KR100489436B1 - 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치 및 그 방법 - Google Patents

펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 펄스형 레이저를 이용하여 물체의 거리를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치에 있어서, 상기 레이저에서 조사된 제 1 광신호(V1)와 상기 물체에 의해 산란된 제 2 광신호(V1′)를 입력받는 센서부와, 상기 센서부로부터 입력받은 제 1 광신호(V1)와 제 2 광신호(V1′)의 출력을 지연하는 지연회로와, 상기 센서부로부터의 제 1 광신호(V1)와 상기 지연회로로부터의 제 3 광신호(V1,d)를, 상기 센서부로부터의 제 2 광신호(V1′)와 상기 지연회로로부터의 제 4 광신호(V1,d′)를 각각 비교하여 얻은 제 1 입사 펄스 신호(Pin)와 제 1 산란 펄스 신호(Psc)를 포함하는 제 1 펄스신호(a)를 출력하는 제 1 비교기와, 상기 제 1 비교기로부터 입력되는 제 1 입사 펄스신호(Pin)와 제 1 산란 펄스신호(Psc)의 상승 트리거 시간(T1, T2)을 계측하고 상기 계측한 시간의 차이를 통해 물체의 거리를 측정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치 및 그 방법{Apparatus and Method for mesurering the distance of using Laser}
본 발명은 펄스형 레이저를 이용하여 물체의 거리를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
펄스형 레이저를 이용하여 일정한 지점에 위치한 물체의 거리를 측정하는 원리는 상기 물체에 펄스형 레이저광을 조사한 후 상기 물체에 의해 산란된 산란광이 되돌아 오는 시간을 측정하여 이를 통해 거리를 측정하는 것이다. 이러한 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정방법은 연속발진(Continuous Wave) 레이저를 이용한 거리측정방법에 비하여 순간 첨두출력이 높기 때문에 장거리 측정이 가능하고 측정속도가 빠른 장점이 있다.
그러나 종래 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치는 측정하고자 하는 목표물이 같은 거리에 존재하더라도 목표물의 반사율에 따라 거리측정에 많은 오차를 유발하는 단점이 있었다.
이하, 종래 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치의 거리측정원리와 오차발생을 도시한 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 종래 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치의 개략적인 전체 구성블록도이고, 도 2 는 종래 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치에서 얻을 수 있는 펄스신호를 예시한 것으로서 도 2의 상단은 물체에서 약하게 산란된 광신호의 비교기와 플립플롭회로의 출력신호이고, 도 2의 하단은 물체에서 강하게 산란된 광신호의 비교기와 플립플롭회로의 출력신호이다.
도 1에 서 도시한 바와 같이, 종래 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치(100)는 센서부(110), 비교기(120), 플립플롭회로(130), 카운터(140), 발진기 (High speed Osillator)(150), 제어부(160)를 포함한다.
센서부(110)는 물체에 조사되는 펄스형 레이저의 광신호(V1)와 물체에 의해 산란되어 되돌아 오는 산란광(V1′)을 감지한다.
비교기(120)는 상기 센서부(110)로부터 광신호(V1) 및 산란광(V1′)을 입력받아 각각 표준전압(VS)과 비교하여 도 2에서 도시한 바와 같은 입사 펄스신호(Pin)와 산란 펄스신호(Psc)를 포함하는 펄스신호(R)를 출력한다.
플립플롭회로(130)는 상기 비교기(120)로부터의 입사 펄스신호(Pin)에 의해 상승 트리거되고 상기 산란 펄스신호(Psc)에 의해 하강 트리거 된 펄스신호(S)를 출력한다.
카운터(140)는 상기 플립플롭회로(130)로부터 입력받은 펄스신호(S)의 펄스폭(①, ①′)만큼의 시간동안 펄스수를 카운팅한다.
제어부(160)는 상기 카운터(140)로부터의 카운팅값을 통해 시간을 측정하고 이를 다시 거리로 환산하여 물체의 거리를 계측하게 되는 것이다.
그러나, 도 2의 상,하단에서 도시한 바와 같이 목표물에서 산란되는 산란광(V1′,V1″)의 펄스크기만 변하여도 플립플롭회로(130)로부터 출력되는 펄스신호(S)의 펄스폭(①, ①′)이 달라진다. 따라서 카운터(140)에서 집게되는 펄스수의 변화가 생기고 결국 거리측정에 오차를 유발한다.
