KR101511269B1 - Distance measuring method and apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 거리 측정 방법 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 거리 측정 방법은 광 펄스가 조사된 때부터 조사된 광 펄스가 수신될 때까지의 클럭 펄스의 개수를 카운팅하고, 광 펄스가 수신된 때부터 수신된 광 펄스와 클럭 펄스가 중첩될 때까지의 클럭 펄스의 개수를 카운팅하여, 카운팅된 클럭 펄스들의 개수를 이용하여 대상 물체와의 거리를 계산함으로써 낮은 주파수를 가진 광원을 이용하여 대상 물체와의 거리를 높은 정밀도로 측정할 수 있어서 비용을 절감하고, 소비 전력을 줄일 수 있다.A distance measuring method according to the present invention includes counting the number of clock pulses from when an optical pulse is irradiated to when an irradiated optical pulse is received, Counts the number of clock pulses from the time when the optical pulse and the clock pulse are received to the time when the received optical pulse and the clock pulse are overlapped and calculates the distance to the target object by using the counted number of clock pulses, Can be measured with high accuracy, thereby reducing cost and reducing power consumption.
Description
본 발명은 거리 측정 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 거리를 측정하고자 하는 대상 물체에 광원을 조사하여 이 대상 물체에 반사되어 되돌아 온 광원의 왕복 주행 시간을 이용하여 대상 물체와의 거리를 측정하는 거리 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a distance measuring method and apparatus, and more particularly to a distance measuring method and apparatus for measuring a distance to a target object by irradiating a light source on a target object to measure the distance and using the round trip travel time of the light source reflected by the target object, Measuring method and apparatus.
일반적으로 물체와의 거리를 측정하기 위해, 거리를 측정하고자 하는 물체에 광원을 조사한 후, 이 광원이 물체에 반사되어 되돌아 온 광원의 왕복 시간을 측정하고, 이 왕복 시간을 이용하여 물체와의 거리를 계산하는 방법이 사용되고 있다. 이 경우, 왕복 시간을 2로 나누어 광원의 물체에의 도달 시간을 계산하고, 이 도달 시간에 광원의 속도 즉, 빛의 속도를 곱함으로써 물체와의 거리를 계산할 수 있다. 이때, 빛의 속도는 3×108의 상수이므로 물체와의 거리를 정확히 계산하기 위해서는, 왕복 시간을 정확히 측정하는 것이 아주 중요하다.Generally, in order to measure the distance to an object, a light source is irradiated to an object to be measured, and then the light source is reflected by the object to measure the reciprocating time of the light source. Is used. In this case, the distance to the object can be calculated by dividing the round trip time by 2, calculating the arrival time of the light source to the object, and multiplying the arrival time by the speed of the light source, that is, the speed of light. At this time, since the speed of light is a constant of 3 × 108, it is very important to accurately measure the round trip time in order to accurately calculate the distance to the object.
이때, 왕복 시간을 계산하기 위해, Robert Lange and Peter Seits, "Solid-State Time-of-Flight Range Camera", IEEE Journal of quantum electronics, Vol. 37, No.3, pp.390-397, March 2001 에 기재되어 있는 방법과 같이, 조사시의 광원의 위상과 물체에 반사되어 되돌아 온 광원의 위상의 차이를 이용할 수 있다. 그런데, 이러한 위상 차이로부터 왕복 시간을 계산하는 방법은 위상 차이는 360 도를 주기로 반복되므로 그 위상 차이가 360 도 이상이 되는 거리에 있는 물체에 대해서는 정확한 왕복 시간을 측정할 수 없는 문제점이 있었다.In order to calculate the round trip time, Robert Lange and Peter Seits, "Solid-State Time-of-Flight Range Camera ", IEEE Journal of quantum electronics, Vol. 37, No. 3, pp. 390-397, March 2001, the difference between the phase of the light source at the time of irradiation and the phase of the light source reflected back to the object can be used. However, the method of calculating the round trip time from the phase difference has a problem that the accurate round trip time can not be measured for an object whose phase difference is 360 degrees or more since the phase difference is repeated at intervals of 360 degrees.
이에 반해, 미국 공개 특허 US 2006-353229 에 의하면, 고해상도 타이밍 회로(TDC:Time to Digital Converter)라는 왕복 시간 측정 장치를 이용하여 광원의 왕복 시간을 측정하기 때문에 물체와의 거리의 제약을 받지 않는다. 이때, 고해상도 타이밍 회로는 광원이 조사된 시점부터 광원이 되돌아 오는 시점까지 동안의 펄스의 개수를 카운팅하여 왕복 시간을 측정한다. 그런데, 이러한 고해상도 타이밍 회로가 왕복 시간의 정확한 측정을 위해서는 이 펄스의 길이가 극히 짧아야 하며 따라서, 이 펄스는 아주 높은 주파수를 가져야 한다. 예를 들면, 거리의 1mm의 정밀도를 위해서는 수백 기가 헤르쯔의 주파수를 가지는 펄스가 사용되어야 한다. 즉, 이 경우에는 거리 측정의 정밀도를 높이기 위해서는 높은 주파수의 펄스를 이용하는 고해상도 타이밍 회로가 필요하며, 높은 전력이 요구되는 문제점이 있었다.On the other hand, according to US-A-2006-353229, a round trip time measuring device called a time-to-digital converter (TDC) is used to measure the round trip time of a light source. At this time, the high-resolution timing circuit measures the round trip time by counting the number of pulses from the point of time when the light source is irradiated to the point of time when the light source returns. However, in order for this high-resolution timing circuit to accurately measure the round trip time, the length of this pulse must be extremely short and therefore this pulse must have a very high frequency. For example, a pulse with a frequency of hundreds of gigahertz should be used for 1 mm of distance accuracy. That is, in this case, a high-resolution timing circuit using a high-frequency pulse is required to increase the accuracy of distance measurement, and high power is required.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 거리를 측정하고자 하는 물체와의 거리의 제약을 받지 않고 낮은 주파수를 가진 클럭 펄스를 사용하면서도 높은 정밀도로 대상 물체와의 거리를 계산할 수 있게 하는 거리 측정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a distance measuring method and apparatus which can calculate a distance to a target object with high precision while using a clock pulse having a low frequency without being restricted by a distance to an object to be measured .
