KR102144539B1 - 거리 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 거리 측정 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는, 소정 폭의 펄스 형태로 광을 방사하기 위한 발광부; 상기 발광부가 방사하여 대상물로부터 반사되어 되돌아오는 반사광을 수신하기 위한 복수 개의 셀을 포함하는 수광부; 및 상기 복수 개의 셀 중 상기 반사광이 맺히는 하나 이상의 셀의 위치를 근거로 하는 제1 방법으로 대상물에 대한 제1 거리를 계산하는 동작 및 상기 반사광이 도달하는 시간을 근거로 하는 제2 방법으로 상기 대상물에 대한 제2 거리를 계산하는 동작 중 하나 이상을 수행하되 상기 제2 방법으로 계산한 제2 거리를 근거로 상기 제1 방법으로 계산한 제1 거리를 보정하기 위한 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, TOF 방식 거리 측정기에서 근거리 측정할 때 발생하는 포화 문제를 해결하고, 삼각 측량법을 따라 가까운 물체의 거리를 측정할 때 거리 측정 오차를 보상할 수 있게 된다

Description

거리 측정 장치 {Apparatus for measuring distance}
본 발명은 거리 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 삼각 측정 방식에 의해 측정되는 거리 오차를 TOF 방식으로 보상하는 거리 측정 장치에 관한 것이다.
거리를 측정하는 센서에는 적외선을 이용하는 적외선 센서, 초음파를 이용하는 초음파 센서, TOF 센서 등이 있다. 적외선 센서는 삼각 측량 원리에 따라 광원에서 방사한 적외선이 피측정물의 표면에서 반사되어 입력되는 접속 광을 수신하여 출력 전류로 수광점을 계산할 수 있는 PSD(Position Sensitive Detector)를 이용하여 거리를 측정할 수 있다. 초음파 센서는 센서가 발사한 초음파 펄스가 피측정물의 표면에서 반사되어 다시 센서로 되돌아올 때까지의 시간을 측정하여 측정 대상에 대한 거리를 측정할 수 있다.
TOF 센서는 매우 짧은 폭의 적외선 펄스를 방사하는 LED와 같은 광원과 물체에서 반사되는 반사광을 검출하기 위한 센서로 구성되는데, 광원에서 방사된 광이 물체에서 반사되어 센서로 돌아오는 시간을 측정하여 물체와의 거리를 식 d=c*tTOF/2(d는 물체와의 거리, c는 빛의 속도, tTOF는 광원에서 방사된 광이 물체에서 반사되어 센서로 돌아오는 시간)으로 계산할 수 있다. 하지만 빛의 속도가 너무 빨라 시간 tTOF를 측정하기 어렵기 때문에, 광원이 빛을 변조하여 방사하고 2개 이상의 위상을 이용하여 간접적으로 거리를 계산한다.
도 1은 TOF 방식으로 거리를 측정하는 원리를 도시한 것이다.
광원이 소정 폭(T0)의 펄스 형태로 광을 출사하면 소정 시간(Td)이 경과한 후 물체에서 반사되는 반사광이 센서에 도달한다. 센서는 광원이 출사한 펄스와 동기하여(Phase 1) 반사광을 검출할 뿐만 아니라 광원이 출사한 펄스와 180도 위상차를 갖고(Phase 2) 반사광도 검출하는데, 출사광과 동기하여 검출한 광량(Q1)과 출사광과 180도 위상차를 갖고 검출한 광량(Q2)을 근거로 물체와의 거리를 계산할 수 있다.
센서를 구성하는 셀은 두 개의 스위치(V1, V2)와 2개의 캐패시터(C1, C2), 및 반사광에 반응하여 전하를 발생시키는 다이오드로 구성될 수 있고, 스위치 S1과 S2는 각각 Phase 1과 Phase 2에 따라 동작하여 반사광에 반응하여 전하를 발생시키는 다이오드를 캐패시터 1과 2에 교번적으로 연결하고, 다이오드에서 발생한 전하가 캐패시터 1과 2에 전하량 Q1과 Q2로 저장되고, 이에 따라 캐패시터 C1과 C2의 전압 V1과 V2은 캐패시터에 쌓이는 전하량 Q1과 Q2에 비례하는 값이 된다. 이때, 물체와의 거리는 (1/2)*c*T0*V2/(V1+V2)에 비례하는 값으로 계산할 수 있다.
