표제지
국문초록
목차
약어표 10
1. 서론 11
1.1. 연구의 배경 11
1.2. 연구의 목적 및 범위 13
2. LiDAR 센서 동향 및 동작 원리 14
2.1. LiDAR 센서 시장규모 및 적용 분야 동향 14
2.2. LiDAR 센서 기본 원리 16
2.2.1. 광원의 비행거리(ToF)를 이용한 측정 방식 17
2.2.2. 위상 변이(Phase Shift)를 이용한 측정 방식 19
3. 발광부 구동회로 최적화를 위한 모듈 설계 21
3.1. LiDAR 센서 발광부의 구조 분석 및 동작 원리 21
3.2. LiDAR 센서 발광부의 모듈 구성 및 고려사항 25
3.3. 좁은 펄스 폭 동작의 특징 및 장점 28
3.4. 펄스 폭 조절 방식 및 시뮬레이션 33
3.4.1. 버퍼 지연(Propagation Delay) 방식 33
3.4.2. 시상수(Time Constant) 가변 방식 37
4. LiDAR 센서 발광부의 모듈 제작 및 검증 40
4.1. 모듈 제작 및 실험 환경 구성 40
4.1.1. 회로 설계 40
4.1.2. 발광부 PCB 설계 유의 사항 41
4.1.3. 실험 환경 구성 43
4.2. 실험 결과 44
4.2.1. 펄스 폭 테스트 확인 44
4.2.2. LiDAR 센서 구동 전력 비교 49
4.2.3. 발광부 LD 소모 전류 및 광 세기 52
5. 결론 58
참고문헌 59
ABSTRACT 63
표 3.1. 레이저광선 운영기준 29
표 3.2. 일반적인 로직 소자의 버퍼 지연 관련 사양서 33
표 4.1. 펄스 폭에 따른 LiDAR 센서 전력 비교 51
표 4.2. 펄스 폭에 따른 발광부 LD의 소모 전류 및 광 세기 변화 측정 57
그림 2.1. 센서별 시장규모 예측 14
그림 2.2. LiDAR 센서 적용 분야별 시장규모 예측 15
그림 2.3. 기본적인 ToF 방식의 LiDAR 센서 구성도 16
그림 2.4. ToF의 타이밍 다이어그램 18
그림 2.5. 위상 변이 방식 19
그림 3.1. 기생 성분을 포함한 FET 스위칭 회로도 21
그림 3.2. 애벌런치 트랜지스터를 이용한 발광부 회로도 22
그림 3.3. LiDAR 센서의 발광부 모듈 블록 다이어그램 23
그림 3.4. 스위칭 소자 물성에 따른 특성 비교 26
그림 3.5. 스위칭 소자 물성에 따른 웨이퍼 크기 차이 27
그림 3.6. 펄스 레이저가 생물조직에 미치는 물리적 손상 28
그림 3.7. 레이저 펄스 폭과 출력 관계 30
그림 3.8. 펄스 폭이 거리 분해능에 미치는 영향 31
그림 3.9. 미감지 영역에 따른 사각지대 생성의 문제점 32
그림 3.10. 신호 지연 모델링 33
그림 3.11. 버퍼의 지연 방식을 활용한 실제 응용 회로도 34
그림 3.12. 버퍼 지연을 이용한 펄스 폭 조절 회로도 35
그림 3.13. 버퍼 지연을 이용한 펄스 폭 조절 시뮬레이션 결과 35
그림 3.14. 펄스 폭 조절된 시뮬레이션 결과 수치 36
그림 3.15. 펄스 폭 조절 모듈의 구성 및 타이밍 다이어그램 37
그림 3.16. 펄스 폭 조절 시뮬레이션 회로 38
그림 3.17. 시상수를 이용한 펄스 폭 조절 시뮬레이션 결과... 39
그림 3.18. 펄스 폭 조절 시뮬레이션 결과 수치... 39
그림 4.1. LiDAR 센서 발광부 회로도... 40
그림 4.2. 부유 인덕턴스에 따른 허용 전류 관계 그래프 41
그림 4.3. 짧은 패턴이 적용된 발광부 보드 아트웍 42
그림 4.4. 최적화된 발광부, 8 bit MCU 및 수광부 43
그림 4.5. 테스트 환경 구축 및 고정 지그 43
그림 4.6. 시상수 가변 방식을 적용한 펄스 구현... 44
그림 4.7. 펄스 폭 가변 된 5 ns 파형... 45
그림 4.8. 펄스 폭 가변 된 10 ns 파형... 46
그림 4.9. 펄스 폭 가변 된 15 ns 파형... 47
그림 4.10. 펄스 폭 가변 된 20 ns 파형... 48
그림 4.11. 5 ns 펄스 폭 구동 시 평균 소모 전력 49
그림 4.12. 10 ns 펄스 폭 구동 시 평균 소모 전력 50
그림 4.13. 15 ns 펄스 폭 구동 시 평균 소모 전력 50
그림 4.14. 20 ns 펄스 폭 구동 시 평균 소모 전력 51
그림 4.15. 발광부 션트 전압 측정 회로도 52
그림 4.16. 광 세기 측정기 52
그림 4.17. 5 ns 펄스 폭의 션트 전압 및 광 세기 53
그림 4.18. 10 ns 펄스 폭의 션트 전압 및 광 세기 54
그림 4.19. 15 ns 펄스 폭의 션트 전압 및 광 세기 55
그림 4.20. 20 ns 펄스 폭의 션트 전압 및 광 세기 56