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 거리 측정 방법은 대상 물체에 제 1 펄스가 조사된 때부터 상기 조사된 제 1 펄스가 수신된 때까지의 제 2 펄스의 개수를 카운팅하는 단계; 상기 제 1 펄스가 수신된 때부터 상기 수신된 제 1 펄스와 상기 제 2 펄스가 중첩될 때까지의 상기 제 1 펄스의 개수를 카운팅하는 단계; 및 상기 카운팅된 제 1 펄스의 개수들을 이용하여 상기 대상 물체와의 거리를 계산하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a distance measuring method including counting a number of second pulses from a time when a first pulse is irradiated to an object to a time when the first pulse is received; Counting the number of the first pulses from when the first pulse is received until the received first pulse overlaps with the second pulse; And calculating a distance to the object using the counted number of the first pulses.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상기된 거리 측정 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for causing a computer to execute the distance measuring method.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 거리 측정 장치는 대상 물체에 제 1 펄스가 조사된 때부터 상기 조사된 제 1 펄스가 수신된 때까지의 제 2 펄스의 개수를 카운팅하는 제 1 카운터부; 상기 제 1 펄스가 수신된 때부터 상기 수신된 제 1 펄스와 상기 제 2 펄스가 중첩될 때까지의 상기 제 1 펄스의 개수를 카운팅하는 제 2 카운터부; 및 상기 카운팅된 제 1 펄스의 개수들을 이용하여 상기 대상 물체와의 거리를 계산하는 거리 계산부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a distance measuring apparatus including a first counter for counting the number of second pulses from a time when a first pulse is applied to an object to a time when the first pulse is received; A second counter for counting the number of the first pulses from when the first pulse is received until the received first pulse overlaps with the second pulse; And a distance calculator calculating distances to the object using the number of the counted first pulses.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 거리 측정 방법은 광 펄스가 대상 물체에 조사된 때부터 광 펄스가 수신된 때까지의 클럭 펄스의 개수를 카운팅하여 광 펄스의 왕복 시간 중 거시적 시간을 구하는 외에, 광 펄스가 수신된 때부터 광 펄스와 클럭 펄스가 중첩될 때까지의 클럭 펄스의 개수를 카운팅하여 광 펄스의 왕복 시간 중 미시적 시간을 구함으로써 정확한 광 펄스의 왕복 시간 측정이 가능하여 낮은 주파수를 가진 클럭 펄스를 사용하면서도 높은 정밀도로 대상 물체와의 거리를 계산할 수 있게 함으로써 적은 비용과 적은 소비 전력을 들여서 높은 정밀도로 거리를 측정할 수 있게 하는 효과가 있다.As described above, in the distance measuring method according to the present invention, the number of clock pulses from when the optical pulse is irradiated to the object to when the optical pulse is received is counted to obtain the macroscopic time during the round trip time of the optical pulse, By counting the number of clock pulses from when the optical pulses are received until the optical pulses and the clock pulses are superimposed, it is possible to accurately measure the round trip time of the optical pulses by obtaining the microscopic time during the round trip time of the optical pulses, It is possible to calculate the distance to a target object with high accuracy while using a clock pulse, so that it is possible to measure the distance with a high accuracy with a low cost and a low power consumption.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 2는 시간에 따라 수광부(130)의 픽셀에 충전되는 전하량의 변화를 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 거시적 시간과 미시적 시간을 계산하는 방법을 설명하기 위해, 광 펄스와 클럭 펄스를 도시한 것이다.
도 4는 본 실시예에 따른 거리 측정 장치에 의해 측정 거리의 정밀도가 향상되는 정도를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 광 펄스의 주파수와 클럭 펄스의 주파수 간의 차이가 큰 경우와 작은 경우에 각각 픽셀 내의 전하량이 최대가 되는 시점을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 방법을 흐름도로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 PmS가 절반값보다 큰 경우와 작은 경우의 광 펄스와 클럭 펄스를 도시한 것이다.
도 9는 발명의 다른 일 실시예에 따른 거리 측정 방법을 흐름도로 도시한 것이다.1 is a block diagram illustrating a configuration of a distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 shows a change in the amount of charge charged in the pixels of the
Figures 3A and 3B illustrate optical pulses and clock pulses, respectively, to illustrate a method of calculating macroscopic and microscopic time.
4 is a diagram for explaining the degree to which the accuracy of the measurement distance is improved by the distance measuring apparatus according to the present embodiment.
FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining a point in time when a charge amount in a pixel becomes maximum when the difference between the frequency of the optical pulse and the frequency of the clock pulse is large and small, respectively.
6 is a flowchart illustrating a distance measuring method according to an embodiment of the present invention.
7 is a block diagram illustrating a configuration of a distance measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIGS. 8A and 8B show optical pulses and clock pulses, respectively, when PmS is greater than or equal to a half value.
FIG. 9 is a flowchart illustrating a distance measuring method according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 구성을 블록도로 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 거리 측정 장치는 클럭 펄스 발생부(110), 광 펄스 조사부(120), 수광부(130), 제 1 카운터부(140), 검사부(150), 제 2 카운터부(160) 및 거리 계산부(170)로 구성되며, 거리 계산부(170)는 거시적 시간 계산 모듈(172), 미시적 시간 계산 모듈(174) 및 거리 계산 모듈(176)로 구성된다. 그리고, 본 실시예에서 펄스가 Low에서 High로 갔다가 다시 Low로 돌아갈 때까지를 한 개의 펄스라 한다.1 is a block diagram illustrating a configuration of a distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. 1, the distance measuring apparatus according to the present embodiment includes a clock
클럭 펄스 발생부(110)는 일정한 주파수를 갖는 클럭 펄스를 발생시킨다. 이렇게 발생된 클럭 펄스는 제 1 카운터부(130)와 제 2 카운터부(150)에 의해 카운팅되며, 광 펄스의 왕복 시간을 측정하는 데 사용된다.The
광 펄스 조사부(120)는 클럭 펄스 발생부(110)에 의해 발생된 클럭 펄스가 상승하는 시점에, 거리를 측정하고자 하는 대상 물체에 일정한 주파수를 갖는 광 펄스를 조사한다. 이때, 광 펄스의 주파수는 클럭 펄스 발생부(110)에 의해 발생된 클럭 펄스의 주파수와의 주파수 차이가 매우 작은 것이 바람직하다. 그 이유는 다음에 설명하기로 한다.The optical
수광부(130)는 광 펄스 조사부(120)에 의해 조사된 광 펄스가 대상 물체에 반사되어 되돌아온 경우, 이 되돌아온 광 펄스를 수신한다. 이때, 도 3a에 도시된 바와 같이, 광 펄스가 수신된 시점을 시점 2라 하고, 광 펄스가 수신되는 시점 바로 직전의 클럭 펄스가 상승하는 시점을 시점 1이라고 한다.The
