KR102145590B1 - 스마트 거리 센서 바 - Google Patents

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KR102145590B1 KR1020180088481A KR20180088481A KR102145590B1 KR 102145590 B1 KR102145590 B1 KR 102145590B1 KR 1020180088481 A KR1020180088481 A KR 1020180088481A KR 20180088481 A KR20180088481 A KR 20180088481A KR 102145590 B1 KR102145590 B1 KR 102145590B1
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Abstract

본 발명은 거리 측정장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스마트 거리 센서 바가 제공된다. 스마트 거리 센서 바는, 하우징 및 복수의 에미터-센서 쌍이 상기 하우징의 길이 방향으로 배열된 복수의 센서 어레이를 포함하되, 상기 에미터-센서 쌍은, 레이저 빔을 조사하는 에미터 및 이동체에 반사된 레이저 빔을 수광하는 센서를 포함하고, 상기 복수의 센서 어레이는 상이한 지향각을 갖도록 상기 하우징에 배치되어 서로 중첩되지 않는 복수의 검출 평면을 각각 형성하며, 상기 검출 평면의 적어도 일부를 형성하는 상기 복수의 에미터-센서 쌍 중 하나 이상은, 상기 검출 평면을 통과하는 이동체까지 상기 레이저 빔이 왕복하는 왕복 시간을 측정할 수 있는 검출 신호를 생성할 수 있다.

Description

스마트 거리 센서 바{Smart distance sensor bar}
본 발명은 거리 측정장치에 관한 것이다.
거리를 측정하는 다양한 기술이 있다. 최근 들어, 레이저를 이용한 거리 측정 방식들이 개발되었다. 레이저를 펄스 형태로 조사하거나 주파수, 진폭 변조, 위상 변조 등 다양한 방식이 이미 개발되었다. 그러나 속도와 진행 방향을 동시에 측정할 수 있는 장치는 고가이며, 특히, 휴대하기가 어렵다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0014726호 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0121566호
본 발명은 설치 또는 휴대가 용이하면서도 속도와 방향을 동시에 측정할 수 있는 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스마트 거리 센서 바가 제공된다. 스마트 거리 센서 바는, 하우징 및 복수의 에미터-센서 쌍이 상기 하우징의 길이 방향으로 배열된 복수의 센서 어레이를 포함하되, 상기 에미터-센서 쌍은, 레이저 빔을 조사하는 에미터 및 이동체에 반사된 레이저 빔을 수광하는 센서를 포함하고, 상기 복수의 센서 어레이는 상이한 지향각을 갖도록 상기 하우징에 배치되어 서로 중첩되지 않는 복수의 검출 평면을 각각 형성하며, 상기 검출 평면의 적어도 일부를 형성하는 상기 복수의 에미터-센서 쌍 중 하나 이상은, 상기 검출 평면을 통과하는 이동체까지 상기 레이저 빔이 왕복하는 왕복 시간을 측정할 수 있는 검출 신호를 생성할 수 있다.
일 실시예로, 상기 하우징은, 상기 길이 방향을 따라 연장된 복수의 평면으로 구성되고, 상기 복수의 평면은 서로 상이한 지향각을 가지며, 상기 복수의 센서 어레이는 상기 복수의 평면 중 둘 이상의 평면에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 복수의 평면 중 어느 하나는, 지면에 평행한 지향각을 가지며, 상기 지면에 평행한 지향각을 갖는 평면에 배치된 센서 어레이는 상기 이동체의 초기 위치까지의 거리를 측정하는데 이용될 수 있다.
한편, 상기 복수의 평면 중 하나 이상은, 지면에 평행하지 않은 지향각을 가지며, 상기 지면에 평행하지 않은 지향각을 갖는 평면에 배치된 센서 어레이는 비행중인 상기 이동체까지의 거리를 측정하는데 이용될 수 있다.
일 실시예로, 하는 스마트 거리 센서 바는, 상기 왕복 시간을 상기 이동체까지의 거리로 변환하기 위해서, 상기 복수의 센서 어레이를 구동하여 상기 복수의 검출 평면을 형성하도록 하는 센서 어레이 제어부, 상기 검출 평면을 구성하는 상기 복수의 에미터-센서 쌍 중 하나 이상이 출력한 상기 검출 신호를 이용하여 상기 왕복 시간을 측정하는 시간 측정부, 상기 왕복 시간을 상기 검출 평면상에서 상기 이동체까지의 거리로 변환하는 시간-거리 변환부, 변환된 거리, 상기 지향각, 및 상기 검출 신호를 출력한 에미터-센서 쌍에 연관된 센서 식별 정보를 이용하여 상기 이동체의 좌표를 상기 검출 평면마다 결정하는 좌표 계산부 및 상기 검출 평면마다 결정된 좌표를 이용하여 상기 이동체의 속도와 비행 방향을 결정하는 속도/방향 결정부를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 시간 측정부는, 펄스 형태로 조사된 상기 레이저 빔에 의해 상기 에미터-센서 쌍이 출력한 복수의 검출 신호를 이용하여 측정된 복수의 왕복 시간을 저장하는 메모리를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 복수의 검출 신호가 형성하는 패턴을 이용하여 상기 좌표를 보정할 수 있다.