한편, TOF 방식으로 거리를 측정하는 거리 측정기는, 근거리를 측정할 때에는 센서를 구성하는 셀이 포화(saturation)되는 문제가 있을 수 있고, 원거리를 측정할 때에는 광량이 부족하게 되는 문제가 발생할 수 있다.
TOF 거리 측정기가 한 방향으로 나열된 복수 개의 셀로 구성된 센서를 이용하여 반사광이 맺히는 셀의 위치를 통해 물체와의 거리를 계산하는 삼각 측량법을 채용하여, TOF 방식의 거리 측정에서 근거리에서의 셀 포화 문제를 해결하는 시도가 있다.
하지만, 삼각 측량 방식에서는, 초기에 거리와 셀과의 관계에 대해 캘리브레이션 동작이 수행된 이후에 시간의 경과, 외부 충격, 환경 변화 등을 이유로 센서의 거리 특성이 변할 수가 있는데, 측정된 거리에 오차가 발생하더라도 이를 확인하기 어렵고 이를 보상할 수 있는 방법도 없고, 오차 문제를 해결하기 위해서는 전문가에 맡겨 거리계를 수리할 수 밖에 없다.
따라서, 본 발명은 이러한 상황을 반영하여 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 가까운 거리를 삼각 측량법에 의해 측량할 때 측정 오차를 보상할 수 있는 거리 측정 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는, 소정 폭의 펄스 형태로 광을 방사하기 위한 발광부; 상기 발광부가 방사하여 대상물로부터 반사되어 되돌아오는 반사광을 수신하기 위한 복수 개의 셀을 포함하는 수광부; 및 상기 복수 개의 셀 중 상기 반사광이 맺히는 하나 이상의 셀의 위치를 근거로 하는 제1 방법으로 대상물에 대한 제1 거리를 계산하는 동작 및 상기 반사광이 도달하는 시간을 근거로 하는 제2 방법으로 상기 대상물에 대한 제2 거리를 계산하는 동작 중 하나 이상을 수행하되 상기 제2 방법으로 계산한 제2 거리를 근거로 상기 제1 방법으로 계산한 제1 거리를 보정하기 위한 프로세서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 거리 측정 장치는 상기 제1 방법으로 상기 제1 거리를 계산하기 위한 기준 값을 저장하기 위한 메모리를 더 포함하여 구성되는 될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 제2 방법으로 계산한 제2 거리를 근거로 상기 메모리에 저장되는 상기 기준 값을 갱신할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 기준 값은 상기 대상물이 소정 거리에 있을 때 상기 반사광이 맺히는 하나 이상의 셀 중에서 하나를 가리킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 기준 값은 상기 하나 이상의 셀에 맺히는 반사광의 중심을 가리키도록 소수 값으로 표현될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 제2 방법으로 소정 값 이하로 측정되는 제2 거리를 근거로 상기 제1 방법으로 계산한 제1 거리를 보정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 복수 개의 셀 중에서 제1 셀 구간에서 상기 반사광이 검출될 때 상기 제2 방법으로 계산한 제2 거리를 근거로 상기 제1 방법으로 계산한 제1 거리를 보정하여 상기 대상물까지의 거리로 선택할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 복수 개의 셀 중에서 상기 제1 셀 구간 이외의 제2 셀 구간에서 상기 반사광이 검출될 때 상기 제2 방법으로 계산한 제2 거리를 상기 대상물까지의 거리로 선택할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 복수 개의 셀 중에서 상기 제2 셀 구간에서 상기 반사광이 검출될 때 상기 제1 방법으로 상기 제1 거리를 계산하는 동작을 수행하지 않고 상기 제2 방법으로 상기 제2 거리를 계산하는 동작만을 수행할 수 있다.
따라서, TOF 방식 거리 측정기에서 근거리 측정할 때 발생하는 포화 문제를 해결할 수 있게 된다.
또한, 삼각 측량법을 따라 가까운 물체의 거리를 측정할 때 거리 측정 오차를 보상할 수 있게 된다.
