KR20170105295A - Apparatus for measuring distance - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a distance measuring device. According to an embodiment of the present invention, the distance measuring device comprises: a light emitting unit; a light receiving unit; and a processor. The light emitting unit emits light in a pulse shape having a predetermined width. The light receiving unit includes a plurality of cells; and outputs electric signals proportional to an amount of incident light of the cells. When the electric signals are outputted in two or more intervals which are composed of one or more cells and are separated to each other, the processor calculates a distance based on the electric signals outputted in one or more intervals selected from the two or more intervals; and confirms whether or not the calculated distance is the distance to an object. The processor calculates the distance by using the electric signals outputted in a cell included in the selected intervals with a TOF method; measures a position of a cell of reflective light reflected in the object which is positioned in the calculated distance by irradiating the light emitting unit with a triangulation survey; and compares the cell in which the position is measured with the cell based on distance calculation. Therefore, the present invention determines whether or not an external light source is received; and solves a problem of wrongly measuring the distance due to a light source which is received by using an abnormal path such as multiple reflections or the like.

Description

거리 측정 장치 {Apparatus for measuring distance}{Apparatus for measuring distance}

본 발명은 거리 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 센서로 들어오는 가짜 광원에 의한 정보를 제거하여 거리 정확도를 향상시키는 거리 측정 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distance measuring apparatus, and more particularly, to a distance measuring apparatus for improving distance accuracy by removing information from a false light source entering a sensor.

거리를 측정하는 센서에는 적외선을 이용하는 적외선 센서, 초음파를 이용하는 초음파 센서, TOF 센서 등이 있다. 적외선 센서는 삼각 측량 원리에 따라 광원에서 방사한 적외선이 피측정물(거리 측정 대상물)의 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.Sensors for measuring distance include infrared sensors using infrared rays, ultrasonic sensors using ultrasonic waves, and TOF sensors. The infrared sensor is a PSD (Position Sensitive Detector) which can calculate the light receiving point by receiving the input light reflected from the surface of the object (distance measurement object) and emitting the infrared rays emitted from the light source according to the triangulation principle. The distance can be measured by using. The ultrasonic sensor can measure the distance to the object to be measured by measuring the time from the ultrasonic pulse emitted from the sensor to the surface of the object to be reflected back to the sensor.

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.The TOF sensor consists of a light source such as an LED that emits a very short pulse of infrared light and a sensor that detects the reflected light reflected from the object. The time that the light emitted from the light source is reflected from the object and returns to the sensor is measured, Can be calculated by the formula d = c * t TOF / 2 where d is the distance from the object, c is the speed of light, and t TOF is the time the light emitted from the light source is reflected from the object and returned to the sensor . However, since the speed of light is so fast that it is difficult to measure the time t TOF , the light source modulates and emits the light and indirectly calculates the distance using two or more phases.

도 1은 TOF 방식으로 거리를 측정하는 원리를 도시한 것이다.Fig. 1 shows the principle of measuring the distance by the TOF method.

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.When the light source emits light in a pulse shape having a predetermined width T 0 , the reflected light reflected by the object reaches the sensor after a predetermined time T d elapses. The sensor not only detects the reflected light in synchronization with the pulse emitted from the light source (phase 1) but also detects the reflected light with a phase difference of 180 degrees (Phase 2) from the pulse emitted from the light source. The light amount detected in synchronization with the emitted light And a light amount Q2 that is 180 degrees out of phase with the emitted light and is detected.

센서를 구성하는 셀은 두 개의 스위치(S1, S2)와 2개의 커패시터(C1, C2) 및 반사광에 반응하여 전하를 발생시키는 다이오드로 구성될 수 있고, 스위치 S1과 S2는 각각 Phase 1과 Phase 2에 따라 동작하며 반사광에 반응하여 전하를 발생시키는 다이오드를 커패시터 1과 2에 번갈아 가며 연결하고, 다이오드에서 발생한 전하가 커패시터 1과 2에 전하량 Q1과 Q2로 저장되고, 이에 따라 커패시터 C1과 C2의 전압 V1과 V2은 커패시터에 쌓이는 전하량 Q1과 Q2에 비례하는 값이 된다. 이때, 물체와의 거리는 (1/2)*c*T0*V2/(V1+V2)에 비례하는 값으로 계산할 수 있는데, c는 빛의 속도이고 T0는 광원의 펄스 폭에 해당한다.The cell constituting the sensor may be composed of two switches S1 and S2, two capacitors C1 and C2 and a diode for generating charge in response to the reflected light, and switches S1 and S2 are respectively connected to Phase 1 and Phase 2 The charge generated in the diode is stored in the capacitors 1 and 2 as charge amounts Q1 and Q2. Accordingly, the voltage of the capacitors C1 and C2 V1 and V2 are proportional to the charge amounts Q1 and Q2 accumulated in the capacitor. At this time, the distance to the object can be calculated as a value proportional to (1/2) * c * T0 * V2 / (V1 + V2) where c is the speed of light and T0 corresponds to the pulse width of the light source.

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.On the other hand, the distance measuring device for measuring the distance by the TOF method may have a problem of saturation of the cells constituting the sensor when measuring the distance, and a problem that the light amount becomes insufficient when the distance is measured may occur .

