, 라이다 장치(1000)는 제2 광의 비행 시간을 정확하게 연산할 수 없다. 이에 따라, 라이다 장치(1000)가 분석한 대상체(OBJ)의 정보에는 오류가 발생한다.
본 개시의 라이다 장치(1000)는 대상체(OBJ)에 대한 정보를 보다 정확하게 분석하기 위하여, 제1 광 검출 요소(222a)가 검출한 제1 검출 정보를 기초로 제2 광 검출 요소(222b)가 검출한 제2 검출 정보에서 크로스토크를 제거한다.
도 12는 마스킹 펄스를 통해 크로스토크를 제거하는 경우의 실험예를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 라이다 장치(1000)는 제1 광 검출 요소(222a)가 출력한 제1 전류 신호(1110) 및 제2 광 검출 요소(222b)가 출력한 제2 전류 신호(1120)를 각각 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호(1210)로 변환한다.
제2 마스킹부(282)는 제1 펄스 신호에 포함된 펄스의 수신 시점, 펄스 폭, 펄스 크기 중 적어도 어느 하나를 기초로 제2 펄스 신호(1210)에서 크로스토크를 식별한다.
제2 마스킹부(282)는 크로스토크의 제거를 위한 제거 개시 시점(Ts)을 연산하고 제거 개시 시점(Ts)부터 기설정된 마스킹 펄스폭(pw) 사이에 위치하는 펄스를 제거한다.
제2 마스킹부(282)는 기설정된 마스킹 펄스폭(pw)을 가지는 마스킹 펄스(1230)를 제어 개시 시점(Ts)부터 출력하고, 마스킹 펄스(1230)를 이용하여 제2 펄스 신호(1210)에서 크로스토크에 대응하는 펄스를 제거한다. 이를 위하여 제2 마스킹부(282)는 게이트 회로를 포함할 수 있다.
제2 마스킹부(282)는 크로스토크가 제거된 펄스(1220)를 출력하고, 프로세서(300)는 크로스토크가 제거된 펄스(1220)를 이용하여 대상체(OBJ)에 대한 정보를 획득한다. 이에 따라, 본 개시의 라이다 장치(1000)는 대상체(OBJ)에 대한 정보를 보다 정확하게 획득할 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 라이다 장치의 동작 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 광 송신부(100)는 복수의 광원들을 포함하고, 복수의 광원들에서 생성된 광들을 대상체를 향해 조사할 수 있다(S1310).
광 송신부(100)는 점광(point light)을 대상체(OBJ)에 스캐닝 하는 포인트 스캐닝 방식을 사용하며, 복수의 광원들을 통해 대상체(OBJ)의 전 영역을 스캔할 수 있다. 이를 위하여 광 송신부(100)는 복수의 광원들에서 생성된 광들이 서로 다른 조사 각도 또는 서로 동일한 조사 각도로 대상체(OBJ)를 향해 조준되도록 복수의 광원들의 조준 방향을 변경하는 빔 스티어링 소자(180)를 포함할 수 있다.
광 수신부(200)는 대상체(OBJ)를 향해 조사된 광들의 반사광들을 복수의 광 검출 요소들(222)을 통해 검출할 수 있다(S1320).
광 검출 요소(222)는 반사광들의 수신 능력을 증가시키기 위하여, 애벌런치 포토 다이오드(D)(Avalanche Photo Diode;APD) 또는 싱글 포톤 애벌런치 다이오드(D)(Single Photon Avalanche Diode;SPAD)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
한편, 대상체(OBJ)의 형상에 따라, 복수의 광 검출 요소들(222) 중 어느 하나는 복수의 반사광들을 수신할 수 있다. 복수의 반사광들 중 어느 하나는 대상체(OBJ)의 위치 및 형상 분석에 오류를 야기하는 크로스토크에 해당될 수 있다.
본 개시에 따른 라이다 장치(1000)는 크로스토크를 제거하기 위하여 복수의 광 검출 요소들(222)이 검출한 검출 정보를 펄스파 형태의 펄스 신호로 변환할 수 있다.
크로스토크가 발생하는 경우 라이다 장치(1000)가 반사광들을 수신하는 방법 및 검출 정보를 펄스 신호로 변환하는 방법에 대해서는 도 14를 참조하여 설명한다.
광 수신부(200)는 복수의 광 검출 요소들 중 어느 하나의 광 검출 요소가 검출한 제1 검출 정보를 기초로 나머지 광 검출 요소들 중 적어도 하나에 의해 검출된 제2 검출 정보에서 크로스토크를 제거할 수 있다(S1330).
