Time-of-Flight Sensor System - Setup and Estimation

Abstract

최근 물체까지의 거리를 감지할 수 있는 Time-of-Flight(ToF) 센서가 크게 각광을 받고 있다. Direct ToF (D-ToF) 센서는 레이저로부터 방출된 빛이 물체에 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 거리를 계산하는 원리로 동작하며, 이를 위해 수광부에 Single Photon Avalanche Diode(SPAD)가 사용된다[1]. SPAD는 내부에 강한 전계를 인가, avalanche 현상을 이용하여 단일광자까지 검출할 수 있는 차세대 광검출소자이다. 최근 STMicroelectronics에서 소형 모바일 응용에서 활용 가능한 4m의 측정 범위를 갖는 저가의 VL53L1X D-ToF센서를 출시하였다(그림1). 본 연구에서는 VL53L1X 센서가 다양한 환경에서 신뢰성 있는 동작을 하는지 정밀하게 검증하기 위하여 다양한 실험 및 분석을 진행하였다. 우선 프로그램으로 변경 가능한 Field of View(FoV)의 신뢰도를 측정하기 위한 테스트를 진행하였다. 이와 함께 물체의 다양한 반사율에 따른 측정 거리의 정확도를 검증하기 위한 실험 및 분석을 진행하였고, 또한 외부 간섭광의 세기에 따른 최대 측정 거리 및 측정 거리의 정확도를 검증하기 위한 실험을 진행하였다. 본 연구를 통해 D-ToF 센서 시스템에 대한 보다 깊은 이해를 비롯, 실제 응용 분야에 적용 시 각 조건에 따른 성능 예측에 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.