이러한 수광부(130)에는 광이 수신되면 전하를 축적하는 픽셀들이 있는데, 이 픽셀들에 게이트나 스위치 등을 설치함으로써, 클럭 펄스 발생부(110)에 의해 발생된 클럭 펄스가 High 이면 이 게이트를 열어 수신된 광을 통과시킴으로써 픽셀에 전하가 축적되게 하고, 반대로 클럭 펄스가 Low 이면 이 게이트를 닫아 수신된 광을 통과시키지 않음으로써 픽셀에 전하가 축적되지 않게 한다.When a clock pulse generated by the
제 1 카운터부(140)는 광 펄스 조사부(120)에 의해 광 펄스가 조사된 시점부터 수광부(130)에 의해 광 펄스가 수신된 시점까지의 기간 동안에, 클럭 펄스 발생부(110)에 의해 발생된 클럭 펄스의 개수를 카운팅한다. 이때, 카운팅된 클럭 펄스의 개수를 n 이라고 한다.The
검사부(150)는 클럭 펄스 발생부(110)의 의해 발생된 클럭 펄스와 수광부(130)에 의해 수신된 광 펄스가 중첩되는지 여부를 검사한다. 검사부(150)는 이 두 펄스가 중첩되는지 여부를 이 두 펄스가 상승하는 시점이 일치하는지 여부를 판단함으로써 검사할 수 있다. 이때, 이 두 펄스가 상승하는 시점이 일치하는 때를 시점 3이라고 한다.The checking
특히, 검사부(150)는 도 2에 도시된 바와 같이, 수광부(130)에 축적된 전하량을 체크하여, 축전된 전하량이 최대인 시점이 이 두 펄스가 상승하는 시점이 일치하는 것으로 시점으로 할 수 있다. 이는, 수광부(130)는 클럭 펄스와 광 펄스가 모두 High 인 경우에 전하를 축적하므로, 이 두 펄스가 상승하는 시점이 일치하는 경우에 축적된 전하량이 최대가 되기 때문이다. 이를 위해, 이 두 펄스를 High 상태를 유지하는 시간이 동일하도록 하는 것이 바람직하다.In particular, as shown in FIG. 2, the
제 2 카운터부(160)는 수광부(130)에 의해 광 펄스가 수신된 시점부터 검사부(150)의 검사 결과에 따라 클럭 펄스와 광 펄스가 중첩되는 시점까지의 기간 동안에, 클럭 펄스 발생부(110)에 의해 발생된 클럭 펄스의 개수 및 수광부(130)에 의해 수신된 광 펄스의 개수를 카운팅한다. 이때, 카운팅된 클럭 펄스의 개수를 ns 라고 하고, 카운팅된 광 펄스의 개수를 nl이라 한다.The
거리 계산부(170)는 제 1 카운터부(140)에 의해 카운팅된 클럭 펄스의 개수 n, 제 2 카운터부(160)에 의해 카운팅된 클럭 펄스의 개수 ns 및 광 펄스의 개수 nl 을 이용하여 광 펄스의 왕복 시간을 계산하고, 여기에 빛의 속도를 곱하고 2로 나눔으로써 거리 측정 장치와 대상 물체와의 거리 D를 계산한다. 이때의 광 펄스의 왕복 시간은 도 3a에 도시된 바와 같이 광 펄스 조사 시점부터 시점 2까지의 시간이다.The distance calculator 170 calculates the distance d2 by using the number n of clock pulses counted by the
그런데, 종래의 발명에서는 단지 클럭 펄스의 개수만을 카운팅하여 광 펄스의 왕복 시간을 계산함으로 인해, 광 펄스의 왕복 시간을 광 펄스의 조사 시점부터 시점 1까지의 시간으로 하여 계산함으로써 왕복 시간의 정확도가 떨어지게 되고, 이 정밀도를 향상시키기 위해서 클럭 펄스의 주파수로 아주 큰 주파수를 사용하였다. 이에 반해, 본 실시예에서는 광 펄스의 왕복 시간을 광 펄스 조사 시점부터 시점 1까지의 시간인 거시적 시간 M을 계산하는 것 이외에, 시점 1부터 시점 2까지의 시간인 미시적 시간 R을 계산함으로써 클럭 펄스의 주파수를 높이지 않아도 매우 정확하게 광 펄스의 왕복 시간을 계산할 수 있다.However, in the conventional invention, since only the number of clock pulses is counted to calculate the round trip time of the optical pulse, the round trip time of the optical pulse is calculated as the time from the irradiation point of the optical pulse to the
먼저, 거시적 시간 계산 모듈(172)은 도 3a에 도시된 바와 같이 광 펄스의 조사 시점부터 시점 1까지의 시간인 거시적 시간을 계산한다. 이를 위해, 거시적 계산 계산 모듈(172)은 제 1 카운터부(140)에 의해 카운팅된 클럭 펄스의 개수 n에 클럭 펄스의 주기 S를 곱함으로써 거시적 시간 M을 계산한다. 즉, 거시적 시간 계산 모듈(172)은 M = n× S 의 연산을 수행함으로써 거시적 시간을 계산한다.First, the macroscopic
다음으로, 미시적 시간 계산 모듈(174)은 시점 1부터 시점 2까지의 시간인 미시적 시간을 계산한다. 그런데, 시점 1부터 시점 2까지의 시간인 미시적 시간은 도 3b에 도시된 바와 같이, 시점 1부터 시점 3까지의 시간과 시점 2부터 시점 3가지의 시간의 차이에 해당한다. 그리고, 시점 1부터 시점 3까지의 시간은 클럭 펄스의 개수 ns 와 클럭 펄스의 주기 S 와의 곱과 같고, 시점 2부터 시점 3까지 시간은 광 펄스의 개수 nl 과 광 펄스의 주기 L 의 곱과 같다. 따라서, 미시적 시간 계산 모듈(174)은 클럭 펄스의 개수 ns 에 클럭 펄스의 주기 S 를 곱한 값에서, 광 펄스의 개수 nl 에 광 펄스의 주기 L 을 곱한 값을 뺌으로서 미시적 시간 R을 계산한다. 즉, 미시적 시간 계산 모듈(174)은 R = ns × S - nl × L 연산을 수행함으로써 미시적 시간을 계산한다.Next, the microcomputer
마지막으로, 거리 계산 모듈(176)은 거시적 시간 계산 모듈(172)에 의해 계산된 거시적 시간 M과 미시적 시간 계산 모듈(174)에 의해 계산된 미시적 시간 R을 가산함으로써 광 펄스의 왕복 시간을 계산하고, 이 광 펄스의 왕복 시간에 빛의 속도인 c를 곱하고 2로 나눔으로써, 거리 측정 장치와 대상 물체와의 거리 D를 계산한다. 즉, 거시 계산 모듈은 D = ½ × c× {M + R} 연산을 수행함으로써 대상 물체와의 거리를 계산한다.Finally, the distance calculation module 176 calculates the round trip time of the optical pulse by adding the macroscopic time M calculated by the macroscopic
본 실시예에 따른 거리 측정 장치에 의해 어느 정도로 측정 거리의 정밀도가 향상될 수 있는지를 다음과 같이 설명한다.How the accuracy of the measurement distance can be improved by the distance measuring apparatus according to the present embodiment will be described as follows.
예를 들어, 광 펄스의 주파수가 1㎒ 이고, 클럭 펄스의 주파수가 이와 유사한 1.000001㎒ 이라고 하자.For example, assume that the frequency of the optical pulse is 1 MHz and the frequency of the clock pulse is 1.000001 MHz.
만일, 광 펄스만을 이용한다면, 계산된 거리의 정밀도는 ½×광속×클럭 펄스의 주기이므로, ½×(3×108)×1/(1,000,001) = 150ｍ가 된다.If only optical pulses are used, the accuracy of the calculated distance is ½ × (light flux × clock pulse), so ½ × (3 × 108) × 1 / (1,000,001) = 150 m.
반면에, 클럭 펄스 이외에 수신되는 광 펄스도 이용하여 계산된 거리의 정밀도는 다음과 같다. 이 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 두 펄스 간의 차이들인 R, d1, d2, d3... 등은 점점 증가했다가 다시 감소하여, 시점 3에서 0이 되고, 시점 4에서 다시 최초의 차이와 같은 R 이 된다. 이 경우 시점 1에서 시점 4까지 동안에 발생한 클럭 펄스의 개수는 1,000,001이며, 광 펄스의 개수는 이보다 하나 적은 1,000,000 이다. 따라서, 거리 계산의 정밀도에 있어서 클럭 펄스 1 개의 시간을 1,000,000 으로 균등하게 나누어 측정하는 것과 같은 효과를 가져 온다. 즉, 이러한 광 펄스를 이용하면 정밀도가 150m/1,000,000 = 1.5㎜ 가 되어 단순히 클럭 펄스만을 이용할 때보다 백만 배 정도 정밀도가 향상된다. 이때, 1,000,000 과 같이 균등하게 나누는 수치를 균등 눈금 수라 한다.On the other hand, the accuracy of the distance calculated using the received optical pulse in addition to the clock pulse is as follows. In this case, as shown in FIG. 4, differences R, d1, d2, d3,... Between the two pulses gradually increase and then decrease again to become 0 at the time point 3, R is the same. In this case, the number of clock pulses generated from the
그런데, 본 실시예에서는 광 펄스 조사부(120)에 의해 조사된 광 펄스의 주파수와 클럭 펄스 발생부(110)에 의해 발생된 클럭 펄스는 다음의 2가지 조건을 만족하는 것이 바람직하다.In this embodiment, it is preferable that the frequency of the optical pulse irradiated by the optical
첫 번째 조건은, 광 펄스의 주파수와 클럭 펄스의 주파수 중 어느 하나의 주파수가 나머지 다른 하나의 주파수의 정수 배가 되어서는 안 된다는 것이다. 본 실시예에서는 클럭 펄스가 상승하는 시점과 광 펄스가 상승하는 시점이 일치하는 시점인 시점 3을 찾는 것이 요구되는데, 만일 어느 하나의 주파수가 나머지 다른 하나의 주파수의 정수 배가 된다면, 동시에 이 두 펄스가 상승하는 시점을 찾을 수 없기 때문이다.The first condition is that either the frequency of the optical pulse or the frequency of the clock pulse should not be an integral multiple of the other frequency. In this embodiment, it is required to find the time 3, which is the time point at which the rising edge of the clock pulse coincides with the rising edge of the optical pulse. If one of the frequencies becomes an integer multiple of the remaining one frequency, Is not able to find a time to rise.