또한, 실제 거리 측정 환경에서는 광원에서 발광된 레이저 빔이 수많은 반사를 일으켜 이중 일부가 센서로 유입되고, 실제 거리 측정 장치의 광원에서 발광된 빛이 아닌 다른 출처의 빛이 유입되는 경우가 발생한다. 이러한 외부 유입광은 장치에 노이즈로 작용하고, 거리 측정 및 거리 계산 결과를 왜곡한다. 특히 먼 거리 측정일수록 반사되어 들어오는 빛에 의한 수광 신호가 작아져 외부 광원 유입에 더 취약해지지만, 이에 대한 대처 방안이 마련되지 않은 실정이다.Also, in an actual distance measurement environment, a laser beam emitted from a light source generates a large number of reflections, and a part of the laser beam is introduced into the sensor, and light from other sources than the light emitted from the light source of the actual distance measuring device may be introduced. Such external incoming light acts as noise to the device and distorts the distance measurement and distance calculation results. Particularly, as the distance measurement is more reflected, the light receiving signal due to the incoming light becomes smaller, making it more vulnerable to the inflow of external light source.

따라서, 본 발명은 이러한 상황을 반영하여 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 센서로 들어오는 가짜 광원에 의한 정보를 구별하고 제거하기 위한 거리 측정 장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a distance measuring device for distinguishing and removing information by a false light source coming into a sensor.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는, 소정 폭의 펄스 형태로 광을 방사하기 위한 발광부; 복수의 셀을 포함하고 상기 셀에 입사되는 입사광의 광량에 비례하는 전기 신호를 출력하는 수광부; 및 상기 복수의 셀 중에서 하나 이상의 셀로 구성되고 서로 이격된 둘 이상의 구간에서 전기 신호가 출력될 때 상기 둘 이상의 구간 중 선택된 하나 이상의 구간에서 출력되는 전기 신호를 근거로 거리를 계산하고 상기 계산된 거리가 대상물까지의 거리가 맞는지 확인하는 프로세서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a distance measuring apparatus including: a light emitting unit for emitting light in a pulse shape having a predetermined width; A light receiving unit including a plurality of cells and outputting an electric signal proportional to an amount of incident light incident on the cell; And calculating a distance based on an electrical signal output from at least one of the at least two sections when the electrical signal is output in at least two sections of one or more cells among the plurality of cells, And a processor for checking whether the distance to the object is correct.

일 실시예에서, 상기 프로세서는, TOF 방식으로 상기 선택된 구간에 포함된 셀에서 출력되는 전기 신호를 이용하여 거리를 계산하고, 삼각 측량법으로 상기 발광부가 방사하여 상기 계산된 거리에 있는 대상물에서 반사되는 반사광이 맺힐 셀의 위치를 계산하고, 상기 위치가 계산된 셀과 상기 거리 계산의 근거가 되는 셀을 비교할 수 있다.In one embodiment, the processor calculates a distance using an electric signal output from a cell included in the selected section in a TOF manner, and calculates a distance by reflecting the light emitted by the light emitting section in an object at the calculated distance in a triangulation method It is possible to calculate the position of the cell where the reflected light will be formed and compare the cell where the position is calculated and the cell on which the distance calculation is based.

일 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 둘 이상의 구간 중 가장 큰 레벨의 전기 신호를 출력하는 구간의 셀에 대해서 먼저 거리를 계산할 수 있다.In one embodiment, the processor may calculate a distance to a cell in a section that outputs the electric signal of the largest level among the two or more sections.

일 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 위치가 계산된 셀과 상기 거리 계산의 근거가 되는 셀이 일치할 때 상기 계산된 거리를 출력할 수 있다.In one embodiment, the processor may output the calculated distance when the position is calculated and the cell on which the distance calculation is based.

일 실시예에서, 상기 프로세서는, 상기 위치가 계산된 셀과 상기 거리 계산의 근거가 되는 셀이 일치하지 않을 때, 상기 둘 이상의 구간 중 레벨이 다음으로 큰 전기 신호를 출력하는 구간의 셀에 대해서 거리를 계산하고 상기 계산된 거리가 대상물까지의 거리가 맞는지 확인할 수 있다.In one embodiment, the processor is configured to calculate, for a cell in a section where the position is calculated, and a cell on which the distance calculation is based, It is possible to calculate the distance and check whether the calculated distance is the distance to the object.

일 실시예에서, 상기 거리 측정 장치는 상기 TOF 방법으로 거리를 계산하기 위한 데이터와 상기 삼각 측량법으로 셀의 위치를 계산하기 위한 데이터를 저장하기 위한 메모리를 더 포함하여 구성될 수 있다.In one embodiment, the distance measuring apparatus may further comprise a memory for storing data for calculating the distance by the TOF method and data for calculating the position of the cell by the triangulation method.

일 실시예에서, 상기 프로세서는 둘 이상의 셀에서 연속으로 전기 신호가 출력되는 구간에서 전기 신호의 강도 분포를 근거로 입사광의 중심이 되는 셀을 선택하고 상기 선택된 셀에 대해서 거리를 계산할 수 있다.In one embodiment, the processor may select a cell that is the center of incident light based on the intensity distribution of the electrical signal in a section where electrical signals are continuously output in two or more cells, and calculate the distance to the selected cell.

따라서, 센서 이외의 별도의 장치 없이 외부 광원 유입 여부를 판단할 수 있게 되고, 다중 반사 등 정상적이지 않은 경로를 거쳐 유입된 광원에 의해 거리를 잘못 측정하는 문제를 해결할 수 있게 된다.Accordingly, it is possible to determine whether an external light source is introduced without a separate device other than the sensor, and it is possible to solve the problem of erroneously measuring the distance by a light source that has passed through a non-normal path such as multiple reflection.