이때, 제2 검출 정보는 복수의 반사광들을 수신한 광 검출 요소(222)가 출력한 검출 정보를 의미할 수 있다. 또한, 제1 검출 정보는 제2 검출 정보에 포함된 크로스토크를 제거하기 위해 사용되는 검출 정보로서, 제2 검출 정보와 상이한 검출 정보일 수 있다.
일 실시예에서, 광 수신부(200)는 제2 검출 정보에 포함된 펄스의 개수 및 펄스의 수신 시점 중 적어도 어느 하나에 기초하여, 제2 검출 정보에 크로스토크가 포함되었는지 여부를 결정할 수 있다. 또한, 광 수신부(200)는 제2 검출 정보에 크로스토크가 포함되었다고 연산한 경우, 제2 검출 정보에서 크로스토크를 식별할 수 있다. 또한, 광 수신부(200)는 식별된 크로스토크를 제거할 수 있다.
크로스토크의 포함 여부 연산 방법 및 크로스토크의 식별 방법은 도 15를 참조하여 설명하고, 크로스토크의 제거 방법에 대해서는 도 16을 참조하여 설명한다.
프로세서(300)는 크로스토크가 제거된 검출 정보를 이용하여 대상체(OBJ)에 대한 정보를 획득할 수 있다(S1340).
프로세서(300)는 제1 검출 정보 및 크로스토크가 제거된 제2 검출 정보를 이용하여 대상체(OBJ)에 대한 정보를 획득할 수 있다.
프로세서(300)는 광 수신부(200)가 검출한 광들의 비행 시간(ToF)을 기초로 대상체(OBJ)까지의 거리를 계산하고, 대상체(OBJ)의 위치 및 형상 분석을 위한 데이터 처리를 수행할 수 있다.
도 14는 복수의 광 검출 요소들을 통한 반사광들의 검출 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 14를 참조하면, 광 수신부(200)는 제1 광 검출 요소(222a)를 이용하여, 복수의 광원들 중 어느 하나인 제1 광원(110a)에서 대상체(OBJ)를 향해 조사한 제1 광을 제1 경로(path 1)를 통해 수신하여 제1 검출 정보를 출력할 수 있다(S1410).
또한, 광 수신부(200)는 제2 광 검출 요소(222b)를 이용하여 제1 광원(110a)과 상이한 제2 광원(110b)에서 대상체(OBJ)를 향해 조사한 제2 광을 제2 경로(path 2)를 통해 수신할 수 있다(S1420).
이때, 제1 광 검출 요소(222a) 및 제2 광 검출 요소(222b)는 광을 수신하는 광 검출 요소들을 구분하기 위한 것일 뿐, 서로 이웃하는 광 검출 요소를 의미하지 않는다.
한편, 크로스토크가 발생하는 경우, 광 수신부(200)는 제2 광 검출 요소(222b)를 이용하여 제1 광원(110a)에서 대상체(OBJ)를 향해 조사한 제1 광을 제1 경로(path 1)와 상이한 제3 경로(path 3)를 통해 수신하여 제2 검출 정보를 출력할 수 있다(S1430).
제2 광 검출 요소(222b)가 출력한 제2 검출 정보에서 제1 광에 대한 정보는 크로스토크에 해당될 수 있다.
광 수신부(200)는 제2 검출 정보에 포함된 크로스토크를 제거하기 위하여, 제1 광 검출 요소(222a)가 출력한 제1 검출 정보를 펄스파 형태의 제1 펄스 신호로 변환할 수 있다(S1440).
또한, 광 수신부(200)는 제2 광 검출 요소(222b)가 출력한 제2 검출 정보를 펄스파 형태의 제2 펄스 신호로 변환할 수 있다(S1450).
제1 펄스 신호는 제1 채널(channel A)을 통해 크로스토크 제거부(280)에 전송될 수 있다. 제2 펄스 신호는 제2 채널(channel B)을 통해 크로스토크 제거부(280)에 전송될 수 있다.
광 수신부(200)는 복수의 채널 간에 검출 정보의 공유를 허용할 수 있다. 이에 따라, 제1 펄스 신호는 제2 채널(channel B)에 제공되고, 제2 펄스 신호는 제1 채널(channel A)에 제공될 수 있다. 공유된 펄스 신호는 크로스토크의 식별 및 제거를 위해 사용될 수 있다.
