[go: nahoru, domu]

KR20090025959A - 거리 측정 방법 및 장치 - Google Patents

거리 측정 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20090025959A
KR20090025959A KR1020070091192A KR20070091192A KR20090025959A KR 20090025959 A KR20090025959 A KR 20090025959A KR 1020070091192 A KR1020070091192 A KR 1020070091192A KR 20070091192 A KR20070091192 A KR 20070091192A KR 20090025959 A KR20090025959 A KR 20090025959A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pulse
time
pulses
distance
time point
Prior art date
Application number
KR1020070091192A
Other languages
English (en)
Inventor
강병민
이기창
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020070091192A priority Critical patent/KR20090025959A/ko
Priority to US12/213,870 priority patent/US7817253B2/en
Priority to CN2008101339775A priority patent/CN101382594B/zh
Priority to EP08162206A priority patent/EP2034334B1/en
Priority to JP2008222274A priority patent/JP5748938B2/ja
Publication of KR20090025959A publication Critical patent/KR20090025959A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G01S17/14—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves wherein a voltage or current pulse is initiated and terminated in accordance with the pulse transmission and echo reception respectively, e.g. using counters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/487—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

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 광 펄스와 클럭 펄스를 이용하여 대상 물체와의 거리를 높은 정밀도로 측정할 수 있어서 비용을 절감하고, 소비 전력을 줄일 수 있다.

Description

거리 측정 방법 및 장치{Distance measuring method and apparatus}
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.
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.
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 차이가 360 도를 주기로 반복되므로 그 위상 차이가 360 도 이상이 되는 거리에 있는 물체에 대해서는 정확한 왕복 시간을 측정할 수 없는 문제점이 있었다.
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, 거리 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.
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.
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 2 펄스의 개수를 카운팅하는 단계; 및 상기 카운팅된 제 2 펄스의 개수들을 이용하여 상기 대상 물체와의 거리를 계산하는 단계를 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상기된 거리 측정 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공한다.
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 2 펄스의 개수를 카운팅하는 제 2 카운터부; 및 상기 카운팅된 제 2 펄스의 개수들을 이용하여 상기 대상 물체와의 거리를 계산하는 거리 계산부를 포함한다.
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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.
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 때 까지를 한 개의 펄스라 한다.
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.
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.
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.
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.
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 발생 부(110)에 의해 발생된 클럭 펄스의 개수를 카운팅한다. 이때, 카운팅된 클럭 펄스의 개수를 n 이라고 한다.
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.
특히, 검사부(150)는 도 2에 도시된 바와 같이, 수광부(130)에 축적된 전하량을 체크하여, 축전된 전하량이 최대인 시점을 이 두 펄스가 상승하는 시점이 일치하는 것이라 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.
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.
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.
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.
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.
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 3까지의 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.
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.
본 실시예에 따른 거리 측정 장치에 의해 어느 정도로 측정 거리의 정밀도가 향상될 수 있는지를 다음과 같이 설명한다.
예를 들어, 광 펄스의 주파수가 1㎒ 이고, 클럭 펄스의 주파수가 이와 유사 한 1.000001㎒ 이라고 하자.
만일, 클럭 펄스만을 이용한다면, 계산된 거리의 정밀도는 ½×광속×클럭 펄스의 주기이므로, ½×(3×108)×1/(1,000,001) = 150ｍ가 된다.
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.
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.
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 시 점인 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.
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.
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.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 방법을 흐름도로 도시한 것이 다. 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.
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.
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.
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.
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.
650 단계에서 거리 측정 장치는 640 단계에서의 검사 결과 일치하지 않았다 면, 계속해서 광 펄스의 개수 카운팅 및 클럭 펄스의 개수 카운팅을 진행한다.
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.
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.
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.
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.
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.
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. 예를 들어, 제 1 카운터부(720)에서 사용된 카운터는 제 2 카운터부(750)에서 다시 사용될 수 있다. 즉, 카운터를 두 개 사용하지 않고, 한 개의 카운터를 사용할 수 있다.
광 펄스 조사부(710)는 클럭 펄스가 상승하는 시점에서 거리를 측정하고자 하는 대상 물체에 광 펄스를 조사한다.
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.
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.
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.
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.
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,
이때, 중단 당시의 클럭 펄스에 대한 카운팅을 PmS라고 하고, 카운팅의 중단 시점
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.
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.
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 것 은 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.
그리고, 제 1 거리 계산부(770)는 거시적 시간 M을 다음의 수학식을 통해 계산한다.
M = (PM-1)×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.
그리고, 제 1 거리 계산부(770)은 미시적 시간 R을 다음의 수학식을 통해 계산한다.
R = (PmS-1)×S-(PmS-2)×L 이다.
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.
따라서, 제 1 거리 계산부(770)는 다음의 수학식을 통해 거리 D를 계산한다.
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.
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 거 리 계산부(780)는 제 1 거리 계산부(770)에서 거시적 M과 미시적 시간 R을 계산하는 방법과 약간 다른 방법으로 이들을 계산한다.
먼저, 제 2 거리 계산부(780)는 거시적 시간 M을 다음의 수학식을 통해 계산한다.
M = (PM-2)×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.
그리고, 제 2 거리 계산부(780)은 미시적 시간 R을 다음의 수학식을 통해 계산한다.
R = (PmS)×S-(PmS-1)×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.
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.
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.
따라서, 제 2 거리 계산부(780)는 다음의 수학식을 통해 거리 D를 계산한다.
D=½×3×108×{(PM-2)×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.
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.
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.
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.
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.
950 단계에서 거리 측정 장치는 940 단계에서의 검사 결과 일치하지 않았다면, 계속해서 클럭 펄스가 상승하는 시점마다 하나씩 클럭 펄스에 대한 카운팅을 수행한다.
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.
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)
그런데, 이러한 거시적 시간과 미시적 시간은, PmS가 절반값보다 큰 경우와 PmS가 절반값보다 작은 경우에 각각 다른 방법으로 계산해야 한다.
먼저, PmS가 절반값보다 큰 경우에 거시적 거리와 미시적 거리를 계산하는 방법을 설명한다.
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.
따라서, 거시적 시간 M은 다음의 수학식을 통해 계산할 수 있다.
M = (PM-1)×S
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 PmS에 1을 감산한 값과 같다.
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 작 으므로, PmS에 2를 감산한 값과 같다.
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.
따라서, 최종 거리 D는 다음의 수학식을 통해 계산할 수 있다.
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.
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.
따라서, 거시적 시간 M을 수학식으로 표현하면, M = (PM-2)×S 이다.
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.
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.
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.
따라서, 최종 거리 D는 다음의 수학식을 통해 계산할 수 있다.
D=½×3×108×{(PM-2)×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.
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.
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 것 이다.