도 1은 TOF 방식으로 거리를 측정하는 원리를 도시한 것이고,
도 2는 복수 개의 픽셀을 갖는 센서를 적용한 TOF 방식 거리 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이고,
도 3은 측정 거리 대비 센서에 입사되는 광량을 나타내는 그래프이고,
도 4는 본 발명이 적용되는 거리 측정 장치의 구성을 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 외부로부터 들어오는 입사광의 진위를 판단하여 정확한 거리를 계산하는 동작 흐름도를 도시한 것이다.Fig. 1 shows the principle of measuring the distance by the TOF method,
2 schematically shows the configuration of a TOF distance measuring apparatus to which a sensor having a plurality of pixels is applied,
3 is a graph showing the amount of light incident on the sensor relative to the measurement distance,
Fig. 4 shows a configuration of a distance measuring apparatus to which the present invention is applied,
FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation of calculating an accurate distance by determining the authenticity of incoming light from outside according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 거리 측정 장치에 대한 실시예를 첨부하는 도면에 의거하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a distance measuring apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

TOF 방식의 거리 측정 방식에는 광을 방사하기 위한 송광부와 대상물에서 반사되는 반사광을 받아들이기 위한 수광부가 필요한데, 송광부와 수광부를 동일 축상에 위치시키는 것이 가장 이상적이나 가능하지 않다. 송광부와 수광부 사이에 간격이 있으면 대상물까지 거리에 따라 반사광이 맺히는 초점의 위치가 변하게 되고, 반사광이 센서에서 유효한 셀을 벗어날 수가 있다.The distance measurement method of the TOF method requires a light emitting unit for emitting light and a light receiving unit for receiving reflected light reflected from the object. It is most ideal to position the light emitting unit and the light receiving unit on the same axis. If there is a gap between the light-emitting part and the light-receiving part, the position of the focal point of the reflected light is changed according to the distance to the object, and the reflected light can escape from the effective cell in the sensor.

종래 TOF 거리 측정 장치는, 송광부와 수광부를 같은 축에 배치할 수 없어서 송광부와 수광부를 일정 거리 이격시키기 때문에, 대상물의 거리에 따라 수광 센서에 맺히는 초점의 위치가 변하게 되고, 이를 고려하여 측정하고자 하는 거리 범위 내에서 반사되는 반사광이 모두 센서에 맺히도록, 한 방향으로 나열된 복수 개의 셀로 구성된 선형 어레이 형태의 수광 센서를 이용할 수 있다.In the conventional TOF distance measuring apparatus, since the light transmitting section and the light receiving section can not be arranged on the same axis so that the light transmitting section and the light receiving section are spaced apart from each other by a predetermined distance, the position of the focus formed on the light receiving sensor changes according to the distance of the object. It is possible to use a light receiving sensor in the form of a linear array composed of a plurality of cells arranged in one direction so that all reflected light reflected within a desired distance range is formed on the sensor.

이와 같이, TOF 거리 측정 장치가, 한 방향으로 나열된 복수 개의 셀로 구성된 센서를 채택하고, 반사광이 맺히는 셀의 위치를 통해 물체와의 거리를 계산하는 삼각 측량법을 채용하여, TOF 방식의 거리 측정에서 가까운 거리에서의 셀 포화 문제와 먼 거리에서의 광량 부족 문제를 해결하는 시도가 있다.As described above, the TOF distance measuring apparatus adopts a sensor composed of a plurality of cells arranged in one direction and employs a triangulation method for calculating the distance to an object through the position of the cell where the reflected light is formed, There is an attempt to solve the problem of cell saturation at a distance and the lack of light at a long distance.

복수 개의 셀을 포함하는 센서를 사용하는 TOF 방식 거리 측정 장치는, 도 2와 같이, TOF 방식으로 대상물의 거리를 측정하기 위하여 소정 폭의 적외선 펄스를 방사하기 위한 송광부, 송광부가 방사한 적외선이 대상물에서 반사되어 되돌아오는 반사광을 검출하기 위한 수광부 및 수광부의 출력 신호를 근거로 대상물까지의 거리를 계산하기 위한 프로세서(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 2, a TOF distance measuring apparatus using a sensor including a plurality of cells includes a light emitting unit for emitting infrared pulses of a predetermined width to measure a distance of an object in the TOF system, And a processor (not shown) for calculating the distance to the object based on the light receiving unit for detecting the reflected light reflected from the object and the output signal of the light receiving unit.

송광부는 적외선을 방사하는 LD나 LED와 같은 발광 모듈과 LD 전면에 방사할 광의 각도나 광의 강도 등을 조절하기 위한 광학계, 예를 들어 콜리메이터 렌즈를 포함하여 구성될 수 있고, 수광부는 입사되는 반사광을 일정 크기나 모양으로 변형하기 위한 텔레센트릭 렌즈(Telecentric Lens)와 같은 수광 렌즈, 송광부가 출사한 광의 파장대만을 선택적으로 통과시키기 위한 필터 및 반사광을 검출하기 위한 선형 어레이 형태의 수광 센서를 포함하여 구성될 수 있다.The light emitting unit may include a light emitting module such as an LD or an LED that emits infrared rays, and an optical system for adjusting the angle of light to be radiated to the front surface of the LD or the intensity of light, for example, a collimator lens. A light receiving lens such as a telecentric lens for deforming the light into a predetermined size or shape, a filter for selectively passing the wavelength band of the light emitted from the light emitting unit, and a linear array type light receiving sensor for detecting reflected light Lt; / RTI >

