KR102382338B1

KR102382338B1 - Apparatus for detecting Infrared band laser

Info

Publication number: KR102382338B1
Application number: KR1020200081249A
Authority: KR
Inventors: 유호균; 백정우; 조충열; 손현우
Original assignee: 주식회사 에스원
Priority date: 2020-07-02
Filing date: 2020-07-02
Publication date: 2022-04-04
Also published as: KR20220003708A

Abstract

본 발명의 적외선 대역 레이저 감지 장치는 송신부에서 방출된 적외선 신호 및 햇빛을 포함하는 광 신호를 수신하면, 수신된 광 신호를 변환하여 적외선 신호 성분과 직류 전위 성분을 포함하는 전기 신호를 생성하고, 생성된 전기 신호를 출력하는 수광부와, 상기 전기 신호 중 직류 전위 성분을 소거하고 상기 적외선 신호 성분만을 증폭하는 증폭부와, 상기 증폭된 적외선 신호 성분으로 이루어진 전기 신호에 대한 신호 처리를 수행하는 제어부를 포함한다. When the infrared band laser sensing device of the present invention receives an optical signal including an infrared signal and sunlight emitted from a transmitter, it converts the received optical signal to generate an electrical signal including an infrared signal component and a DC potential component, and generates A light receiving unit for outputting the electric signal, an amplifying unit for canceling a DC potential component of the electrical signal and amplifying only the infrared signal component, and a control unit for performing signal processing on the electric signal composed of the amplified infrared signal component do.

Description

Infrared band laser detection device {Apparatus for detecting Infrared band laser}

본 발명은 적외선 대역 레이저 감지 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 햇빛 면역 특성을 높이기 위한 DC 전위 자가 제거 회로 및 수신 효율 향상을 위한 가산기 회로를 이용하는 적외선 대역 레이저 감지 장치에 관한 것이다. The present invention relates to infrared band laser sensing technology, and more particularly, to an infrared band laser sensing device using a DC potential self-elimination circuit for enhancing sunlight immunity and an adder circuit for improving reception efficiency.

종래의 기술에 따르면, 실외에 설치된 적외선 감지기는 햇빛의 직류 전위 성분으로 인해 수용 가능한 최대 전력을 상회하는 신호가 발생하여 실제 감지하고자 하는 신호를 해석할 수 없는 오류가 발생할 수 있다.According to the prior art, an infrared detector installed outdoors may generate a signal exceeding the maximum acceptable power due to the direct current potential component of sunlight, and thus an error may occur in which the signal to be detected cannot be interpreted.

이에 이러한 오류를 최소화하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다.Therefore, many studies are being conducted to minimize these errors.

한국공개특허 제2005-0081313호 2005년 08월 19일 공개 (명칭: 프레즈넬 렌즈를 이용한 적외선 감지기)Korean Patent Publication No. 2005-0081313 published on August 19, 2005 (Title: Infrared sensor using Fresnel lens)

본 발명의 목적은 햇빛 면역 특성을 높이기 위한 DC 전위 자가 제거 회로 및 수신 효율 향상을 위한 가산기 회로를 이용하는 적외선 대역 레이저 감지 장치를 제공함에 있다. It is an object of the present invention to provide an infrared band laser sensing device using a DC potential self-elimination circuit for improving sunlight immunity and an adder circuit for improving reception efficiency.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적외선 대역 레이저 감지 장치는 송신부에서 방출된 적외선 신호 및 햇빛을 포함하는 광 신호를 수신하면, 수신된 광 신호를 변환하여 적외선 신호 성분과 직류 전위 성분을 포함하는 전기 신호를 생성하고, 생성된 전기 신호를 출력하는 수광부와, 상기 전기 신호 중 직류 전위 성분을 소거하고 상기 적외선 신호 성분만을 증폭하는 증폭부와, 상기 증폭된 적외선 신호 성분으로 이루어진 전기 신호에 대한 신호 처리를 수행하는 제어부를 포함한다. In an infrared band laser sensing device according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object, when receiving an infrared signal emitted from a transmitter and an optical signal including sunlight, the received optical signal is converted to an infrared signal component A light receiving unit generating an electrical signal including a DC potential component and outputting the generated electrical signal, an amplifier removing a DC potential component of the electrical signal and amplifying only the infrared signal component, and the amplified infrared signal component and a control unit for performing signal processing on an electrical signal made of

