KR102305785B1 - Electronic apparatus including distance measuring device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 거리 측정 장치를 포함하는 전자 기기에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기는, 거리 측정 장치와 하나 이상의 반사지를 포함하여 구성되고, 상기 거리 측정 장치는 회전하면서 삼각 측량 방식으로 상기 전자 기기 밖에 놓인 대상물까지의 거리를 측정하고 상기 거리 측정 장치보다 더 내부에 배치되는 반사지에서 반사되는 반사광을 근거로 상기 대상물에 대해 측정하는 거리를 보상할 수 있다. 따라서, 삼각 측량 방식에 따라 가까운 물체의 거리를 측정할 때 거리 측정 오차를 보상할 수 있고, 시간 경과나 고온이나 저온 등의 환경 변화에 따른 거리 오차를 보상할 수 있게 된다.The present invention relates to an electronic device including a distance measuring device. The electronic device according to an embodiment of the present invention is configured to include a distance measuring device and one or more reflective papers, wherein the distance measuring device measures a distance to an object placed outside the electronic device in a triangulation manner while rotating, and the distance The distance measured with respect to the object may be compensated based on the reflected light reflected from the reflective paper disposed further inside the measuring device. Therefore, according to the triangulation method, it is possible to compensate for the distance measurement error when measuring the distance of a nearby object, and to compensate for the distance error due to the passage of time or environmental changes such as high or low temperature.

Description

거리 측정 장치를 포함하는 전자 기기 {Electronic apparatus including distance measuring device}Electronic apparatus including distance measuring device

본 발명은 거리 측정 장치를 포함하는 전자 기기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 삼각 측정 방식에 의해 측정되는 거리 오차를 보상하는 거리 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electronic device including a distance measuring device, and more particularly, to a distance measuring device for compensating for a distance error measured by a triangulation method.

거리를 측정하는 센서에는 적외선을 이용하는 적외선 센서, 초음파를 이용하는 초음파 센서, TOF 센서 등이 있고, 거리를 측정하는 방식에 따라서는 빛이 맺히는 위치를 이용하여 거리를 측정하는 삼각 측량 방식과 센서와 초음파나 레이저의 이동 시간을 측정하여 거리를 측정하는 방식이 있다.Sensors that measure distance include infrared sensors using infrared rays, ultrasonic sensors using ultrasonic waves, and TOF sensors. There is a method of measuring the distance by measuring the movement time of the laser.

적외선 센서는 삼각 측량 원리에 따라 광원에서 방사한 적외선이 대상물의 표면에서 반사되어 입력되는 반사광을 수신하여 출력 전류로 수광점, 즉 반사광이 맺히는 위치를 계산할 수 있는 PSD(Position Sensitive Detector)를 이용하여 거리를 측정할 수 있다.The infrared sensor uses a PSD (Position Sensitive Detector) that can calculate the light receiving point, that is, the position where the reflected light is formed, as an output current by receiving the reflected light that is input after the infrared light emitted from the light source is reflected from the surface of the object according to the triangulation principle. distance can be measured.

초음파 센서는 센서가 발사한 초음파 펄스가 피측정물의 표면에서 반사되어 다시 센서로 되돌아올 때까지의 시간을 측정하여 측정 대상에 대한 거리를 측정할 수 있다.The ultrasonic sensor may measure the distance to the measurement target by measuring the time until the ultrasonic pulse emitted by the sensor is reflected from the surface of the object to be measured and returned to the sensor.

TOF 센서는 매우 짧은 폭의 적외선 펄스를 방사하는 LED와 같은 광원과 물체에서 반사되는 반사광을 검출하기 위한 센서로 구성되는데, 광원에서 방사된 광이 물체에서 반사되어 센서로 돌아오는 시간을 측정하여 물체와의 거리를 식 d=c*tTOF/2(d는 물체와의 거리, c는 빛의 속도, tTOF는 광원에서 방사된 광이 물체에서 반사되어 센서로 돌아오는 시간)으로 계산할 수 있다. 하지만 빛의 속도가 너무 빨라 시간 tTOF를 측정하기 어렵기 때문에, 광원이 빛을 변조하여 방사하고 2개 이상의 위상을 이용하여 간접적으로 거리를 계산한다.The TOF sensor consists of a light source such as an LED that emits a very short infrared pulse and a sensor for detecting reflected light reflected from an object. The distance to can be calculated by the equation d=c*t TOF /2 (d is the distance from the object, c is the speed of light, and t TOF is the time the light emitted from the light source is reflected from the object and returned to the sensor) . However, since the speed of light is too fast to measure the time t TOF , the light source modulates the light and emits it, and indirectly calculates the distance using two or more phases.

도 1은 삼각 측량법에 의해 거리를 측정하는 원리를 도시한 것이다.1 shows the principle of measuring a distance by triangulation.

광원으로는 적외선 영역에서 발광하는 레이저 다이오드가 사용되고 센서로는 한쪽 방향으로 나열된 복수 개의 셀로 구성되는 광 센서가 사용될 수 있는데, 레이저 다이오드에서 발광하는 레이저 광을 물체에 조사하고 물체에서 산란되는 반사광이 센서에서 맺히는 위치를 검출하여 삼각 측량 원리로 거리를 계산한다.A laser diode emitting light in the infrared region is used as the light source, and an optical sensor composed of a plurality of cells arranged in one direction may be used as the sensor. The distance is calculated using the triangulation principle by detecting the forming position in the .

거리(d)는 d=f*s/(f*sinθ-x)로, 여기서 d는 거리 측정 장치로부터 물체까지의 거리, f는 센서 앞에 놓인 광학계(렌즈)의 초점 거리, s는 광원과 렌즈 사이의 간격, θ는 광원의 출사 각도, x는 센서에서 반사광이 맺히는 상의 위치(중심 0을 기준으로)를 가리킨다.The distance (d) is d=f*s/(f*sinθ-x), where d is the distance from the distance measuring device to the object, f is the focal length of the optical system (lens) placed in front of the sensor, and s is the light source and lens The distance between them, θ, is the emission angle of the light source, and x is the position of the image on which the reflected light is focused from the sensor (based on the center 0).