한편, 스마트 거리 센서 바는, 상기 하우징의 기울기를 검출하여 보정 신호를 출력하는 수평 센서를 더 포함하되, 상기 보정 신호를 이용하여 상기 좌표를 보정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 설치 또는 휴대가 용이하면서도 속도와 방향을 동시에 측정할 수 있는 장치가 제공된다.
이하에서, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명된다. 이해를 돕기 위해, 첨부된 전체 도면에 걸쳐, 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 할당되었다. 첨부된 도면에 도시된 구성은 본 발명을 설명하기 위해 예시적으로 구현된 실시예에 불과하며, 본 발명의 범위를 이에 한정하기 위한 것은 아니다. 특히, 첨부된 도면들은, 발명의 이해를 돕기 위해서, 일부 구성 요소를 다소 과장하여 표현하고 있다. 도면은 발명을 이해하기 위한 수단이므로, 도면에 표현된 구성 요소의 폭이나 두께 등은 실제 구현시 달라질 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 스마트 거리 센서 바의 구동 방식을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 속도와 방향을 산출하기 위해 스마트 거리 센서 바를 이용하여 이동체의 위치를 결정하는 방식을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 스마트 거리 센서 바의 구성을 기능적으로 도시한 도면이다.
도 4는 이동체의 위치 오차가 발생하는 경우를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 이동체의 위치 오차를 보정하는 방식을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 이동체의 검출 위치를 정밀하게 결정하기 위한 구성의 일 예를 기능적으로 도시한 도면이다.
도 7은 복수의 이동체가 이동하는 상황을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 동일 또는 유사한 구성요소는 동일한 도면부호를 사용하여 인용하기로 한다.
도 1은 스마트 거리 센서 바의 구동 방식을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1의 (a) 및 (b)를 참조하면, 스마트 거리 센서 바(100)는 둘 이상의 센서 어레이(110a, 110b, 110c)를 포함한다. 센서 어레이(110a, 110b, 110c) 각각은, 일직선상에 배열된 복수의 에미터-센서 쌍(111)로 구성되며, 에미터-센서 쌍(111)은, 예를 들어, 레이저 빔을 조사하는 하나의 에미터(111e) 및, 예를 들어, 레이저 빔을 수광하는 센서(111s)로 구성된다. 에미터(111e)가 조사한 레이저 빔은, 이동체(10)의 표면에서 반사되어 되돌아와서 센서(111s)에 의해 수광될 수 있다. 레이저 이외의 다른 매체, 예를 들어, 빛, 음파, 전파 등 다양한 매체가 이용될 수 있으나, 이하에서는 레이저 빔을 이용하는 경우를 예를 들어 설명하기로 한다.
둘 이상의 센서 어레이(110a, 110b, 110c)는 상이한 지향각을 갖도록 스마트 거리 센서 바(100)의 표면에 배치된다. 스마트 거리 센서 바(100)는 길이 방향을 따라 연장된 셋 이상의 평면으로 구성된 하우징을 포함하며, 셋 이상의 평면 중 적어도 둘 이상은 서로 다른 지향각을 가지며, 이로 인해서 상이한 방향을 향한다. 둘 이상의 센서 어레이(110a, 110b, 110c)는 각각 둘 이상의 평면 상에 배치된다. 도 1의 (a)에 예시된 바와 같이, 스마트 거리 센서 바(100)는, 단면을 기준으로, 6개의 평면으로 구성될 수 있다. 여기서, 하면과 상면은 평행하고, 좌측면과 우측면도 평행하되, 좌측면과 상면에 연결된 좌측 경사면과 우측면과 상면에 연결된 우측 경사면은 평행하지 않다. 좌측면은 하면 또는 상면에 수직하며, 제4 센서 어레이(도 5의 110d)는 좌측면 상에 배치된다. 좌측 경사면은, 하면으로부터 제1 지향각 α1에 수직하게 형성되며, 제2 센서 어레이(110b)는 좌측 경사면 상에 배치된다. 여기서 제1 내지 제3 지향각 α1, α2, α3는 하면과의 사이각이다. 따라서 제1 센서 어레이(110a)의 지향각은 제1 지향각 α1이고, 같은 방식으로, 제2 센서 어레이(110b)의 지향각은 제2 지향각 α2이며, 제3 센서 어레이(110c)의 지향각은 제3 지향각 α3이 될 수 있다.