송광부와 수광부가 소정의 간격으로 떨어져 있기 때문에, 대상물의 위치에 따라 대상물에서 반사되는 반사광이 수광 센서에 맺히는 위치가 달라지게 되고, 프로세서는 수광 센서가 출력하는 전기 신호를 이용하여 삼각 측량법 및/또는 TOF 방식을 서로 연계하여 거리를 측정할 수 있는데, 소정 거리, 예를 들어 1m를 기준으로 가까운 거리에 대해서는 삼각 측량법으로 계산한 거리를 선택하여 출력하고 먼 거리에 대해서는 TOF 방식으로 거리를 계산하여 출력할 수 있다.The position of the reflected light reflected by the object on the light receiving sensor changes depending on the position of the object, and the processor uses the electric signal output from the light receiving sensor to perform triangulation and / Alternatively, the distance may be measured in association with the TOF method. The distance calculated by the triangulation method is selected and output for a predetermined distance, for example, near 1 m, and the distance is calculated using the TOF method Can be output.

한편, TOF 센서는 송광부의 광원이 방사하는 광, 예를 들어 레이저가 물체에 반사된 후 센서로 들어오는 전하량의 차이를 비교하여 거리를 계산하는데, 실제 환경에서는 발광된 레이저 빔이 수많은 반사를 일으키고 그 중 일부 반사광이 센서로 유입되어 이를 근거로 거리를 계산하고, 이 과정에서 실제 광원이 발광한 빛이 아니라 다른 출처의 빛이 유입되는 경우가 발생한다.On the other hand, the TOF sensor calculates the distance by comparing the amount of light that is emitted by the light source of the light-transmitting portion, for example, the amount of charge that the laser enters into the sensor after being reflected by the object. In actual circumstances, the emitted laser beam causes a lot of reflection Some of the reflected light is introduced into the sensor, and the distance is calculated based on the calculated distance. In this process, light from other sources may be introduced instead of light emitted by the actual light source.

특히, 센서를 복수 개의 셀로 구성하는 경우 거리를 측정하려는 물체로부터 빛이 반사되어 입사될 뿐만 아니라 외부 광이 입사되어 복수 개의 광이 센서 내 서로 다른 셀에 맺힐 가능성이 있어서, 이러한 외부 유입광은 노이즈로 작용하고 심한 경우 거리 측정 결과를 왜곡할 수도 있다.Particularly, when the sensor is constituted by a plurality of cells, light is reflected from an object to be measured and incident thereon. In addition, there is a possibility that an external light is incident and a plurality of lights are formed in different cells in the sensor. And may severely distort the distance measurement results.

도 3에 도시한 것과 같이 측정 대상이 멀리 존재할 때 반사되어 센서로 들어오는 입사 광량이 거리의 제곱에 반비례하게 감소하여 반사광에 의한 신호가 작아지고, 이에 따라 외부광이 유입되어 검출되는 신호가 반사광에 의한 신호보다 커질 수가 있게 되므로, 멀리 있는 물체의 거리를 측정할 때 외부광에 의한 노이즈 영향이 커진다.As shown in FIG. 3, when the object to be measured is far away, the amount of incident light entering the sensor decreases in inverse proportion to the square of the distance, so that the signal due to the reflected light becomes smaller. The influence of noise due to external light is increased when the distance of an object located far away is measured.

본 발명은 이러한 TOF 방식의 거리 측정 장치에서 센서에 입사되는 외부 광에 의해 거리를 잘못 계산하는 문제를 해결하기 위한 알고리즘을 제공하는데, 기본적인 알고리즘은 광학적인 설계에 기반한다. 센서에서 빛이 맺히는 위치는 삼각 측량법에 의해 광원에서 방사되어 되돌아오는 빛의 이동 거리의 함수로 표현되므로, 센서에 맺히는 빛의 위치를 이용하여 실제 센서에 들어오는 빛에 의해 생성되는 신호로부터 TOF 방식으로 계산한 거리가 참 또는 거짓인지 판단할 수 있다.The present invention provides an algorithm for solving the problem of erroneous distance calculation by external light incident on a sensor in such a distance measuring apparatus of the TOF method. The basic algorithm is based on an optical design. Since the position of the light at the sensor is expressed by a function of the distance of travel of light coming back from the light source by triangulation method, It is possible to judge whether the calculated distance is true or false.

정상적으로 물체에서 반사되는 빛이 센서에 들어와서 맺히는 위치는 다음 식과 같이 표현할 수 있다.The position where the light reflected from the object normally enters the sensor can be expressed as the following equation.

y = a / (x b), y는 빛의 이동 거리, x는 빛이 센서에 맺히는 위치, a와 b는 임의 상수.y = a / (x b), where y is the travel distance of light, x is the position at which light is incident on the sensor, and a and b are arbitrary constants.