하지만, 삼각 측량 방식에서는, 초기에 물체까지의 거리와 반사광이 맺히는 위치(또는 셀)와의 관계에 대해 캘리브레이션 동작이 수행된 이후에, 시간의 경과, 외부 충격, 환경 변화 등을 이유로 센서에서 반사광이 맺히는 위치 특성이 변할 수가 있는데, 측정된 거리에 오차가 발생하더라도 이를 확인하기 어렵고 이를 보상할 수 있는 방법도 마땅치 않다.However, in the triangulation method, after the calibration operation is performed on the relationship between the distance to the object and the location (or cell) where the reflected light is initially formed, the reflected light from the sensor is The location characteristics of the formation may change, and even if an error occurs in the measured distance, it is difficult to confirm it and there is no suitable method to compensate for this.

따라서, 본 발명은 이러한 상황을 반영하여 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 삼각 측량법에 따라 거리를 측정하는 거리 측정 장치에서 시간 경과에 따른 거리 측정 오차를 보상하는 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention was created to reflect this situation, and an object of the present invention is to provide a method of compensating for a distance measurement error over time in a distance measuring device that measures a distance according to triangulation.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기는, 거리 측정 장치와 하나 이상의 반사지를 포함하여 구성되고, 상기 거리 측정 장치는, 회전하면서 삼각 측량 방식으로 상기 전자 기기 밖에 놓인 대상물까지의 거리를 측정하고, 상기 거리 측정 장치보다 더 내부에 배치되는 반사지에서 반사되는 반사광을 근거로 상기 대상물에 대해 측정하는 거리를 보상하는 것을 특징으로 한다.An electronic device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is configured to include a distance measuring device and one or more reflective paper, and the distance measuring device is placed outside the electronic device in a triangulation manner while rotating. The distance to the object is measured, and the distance measured with respect to the object is compensated based on reflected light reflected from a reflective paper disposed further inside the distance measuring device.

일 실시예에서, 상기 거리 측정 장치는, 적외선을 방사하기 위한 발광부와 상기 발광부가 방사하여 대상물로부터 반사되어 되돌아오는 반사광을 수신하기 위한 복수 개의 셀을 포함하는 수광부를 포함하는 센서 모듈; 상기 센서 모듈을 회전시키기 위한 회전부; 둘 이상의 기준 거리 및 상기 기준 거리에 놓은 대상물에서 반사되는 반사광이 상기 수광부의 센서에 맺히는 제1 위치 정보를 저장하기 위한 메모리; 및 상기 수광부로부터 신호를 근거로 반사광이 맺히는 셀의 위치를 계산하고 상기 기준 거리와 제1 위치 정보를 근거로 상기 계산된 위치에 대응되는 대상물까지의 거리를 계산하기 위한 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다.In one embodiment, the distance measuring device, a sensor module including a light receiving unit including a light emitting unit for emitting infrared light and a plurality of cells for receiving the reflected light that the light emitting unit emits and is reflected back from the object; a rotating part for rotating the sensor module; a memory for storing first location information on at least two reference distances and reflected light reflected from an object placed at the reference distance on a sensor of the light receiving unit; and a processor for calculating a position of a cell on which reflected light is formed based on a signal from the light receiving unit and calculating a distance to an object corresponding to the calculated position based on the reference distance and first position information. have.

일 실시예에서, 상기 메모리는 상기 반사지까지의 제2 거리를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 반사지에서 반사되는 반사광이 상기 센서에 맺히는 제2 위치를 계산하고 상기 제2 거리와 제2 위치를 근거로 상기 기준 거리와 제1 위치 정보를 갱신할 수 있다.In one embodiment, the memory further includes a second distance to the reflective paper, and the processor calculates a second position at which the reflected light reflected from the reflective paper is focused on the sensor and based on the second distance and the second position to update the reference distance and the first location information.

일 실시예에서, 상기 메모리는 상기 반사지까지의 제2 거리를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 반사지에서 반사되는 반사광이 상기 센서에 맺히는 제2 위치를 계산하고 상기 제2 거리와 제2 위치를 근거로 상기 기준 거리와 제1 위치 정보를 갱신할 수 있다.In one embodiment, the memory further includes a second distance to the reflective paper, and the processor calculates a second position at which the reflected light reflected from the reflective paper is focused on the sensor and based on the second distance and the second position to update the reference distance and the first location information.

일 실시예에서, 상기 메모리는 상기 반사지가 위치하는 각도 범위를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 센서 모듈이 회전하면서 상기 전자 기기 내부를 향할 때 상기 발광부를 끄되 상기 센서 모듈이 상기 각도 범위를 향할 때 상기 발광부를 켤 수 있다.In one embodiment, the memory further includes an angular range in which the reflective paper is located, and the processor turns off the light emitting unit when the sensor module rotates and faces the inside of the electronic device when the sensor module faces the angular range The light emitting unit may be turned on.

일 실시예에서, 상기 발광부는 적외선을 방사하기 위한 광원과 상기 광원이 방사하는 광을 평행광으로 변형하기 위한 콜리메이터 렌즈를 포함하여 구성되고, 상기 수광부는 다양한 각도에서 입사되는 빔을 일정 크기와 모양으로 출력하기 위한 텔레센트릭 렌즈, 상기 광원이 방사한 광의 파장대만을 선택적으로 통과시키기 위한 필터 및 복수 개의 셀이 한 방향으로 나열되어 각 셀에 맺히는 광량에 대응하는 전류나 전압을 출력하기 위한 수광 센서를 포함하여 구성되고, 상기 회전부는 상기 센서 모듈을 회전시키기 위한 모터와 상기 센서 모듈의 회전 각도를 검출하기 위한 엔코더를 포함하여 구성될 수 있다.In one embodiment, the light emitting unit is configured to include a light source for emitting infrared rays and a collimator lens for transforming the light emitted by the light source into parallel light, and the light receiving unit receives a beam incident from various angles in a predetermined size and shape. A telecentric lens for outputting a light source, a filter for selectively passing only the wavelength band of the light emitted by the light source, and light receiving for outputting a current or voltage corresponding to the amount of light focused on each cell by arranging a plurality of cells in one direction It may be configured to include a sensor, and the rotating unit may include a motor for rotating the sensor module and an encoder for detecting a rotation angle of the sensor module.

