ToF 센서란?
ToF 센서(영어: time of flight sensor)는 펄스 투광한 빛이 대상물 표면에서 반사되어 돌아오기까지의 시간으로 거리를 측정하는 센서입니다.
대부분의 센서는 레이저 등에서 발산되는 적외선 등을 사용하는데, ToF 센서는 시간을 측정하여 거리로 환산하기 때문에 근거리, 원거리에 상관없이 감지 정확도를 일정하게 유지할 수 있습니다.
ToF 센서는 대상물과의 거리 측정을 비롯해 레벨 센서로서의 사용, 물체의 위치 확인 및 위치 결정, 공간 내 인원수 확인 등에 사용됩니다.
ToF 센서의 사용 용도
1. VR 및 AR 인식
ToF 센서는 대상과의 거리 측정이 정확하기 때문에 최근 화두가 되고 있는 VR(Virtual Reality)과 AR(Augmented Reality)의 인식에 활용되어 이미지를 보다 입체감 있게 표시할 수 있습니다.
2. 모니터링
ToF 센서는 레벨 센서로서 기계의 리프트량 모니터링, 탱크 내 잔량 모니터링, 창고 재고 확인, 롤 자재 잔량 확인 및 자동창고 재고 확인 등에 활용합니다.
3. 공작물 착좌 확인
생산라인에서 워크가 지그에 착석했는지 ToF 센서로 확인합니다.
4. 공간 내 인원수 파악
3차원 ToF 센서를 통해 특정 공간 내 인원을 파악할 수 있습니다. 물체까지의 거리를 데이터화하여 AI를 통해 인물을 판별하여 인원을 파악합니다.
5. 물체의 치수 및 부피 측정
3차원 ToF 센서를 사용하여 물체의 각 부분 치수를 측정하고 부피를 측정할 수 있습니다.
6. 스마트폰의 얼굴 인식 기능
어두운 곳에서도 물체의 상을 입체적으로 포착하여 자동 초점 기능을 향상시킬 수 있기 때문에 향후 스마트폰의 얼굴 인증 기능에 적용이 늘어날 것으로 예상됩니다.
ToF 센서의 원리
ToF 센서의 원리는 비교적 간단합니다. 먼저 센서 내 레이저 다이오드에서 변조된 근적외선 등을 투사한다. 대상물에 부딪혀 반사된 근적외선 등은 센서 내 수광소자로 되돌아오게 됩니다. 발산된 근적외선과 반사된 근적외선의 위상차를 시간차로 변환하고, 발산된 빛의 속도를 곱해 거리를 구하는 방식입니다.
위상차 측정 외에도 시간차를 직접 측정하는 방법도 있는데, ToF 센서는 거리에 상관없이 감지 정확도를 일정하게 유지할 수 있고, 어두운 환경에서도 깊이 정확도가 높아 작동이 가능하다는 점이 다른 센서보다 우수합니다.
레이저의 빛은 적외선이나 근적외선을 사용하는 경우가 많은데, 센서에 따라 다르지만 사람의 눈에 유해한 파장도 있기 때문에 용도에 따라 주의가 필요합니다.
적외선이나 근적외선 레이저의 경우 측정 지점을 눈으로 확인할 수 없습니다. 대상물에 레이저가 조사되고 있는지 확인하기 위해 별도의 스코프나 가이드 레이저 등이 필요합니다.
ToF 센서의 종류
ToF 센서에는 1DToF와 3DToF가 있습니다.
1. 1DToF 센서
1DToF 센서는 센서에서 특정 지점까지의 거리를 측정합니다. 사람 감지 센서나 액체-분말의 양을 측정하는 레벨 센서 등에 사용됩니다.
2. 3DToF 센서
3DToF 센서는 카메라와 같이 이미지로 거리 정보를 얻을 수 있습니다. 공간 전체에 있는 물체와의 거리를 측정합니다.
ToF 센서의 다른 정보
ToF 센서의 장점
1. 원거리 설치 가능
ToF 센서는 원거리에서도 정확하게 감지할 수 있기 때문에 대상물에서 멀리 떨어진 곳에 설치할 수 있습니다. 사람이나 로봇의 동선을 피해 설치할 수 있습니다. 자동차 등 큰 물체는 ToF 센서를 여러 개 설치하여 다방향으로 위치 파악이 가능합니다.
2. 설치의 자유도가 높다.
센서 자체가 작아 공간 절약형 설치가 가능합니다. 또한, 조사 방향도 상하, 수평, 대각선 등 자유롭게 선택할 수 있습니다.
3. 대상물의 표면 상태와 무관
ToF 센서는 고속으로 샘플링하여 평균화 처리하기 때문에 대상물의 색상, 재질 등에 관계없이 수광량이 부족해도 안정적으로 검출할 수 있습니다.