Claims (12)

  1. 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 2 펄스의 개수를 카운팅하는 단계; 및
    상기 카운팅된 제 2 펄스의 개수들을 이용하여 상기 대상 물체와의 거리를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 펄스는
    일정한 주파수를 갖는 광 펄스인 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 펄스의 주파수와 상기 제 2 펄스의 주파수는 비 정수배인 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 대상 물체와의 거리를 계산하는 단계는
    상기 카운팅된 제 2 펄스들의 개수를 이용하여 상기 제 1 펄스의 왕복 시간을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 왕복 시간과 상기 제 1 펄스의 이동 속도를 이용하여 상기 대상 물체와의 거리를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 왕복 시간을 계산하는 단계는
    상기 제 1 펄스를 조사된 시점부터 상기 조사된 제 1 펄스가 수신된 시점까지 카운팅된 제 2 펄스의 개수를 이용하여 상기 대상 물체와의 거시적 시간을 계산하는 단계; 및
    상기 제 1 펄스가 수신된 시점부터 상기 수신된 제 1 펄스와 상기 제 2 펄스가 중첩될 때까지 카운팅된 상기 제 2 펄스의 개수를 이용하여 상기 대상 물체와의 미시적 시간을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 거시적 시간과 상기 계산된 미시적 시간을 가산함으로써 상기 왕복 시간을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 조사된 제 1 펄스를 수신하는 픽셀에 축적된 전하량이 최대인 때에, 상기 수신된 제 1 펄스와 상기 제 2 펄스가 중첩되는 것으로 하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
  8. 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 2 펄스의 개수를 카운팅하는 제 2 카운터부; 및
    상기 카운팅된 제 2 펄스의 개수들을 이용하여 상기 대상 물체와의 거리를 계산하는 거리 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 펄스는
    일정한 주파수를 갖는 광 펄스인 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 펄스의 주파수와 상기 제 2 펄스의 주파수는 비 정수배인 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 거리 계산부는
    상기 제 1 펄스를 조사된 시점부터 상기 조사된 제 1 펄스가 수신된 시점까지 카운팅된 제 2 펄스의 개수를 이용하여 상기 대상 물체와의 거시적 시간을 계산하는 거시적 시간 계산 모듈;
    상기 제 1 펄스가 수신된 시점부터 상기 수신된 제 1 펄스와 상기 제 2 펄스가 중첩될 때까지 카운팅된 상기 제 2 펄스의 개수를 이용하여 상기 대상 물체와의 미시적 시간을 계산하는 미시적 시간 계산 모듈; 및
    상기 계산된 거시적 시간과 상기 계산된 미시적 시간을 이용하여 상기 대상 물체와의 거리를 계산하는 거리 계산 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 조사된 제 1 펄스를 수신하는 픽셀에 축적된 전하량이 최대인 때에, 상기 수신된 제 1 펄스와 상기 제 2 펄스가 중첩되는 것으로 하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
KR1020070091192A 2007-09-07 2007-09-07 거리 측정 방법 및 장치 KR20090025959A (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070091192A KR20090025959A (ko) 2007-09-07 2007-09-07 거리 측정 방법 및 장치
US12/213,870 US7817253B2 (en) 2007-09-07 2008-06-25 Distance measurement method, medium, and apparatus for measuring distance between the distance measurement apparatus and target object
CN2008101339775A CN101382594B (zh) 2007-09-07 2008-07-18 距离测量方法、介质以及测量距离的设备
EP08162206A EP2034334B1 (en) 2007-09-07 2008-08-12 Distance measurement method, medium, and apparatus for measuring distance between the distance measurement apparatus and target object
JP2008222274A JP5748938B2 (ja) 2007-09-07 2008-08-29 距離測定方法及び装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070091192A KR20090025959A (ko) 2007-09-07 2007-09-07 거리 측정 방법 및 장치