일 실시예에서, 상기 전자 기기는 바닥을 기준으로 이동하는 로봇 청소기일 수 있다.In an embodiment, the electronic device may be a robot cleaner that moves with respect to the floor.

따라서, 삼각 측량 방식에 따라 가까운 물체의 거리를 측정할 때 거리 측정 오차를 보상할 수 있게 된다.Therefore, it is possible to compensate for the distance measurement error when measuring the distance of a nearby object according to the triangulation method.

또한, 삼각 측량 방식에서 시간 경과에 따라 발생하는 거리 오차를 보상할 수 있게 되고, 고온이나 저온 등의 환경 변화에 따른 거리 오차를 보상할 수 있게 된다.In addition, in the triangulation method, it is possible to compensate for a distance error that occurs over time, and it is possible to compensate for a distance error caused by environmental changes such as high temperature or low temperature.

또한, 실시간으로 근거리 측정을 캘리브레이션 할 수 있게 된다.In addition, it becomes possible to calibrate short-range measurements in real time.

도 1은 삼각 측량법에 의해 거리를 측정하는 원리를 도시한 것이고,
도 2는 거리 측정 장치가 전기 기기에 장착되어 회전하면서 전자 기기의 전방만을 스캔 하는 예를 개략적으로 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 전자 기기에 장착되어 회전하면서 전방을 스캔 하는 거리 측정 장치가 후방을 스캔 하는 것을 개략적으로 도시한 것이고,
도 4는 본 발명이 적용되는 거리 측정 장치의 구성을 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 전자 기기에 장착되는 거리 측정 장치가 거리 오차를 보정하는 동작 흐름도를 도시한 것이다.1 shows the principle of measuring the distance by triangulation,
2 schematically illustrates an example of scanning only the front of the electronic device while rotating while the distance measuring device is mounted on the electric device;
3 schematically shows that a distance measuring device that is mounted on an electronic device and scans the front while rotating according to an embodiment of the present invention scans the rear,
4 shows the configuration of a distance measuring device to which the present invention is applied,
5 is a flowchart illustrating an operation of correcting a distance error by a distance measuring device mounted on an electronic device according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 거리 측정 장치에 대한 실시예를 첨부하는 도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a distance measuring device according to the present invention will be described in detail based on the accompanying drawings.

삼각 측량법은, 복수 개의 셀을 갖는 센서의 전기적 특성, 센서의 조정 특성, 광원과 센서 앞의 광학 렌즈 특성 등을 원인으로 셀과 거리 사이의 대응 관계가 일정하지 않게 되므로, 센서의 특성을 고려하여 미리 거리를 알고 있는 2점 이상을 선택하고 해당 점에 대해서 반사광이 수광된 위치(또는 셀)를 플래시 메모리에 저장하여 초기 캘리브레이션(Calibration)을 수행하고, 실제 거리를 계산할 때 플래시 메모리에 저장된 값을 이용한다.In the triangulation method, the correspondence between the cells and the distance is not constant due to the electrical characteristics of a sensor having a plurality of cells, the adjustment characteristics of the sensor, and the optical lens characteristics in front of the light source and the sensor. Select two or more points for which the distance is known in advance, and perform initial calibration by storing the location (or cell) where the reflected light was received for that point in the flash memory. use it

#define DIST_SHORT (float)(300.0)#define DIST_SHORT (float)(300.0)

#define DIST_LONG (float)(40000.0)#define DIST_LONG (float)(40000.0)

#define F_PIXEL_S (float)(652.5791)#define F_PIXEL_S (float)(652.5791)

#define F_PIXEL_L (float)(190.9510)#define F_PIXEL_L (float)(190.9510)

즉, 위와 같이 짧은 거리와 긴 거리에 대해서 반사광이 맺히는 픽셀의 위치를 메모리에 저장하고, 반사광이 맺히는 셀의 위치에 대해서 메모리에 저장된 값을 근거로 거리를 계산할 수 있다.That is, the position of the pixel on which the reflected light is reflected for the short distance and the long distance as described above is stored in the memory, and the distance can be calculated based on the value stored in the memory for the position of the cell on which the reflected light is focused.

하지만, 이러한 초기 캘리브레이션을 마친 이후에는, 시간이 흐름에 따라 자연스러운 변화, 외부 충격, 환경 변화 등에 의해 센서에 맺히는 반사광의 셀 위치가 바뀌어 측정되는 거리 특성이 변할 수 있고, 이러한 거리 오차를 보상할 방법이 없다. 또한, 이러한 시간 경과에 따른 거리 오차가 커지더라도 오차가 발생하는 지를 확인하기 어렵고 거리 오차를 수리하는 방법도 복잡하다.However, after the initial calibration is completed, the cell position of the reflected light on the sensor changes due to natural changes, external shocks, environmental changes, etc. over time, so the measured distance characteristics may change, and how to compensate for this distance error there is no In addition, even if the distance error over time increases, it is difficult to determine whether the error occurs, and the method of repairing the distance error is also complicated.

본 발명은, 삼각 측량법이 적용되는 센서 모듈이 시간 경과에 따른 특성 변화에 따라 거리 측정 오차가 발생하는 것을 보상하기 위한 것이다.An object of the present invention is to compensate for a distance measurement error occurring according to a change in characteristics of a sensor module to which triangulation is applied over time.