센서에 맺히는 위치 x를 빛이 이동한 거리 y에 대해 미분하면, dx/dy = -1/y2가 되고, 이는 y의 변화량에 따른 x의 변화량은 y 값이 커질수록(즉 거리를 측정하려는 물체까지의 거리가 멀어질수록) 작아진다. 즉 먼 곳까지의 거리를 측정할 때 센서 내에서 입사되는 빛이 맺히는 위치의 변동량이 작아지기 때문에, 빛의 결상 위치를 예측하는 것이 쉬워지고, 이를 이용하여 수광된 빛에 의한 신호가 외부 광에 의한 거짓 정보인지에 대한 판단이 가능해진다.When the position x of the sensor is differentiated with respect to the distance y of the light, dx / dy = -1 / y 2 is obtained. This is because as the y value becomes larger As the distance to the object increases. In other words, when measuring the distance to a remote place, the fluctuation amount of the position of the light incident on the sensor becomes small. Therefore, it is easy to predict the image forming position of the light. It is possible to judge whether the information is false information.

특히, 센서 내의 복수 개의 위치에서 빛이 감지될 때 적어도 하나 이상의 위치에서 검출되는 신호를 근거로 TOF 방식으로 처리하여 거리를 계산하고 해당 위치를 근거로 삼각 측량 방식으로 계산되는 거리와 비교하여 일치하거나 유사하면 TOF 방식으로 계산한 거리가 참이라고 판단하고, 서로 일치하거나 유사하지 않다면 순차적으로 다음 위치에 대해서 TOF 방식으로 계산된 거리를 삼각 측량 방식으로 계산된 거리를 비교하는 동작을 수행할 수 있다.In particular, when the light is detected at a plurality of positions in the sensor, the distance is calculated by processing the TOF method based on the signal detected at at least one position, and compared with the distance calculated by the triangulation method based on the position, If the distance is similar, it is determined that the distance calculated by the TOF method is true. If the distance is not the same or similar to each other, the distance calculated by the TOF method may be sequentially compared with the distance calculated by the triangulation method.

또한, 센서 내의 복수 개의 위치에서 빛이 감지될 때, 적어도 하나 이상의 위치에 대해서 TOF 방식으로 거리를 계산하고 이를 삼각 측량 방식을 근거로 해당 거리가 참인지 판단하는 거리 계산 및 검증 동작을 수행하는데, TOF 방식으로 계산된 거리를 참이라고 판단될 때 다른 위치에 대해서는 거리를 계산하는 동작을 생략하고, 계산된 거리가 거짓이라고 판단될 대 다른 위치에 대해서 순차적으로 거리 계산 및 검증 동작을 반복하는데, 예를 들어 신호 검출 레벨이 가장 높은 위치에서부터 낮은 위치로 순차적으로 각 위치에 대해서 거리 계산 및 검증 동작을 수행할 수 있다.Also, when light is detected at a plurality of positions in the sensor, a distance is calculated in a TOF manner with respect to at least one position, and a distance calculation and verification operation is performed to determine whether the distance is true based on the triangulation method. If it is determined that the distance calculated by the TOF method is true, the operation of calculating the distance for the other positions is omitted, and the calculated distance is determined to be false, and the distance calculation and verification operation is sequentially repeated for other positions. A distance calculation and verification operation can be performed for each position sequentially from the highest position to the lowest position of the signal detection level.

도 4는 본 발명이 적용되는 거리 측정 장치의 구성을 도시한 것이다.4 shows a configuration of a distance measuring apparatus to which the present invention is applied.

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 TOF 방식으로 대상물까지의 거리를 계산하되 계산된 거리가 외부광에 의해 잘못 측정된 것인지 여부를 판단하기 위한 프로세서(130)를 포함하여 구성될 수 있다.The distance measuring apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a light emitting unit 110 for emitting infrared pulses of a predetermined width in order to measure a distance of an object in the TOF system, The distance to the object is calculated by the TOF method based on the output signals of the light receiving unit 120 and the light receiving unit 120 for detecting the reflected light reflected from the object and determines whether or not the calculated distance is erroneously measured by the external light And a processor 130 for determining whether or not the received signal is a signal.

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.The light emitting unit 110 includes a light source 111 including a light emitting module such as an LED emitting infrared rays and a driving unit for driving the light emitting module to output light in a pulse shape having a predetermined width, For example, a collimator lens 112 for adjusting the angle of light to be incident and the intensity of light.

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.The light receiving unit 120 includes a light receiving lens 121 such as a telecentric lens for modifying the incident beam into a predetermined size and shape, a filter for selectively passing only the wavelength band of the light emitted from the light source 111, And a light receiving sensor 123 in which a plurality of cells are arranged in one direction to detect reflected light.

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.Each cell of the light receiving sensor 123 includes a circuit configuration as shown in Fig. 1 so as to measure the distance by the TOF method, and receives the reflected light (Phase 1) in synchronization with the infrared pulse emitted by the light source 111 (Phase 2) with a phase difference of 180 degrees from the infrared pulse radiated by the light source 111, and can output the electric signal for Phase 1 and the electric signal for Phase 2.

프로세서(130)는, 수광 센서(123)의 셀들로부터 입력되는 전기 신호를 이용하여 출사광을 반사시키는 대상물의 거리를 계산하는데, 수광 센서(123)에 입사되는 입사광이 맺히는 것을 가리키는 전기 신호를 출력하는 셀들의 분포(전기 신호의 강도와 전기 신호를 출력하는 셀들의 구간)를 이용하여 맺히는 입사광의 중심점이 위치하는 셀을 찾고, 해당 셀 또는 해당 셀을 포함하는 주위 셀들이 출력하는 신호를 이용하여 TOF 방식으로 거리를 계산할 수 있다.The processor 130 calculates the distance of the object to be reflected by using the electric signal inputted from the cells of the light receiving sensor 123. The processor 130 outputs an electric signal indicating that the incident light incident on the light receiving sensor 123 is formed (The intensity of the electric signal and the interval of the cells outputting the electric signal), and the signal output from the surrounding cells including the corresponding cell The distance can be calculated by the TOF method.

