KR0158766B1 - 레이저 레인지 측정기용 파워 운영 장치 - Google Patents

레이저 레인지 측정기용 파워 운영 장치 Download PDF

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쥬니어 찰스 이. 누르시어
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완다 케이, 덴슨-로우
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Abstract

레이저 레인지 측정기의 동작시 각각의 전자 유닛들(24, 25)이 파워를 필요로 하는 구간 동안에만 유닛들에 파워가 공급되게, 일련의 선형 레귤레이터(71, 73, 75, 79)에 의해서 아날로그 전자 장치(24) 및 디지탈 전자 장치(25)에 파워 공급을 제어하는 마이크로제어기(13)를 포함하는 레이저 레인지 측정기용 파워 운영 시스템. 선형 레귤레이터(71, 73, 75, 79) 및 레이저 동작 펄스 발생기 회로(67)에는 마이크로제어기(13)에 의해 제어되는 고체 상태 프론트 엔드 회로에 의해 파워가 공급되며, 역전압 보로, 과전압 보호, 및 감소된 파워 소비를 제공하는 제1, 제2 및 제3 트랜지스터(Q1, Q2, Q3)을 포함하는 단순화한 DC/DC 변환기 회로(56, 61)에 의해 파워를 공급받는다.

Description

레이저 레인지 측정기용 파워 운영 장치 (Laser Range Finder Power Manage ment System)
제1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 레인지 측정기의 파워 운영 시스템에 대한 개략적인 블록도.
제2도는 본 실시예에 따른 파워 공급 회로에 대한 회로 블록도.
제3도는 본 실시예에 따른 프론트 엔드 파워 제어 회로에 대한 전기 회로도.
제4도는 본 실시예의 파워 운영 회로의 구성 및 동작을 도시한 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 파워 운영 시스템 13 : 마이크로제어기
14 : 제1버스 15 : 제2버스
16 : 파워 제어 버스 17 : 파워 공급기
18 : LRF 온/오프 스위치 19, 20 : 제1단자, 제2단자
21 : 신호 경로 21a : 입력단자
21b : 복귀 라인 23 : 일정 저전압 파워 출력
24 : 검출기 및 아날로그 전자 장치 25 : 레인지 카운터
29 : RS 485 시스템 I/O 35 : EMI 필터
37 : 전지 41 : FIRE LRF 스위치
43, 47 : 제1 및 제2 리드 45 : 푸쉬버튼
49 : 저항기 51 : 파워 제어 회로
53 : 버스 53a, 53b : 출력 단자
54, 70 : 신호 라인 55, 61 : DC/DC 변환기
56, 63 : 출력 버스 67 : PFN 파워 공급 유닛
71, 73, 75, 77, 79 : 선형 레귤레이터
R1- R7: 저항기 D1- D3: 다이오드
Q1- Q3: 트랜지스터 Z1- Z3: 제어 다이오드
CPFN: PFN 캐패시터
본 발명은 레이저 시스템에 관한 것으로, 특히 레이저 레인지 측정기(laser range finder)용 파워 운영 시스템의 개선에 관한 것이다.
레어저 레인지 측정기들은 견고하고, 모듈 타입으로 초소형 저가격 장치로 발전되고 있다. 가격이 가장 중요한 것으로, 많은 요소들이 가격에 영향을 미친다. 전자 장치의 가격이 중요하지만, 필요 파워량도 전지들의 크기 및 가격, 또한 인쇄 배선판들의 크기에도 직접적으로 영향을 미친다.
레이저 레인지 측정기에 파워을 공급하기 위한 종래의 기술에서는 항시 동작하는 다중 DC/DC 변환기 및 프리레귤레이터(preregulators)를 채용하고 있다. 역전압으로부터 보호하기 위해서, 종래의 시스템에서는 크기가 큰 신뢰성 없는 기계식 릴레이들 또는 역전압 보호용의 비효율적인 직렬 다이오드들을 사용하고 있다. 과전압 보호는 통상 큰, 고가의 과도 설계에 의해서 달성된다. 종래의 레인지 측정기 시스템에 있어서는 장치 일부 요소들은 기간의 99.9% 파워를 필요로 하지 않음에도 장치전체에 파워를 공급하고 있다.