일 실시예로써, 상기 증폭부는 상기 전기 신호가 입력되면, 상기 전기 신호를 분기하여 상기 적외선 신호 성분과 상기 직류 전위 성분을 포함하는 상기 전기 신호를 그대로 전달하는 제1 채널과, 상기 전기 신호 중 저역필터(LPF)를 이용하여 상대적으로 고주파인 상기 적외선 신호 성분을 필터링하고 상대적으로 저주파인 상기 직류 전위 성분을 전달하는 제2 채널을 포함하는 전달부와, 상기 제1 채널로부터 수신된 상기 적외선 신호 성분과 상기 직류 전위 성분을 포함하는 전체 전기 신호와 상기 제2 채널로부터 수신된 상기 직류 전위 성분의 차인 상기 적외선 신호 성분만을 증폭시키는 차동증폭기를 포함한다. In one embodiment, when the electric signal is input, the amplifier includes a first channel for branching the electric signal and transmitting the electric signal including the infrared signal component and the DC potential component as it is, and a low frequency band of the electric signal. a transmitting unit including a second channel for filtering the relatively high frequency infrared signal component using a filter (LPF) and transmitting the relatively low frequency direct current potential component; and the infrared signal component received from the first channel and a differential amplifier for amplifying only the infrared signal component, which is a difference between the entire electrical signal including the DC potential component and the DC potential component received from the second channel.

다른 실시예로써, 상기 수광부는 전류원과 저항이 병렬로 연결되며, 상기 광 신호를 수신하면, 수신된 광 신호에 따라 전류원으로부터 공급되는 전류에 따라 저항에 전압이 인가되고, 인가된 전압에 크기에 상응하는 적외선 신호 성분 및 직류 전위 성분을 포함하는 전기 신호가 출력되는 포토다이오드검출기와, 상기 전기 신호를 그대로 출력하는 버퍼를 포함한다. In another embodiment, the light receiving unit is connected to a current source and a resistor in parallel, and upon receiving the optical signal, a voltage is applied to the resistor according to the current supplied from the current source according to the received optical signal, and the applied voltage is and a photodiode detector for outputting an electrical signal including a corresponding infrared signal component and a DC potential component, and a buffer for outputting the electrical signal as it is.

상기 증폭부는 상기 전기 신호가 입력되면, 상기 전기 신호를 분기하여 상기 적외선 신호 성분과 상기 직류 전위 성분을 포함하는 상기 전기 신호를 그대로 전달하는 제1 채널과, 상기 전기 신호 중 저역통과필터(LPF)를 이용하여 상대적으로 고주파인 상기 적외선 신호 성분을 필터링하고 상대적으로 저주파인 상기 직류 전위 성분을 전달하는 제2 채널을 포함하는 전달부와, 상기 제1 채널로부터 수신된 상기 적외선 신호 성분과 상기 직류 전위 성분을 포함하는 전기 신호와 상기 제2 채널로부터 수신된 상기 직류 전위 성분의 차인 상기 적외선 신호 성분만을 증폭시키는 차동증폭기와 상기 증폭된 적외선 신호의 고주파 노이즈를 필터링하는 고역통과필터(HPF)와, 상기 고주파 노이즈가 필터링된 적외선 신호를 증폭하여 출력하는 비반전증폭기를 포함한다. When the electric signal is input, the amplifying unit branches the electric signal and transmits the electric signal including the infrared signal component and the DC potential component as it is, a first channel, and a low pass filter (LPF) of the electric signal a transmitting unit including a second channel for filtering the relatively high frequency infrared signal component and transmitting the relatively low frequency DC potential component using a differential amplifier for amplifying only the infrared signal component, which is a difference between the electric signal including a component and the DC potential component received from the second channel, and a high-pass filter (HPF) for filtering high-frequency noise of the amplified infrared signal; It includes a non-inverting amplifier for amplifying and outputting an infrared signal filtered by high-frequency noise.