상이한 지향각으로 배치된 둘 이상의 센서 어레이(110a, 110b, 110c)는 중첩되지 않는 검출 평면을 형성한다. 센서 어레이(110a, 110b, 110c) 각각은, 일직선상에 배열된 복수의 에미터-센서 쌍(111)로 구성되며, 에미터(111e)는 직진성이 다른 매체에 비해 상대적으로 우수한 레이저 빔을 조사한다. 복수의 에미터-센서 쌍(111)으로부터 조사된 레이저 빔에 의해 검출 평면이 형성될 수 있다. 검출 평면을 통과하는 이동체(10)가 없는 경우, 레이저 빔은 반사되어 되돌아오지 않으며, 검출 평면을 통과하는 이동체(10)가 있는 경우, 레이저 빔은 반사되어 되돌아오며 센서(111s)에 의해 검출된다. 에미터(111e)는 레이저 빔을 펄스 또는 연속파(CW) 형태로 조사할 수 있다. 추가적으로, 에미터(111e)는 레이저 빔의 펄스폭, 위상, 파장, 주파수 중 어느 하나를 변조하여 조사할 수 있다. 한편, 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 설명된 실시예들은, 복수의 에미터(111e)가 실질적으로 동시에 레이저 빔을 조사하는 방식을 설명하고 있으나, 이는 단지 예시일 뿐이며, 복수의 에미터(111e) 전체 또는 일부는 순차적으로 또는 서로 상이한 시점에 레이저 빔을 조사할 수도 있다.
에미터-센서 쌍(110)으로부터 이동체(10)까지의 거리 d는 레이저 빔이 왕복하는데 걸린 왕복 시간 rt으로부터 산출된다. 레이저 빔의 속도는 빛의 속도와 실질적으로 동일하다. 에미터(111e)로부터 조사된 레이저 빔은 이동체(10)에 의해 반사되어 되돌아오므로, 레이저 빔이 진행한 거리는 거리 d의 두 배이다. 따라서 빛의 속도에 rt/2을 곱하면, 에미터-센서 쌍(110)으로부터 이동체(10)까지의 거리 d를 획득할 수 있다.
실내 골프 연습장에 설치된 종래의 거리 측정 장치는 상당한 공간을 점유하며 이동체로부터 상당한 거리를 유지하도록 설치되어야 한다. 이에 반해, 첨부된 도면에 예시된 스마트 거리 센서 바(100)는 바 형태로 구성되어 있어서, 설치, 회수 및 휴대가 용이하다. 특히, 스마트 거리 센서 바(100)는 복수의 센서 어레이가 동일한 하우징에 배치된 구조로 되어 있어서, 종래의 거리 측정 장치보다 구조가 대폭 단순해지는 이점을 갖는다.
도 2는 속도와 방향을 산출하기 위해 스마트 거리 센서 바를 이용하여 이동체의 위치를 결정하는 방식을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 (a)를 참조하면, 스마트 거리 센서 바(100)는 이동체(10)의 속도와 방향을 측정할 수 있다. 명확한 설명을 위해서, 스마트 거리 센서 바(100)의 측면 방향을 x축 방향으로, 스마트 거리 센서 바(100)의 길이 방향을 y축 방향으로, 스마트 거리 센서 바(100)의 상면 방향을 z축 방향으로 정의한다.
검출 시간 t0에서, 이동체(10)는 초기 위치에 있다. 초기 위치는 이동체(10)가 비행을 시작할 때의 위치이며, 이동체(10)까지의 거리 d0 및 검출 위치 y는 스마트 거리 센서 바(100)의 좌측면에 배치된 제4 센서 어레이(110d)에 의해 측정된다. 제4 센서 어레이(110d)를 구성하는 복수의 에미터-센서(111) 쌍 중 적어도 하나 이상은 이동체(10)로부터 반사된 레이저 빔을 수광한다. 거리 d0는, 레이저 빔의 조사 시점과 수광 시점으로부터 산출되며, 검출 위치 y는 반사된 레이저 빔을 수광한 에미터-센서(111) 쌍의 위치에 의해 결정될 수 있다. 여기서, 검출 위치 y는, 스마트 거리 센서 바(100)의 길이 방향의 일측면(도 2의 (a)의 아래쪽)으로부터 에미터-센서(111) 쌍까지의 거리 y0로 표현될 수 있다.