이러한 문제를 해결하는 방법으로는 레이저에서 조사된 광신호와 산란광의 극대점의 위치를 정확하게 찾아 그 방법 중의 하나로 고속 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 이용하여 산란신호를 컴퓨터에 기억시킨 후 다시 재처리하여 극대점을 찾으면 된다. 그러나 이러한 방법은 실시간 측정이 어렵고 고가의 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 사용하여야 하는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로서 물체의 종류, 물체에 의해 산란된 레이저광의 에너지 및 펄스크기 등에 상관없이 물체의 거리를 정확하게 측정할 수 있는 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치 및 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
부가적으로 본 발명은 비교적 간단한 회로구성을 통해 물체의 거리를 정확하게 또한 실시간으로 측정할 수 있는 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치 및 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치의 일 양상에 따르면, 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치에 있어서, 상기 레이저에서 조사된 제 1 광신호(V1)와 상기 물체에 의해 산란된 제 2 광신호(V1′)를 입력받는 센서부와, 상기 센서부로부터 입력받은 제 1 광신호(V1)와 제 2 광신호(V1′)의 출력을 지연하는 지연회로와, 상기 센서부로부터의 제 1 광신호(V1)와 상기 지연회로로부터의 제 3 광신호(V1,d)를, 상기 센서부로부터의 제 2 광신호(V1′)와 상기 지연회로로부터의 제 4 광신호(V1,d′)를 각각 비교하여 얻은 제 1 입사 펄스 신호(Pin)와 제 1 산란 펄스 신호(Psc)를 포함하는 제 1 펄스신호(a)를 출력하는 제 1 비교기와, 상기 제 1 비교기로부터 입력되는 제 1 입사 펄스 신호(Pin)와 제 1 산란 펄스 신호(Psc)의 상승 트리거 시간(T1, T 2)을 계측하고 상기 계측한 시간의 차이를 통해 물체의 거리를 측정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기본적인 양상은 펄스형 레이저로부터 조사되어 물체에 의해 산란된 산란광이 시간적으로 가우시안 분포를 하고 있다는 점을 착안하여 가우시안 분포점의 극대점을 찾는 대신에 강도가 일정 비율로 떨어진 지점을 찾고 그 지점에서의 시간을 측정함으로써 물체의 거리를 측정하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 양상에 따라 본 발명은 물체의 종류, 물체에 의해 산란된 레이저광의 에너지 및 펄스폭 등에 상관없이 물체의 거리를 정확하게 측정할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명은 펄스형 레이저로부터 물체에 조사된 광신호와 산란광의 강도가 일정 비율로 떨어진 지점을 얻기 위해 센서부, 지연회로, 비교기 및 제어부만을 포함하는 비교적 간단한 회로구성으로 물체의 거리를 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는 것이다.
나아가 본 발명의 또 다른 일 양상에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치는 센서부로부터 입력받은 제 1 광신호(V1), 제 2 광신호(V1′)를 미리 정해진 표준전압과 각각 비교하여 얻은 제 2 입사 펄스 신호(Pin)와 제 2 산란 펄스 신호(Psc)를 포함하는 제 2 펄스신호(a')를 출력하는 제 2 비교기와, 상기 제 2 비교기로부터의 제 2 펄스신호(a')와 상기 제 1 비교기로부터의 제 1 펄스신호(a)를 논리곱하여 잡신호가 제거된 제 3 입사 펄스 신호(Pin)와 제 3 산란 펄스 신호(Psc)를 포함하는 제 3 펄스신호(f)를 출력하는 논리곱회로를 더 포함하고, 제어부가 상기 제 3 입사 펄스 신호(Pin)와 제 3 산란 펄스 신호(Psc)의 상승 트리거 시간(T1 , T2)을 계측하고 상기 계측한 시간의 차이를 통해 물체의 거리를 측정하는 것을 특징으로 한다.
실제로 일정 시간동안 지연된 광신호와 원래 광신호를 비교기를 통해 비교하여 출력신호를 확인하여 보면 다량의 잡신호가 유발됨을 알 수 있다. 그런데, 상기와 같은 잡신호는 소프트웨어적으로 제거하는 것이 가능하여 별 문제가 되지 않는다. 그러나 본 발명은 적어도 2개의 비교기와 논기곱회로을 더 사용하여 상기 잡신호를 하드웨어적으로 간단히 제거할 수 있는 특징으로 한다.