또 다른 실시예로써, 상기 수광부는 전류원과 저항이 병렬로 연결되며, 상기 광 신호를 수신하면, 수신된 광 신호에 따라 전류원으로부터 공급되는 전류에 따라 저항에 전압이 인가되고, 인가된 전압에 크기에 상응하는 적외선 신호 성분 및 직류 전위 성분을 포함하는 전기 신호가 출력되는 복수의 포토다이오드검출기와, 상기 복수의 포토다이오드검출기 각각에 대응하여 상기 복수의 포토다이오드검출기 각각에서 출력되는 상기 전기 신호를 그대로 출력하는 복수의 버퍼를 포함한다. As another embodiment, the light receiving unit has a current source and a resistor connected in parallel, and upon receiving the optical signal, a voltage is applied to the resistor according to the current supplied from the current source according to the received optical signal, and the magnitude of the applied voltage A plurality of photodiode detectors outputting an electric signal including an infrared signal component and a DC potential component corresponding to Contains multiple buffers to output.

상기 증폭부는 상기 수광부의 상기 복수의 버퍼 각각에 대응하여 상기 복수의 버퍼 각각으로부터 수신된 전기 신호를 분기하여 상기 적외선 신호 성분과 상기 직류 전위 성분을 포함하는 상기 전기 신호를 그대로 전달하는 제1 채널과, 저역통과필터를 통해 상기 전기 신호에서 상대적으로 고주파인 상기 적외선 신호 성분을 필터링하고 상대적으로 저주파인 상기 직류 전위 성분을 전달하는 제2 채널을 포함하는 복수의 전달부와, 상기 복수의 전달부 각각에 대응하여 상기 제1 채널을 통해 수신된 상기 적외선 신호 성분과 상기 직류 전위 성분을 포함하는 상기 전기 신호와 상기 제2 채널을 통해 수신된 상기 직류 전위 성분의 차인 상기 적외선 신호 성분만을 증폭시키는 복수의 차동증폭기와, 상기 복수의 차동증폭기로부터 출력되는 상기 적외선 신호 성분을 합하는 가산기와, 상기 합해진 적외선 신호의 고주파 노이즈를 필터링하는 고역통과필터(HPF)와, 상기 고주파 노이즈가 필터링된 적외선 신호를 증폭하여 출력하는 비반전증폭기를 포함한다. The amplifying unit branches the electric signal received from each of the plurality of buffers corresponding to each of the plurality of buffers of the light receiving unit, and a first channel for transmitting the electric signal including the infrared signal component and the DC potential component as it is; , a plurality of transmission units including a second channel for filtering the relatively high frequency infrared signal component from the electrical signal through a low pass filter and transmitting the relatively low frequency DC potential component, each of the plurality of transmission units a plurality of amplifying only the infrared signal component that is the difference between the electric signal including the infrared signal component received through the first channel and the DC potential component and the DC potential component received through the second channel in response to A differential amplifier, an adder for summing the infrared signal components output from the plurality of differential amplifiers, a high-pass filter (HPF) for filtering high-frequency noise of the combined infrared signal, and the high-frequency noise-filtered infrared signal amplifying It includes a non-inverting amplifier that outputs.