또한, 삼각 측량 방식에서 시간 경과에 따라 발생하는 거리 오차를 보상할 수 있게 되고, 고온이나 저온 등의 환경 변화에 따른 거리 오차를 보상할 수 있게 된다.
또한, 실시간으로 근거리 측정을 캘리브레이션 할 수 있게 된다.
도 1은 TOF 방식으로 거리를 측정하는 원리를 도시한 것이고,
도 2는 삼각 측량법을 이용하기 위하여 복수 개의 픽셀을 갖는 센서를 적용한 TOF 방식 거리 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이고,
도 3은 도 2의 TOF 거리 측정기에서 소정 거리를 경계로 거리 오차가 발생하는 것을 나타내는 그래프이고,
도 4는 본 발명이 적용되는 거리 측정 장치의 구성을 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 거리 오차를 보상하는 동작 흐름도를 도시한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 거리 측정 장치에 대한 실시예를 첨부하는 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
삼각 측량법은, 복수 개의 셀을 갖는 센서의 전기적 특성, 센서의 조정 특성, 광원과 센서 앞의 광학 렌즈 특성 등을 원인으로 셀과 거리 사이의 대응 관계가 일정하지 않게 되므로, 센서의 특성을 고려하여 미리 거리를 알고 있는 2점 이상을 선택하고 해당 점에 대해서 수광된 셀을 이용하여 거리 측정에 대한 캘리브레이션(Calibration)을 수행할 수 있다.
하지만, 이러한 초기 캘리브레이션을 마친 이후에는, 시간이 흐름에 따라 자연스러운 변화, 외부 충격, 환경 변화 등에 의해 센서에 맺히는 반사광의 셀 위치가 바뀌어 측정되는 거리 특성이 변할 수 있고, 이러한 거리 오차를 보상할 방법이 없다. 또한, 이러한 시간 경과에 따른 거리 오차가 커지더라도 오차가 발생하는 지를 확인하기 어렵고 거리 오차를 수리하는 방법도 복잡하다.
본 발명은, 삼각 측량법이 적용되는 센서 모듈이 시간 경과에 따른 특성 변화에 따라 거리 측정 오차가 발생하는 것을 보상하기 위한 것이다.
센서는 그 자체로는 수동 소자이기 대문에 특성이 변하더라도 이를 감지할 방법이 없다. 즉 명확한 특정 거리를 측정하여 계산 값이 다른 지 여부를 확인하는 것이 유일한 특성 변화를 검출하는 방법이다.
하지만, 특정 거리에 대한 캘리브레이션은 거리 측정 장치를 출하하기 전이나 평가할 때에만 한 번 수행되고 제품이 출시된 이후에는 별도로 수행되지 않기 때문에 출하 후 성능 보정을 할 기회가 없게 된다.
따라서, 본 발명에서는, TOF 방식의 거리 측정 장치가 삼각 측량이 가능하도록 복수 개의 셀을 갖는 센서를 장착하고, TOF 방식과 삼각 측량 방식의 데이터를 서로 보완하여 특정 거리에 대해 반사광이 맺히는 셀 위치를 관리하는데, 삼각 측량 방식으로 가까운 거리를 측정하여 TOF 방식의 단점을 보완하고, TOF 방식으로 시간의 경과에 따라 삼각 측량에 발생하는 오차 성분을 보상하여, 균일하고 정밀하게 거리를 측정할 수 있도록 한다.
TOF 방식은 반사광이 도달하는 시간을 측정하기 때문에, 거리 측정 장치 내에서의 센서의 물리적 위치나 특성 변화에 큰 영향을 받지 않게 된다. 따라서, 시간이 경과하더라도 TOF 방식에 의한 거리 측정에는 삼각 측량법보다 오차가 발생하지 않을 가능성이 높다.
도 2는 삼각 측량법을 이용하기 위하여 복수 개의 픽셀을 갖는 센서를 적용한 TOF 방식 거리 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
TOF 방식으로 거리를 측정하는 거리 측정 장치는 근거리를 측정할 때에 물체에서 반사되는 반사광에 의해 센서가 포화되어 거리를 정확히 측정할 수 없기 때문에, 도 2와 같이 발광부에서 연장되는 방향으로 복수 개의 셀이 나열되는 센서를 채용하여, 근거리에 대해서는 복수 개의 셀 중에 반사광이 맺히는 위치를 근거로 삼각 측량법에 따라 거리를 측정하고, 원거리에 대해서는 반사광이 검출되는 시간을 이용하는 TOF 방식을 이용할 수 있다.