더 나아가 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치는 제 1 펄스신호(a) 또는 제 3 펄스신호(f)를 입력받아 상기 입사 펄스 신호(Pin)에 의해 상승 트리거되고 상기 산란 펄스 신호(Psc)에 의해 하강 트리거 된 제 4 펄스신호(b)를 출력하는 플립플롭회로와, 상기 플립플롭회로로부터 입력받은 제 4 펄스신호(b)를 카운트하는 카운터를 더 포함하고, 제어부가 상기 카운터로부터 출력되는 카운트값을 이용하여 물체의 거리를 측정하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한, 그리고 추가적인 양상을 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치의 개략적인 구성블록도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치(10)는 센서부(11)와 지연회로(12)와 비교기와(13)와 제어부 (14)를 포함한다.
상기 센서부(11)는 물체에 조사되는 펄스형 레이저의 조사광(V1)과 물체에 의해 산란되어 되돌아 오는 산란광(V1′)을 감지한다. 상기 센서부(11)는 포토다이오드를 사용한다.
상기 지연회로(12)는 상기센서부(11)로부터 조사광(V1)과 산란광(V1′)을 입력받아 비교기(13)로의 출력을 지연한다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 지연회로(12)는 출력신호를 원하는 시간만큼 임의로 조절할 수 있도록 동축케이블의 길이로 조절하는 것이 가능하다.
상기 비교기(13)는 상기 센서부(11)로부터의 조사광(V1)과 상기 지연회로 (12)로부터의 조사광(V1,d)을, 상기 센서부(11)로부터의 산란광(V1′)과 상기 지연회로(12)로부터의 산란광(V1,d′)을 각각 비교하여 얻은 제 1 입사 펄스신호(Pin)와 제 1 산란 펄스신호(Psc)를 포함하는 제 1 펄스신호(a)를 출력한다.
상기 제어부(14)는 상기 비교기(13)로부터 입력되는 제 1 입사 펄스신호 (Pin)와 제 1 산란 펄스 신호(Psc)의 상승 트리거 시간(T1, T 2)을 계측하고 상기 계측한 시간의 차이(△T)를 통해 물체의 거리를 측정한다. 상기 제어부(14)는 롬과 램과 입출력장치와 업/다운 카운터와 기타 주변장치들이 집적된 마이그로프로세서로 구현되는 것이 바람직하다.
이하, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치의 거리측정원리를 도시한 도면을 참조로 설명한다.
도 4 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치에서 얻을 수 있는 펄스신호를 예시한 것으로서 도 4의 상단은 물체에서 약하게 산란된 광신호의 비교기로부터의 출력신호이고, 도 4의 하단은 물체에서 강하게 산란된 광신호의 비교기로부터의 출력신호이다.
레이저광의 초기 펄스폭을 W, 펄스크기를 M 이라 하면 레이저광의 파형의 시간특성함수는 수학식 1 과 같이 표현된다.
이러한 펄스모양은 목표물의 반사도에 따라 펄스크기 M 값이 달라진다. 즉, 산란계수가 큰 물체는 펄스크기 M 값이 크고 산란계수가 작은 물체는 펄스크기 M 값이 상대적으로 작다. 그러나 어느 경우든지 광신호가 극대점에서 일정 비율만큼 작아지는데 걸리는 시간은 일정하다. 즉, 일정 시간만큼 연기시킨 펄스파형과 원래 파형을 비교하여 같은 값이 되는 지점을 찾으면 극대값의 크기에 상관없이 극대값에서 일정시간 지연된 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 일정 시간만큼 연기시킨 펄스파형과 원래 파형을 비교하여 같은 값을 찾고 이 값을 이용하면 극대점의 시간을 알 수 있는 것이다.
