💬 거리측정기 원리

거리측정기에는 ToF센서가 이용됩니다.

아두이노용 ToF센서

ToF는 Time-of-Flight 로 빛이나 전파가 물체에 도달하여 반사된 후 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정하여 물체까지의 거리를 계산하는 센서입니다.

크게 직접 ToF(DToF)와 간접 ToF(iToF) 두 가지 방식으로 나뉩니다.

직접 ToF는 빛 펄스를 발사한 후, 물체에 반사되어 돌아오는 펄스를 수신하기까지 걸린 시간을 직접 측정하여 거리를 계산하는 방식이고,
간접 ToF는 연속적인 파동을 이용해 발사된 빛과 수신된 빛의 위상 차이를 측정하여 거리를 계산합니다.

직접방식은 원리는 단순합니다.
거리= 빛의 속도 X 시간
이란 단순한 공식에서 빛의 속도는 이미 알고 있으므로 시간만 알면 됩니다.
스위치를 누르면 스탑워치가 시작되면서 빛이 발사되고 물체에 반사된 빛이 돌아오면 센서가 감지해서 스탑워치를 멈춥니다.
거리= 빛의 속도 X 시간 을 계산하고
빛은 왕복을 했으므로 거리를 반으로 나누면 됩니다.
빛이 워낙 빠르므로 이를 감지해 내려면 센서의 응답속도와 측정기 프로세서가  굉장히 빨라야 합니다. 이는 측정기의 가격을 비싸게 합니다.

간접방식은 출발한 빛의 신호와 반사되어 되돌아온 빛이 거리때문에 위상차가 발생하는 것을 이용합니다. 위상은 좀 어려운 개념일 수 있겠는데 모양의 차이 정도로 이해해 두면 되겠습니다.
마치 산에서 메아리의 정도로 거리를 추정하는 것과 유사합니다.
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3D ToF 센서의 작동 원리와 종류

을 보면 구체적으로 이해할 수 있지만 역시 내용이 어려우므로 쉽게 설명해 보겠습니다.

아래는 반사되어 돌아온 빛을 감지하는 센서입니다.

푸른색 센서는 발사하는 신호가 온일 때 수신되는 센서이고 붉은 것은 발사 신호가 오프일 때 수신되는 센서입니다.
즉 산에서 야호 했을 때 야호 야호 야호 하고 메아리치는데 내가 야호 하는 동안 들리는 소리가 파란색 센서에 담기고 야호 끝나고 메아리치는 것들이 수신되는 곳이 빨간 센서입니다.

이를 아래처럼 설명하는데 역시 어렵지요?

리셉터A 가 파란센서에서 수신한 것이고
리셉터B 가 빨강색센서에서 수신한 것입니다.
B / (A+B) 의 비율값을 계산하면 거리가 멀 수록
메아리로 돌아오는 B가 많을 것이므로 계산결과는 커질 겁니다.
즉, 산에서 야호가 많이 반복되어 들려 올 수록 소리가 부딛힌 반대편 산이 멀다는 것입니다.

계산식으로 하면 역시 어렵지만
대충 이렇구나 짐작만 하면 되겠습니다.
거리= 빛의 속도 X 시간  의 식에서
시간은 레이저 펄스 High 레벌 시간이라면
거리= 빛의 속도 X 시간 X (B / (A+B))
로  계산되고 이 거리를 반으로 나누면 됩니다.

간접 ToF는 저렴하고 부피도 매우 소형이어서 스마트폰의 얼굴인식, 자율주행의 3D환경인식 등 다양한 환경에 사용됩니다.

골프용 거리측정기로 유명한
부쉬넬은 직접방식일 가능성이 높습니다.
그래서 측정기값이 비교적 고가입니다.
현재 최신 최고급형은 70~80만원대입니다.
보급형도 40~50만원대입니다.

https://audimus.tistory.com/m/177

부쉬넬 (Bushnell)

https://audimus.tistory.com/m/202

골프거리 측정기 부쉬넬 Tour X 와 Pro X2 비교