즉, 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. 또한, 프로세서(130)는, 입사광이 맺히는 셀의 위치를 근거로 삼각 측량법에 따라 대상물까지 거리를 계산할 수도 있다.That is, based on the electrical signal for Phase 1 and the electrical signal for Phase 2 output from the cells of the light receiving sensor 123, the processor 130 generates the outgoing light as reflected light to the light receiving sensor 123 The distance to the object can be calculated. Further, the processor 130 may calculate the distance to the object according to the triangulation method based on the position of the cell where the incident light is formed.

프로세서(130)는, 수광 센서(123)에서 서로 이격된 둘 이상 복수의 셀로부터 전기 신호가 검출될 때, 전기 신호의 강도가 가장 높은 셀의 전기 신호 또는 전기 신호를 출력하는 연속되는 셀이 가장 많은 구간의 중심 셀에서의 전기 신호에 대해 TOF 방식으로 거리를 계산하고, 계산된 거리가 반사광에 의해 정확히 계산된 거리인지 아니면 외부광에 의해 계산된 잘못된 거리인지 판단할 수 있다.When an electric signal is detected from two or more cells separated from each other by the light receiving sensor 123, the processor 130 determines whether consecutive cells outputting the electric signal or the electric signal of the cell having the highest electric signal intensity It is possible to calculate the distance by the TOF method for the electric signals in the center cell of many sections and judge whether the calculated distance is the distance calculated accurately by the reflected light or the wrong distance calculated by the external light.

프로세서(130)는, TOF 방식으로 계산된 거리로부터 해당 거리에 있는 대상물에서 반사되는 반사광이 맺힐 셀의 위치(x)를 삼각 측량법에 의해 계산하고, TOF 방식으로 거리를 계산하기 위해 사용된 전기 신호가 검출된 셀의 위치(p)를 비교하여, 서로 일치하면 TOF 방식으로 계산된 거리가 정확히 측정된 거리로 판단할 수 있다.The processor 130 calculates the position x of the cell to be reflected by the object reflected by the object at the distance from the distance calculated by the TOF method by triangulation and obtains the electric signal (P) of the detected cells are compared with each other, and if they are coincident with each other, the distance calculated by the TOF method can be determined as the measured distance.

프로세서(130)는, 두 셀의 위치가 일치하지 않으면 TOF 방식으로 계산된 거리가 반사광이 아닌 외부광에 의한 전기 신호를 근거로 잘못 계산된 것으로 판단하고, 전기 신호 강도가 다음으로 높은 셀(또는 전기 신호를 출력하는 연속된 셀이 다음으로 많은 구간의 중심 셀)에서의 전기 신호를 근거로 TOF 방식으로 거리를 계산하고 계산된 거리가 맞는지 확인하는 동작을 수행할 수 있다.If the positions of the two cells do not coincide with each other, the processor 130 determines that the distance calculated by the TOF method is erroneously calculated on the basis of the electric signal by the external light, not by the reflected light, It is possible to calculate the distance in the TOF method based on the electrical signal in the next consecutive cell (the center cell of the next consecutive section outputting the electric signal) and to check whether the calculated distance is correct.

도 4의 거리 측정 장치는 메모리(미도시)를 더 포함하여, TOF 방식으로 거리를 계산할 때 즉 수광 센서(123)의 셀이 출력하는 Phase 1에 대한 전기 신호와 Phase 2에 대한 전기 신호를 연산할 때 필요한 게인 값 및/또는 옵셋 값 등의 데이터를 저장하고, 또한 대상물과의 거리로부터 삼각 측량법으로 반사광이 맺히는 셀의 위치를 계산하기 위한 수식이나 대상물까지의 거리와 셀 위치와의 상관 데이터를 더 저장할 수 있다.The distance measuring apparatus of FIG. 4 further includes a memory (not shown) to calculate an electric signal for Phase 1 and an electric signal for Phase 2, which are outputted by the cell of the light receiving sensor 123, A correlation value between the distance to the object and the cell position is calculated using a formula for calculating the position of the cell where the reflected light is formed from the distance from the object to the object by the triangulation method You can save more.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 외부로부터 들어오는 입사광의 진위를 판단하여 정확한 거리를 계산하는 동작 흐름도를 도시한 것이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation of calculating an accurate distance by determining the authenticity of incoming light from outside according to an embodiment of the present invention.

거리 측정 장치(100)는, 수광부(120)의 수광 센서(123)에 포함된 전체 셀을 활성화하여, 셀에 빛이 입사될 때 입사되는 빛의 양에 비례하는 전기 신호가 출력되도록 할 수 있다(S510).The distance measuring apparatus 100 can activate all the cells included in the light receiving sensor 123 of the light receiving unit 120 to output an electric signal proportional to the amount of light incident upon the cell (S510).

발광부(110)의 광원(111)에서 펄스 형태의 광이 방사되고 수광부(120)의 수광 센서(123)에 광이 입사되어 하나 이상의 셀에서 전기 신호가 출력될 때, 프로세서(130)는 각 셀에서 출력되는 전기 신호의 레벨을 계산할 수 있다(S520).When light is emitted from the light source 111 of the light emitting unit 110 and light is incident on the light receiving sensor 123 of the light receiving unit 120 so that an electric signal is outputted from one or more cells, The level of the electric signal output from the cell can be calculated (S520).