이와 같은 사실은 도시한 도 4를 참조하면 잘 알 수 있다. 도시한 도 4의 상,하단을 참조하면, 본 발명은 물체의 산란계수에 따라 산란광(V1,d′)의 크기가 다르더라도 지연회로를 통해 일정시간 지연시킨 광신호와 원래 광신호를 비교하여 얻은 입력 펄스신호(Pin)의 상승 트리거 시간(T1)과 산란 펄스신호(Psc)의 상승 트리거 시간(T2)이 동일함을 알 수 있다. 따라서 지연회로에서의 지연시간을 알고 있음으로 간접적으로 원래 신호의 극대점에서의 시간을 찾을 수 있는 것이다. 따라서 상기 극대점에서의 시간을 이용하여 측정하고자 하는 물체의 거리를 물체의 특성에 상관없이 정확하게 알 수 있다.
도 5 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치의 개략적인 구성블록도이다.
본 실시예에서는 비교기에서 얻은 펄스신호를 플립플롭을 통해 일정한 펄스폭을 가지는 펄스신호를 카운터로 출력하여 카운터에서 카운팅된 펄스 수를 이용하여 시간을 측정하고 이를 다시 거리로 환산하는 것을 특징으로 한다.
도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 센서부(21)와 지연회로(22)와 비교기 (23)와 플립플롭회로(24)와 카운터(25)와 고속 발진기(26)와 제어부(27)를 포함한다. 본 실시예에서 상기 센서부(21)와 지연회로(22)와 비교기(23)의 구성 및 작동은 제 1 실시예에서 설명한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 플립플롭회로(24)는 상기 비교기(23)로부터 입사 펄스 신호(Pin)와 산란 펄스신호(Psc)를 포함하는 펄스신호(a)를 입력받아 상기 입사 펄스 신호(Pin)에 의해 상승 트리거되고 상기 산란 펄스신호(Psc)에 의해 하강 트리거 된 펄스신호(b)를 출력한다.
상기 카운터(25)는 상기 플립플롭회로(24)로부터 입력받은 펄스신호(b)의 펄스폭(①, ①′)을 카운팅한다.
상기 제어부(27)는 상기 카운터(25)로부터 출력되는 카운트값을 이용하여 물체의 거리를 측정한다.
도 6 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치에서 얻을 수 있는 펄스신호를 예시한 것으로서 도 6의 상단은 물체에서 약하게 산란된 광신호의 비교기와 플립플롭회로로부터의 출력신호이고, 도 6의 하단은 물체에서 강하게 산란된 광신호의 비교기와 플립플롭회로로부터의의 출력신호이다.
도 6의 상, 하단에서 도시된 바와 같이, 비교기(23)로부터 펄스신호(a)를 입력받은 플립플롭회로(24)는 동일한 펄스폭을 가지는 펄스신호(b)를 출력한다. 따라서 물체의 종류에 상관없이 동일한 지점에 위치한 물체의 거리는 항상 동일하게 측정할 수 있는 것이다.
도 7 는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치의 개략적인 구성블록도이다.
본 발명에서 광신호는 가우시안 분포를 이루고 있지만 일정 시간동안 지연된 광신호와 원래 광신호를 비교기를 통해 비교하여 출력하여 보면 다량의 잡신호가 유발됨을 알 수 있다. 그러나 앞서 설명한 제 1, 제 2 실시예에서는 소프트웨어적으로 상기 잡신호를 제거하는 것이 가능하므로 별 문제가 되지 않는다. 이제 본 실시예에서는 상기 잡신호를 하드웨어적으로 간단히 해결할 수 있는 방식을 제시하고자 한다.
도시한 바와 같이 본 실시예에서는 센서부(31)와 지연회로(32)와 제 1, 제 2비교기(33a, 33b)와 논리곱회로(34)와 플립플롭회로(35)와 카운터(36)와 고속 발진기(37)와 제어부(38)를 포함한다. 본 실시예에서 상기 센서부(31)와 지연회로(32)의 구성 및 작동은 제 1 실시예에서 설명한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 1 비교기(33a)는 상기 센서부(31)로부터의 조사광(V1)과 상기 지연회로(32)로부터의 조사광(V1,d)을, 상기 센서부(31)로부터의 산란광(V1′)과 상기 지연회로(12)로부터의 산란광(V1,d′)을 각각 비교하여 얻은 제 1 입사 펄스신호(Pin)와 제 1 산란 펄스신호(Psc)를 포함하는 제 1 펄스신호(a)를 출력한다.
