KR100827974B1 - 레이저를 이용한 전자 거리 측정장치. - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 장치에 관한 것으로, 이러한 장치는 전원을 각 구성품에 공급하는 전원공급부; 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 레이저를 발산하며, 반사되는 레이저를 수신하는 레이저센서를 구비한 제1송수신부; 상기 제1송수신부와 일정한 각도로 회전 가능하게 장착되며, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 레이저를 발산하며, 반사되는 레이저를 수신하는 레이저센서를 구비한 제2송수신부; 상기 제2송수신부의 회전을 감지하여 회전량에 따라 저항값이 가변되어 상기 전원공급부로부터 출력되는 정전압을 분압시키는 저항 가변부; 상기 저항 가변부를 통해 출력되는 정전압의 크기를 감지하여, 정전압의 크기가 일정 라벨 이하인 경우 이를 소정 배수로 채배시켜 출력하는 전압 채배부; 상기 제1송수신부에서 측정된 거리 데이터와 상기 제2송수신부에서 측정된 거리 데이터와 상기 저항 가변부에서 산출되는 데이터를 연산하여 상기 제1송수신부에서 지적된 시작점과 상기 제2송수신부에서 지적된 목표점의 거리를 산출하도록 제어하는 제어부; 및 상기 산출된 거리를 디스플레이하는 디스플레이부;를 포함한다.

레이저, 코사인2법칙, 거리, 측정, 장치

Description

레이저를 이용한 전자 거리 측정장치.{Electronic distance measuring apparatus using laser}

도 1은 본 발명의 일시시예에 따른 전자 거리 측정장치의 정면도.

도 2는 도 1에 도시된 측정장치의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 측정장치 11: 전원공급부,

12: 제1송수신부, 13: 제2송수신부,

14: 저항가변부, 15: 전압 채배부,

16: A/D 변환부, 17: 버튼부,

18: 디스플레이부, 19: 스피커,

20: 메모리부, 21: 제어부

본 발명은 거리 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저를 이용한 전자 거리 측정장치에 관한 것이다.

레이저는 양자역학을 응용하여 아주 짧은 파장의 전자기파를 증폭하거나 발진하는 장치를 말한다. 양자 발진기 또는 분자 발진기라고도 하며, 레이저의 원어는 유도방출에 의한 광증폭을 의미한다. 물체를 태울 때 발생하는 빛이나 형광등에서 발생하는 빛은 고온으로 가열된 원자나 분자 하나하나에서 발생하는 빛이며, 이러한 빛은 같은 종류의 원자나 분자에서 나오는 빛이라도 무수히 다른 파장의 빛을 포함하고 있다. 그리고 하나하나의 원자나 분자에서 나오는 빛은 서로 관련성이 없는 여러 가지 빛의 모임이다. 그러나 레이저 빔은 보통 빛에 비하여 매우 순수하여 산란하지 않고 곧바로 진행하는 빛이다. 이러한 레이저는 일반 생활에 많이 응용되어 사용되는데, 그중 대표적인 것이 레이저 포인터이며, 레이저 포인터는 레이저 다이오드에서 발생되는 레이저 빔을 목표물의 특정 위치에 조사하여 방향을 지시하는 장치를 말하며, 사용자가 간편하게 휴대하고 다닐 수 있도록 소형으로 제작된다.

한편, 산업 현장과 건축 현장이나 실내 인테리어와 같은 산업 전반이나 일상생활에서 거리를 측정하기 위해 줄자가 사용되는데, 이러한 줄자는 큰 부피의 물건 또는 장소나, 높은 크기의 물건 또는 장소는 혼자 측정이 어려워 2명이 필요하고, 줄자 재질의 특성상 쉽게 휘어지기 때문에 측정 시 휨이 발생하여 정확한 거리 측정이 어려운 문제점이 있다. 그래서 상기와 같은 레이저 빔을 이용하여 레이저 빔이 목표물에 반사되어 돌아올 때까지의 시간을 카운트해서 목표물과의 거리를 계산한 후 목표물까지의 거리를 측정하는 레이저 거리 측정장치가 개발되었다.