센서는 그 자체로는 수동 소자이기 때문에 특성이 변하더라도 이를 감지할 방법이 없다. 즉 명확한 특정 거리를 측정하여 계산 값이 다른 지 여부를 확인하는 것이 유일한 특성 변화를 검출하는 방법이다.Since the sensor itself is a passive element, there is no way to detect a change in its characteristics. That is, the only way to detect a characteristic change is to check whether the calculated values are different by measuring a specific specific distance.

하지만, 특정 거리에 대한 캘리브레이션은 거리 측정 장치를 출하하기 전이나 평가할 때에만 한 번 수행되고 제품이 출시된 이후에는 별도로 수행되지 않기 때문에 출하 후 성능 보정을 할 기회가 없게 된다.However, since the calibration for a specific distance is performed only once before shipping or evaluating the distance measuring device, and not separately after the product is released, there is no opportunity to perform performance calibration after shipping.

한편, 로봇 청소기는, 미리 입력된 프로그램에 의하여 사용자의 간단한 조작만으로 일정 영역을 스스로 주행하면서 주변의 먼지 또는 이물질을 흡입하여 청소하는 전자 기기이다. 이러한 로봇 청소기는 자율 주행을 전제로 하기 때문에 각종 센서를 구비하여 자신의 위치를 파악하고 실내 구성물 환경을 인식하여 실내 지형 지도를 작성, 즉 장애물이나 벽을 감지하고 피하고 청소 영역을 결정하고 최적 경로에 따라 스스로 이동하면서 청소할 수 있다.On the other hand, the robot cleaner is an electronic device that cleans by sucking dust or foreign substances in the vicinity while driving in a predetermined area by a user's simple manipulation by means of a pre-entered program. Since these robot cleaners are premised on autonomous driving, they are equipped with various sensors to identify their location and recognize the indoor component environment to create an indoor topographic map, that is, to detect and avoid obstacles or walls, determine the cleaning area, and follow the optimal path. It can be cleaned while moving on its own.

이러한 자율 주행과 청소 동작과 관련하여, 상부/하부 카메라, 전방/후방 거리 센서, 장애물 센서, 낭떠러지 센서, 자이로 센서, 가속도 센서, 휠 센서, 휠 드롭 감지 센서, 먼지통 인식 스위치 등 여러 센서가 로봇 청소기에 장착되고 있다.In relation to such autonomous driving and cleaning operation, several sensors such as upper/lower camera, front/rear distance sensor, obstacle sensor, cliff sensor, gyro sensor, acceleration sensor, wheel sensor, wheel drop detection sensor, dust bin recognition switch, etc. is being mounted on

로봇 청소기는 동작을 위해 장애물 등의 가까운 거리를 정확히 검출할 필요가 있고 거리 측정 센서의 특성에 따라 가까운 대상물의 거리 오차 확률이 상대적으로 크다.A robot cleaner needs to accurately detect a close distance such as an obstacle for its operation, and a probability of a distance error of a nearby object is relatively high according to the characteristics of a distance measuring sensor.

도 2는 거리 측정 장치가 전기 기기에 장착되어 회전하면서 전자 기기의 전방만을 스캔 하는 예를 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 2 schematically illustrates an example in which a distance measuring device is mounted on an electric device and scans only the front side of the electronic device while rotating.

로봇 청소기는 전방 거리 센서에 복수 개의 센서를 사용하는데, 본 발명이 적용되는 로봇 청소기는 삼각 측량법을 사용하는 하나의 거리 측정 장치를 채용하고 거리 측정 장치가 회전하면서 로봇 청소기의 전방의 거리를 측정할 수 있다.The robot cleaner uses a plurality of sensors for the front distance sensor. The robot cleaner to which the present invention is applied adopts one distance measuring device using triangulation, and the distance measuring device rotates to measure the distance in front of the robot cleaner. can

회전하는 거리 측정 장치는, 로봇 청소기의 전면에 배치되어, 전방을 향하는 동안은 로봇 청소기의 전방에 놓인 물체나 벽까지의 거리를 측정하지만, 후방을 향하는 동안은 로봇 내부를 향하기 때문에 거리 측정을 할 필요가 없어서 레이저 다이오드를 꺼놓을 수 있다.The rotating distance measuring device is disposed on the front of the robot cleaner, and while facing forward, measures the distance to an object or wall placed in front of the robot cleaner, but while facing the rear, it faces the inside of the robot. You can turn off the laser diode if you don't need it.

본 발명은, 거리 측정 장치가 회전하면서 동작하고 회전 범위 중에서 한정된 각도 범위에서만 거리 측정 동작을 수행하는 경우, 거리 측정 동작을 수행하지 않는 나머지 각도 범위에서 정해진 거리에 부착된 표지에 대해 측정된 값을 근거로 거리 측정을 캘리브레이션 할 수 있다.In the present invention, when the distance measuring device operates while rotating and the distance measuring operation is performed only in a limited angular range among the rotational range, the value measured for the mark attached to the predetermined distance in the remaining angular range in which the distance measuring operation is not performed Distance measurements can be calibrated on the basis of

본 발명에 따른 거리 측정 장치는, 회전하면서 정해진 각도 범위 내에서 거리를 측정하고, 바닥을 기준으로 이동하는 로봇 청소기, 다축 자유도를 갖는 로봇의 팔이나 자율 주행 로봇, 또는 위치를 변경하지 않고 고정된 장소에서 동작하는 장치 등의 전자 기기에 두루 적용될 수 있다.The distance measuring device according to the present invention measures a distance within a predetermined angular range while rotating, and a robot cleaner that moves with respect to the floor, an arm of a robot having multiple degrees of freedom or an autonomous driving robot, or a fixed position without changing the position. It can be applied to electronic devices such as devices operating in a place.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 전자 기기에 장착되어 회전하면서 전방을 스캔 하는 거리 측정 장치가 후방을 스캔 하는 것을 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 3 schematically illustrates that a distance measuring device that is mounted on an electronic device and scans the front while rotating scans the rear according to an embodiment of the present invention.