프로세서(130)는, 서로 이웃하는 둘 이상의 셀에서 전기 신호가 검출될 때는, 하나의 입사광에 의해 둘 이상의 셀에서 전기 신호가 발생한 것으로 판단하여, 둘 이상의 셀의 중심 셀 또는 전기 신호의 레벨이 가장 높은 셀을 선택하여 선택된 셀에 대해서만 다음 단계, 즉 거리 계산 과정을 진행할 수 있다.When an electrical signal is detected in two or more neighboring cells, the processor 130 determines that an electrical signal is generated in two or more cells by one incident light, and the level of the center cell or electric signal of two or more cells is the most The user can select the high cell and proceed to the next step, that is, the distance calculation process, only for the selected cell.

프로세서(130)는, 서로 이격된 둘 이상의 셀에서 전기 신호가 출력되고 그 사이 셀에서 전기 신호가 출력되지 않을 때, 둘 이상의 광이 수광 센서(123)에 입사된 것으로 판단하고, 전기 신호가 출력되는 구간의 대표 셀(예를 들어, 중심 셀 또는 신호 레벨이 가장 높은 셀)을 해당 입사광에 의한 전기 신호로 선택할 수 있다.The processor 130 determines that two or more lights are incident on the light receiving sensor 123 when an electric signal is output from two or more cells spaced from each other and no electric signal is output from the cell between the two electrodes, (For example, the center cell or the cell with the highest signal level) of the section to be selected can be selected as the electric signal by the incident light.

프로세서(130)는 하나의 연속되는 구간의 셀에서만 전기 신호가 출력될 때에는 하나의 입사광에 전기 신호가 출력되는 것으로 판단할 수 있다.The processor 130 may determine that an electrical signal is output to one incident light when electrical signals are output only in cells of one continuous section.

프로세서(130)는, 출력되는 전기 신호의 레벨을 근거로 하나의 입사광만이 수광 센서(123)에 입사되는 것으로 판단될 때(S530에서 NO), 해당 입사광이 맺히는 셀의 구간에서 대표 셀에서 출력되는 신호를 근거로 TOF 방식 및/또는 삼각 측량법으로 대상물까지의 거리(d)를 계산할 수 있다(S540).When it is determined that only one incident light is incident on the light receiving sensor 123 based on the level of the electric signal to be output (NO in S530), the processor 130 outputs The distance d to the object can be calculated by the TOF method and / or the triangulation method based on the signal (S540).

프로세서(130)는, 출력되는 전기 신호의 레벨을 근거로 둘 이상의 입사광이 수광 센서(123)에 입사되는 것으로 판단될 때(S530에서 YES), 먼저 가장 큰 레벨의 신호를 출력하는 입사광의 대표 셀을 선택하고(선택된 셀을 p라고 함)(S550), 선택된 셀에서 출력되는 신호를 근거로 TOF 방식으로 대상물까지의 거리(d)를 계산할 수 있는데(S560), 선택된 셀이 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 거리(d)를 계산할 수 있다.When it is determined that two or more incident light beams are incident on the light receiving sensor 123 based on the level of the electric signal to be output (YES in S530), the processor 130 first determines whether the representative cell of the incident light (Step S550), and the distance d to the object can be calculated using the TOF method based on the signal output from the selected cell (step S560). In step S560, The distance d to the object can be calculated by calculating the time taken for the emitted light to form on the light receiving sensor 123 as the reflected light according to the TOF method based on the electric signal for Phase 2 and the electric signal for Phase 2.

프로세서(130)는, 대상물까지의 거리가 계산되면, 삼각 측량법을 역으로 이용하여 해당 거리에 있는 대상물로부터 반사광이 맺히는 예상 셀(x)을 계산하고(S570), 이를 S550 단계에서 선택한 셀(p)과 비교할 수 있다.When the distance to the object is calculated, the processor 130 calculates a predicted cell x in which the reflected light is formed from the object at the corresponding distance by using the triangulation method in reverse (S570) ).

프로세서(130)는, S550 단계에서 선택한 셀(p)의 신호에 의해 계산한 거리로부터 추정한 예상 셀(x)과 S550 단계에서 선택한 셀(p)이 같은 경우, S550 단계에서 선택한 셀(p)이 발광부(110)의 광원(111)에서 방사되어 대상물에서 반사되어 수광 센서(123)에 입사된 반사광이 맺힌 위치이고 따라서 S560 단계에서 계산한 거리가 참이라고 판단하여, 이를 거리 값으로 출력할 수 있다(S600).If the estimated cell x estimated from the distance calculated by the signal of the cell p selected in step S550 is the same as the cell p selected in step S550, the processor 130 determines whether the cell p selected in step < RTI ID = The light emitted from the light source 111 of the light emitting unit 110 is reflected by the object and the reflected light incident on the light receiving sensor 123 is formed. Accordingly, it is determined that the distance calculated in step S560 is true, (S600).

반면, 프로세서(130)는, S550 단계에서 선택한 셀(p)의 신호에 의해 계산한 거리로부터 추정한 예상 셀(x)과 S550 단계에서 선택한 셀(p)이 다른 경우, S550 단계에서 선택한 셀(p)에는 광원(111)과 대상물에 의한 반사광이 입사되지 않고 별개의 외부광이 입사되었기 때문에, S560 단계에서 계산한 거리는 잘못된 것으로 판단할 수 있다.On the other hand, if the predicted cell x estimated from the distance calculated by the signal of the cell p selected in step S550 is different from the cell p selected in step S550, p, the reflected light from the light source 111 and the object is not incident but the separate external light is incident. Therefore, the distance calculated in step S560 may be determined to be erroneous.