검출 시간 t1에서, 이동체(10)는 제1 센서 어레이(110a)에 의해 형성된 검출 평면을 통과한다. 여기서, 검출 시간 t1, t2, t3은 센서 어레이가 이동체(10)를 검출할 때의 시간이다. 제1 센서 어레이(110a)에 의해 형성된 검출 평면은 지면으로부터 제1 지향각 α1만큼 경사지게 형성된다. 이동체(10)까지의 거리 d1 및 검출 위치 y는 스마트 거리 센서 바(100)의 좌측경사면에 배치된 제1 센서 어레이(110a)에 의해 측정된다. 이동체(10)까지의 거리 d2, d3 및 검출 위치 y2, y3는 검출 시간 t2 및 t3에서도 동일하게 측정될 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, 스마트 거리 센서 바(100)의 제1 내지 제4 센서 어레이(110a 내지 110d)가 측정한 이동체(10)까지의 거리 d 및 검출 위치 y는 좌표값으로 표현될 수 있다. 이해를 돕기 위해, 직교좌표계를 예를 들어 설명한다.
검출 시간 t0에서 이동체(10)의 좌표 C0는 (-d0, y0, 0)이다.
검출 시간 t1에서, 이동체(10)까지의 거리 d1, 제1 지향각 α1, 및 검출 위치 y1으로부터, 이동체(10)의 좌표 C1은 (-d1 x Cos α1, y1, d1 x Sin α1)로 결정될 수 있다. 검출 시간 t2 및 t3에서도 동일한 방식을 사용하여 이동체(10)의 좌표 C2 및 C3는 (-d2 x Cos α2, y2, d2 x Sin α2) 및 (d3 x Cos α3, y3, d3 x Sin α3)로 각각 결정될 수 있다.
이동체(10)의 좌표 C0 내지 C3를 이용하여 이동체(10)의 속도 및 방향을 결정하며, 이로부터 비행 거리를 예측할 수 있다. 이동체(10)의 속도는 구간별로 산출되거나 전구간 평균으로 산출될 수 있다. 여기서, 구간은 검출 시간 또는 센서 어레이를 기준으로 구분될 수 있다. 검출 시간 t0 내지 t3와 이동체(10)의 좌표 C0 내지 C3는 각각 대응하므로, 검출 시간 t0 내지 t3 중 임의의 두 검출 시점간 거리를 산출한 후 시간으로 나눠 속도를 산출할 수 있다. 이동체(10)의 방향도 검출 시간 t0 내지 t3 중 임의의 두 시점의 좌표를 이용하여 결정할 수 있다. 비행 거리는 이동체(10)의 속도 및 이동체(10)와 지면간의 각도를 이용하여 결정할 수 있다.
도 3은 스마트 거리 센서 바의 구성을 기능적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 스마트 거리 센서 바(100)는 복수의 센서 어레이(110a 내지 100n)(여기서 n은 자연수), 센서 어레이 제어부(120), 시간 측정부(130), 시간-거리 변환부(140), 좌표 계산부(150), 속도/방향 결정부(160), 및 수평 센서(170)를 포함한다.
복수의 센서 어레이(110a 내지 100n)는, 서로 상이한 지향각 α1 내지 αn을 가지며, 따라서 서로 중첩하지 않는 검출 평면을 형성한다. 각 센서 어레이(110a, 110b, 110c, 110d)는 일직선상에 배열된 에미터-센서 쌍(111)을 포함한다. 에미터(111e)는 펄스 또는 연속파 형태의 레이저 빔을 조사하며, 센서(111s)는 이동체(10)에 반사되어 되돌아온 레이저 빔을 검출하여 검출 신호를 출력한다.
첨부된 도면들에서, 에미터-센서 쌍(111)은, 에미터-센서 쌍(111)의 길이 방향과 센서 어레이의 길이 방향이 실질적으로 동일하도록 배치되어 있지만, 에미터-센서 쌍(111)의 길이 방향과 센서 어레이의 길이 방향이 동일하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 에미터-센서 쌍(111)의 길이 방향과 센서 어레이의 길이 방향은 수직할 수 있다.
에미터-센서 쌍(111)의 길이 및 에미터-센서 쌍(111)간의 이격 거리는 측정하고자 하는 이동체(10)의 길이 또는 직경에 따라 결정될 수 있다. 이동체(10)가 골프공인 경우, 에미터-센서 쌍(111)간의 이격 거리는 골프공의 직경보다 실질적으로 작을 수 있다. 한편, 에미터-센서 쌍(111)의 길이가 충분히 작을 경우, 골프공의 직경에 상응하는 거리 내에 복수의 에미터-센서 쌍(111)이 배치될 수도 있다.
복수의 센서 어레이(110a 내지 100n)는 센서 어레이 제어부(120)에 의해 구동한다. 센서 어레이 제어부(120)는 센서 어레이를 구성하는 복수의 에미터(111e) 및 복수의 센서(111s)를 동시에 또는 순차적으로 구동시킬 수 있다. 센서 어레이 제어부(120)는 주기적으로 또는 연속적으로 복수의 에미터(111e)에 구동 신호를 인가하여 펄스 형태 또는 연속(CW) 형태의 레이저 빔을 조사할 수 있도록 한다. 한편, 센서 어레이 제어부(120)는, 반사되어 되돌아온 레이저 빔을 검출하고 검출 신호를 출력하도록 복수의 센서(111s)를 구동시킨다.