예를 들어, 로봇 청소기의 전방 대상물까지의 거리를 측정하기 위하여 로봇 청소기의 전방에 회전하면서 거리를 측정하는 하나의 거리 측정 장치가 장착되는데, 로봇 청소기 내부에 거리 측정 장치로부터 소정의 거리 떨어지고 거리 측정 장치까지 장애물이 없는 위치에 반사지와 같은 표지를 하나 이상 배치할 수 있다. 도 3에서 로봇 청소기 내부에는 거리 측정 장치로부터 d1만큼 떨어진 위치에 2개의 표지가 배치되고 d2만큼 떨어진 위치에 하나의 표지가 배치되어 있다.For example, one distance measuring device for measuring the distance while rotating in front of the robot cleaner is mounted in order to measure the distance to the front object of the robot cleaner. One or more signs, such as reflective paper, may be placed in an unobstructed location to the device. In FIG. 3 , two marks are arranged at a position d1 apart from the distance measuring device and one mark is arranged at a position d2 apart from the distance measuring device inside the robot cleaner.

거리 측정 장치가 로봇 청소기의 후방에 해당하는 각도를 회전하는 동안 발광부의 레이저를 끌 수 있는데, 반사지와 같은 표지가 지나는 각도 범위를 지날 때만 레이저 다이오드를 켤 수 있고, 거리 측정 장치와 표지까지의 거리를 미리 알고 있기 때문에 표지로부터 반사되는 반사광을 기초로 해당 표지까지의 거리에서 반사되는 반사광이 수광부의 센서에 맺히는 위치를 얻고, 이를 근거로 거리 측정 장치의 캘리브레이션과 전방 거리 측정에 이용할 수 있다.The laser of the light emitting part can be turned off while the distance measuring device rotates an angle corresponding to the rear of the robot cleaner, but the laser diode can only be turned on when it passes through the angular range of a mark such as a reflective paper, and the distance between the distance measuring device and the mark is known in advance, so the position where the reflected light reflected from the distance to the corresponding mark is focused on the sensor of the light receiving unit is obtained based on the reflected light from the mark, and based on this, it can be used for calibrating the distance measuring device and measuring the front distance.

도 4는 본 발명이 적용되는 거리 측정 장치의 구성을 도시한 것이다.4 shows the configuration of a distance measuring device to which the present invention is applied.

본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치(100)는, 삼각 측량 방식으로 대상물의 거리를 측정하기 위하여 적외선 광을 방사하기 위한 발광부(110), 발광부(110)가 방사한 적외선이 대상물에서 반사되어 되돌아오는 반사광의 위치를 검출하기 위한 수광부(120), 발광부(110)와 수광부(120)로 구성되는 센서 모듈을 회전시키기 위한 회전부(130) 및 수광부(120)의 출력 신호를 근거로 삼각 측량법에 따라 대상물까지의 거리를 계산하기 위한 프로세서(130)를 포함하여 구성될 수 있다.Distance measuring apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, the light emitting unit 110 for emitting infrared light to measure the distance of the object in a triangulation method, the infrared light emitted by the light emitting unit 110 is the object Based on the output signal of the light receiving unit 120, the light emitting unit 110 and the light receiving unit 120 for rotating the sensor module for detecting the position of the reflected light reflected back from the rotating unit 130 and the light receiving unit 120 It may be configured to include a processor 130 for calculating the distance to the object according to the triangulation method.

발광부(110)는 적외선을 방사하는 LD나 LED와 같은 발광 모듈과 발광 모듈이 광을 출력하도록 구동하기 위한 구동부로 구성되는 광원(111) 및 광원(111) 전면에 방사할 광의 각도나 광의 강도 등을 조절하기 위한 광학계, 예를 들어 콜리메이터 렌즈(112)를 포함하여 구성될 수 있다.The light emitting unit 110 includes a light source 111 comprising a light emitting module such as LD or LED that emits infrared light and a driving unit for driving the light emitting module to output light, and the angle or intensity of light to be emitted to the front surface of the light source 111 . An optical system for adjusting the back, for example, may be configured to include a collimator lens 112 .

수광부(120)는 입사되는 빔을 일정 크기와 모양으로 변형하기 위한 텔레센트릭 렌즈(Telecentric Lens)와 같은 수광 렌즈(121), 광원(111)이 출사한 광의 파장대만을 선택적으로 통과시키기 위한 필터(122) 및 반사광을 검출하기 위해 복수 개의 셀이 한 방향으로 나열되어 각 셀에 맺히는 광량에 대응하는 전류나 전압을 출력하기 위한 수광 센서(123)를 포함하여 구성될 수 있다.The light receiving unit 120 includes a light receiving lens 121 such as a telecentric lens for transforming an incident beam into a predetermined size and shape, and a filter for selectively passing only the wavelength band of the light emitted from the light source 111 . 122 and a light receiving sensor 123 for outputting a current or voltage corresponding to the amount of light focused on each cell by arranging a plurality of cells in one direction to detect the reflected light.

회전부(130)는 센서 모듈을 회전시키기 위한 모터(131)와 센서 모듈의 회전 각도를 검출하기 위한 엔코더(132)를 포함하여 구성될 수 있는데, 모터(131)는 스텝 모터나 DC 모터 등 제한되지 않고 벨트나 기어를 통해 센서 모듈을 구동할 수도 있고 센서 모듈 아래에 장착되어 벨트나 기어 없이 직접 센서 모듈을 회전시킬 수도 있다.The rotating unit 130 may include a motor 131 for rotating the sensor module and an encoder 132 for detecting a rotation angle of the sensor module, the motor 131 is not limited such as a step motor or a DC motor. It is possible to drive the sensor module through a belt or gear, or it can be mounted under the sensor module to directly rotate the sensor module without a belt or gear.