이러한 레이저 거리 측정장치는 레이저 빔을 발광하고, 목표물에서 반사되는 레이저 빔을 수광하여 거리를 측정하기 때문에 레이저 빔의 수광이 정확히 이루어져야만 한다.

그러나, 사용자의 입장에서는 수평, 수직의 거리를 측정하는 용도에 그치고 또한 수평, 또는 수직의 연장선상에 타켓이 있어야만 하는 불편함과 측정 면의 일정거리를 측정하는데 있어서는 상당한 불편함 내지 불가능한 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 측정하고자 하는 시작점과 목표점만을 기준으로 하여, 사용자가 어느 위치에서 측정하여도, 측정하고자 하는 거리가 간편하게 산출되는 전자거리 측정 장치를 제공하는데 있다.

이러한 상기 목적은 본 발명에 의해 달성되며, 본 발명의 일면에 따라, 레이저를 이용한 거리 측정장치에 있어서, 전원을 각 구성품에 공급하는 전원공급부; 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 레이저를 발산하며, 반사되는 레이저를 수신하는 레이저센서를 구비한 제1송수신부; 상기 제1송수신부와 일정한 각도로 회전 가능하게 장착되며, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 레이저를 발산하며, 반사되는 레이저를 수신하는 레이저센서를 구비한 제2송수신부; 상기 제2송수신부의 회전을 감지하여 회전량에 따라 저항값이 가변되어 상기 전원공급부로부터 출력되는 정전압을 분압시키는 저항 가변부; 상기 저항 가변부를 통해 출력되는 정전압의 크기를 감지하여, 정전압의 크기가 일정 라벨 이하인 경우 이를 소정 배수로 채배시켜 출력하는 전압 채배부; 상기 제1송수신부에서 측정된 거리 데이터와 상기 제2송수신부에서 측정된 거리 데이터와 상기 저항 가변부에서 산출되는 데이터를 연산하여 상기 제1송수신부에서 지적된 시작점과 상기 제2송수신부에서 지적된 목표점의 거리를 산출하도록 제어하는 제어부; 및 상기 산출된 거리를 디스플레이하는 디스플레이부;를 포함한다.

그리고 상기 제1송수신부, 제2송수신부, 저항 가변부 및 전압 채배부로부터 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환부;와 사용자로부터 명령을 입력받는 다수개의 버튼부;와 상기 저항 가변부 및 상기 전압 채배부로부터 출력되는 전압 값에 대응되는 거리 데이터가 산출되게 하는 알고니즘 테이블 형태로 저장되는 메모리부; 및 상기 A/D 변환부로부터 입력되는 상기 제1,2송수신부로부터 신호에 의한 기준 거리 출력을 제어하고 상기A/D 변환부로부터 입력되는 상기 저항 가변부 및 전압 채배부로부터의 신호에 대응하는 측정 거리에 해당하는 거리데이터를 상기 메모리부에서 읽어내어 상기 디스플레이부에 거리데이터 표시를 제어하는 제어부;가 추가로 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메모리부는 각 전압 값에 대응되는 거리 데이터가 미리미터(mm) 단위까지 저장되어 있으며, 미리미터(mm)를 피트(feet) 단위로 변환시켜 디스플레이 가능하도록 가변 값에 대응되는 가변 데이터가 테이블 형태로 저장되는 것을 특 징으로 한다.

그리고 상기 제어부는 상기 저항 가변부가 일정각도 이상 회전되어 분압 저항의 값이 낮아져서 상기 전원 공급부로부터 출력되는 정전압이 일정 라벨 이상이면, 상기 저항 가변부로부터 입력되는 신호를 차단하고, 상기 전압 채배부를 통해 입력되는 전압을 센싱하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술한다.

도 1은 본 발명의 일시시예에 따른 전자 거리 측정장치의 정면도이고 도 2는 도 1에 도시된 측정장치의 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이 도면 부호 10으로 도시한 본 발명에 의한 전자 거리 측정장치는 제1송수신부(12), 제2송수신부(13) 및 레이저 센서(100) 등으로 구성되어 있다.