그러므로 레어저 레인지 측정기를 개선하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 또 다른 목적은 레어저 레인지 측정기에 파워를 공급하기 위한 장치를 개선하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 레이저 레인지 측정기, 및 특히 이에 파워를 공급하는 장치의 크기, 복잡성 및 가격을 감소시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 레이저 레인지 측정기의 파워 소비를 감소시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 레이저 레인지 측정기 파워 공급에 대한 과전압 및 역전압 보호 회로를 개선하는 것이다.
본 발명에 따라서, 아날로그 및 디지탈 회로를 포함하는 레어저 레인지 측정기의 주요 기능 모듈에 필요할 때만 파워를 공급하여, 상당량의 파워 소비를 제거하도록 한다. 결과적으로 나타난 시스템의 듀티 사이클은통상 1%보다 훨씬 그 미만이기 때문에, 대부분의 고가의 종래 DC 대 DC 파워 변환기들을 소형의 저가격 선형 레귤에이터로 대처할 수 있고, 또한 필요할 때만 스위치 온할 수 있다. 본 발명의 또 다른 특징에 따른 파워 운영 구조에서는 과전압 및 역전압 보호를 제공하기 위해서, 파워 효율적인 방식으로 파워 공급기의 프론트 엔드에 활성 고체 상태 회로를 더 채용하고 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예는 어느 정도 크기 이상으로 파워 소비를 줄일 뿐만 아니라, 단일의 고체 상태 과전압 보호 및 역전압 보호를 포함한, 레이저 레인지 측정기용의 저가격 파워 운영 방식을 이용한다. 바람직한 실시예의 파워 운영 회로는 레이저 레인지 측정기가 입력 파워의 매우 큰 스윙(5V 내지 90V이상) 이사에서 동작할 수 있게 하는 저가격 방식이다. 이 사실은 이용 가능한 파워에 관계없이 시스템마다 포터블한 레이저 레인지 측정기 모듈되게 한다. 활성 역전압 보호 회로를 사용함으로써 시스템으로부터 2.5와트 이상의 파워 소비가 제거되고, 대형, 고가 및 신뢰성 없는 릴레이를 제거할 수 있다.
신규한 본 발명은 목적 및 특징은 첨부된 청구 범위에 상세히 설정되어 있다. 본 발명은 그 결합 및 동작 방법에 관해서 다른 목적 및 이점과 더불어, 첨부한 도면에 따라 취한 다음의 설명을 참조하여 잘 이해될 수 있다.
다음의 설명은 이 분야에 숙련된 임의의 사람이 발명을 제작하고 이용할 수 있도록 한 것으로, 이 발명의 발명자가 생각해 낸 최상의 모드를 개시한 것이다. 그러나, 레이저 레인지 측정기용으로서 상당히 파워 효율적이며, 저가격의 파워 운영 시스템을 제공하는 본 발명이 주 원리가 여기 상세히 되어 있으므로, 이 분야에 숙련된 자들은 여러가지 수정을 용이하게 행할 수 있다.
제1도에 도시한 바와 같이, 바람직한 실시예는 제1버스(14)를 통해서는 레이저 레인지 측정기의 검출기 및 아날로그 전자 장치들(24)과 연락하며, 제2버스(15)를 통해서는 레이저 레인지 측정기의 레인지 카운터 및 기타 관련 디지탈 전자 장치들(25)과 연락하는 마이크로제어기(13)를 포함한다. 아날로그 전자 장치(24) 및 디지탈 전자 장치(25)는 종래의 레이저 레인지 측정기의 통상의 부품들을 포함할 수 있다. 마이크로제어기(13)는 캘리포니아 서니베일 소재의 필립스 세마이콘덕터들로부터 구입할 수 있는 부품 번호 87C552와 같은 상용으로 구입 가능한 부품일 수 있다.
마이크로제어기(13)는 파워 제어 버스(16)을 통해 파워 공급 장치와 인터페이스되며, 파워 공급 장치는 전지(37), EMI 필터(35), 및 파워 공급기(17)를 포함한다. 전지(37)는 제1 및 제2 단자(19, 20) 및 LRF 온/오프 스위치(18)를 통해 EMI 필터(35)에 접속되며, 이 필터는 필터된 전압을 신호 경로(21)를 통해 파워 공급 유닛(17)에 출력된다. 파워 공급기(17)는 다수의 일정 저전압 파워 출력(23)들을 공급하며, 이에 대해 이하 더 상세히 설명한다.