시간 측정부(130)는 레이저 빔이 왕복한 시간을 측정한다. 시간 측정부(130)는, 구동 신호 또는 구동 신호를 생성하게 한 신호, 예를 들어, 클럭 신호에 의해 시간 측정을 시작하고, 검출 신호에 의해 시간 측정을 종료한다. 시간 측정부(130)는 에미터-센서 쌍(111)마다 왕복 시간 rt를 측정한다. 시간 측정부(130)가 측정한 왕복 시간 rt 또는 왕복 시간 rt의 1/2는 시간-거리 변환부(140)로 출력되거나 메모리(도 7의 133)에 저장된다. 여기서, 왕복 시간 rt는 이동체(10)를 검출한 에미터-센서 쌍(111)을 식별할 수 있는 센서 식별 정보에 연관될 수 있으며, 센서 식별 정보는 검출 위치 y를 결정하는데 이용된다.
시간-거리 변환부(140)는 센서 어레이별로(또는 검출 평면별로) 왕복 시간 rt를 이동체(10)까지의 거리 d로 변환한다. 레이저 빔의 속도는 빛의 속도와 실질적으로 동일하므로, 빛의 속도에 rt/2을 곱하여 이동체(10)까지의 거리 d를 산출한다.
좌표 계산부(150)는 센서 어레이별로(또는 검출 평면별로) 이동체(10)의 좌표 C를 계산한다. 각 센서 어레이들의 지향각은 고정되어 있고, 이동체(10)까지의 거리 d 및 검출 위치 y는 센서 어레이의 수만큼 시간-거리 변환부(140)로부터 제공받을 수 있다. 좌표 계산부(150)는 거리 d, 지향각 α, 및 검출 위치 y를 이용하여 이동체(10)의 좌표 C를 계산한다.
수평 센서(170)는 하우징의 기울기를 검출하여 보정 신호를 출력한다. 여기서, 보정 신호는, 스마트 거리 센서 바(100)가 (i) 기울어진 각도 또는 (ii) 기울어진 각도에 따라 보정할 대상 및 보정값일 수 있다. 수평 센서(170)는 적어도 2축의 기울기, 예를 들어, x 축 방향 및 y 축 방향의 기울기를 검출할 수 있다. 보정 신호는 시간-거리 변환부(140) 및 좌표 계산부(150) 중 어느 하나 또는 모두에 제공될 수 있다. 시간-거리 변환부(140)는 보정 신호에 따라 거리 d를 보정할 수 있다. 지향각 α는 미리 결정되어 있으므로, 거리 d는, 보정 신호에 따라 증가 또는 감소될 수 있다. 한편, 좌표 계산부(150)는 보정 신호에 따라 좌표 C를 보정할 수 있다. 역시, 지향각 α는 미리 결정되어 있으므로, 지향각 α를 보정 신호를 이용하여 보정한 후 보정된 지향각 α'으로 센서 어레이별로 이동체(10)의 좌표 C를 계산할 수 있다.
속도/방향 결정부(160)는 센서 어레이별로(또는 검출 평면별로) 계산된 이동체(10)의 좌표 C 및 검출 시간을 이용하여 이동체(10)이 속도, 방향 및/또는 비행 거리를 계산한다. 여기서, 속도 및 방향은 구간별로 산출되거나 전구간 평균으로 계산될 수 있다. 이동체(10)의 비행 거리는, 이동체(10)의 속도 및 이동체(10)와 지면간의 각도를 이용하여 결정할 수 있다. 이동체(10)와 지면간의 각도는, 이동체(10)의 좌표 C를 이용하여 계산할 수 있다.
이하에서는 스마트 거리 센서 바의 동작을 설명한다.
제n 센서 어레이(110n)(여기서, n은 자연수)는 정지 상태의 이동체(10)를 검출하며, 이에 따라 초기 위치가 결정된다. 이후 이동체(10)가 이동을 시작하여 제n 센서 어레이(110n)가 더 이상 이동체(10)를 검출하지 못하면, 시간 측정부(120)는 검출 시간 t0를 결정하며, 좌표 계산부(150)는 제n 센서 어레이(110n)의 검출 위치를 결정한다.
제1 내지 제n-1 센서 어레이(110a 내지 110n-1)는 비행 상태의 이동체(10)를 검출하며, 이에 따라 검출 시간 및 좌표가 결정된다. 시간 측정부(120)는 검출 시간 t0를 결정한다.