상기 제 2 비교기(33b)는 상기 센서부(31)로부터의 조사광(V1)과 상기 지연회로(32)로부터의 조사광(V1,d)을 미리 정해진 표준전압(Vs)과 각각 비교하여 얻은 제 2 입사 펄스신호(Pin)와 제 2 산란 펄스신호(Psc)를 포함하는 제 2 펄스신호(a′)를 출력한다.
상기 논리곱회로(34)는 상기 제 2 비교기로부터의 제 2 펄스신호(a')와 상기 제 1 비교기로부터의 제 1 펄스신호(a)를 논리곱하여 잡신호가 제거된 제 3 입사 펄스신호(Pin)와 제 3 산란 펄스신호(Psc)를 포함하는 제 3 펄스신호(f)를 출력한다.
상기 플립플롭회로(35)는 제 3 펄스신호(f)를 입력받아 상기 제 3 입사 펄스 신호(Pin)에 의해 상승 트리거되고 상기 제 3 산란 펄스신호(Psc)에 의해 하강 트리거 된 제 4 펄스신호(b)를 출력한다.
상기 카운터(36)는 제 4 펄스신호(b)를 카운팅하고, 상기 제어부(37)는 카운터(36)로부터 출력되는 카운트값을 이용하여 물체의 거리를 측정한다.
도 8 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치에서 얻을 수 있는 펄스신호를 예시한 것으로서 도 8의 상단은 물체에서 약하게 산란된 광신호의 제 1, 제 2 비교기와 플립플롭회로의 출력신호이고, 도 8의 하단은 물체에서 강하게 산란된 광신호의 제 1, 제 2 비교기와 플립플롭회로의 출력신호이다.
도시된 바와 같이 제 1 비교기(33a)의 출력 펄스신호(a)는 두 신호의 크기가 잡신호 크기 정도로 작아지는 곳에서 다수의 잡신호가 유발된다. 하지만 논리곱회로(34)에서 상기 제 1 비교기(33a)로부터의 출력 펄스신호(a)와 제 2 비교기(33b)로부터의 출력 펄스신호(a′)를 논리곱하여 깨끗한 펄스신호(f)를 얻을 수 있다.
즉, 본 실시예에서는 비교기와 논리곱회로를 더 포함하여 간단히 잡신호를 제거할 수 있고 이로 인해 보다 정확히 그리고 실시간으로 물체의 거리를 측정할 수 있는 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제 1, 제2, 제3 실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치의 동작을 설명한다.
도 9, 도 10, 도 11 은 본 발명의 일실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치의 동작흐름도이다.
먼저, 도 9 를 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치의 동작흐름을 설명한다.
레이저에서 일정한 지점에 위치한 대상 물체로 레이저광이 조사되면 센서부 (11)에서는 레이저에서 조사된 광신호(V1)를 감지한다(S71). 이후 센서부(11)는 감지한 광신호(V1)를 전기신호로 변환하여 지연회로(12)와 비교기(13)로 상기 광신호 (V1)를 출력한다. 이후 비교기(13)는 상기 센서부(11)로부터의 광신호(V1)와 상기 지연회로(12)로부터의 광신호(V1,d)를 입력받아(S72) 각각을 비교하여 입사 펄스신호(Pin)를 출력한다(S73).
이후 센서부(11)는 상기 레이저에서 조사되어 물체에 의해 산란된 광신호(V1′)를 감지한다(S74). 이후 센서부(11)는 감지한 광신호(V1′)를 전기신호로 변환하여 지연회로(12)와 비교기(13)로 출력한다. 이후 비교기(13)는 상기 센서부(11)로부터의 광신호(V1′)와 상기 지연회로(12)로부터의 광신호(V1,d)를 입력받아(S75) 각각을 비교하여 산란 펄스신호(Psc)를 출력한다(S76).
이후 제어부(14)는 상기 비교기(13)로부터 입력받은 입사 펄스신호(Pin)의 상승 트리거 시간(T1)과 상기 산란 펄스신호(Psc)의 상승 트리거 시간(T2)을 계측하고 (S77) 상기 계측한 시간의 차이를 통해 물체의 거리를 측정한다(S78).
이하, 도 10 를 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치의 동작흐름을 설명한다.