마이크로제어기(13)는 FIRE LRF 스위치(41)에 의해서 작동되며, 이 스위치는 각각의 제1 및 제2 리드(43, 47)간의 회로를 연결시키도록 동작하는 푸쉬버튼(45)을 포함한다. 5V의 기준 전압은 저항기(49)를 통해 공급되며, 이 저항기는 기준 전압원 및 제2 리드 (47)에 접속되어, 마이크로제어기(13)에 입력된다. RS 485 시스템 I/O 버스(118)을 통해 마이크로제어기(13)에 접속된다.
두개의 활성화 스위치들, 즉 LRF 온/오프 스위치(18) 및 FIRE LRF 스위치(41)를 제1도에 도시하였다. LRF 온/오프 스위치(18)는 레이저 레인지 측정기(LRF)에 파워를 턴 온 및 턴 오프하는 반면, FIRE LRF 스위치(41)이 푸쉬버튼(45)은 레이저 레인지 측정기를 동작시킨다.
파워 공급기(17)의 구조는 제2도에 상세히 도시되었다. 파워 공급 회로(17)는 필터된 전압을 파워 제어 회로(51)에 공급하는 EMI 필터(35)를 포함한다. 파워 제어 회로(51)는 버스 (53)를 통해서, 10V DC/DC 변환기(55), 7V DC/DC 변환기(61), 및 PFN 파워 공급 유닛(67)에의 파워 공급을 제어한다.
10V DC/DC 변환기(55)는 10V DC 출력을 출력 버스(56)을 통해 직렬 선형 레귤레이터(71, 73, 75, 77), 및 PFN 파워 제어 유닛(67)에 공급한다. 7V DC/DC 부스터 변환기(61)는 7V 음 DC 출력을 출력 버스(63)을 통해 제5 선형 레귤레이터(79)에 공급한다. DC'/DC 변환기(55,61)은 통상의 부스트 변환기로서 이들의 간단함과 저가격의 이유로 선택된 것이다. 이 기술 분야에서 알려진 바와 같이, 부스트 변환기 인덕터는 매우 소형이며 저렴하다. 따라서, 저전압 파워 공급기(LVPS)는 +10V 및 -7V DC/DC 부스트 변환기(55, 61)로 구성된다.
PFN 파워 유닛(67)은 예를 들면 800V의 전압까지 충전되는 PFN 캐패시터(CPFN)을 포함하는 펄스 형성망(PFN)에 파워를 공급한다. 이 전압은 레이저에 인가되어 광학에너지를 발생시키면, CPFN값이 다르듯이, 시스템보다 다를 수 있다. 800V는 파워유닛(67) 내에서 제너 다이오드를 사용하여 130V를 발생하도록 분할되며, 분할된 전압은 신호 라인(54)로 파워 제어 유닛(51) 및 검추기 및 아날로그 전자 장치(24)에 출력된다. 130V는 특히 130V 바이어스 전압을, 알려진 바와 같이 광학 신호들을 전기 신호들로 변환하는 종래의 레인지 측정기의 검출기에 제공한다.
PFN 파워 유닛(67)은 마이크로제어기(13)로부터 제1 및 제2 입력, 즉 PFN INH(저지 : inhibit) 신호 및 PFN DMP(덤프) 신호를 수신하여, 제1 및 제2 출력, 즉 플래쉬 램프 트리거 바이어스 신호(FLASH LMP TRGR BIAS)및 PNF 전압 감지 신호를 공급한다. 미아크로제어기(13)는 전압 감지 신호를 통해 PFN 캐패시터(CPFN)의 전압 레벨을 감지 또는 샘플하여 캐패시터의 전압이 800V가 될 때, 캐패시터(CPFN) 충전을 정지시킨다. 마이크로제어기(13)는 시스템이 턴 오프될 때 리셋시킬 목적으로 PFN 캐패시터(CPFN)를 PFN DMP 신호를 통해 방전시킬 수 있다. 플래쉬 램프 트리거 바이어스 신호는 이 분야에 알려진 바대로, 동작시킴에 앞서 레이저 내의 초기 이온화를 야기시키도록 발생된다.