두 번째 조건은, 광 펄스의 주파수와 클럭 펄스의 주파수간의 주파수 차이가 클럭 펄스의 주파수와 비교할 때 충분히 작아야 한다는 점이다. 만일, 이 두 주파수 간의 차이가 충분히 작지 않으면, 클럭 펄스가 상승하는 시점과 광 펄스가 상승하는 시점이 일치하는 시점인 시점 3을 찾는 데에 있어 어려움이 있기 때문이다. 예를 들면, 도 5의 첫 번째 그래프에 도시된 바와 같이 두 주파수 간의 차이가 충분히 작은 경우에는 픽셀 내의 전하량이 최대가 되는 시점을 쉽게 찾을 수 있지만, 도 5의 두 번째 그래프에 도시된 바와 같이 두 주파수 간의 차이가 큰 경우에는 픽셀 내의 전하량이 최대가 되는 시점을 쉽게 찾을 수 없는 문제가 발생한다.The second condition is that the frequency difference between the frequency of the optical pulse and the frequency of the clock pulse must be small enough to be compared with the frequency of the clock pulse. If the difference between the two frequencies is not sufficiently small, it is difficult to find the time 3, which is the time point at which the clock pulse rises and the rise time of the optical pulse coincide with each other. For example, as shown in the first graph of FIG. 5, when the difference between the two frequencies is sufficiently small, it is easy to find the point at which the amount of charge in the pixel becomes maximum. However, as shown in the second graph of FIG. 5, When the difference between the frequencies is large, the point at which the amount of charge in the pixel becomes maximum can not be easily found.
그리고, 이러한 두 번째 조건에 따라 광 펄스의 주파수로 클럭 펄스의 주파수보다 조금 작은 주파수를 사용하는 경우에는, 제 2 카운터부(160)에 의해 카운팅된 광 펄스 개수 nl은 클럭 펄스의 개수 ns보다 1 만큼 작으므로, 따로 nl을 카운트 할 필요가 없이, nl 대신에 ns-1 을 사용하여 미시적 시간 계산 모듈(172)이 미시적 시간을 계산하면 된다. 즉, 이를 이용하면, 미시적 시간 계산 모듈(174)은 미시적 거리 R을 R = ns × S - (ns-1) × L 으로 계산할 수 있고, 그 결과 거리 계산 모듈은 거리 D를 D = ½ × c × [n×S + {ns×S - (nl-1)×L}] 으로 계산할 수 있다.When the frequency of the optical pulse is slightly lower than the frequency of the clock pulse according to the second condition, the number of optical pulses nl counted by the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 방법을 흐름도로 도시한 것이다. 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 거리 측정 방법은 도 1에 도시된 거리 측정 장치에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 1에 도시된 거리 측정 장치에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시예에 따른 거리 측정 방법에도 적용된다.6 is a flowchart illustrating a distance measuring method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the distance measuring method according to the present embodiment is comprised of the steps of time-series processing in the distance measuring apparatus shown in FIG. Therefore, the contents described above with respect to the distance measuring apparatus shown in Fig. 1 also apply to the distance measuring method according to the present embodiment, even if omitted below.
610 단계에서 거리 측정 장치는 거리를 측정하고자 하는 대상 물체에 일정한 주파수를 갖는 광 펄스를 조사함과 동시에 클럭 펄스의 개수를 카운팅을 시작한다. 이때, 광 펄스의 주파수와 클럭 펄스의 주파수의 차이는 클럭 펄스의 주파수와 비교할 때 매우 작은 것이 바람직하다. 또한, 광 펄스의 주파수와 클럭 펄스의 주파수는 서로 비 정수배이어야 한다.In
620 단계에서 거리 측정 장치는 610 단계에서 조사된 광 펄스를 수신한다. 이때, 설명의 편의상 광 펄스가 수신되는 시점을 시점 2라고 하고, 광 펄스가 수신되는 시점의 바로 직전에 클럭 펄스가 상승하는 시점을 시점 1이라고 한다.In
630 단계에서 거리 측정 장치는 620 단계에서 광 펄스가 수신되면, 클럭 펄스의 개수 카운팅을 중단하고, 수신된 광 펄스의 개수 카운팅 및 클럭 펄스의 개수 카운팅을 시작한다. 이때, 중단 때까지 카운팅된 클럭 펄스의 개수를 n 이라고 한다.In
640 단계에서 거리 측정 장치는 클럭 펄스와 620 단계에서 수신된 광 펄스가 중첩되는지 여부를 검사한다. 이 경우, 두 펄스가 중첩되는지 여부를 이 두 펄스가 상승하는 시점이 일치하는지 여부를 판단함으로써 검사할 수 있다.In
650 단계에서 거리 측정 장치는 640 단계에서의 검사 결과 일치하지 않았다면, 계속해서 광 펄스의 개수 카운팅 및 클럭 펄스의 개수 카운팅을 진행한다.If the distance measurement apparatus does not match the check result in
660 단계에서 거리 측정 장치는 640 단계에서의 검사 결과 일치하였다면, 광 펄스의 개수 카운팅 및 클럭 펄스의 개수 카운팅을 중단한다. 이때, 중단 당시의 시점을 시점 3이라고 하고, 이때까지 카운팅된 클럭 펄스의 개수를 ns 라고 하고, 이때까지 카운팅된 광 펄스의 개수를 nl이라 한다.If it is determined in
670 단계에서 거리 측정 장치는 630 단계에 의한 클럭 펄스의 개수 n에 클럭 펄스의 주기 S를 곱함으로써 도 2a 에 도시된 바와 같이 대상 물체에 광 펄스가 조사된 시점부터 시점 1까지의 시간인 거시적 시간 M을 계산한다. 이를 수학식으로 표현하면, M = n × S 이다.In
680 단계에서 거리 측정 장치는 660 단계에 의한 클럭 펄스의 개수인 ns 와 광 펄스의 개수인 nl을 이용하여 시점 1에서 시점 2까지의 시간인 미시적 시간 R을 계산한다.In