이와 같이 근거리의 장점을 갖는 삼각 측량법과 원거리의 장점을 갖는 TOF 방식을 혼용하여 거리를 측정할 때, 시간이 경과함에 따라 근거리와 원거리의 경계에 해당하는 지점, 예를 들어 1m에 대한 두 방식에 의한 거리 계산에 차이가 발생하여, 도 3과 같이 근거리와 원거리의 경계에서 불연속점이 발생할 수 있는데, 경계 양쪽의 선이 서로 연속되도록 조정할 필요가 있다.
본 발명에서는, 삼각 측량법의 적용을 위해 소정 거리, 예를 들어 1m 떨어진 물체로부터 반사광이 센서로 입사될 때 반사광의 중심이 놓이는 셀을 저장하고, 1m 떨어진 물체에 대해 TOF 방식으로 거리를 측정할 때 실제 1m가 계산되도록 TOF 거리 계산 알고리즘의 게인이나 옵셋을 설정하고 저장하여, 추후 삼각 측량법이나 TOF 방식으로 거리를 계산할 때 저장된 값을 이용할 수 있다.
그리고, 소정 거리, 예를 들어 1m 부근에 놓인 물체에 대한 거리를 측정할 때 삼각 측량법에 의해 계산된 거리와 TOF 방식으로 계산된 거리를 비교하여, TOF 방식으로 계산된 거리를 기준으로 삼각 측량법에 필요한 소정 거리 물체에 대한 반사광이 맺히는 셀의 위치를 갱신하고, 갱신된 셀의 위치 정보를 근거로 삼각 측량법을 적용할 수 있다.
도 4는 본 발명이 적용되는 거리 측정 장치의 구성을 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치(100)는, TOF 방식으로 대상물의 거리를 측정하기 위하여 소정 폭의 적외선 펄스를 방사하기 위한 발광부(110), 발광부(110)가 방사한 적외선이 대상물에서 반사되어 되돌아오는 반사광을 검출하기 위한 수광부(120) 및 수광부(120)의 출력 신호를 근거로 삼각 측량법과 TOF 방식 중 하나 이상에 따라 대상물까지의 거리를 계산하기 위한 프로세서(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
발광부(110)는 적외선을 방사하는 LED와 같은 발광 모듈과 발광 모듈이 소정의 폭을 갖는 펄스 형태로 광을 출력하도록 구동하기 위한 구동부로 구성되는 광원(111) 및 광원(111) 전면에 방사할 광의 각도나 광의 강도 등을 조절하기 위한 광학계, 예를 들어 콜리메이터 렌즈(112)를 포함하여 구성될 수 있다.
수광부(120)는 입사되는 빔을 일정 크기와 모양으로 변형하기 위한 텔레센트릭 렌즈(Telecentric Lens)와 같은 수광 렌즈(121), 광원(111)이 출사한 광의 파장대만을 선택적으로 통과시키기 위한 필터(122) 및 반사광을 검출하기 위해 복수 개의 셀이 한 방향으로 나열된 수광 센서(123)를 포함하여 구성될 수 있다.
수광 센서(123)의 각 셀은, TOF 방식으로 거리를 측정할 수 있도록 도 1과 같은 회로 구성을 포함하여, 광원(111)이 방사하는 적외선 펄스와 동기하여(Phase 1) 반사광을 수신하고 또한 광원(111)이 방사하는 적외선 펄스와 180도의 위상차를 갖고(Phase 2) 반사광을 수신하여, Phase 1에 대한 전기 신호와 Phase 2에 대한 전기 신호를 출력할 수 있다.
프로세서(130)는, 수광 센서(123)의 셀들로부터 입력되는 전기 신호를 이용하여 출사광을 반사시키는 대상물의 거리를 계산하는데, 반사광이 맺히는 것을 가리키는 전기 신호를 출력하는 셀들의 분포(전기 신호의 강도와 전기 신호를 출력하는 셀들의 구간)를 이용하여 맺히는 반사광의 중심점이 위치하는 셀을 찾고 해당 셀에 반사광이 맺힐 때 거리를 삼각 측량법에 따라 계산할 수 있다.