선형 레귤레이터들(71, 73, 75, 77, 79)은 레이저 레인지 측정기 및 마이크로제어기(13)의 여러 아날로그 및 디지탈 회로(24, 25)에 파워를 공급하는 데 사용된다. 제1 선형 레귤레이터(71)는 디지탈 회로(25)에 파워 공급을 위해서 신호 라인(70)에 +5V 출력을 공급하며, 마이크로제어기(13)에서 출력된 신호 라인(72) 상의 제어 신호 입력을 수신한다. 제2 선형 레귤레이터(73)는 아날로그 회로(24)에 파워 공급을 위해서 신호 라인(74)에 +5V출력을 공급하며, 마이크로제어기(13)에서 출력된 신호 라인(76) 상의 제어 신호를 수신한다. 제3 선형 레귤레이터(75)는 디지탈 회로(25)에 파워 공급을 위해서 신호 라인(78)에 +2V 출력을 공급하며, 마이크로제어기(13)에서 출력된 신호 라인(80) 상의 제어 신호를 수신한다. 제5 선형 레귤레이터(79)는 아날로그 회로(24)에서 사용하기 위한 +5V 출력을 신호 라인(85)에 공급하며, 마이크로 제어기(13)에서 출력된 신호 라인(87) 상의 제어 신호를 수신한다. 이와 같이 하여, 마이크로제어기(13)는 각각의 신호 라인들(72, 76, 80 및 87)에 적당한 온/오프 제어 신호들을 인가함으로써, 아날로그 및 디지탈 회로(24, 25)에 파워 온 및 오프를 선택적으로 전환할 수 있게 된다.
제4 선형 레귤레이터(77)는 +5V출력을 신호 라인(85)으로 공급하는데, 이 출력은 마이크로제어기(13)에 파워를 공급하는 데 사용된다. 전 부하하에서, 마이크로제어기(13)는 15mA 미만을 사용하여, 대부분의 시간 동안 마이크로제어기(13)는 비활성 상태 또는 휴지(asleep) 상태이어서 5mA 미만을 필요로 한다.
본 실시예 따라, 일체화된 온/오프 제어를 구비한 통상의 선형 레귤레이터(71, 73, 75, 77, 79)가 사용된다. 선형 레귤레이터(71, 73, 75, 77, 79)의 효율은 시스템의 듀티 사이클이 통상 1%미만이기 때문에 문제가 안된다. 그러므로, 저가격 및 작은 사이즈가 효율보다 더 중요하게 된다.
제3도는 프론트 엔드(front end) 파워 제어 회로(51)를 상세히 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 회로(51)는 각각 소스(S), 드레인(D), 및 게이트(G)를 갖는 제1, 제2 및 제3 N 채널 중배 모드 MOSFET(Q1, Q2, Q3)를 포함한다. 온/오프 제어 신호(18)은 조작기로서 마스터 온/오프 스위치로부터 회로(51)에 공급된다.
제1 트랜지스터(Q1)는 입력 단자(21a)에서 EMF 필터(35)에 의해 공급된 24V DC에 접속된 소스(S)를 갖는다. 제1 다이오드(D1)는 제1 트랜지스터(Q1)의 소스(S) 및 드레인(D)간에 접속된다. D1은 Q1의 자체(body) 다이오드와 병렬로 접속된다. 저전류 응용에 있어서는 제1 다이오드(D1)는 없어도 된다. D1이 없으면, 회로는 전적으로 제1 트랜지스터(Q1)의 자체 다이오드에 의존한다. 제1 트랜지스터(Q1)의 게이트(G)는 제1 캐패시터(C1)이 제1 단자에 접속되며, 이 캐패시터의 타 단자는 접지된다. 제1 트랜지스터(Q1)의 게이트(G)는 또한 제1 저항기(R1)와 애노드가 접지된 제1 35V 제너 다이오드(Z1)와의 정션(101)에 접속된다. 정션(101)에 대향하는 저항기(R1)의 단자는 130V 공급기에 접속된다. 제1 트랜지스터(Q1)의 드레인(D)는 제2 다이오드(D2)의 애노드에 또한 접속되며, 제2 다이오드의 캐소드는 제2 저항기(R1)의 제1 단자에 접속된다.
제2 트랜지스터(Q2)는 24V 입력 전압의 복귀(RTN: return) 라인(21b)에 접속된 드레인(D)을 갖는다. 제2 트랜지스터(Q2)의 게이트(G)는 제2 제너 다이오드(Z2)의 캐소드, 제2 저항기(R2)의 제2 단자, 및 제3 및 제4 저항기(R3, R4)의 각각의 제1 단자들에 접속된다. 제2 트랜지스터(Q2)의 소스(S)는 제2 제너 다이오드(Z2)의 애노드, 및 제3 저항기(R3)의 제2 단자에 접속되어, 회로(51)의 출력 단자(53b)를 이룬다. 제3 다이오드(D3)는 제2 트랜지스터(Q2)의 드레인(D)에 접속된 애노드와 제2 트랜지스터(Q2)의 소스(S)에 접속된 캐소드를 갖는다. 저전류 응용에서, 제3 다이오드(D3)는 없어도 된다. 제3 다이오드(D3)가 없으면, 회로는 전적으로 제2 트랜지스터(Q2)의 자체 다이오드에 의존한다.