680 단계에서 미시적 시간 R을 계산하는 방법은 도 2b를 참조하여 보다 상세히 설명한다. 우선, 미시적 시간 R은 시점 1부터 시점 3까지의 시간과 시점 2부터 시점 3까지의 시간 간의 차이와 같다. 그리고, 시점 1부터 시점 3까지의 시간은 클럭 펄스의 개수 ns 와 클럭 펄스의 주기 S 와의 곱과 같고, 시점 2부터 시점 3까지 시간은 광 펄스의 개수 nl 과 광 펄스의 주기 L 의 곱과 같다. 따라서, 미시적 시간 R은 클럭 펄스의 개수 ns 에 클럭 펄스의 주기 S 를 곱한 값에서, 광 펄스의 개수 nl 에 광 펄스의 주기 L 을 곱한 값을 뺀 값이다. 이를 수학식으로 표현하면, R = ns × S - nl × L 이다.The method of calculating the micro time R in
690 단계에서 거리 측정 장치는 670 단계에서 계산된 거시적 시간 M과 680 단계에서 계산된 미시적 시간 R을 가산함으로써 광 펄스의 왕복 주행 시간을 계산하고, 이 왕복 주행 시간에 광속 c를 곱하고 2로 나눔으로써 거리 측정 장치와 대상 물체 간의 거리 D를 계산한다. 이를 수학식으로 표현하면, D = ½ × c× {M + R} = ½ × c × {n×S + (ns×S - nl×L)} 이다.In
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 거리 측정 장치를 블록도로 도시한 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 광 펄스 조사부(710), 제 1 카운터부(720), 수광부(730), 검사부(740), 제 2 카운터부(750), 계산 방법 결정부(760), 제 1 거리 계산부(770) 및 제 2 거리 계산부(780)로 구성되며, 제 1 카운터부(720)와 제 2 카운터부(750)는 하나의 카운터부에 의해서도 구성될 수 있다.7 is a block diagram of a distance measuring apparatus according to another embodiment of the present invention. 7, the
광 펄스 조사부(710)는 클럭 펄스가 상승하는 시점에서 거리를 측정하고자 하는 대상 물체에 광 펄스를 조사한다.The optical
제 1 카운터부(720)는 광 펄스 조사부(710)에 의해 광 펄스가 조사된 시점부터 클럭 펄스가 상승하는 시점마다 하나씩 클럭 펄스에 대한 카운팅을 수행한다. 그리고, 제 1 카운터부(720)는 수광부(730)에서 광 펄스를 수신하여 픽셀에 전하가 발생되면, 클럭 펄스에 대한 카운팅을 중단한다. 이때, 중단 당시의 클럭 펄스에 대한 카운팅을 PM 이라 한다.The
수광부(730)는 대상 물체에 의해 반사되어 돌아온 광 펄스를 수신한다. 이때, 광 펄스가 수신되는 시점을 시점 2라고 하고, 광 펄스가 수신되는 시점의 바로 직전에 클럭 펄스가 상승하는 시점을 시점 1이라고 한다.The
검사부(740)는 클럭 펄스가 상승하는 시점과 수광부(730)를 통해 수신된 광 펄스가 상승하는 시점이 일치하는지 여부를 검사한다. 이때, 클럭 펄스가 상승하는 시점과 광 펄스가 상승하는 시점이 일치하는 시점을 시점 3이라고 한다. 특히, 검사부(740)는 수광부(730)의 픽셀에 축적된 전하량을 체크하여, 축적된 전하량이 최대인 경우에 이 두 펄스가 상승하는 시점이 일치하는 것으로 판단할 수 있다.The
제 2 카운터부(750)는 제 1 카운터부(720)가 카운팅을 중단한 후부터, 클럭 펄스가 상승하는 시점마다 하나씩 클럭 펄스에 대한 카운팅을 수행한다. 그리고, 제 2 카운터부(750)는 검사부(740)의 검사 결과에 따라, 수광부(730)의 픽셀에 축적된 전하량이 최대인 시점에서 한 펄스 더 카운팅하고 클럭 펄스에 대한 카운팅을 중단한다. 그 이유는, 수광부(730)에 축적된 전하량은 계속 증가하다가 감소하는데, 감소가 시작되기 바로 직전이 축적된 전하량이 최대인 때이므로, 제 2 카운터부(750)가 감소가 처음 시작될 때까지 카운팅하여야 검사부(740)가 최대인 시점을 알 수 있기 때문이다.The
검사부(740)가 실제로 수광부(730)의 픽셀에 축적된 전하량이 최대인 경우를 판단하기 위해서는, 제 2 카운터부(750)가 그 최대인 시점보다 한 펄스 더 카운팅할 때까지 기다려야 한다. 왜냐하면, It is necessary to wait until the
이때, 중단 당시의 클럭 펄스에 대한 카운팅을 PmS라고 하고, 카운팅의 중단 시점 At this time, the counting of the clock pulse at the time of interruption is referred to as PmS,
계산 방법 결정부(760)는 제 2 카운터부(750)에서 카운팅된 PmS가 균등 눈금의 수의 절반(이하, "절반값"이라 한다.)보다 큰 값인지 여부를 판단하고, 판단 결과 PmS가 절반값보다 크면 제 1 거리 계산부(770)가 거리를 계산할 수 있도록 하고, PmS가 절반값보다 크지 않으면 제 2 거리 계산부(780)가 거리를 계산할 수 있도록 한다.The calculation
제 1 거리 계산부(770)는 PmS가 절반값보다 큰 경우에, 거리 측정 장치와 대상 물체 간의 거리를 계산한다. 도 8a는 PmS가 절반값보다 큰 경우에 클럭 펄스와 광 펄스를 도시한 것으로서, 도 8a을 참조하여 제 1 거리 계산부(770)가 거리 측정 장치와 대상 물체 간의 거리를 계산하는 방법을 상세히 설명한다.The
제 1 거리 계산부(770)는 제 1 카운터부(720)에 의한 PM을 이용하여 거시적 시간 M을 계산하고, 제 2 카운터부(750)에 의한 PmS를 이용하여 거시적 시간을 보완하는 미시적 시간 R을 계산하여, 거시적 시간 M에 미시적 시간 R을 가산함으로써 광 펄스의 왕복 시간을 계산한 후, 이 왕복 시간에 광속 c 를 곱하고 2로 나눔으로써 거리 측정 장치로부터 대상 물체 간의 거리 D를 계산한다. 이때, 2로 나누는 것은 거리 측정 장치에서 대상 물체에 광 펄스가 도달하는 시간은 광 펄스의 왕복 시간의 절반이기 때문이다. 이를 수학식으로 표시하면 거리 D는, D = ½×c×(M+R) 와 같다.The
그리고, 제 1 거리 계산부(770)는 거시적 시간 M을 다음의 수학식을 통해 계산한다.Then, the
M = (PM-1)×SM = (PM-1) x S
거시적 시간 M은 대상 물체에 광 펄스가 조사된 시점부터 시점 1까지의 시간이다. 따라서, 거시적 시간 M은 광 펄스 조사 시점부터 시점 1까지의 클럭 펄스의 개수와 클럭 펄스의 주기 S를 곱한 값과 같다. 그리고, 이때의 광 펄스 조사 시점부터 시점 1까지의 클럭 펄스의 개수는 제 1 카운터부(720)에서 카운팅된 PM 에 1을 감산한 값과 같다. 여기서, PM에 1을 감산한 값과 같은 이유는, PM은 클럭 펄스가 상승하는 시점마다 카운팅된 값이므로, 실제 클럭 펄스의 개수보다 1 만큼 더 카운팅되었기 때문이다.The macroscopic time M is the time from when the optical pulse is irradiated to the object to the
그리고, 제 1 거리 계산부(770)은 미시적 시간 R을 다음의 수학식을 통해 계산한다.Then, the
R = (PmS-1)×S-(PmS-2)×L 이다.R = (PmS-1) xS- (PmS-2) xL.