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20140021522A Division KR101511269B1 (ko) 2014-02-24 2014-02-24 거리 측정 방법 및 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090025959A true KR20090025959A (ko) 2009-03-11

Family

ID=40094439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070091192A KR20090025959A (ko) 2007-09-07 2007-09-07 거리 측정 방법 및 장치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7817253B2 (ko)
EP (1) EP2034334B1 (ko)
JP (1) JP5748938B2 (ko)
KR (1) KR20090025959A (ko)
CN (1) CN101382594B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101373001B1 (ko) * 2011-10-14 2014-03-11 미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤 기판 상면 검출 방법 및 스크라이브 장치

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101561267B (zh) * 2008-04-16 2013-06-05 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 距离测量装置与方法
DE502008001000D1 (de) * 2008-11-21 2010-09-02 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Messung von Entfernungen nach dem Lichtlaufzeitprinzip
CN102445999A (zh) * 2010-10-07 2012-05-09 富泰华工业（深圳）有限公司 鼠标
CN103116163B (zh) * 2013-01-29 2015-02-04 东南大学 一种激光传感响应测距装置及控制方法
CN103399321B (zh) * 2013-08-24 2014-12-24 云南金隆伟业电子有限公司 光学面阵列测距传感器
JP6455088B2 (ja) * 2014-11-06 2019-01-23 株式会社デンソー 光飛行型測距装置
US10264396B2 (en) * 2015-01-15 2019-04-16 Mediatek Inc. Method of distance measurement between wireless communication devices in wireless communication system
EP3388864A1 (en) * 2017-04-10 2018-10-17 Bea S.A. Method of human body recognition and human body recognition sensor
WO2019168553A1 (en) * 2018-03-01 2019-09-06 Axon Enterprise, Inc. Systems and methods for detecting a distance between a conducted electrical weapon and a target
CN109031332A (zh) * 2018-08-07 2018-12-18 上海炬佑智能科技有限公司 飞行时间测距传感器及其控制方法
DE102018130720A1 (de) * 2018-12-03 2020-06-04 Ima Schelling Deutschland Gmbh Infrastruktursystem
CN113129637B (zh) * 2019-12-30 2022-06-24 上海汽车集团股份有限公司 车位检测方法、装置及计算机存储介质