일 실시예로, 제1 내지 제n-1 센서 어레이(110a 내지 110n-1)는 이동체(10)가 이동을 시작하면, 전부 구동될 수 있다. 다른 실시예로, 제1 내지 제n-1 센서 어레이(110a 내지 110n-1)는 순차적으로 구동될 수 있다. 한편, 제1 내지 제n-1 센서 어레이(110a 내지 110n-1)는 이동체(10)를 검출할 때까지는 연속파 형태로 레이저 빔을 조사하며, 이동체(10)를 검출한 이후에는 펄스 형태로 레이저 빔을 조사할 수 있다.
도 4는 이동체의 위치 오차가 발생하는 경우를 예시적으로 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 이동체의 위치 오차를 보정하는 방식을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 이동체(10)가 스마트 거리 센서 바(10)에 대해 비스듬하게 비행하는 상황이 예시되어 있다. 이동체(10)가 제1 내지 제3 센서 어레이(110a 내지 110c)에 의해 형성된 검출 평면에 진입하는 시점부터 검출 평면을 완전히 통과할 때까지 통과 시간 dt가 소요될 수 있다. 이로 인해, 레이저 빔이 반사되는 지점까지의 거리가 달라질 수 있다. 특히, 이동체(10)로부터 상대적으로 가까운 거리에 배치된 제1 및 제2 센서 어레이(110a, 110b)가 검출한 거리들 사이의 오차는 상대적으로 작지만, 이동체(10)로부터 상대적으로 먼 거리에 배치된 제3 센서 어레이(110c)가 검출한 거리들 사이의 오차는 상대적으로 커질 수 있다. 이를 해결하기 위해서, 일 실시예로, 제1 센서 어레이(110a)가 검출 시간 t1부터 검출 시간 t1+dt1 동안 복수의 검출 신호를 출력한 경우, 시간적으로 중간에 출력된 검출 시간, 예를 들어, t1+dt1/2에 출력된 검출 신호를 이용하여 이동체(10)까지의 거리가 결정될 수 있다. 제2 및 제3 센서 어레이(110b, 110c)에도 동일한 방식이 적용될 수 있다. 한편, 다른 실시예로, 복수의 검출 시간을 이용하여 산출한 복수의 거리들의 평균이 이동체(10)까지의 거리로 선택될 수도 있다. 이외에도 다양한 방식이 이용될 수 있음은 물론이다.
한편, 도 4의 (b)를 참조하면, 이동체(10)는 통과 시간 dt 동안 y 축 방향으로 이동할 수 있다. 이로 인해, 검출 위치 y도 달라질 수 있다. 특히, 스마트 거리 센서 바(100)의 길이 방향으로 배열된 에미터-센서 쌍(111)의 길이 및 에미터-센서 쌍(111)간 이격 거리에 따라 이동체(10)를 검출하는 에미터-센서 쌍(111)이 복수개가 될 수 있다.
도 5를 참조하면, 검출 위치 y를 정밀하게 결정하기 위한 다양한 방법 중 검출 신호의 패턴을 이용하는 방법이 도시되어 있다. 도 5의 (a)는, 이동체(10)가 제2 센서 어레이(110b) 위로 비행하는 상태를 나타낸다. 여기서, 이동체(10)는 좌측에서 우측 방향으로 비행한다 도 5의 (b)는 스마트 거리 센서 바(100)의 우측면에서 바라본 상태를 나타낸다. 여기서, 배열된 3개의 에미터-센서 쌍(111)의 길이(이격 거리 포함)가 이동체(10)의 직경과 실질적으로 동일하며, 레이저 빔은 펄스 형태로 조사된다고 가정한다. 도 5의 (c)는 스마트 거리 센서 바(100)의 길이 방향으로 바라본 상태를 나타낸다. 여기서, 이동체(10)의 하부에 표시된 점들은, (b)의 중앙에 위치한 에미터-센서 쌍에 의해 거리가 측정된 지점을 나타낸다.
도 5의 (d)는 3개의 에미터-센서 쌍(111)이 이동체(10)를 검출할 때의 검출 신호를 나타낸다. 센서 S2 내지 S4는 검출 신호를 출력하지만, 센서 S1 및 S5는 검출 신호를 출력하지 않는다. 이 때, 이동체(10)가 구형일 경우, 이동체(10)의 중심(11)이 지나가는 경로에 위치한 센서 S3는 센서 S2 및 S4보다 먼저 검출 신호를 출력하며, 가장 나중까지 검출 신호를 출력한다. 따라서 생성된 검출 신호가 (d)에 예시된 패턴을 나타내는 경우, 가장 오랫동안 검출 신호를 출력한 에미터-센서 쌍의 위치를 검출 위치로 선택할 수 있다.