미시적 시간 R은 시점 1부터 시점 3까지의 시간과 시점 2부터 시점 3까지의 시간 간의 차이이다. 그리고, 시점 1부터 시점 3까지의 시간은 이 기간 동안의 클럭 펄스의 개수와 클럭 펄스의 주기 S의 곱과 같다. 그리고, 이때의 클럭 펄스의 개수는 제 2 카운터부(750)에서 카운팅된 PmS에 1을 감산한 값과 같다. 여기서, PmS에 1을 감산한 값과 같은 이유는, 제 2 카운터부(750)는 수광부(730)의 픽셀에 축적된 전하량이 최대인 시점을 지나 한 펄스 더 카운팅한 것이므로, 실제 클럭 펄스의 개수보다 1 만큼 더 카운팅되었기 때문이다. 그리고 시점 2부터 시점 3까지의 시간은 이 기간 동안의 광 펄스의 개수와 광 펄스의 주기 L의 곱과 같은데, 광 펄스의 개수는 클럭 펄스의 개수보다 1 이 작으므로, PmS에 2를 감산한 값과 같다.The micro time R is the difference between the time from
따라서, 제 1 거리 계산부(770)는 다음의 수학식을 통해 거리 D를 계산한다.Accordingly, the
D=½×3×108×{(PM-1)×S + (PmS-1)×S - (PmS-2)×L)}D = ½ × 3 × 108 × (PM-1) × S + (PmS-1) × S - (PmS-2) × L)
제 2 거리 계산부(780)는 PmS가 절반값보다 크지 않은 경우에, 거리 측정 장치와 대상 물체 간의 거리를 계산한다. 도 8b는 PmS가 절반값보다 크지 않은 경우에 클럭 펄스와 광 펄스를 도시한 것으로서, 도 8b을 참조하여 제 2 거리 계산부(780)가 거리 측정 장치와 대상 물체 간의 거리를 계산하는 방법을 상세히 설명한다.The second distance calculator 780 calculates the distance between the distance measuring device and the object when PmS is not greater than the half value. 8B shows a clock pulse and an optical pulse when PmS is not larger than a half value. Referring to FIG. 8B, the second distance calculation unit 780 calculates the distance between the distance measurement apparatus and the object in detail Explain.
제 2 거리 계산부(780)도 제 1 거리 계산부(770)와 마찬가지로, 제 1 카운터부(720)에 의한 PM을 이용하여 거시적 시간 M을 계산하고, 제 2 카운터부(750)에 의한 PmS를 이용하여 미시적 시간 R을 계산하여, 거시적 시간에 미시적 시간을 가산함으로써 광 펄스의 왕복 시간을 계산한 후, 이 왕복 시간에 광속 c 를 곱하고 2로 나눔으로써 거리 측정 장치와 대상 물체 간의 거리 D를 계산한다. 그런데, 제 2 거리 계산부(780)는 제 1 거리 계산부(770)에서 거시적 M과 미시적 시간 R을 계산하는 방법과 약간 다른 방법으로 이들을 계산한다.Similarly to the first
먼저, 제 2 거리 계산부(780)는 거시적 시간 M을 다음의 수학식을 통해 계산한다.First, the second distance calculator 780 calculates the macroscopic time M using the following equation.
M = (PM-2)×S M = (PM-2) x S
거시적 시간 M은 대상 물체에 광 펄스가 조사된 시점부터 시점 1까지의 시간이다. 따라서, 거시적 시간 M은 광 펄스 조사 시점부터 시점 1까지의 클럭 펄스의 개수와 클럭 펄스의 주기 S를 곱한 값과 같다. 그런데, 광 펄스 조사 시점부터 시점 1까지의 클럭 펄스의 개수는 제 1 카운터부(720)에서 카운팅된 PM에 2를 감산한 값과 같다. 여기서, PM에 2를 감산한 것 값과 같은 이유는, PM은 픽셀에 전하가 발생할 때까지 카운팅된 값이므로, 시점 1까지 카운팅보다 하나 더 많이 카운팅되었으므로 1 을 감산해야 하고, PM은 클럭 펄스가 상승하는 시점마다 카운팅된 값이므로, 실제 클럭 펄스의 개수보다 1 만큼 더 카운팅 되었기 때문에 또 1을 감산해야 하기 때문이다.The macroscopic time M is the time from when the optical pulse is irradiated to the object to the
그리고, 제 2 거리 계산부(780)은 미시적 시간 R을 다음의 수학식을 통해 계산한다.The second distance calculator 780 calculates the micro time R using the following equation.
R = (PmS)×S-(PmS-1)×L R = (PmS) 占 S- (PmS-1) 占 L
미시적 시간 R은 시점 1부터 시점 3까지의 시간과 시점 2부터 시점 3까지의 시간 간의 차이이다. 그리고, 시점 1부터 시점 3까지의 시간은 이 기간 동안의 클럭 펄스의 개수와 클럭 펄스의 주기 S의 곱과 같고, 이때의 클럭 펄스의 개수는 제 2 카운터부(750)에서 카운팅된 PmS 와 같다.The micro time R is the difference between the time from
이는, PmS는 시점 1보다 한 펄스 늦게 카운팅을 시작하므로 PmS에 1을 가산해야 하기 때문이다. 또, 제 2 카운터부(750)는 수광부(730)의 픽셀에 축적된 전하량이 최대인 시점을 지나 한 펄스 더 카운팅한 것이므로, 실제 클럭 펄스의 개수보다 1 만큼 더 카운팅되었기 때문에 1을 감산해야 하기 때문이다. 결국, PmS에 1을 가산하고, 1을 감산해야 하므로, PmS와 같아진다.This is because PmS starts counting one pulse later than the
그리고, 시점 2부터 시점 3까지의 시간은 이 기간 동안의 광 펄스의 개수와 광 펄스의 주기 L의 곱과 같고, 이때의 광 펄스의 개수는 클럭 펄스의 개수보다 1 이 작으므로, PmS에 1을 감산한 값과 같다.The time from
따라서, 제 2 거리 계산부(780)는 다음의 수학식을 통해 거리 D를 계산한다.Accordingly, the second distance calculator 780 calculates the distance D through the following equation.
D=½×3×108×{(PM-1)×S + (PmS)×S - (PmS-1)×L)}D = ½ × 3 × 108 × (PM-1) × S + (PmS) × S - (PmS-1) × L)
도 9는 발명의 다른 일 실시예에 따른 거리 측정 방법을 흐름도로 도시한 것이다. 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 거리 측정 방법은 도 7에 도시된 거리 측정 장치에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 7에 도시된 거리 측정 장치에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시예에 따른 거리 측정 방법에도 적용된다.FIG. 9 is a flowchart illustrating a distance measuring method according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9, the distance measuring method according to the present embodiment is comprised of the steps of time-series processing in the distance measuring apparatus shown in FIG. Therefore, even if omitted in the following description, the contents described above with respect to the distance measuring apparatus shown in Fig. 7 also apply to the distance measuring method according to the present embodiment.