본 발명에 따른 적외선 대역 레이저 감지 장치는 외부 광원, 예컨대, 햇빛이 유입 될 때, 저역통과필터(LPF: Low Pass Filter)를 사용해 증폭 이전 단계에서 DC 전위 성분을 제거하여 순수한 신호 성분만 증폭할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 적외선 대역 레이저 감지 장치는 다수의 검출기 소자를 통해 수신 효율을 향상시킬 수 있다. The infrared band laser sensing device according to the present invention can amplify only a pure signal component by removing the DC potential component in the stage prior to amplification using a low pass filter (LPF) when an external light source, for example, sunlight is introduced. there is. Moreover, the infrared band laser sensing device of the present invention can improve reception efficiency through a plurality of detector elements.

도 1은 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 적외선 대역 레이저 감지 장치의 전체적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 대역 레이저 감지 장치가 사용하는 적외선 신호의 파장 대역을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 적외선감지기의 증폭부의 세부적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선감지기의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선감지기의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining the problems of the prior art.
2 is a view for explaining the overall configuration of an infrared band laser sensing device according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a wavelength band of an infrared signal used by the infrared band laser sensing apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining the detailed configuration of the amplification unit of the infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining the configuration of an infrared sensor according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining the configuration of an infrared sensor according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Prior to the detailed description of the present invention, the terms or words used in the present specification and claims described below should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors should develop their own inventions in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be appropriately defined as a concept of a term for explanation. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical spirit of the present invention, so various equivalents that can be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be water and variations.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this case, it should be noted that in the accompanying drawings, the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated in the accompanying drawings, and the size of each component does not fully reflect the actual size.

도 1은 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기본적으로, 송신부(1)는 적외선 신호를 방출하며, 일반적으로 수신부(2)는 이러한 적외선 신호(IR Sinal)를 수신하여 처리한다. 하지만, 이러한 적외선 감지기가 실외에 설치된 경우, 수광부(3)는 적외선 신호 뿐만 아니라, 햇빛을 함께 수신하고(IR Sinal + SUN Light), 햇빛에 포함된 직류 성분(DC Energy)으로 인해 수광부(3)가 증폭부(4)에 제공하는 신호는 적외선 신호와 햇빛(IR Signal + SUN Light)으로 인해 직류 전위 성분의 크기가 상승한다(DC Level). 이러한 신호들은 증폭부(4)에 의해 증폭되며, 햇빛의 직류 전위 성분으로 인해 수용 가능한 전력 이상이 공급되기 때문에 증폭부(4)의 출력은 항상 수용 가능한 최대 전력이 유지된다(Max Output by supplied power). 이와 같이, 전력의 최대치 출력이 유지되면 제어부(5)는 적외선 신호의 크기 변화를 감지할 수 없다. 즉, 적외선 신호 역시 항상 최대 전력에 포함되기 때문에 제어부(5)는 적외선 신호를 해석할 수 없다. 1 is a view for explaining the problems of the prior art. As shown in FIG. 1 , basically, the transmitter 1 emits an infrared signal, and in general, the receiver 2 receives and processes the infrared signal IR Sinal. However, when such an infrared detector is installed outdoors, the light receiving unit 3 receives not only the infrared signal but also sunlight (IR Sinal + SUN Light), and the light receiving unit 3 due to the direct current component (DC Energy) included in the sunlight. In the signal provided to the amplifier 4, the magnitude of the DC potential component increases due to the infrared signal and sunlight (IR Signal + SUN Light) (DC Level). These signals are amplified by the amplifying unit 4, and since more than acceptable power is supplied due to the direct current potential component of sunlight, the output of the amplifying unit 4 always maintains the maximum acceptable power (Max Output by supplied power) ). As such, when the maximum output of power is maintained, the control unit 5 cannot detect a change in the magnitude of the infrared signal. That is, since the infrared signal is also always included in the maximum power, the controller 5 cannot interpret the infrared signal.