제3 트랜지스터(Q3)는 제1 트랜지스터(Q1)의 드레인(D) 및 제5 저항기(R5)의 제1 단자에 접속된 드레인(D)를 갖는다. 제5 저항기(R5)의 제2 단자는 제3 트랜지스터(Q3)의 게이트(G)와 제2 단자가 접지된 제2 캐패시터(C2)의 제1 단자에 접속된다.제1 트랜지스터(Q1)의 게이트(G)는 제3 제너 다이오드(Z3)의 캐소드, 제6 저항기(R6)의 제1 단자, 및 제7 저항기(R7)의 제1 단자에 또한 접속된다. 제3 제너 다이오드(Z3)의 애노드는 접지된다.
제6 및 제7 저항기(R6, R7)의 제2 단자들은 각각 스위치(SW1) 및 130V 공급기에 접속된다. 스위치(SW1)는 제4 저항기(R4)의 제2 단자에 접속된 제1 단자와 제6 저항기(R6)의 제2 단자에 접속된 제2 단자를 가지며, 또한 조작기로부터 온/오프 제어 신호를 수신하기 위해서 버스(16)에 접속된 제어 단자를 갖는다. 제3 트랜지스터(Q3)의 소스(S)는 회로(51)의 출력 단자(53a)를 형성한다.
제3도의 프론트 엔드 파워 제어 회로(51)는 100% 고체 상태 회로를 통해 과전압 보호와 더불어 역전압 보호를 제공한다. 회로(51)는 또한 스위치(SW1)를 사용하여 제공되는 저전류 온/오프 제어를 제공한다. 이 스위치(SW1)를 작동시키면 제2 및 제3 트랜지스터(Q2, 및 Q3)의 게이트들(G)을 저항기(R4, R6)를 통해 접지로 쇼트시켜, 회로(51)의 출력 단자(53a, 53b)간 전압이 공급을 턴 오프 시킨다. 제3 트랜지스터(Q3)는 이와 같이 하여 시스템을 턴 오프시킬 수 있다.
역전압 보호는 제1 다이오드(D1)에 의해서 제공되는데, 이것은 단자(21a)에서 틀린 방향으로 전류가 흐르는 것을 방지하는 것이다. 제3 트랜지스터(Q3) 역시 틀린 방향으로 전류가 도통되지 않게 할 것이다. 시스템이 기동할 때, 제1 트랜지스터(Q1)는 오프되어, 모든 전류는 제1 다이오드(D1)를 통해 흐른다. 초기 기동후, PFN 유닛(67)으로부터 130V가 인가되어, 제1 트랜지스터(Q1)를 턴 온시켜 제1다이오드(D1)를 단락하게 한다. 그후 제1 트랜지스터(Q1)는 다이오드(D1)가 단락됨에 따라 파워를 절약한다. 이어서 입력 전류는 제1 트랜지스터(Q1)은 작은 온저항(0.1Ω)에만 나타난다. 정규 동작시 제1 다이오드(D1)의 순방향 전압 강하를 소거함으로써 상기 작용에 따라 효율이 개선된다.
제2 트랜지스터(Q2)는 24V 복귀 라인, 즉 단자(21b)에 역 전압 보호를 공급한다. 제2 트랜지스터(Q2)는 정상적으로 오프되어 전류가 단자(21b)에서 안으로 흐를 수 없으나, 제3 다이오드(D3)를 통해서는 흘러 나갈 수 있으므로, 복귀 경로를 제공하게 된다. 제1 다이오드(D1)가 도통될 때, 전압은 제2 트랜지스터(Q2)의 게이트(G)에 제2 다이오드(D2) 및 전류 제한용 제2 저항기(R2)를 통해 인가된다. 제2 제너 다이오드(Z2)는 제2 트랜지스터(Q2)의 게이트(G)가 35V로 설정되게 전압을 제한한다. 제2 트랜지스터(Q2)의 게이트(G)에 전압을 인가하게 되면 제2 트랜지스터(Q2)가 온으로되어, 제2 다이오드(D2)를 쇼트시켜, 저저항 복귀 경로를 제공하게 된다. 제2 트랜지스터(Q2)는 이와 같이 하여 제1 트랜지스터(Q1)보다 더 신속하게 온으로 된다.