도 9를 참조하면, 910 단계에서 거리 측정 장치는 클럭 펄스가 상승하는 시점에 거리를 측정하고자 하는 대상 물체에 광 펄스를 조사한다. 그리고, 클럭 펄스가 상승하는 시점마다 하나씩 클럭 펄스에 대한 카운팅을 수행한다. 그리고, 거리 측정 장치의 센서 내에 광을 수신하는 각 픽셀에 게이트 전극을 설치하여, 센서의 클럭 펄스가 High 이면 게이트를 열어 수신된 광을 통과시키고, 반대로 센서의 클럭 펄스가 Low 이면 게이트를 닫아 수신된 광을 통과시키지 않게 한다. 이러한 게이트를 설치하는 것은 도 2에서 설명한 바와 같이, 픽셀에 축전된 전하량이 최대인 시점을 이 두 펄스가 상승하는 시점이 일치하는 것으로 시점으로 하기 위해서이다.Referring to FIG. 9, in
920 단계에서 거리 측정 장치는 910 단계에서 조사된 광 펄스를 수신한다. 광 펄스는 거리 측정 장치에서 조사된 후, 대상 물체에 반사되어 다시 거리 측정 장치에 도달하므로, 거리 측정 장치와 대상 물체 간의 거리에 따른 시간이 경과하면 거리 측정 장치는 광 펄스를 수신하게 된다. 이때, 광 펄스가 수신되는 시점을 시점 2라고 하고, 광 펄스가 수신되는 시점의 바로 직전에 클럭 펄스가 상승하는 시점을 시점 1이라고 한다.In
930 단계에서 거리 측정 장치는 920 단계에서 광 펄스를 수신하여 센서 내의 픽셀에 전하가 발생되면, 클럭 펄스에 대한 카운팅을 중단한다. 이때, 중단 당시의 클럭 펄스의 카운팅을 편의상 PM 이라 한다. 그리고, 다시 처음부터 클럭 펄스가 상승하는 시점마다 하나씩 클럭 펄스에 대한 카운팅을 수행한다.In
940 단계에서 거리 측정 장치는 클럭 펄스가 상승하는 시점과 920 단계에서 수신된 광 펄스가 상승하는 시점이 일치하는지 여부를 검사한다. 이때에는, 도 2에서 설명한 바와 같이, 클럭 펄스와 광 펄스가 상승하는 시점이 일치할 때, 픽셀에 발생된 전하량이 최대라는 성질을 이용하여 그 일치 여부를 검사한다.In
950 단계에서 거리 측정 장치는 940 단계에서의 검사 결과 일치하지 않았다면, 계속해서 클럭 펄스가 상승하는 시점마다 하나씩 클럭 펄스에 대한 카운팅을 수행한다.If it is determined in
960 단계에서 거리 측정 장치는 940 단계에서의 검사 결과 일치하였다면, 클럭 펄스에 대한 카운팅을 중단한다. 이때, 중단 당시의 클럭 펄스의 카운팅을 편의상 PmS라고 하고, 카운팅의 중단 시점인 클럭 펄스가 상승하는 시점과 광 펄스가 상승하는 시점이 일치하는 시점을 시점 3이라고 하자.In
970 단계에서 거리 측정 장치는 930 단계에 의한 PM을 이용하여 거시적 시간 M을 계산하고, 960 단계에 의한 PmS를 이용하여 거시적 시간을 보완하는 미시적 시간 R을 계산하여, 거시적 시간에 미시적 시간을 가산함으로써 광 펄스의 왕복 주행 시간을 계산한 후, 이 왕복 주행 시간에 광속 c 를 곱하고 2로 나눔으로써 거리 측정 장치와 대상 물체 간의 거리 D를 계산한다. 이때, 2로 나누는 것은 거리 측정 장치에서 대상 물체에 광 펄스가 도달하는 시간은 계산된 왕복 주행 시간의 절반이기 때문이다. 이를 수학식으로 표시하면, 다음과 같다. D = ½×c×(M+R)In
그런데, 이러한 거시적 시간과 미시적 시간은, PmS가 절반값보다 큰 경우와 PmS가 절반값보다 작은 경우에 각각 다른 방법으로 계산해야 한다.However, these macroscopic and microscopic times must be calculated differently when PmS is greater than half value and when PmS is less than half value.
먼저, PmS가 절반값보다 큰 경우에 거시적 거리와 미시적 거리를 계산하는 방법을 설명한다.First, we explain how to calculate macroscopic and microscopic distances when PmS is greater than half the value.
거시적 시간 M은 대상 물체에 광 펄스가 조사된 시점부터 시점 1까지의 시간이다. 따라서, 거시적 시간 M은 광 펄스 조사 시점부터 시점 1까지의 클럭 펄스의 개수와 클럭 펄스의 주기를 곱한 값과 같다. 그런데, 광 펄스 조사 시점부터 시점 1까지의 클럭 펄스의 개수는 930 단계에서의 PM에 1을 감산한 값과 같다. 여기서, PM에 1을 감산한 값과 같은 이유는, PM은 클럭 펄스가 상승하는 시점마다 카운팅된 값이므로, 실제 클럭 펄스의 개수보다 1 만큼 큰 값이기 때문이다.The macroscopic time M is the time from when the optical pulse is irradiated to the object to the
따라서, 거시적 시간 M은 다음의 수학식을 통해 계산할 수 있다.Therefore, the macroscopic time M can be calculated by the following equation.
M = (PM-1)×SM = (PM-1) x S
그리고, 미시적 시간 R은 시점 1부터 시점 3까지의 시간과 시점 2부터 시점 3까지의 시간 간의 차이이다.The micro time R is the difference between the time from
그리고 시점 1부터 시점 3까지의 시간은 이 기간 동안의 클럭 펄스의 개수와 클럭 펄스의 주기 S의 곱과 같은데, 클럭 펄스의 개수는 960 단계의 PmS에 1을 감산한 값과 같다.The time from
그리고 시점 2부터 시점 3까지의 시간은 이 기간 동안의 광 펄스의 개수와 광 펄스의 주기 L의 곱과 같은데, 광 펄스의 개수는 클럭 펄스의 개수보다 1 이 작으므로, PmS에 2를 감산한 값과 같다.Since the number of optical pulses is one less than the number of clock pulses, the time from
따라서, 시점 1부터 시점 3까지의 시간과 시점 2부터 시점 3까지의 시간 간의 차이인 미시적 시간 R을 수학식으로 표현하면 R = (PmS-1)×S-(PmS-2)×L 이다.Accordingly, the micro time R, which is the time between the
따라서, 최종 거리 D는 다음의 수학식을 통해 계산할 수 있다.Therefore, the final distance D can be calculated by the following equation.
D=½×3×108×{(PM-1)×S + (PmS-1)×S - (PmS-2)×L)}D = ½ × 3 × 108 × (PM-1) × S + (PmS-1) × S - (PmS-2) × L)
다음으로, 먼저, PmS가 절반값보다 크지 않은 경우에 거시적 거리와 미시적 거리를 계산하는 방법을 설명한다.Next, first, a method of calculating the macroscopic distance and the microscopic distance when PmS is not greater than half value will be described.
거시적 시간 M은 대상 물체에 광 펄스가 조사된 시점부터 시점 1까지의 시간이다. 따라서, 거시적 시간 M은 광 펄스 조사 시점부터 시점 1까지의 클럭 펄스의 개수와 클럭 펄스의 주기를 곱한 값과 같다. 그런데, 광 펄스 조사 시점부터 시점 1까지의 클럭 펄스의 개수는 930 단계에서의 PM에 2를 감산한 값과 같다.The macroscopic time M is the time from when the optical pulse is irradiated to the object to the
따라서, 거시적 시간 M을 수학식으로 표현하면, M = (PM-2)×S 이다.Therefore, when the macroscopic time M is expressed by the following equation, M = (PM-2) xS.
그리고, 미시적 시간 R은 시점 1부터 시점 3까지의 시간과 시점 2부터 시점 3까지의 시간 간의 차이이다. 그리고 시점 1부터 시점 3까지의 시간은 이 기간 동안의 클럭 펄스의 개수와 클럭 펄스의 주기 S의 곱과 같은데, 클럭 펄스의 개수는 960 단계의 PmS 와 같다.The micro time R is the difference between the time from
그리고 시점 2부터 시점 3까지의 시간은 이 기간 동안의 광 펄스의 개수와 광 펄스의 주기 L의 곱과 같은데, 광 펄스의 개수는 클럭 펄스의 개수보다 1 이 작으므로, PmS에 1을 감산한 값과 같다.Since the number of optical pulses is one less than the number of clock pulses, the time from
따라서, 시점 1부터 시점 3까지의 시간과 시점 2부터 시점 3까지의 시간 간의 차이인 미시적 시간 R을 수학식으로 표현하면 R = (PmS)×S-(PmS-1)×L 이다.Accordingly, the micro time R, which is the difference between the time from the first time point to the third time point and the time from the second point of time to the third point of time, is R = (PmS) xS- (PmS-1) xL.
따라서, 최종 거리 D는 다음의 수학식을 통해 계산할 수 있다.Therefore, the final distance D can be calculated by the following equation.