이후, 프로세서(130)는, S520 단계에서 출력되는 신호 중에서 다음으로 레벨이 큰 신호를 출력하는 셀을 선택하고(선택된 셀은 p)(S590), S560 내지 S580 단계를 반복하여, 해당 셀에 맺히는 광이 광원(111)과 대상물에 의한 반사광인지 아니면 외부광인지 또는 해당 셀이 출력하는 신호에 의해 계산한 거리가 참인지 판단할 수 있다. S560 내지 S590 단계는 S580 단계가 만족될 때가지 수광 센서(123)에 초점이 맺히는 광의 개수 이하 회수만큼 반복될 수 있다.Thereafter, the processor 130 selects a cell for outputting a next higher level signal among the signals output in step S520 (p is a selected cell) (S590), repeats steps S560 to S580, It can be determined whether the distance calculated by the light output from the light source 111 and the object, the external light, or the signal output from the corresponding cell is true. Steps S560 to S590 may be repeated for the number of times less than the number of lights focused on the light receiving sensor 123 until the step S580 is satisfied.

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.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. Addition or the like.

100: 거리 측정 장치 110: 발광부
111: 광원 112: 콜리메이터 렌즈
120: 수광부 121: 수광 렌즈
122: 필터 123: 수광 센서
130: 프로세서100: distance measuring device 110:
111: light source 112: collimator lens
120: light receiving unit 121: receiving lens
122: filter 123: light receiving sensor
130: Processor

Claims (7)

소정 폭의 펄스 형태로 광을 방사하기 위한 발광부;
복수의 셀을 포함하고 상기 셀에 입사되는 입사광의 광량에 비례하는 전기 신호를 출력하는 수광부; 및
상기 복수의 셀 중에서 하나 이상의 셀로 구성되고 서로 이격된 둘 이상의 구간에서 전기 신호가 출력될 때, 상기 둘 이상의 구간 중 선택된 하나 이상의 구간에서 출력되는 전기 신호를 근거로 거리를 계산하고 상기 계산된 거리가 대상물까지의 거리가 맞는지 확인하는 프로세서를 포함하여 구성되는 거리 측정 장치.A light emitting portion for emitting light in a pulse shape of a predetermined width;
A light receiving unit including a plurality of cells and outputting an electric signal proportional to an amount of incident light incident on the cell; And
Calculating a distance based on an electrical signal output from at least one of the two or more sections when the electrical signal is output in two or more sections of one or more cells among the plurality of cells and spaced apart from each other, And a processor for checking whether the distance to the object is correct. 제1 항에 있어서,
상기 프로세서는, TOF 방식으로 상기 선택된 구간에 포함된 셀에서 출력되는 전기 신호를 이용하여 거리를 계산하고, 삼각 측량법으로 상기 발광부가 방사하여 상기 계산된 거리에 있는 대상물에서 반사되는 반사광이 맺힐 셀의 위치를 계산하고, 상기 위치가 계산된 셀과 상기 거리 계산의 근거가 되는 셀을 비교하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.The method according to claim 1,
The processor calculates a distance using an electric signal output from a cell included in the selected section in a TOF manner and calculates a distance by using a triangulation method in which the light emitted by the light emitting unit is reflected by an object in the calculated distance, Calculates a position, and compares the cell where the position is calculated with a cell on which the distance calculation is based. 제2 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 둘 이상의 구간 중 가장 큰 레벨의 전기 신호를 출력하는 구간의 셀에 대해서 먼저 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the processor first calculates a distance to a cell in a section for outputting an electrical signal having the largest level among the two or more sections. 제3 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 위치가 계산된 셀과 상기 거리 계산의 근거가 되는 셀이 일치할 때 상기 계산된 거리를 출력하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.The method of claim 3,
Wherein the processor outputs the calculated distance when the position-calculated cell matches a cell on which the distance calculation is based. 제4 항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 위치가 계산된 셀과 상기 거리 계산의 근거가 되는 셀이 일치하지 않을 때, 상기 둘 이상의 구간 중 레벨이 다음으로 큰 전기 신호를 출력하는 구간의 셀에 대해서 거리를 계산하고 상기 계산된 거리가 대상물까지의 거리가 맞는지 확인하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the processor calculates a distance to a cell in a section in which the level is the next largest electrical signal out of the two or more sections when the position-calculated cell and the cell on which the distance calculation is based do not match, And determines whether the calculated distance is equal to the distance to the object. 제2 항에 있어서,
상기 TOF 방법으로 거리를 계산하기 위한 데이터와 상기 삼각 측량법으로 셀의 위치를 계산하기 위한 데이터를 저장하기 위한 메모리를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.3. The method of claim 2,
And a memory for storing data for calculating the distance by the TOF method and data for calculating the position of the cell by the triangulation method. 제1 항에 있어서,
상기 프로세서는 둘 이상의 셀에서 연속으로 전기 신호가 출력되는 구간에서 전기 신호의 강도 분포를 근거로 입사광의 중심이 되는 셀을 선택하고 상기 선택된 셀에 대해서 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the processor selects a cell serving as a center of incident light based on an intensity distribution of an electrical signal in a section where electrical signals are continuously output from two or more cells and calculates a distance to the selected cell.
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