따라서 본 발명은 전술한 바와 같은 직류 전위 성분을 제거하여 적외선 신호를 해석할 수 있는 적외선 감지기를 제공한다. 그러면, 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 적외선 대역 레이저 감지 장치의 전체적인 구성에 대해서 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 적외선 대역 레이저 감지 장치의 전체적인 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 대역 레이저 감지 장치가 사용하는 적외선 신호의 파장 대역을 설명하기 위한 도면이다. Accordingly, the present invention provides an infrared sensor capable of analyzing an infrared signal by removing the DC potential component as described above. Then, the overall configuration of the infrared band laser sensing device according to the embodiment of the present invention for solving the problems of the prior art will be described. 2 is a view for explaining the overall configuration of an infrared band laser sensing device according to an embodiment of the present invention. 3 is a view for explaining a wavelength band of an infrared signal used by the infrared band laser sensing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 적외선감지기는 송신부(10) 및 수신부(20)를 포함한다. Referring to FIG. 2 , an infrared sensor according to an embodiment of the present invention includes a transmitter 10 and a receiver 20 .

기본적으로, 송신부(10)는 적외선 신호를 방출하기 위한 것이다. 이를 위하여 송신부(10)는 예컨대, 적외선 신호를 방출하는 레이저다이오드(LD: Laser Diode)를 포함한다. 수신부(20)는 송신부(10)가 방출한 적외선 신호를 수신하기 위한 것이다. 이를 위하여 수신부(20)는 적외선 대역을 검출하는 포토다이오드(PD: Photodiode)를 포함한다. Basically, the transmitter 10 is for emitting an infrared signal. To this end, the transmitter 10 includes, for example, a laser diode (LD) emitting an infrared signal. The receiver 20 is for receiving the infrared signal emitted by the transmitter 10 . To this end, the receiver 20 includes a photodiode (PD) for detecting an infrared band.

도 2를 참조하면, 송신부(10)가 방출하고, 수신부(20)가 수신하는 적외선 신호는 대기 투과 특성과 검출기의 검출 특성으로 주로 8~12um 파장대역의 원적외선(Far Infrared, LWIR)을 이용한다. Referring to FIG. 2 , the infrared signal emitted by the transmitter 10 and received by the receiver 20 mainly uses far infrared rays (LWIR) of a wavelength band of 8 to 12 μm as air transmission characteristics and detection characteristics of a detector.

햇빛에는 모든 파장 대역에 빛 에너지가 담겨 있기 때문에, 실외에서 사용되는 적외선감지기는 햇빛에 의해 오동작을 일으킬 수 있다. 이러한 햇빛에 의한 오동작을 줄이고 수신 효율의 향상을 위해 수신부(20)는 수광부(100), 증폭부(200) 및 제어부(300)를 포함한다. Since sunlight contains light energy in all wavelength bands, infrared detectors used outdoors may malfunction due to sunlight. In order to reduce the malfunction caused by sunlight and improve reception efficiency, the receiver 20 includes a light receiver 100 , an amplifier 200 , and a controller 300 .

수광부(100)는 도시된 바와 같이, 기본적으로, 적외선 대역의 광 신호를 수신하는 포토다이오드(PD: Photodiode)를 포함한다. 수광부(100)는 송신부(10)에서 방출된 적외선 신호뿐만 아니라, 햇빛에 포함된 적외선 대역의 광 신호를 수신할 수 있다. 이에 따라, 수광부(100)는 송신부(10)에서 방출된 적외선 신호 및 광 신호를 수신하고, 수신된 적외선 신호 및 광 신호를 변환하여 적외선 신호 성분과 직류(DC: direct current) 전위 성분을 포함하는 전기 신호를 생성한다. 그런 다음, 생성된 전기 신호를 출력한다. As illustrated, the light receiving unit 100 basically includes a photodiode (PD) for receiving an optical signal in an infrared band. The light receiving unit 100 may receive not only the infrared signal emitted from the transmitting unit 10 , but also an optical signal of an infrared band included in sunlight. Accordingly, the light receiving unit 100 receives the infrared signal and the optical signal emitted from the transmitter 10, and converts the received infrared signal and the optical signal to include an infrared signal component and a direct current (DC) potential component. generate an electrical signal. Then, the generated electrical signal is output.