프로세서(140)는, 광원(111)의 발광 및 모터(131)의 회전을 제어하고, 수광 센서(123)의 셀들로부터 입력되는 전기 신호를 이용하여 출사광을 반사시키는 대상물까지의 거리를 계산하는데, 반사광이 맺히는 양을 가리키는 전기 신호를 출력하는 셀들의 분포(전기 신호의 강도와 전기 신호를 출력하는 셀들의 구간)를 이용하여 맺히는 반사광의 중심점이 위치하는 셀을 찾고 해당 셀에 반사광이 맺힐 때 거리를 삼각 측량법에 따라 계산할 수 있다.The processor 140 controls the light emission of the light source 111 and the rotation of the motor 131, and calculates the distance to the object that reflects the emitted light by using the electrical signal input from the cells of the light receiving sensor 123. , when the cell where the center point of the reflected light is located is found using the distribution of cells that output an electric signal indicating the amount of reflected light (the section between the strength of the electric signal and the cells that output the electric signal) and the reflected light is focused on the cell Distances can be calculated according to triangulation.

프로세서(140)는, 둘 이상의 기준 거리 및 해당 기준 거리와 대응되는 셀의 위치를 플래시 메모리에 저장하고, 이를 이용하여 반사광이 맺힌 셀의 위치에 해당하는 거리, 즉 대상물까지의 거리를 계산할 수 있다. 플래시 메모리는 비휘발성 메모리로 프로세서(140) 내부에 구비되거나 거리 측정 장치 내부에 별도로 마련될 수 있다.The processor 140 may store two or more reference distances and the positions of cells corresponding to the reference distances in the flash memory, and calculate the distances corresponding to the positions of the cells on which the reflected light is focused, that is, the distances to the object by using them. . The flash memory is a non-volatile memory and may be provided inside the processor 140 or separately provided inside the distance measuring device.

프로세서(140)는, 거리 측정 장치(100)가 장착된 전자 기기, 예를 들어 로봇 청소기의 내부에 배치된 반사지가 위치하는 각도 범위 및 해당 반사지까지의 거리도 플래시 메모리에 저장할 수 있다. 회전부(130)를 구동하여 센서 모듈이 회전하는 동안 광원(111)을 계속 켜는 경우는 반사지가 위치하는 각도 범위를 저장하지 않을 수도 있다.The processor 140 may also store, in the flash memory, an angular range in which the reflective paper disposed inside the electronic device in which the distance measuring device 100 is mounted, for example, a robot cleaner is located and the distance to the corresponding reflective paper. When the light source 111 is continuously turned on while the sensor module rotates by driving the rotation unit 130, the angular range in which the reflective paper is located may not be stored.

프로세서(140)는, 엔코더(132)로부터 입력되는 값으로부터 센서 모듈이 향하는 방향을 판단하고, 센서 모듈이 전자 기기의 전방을 향하는 동안은 수광 센서(123)의 셀들로부터 입력되는 전기 신호를 이용하여 대상물까지의 거리를 계산하고, 센서 모듈이 반사지가 놓인 후방 각도 범위에 대응되는 위치를 지날 때 검출 또는 계산되는, 반사광이 맺히는, 셀의 위치를 해당 반사지까지의 거리에 대한 셀의 위치로 결정하고, 이를 근거로 전방 각도 범위에서 대상물까지의 거리를 계산할 수 있다.The processor 140 determines the direction the sensor module faces from the value input from the encoder 132 , and while the sensor module faces the front of the electronic device, using electrical signals input from cells of the light receiving sensor 123 . Calculate the distance to the object, and determine the position of the cell, which is detected or calculated when the sensor module passes the position corresponding to the rear angle range where the reflective paper is placed, as the position of the cell with respect to the distance to the corresponding reflective paper, , based on this, it is possible to calculate the distance from the front angle range to the object.

즉, 프로세서(140)는, 정해진 거리에 위치하는 반사지에서 반사되는 반사광이 맺히는 위치 데이터를 근거로, 플래시 메모리에 저장되어 있는 둘 이상의 기준 거리 및 해당 기준 거리에 대응하는 셀의 위치를 갱신하고, 갱신된 기준 거리와 셀 위치를 근거로 전방 각도 범위에서 대상물까지의 거리를 계산할 수 있다.That is, the processor 140 updates two or more reference distances stored in the flash memory and the positions of cells corresponding to the reference distances based on the location data on which the reflected light reflected from the reflective paper located at a predetermined distance is formed, Based on the updated reference distance and the cell position, it is possible to calculate the distance to the object in the forward angle range.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 전자 기기에 장착되는 거리 측정 장치가 거리 오차를 보정하는 동작 흐름도를 도시한 것이다.5 is a flowchart illustrating an operation of correcting a distance error by a distance measuring device mounted on an electronic device according to an embodiment of the present invention.

전자 기기에 전원이 인가되면, 거리 측정 장치(100)에도 전원이 인가되어 센서 모듈이 워밍업 되는데(S510), 프로세서(140)는 회전부(130)를 제어하여 센서 모듈이 회전할 수 있도록 하고 발광부(110)의 광원(111)을 구동하여 적외선이 방사되고 반사광이 수광부(120)의 수광 센서(123)에 맺히게 되고, 수광 센서(123)에 맺히는 반사광의 위치를 검출 및 계산하고, 플래시 메모리에 저장된 기준 거리와 셀 위치를 근거로 거리를 계산할 수 있다.When power is applied to the electronic device, power is also applied to the distance measuring device 100 to warm up the sensor module (S510), and the processor 140 controls the rotating unit 130 so that the sensor module can rotate and the light emitting unit By driving the light source 111 of 110, infrared rays are emitted, the reflected light is focused on the light receiving sensor 123 of the light receiving unit 120, and the position of the reflected light that is focused on the light receiving sensor 123 is detected and calculated, and stored in the flash memory. The distance can be calculated based on the stored reference distance and cell location.