광 수신부(200)는 제1 펄스 신호를 기초로 제2 펄스 신호에서 크로스토크를 식별하고, 제2 펄스 신호에서 크로스토크를 제거할 수 있다.
도 15는 복수의 광 검출 요소들이 검출한 검출 정보에서 크로스토크를 식별하는 방법을 설명하는 도면이다.
일 실시예에서, S1510 내지 S1520 단계는 검출 정보가 펄스 신호로 변환되기 이전에 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, S1510 내지 S1520 단계는 검출 정보가 펄스 신호로 변환된 이후에 수행될 수도 있다.
도 15를 참조하면, 광 수신부(200)는 제2 검출 정보에 크로스토크가 포함되었는지 여부를 결정할 수 있다(S1510). 일 실시예에서, 광 수신부(200)는 제2 검출 정보에 포함된 펄스의 개수 및 펄스의 수신 시점 중 적어도 어느 하나에 기초하여 제2 검출 정보에 크로스토크가 포함되었는지 여부를 결정할 수 있다.
예를 들어, 광 수신부(200)는 제2 검출 정보에 포함된 펄스의 개수가 2개 이상인 경우, 상기 제2 검출 정보에 상기 크로스토크가 포함된 것으로 결정할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
광 수신부(200)는 제2 검출 정보에 크로스토크가 포함되었다고 연산한 경우, 제2 검출 정보에서 크로스토크를 식별할 수 있다. 이를 위하여, 광 수신부(200)는 제1 검출 정보를 이용할 수 있다.
광 수신부(200)는 제1 검출 정보에 포함된 펄스를 기초로 제2 검출 정보에서 크로스토크를 식별할 수 있다. 광 수신부(200)는 제1 검출 정보에 포함된 펄스의 수신 시점, 펄스 폭, 펄스 크기 중 적어도 어느 하나를 기초로 제2 검출 정보에서 크로스토크를 식별할 수 있다.
일 실시예에서, 광 수신부(200)는 제1 검출 정보에 포함된 펄스들 중에서 기 설정된 펄스 폭 보다 큰 펄스 폭을 가지는 펄스를 제1 광에 의한 펄스라고 계산할 수 있다. 또는 광 수신부(200)는 제1 검출 정보에 포함된 펄스들 중에서 기설정된 펄스 크기 보다 큰 펄스 크기를 가지는 펄스를 제1 광에 의한 펄스라고 계산할 수 있다. 이때, 기 설정된 펄스 폭 및 펄스 크기는 광 송신부(100)의 출력을 고려하여 설정될 수 있다.
다른 실시예에서, 광 수신부(200)는 제1 검출 정보에 포함된 펄스들 중에서 가장 큰 펄스 폭을 가지는 펄스를 제1 광에 의한 펄스라고 계산할 수 있다. 또는 광 수신부(200)는 제1 검출 정보에 포함된 펄스들 중에서 가장 큰 펄스 크기를 가지는 펄스를 제1 광에 의한 펄스라고 계산할 수 있다.
광 수신부(200)는 제1 검출 정보에 포함된 제1 광에 의한 펄스 정보에 기초하여 제2 검출 정보에 포함된 크로스토크를 식별할 수 있다.
광 수신부(200)는 제1 검출 정보에 포함된 제1 광의 제1 수신 시점을 기초로 제2 검출 정보에 포함된 크로스토크를 식별할 수 있다.
대상체(OBJ)의 형상에 따라서, 제1 광 검출 요소(222a)가 검출한 제1 광의 제1 수신 시점은 제2 광 검출 요소(222b)가 검출한 제1 광의 제2 수신 시점 보다 크거나 작을 수 있다.
따라서, 광 수신부(200)는 제1 수신 시점을 기준으로 기설정된 시점만큼 앞선 시점 및 기설정된 시점만큼 늦은 시점 사이에 수신한 펄스를 크로스토크라고 결정할 수 있다.
광 수신부(200)는 제2 검출 정보에서 식별된 크로스토크를 제거할 수 있다(S1520).
도 16은 복수의 광 검출 요소들이 검출한 검출 정보에서 크로스토크 제거 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 16을 참조하면, 광 수신부(200)는 제1 광 검출 요소가 검출한 제1 광의 제1 수신 시점 및 제2 광 검출 요소가 검출한 제1 광의 제2 수신 시점 중 앞선 시점을 크로스토크의 제거 개시 시점으로 연산할 수 있다(S1610).
광 수신부(200)는 제1 광 검출 요소(222a)가 검출한 제1 광의 제1 수신 시점 및 제2 광 검출 요소가 검출한 제1 광의 제2 수신 시점을 비교할 수 있다.