상기 제1송수신부(12)는 레이저 다이오드에서 레이저 빔을 발생시키고, 발산된 레이저가 물체에 반사되어 오는 것을 수광하는 레이저 센서(100)가 부착되어 있다.

그리고 상기 제2송신수부(13)는 사기 제1송수신부(12)와 동일한 구성이며, 상기 제1송수신부(12)에 대하여 180도 범위 내에서 각기 다른 양방향으로 벌어지된다.

상기 제1송수신부(12)에서 조사된 레이저는 상기 제1송수신부(12)에 장착되는 레이저 센서(100)에 의하여 감지되고, 상기 제2송신부(13)에서 조사되어 반사되는 레이저는 상기 제2송수신부(13)에 장착되는 레이저 센서(100)에 의하여 감지되 게 된다. 즉 각각의 레이저 센서(100)는 상기 제1송수신부(12)와 상기 제2송수신부(13)에 연동되어서 반사되는 레이저를 각각 수신하게 된다.

이와 같이 상기 레이저 센서(100)에서 레이저를 수광하여 카운팅 하고 기준 거리의 데이터 값을 메모리부(20)에 전달하게 된다.

이때 상기 제1송수신부(12)와 제2송수신부(13)에 각각 구비되는 2개의 레이저 발생부는 하기에서 설명할 2개의 각각의 레이저 발생부와 연결된 각각의 저항 가변부(14)의 볼륨키와 동일 선상에서 동일 각도로 설치되어서 상기 제1,2송수신부(12,13)의 회전에 따라 각각의 레이저 발생부도 회전되는 구성이다.

이때 만약 제1송수신부(12)를 고정시키고 상기 제2송수신부(13)만 회전되게 하는 경우에는 상기 제2송수신부(13)의 레이저 발생부에만 저항가변부(14)의 볼륨키를 연결하여 설치되도록 한다. 이때 저항가변부(14)는 볼륨 키의 회전에 따라 가변 저항값이 가변되고, 볼륨 키가 180도 이내에서 제1송수신부(12)와 제2송수신부(13)가 벌어지는 각도만큼 회전되도록 형성된다. 이때 볼륨키의 회전 범위를 넓게 쓰기 위하여 볼륨키와 연결되어 회전되는 레이저빔 제2송수신부 사이를 정밀기어로 연결하여 약 1.5배 이상 가변 저항값의 범위를 넓게 하여서 측정거리에 대응되는 전압값 범위를 넓게 하여 쪼개 씀으로써 세밀한 측정이 되도록 기구적으로 구성한다.

도 2에 도시된 A/D 변환부(16)는 제1,2송수신부(12,13)와 저항가변부(14) 또는 전압 채배부(15)로부터 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 버튼부(17)는 사용자가 명령에 해당되는 신호를 발생하도록 전원을 온/오프시키는 전원 버튼과, 미리미터(mm) 및 피트(feet)로 단위를 가변시키는 단위 변환 버튼과, 거리를 측정하는 측정 버튼과, 레이저 발생부를 온/오프시키는 레이저 온/오프 버튼 등으로 구성된다. 그리고 디스플레이부(18)는 제어부(21)의 제어에 따라 거리를 디스플레이 시킨다.

메모리부(20)는 시스템에 필요한 각종 정보가 저장되고, 저항 가변부(14) 및 전압 채배부(15)로부터 출력되는 전압 값에 대응되는 거리 데이터가 테이블 형태로 저장되되, 각 전압 값에 대응되는 거리 데이터가 미리미터(mm)단위까지 저장되어 있고, 미리미터(mm)를 피트(feet) 단위로 변환시켜 디스플레이 가능하도록 가변 값에 대응되는 가변 데이터가 테이블 형태로 저장된다.

또한, 메모리부(20)에는 제어부(21)에서 카운트 값을 통해 레이저가 되돌아오는데 걸린 시간을 계산하여 거리를 측정할 수 있는, 그리고 저항 가변부(14)로부터 전달된 회전된 각에 대한 데이터 값에 의거하여 삼각 함수에 의한 거리를 계산해 낼 수 있는 알고리즘이 저장된다.