프로세서(140)는 회전부(130)의 엔코더(132)로부터 입력되는 센서 모듈의 방향 정보를 기초로 발광부(110)의 광원(111)을 켜거나 끌 수 있는데, 센서 모듈이 전방을 향하는 각도 범위와 플래시 메모리에 저장되는 표지가 배치되는 각도 범위에서 광원(111)을 켜고 그 밖 각도 범위, 즉 센서 모듈이 전자 기기의 내부를 향할 때에서는 광원(111)을 끌 수 있다.The processor 140 may turn on or off the light source 111 of the light emitting unit 110 based on the direction information of the sensor module input from the encoder 132 of the rotating unit 130 , the sensor module faces forward angular range The light source 111 may be turned on in an angular range in which a mark stored in the flash memory is disposed, and the light source 111 may be turned off in other angular ranges, that is, when the sensor module faces the inside of the electronic device.

프로세서(140)는 엔코더(132)로부터 입력되는 센서 모듈에서 입력되는 센서 모듈의 방향 각도와 플래시 메모리에 저장되는 표지가 배치되는 각도를 비교하여 일치할 때 광원(111)을 켜고 수광 센서(123)에서 출력되는 신호를 기초로 표지에서 반사되는 반사광이 맺히는 셀 위치를 계산하고 이를 저장할 수 있다(S520).The processor 140 compares the direction angle of the sensor module input from the sensor module input from the encoder 132 and the angle at which the mark stored in the flash memory is disposed and turns on the light source 111 and turns on the light receiving sensor 123 Based on the signal output from the , it is possible to calculate a cell position where the reflected light reflected from the cover is formed and store it (S520).

프로세서(140)는, 센서 모듈이 1회전할 때마다 거리를 알고 있는 표지에서 반사되는 반사광이 맺히는 위치를 계산하고 이를 저장하고, 이를 이전에 저장된 값이나 전자 기기 출하될 때 초기에 입력된 값과 비교할 수 있는데(S530), 표지에 대해서 계산한 셀 위치를 가리키는 값을 소정 회수, 예를 들어 10회나 20회 누적하고 그 평균 값의 변화를 추종할 수 있다.The processor 140 calculates the position where the reflected light reflected from the mark knowing the distance is formed every time the sensor module rotates once, and stores it, and compares it with a previously stored value or a value initially input when the electronic device is shipped. A comparison can be made ( S530 ), and the value indicating the cell position calculated for the label may be accumulated a predetermined number of times, for example, 10 or 20 times, and the change in the average value may be tracked.

프로세서(140)는, 표지까지의 거리에 대한 셀 위치 값을 이전에 저장된 값이나 초기 값과 비교하고 이를 근거로 기준 거리에 대한 셀 위치 값을 변경하는 캘리브레이션 동작을 수행하고, 캘리브레이션에 따른 결과를 전방을 향한 센서 모듈이 거리를 측정하는 데에 적용할 수 있다(S540).The processor 140 compares the cell position value for the distance to the mark with a previously stored value or an initial value, and performs a calibration operation to change the cell position value for the reference distance based on this, and returns the result according to the calibration. The forward-facing sensor module can be applied to measure the distance (S540).

S520과 S530 단계는 전자 기기의 전원이 인가될 때 소정 회수만 수행하고, 이후에는 S520과 S530 단계를 수행하지 않고 S520과 S530 단계를 통해 얻은 캘리브레이션 결과를 적용하여 거리 측정을 할 수 있다.Steps S520 and S530 are performed only a predetermined number of times when the power of the electronic device is applied, and thereafter, the distance measurement can be performed by applying the calibration results obtained through steps S520 and S530 without performing steps S520 and S530.

또한, 전자 기기 내부에 거리 측정 장치(100)로부터 서로 다른 거리를 갖는 둘 이상의 표지를 배치하여, 예를 들어 10cm 떨어진 표지와 20cm 떨어진 표지를 배치하여 가까운 거리의 특성 변화 추세, 즉 수광 센서(123)에 반사광이 맺히는 위치의 변화 추세를 관찰할 수 있다.In addition, by disposing two or more marks having different distances from the distance measuring device 100 inside the electronic device, for example, by placing a mark 10 cm apart and a mark 20 cm apart, a characteristic change trend of a close distance, that is, the light receiving sensor 123 ), you can observe the change trend of the location where the reflected light is focused.

전자 기기 내부에서 거리 측정 장치(100)과 표지까지의 거리는 바뀌지 않는 값이기 때문에, 표지에 대해 측정한 데이터로부터 거리 변화의 추이와 센서의 상태를 정확히 파악하고 반영할 수 있게 된다. 또한, 전자 기기 내부에 배치된 표지에 대해 데이터를 반복 측정하고 이를 누적된 값으로 캘리브레이션 하기 때문에 거리 측정 장치(100)의 성능을 일정하게 유지할 수 있게 된다.Since the distance between the distance measuring device 100 and the mark inside the electronic device is a value that does not change, it is possible to accurately grasp and reflect the trend of distance change and the state of the sensor from the data measured for the mark. In addition, since data is repeatedly measured for a mark disposed inside the electronic device and calibrated with an accumulated value, the performance of the distance measuring apparatus 100 can be constantly maintained.

이상 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 다양한 다른 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.The above-described preferred embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, and those skilled in the art can improve, change, and replace various other embodiments within the technical spirit and technical scope of the present invention disclosed in the appended claims below. Or addition, etc. may be possible.