대상체(OBJ)의 형상에 따라서, 제1 광 검출 요소(222a)가 검출한 제1 광의 제1 수신 시점은 제2 광 검출 요소(222b)가 검출한 제1 광의 제2 수신 시점 보다 크거나 작을 수 있다. 따라서, 크로스토크의 완벽한 제거를 위해서는 제1 수신 시점 및 제2 수신 시점 중에서 앞선 시점을 크로스토크의 제거 개시 시점으로 설정하여야 한다. 예를 들어, 제1 수신 시점이 제2 수신 시점 보다 앞선 경우, 광 수신부(200)는 제1 수신 시점을 제거 개시 시점으로 결정할 수 있다. 반대로, 제1 수신 시점이 제2 수신 시점 보다 늦은 경우, 광 수신부(200)는 제2 수신 시점을 제거 개시 시점으로 결정할 수 있다.
광 수신부(200)는 제2 펄스 신호에 포함된 펄스들 중에서 제거 개시 시점부터 기설정된 마스킹 펄스폭 사이에 위치하는 펄스를 제거할 수 있다(S1620).
광 수신부(200)는 기설정된 마스킹 펄스폭을 가지는 마스킹 펄스를 제어 개시 시점부터 출력하고, 마스킹 펄스를 이용하여 제2 펄스 신호에서 크로스토크에 대응하는 펄스를 제거할 수 있다. 이를 위하여 광 수신부(200)는 게이트 회로를 포함할 수 있다.
한편, 광 수신부(200)는 크로스토크가 제거된 제2 펄스 신호를 출력하고, 프로세서(300)는 크로스토크가 제거된 제2 펄스를 이용하여 대상체(OBJ)에 대한 정보를 획득할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 개시의 라이다 장치(1000)는 주어진 프레임 타임 내에서 높은 영상 해상도를 구현하기 위하여 복수의 광원들 및 복수의 광원들에서 조사된 빛을 수신하는 복수의 광 검출 요소들을 구비하는 경우에도, 복수의 광 검출 요소들 사이의 크로스토크를 제거하여 보다 정확하게 대상체(OBJ)의 위치 및 형상을 분석할 수 있다.
한편, 상술한 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 실시예들에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 실시예가 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 실시예에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 광 송신부
200: 광 수신부
300: 프로세서
1000: 라이다 장치

Claims (16)

  1. 라이다 장치에 있어서,
    복수의 광원들을 포함하고, 상기 복수의 광원들에서 생성된 광들을 대상체를 향해 조사하는 광 송신부;
    상기 대상체를 향해 조사된 광들의 반사광들을 검출하는 복수의 광 검출 요소들을 포함하고, 상기 복수의 광 검출 요소들 중 어느 하나의 광 검출 요소가 검출한 제1 검출 정보를 기초로, 나머지 광 검출 요소 중 적어도 하나에 의해 검출된 제2 검출 정보에서 크로스토크를 제거하는 광 수신부; 및
    상기 크로스토크가 제거된 검출 정보를 이용하여 상기 대상체에 대한 정보를 획득하는 프로세서;를 포함하는 라이다 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 수신부는
    상기 복수의 광원들 중 제1 광원에서 상기 대상체를 향해 조사한 제1 광을 제1 경로를 통해 수신하여 상기 제1 광에 대한 상기 제1 검출 정보를 출력하는 제1 광 검출 요소와,
    상기 제1 광원과 상이한 제2 광원에서 상기 대상체를 향해 조사한 제2 광을 제2 경로를 통해 수신하는 제2 광 검출 요소를 포함하고,
    상기 크로스토크는
    상기 제1 광원으로부터 상기 대상체를 향해 조사된 상기 제1 광이 상기 제1 경로와 상이한 제3 경로를 통해 상기 제2 광 검출 요소에 더 수신됨으로써 발생되고,
    상기 제2 광 검출 요소는
    상기 크로스토크가 발생한 경우, 상기 제1 광 및 상기 제2 광에 대한 상기 제2 검출 정보를 출력하는 라이다 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광 수신부는
    상기 제1 광 검출 요소가 출력한 상기 제1 검출 정보를 펄스파 형태의 제1 펄스 신호로 변환하는 제1 검출 신호 변환부;와,
    상기 제2 광 검출 요소가 출력한 상기 제2 검출 정보를 펄스파 형태의 제2 펄스 신호로 변환하는 제2 검출 신호 변환부;를 더 포함하는 라이다 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광 수신부는
    상기 제1 광 검출 요소가 검출한 상기 제1 광의 제1 수신 시점 및 상기 제2 광 검출 요소가 검출한 상기 제1 광의 제2 수신 시점 중 앞선 시점을 상기 크로스토크의 제거 개시 시점으로 결정하고,