이와 같이, 외부에서 유입된 광원에 의해 원하지 않는 신호를 만들어진다. 즉, 햇빛에는 모든 빛 파장 대역의 에너지가 포함되어 있으며, 이는 수광부(100)의 포토다이오드(PD: Photodiode)를 통해 전기적 에너지로 변환되어 원 신호에 직류 성분이 추가로 포함된다. 이러한 직류(DC: direct current) 전위 성분은 다단 증폭기 구조 기반의 수신회로에서 신호 포화(saturation)를 불러올 수 있는 치명적인 문제를 발생시킨다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 증폭부(200)는 수광부(100)로부터 전달되는 전기 신호 중 직류 전위 성분을 소거하고 적외선 신호 성분만을 증폭한다. In this way, an unwanted signal is generated by the light source introduced from the outside. That is, sunlight includes energy of all light wavelength bands, which is converted into electrical energy through a photodiode (PD) of the light receiving unit 100, and thus a DC component is additionally included in the original signal. Such a direct current (DC) potential component causes a fatal problem that may cause signal saturation in a receiving circuit based on a multi-stage amplifier structure. Therefore, the amplifying unit 200 according to the embodiment of the present invention cancels the DC potential component of the electric signal transmitted from the light receiving unit 100 and amplifies only the infrared signal component.

제어부(300)는 증폭부(200)에서 증폭된 적외선 신호 성분으로 이루어진 전기 신호에 대한 신호 처리를 수행한다. The control unit 300 performs signal processing on an electric signal composed of the infrared signal component amplified by the amplifying unit 200 .

이와 같이, 본 발명은 증폭부(200)가 전기 신호 중 직류 전위 성분을 소거하고 적외선 신호 성분만을 증폭함으로써, 제어부(300)가 신호 처리를 수행할 때, 햇빛에 의한 오동작을 줄일 수 있다. As described above, in the present invention, when the control unit 300 performs signal processing, malfunction due to sunlight can be reduced by the amplifying unit 200 canceling the DC potential component of the electrical signal and amplifying only the infrared signal component.

그러면, 보다 상세히 본 발명의 실시예에 따른 전기 신호 중 직류 전위 성분을 소거하고 적외선 신호 성분만을 증폭하기 위한 증폭부(200)의 구성에 대해서 보다 상세하게 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 적외선감지기의 증폭부의 세부적인 구성을 설명하기 위한 도면이다. Then, in more detail, the configuration of the amplifier 200 for canceling the DC potential component of the electrical signal and amplifying only the infrared signal component according to the embodiment of the present invention will be described in more detail. 4 is a view for explaining the detailed configuration of the amplification unit of the infrared sensor according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 전술한 바와 같이, 수신부(20)는 수광부(100), 증폭부(200) 및 제어부(300)를 포함한다. 특히, 증폭부(200)는 순차로 연결된 전달부(210) 및 차동증폭기(220: Differential Amplifier)를 포함한다. Referring to FIG. 4 , as described above, the receiving unit 20 includes a light receiving unit 100 , an amplifying unit 200 , and a control unit 300 . In particular, the amplifying unit 200 includes a transfer unit 210 and a differential amplifier 220 connected in sequence.

전달부(210)는 2개의 채널(211, 212)을 가지며, 수광부(100)로부터 전기 신호가 입력되면, 입력된 전기 신호를 분기된 2개의 채널을 통해 차동증폭기(220)로 전달한다. The transmitting unit 210 has two channels 211 and 212 , and when an electrical signal is input from the light receiving unit 100 , the transmission unit 210 transmits the input electrical signal to the differential amplifier 220 through the two branched channels.