제3 트랜지스터(Q3)는 부가적으로 과전압 보호 및 역전압 보호를 제공한다. 제3 트랜지스터(Q3)는 단자(21a)와 (21b)에 걸쳐 입력전압이 35V를 초과할 때 가변저항기가 된다. 보다 상세히는, 제3 트랜지스터(Q3)의 드레인(D) 상의 전압이 제3 제너 다이오드(Z3)에 의해 정해진 35V 게이트 전압을 초과할 때, 제3 트랜지스터(Q3)는 턴 오프를 시작하여, 이의 소스 전압을 35V 이하로 유지한다. 따라서, 제3 트랜지스터(Q3)는 전압을 충분히 강하시켜 시스템 내에서 과전압 상태가 발생하지 않도록 한다. 제1 트랜지스터(Q1)는 이것이 턴 오프될 때까지 유사한 보호를 제공하는데, 이때 제3 트랜지스터(Q3)는 제1 다이오드(D1)에 의한 0.7V 전압 강하 이외의 모든 전압을 강하시켜야 한다. 이러한 과전압 보호는 캐패시터와 같은 저전압(보다 저렴한) 소자들을 회로에서 이용할 수 있게 하므로 중요한 특징이 된다. 과전압 설정점은 제3 제너 다이오도(Z3)를 통해서 달성되며, 덜한 정도로는 제1 제너 다이오드(Z1)를 통해서 달성되며, 이 과전압 설정점은 임의의 점에 설정될 수 있다. 이 회로의 하류측의 파워 변환기(55, 61)는 40V까지 동작할 수 있는 것이 바람직하다. 그러므로, 35V 제너(Z1, Z2, Z3)는 어떤 설계상의 여유를 제공한다.
제3 트랜지스터(Q3)는 전류가 역 방향으로 흐르는 것을 방지함으로서 역전압 보호를 제공한다. 제3 트랜지스터(Q3)는 제1 트랜지스터(Q1)의 자체 다이오드가 역전압 상태에 전류를 도통시키기 때문에 역전압 보호용으로 필요한 것이다.
본 실시예의 파워 운영 시스템(11)의 전반적인 동작에 대해 제4도를 따라 더 상세히 설명하도록 한다. 도시된 바와 같이, 시스템(11)은 먼저 스텝 103에서 LFR 온/오프 스위치(18)를 닫아 전지 파워를 인가함에 의해서 인에이블된다. 이에 응답하여, 스위치(SW1)가 연결되어 제4도의 스텝 105와 같이 PFN 캐패시터(CPFN)를 충전한다. 레인지 측정기 아날로그 및 디지털 전자 장치(24, 54)에는 이 시간 동안 파워 공급이 없으며, 후에 마이크로제어기(13)에 의해 활성화될 때까지 그 상태로 있게 된다. 스텝 105 완료후, 마이크로제어기(13)는 저 파워 휴지 상태로 되어, 시스템은 전지 전류의 10mA 미만을 사용하고 있게 된다. 마이크로제어기(13)는 스텝 117의 FIRE LRF 버튼(45), 또는 스텝 111의 내부 워치독 타이머에 의해서만 동작될 수 있다.
마이크로제어기가 확장된 시간 구간 동안 휴지 상태에 있었다면 워치독 타이머는 주기적으로 마이크로제어기(13)를 동작시킨다. 이것을 행하기 위해서, 워치독 타이머는 인터럽트를 발생시켜, 스냅 115에서, 레인지 측정기가 동작 중이 아닌 때에 주로, 레이저 레인지 측정기의 수신기가 캘리브레이트(calibrate)하는 상태를 유지하게 하는 배경 진단(background diagnostic) 및 캘리브레이션 루틴을 마이크로제어기(13)가 수행하게 하다.