100: 거리 측정 장치 110: 발광부
111: 광원 112: 콜리메이터 렌즈
120: 수광부 121: 수광 렌즈
122: 필터 123: 수광 센서
130: 회전부 131: 모터
132: 엔코더 140: 프로세서100: distance measuring device 110: light emitting unit
111: light source 112: collimator lens
120: light receiving unit 121: light receiving lens
122: filter 123: light receiving sensor
130: rotation unit 131: motor
132: encoder 140: processor

Claims (7)

거리 측정 장치와 하나 이상의 반사지를 포함하여 구성되는 전자 기기에서,
회전하면서 삼각 측량 방식으로 상기 전자 기기 밖에 놓인 대상물까지의 거리를 측정하고 상기 거리 측정 장치보다 더 내부에 배치되는 반사지에서 반사되는 반사광을 근거로 상기 대상물에 대해 측정하는 거리를 보상하는 상기 거리 측정 장치는,
적외선을 방사하기 위한 발광부와 상기 발광부가 방사하여 대상물로부터 반사되어 되돌아오는 반사광을 수신하기 위한 복수 개의 셀을 포함하는 수광부를 포함하는 센서 모듈;
상기 센서 모듈을 회전시키기 위한 회전부;
둘 이상의 기준 거리, 상기 기준 거리에 놓인 대상물에서 반사되는 반사광이 상기 수광부의 센서에 맺히는 제1 위치 정보 및 상기 반사지까지의 제2 거리를 저장하기 위한 메모리; 및
상기 수광부로부터 신호를 근거로 반사광이 맺히는 셀의 위치를 계산하고 상기 기준 거리와 제1 위치 정보를 근거로 상기 계산된 위치에 대응되는 대상물까지의 거리를 계산하기 위한 프로세서를 포함하여 구성되고,
상기 프로세서는, 상기 반사지에서 반사되는 반사광이 상기 센서에 맺히는 제2 위치를 계산하고 상기 제2 거리와 제2 위치를 근거로 상기 제1 위치 정보를 갱신하고, 상기 기준 거리와 상기 갱신된 제1 위치 정보를 근거로 상기 대상물까지의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.In an electronic device comprising a distance measuring device and one or more reflective papers,
The distance measuring device for measuring a distance to an object placed outside the electronic device in a triangulation manner while rotating and compensating for the distance measured with respect to the object based on reflected light reflected from a reflective paper disposed further inside the distance measuring device Is,
a sensor module comprising: a light receiving unit including a light emitting unit for emitting infrared light and a plurality of cells for receiving reflected light emitted by the light emitting unit and reflected back from an object;
a rotating part for rotating the sensor module;
a memory for storing two or more reference distances, first location information on which reflected light reflected from an object placed at the reference distance is focused on a sensor of the light receiving unit, and a second distance to the reflective paper; and
and a processor for calculating the position of the cell on which the reflected light is formed based on the signal from the light receiving unit and calculating the distance to the object corresponding to the calculated position based on the reference distance and first position information,
The processor calculates a second position at which the reflected light reflected from the reflective paper is focused on the sensor, updates the first position information based on the second distance and the second position, and updates the reference distance and the updated first position. An electronic device, characterized in that the distance to the target is calculated based on the location information. 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 센서 모듈이 소정 회수 이상 회전하는 동안 상기 반사지에서 반사되는 반사광이 상기 센서에 맺히는 제2 위치를 계산하여 누적하고, 상기 제2 거리와 상기 누적된 제2 위치를 근거로 상기 제1 위치 정보를 갱신하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.The method of claim 1,
The processor calculates and accumulates a second position where the reflected light reflected from the reflective paper is focused on the sensor while the sensor module rotates a predetermined number of times or more, and based on the second distance and the accumulated second position, the second position 1 An electronic device for updating location information. 제 1항에 있어서,
상기 메모리는 상기 반사지가 위치하는 각도 범위를 더 포함하고,
상기 프로세서는 상기 센서 모듈이 회전하면서 상기 전자 기기 내부를 향할 때 상기 발광부를 끄되 상기 센서 모듈이 상기 각도 범위를 향할 때 상기 발광부를 켜는 것을 특징으로 하는 전자 기기.The method of claim 1,
The memory further includes an angular range in which the reflective paper is located,
The processor turns off the light emitting unit when the sensor module rotates toward the inside of the electronic device, and turns on the light emitting unit when the sensor module faces the angle range. 제 1항에 있어서,
상기 발광부는 적외선을 방사하기 위한 광원과 상기 광원이 방사하는 광을 평행광으로 변형하기 위한 콜리메이터 렌즈를 포함하여 구성되고,
상기 수광부는 다양한 각도에서 입사되는 빔을 일정 크기와 모양으로 출력하기 위한 텔레센트릭 렌즈, 상기 광원이 방사한 광의 파장대만을 선택적으로 통과시키기 위한 필터 및 복수 개의 셀이 한 방향으로 나열되어 각 셀에 맺히는 광량에 대응하는 전류나 전압을 출력하기 위한 수광 센서를 포함하여 구성되고,
상기 회전부는 상기 센서 모듈을 회전시키기 위한 모터와 상기 센서 모듈의 회전 각도를 검출하기 위한 엔코더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 기기.The method of claim 1,
The light emitting unit is configured to include a light source for emitting infrared rays and a collimator lens for transforming the light emitted by the light source into parallel light,
The light receiving unit includes a telecentric lens for outputting a beam incident from various angles in a predetermined size and shape, a filter for selectively passing only the wavelength band of the light emitted by the light source, and a plurality of cells arranged in one direction to each cell and a light receiving sensor for outputting a current or voltage corresponding to the amount of light on the
and the rotating unit includes a motor for rotating the sensor module and an encoder for detecting a rotation angle of the sensor module. 제 1항에 있어서,
상기 전자 기기는 바닥을 기준으로 이동하는 로봇 청소기인 것을 특징으로 하는 전자 기기.The method of claim 1,
The electronic device is an electronic device, characterized in that the robot cleaner that moves based on the floor.
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