또한, 프로세서(130)는, 수광 센서(123)의 셀들이 출력하는 Phase 1에 대한 전기 신호와 Phase 2에 대한 전기 신호를 기초로 TOF 방식에 따라 출사광이 반사광으로 수광 센서(123)에 맺힐 때까지의 시간을 계산하여 대상물까지의 거리를 계산할 수 있다.
일 실시예에 따른 거리 측정 장치(100)는, 초기에 특정 거리, 예를 들어 1m 떨어진 대상물에 대한 캘리브레이션을 실시하여 얻은 기준 값을 메모리(미도시)에 저장하고, 이를 근거로 추후 대상물에 대한 거리를 계산할 수 있는데, 기준 값은 삼각 측량법에 사용될 기준 거리, 예를 들어 1m 떨어진 대상물에서 반사되는 반사광이 맺히는 하나 이상의 셀 중에서 하나를 가리킬 수 있다.
복수 개의 셀에 걸쳐 맺히는 반사광의 중심 위치는 셀의 중앙이 되거나 셀과 셀의 경계가 될 수 있고, 또는 반사광에 의해 수광 센서(123)의 셀들이 출력하는 전기 신호의 강도 분포가 가장 높은 위치를 계산하면 셀 위의 임의의 점이 될 수 있다. 이러한 경우에는 각 셀의 중앙 또는 셀과 셀의 경계 위치를 정수로 표현할 때 기준 값은 소수 값으로 표현될 수 있다.
메모리는 TOF 방식으로 거리를 계산할 때, 즉 수광 센서(123)의 셀들이 출력하는 Phase 1에 대한 전기 신호와 Phase 2에 대한 전기 신호를 연산할 때 필요한 게인 값 및/또는 옵셋 값을 더 저장할 수도 있다.
프로세서(130)는, 수광 센서(123)의 셀들이 출력하는 모든 전기 신호에 대해서 TOF 방식으로 거리를 구할 수도 있지만, 그렇게 하지 않고 일부 셀이 출력하는 전기 신호에 대해서만, 예를 들어 전기 신호의 강도가 가장 높은 셀에 대해서만 또는 해당 셀 주위의 셀을 더 포함하여 TOF 방식으로 거리를 계산할 수도 있다.
또한, 프로세서(130)는, 수광 센서(123)의 셀들이 전기 신호를 출력할 때마다 삼각 측량법을 이용하여 거리를 구할 수도 있지만, 그렇지 않고 수광 센서(123)의 복수의 셀 중에서 일부 셀 구간에서 전기 신호가 출력될 때에만 삼각 측량법을 이용하여 거리를 계산할 수도 있다.
수광 센서(123)를 구성하는 복수의 셀은 광원(111)에서 연장되는 방향으로 나열되는데, 가까운 대상물에서 반사되는 반사광은 광원(111)에서 멀리 배치되는 셀에 맺히게 되고 먼 대상물에서 반사되는 반사광은 광원(111)에서 가까이 배치되는 셀에 맺히게 된다.
본 발명은 가까운 거리는 삼각 측량법으로 측정하고 먼 거리는 TOF 방식으로 측정하기 때문에, 프로세서(130)는, 예를 들어 광원(111)에서 멀리 배치된 셀로부터 전기 신호가 출력될 때 삼각 측량법으로 거리를 계산하되 소정 거리, 예를 들어 1m 대상물에 대해 TOF 방식으로 계산한 값을 이용하여 삼각 측량법에 발생하는 거리 오차를 보상하고, 예를 들어 광원(111)에서 멀리 배치된 셀로부터 전기 신호가 출력될 때는 삼각 측량법에 의한 거리 계산 동작을 수행하지 않고 TOF 방식으로만 거리를 계산할 수 있다.