레이저에서 일정한 지점에 위치한 대상 물체로 레이저광이 조사되면 센서부 (21)에서는 레이저에서 조사된 광신호(V1)를 감지한다(S81). 이후 센서부(21)는 감지한 광신호(V1)를 전기신호로 변환하여 지연회로(22)와 비교기(23)로 출력한다. 이후 비교기(23)는 상기 광신호(V1)와 상기 광신호(V1)를 입력받은 지연회로(22)로부터 광신호(V1,d)를 입력받아(S82) 각각을 비교하여 입사 펄스신호(Pin)를 출력한다 (S83).
이후 센서부(21)는 상기 레이저에서 조사되어 물체에 의해 산란된 광신호(V1′)를 감지한다(S84). 이후 센서부(21)는 감지한 광신호(V1′)를 전기신호로 변환하여 지연회로(22)와 비교기(23)로 출력한다. 이후 비교기(23)는 상기 센서부(21)로부터의 광신호(V1′)와 상기 지연회로(22)로부터의 광신호(V1,d)를 입력받아(S85) 각각을 비교하여 산란 펄스 신호(Psc)를 출력한다(S86).
이후 플립플롭회로(24)는 상기 입사 펄스신호(Pin)에 의해 상승 트리거되고 산란 펄스 신호(Psc)에 의해 하강 트리거 된 펄스신호(b)를 출력한다(S87).
이후 카운터(25)는 상기 펄스신호(b)의 펄스폭(③)를 카운팅하고 제어부(27)는 상기 카운팅값으로부터 시간을 구하고 이로부터 물체의 거리를 측정한다(S88).
이하, 도 11 를 참조하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치의 동작흐름을 설명한다.
레이저에서 일정한 지점에 위치한 대상 물체로 레이저광이 조사되면 센서부 (31)에서는 레이저에서 조사된 광신호(V1)를 감지한다(S91). 이후 센서부(31)는 감지한 광신호(V1)를 전기신호로 변환하여 지연회로(32)와 제 1,제 2 비교기(33a,33b)로 출력한다. 이후 제 1 비교기(33a)는 상기 광신호(V1)와 상기 광신호(V1)를 입력받은 지연회로(32)로부터 광신호(V1,d)를 입력받아(S92) 각각을 비교하여 제 1 입사 펄스신호(Pin)를 출력한다(S93). 한편, 제 2 비교기(33b)는 상기 제 1 광신호(V1)와 표준전압(VS)을 입력받아(S92) 각각을 비교하여 제 2 입사 펄스신호(Pin)를 출력한다 (S93).
이후 논리곱회로(34)는 상기 제 1 입사 펄스신호(Pin)와 제 2 입사 펄스 신호(Pin)를 논리곱하여 잡신호가 제거된 제 3 입사 펄스신호(Pin)을 출력한다 (S93).
이후 센서부(31)는 상기 레이저에서 조사되어 물체에 의해 산란된 광신호(V1′)를 감지한다(S94). 이후 센서부(31)는 감지한 광신호(V1′)를 전기신호로 변환하여 지연회로(32)와 제 1,제 2 비교기(33a,33b)로 출력한다. 이후 제 1 비교기(33a)는 상기 광신호(V1′)와 광신호(V1′)를 입력받은 지연회로(32)로부터 광신호(V1,d′)를 입력받아(S95) 각각을 비교하여 제 1 산란 펄스신호(Psc)를 출력한다(S96). 한편, 제 2 비교기(33b)는 상기 광신호(V1′)와 표준전압(VS)을 입력받아(S95) 각각을 비교하여 제 2 산란 펄스신호(Psc)를 출력한다(S96).
이후 논리곱회로(34)는 상기 제 1 산란 펄스신호(Psc)와 제 2 산란 펄스신호(Psc)를 논리곱하여 잡신호가 제거된 제 3 산란 펄스신호(Psc)을 출력한다 (S97).
이후 플립플롭회로(35)는 상기 제 3 입사 펄스신호(Pin)에 의해 상승 트리거되고 제 3 산란 펄스신호(Psc)에 의해 하강 트리거 된 펄스신호(b)를 출력한다 (S98).
이후 카운터(25)는 상기 펄스신호(b)의 펄스폭(④)을 카운팅하고(S99) 제어부(27)는 상기 카운팅값으로부터 시간을 구하고 이로부터 물체의 거리를 측정한다 (S100).