도 5의 (e)는 2개의 에미터-센서 쌍(111)이 이동체(10)를 검출할 때의 검출 신호를 나타낸다. 이동체(10)는 4개의 에미터-센서 쌍(111)을 통과하지만, 주변에 위치한 2개의 에미터-센서 쌍의 일부만 지나가고 있다. 이 경우, 센서 S2 및 S3은 검출 신호를 실질적으로 동시에 출력하기 시작해서 실질적으로 동시에 출력을 중단한다. 그러나 에미터 또는 센서의 상부로만 이동체(10)가 통과하는 센서 S1 및 S4는 검출 신호를 출력하지 못하거나, 출력을 하더라도 센서 S2 및 S3보다 상대적으로 작은 횟수로 검출 신호를 출력한다. 따라서 생성된 검출 신호가 (e)에 예시된 패턴을 나타내는 경우, 검출 신호를 출력한 두 개의 에미터-센서 쌍의 사이로 이동체(10)의 중심(11)이 통과한다.
도 6은 이동체의 검출 위치를 정밀하게 결정하기 위한 구성의 일 예를 기능적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 시간 측정부(130)는 시간 산출기(131) 및 메모리(132)를 포함하며, 추가적으로 클럭 발생기(133)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 클럭 발생기(133)는 시간 측정부(130)의 외부에 위치할 수도 있다.
센서 어레이 제어부(120) 및 시간 산출기(131)는 클럭 발생기(133)가 생성한 클럭 신호에 의해 구동한다. 센서 어레이 제어부(120)는 클럭 신호를 이용하여 구동 신호를 생성하고 이를 에미터(111e)에 인가한다. 한편, 구동 신호는 시간 산출기(131)에도 인가될 수 있다.
시간 산출기(131)는 클럭 신호 또는 구동 신호에 의해 시간 측정을 시작하며, 센서(111s)가 출력한 검출 신호에 의해 시간 측정을 종료한다. 시간 산출기(131)는 동일한 센서 어레이에 포함된 복수의 센서로부터 검출 신호를 입력받을 수 있다. 또한, 시간 산출기(131)는 동일한 센서로부터 복수의 검출 신호를 입력받을 수 있다.
시간 산출기(131)는 측정 시작 시간과 측정 종료 시간을 이용하여 왕복 시간 rt 또는 rt/2(이하 왕복 시간 rt로 총칭함)를 출력하며, 왕복 시간 rt는 센서 식별 정보와 함께 메모리(132)에 저장된다. 한편, 왕복 시간 rt가 몇 번째 구동 신호에 의해 생성되었는지를 나타내는 순서 정보가 센서 식별 정보 및 왕복 시간 rt와 함께 메모리(132)에 저장될 수 있다.
센서 식별 정보와 함께 저장된 왕복 시간 rt는 시간-거리 변환부(140)에 의해 거리 d 및 측정 위치 y를 결정하는데 이용될 수 있다.
동일한 센서 식별 정보에 연관된 왕복 시간 rt의 개수가 복수인 경우, 일 실시예로, 시간-거리 변환부(140)는 시간적으로 중간에 출력된 검출 시간에 의해 산출된 왕복 시간 rt를 이용하여 거리 d를 계산할 수 있다. 다른 실시예로, 시간-거리 변환부(140)는 복수의 왕복 시간 rt 각각에 대한 거리 d를 계산한 후, 평균 거리 d'를 산출할 수도 있다.
한편, 둘 이상의 센서 식별 정보에 연관된 왕복 시간 rt의 개수가 복수인 경우, 시간-거리 변환부(140)는, 검출 신호의 패턴을 이용하여 검출 위치를 결정할 수 있다. 여기서, 시간-거리 변환부(140)는 순서 정보를 통해 검출 신호의 패턴을 결정하며, 검출 신호의 패턴은 룩업 테이블에 의해 미리 정의되어 있을 수 있다. 검출 신호의 패턴이 정의된 룩업 테이블은 메모리(132)에 저장될 수 있다.
도 7은 복수의 이동체가 이동하는 상황을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 이동체(10)는 골프공이며, 골프공은 골프 클럽의 헤드(20)에 의해 비행하게 된다. 제4 센서 어레이(110d)에 의해 골프공(10)의 초기 위치가 검출된다. 이후 헤드(20)가 골프공(10)을 타격하기 위해 골프공(10)을 향해 이동하면, 골프 공(10)과 헤드(20) 모두 제4 센서 어레이(110d)에 의해 검출된다. 이 때, 골프공(10)을 검출한 센서(111s)가 출력한 검출 신호에 의해 생성된 왕복 시간 rt는 고정되어 있는 반면, 헤드(20)를 검출한 센서(111s)가 출력한 검출 신호에 의해 생성된 왕복 시간 rt는 감소하는 경향을 갖는다.