본 발명에 따른 거리 측정 장치는 실내에서 자율 주행하는 전자 기기, 예를 들어 로봇 청소기에 적용될 수 있는데, 실내는 공간이 제약되어, 예를 들어 5m 범위를 측정할 수 있도록 거리 측정 장치가 설계될 수 있다. 이 경우, 예를 들어 1m를 경계로, 즉 0~1m까지는 삼각 측량법으로 거리를 계산하고 1m 이상은 TOF 방식으로 거리를 계산할 수 있다. 거리 측정 장치가 측정하고자 하는 거리 범위가 수광 센서(123)의 셀에 대응될 수 있도록 수광 센서(123)의 위치나 각도를 조절하거나 수광 렌즈(121)의 파워를 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 거리 측정 장치가 로봇 청소기에 채용되면, 로봇 청소기가 이동하면서 벽이나 대상물에서 소정의 거리, 예를 들어 1m 부근이 되는 타이밍이 자주 발생할 수 있기 때문에, 해당 타이밍에 TOF 방식으로 계산되는 거리와 삼각 측량법에 의해 계산되는 거리를 비교하여 TOF 방식에 의한 거리를 근거로 삼각 측량법에 의한 거리를 보상할 수 있다. 또한, 삼각 측량법에 의해 거리를 계산할 때 기준이 되는 기준 값, 예를 들어 1m 거리에 해당하는 셀의 위치 값을 TOF 방식에 의해 계산된 거리를 근거로 갱신할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 거리 오차를 보상하는 동작 흐름도를 도시한 것이다.
초기 캘리브레이션 과정에서 프로세서(130)는, 수광 센서(123)에서 출력되는 전기 신호를 기초로, 특정 지점, 예를 들어 1m 떨어진 대상물에서 반사된 반사광의 최대 포인트 또는 중심 점에 해당하는 셀 위치를 찾고, 해당 셀의 위치 정보를 삼각 측량법을 위한 기준 값으로 메모리에 저장하는데, 광학 설계를 고려할 때 1m 이하 지점에 대해서는 반사광이 특정 셀 구간 내에 맺히게 된다.
프로세서(130)는, 해당 셀 구간에서 전기 신호가 검출되는 경우 근거리로 판단하여 메모리에 저장된 기준 값을 이용하여 삼각 측량법으로 계산한 거리를 선택하여 출력하고, 다른 셀 구간에서 전기 신호가 검출되는 경우 원거리로 판단하여 TOF 방식으로 거리를 계산하고 출력할 수 있다.
예를 들어 자율 주행하는 로봇 청소기에 장착된 거리 측정 장치(100)의 프로세서(130)는, 수광 센서(123)가 출력하는 전기 신호를 이용하여 삼각 측량법 및/또는 TOF 방식으로 거리를 측정하고, 소정 거리, 예를 들어 1m를 기준으로 가까운 거리에 대해서는 삼각 측량법으로 계산한 거리를 선택하여 출력하고 먼 거리에 대해서는 TOF 방식으로 거리를 계산하여 출력한다(S510).
프로세서(130)는, 삼각 측량법 및/또는 TOF 방식으로 계산한 거리가 소정 거리, 예를 들어 1m 부근인지 여부를 판단한다(S520).
프로세서(130)는, 삼각 측량법 및/또는 TOF 방식으로 계산한 거리가 1m 부근이라고 판단될 때(S520에서 YES), 삼각 측량법에 의해 계산된 거리와 TOF 방식으로 계산된 거리가 거로 같은지 비교한다(S530).
프로세서(130)는, 삼각 측량법에 의해 계산된 거리와 TOF 방식으로 계산된 거리가 서로 일치하지 않으면(S540에서 NO), 수광부(120)를 구성하는 수광 렌즈(121)나 수광 센서(123) 중 하나 이상의 물리적 위치나 특성이 바뀌거나 발광부(11)와 수광부(120)의 물리적 위치나 각도가 바뀌어 삼각 측량법에 의한 거리에 오차가 발생한 것으로 판단하여, 삼각 측량법에 의해 거리를 계산할 때 기준이 되는 1m 셀에 대한 기준 값을 TOF 방식으로 계산된 거리를 근거로 새로 계산하고 메모리에 갱신 저장한다(S550).