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 물체의 종류, 물체에 의해 산란된 레이저광의 에너지 및 펄스크기 등에 상관없이 물체의 거리를 보다 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따르면, 간단한 회로구성으로 장비제작에 따른 생산원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 실시간으로 물체의 거리를 측정할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형 예를 들어, 센서부와 제1, 제2 비교기와 논리곱회로와 제어부만을 포함하여 상기 논리곱회로로부터 출력되는 입사 펄스신호(Pin)와 산란 펄스신호(Psc)를 포함하는 펄스신호를 제어부가 입력받아 상기 입사 펄스신호(Pin)와 산란 펄스신호(Psc)의 상승 트리거 시간(T1, T2)을 계측하고 상기 계측한 시간의 차이를 통해 물체의 거리를 측정할 수 있다는 것은 명백하다. 따라서, 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 할 것이다.
도 1 은 종래 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치의 개략적인 전체 구성블록도이다.
도 2 는 종래 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치에서 얻을 수 있는 펄스신호를 예시한 것이다.
도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치의 개략적인 구성블록도이다.
도 4 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치에서 얻을 수 있는 펄스신호를 예시한 것이다.
도 5 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치의 개략적인 구성블록도이다.
도 6 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치에서 얻을 수 있는 펄스신호를 예시한 것이다.
도 7 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치의 개략적인 구성블록도이다.
도 8 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치에서 얻을 수 있는 펄스신호를 예시한 것이다.
도 9, 도 10, 도 11 은 본 발명의 일실시예에 따른 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치의 동작흐름도이다.
<도면의 간단한 설명>
10, 20, 30: 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치
11, 21, 31: 센서부 12, 22, 32: 지연회로
13, 23, 33: 비교기 34:논리곱회로
24, 35:플립플롭회로 25, 36:카운터
26, 37: 발진기 14, 27, 38: 제어부

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치에 있어서,
    상기 레이저에서 조사된 제 1 광신호(V1)와 상기 물체에 의해 산란된 제 2 광신호(V1′)를 입력받는 센서부와;
    상기 센서부로부터 입력받은 제 1 광신호(V1)와 제 2 광신호(V1′)의 출력을 지연하는 지연회로와;
    상기 센서부로부터의 제 1 광신호(V1)와 상기 지연회로로부터의 제 3 광신호(V1,d)를, 상기 센서부로부터의 제 2 광신호(V1′)와 상기 지연회로로부터의 제 4 광신호(V1,d′)를 각각 비교하여 얻은 제 1 입사 펄스신호(Pin)와 제 1 산란 펄스신호(Psc)를 포함하는 제 1 펄스신호(a)를 출력하는 제 1 비교기와;
    상기 센서부로부터 입력받은 제 1 광신호(V1), 제 2 광신호(V1′)를 미리 정해진 표준전압과 각각 비교하여 얻은 제 2 입사 펄스신호(Pin)와 제 2 산란 펄스신호(Psc)를 포함하는 제 2 펄스신호(a')를 출력하는 제 2 비교기와;
    상기 제 2 비교기로부터의 제 2 펄스신호(a')와 상기 제 1 비교기로부터의 제 1 펄스신호(a)를 논리곱하여 잡신호가 제거된 제 3 입사 펄스신호(Pin)와 제 3 산란 펄스신호(Psc)를 포함하는 제 3 펄스신호(f)를 출력하는 논리곱회로와;
    상기 논리곱회로로부터 입력되는 상기 제 3 입사 펄스신호(Pin)와 제 3 산란 펄스신호(Psc)의 상승 트리거 시간(T1, T2)을 계측하고 상기 계측한 시간의 차이를 통해 물체의 거리를 측정하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치가:
    상기 논리곱회로로부터 입력되는 상기 제 3 입사 펄스신호(Pin)에 의해 상승 트리거되고 상기 논리곱회로로부터 입력되는 제 3 산란 펄스신호(Psc)에 의해 하강 트리거 된 제 4 펄스신호(b)를 출력하는 플립플롭회로와;
    상기 플립플롭회로로부터 입력받은 제 4 펄스신호(b)의 펄스폭을 카운팅하는 카운터를 더 포함하고,
    상기 제어부가 상기 카운터로부터 출력되는 카운트값을 이용하여 물체의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정장치.