헤드(20)의 각도는 제4 센서 어레이(110d)가 생성한 검출 신호에 의해 계산된 왕복 시간 rt로부터 결정될 수 있다. 골프공(10)이 이동하기 시작한 검출 시점 t0 주변에서, 골프공(10)을 검출한 센서 S에 인접한 복수의 센서 S'가 검출 신호를 출력하기 시작한다. 복수의 센서 S'가 출력한 검출 신호에 의해 복수의 거리 d”가 계산될 수 있다. 계산된 복수의 거리 d”를 비교하면 헤드(20)의 각도를 결정할 수 있다. 결정된 헤드(20)의 각도에 의해, 골프공(10)이 비행 중에 보이는 물리적 행동, 예를 들어, 회전량과 회전 방향 등을 예측할 수 있다. 따라서 결정된 헤드(20)의 각도는, 속도/방향 결정부(160)가 골프공(10)의 진행 방향 및/또는 비행 거리를 보정하는데 사용될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 길이 방향을 따라 연장된 복수의 평면으로 구성되고, 상기 복수의 평면은 서로 상이한 지향각을 가지는, 하우징; 및
    복수의 에미터-센서 쌍이 상기 하우징의 길이 방향으로 상기 복수의 평면 중 적어도 둘 이상의 평면에 배열되어, 서로 중첩하지 않는 복수의 검출 평면을 각각 형성하는, 복수의 센서 어레이를 포함하되,
    상기 에미터-센서 쌍은, 직진하는 레이저 빔을 조사하는 에미터 및 이동체에 반사된 레이저 빔을 수광하여 상기 검출 평면을 통과하는 이동체까지 상기 레이저 빔이 왕복하는 왕복 시간을 측정하기 위한 검출 신호를 생성하는 센서를 포함하고,
    동일한 지향각을 갖는 복수의 에미터-센서 쌍은, 동일한 검출 평면을 통과하는 이동체를 검출하는, 스마트 거리 센서 바.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 평면 중 어느 하나는,
    지면에 평행한 지향각을 가지며, 상기 지면에 평행한 지향각을 갖는 평면에 배치된 센서 어레이는 상기 이동체의 초기 위치까지의 거리를 측정하는데 이용되는 스마트 거리 센서 바.
  4. 삭제
  5. 길이 방향을 따라 연장된 복수의 평면으로 구성되고, 상기 복수의 평면은 서로 상이한 지향각을 가지는 하우징;
    직진하는 레이저 빔을 조사하는 에미터 및 이동체에 반사된 레이저 빔을 수광하여 검출 평면을 통과하는 이동체까지 상기 레이저 빔이 왕복하는 왕복 시간을 측정할 수 있는 검출 신호를 생성하는 센서로 구성된 복수의 에미터-센서 쌍이 상기 하우징의 길이 방향으로 상기 복수의 평면 중 적어도 둘 이상의 평면에 배열되어, 서로 중첩하지 않는 복수의 검출 평면을 각각 형성하는 복수의 센서 어레이;
    상기 복수의 센서 어레이를 구동하여 상기 복수의 검출 평면을 형성하도록 하는 센서 어레이 제어부;
    상기 복수의 검출 평면에 각각 대응하는 복수의 검출 신호를 이용하여, 상기 복수의 검출 평면을 통과하는 상기 이동체까지 상기 레이저 빔이 왕복하는 왕복 시간을 측정을 측정하는 시간 측정부;
    상기 왕복 시간을 상기 검출 평면상에서 상기 이동체까지의 거리로 변환하는 시간-거리 변환부;
    변환된 거리, 상기 지향각, 및 상기 검출 신호를 출력한 에미터-센서 쌍에 연관된 센서 식별 정보를 이용하여 상기 이동체의 좌표를 상기 복수의 검출 평면마다 결정하는 좌표 계산부; 및
    상기 복수의 검출 평면마다 결정된 좌표를 이용하여 상기 이동체의 속도와 비행 방향을 결정하는 속도/방향 결정부를 포함하되,
    상기 시간 측정부는, 상기 복수의 검출 신호가 형성하는 패턴을 이용하여 상기 좌표를 보정하는, 스마트 거리 센서 바.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 시간 측정부는,
    펄스 형태로 조사된 상기 레이저 빔에 의해 상기 에미터-센서 쌍이 출력한 복수의 검출 신호를 이용하여 측정된 복수의 왕복 시간을 저장하는 메모리를 더 포함하는 스마트 거리 센서 바.
  7. 삭제
  8. 청구항 5에 있어서, 상기 하우징의 기울기를 검출하여 보정 신호를 출력하는 수평 센서를 더 포함하되,
    상기 보정 신호를 이용하여 상기 좌표를 보정하는 스마트 거리 센서 바.

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