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3325750A (en) * 1963-12-23 1967-06-13 Gen Electric High resolution time interval measuring circuit employing a balanced crystal oscillator
JPS4911291A (ko) * 1972-05-29 1974-01-31
DE3219423C2 (de) * 1981-06-09 1986-04-30 MTC, Meßtechnik und Optoelektronik AG, Neuenburg/Neuchâtel Entfernungsmeßverfahren und Vorrichtung zu seiner Durchführung
JPH0776790B2 (ja) * 1987-09-16 1995-08-16 日本電気株式会社 レーザ測距装置
JPH063441A (ja) * 1992-06-19 1994-01-11 Clarion Co Ltd 時間計測装置
JP3120202B2 (ja) * 1993-11-18 2000-12-25 株式会社トプコン パルス方式の光波距離計
JPH0921871A (ja) * 1995-07-06 1997-01-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 半導体レーザ距離測定装置
US5963308A (en) * 1996-02-20 1999-10-05 Canon Kabushiki Kaisha Distance measuring apparatus
US5745442A (en) 1996-10-22 1998-04-28 Power Spectra, Inc. Digital time interval measurement engine for a time of flight system
JP2000065929A (ja) * 1998-08-21 2000-03-03 Olympus Optical Co Ltd 距離測定方法及び距離測定装置
US6535275B2 (en) * 2000-08-09 2003-03-18 Dialog Semiconductor Gmbh High resolution 3-D imaging range finder
KR100556612B1 (ko) * 2002-06-29 2006-03-06 삼성전자주식회사 레이저를 이용한 위치 측정 장치 및 방법
US7236235B2 (en) * 2004-07-06 2007-06-26 Dimsdale Engineering, Llc System and method for determining range in 3D imaging systems
US20060153229A1 (en) 2005-01-10 2006-07-13 Sbc Knowledge Ventures, Lp System and method for extended distance digital subscriber line based services
US7262402B2 (en) * 2005-02-14 2007-08-28 Ecole Polytechnique Federal De Lausanne Integrated imager circuit comprising a monolithic array of single photon avalanche diodes
KR100692569B1 (ko) * 2005-03-25 2007-03-13 삼성전자주식회사 저주파 신호를 이용한 거리 측정 방법 및 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101373001B1 (ko) * 2011-10-14 2014-03-11 미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤 기판 상면 검출 방법 및 스크라이브 장치

Also Published As

Publication number Publication date
US7817253B2 (en) 2010-10-19
JP2009063573A (ja) 2009-03-26
EP2034334B1 (en) 2012-08-08
CN101382594B (zh) 2012-12-26
US20090066931A1 (en) 2009-03-12
EP2034334A1 (en) 2009-03-11
JP5748938B2 (ja) 2015-07-15
CN101382594A (zh) 2009-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20090025959A (ko) 거리 측정 방법 및 장치
US7236235B2 (en) System and method for determining range in 3D imaging systems
CN102792183A (zh) 物理量传感器以及物理量测量方法
CN109597091A (zh) Tof测距的相位解包裹的方法及tof测距系统
TW201411166A (zh) 應用於量測距離的雷射測距儀、距離演算方法及距離量測方法
CN113009432B (zh) 提高测量精度、提高目标探测精度的方法、装置及设备
KR100735407B1 (ko) Ｔｏａ를 이용한 거리 측정 장치 및 방법
EP3335053B1 (en) High precision time measurement apparatus
KR20140043913A (ko) 거리 측정 방법 및 장치
KR101045347B1 (ko) 펄스 신호 추적 방법 및 장치
TWI772810B (zh) 時間測量裝置以及方法
Montgomery et al. Evaluating the accuracy of optical‐streak‐camera sweep rates using uncertain data
CN103529687B (zh) 脉冲时间间隔测量装置
US8255188B2 (en) Fast low frequency jitter rejection methodology
US6785621B2 (en) Method and apparatus for accurately determining the crossing point within a logic transition of a differential signal
CN105445687A (zh) 一种频谱分析仪实时性能评价系统及评价方法
TWI426283B (zh) 工作週期測量系統與其方法
KR100532041B1 (ko) 콘덴서의 충방전 특성을 이용하여 측정 정밀도를 향상시킨유량 측정 장치
Kurtti et al. A laser scanner chip set for accurate perception systems
Silies Bright and Giant Pulses at LOFAR Frequencies
CN116300379A (zh) 一种时间数字转换器、时间测量方法及相关设备
JPH10170652A (ja) パルス光時間間隔計測方式およびパルス光時間間隔計測方法
JP2021025986A (ja) レーザ測距装置
JP2006292461A (ja) 距離計
CN118367983A (zh) 一种测量方法和光时域反射仪

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
A107 Divisional application of patent
AMND Amendment
B601 Maintenance of original decision after re-examination before a trial
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20140123

Effective date: 20141209