프로세서(130)는, 전적으로 TOF 방식으로 계산된 거리만을 근거로 1m 셀에 대한 기준 값을 바꿀 수도 있지만, TOF 방식으로 계산된 거리와 삼각 측량법에 의해 계산된 거리를 같은 비중으로 반영하여 1m 셀에 대한 기준 값을 바꿀 수도 있다.
또한, 프로세서(130)는, 새로 계산된 기준 값을 그대로 1m 셀에 대한 기준 값으로 반영하여 저장할 수도 있지만, 그렇지 않고 안정성을 고려하여 새로운 값과 종래 메모리에 저장되어 있는 값을 같은 비중으로 하여 그 중간 값을 1m 셀에 대한 기준 값으로 갱신할 수도 있다.
이후, 프로세서(130)는, 수광 센서(123)에서 출력되는 전기 신호가 근거리에 해당하는 셀 구간에서 검출되는 것으로 판단할 때, 새로 바뀐 1m 셀에 대한 기준 값을 근거로 삼각 측량법에 따라 거리를 계산하여 출력할 수 있다(S560).
1m 셀에 대한 기준 값을 갱신하는 동작을 거리 측정 장치를 구동하는 동안 실시간으로 바로 수행할 수도 있는데, 이 경우 동작 중 온도 상승 등의 환경 변화에 대해 실시간으로 보정된 좀더 정확한 거리를 측정할 수 있게 된다.
또는, 거리 측정 장치를 구동하는 동안에는 새로 계산된 기준 값과 메모리에 저장되어 있는 종래 기준 값과의 오차만을 누적하여 계산하고, 특정 시점, 예를 들어 장치 전원을 끄는 경우에 기준 값을 누적된 값으로 갱신하여 메모리에 저장할 수도 있다.
이상 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 다양한 다른 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
100: 거리 측정 장치 110: 발광부
111: 광원 112: 콜리메이터 렌즈
120: 수광부 121: 수광 렌즈
122: 필터 123: 수광 센서
130: 프로세서

Claims (9)

  1. 소정 폭의 펄스 형태로 광을 방사하기 위한 발광부;
    상기 발광부가 방사하여 대상물로부터 반사되어 되돌아오는 반사광을 수신하기 위한 복수 개의 셀을 포함하는 수광부; 및
    상기 복수 개의 셀 중 상기 반사광이 맺히는 하나 이상의 셀의 위치를 근거로 하는 제1 방법으로 대상물에 대한 제1 거리를 계산하는 동작 및 상기 반사광이 도달하는 시간을 근거로 하는 제2 방법으로 상기 대상물에 대한 제2 거리를 계산하는 동작 중 하나 이상을 수행하되 상기 제2 방법으로 계산한 제2 거리를 근거로 상기 제1 방법으로 계산한 제1 거리를 보정하기 위한 프로세서를 포함하여 구성되는 거리 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 방법으로 상기 제1 거리를 계산하기 위한 기준 값을 저장하기 위한 메모리를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제2 방법으로 계산한 제2 거리를 근거로 상기 메모리에 저장되는 상기 기준 값을 갱신하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 기준 값은 상기 대상물이 소정 거리에 있을 때 상기 반사광이 맺히는 하나 이상의 셀 중에서 하나를 가리키는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 기준 값은 상기 하나 이상의 셀에 맺히는 반사광의 중심을 가리키도록 소수 값으로 표현되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제2 방법으로 소정 값 이하로 측정되는 제2 거리를 근거로 상기 제1 방법으로 계산한 제1 거리를 보정하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 복수 개의 셀 중에서 제1 셀 구간에서 상기 반사광이 검출될 때 상기 제2 방법으로 계산한 제2 거리를 근거로 상기 제1 방법으로 계산한 제1 거리를 보정하여 상기 대상물까지의 거리로 선택하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 복수 개의 셀 중에서 상기 제1 셀 구간 이외의 제2 셀 구간에서 상기 반사광이 검출될 때 상기 제2 방법으로 계산한 제2 거리를 상기 대상물까지의 거리로 선택하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 복수 개의 셀 중에서 상기 제2 셀 구간에서 상기 반사광이 검출될 때, 상기 제1 방법으로 상기 제1 거리를 계산하는 동작을 수행하지 않고 상기 제2 방법으로 상기 제2 거리를 계산하는 동작만을 수행하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
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