    상기 제2 펄스 신호에 포함된 펄스들 중에서 상기 제거 개시 시점부터 기설정된 마스킹(masking) 펄스폭 사이에 위치하는 펄스를 제거하는 크로스토크 제거부;를 더 포함하는 라이다 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 마스킹 펄스폭은
    상기 광 송신부가 조사한 상기 제1 광의 펄스 폭보다 크게 설정되는 라이다 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광 송신부는
    상기 복수의 광원들에서 생성된 광이 상기 대상체를 스캐닝하도록 광의 조절 방향을 조절하는 빔 스티어링 소자를 더 포함하는 라이다 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 빔 스티어링 소자는 기계식 회전으로 광의 조준 방향을 조절하는 라이다 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광 수신부는
    상기 복수의 광 검출 요소들 각각에서 검출한 광들의 비행 시간(ToF)을 카운트하는 복수의 카운터들;을 포함하는 라이다 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 광 수신부가 검출한 광들의 비행 시간(ToF)을 기초로 상기 대상체까지의 거리를 계산하고, 상기 대상체의 위치 및 형상 분석을 위한 데이터 처리를 수행하는 라이다 장치.
  10. 라이다 장치의 동작 방법에 있어서,
    복수의 광원들에서 생성된 광들을 대상체를 향해 조사하는 단계;
    상기 대상체를 향해 조사된 광들의 반사광들을 복수의 광 검출 요소들을 통해 검출하는 단계;
    상기 복수의 광 검출 요소들 중 어느 하나의 광 검출 요소가 검출한 제1 검출 정보를 기초로, 나머지 광 검출 요소들 중 적어도 하나에 의해 검출된 제2 검출 정보에서 크로스토크를 제거하는 단계; 및
    상기 크로스토크가 제거된 검출 정보를 이용하여 상기 대상체에 대한 정보를 획득하는 단계;를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는
    제1 광 검출 요소를 이용하여, 상기 복수의 광원들 중 어느 하나인 제1 광원에서 상기 대상체를 향해 조사한 제1 광을 제1 경로를 통해 수신하여 제1 광에 대한 상기 제1 검출 정보를 출력하는 단계;
    제2 광 검출 요소를 이용하여, 상기 제1 광원과 상이한 제2 광원에서 상기 대상체를 향해 조사한 제2 광을 제2 경로를 통해 수신하는 단계;를 포함하고,
    상기 크로스토크는
    상기 제1 광원으로부터 상기 대상체를 향해 조사된 상기 제1 광이 상기 제1 경로와 상이한 제3 경로를 통해 상기 제2 광 검출 요소에 더 수신됨으로써 발생되고,
    상기 크로스토크가 발생한 경우, 상기 제2 광 검출 요소를 이용하여, 상기 제1 광 및 상기 제2 광에 대한 상기 제2 검출 정보를 출력하는 단계;를 더 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는
    상기 제1 광 검출 요소가 출력한 상기 제1 검출 정보를 펄스파 형태의 제1 펄스 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 제2 광 검출 요소가 출력한 상기 제2 검출 정보를 펄스파 형태의 제2 펄스 신호로 변환하는 단계;를 더 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제거하는 단계는
    상기 제1 광 검출 요소가 검출한 상기 제1 광의 제1 수신 시점 및 상기 제2 광 검출 요소가 검출한 상기 제1 광의 제2 수신 시점 중 앞선 시점을 상기 크로스토크의 제거 개시 시점으로 결정하는 단계; 및
    상기 제2 펄스 신호에 포함된 펄스들 중에서 상기 제거 개시 시점부터 기설정된 마스킹(masking) 펄스폭에 사이에 위치하는 펄스를 제거하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 마스킹 펄스폭은
    상기 제1 광 및 상기 제2 광의 펄스 폭보다 크게 설정되는 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 획득하는 단계는
    상기 복수의 광 검출 요소들 각각에서 검출한 광들의 비행 시간(ToF)을 카운트하는 단계;를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 획득하는 단계는
    상기 비행 시간(ToF)을 기초로 상기 대상체까지의 거리 연산하고, 상기 대상체의 위치 및 형상 분석을 위한 데이터 처리를 수행하는 단계;를 더 포함하는 방법.
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