D=½×3×108×{(PM-1)×S + (PmS)×S - (PmS-1)×L)}D = ½ × 3 × 108 × (PM-1) × S + (PmS) × S - (PmS-1) × L)
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The present invention can also be embodied as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the computer-readable recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and may be implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission via the Internet) . The computer readable recording medium may also be distributed over a networked computer system so that computer readable code can be stored and executed in a distributed manner.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
Claims (20)
상기 제 1 펄스를 수신함에 따라 획득되는 전하를 이용하여 상기 제 1 펄스의 수신 시점을 결정하는 단계;
상기 제 1 펄스의 조사 시점부터 상기 제 1 펄스의 수신 시점까지 제 2 펄스의 개수인 제 1 개수를 카운팅하는 단계;
상기 제 1 펄스의 수신 시점부터 상기 수신된 제 1 펄스와 상기 제 2 펄스가 중첩되는 시점인 중첩 시점까지 상기 제 2 펄스의 개수인 제 2 개수를 카운팅하는 단계; 및
상기 제 1 개수 및 상기 제 2 개수를 이용하여 상기 대상 물체까지의 거리를 결정하는 단계를 포함하는 거리 측정 방법.Irradiating a first pulse toward a target object;
Determining a reception time point of the first pulse by using the electric charge obtained as the first pulse is received;
Counting a first number of second pulses from an irradiation point of the first pulse to a reception point of the first pulse;
Counting a second number of the second pulses from a reception time point of the first pulse to an overlapping time point at which the received first pulse and the second pulse overlap; And
And determining a distance to the object using the first number and the second number.
상기 제 1 펄스의 조사 시점부터 상기 제 1 펄스의 수신 시점까지 제 2 펄스의 개수인 제 1 개수를 카운팅하는 단계;
상기 제 1 펄스를 수신함에 따라 획득되는 전하를 이용하여 상기 수신된 제 1 펄스와 상기 제 2 펄스가 중첩되는 시점인 중첩 시점을 결정하는 단계;
상기 제 1 펄스의 수신 시점부터 상기 중첩 시점까지 상기 제 2 펄스의 개수인 제 2 개수를 카운팅하는 단계; 및
상기 제 1 개수 및 상기 제 2 개수를 이용하여 상기 대상 물체까지의 거리를 결정하는 단계를 포함하는 거리 측정 방법.Irradiating a first pulse toward a target object;
Counting a first number of second pulses from an irradiation point of the first pulse to a reception point of the first pulse;
Determining an overlapping time, which is a time point at which the received first pulse and the second pulse overlap, using the electric charge obtained as the first pulse is received;
Counting a second number of the second pulses from the reception time of the first pulse to the overlapping time; And
And determining a distance to the object using the first number and the second number.
상기 중첩 시점을 결정하는 단계는
상기 수신된 제 1 펄스 및 상기 제 2 펄스에 의해 축적된 전하량을 이용하여 상기 중첩 시점을 결정하는 거리 측정 방법.The method of claim 3,
The step of determining the overlapping time
Wherein the overlapping time point is determined using the amount of charge accumulated by the received first pulse and the second pulse.
상기 중첩 시점은 상기 수신된 제 1 펄스 및 상기 제 2 펄스에 의해 축적된 전하량이 최대 축적 전하량에 대응되는 시점을 포함하는 거리 측정 방법.The method of claim 3,
Wherein the overlapping time point includes a time point at which the amount of charge accumulated by the received first pulse and the second pulse corresponds to the maximum accumulated charge amount.
상기 제 1 펄스와 상기 제 2 펄스의 파형은 구형파형이고,
상기 수신된 제 1 펄스 및 상기 제 2 펄스에 의해 축적된 전햐량은 상기 수신된 제 1 펄스 및 상기 제 2 펄스가 모두 하이(high) 상태일 때 축적되는 전하량인 거리 측정 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the waveforms of the first pulse and the second pulse are rectangular waveforms,
Wherein the amount of charge accumulated by the received first pulse and the second pulse is the amount of charge accumulated when the received first pulse and the received second pulse are both high.
상기 광 펄스의 조사 시점부터 상기 광 펄스의 수신 시점까지 상기 클럭 펄스의 개수인 제 1 개수를 카운팅하는 단계;
상기 광 펄스를 수신함에 따라 축적되는 전하를 이용하여 상기 수신된 광 펄스의 상승 시점을 결정하는 단계;
상기 광 펄스의 수신 시점부터 상기 수신된 광 펄스의 상승 시점과 상기 클럭 펄스의 상승 시점이 일치하는 시점까지 상기 클럭 펄스의 개수인 제 2 개수를 카운팅하는 단계; 및
상기 제 1 개수와 상기 제 2 개수를 이용하여 상기 대상 물체까지의 거리를 결정하는 단계를 포함하는 거리 측정 방법.Irradiating a light pulse toward a target object at a rising point of a clock pulse;
Counting a first number of the clock pulses from an irradiation point of the optical pulse to a reception point of the optical pulse;
Determining a rising time point of the received optical pulse using charge accumulated as the optical pulse is received;
Counting a second number of the clock pulses from a reception time point of the optical pulse until a time point at which the rising edge of the received optical pulse coincides with a rising point of the clock pulse; And
And determining a distance to the object using the first number and the second number.
상기 광 펄스를 수신한 때부터 클럭 펄스를 발생시키는 단계;
상기 광 펄스를 수신함에 따라 전하를 축적하는 픽셀을 포함하는 광 센서를 이용하여, 상기 광 펄스를 수신한 시점부터 상기 수신한 광 펄스와 상기 클럭 펄스가 중첩되는 시점까지 상기 수신한 광 펄스의 개수를 카운팅하는 단계; 및
상기 카운팅된 광 펄스의 개수를 이용하여 상기 대상물체까지의 거리를 결정하는 단계를 포함하는 거리 측정 방법.Counting the number of the optical pulses from the time when the optical pulse is irradiated to the object to the time when the optical pulse is received;
Generating a clock pulse from the time when the optical pulse is received;
And the number of the received optical pulses from the time when the optical pulse is received to the time when the received optical pulse and the clock pulse are superimposed by using an optical sensor including a pixel for accumulating electric charge upon receiving the optical pulse, ; And
And determining a distance to the object using the counted number of light pulses.
상기 제 1 펄스의 조사 시점부터 상기 제 1 펄스의 수신 시점까지 제 2 펄스의 개수인 제 1 개수를 카운팅하는 제 1 카운터부;
상기 수신된 제 1 펄스 및 상기 제 2 펄스에 의해 획득된 전하량을 이용하여 상기 수신된 제 1 펄스와 상기 제 2 펄스가 중첩되는 시점인 중첩 시점을 결정하고, 상기 제 1 펄스의 수신 시점부터 상기 중첩 시점까지 상기 제 2 펄스의 개수인 제 2 개수를 카운팅하는 제 2 카운터부; 및
상기 제 1 개수 및 상기 제 2 개수를 이용하여 상기 대상 물체까지의 거리를 결정하는 거리 결정부를 포함하는 거리 측정 장치.An irradiating unit for irradiating a first pulse toward a target object;
A first counter for counting a first number of second pulses from an irradiation point of the first pulse to a reception point of the first pulse;
Determining an overlapping time, which is a time point at which the received first pulse and the second pulse overlap, using the amount of charge obtained by the received first pulse and the second pulse, A second counter for counting a second number of the second pulses until the overlap time; And
And a distance determination unit that determines a distance to the object using the first number and the second number.
상기 중첩 시점은 상기 수신된 제 1 펄스 및 상기 제 2 펄스에 의해 축적된 전햐량이 최대 축적 전하량에 대응되는 시점을 포함하는 거리 측정 장치.14. The method of claim 13,
Wherein the overlapping time point includes a time point at which the amount of electric charge accumulated by the received first pulse and the second pulse corresponds to the maximum accumulated electric charge amount.
상기 제 1 카운터부와 상기 제 2 카운터부는 하나의 카운터부인 거리 측정 장치.14. The method of claim 13,
Wherein the first counter unit and the second counter unit are one counter unit.
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