2개의 채널 중 제1 채널(211)은 하나의 도선으로 형성된다. 제1 채널(211)은 수광부(100)로부터 전기 신호가 입력되면, 형성된 도선을 통해 적외선 신호 성분(IR Signal)과 직류 전위 성분(DC Level)을 포함하는 전기 신호를 그대로 차동증폭기(220)에 전달한다. 제1 채널(211)을 통해 전달되는 전기 신호는 차동증폭기(220)의 + 입력 단자에 입력된다. Among the two channels, the first channel 211 is formed of one conductive wire. When an electric signal is input from the light receiving unit 100, the first channel 211 transmits an electric signal including an infrared signal component (IR Signal) and a DC potential component (DC Level) to the differential amplifier 220 through the formed conducting wire. transmit The electrical signal transmitted through the first channel 211 is input to the + input terminal of the differential amplifier 220 .

2개의 채널 중 제2 채널(212)은 저역통과필터(LPF, Low Pass Filter) 및 전압 플로워(Voltage Follower)를 포함한다. 저역통과필터(LPF, Low Pass Filter)는 RC 필터로 형성된다. 전압 플로워(Voltage Follower)는 연산 증폭기(op-amp, Operational amplifier)로 형성된다. 제2 채널(212)은 수광부(100)로부터 전기 신호가 입력되면, 저역통과필터(LPF)는 적외선 신호 성분과 직류 전위 성분을 포함하는 전기 신호 중 상대적으로 고주파인 적외선 신호 성분을 필터링하여 상대적으로 저주파인 직류 전위 성분만(DC Level only)을 출력한다. 그러면, 전압플로워(Voltage Follower)는 저역통과필터(LPF)의 출력, 즉, 직류 전위 성분만을 포함하는 전기 신호를 그대로 차동증폭기(220)에 전달한다. 제2 채널(212)을 통해 전달되는 직류 전위 성분만을 포함하는 전기 신호는 차동증폭기(220)의 - 입력 단자에 입력된다. Among the two channels, the second channel 212 includes a low pass filter (LPF) and a voltage follower. A low pass filter (LPF, Low Pass Filter) is formed of an RC filter. A voltage follower is formed of an operational amplifier (op-amp). When an electrical signal is input from the light receiving unit 100 to the second channel 212 , the low-pass filter LPF filters a relatively high-frequency infrared signal component among electrical signals including an infrared signal component and a DC potential component to be relatively Outputs only low-frequency DC potential components (DC Level only). Then, the voltage follower transmits the output of the low-pass filter (LPF), that is, the electrical signal including only the DC potential component, to the differential amplifier 220 as it is. An electrical signal including only a DC potential component transmitted through the second channel 212 is input to the - input terminal of the differential amplifier 220 .

차동증폭기(220)는 연산 증폭기(op-amp, Operational amplifier)로 형성된다. 차동증폭기(220)는 전달부(210)로부터 연산 증폭기(op-amp)의 +단자를 통해 제1 채널(211)로부터 적외선 신호 성분과 직류 전위 성분을 포함하는 전체 전기 신호를 수신하고, 연산 증폭기(op-amp)의 -단자를 통해 제2 채널(212)로부터 수신된 직류 전위 성분의 전기 신호를 수신한다. 그러면, 차동증폭기(220)는 +단자를 통해 신호와, -단자를 통해 입력된 신호의 차이를 증폭한다. 이에 따라, 차동증폭기(220)는 +단자를 통해 입력된 적외선 신호 성분과 직류 전위 성분과, -단자를 통해 입력된 직류 전위 성분의 차인 적외선 신호 성분만을 증폭시킨다. 이에 따라, 차동증폭기(220)는 직류 전위 성분을 제거하여 적외선 신호 성분만(IR signal only) 증폭한 전기 신호를 출력한다. The differential amplifier 220 is formed of an operational amplifier (op-amp, operational amplifier). The differential amplifier 220 receives the entire electrical signal including the infrared signal component and the DC potential component from the first channel 211 through the + terminal of the operational amplifier (op-amp) from the transfer unit 210, the operational amplifier An electrical signal of a DC potential component received from the second channel 212 is received through the - terminal of (op-amp). Then, the differential amplifier 220 amplifies the difference between the signal through the + terminal and the signal input through the - terminal. Accordingly, the differential amplifier 220 amplifies only the infrared signal component that is the difference between the infrared signal component and the DC potential component input through the + terminal and the DC potential component input through the - terminal. Accordingly, the differential amplifier 220 outputs an electric signal amplified by removing the DC potential component and amplifying only the infrared signal component (IR signal only).