FIRE LRF 신호는 마이크로제어기(13)에 인터럽트를 내어, 마이크로제어기(13)는 제4도의 스텝 121부터 시작하는, 레이저 레인징 시퀀스를 활성화한다. 스텝 121에서, 마이크로제어기(13)는 부트되어, 신호 라인(76, 87)을 통해 아날로그 회로(24)를 턴 온시켜, 시스템을 초기화 한다. 이들 동작후에, 스텝 123에서, 디지탈 레인지 카운터 회로(25)에 파워 공급이 턴 온된다. 이어서 스텝 125와 같이 레이저는 동작 개시되어, 복귀펄스를 검출한다. 마이크로제어기(13)는 스텝 127과 같이 레인지 카운터의 최대 계수값과 동일한 간격 동안 지연된 후, 스텝 129와 같이 레인지 카운터의 계수값을 래치한다. 이어서, 스텝 131과 같이, 계수값을 시스템 I/O(29)를 통해, 관련된 동작 제어 회로로 출력한다. 이어서, 마이크로제어기(13)는 스텝 133과 같이, 아날로그 회로(23) 및 디지탈 회로(25)의 파워를 턴 오프시켜, 휴지 상태로 재진입하기 전에 다음 동작 개시 동작을 위해 PFN 캐패시터(CPFN)를 재충전시키도록 복귀된다.
디지탈 전자 장치(25)의 일부를 구성하는 레인지 카운터는 레이저 펄스가 보내질 때마다 100㎲ 동안만 필요하다. 그러므로, 레인지 카운터 및 관계된 디지탈 전자 장치들(25)은 선형 레귤레이터들(71, 75)에 의해서 개별적으로 전원을 받는다. 목적은 필요할 때에만 레인지 카운터 전자 장치(25)를 활성화시키는 것이다. 아날로그 전자 장치(24)는 검출기 바이어스, 스레숄드, 오스셋 눌링(offset nulling), 및 테스트 목적 등의 기타 기능을 행하기 위해 전원을 필요로 한다. 이러한 이류로 아날로그 전자 장치(24)에는 레인지 카운터 전자 장치(25)가 필요없는 시간 구간 동안 파워가 공급되어야 한다. 그러므로, 마이크로제어기(13)는 레이저 레인지 측정기 시퀀스를 따라가 선형 레귤레이터들(71)의 특정한 관련된 아날로그 또는 디지탈 회로가 파워를 필요로 할 때에만 선형 레귤레이터 등을 활성화시키도록 프로그램된다. 이와 같이 하여, 마이크로제어기(13)는 필요할 때 여러 가능들에 파워 온 및 오프를 시퀀싱하는 시스템 상태 머신으로서 동작한다.
상기 기술된 바람직한 실시예는 많은 잇점을 나타낸다. 시스템은 FIRE LRF 인터럽트로부터 트리거되기 때문에, 시스템은 펄스 반복 주파수(PRF)에 응답하지 않고 외부 트리거에 종속될 수 있다. 이것은 어떤 다른 다기능(benign) 시스템 상태 동안 레이저가 동작(fire)할 필요가 있을 경우 중요하게 된다. 예를 들면, 레어저 시스템은 일반적으로 상당량이 EMI를 생성한다. FLIR(forward looking infrared; 전방향 관찰 적외선) 시스템으로 동작될 때, EMI가 이미지 내에 나타날 수 있고, 더 안좋게는 행당 장면 사용 비균일성 보정(NUC;nonuniformity correction)알고리즘에 문제를 야기시킨다.FLIR은 레이저 시스템에 지령을 내리는 LRF에 신호를 보내어, 라인브랭크시간 또는 프레임 리트레이스(frameretrace)시간동안 레이징 시퀀스를 행하게 하여 FLIR 이미지에 영향을 미치지 않게 할 수 있다
또한, 본 발명은 대량 생산된 저가 상용 IC들을 이용하여 고수행, 전지 사용 레이저 레인지 측정기 시스템들을 상업적으로 이용할 수 있게 한다. 응용으로서는 자동 장애물 회피, 상용 및 산업용 레이저 레인징 시스템, 및 스포츠 응용이 있다. 스포츠 응용에는 일체화된 레이저 레인지 측정기 및 라이플총 망원 조준기를 사용하는 헌터를 포함할 수 있다.
바람직한 실시예의 구현을 통한 파워 절약도 중요하다. 예를 들면, 본 발명에 따른 일 실시예에서, 1Hz 시스템에 대해서 레인지 카운터로부터 7.5와트 이상 및 수신기 하이브리드로부터 5와트가 절약된다.