이러한 상태에서, 상기 제어부(21)는 상기 제2송수신부(13)가 회전되는 각도에 따라 저항가변부(14)의 저항값이 가변되어 저항가변부(14) 또는 전압 채배부(15)로부터 A/D 변환부(16)를 통해 전압 값이 입력되면, 이 전압 값을 가지고 메모리부(20)의 거리 데이터에서 검색하여 검색된 거리가 디스플레이부에서 디스플레이되도록 제어한다.

이때, 상기 제어부(21)는 저항 가변부(14)로부터 분압된 전압의 크기가 일정 레벨 이상이면 A/D 변환부(16)를 제어하여 저항 가변부(14)로부터 입력을 차단하고, 전압 채배부(15)의 전압 채배기의 입력을 받는다. 또한, 상기 제어부(21)는 사 용자가 버튼부(17)의 단위 변환 버튼을 조작하면 메모리부(20)의 가변 데이터에서 가변 값을 검색하여 미리미터(mm)를 피트(feet)로 변환하여 디스플레이부(18)에 디스플레이한다.

본 발명에서 참조되는 장치의 동작을 설명하기 앞서 삼각법을 이용한 거리 측정 원리를 설명하면 다음과 같다.

레이저센서는 상기 제1,2송수신부(12,13)의 양쪽 모두에 고정되고 레이저 발생부의 회전 중심점은 측정 면과의 삼각구도에서 꼭지점을 이루는 곳에 위치된다. 그리고, 2개의 제1,2송수신부(12,13)에 각각의 혹은 한쪽의 저항 가변부(14)의 볼륨 키가 연동 가능, 즉 볼륨 키의 중심점과 제1,2송수신부(12,13)의 회전 중심점이 축으로 결합된다.

이러한 상태에서, 사용자가 제1송수신부(12)를 필요한 만큼 회전시켜 측정하고자 하는 면의 시작점을 조준하고, 동시에 제2송수신부(13)를 회전시켜서 조사되는 레이저 빔이 측정하고자 하는 목표지점을 지시하도록 한다.

그러면 제1,2송수신부(12,13)는 발사된 레이저빔을 각각 수광하고 카운팅하여 그 거리 데이터 값을 메모리부(20)로 전송한다. 또한 동시에 저항가변부(14)에서는 제1송수신부(12)와 제2송수신부(13)의 회전된 만큼의 각에 해당되는 가변 저항값의 데이터 값을 메모리부(20)에 전송한다. 그러면 측정하고자 하는 거리는 두 데이터 값에 근거하여 계산된 제1송수신부(12)가 지시하는 지면 위치(시작점)와 제2송수신부(13)가 지시하는 지면위치(목표점)간의 거리이다.

이때, 제1송수신부(12)와 제2송수신부(13) 사이의 벌어진 각을 θ라 하면, 두 변과 사잇각을 알 때 다른 한 변의 길이를 구할 수 있는 코사인 제2법칙에 의해 아래와 같은 수학식1이 성립 된다

a = √ b²+c²-2bc cosA

상기의 수학식 1을 이용하여 메모리부(20)에 거리를 각각의 두 변의 길이와 그 사잇각에 대한 cosθ 별로 계산하여 저장시키는데, 본 발명에서 cosθ값은 제2송수신부(13)의 회전량에 따라 가변 저항부(14)의 저항값이 가변되어 전압 값이 가변되기 때문에 실제로는 분압 전압 값이다.