  4. 삭제
  5. 상기 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정방법이:
    상기 레이저에서 조사된 제 1 광신호(V1)를 감지하는 제 1 단계와;
    상기 제 1 광신호(V1)와 상기 제 1 광신호(V1)를 입력받은 지연회로로부터 제 3 광신호(V1,d)와 미리 정해진 표준전압(VS)을 입력받는 제 2 단계와;
    상기 제 1 광신호(V1)와 상기 제 3 광신호(V1,d)를, 상기 제 1 광신호(V1)와 미리 정해진 표준전압(VS)을 각각 비교하여 제 1 입사 펄스신호(Pin)와 제 2 입사 펄스신호(Pin)를 출력하는 제 3 단계와;
    상기 제 1 입사 펄스신호(Pin)와 제 2 입사 펄스 신호(Pin)를 논리곱하여 잡신호가 제거된 제 3 입사 펄스신호(Pin)을 출력하는 제 4 단계와;
    상기 레이저에서 조사되어 물체에 의해 산란된 제 2 광신호(V1′)를 감지하는 제 5 단계와;
    상기 제 2 광신호(V1′)와 제 2 광신호(V1′)를 입력받은 지연회로로부터 제 4 광신호(V1,d′)와 미리 정해진 표준전압(VS)을 입력받는 제 6 단계와;
    상기 제 2 광신호(V1′)와 상기 제 4 광신호(V1,d′)를, 상기 제 2 광신호(V1′)와 미리 정해진 표준전압(VS)을 각각 비교하여 제 1 산란 펄스신호(Psc)와 제 2 산란 펄스신호(Psc)를 출력하는 제 7 단계와;
    상기 제 1 산란 펄스신호(Psc)와 제 2 산란 펄스신호(Psc)를 논리곱하여 잡신호가 제거된 제 3 산란 펄스신호(Psc)을 출력하는 제 8 단계와;
    상기 제 3 입사 펄스신호(Pin)의 상승 트리거 시간(T1)과 상기 제 3 산란 펄스신호(Psc)의 상승 트리거 시간(T2)을 계측하는 제 9 단계와;
    상기 계측한 시간의 차이를 통해 물체의 거리를 측정하는 제 10 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정방법.
  6. 상기 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정방법이:
    상기 레이저에서 조사된 제 1 광신호(V1)를 감지하는 제 1 단계와;
    상기 제 1 광신호(V1)와 상기 제 1 광신호(V1)를 입력받은 지연회로로부터 제 3 광신호(V1,d)와 표준전압(VS)을 입력받는 제 2 단계와;
    상기 제 1 광신호(V1)와 상기 제 3 광신호(V1,d)를, 상기 제 1 광신호(V1)와 미리 정해진 표준전압(VS)을 각각 비교하여 제 1 입사 펄스신호(Pin)와 제 2 입사 펄스신호(Pin)를 출력하는 제 3 단계와;
    상기 제 1 입사 펄스신호(Pin)와 제 2 입사 펄스 신호(Pin)를 논리곱하여 잡신호가 제거된 제 3 입사 펄스신호(Pin)을 출력하는 제 4 단계와;
    상기 레이저에서 조사되어 물체에 의해 산란된 제 2 광신호(V1′)를 감지하는 제 5 단계와;
    상기 제 2 광신호(V1′)와 상기 제 2 광신호(V1′)를 입력받은 지연회로로부터 제 4 광신호(V1,d′)와 표준전압(VS)을 입력받는 제 6 단계와;
    상기 제 2 광신호(V1′)와 상기 제 4 광신호(V1,d′)를, 상기 제 2 광신호(V1′)와 미리 정해진 표준전압(VS)을 각각 비교하여 제 1 산란 펄스신호(Psc)와 제 2 산란 펄스신호(Psc)를 출력하는 제 7 단계와;
    상기 제 1 산란 펄스신호(Psc)와 제 2 산란 펄스신호(Psc)를 논리곱하여 잡신호가 제거된 제 3 산란 펄스신호(Psc)을 출력하는 제 8 단계와;
    상기 제 3 입사 펄스신호(Pin)에 의해 상승 트리거되고 제 3 산란 펄스 신호(Psc)에 의해 하강 트리거 된 펄스신호를 출력하는 제 9 단계와;
    상기 펄스신호의 펄스폭을 카운팅하여 시간을 구하고 이로부터 물체의 거리를 측정하는 제 10 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스형 레이저를 이용한 물체의 거리측정방법.
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