상기 기술된 바람직한 실시예의 다양한 채택 및 수정을 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어남이 없이 행할 수 있음을 이 분야에 숙련된 자들은 알 수 있는 것이며, 특히 제1도의 구조는 레이저 기술에 완전히 노출되어 있기 때문이다. 예를 들면,다이오드 펌프 레인지 측정기 시스템은 PFN 캐패시터를 충전할 필요는 없다. 따라서, 본 발명은 본 실시예의 상세히 된 동작의 일부에만 필요로 하여 변경한 시스템에 적용될 수 있다. 그러므로, 첨부된 청구항의 범위 내에서, 본 발명은 여기 상세히 기술된 바와 다르게 실시될 수 있음을 알아야 한다.

Claims (10)

  1. 디지탈 회로(25) 및 아날로그 회로(24)를 구비한 레이저 레인지 측정기 시스템(laser range finder system)에 사용하기 위한 파워 운영(management) 장치에 있어서, 상기 디지탈 회로(25)에는 적어도 제1 전압을 그리고 상기 아날로그 회로(24)에는 적어도 제2 전압을 스위치하도록 각각이 제어 신호에 응답하는 다수의 선형 레귤레이터(71, 73, 75, 79)에 각각의 제어 신호들을 공급하도록 프로그램된 프로그래커블 디지탈 제어기 회로(13)를 포함하는것을 특징으로 하는 레이저 레인지 측정기용 파워 운영 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 파워 공급기는 레이저 동작(firing)전압을 발생(develop) 및 축적하기 위한 전압 축적 회로(67, CPFN)을 더 포함하며, 상기 제어기 회로(13)는 상기 동작 전압의 발생을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 레인지 측정기용 파워 운영 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전압 출적 회로(67)는 상기 레이저 동작 전압으로부터 검출기 바이어스 전압(VoHs)을 발생시키기 위한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 레인지 측정기용 파워 운영 장치.
  4. 제1,2, 및 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파워 공급기(17)는 상기 다수의 선형 레귤레이터 회로(71, 73, 75, 79)에 파워를 공급하기 위한 DC/DC 변환기 회로(55,61)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 레인지 측정기용 파워 운영 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 파워 공급기(17)는 상기 DC/DC 변환기 회로(55,61)에 파워를 공급하기 위한 프론트 엔드(front end) 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 레인지 측정기용 파워 운영 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 프론트 엔드 회로는 입력 라인(21a) 및 복귀 라인(21b)을 가지며, 선택된 방향으로의 전류 흐름을 방지하기 위해 상기 입력 라인(21a)에 접속된 제1 다이오드(D1), 및 상기 제1 다이오드(D1)을 턴 온하여 쇼트시킨 후에 상기 선택된 방향으로의 전류 흐름을 방지하기 위해 검출기 바이어스 전압(VoHs)의 공급에 응답하는 제1 트랜지스터 회로(Q1, C1, Z1, R1)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 레인지 측정기용 파워 운영 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 프론트 엔드 회로는 상기 복귀 라인(21b)으로의 전류 흐름을 방지하도록 접속된 제2 다이오드(D3), 및 상기 제2 다이오드(D3)을 턴 온하여 쇼트시킨 후에 상기 복귀 라인(21b)으로의 전류 흐름을 방지하기 위해 상기 제1 다이오드(D1)에 전압에 인가에 응답하는 제2 트랜지스터 회로(Q2, Z2, D2, R2, R3)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 레인지 측정기용 파워 운영 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 프론트 엔드 회로는 출력 단자(53a)에 인가된 전압을 제한하기 위해서 상기 프론트 엔드 회로의 상기 입력 단자(21a)와 상기 출력 단자(53a)간에 접속된 제3 트랜지스터 회로(Q3, R5, C2, R6, Z3, R7)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 레인지 측정기용 파워 운영 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제3 트랜지스터 회로(Q3, R5, C2, R6, Z3, R7)는 상기 프론트 엔드 회로로부터 상기 DC/DC 변환기 회로(55, 61)로의 파워 공급을 차단하기 위해서 상기 디지탈 제어기(13)로부터의 신호에 응답하는 것을 특징으로 하는 레이저 레인지 측정기용 파워 운영 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제3 트랜지스터 회로(Q3, R5, C2, R6, Z3, R7)는 제너 다이오드(Z3)를 게이트(G)에 접속한 전계 효과 트랜지스터(Q3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 레인지 측정기용 파워 운영 장치.
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