이러한 계산법에 의하여 결과적으로 제2송수신부(13)의 회전량에 따른 두 점간의 지면 거리의 측정값이 산출되고, 사용자는 상기 2개의 송수신부(12,13)에서 발생된 포인팅 레이저를 보고 측정하고자하는 거리의 시작점과 목표점을 정확하게 인식하면서 원하는 측정거리를 측정할 수 있다. 즉 사용자는 두 레이저빔에 의해 얻어진 두 변의 거리와 양쪽으로 벌어진 2개의 송수신부(12,13)의 회전각 θ에 의거한 계산 값에 의하여 두 점간의 거리를 정확하게 측정할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 레이저 센서로(100)부터 측정되는 거리를 근거로 레이저 발생부의 회전축과 측정면과의 수직거리를 계산해 내도록하여 그 면의 사각형의 넓이를 구할 수 있게도 가능하도록 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 두 레이저 빔으로 두 변의 거리를 측정하고, 회전에 따라 저항값이 가변되도록 형성된 레이저 포인터를 회전시켜 측정을 원하는 목표물에 레이저 빔을 조사하여 레이저 포인터의 회전각도에 해당되는 저항 값을 이용하여 두 레이저 빔이 지시하고 있는 거리를 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다. 그리하여 사용자가 어느 위치에 위치해 있던지 간에 측정면에 조사된 레이저 빛의 두 점간의 거리를 편리하고 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 전자 거리 측정장치를 실시하기 위한 것으로서, 본 발명의 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

Claims (4)

1. 레이저를 이용한 거리 측정장치에 있어서,

   전원을 각 구성품에 공급하는 전원공급부;

   외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 레이저를 발산하며, 반사되는 레이저를 수신하는 레이저센서를 구비한 제1송수신부;

   상기 제1송수신부와 일정한 각도로 회전 가능하게 장착되며, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 레이저를 발산하며, 반사되는 레이저를 수신하는 레이저센서를 구비한 제2송수신부;

   상기 제2송수신부의 회전을 감지하여 회전량에 따라 저항값이 가변되어 상기 전원공급부로부터 출력되는 정전압을 분압시키는 저항 가변부;

   상기 저항 가변부를 통해 출력되는 정전압의 크기를 감지하여, 정전압의 크기가 일정 라벨 이하인 경우 이를 소정 배수로 채배시켜 출력하는 전압 채배부;

   상기 제1송수신부에서 측정된 거리 데이터와 상기 제2송수신부에서 측정된 거리 데이터와 상기 저항 가변부에서 산출되는 데이터를 연산하여 상기 제1송수신부에서 지적된 시작점과 상기 제2송수신부에서 지적된 목표점의 거리를 산출하도록 제어하는 제어부; 및

   상기 산출된 거리를 디스플레이하는 디스플레이부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 전자 거리 측정장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제1송수신부, 제2송수신부, 저항 가변부 및 전압 채배부로부터 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환부;

   사용자로부터 명령을 입력받는 다수개의 버튼부;

   상기 저항 가변부 및 상기 전압 채배부로부터 출력되는 전압 값에 대응되는 거리 데이터가 산출되게 하는 알고니즘 테이블 형태로 저장되는 메모리부; 및

   상기 A/D 변환부로부터 입력되는 상기 제1,2송수신부로부터 신호에 의한 기준 거리 출력을 제어하고 상기A/D 변환부로부터 입력되는 상기 저항 가변부 및 전압 채배부로부터의 신호에 대응하는 측정 거리에 해당하는 거리데이터를 상기 메모리부에서 읽어내어 상기 디스플레이부에 거리데이터 표시를 제어하는 제어부;가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 전자 거리 측정장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 메모리부는 각 전압 값에 대응되는 거리 데이터가 미리미터(mm) 단위까지 저장되어 있으며, 미리미터(mm)를 피트(feet) 단위로 변환시켜 디스플레이 가능하도록 가변 값에 대응되는 가변 데이터가 테이블 형태로 저장되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 전자 거리 측정장치.
4. 제 2항에 있어서 저항 가변부의 가변 저항값의 범위를 약 1.5배 이상넓게 하기 위하여 볼륨키와 연결되어 회전되는 레이저빔 제2 송수신부 사이를 정밀 기어를 써서 연결하여 측정 거리에 대응되는 전압값 범위를 넓힐수 있도록 기구적으로 구성하며, 상기 제어부는 상기 저항 가변부가 일정각도 이상 회전되어 분압 저항의 값이 낮아져서 상기 전원 공급부로부터 출력되는 정전압이 일정 라벨 이상이면, 상기 저항 가변부로부터 입력되는 신호를 차단하고, 상기 전압 채배부를 통해 입력되는 전압을 센싱하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 전자 거리 측정장치.

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