이에 따라, 제어부(300)는 햇빛에 의해 증가된 직류 성분이 제거된 순수 적외선 신호 성분을 수신할 수 있고, 적외선 신호 성분만으로 이루어진 전기 신호에 대한 신호 처리를 수행하여 오동작을 줄일 수 있다. Accordingly, the controller 300 may receive a pure infrared signal component from which a direct current component increased by sunlight has been removed, and may reduce malfunctions by performing signal processing on an electrical signal composed of only the infrared signal component.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선감지기의 구성에 대해서 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선감지기의 구성을 설명하기 위한 도면이다. Next, the configuration of the infrared sensor according to an embodiment of the present invention will be described. 5 is a view for explaining the configuration of an infrared sensor according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선감지기의 수신부(20)는 수광부(100), 증폭부(200) 및 제어부(300)를 포함한다. 하지만, 도 5에서 제어부(300)는 그 도시를 생략하였다. Referring to FIG. 5 , the receiving unit 20 of the infrared sensor according to an embodiment of the present invention includes a light receiving unit 100 , an amplifying unit 200 , and a control unit 300 . However, in FIG. 5 , the control unit 300 is omitted.

수광부(100)는 포토다이오드검출기(110) 및 버퍼(120)를 포함한다. The light receiving unit 100 includes a photodiode detector 110 and a buffer 120 .

포토다이오드검출기(110)는 병렬로 연결되는 전류원(Is)과 저항(R)을 포함한다. 송신부(10)가 방출하는 적외선 신호와 햇빛의 광 신호를 포함하는 광 신호를 수신하면, 수신된 광 신호에 따라 전류원(Is)으로부터 전류가 공급된다. 전류원(Is)으로부터 전류가 공급되면, 공급되는 전류에 따라 저항(Ro)에 전압이 인가되고, 인가된 전압에 크기에 상응하는 적외선 신호 성분 및 직류 전위 성분을 포함하는 전기 신호가 출력된다. The photodiode detector 110 includes a current source Is and a resistor R connected in parallel. When the transmitting unit 10 receives an optical signal including an infrared signal and an optical signal of sunlight, a current is supplied from the current source Is according to the received optical signal. When a current is supplied from the current source Is, a voltage is applied to the resistor Ro according to the supplied current, and an electric signal including an infrared signal component and a DC potential component corresponding to the magnitude of the applied voltage is output.

버퍼(120)는 전압 플로워(Voltage follower)로 형성된다. 버퍼(120)의 전압 플로워(Voltage follower)는 포토다이오드검출기(110)에서 출력되는 전기 신호를 그대로 증폭부(200)로 출력한다. 특히, 버퍼(120)는 수동소자인 저항(R)을 뒤에 연결된 단(210)과 분리한다. 버퍼(120)의 출력값은 저항(R)에 걸리는 전압과 동일하다. The buffer 120 is formed as a voltage follower. The voltage follower of the buffer 120 outputs the electrical signal output from the photodiode detector 110 to the amplifier 200 as it is. In particular, the buffer 120 separates the resistor R, which is a passive element, from the terminal 210 connected thereto. The output value of the buffer 120 is equal to the voltage applied to the resistor R.

증폭부(200)는 전달부(210), 차동증폭기(220), 고역통과필터(240) 및 비반전증폭기(250)를 포함한다. The amplifier 200 includes a transfer unit 210 , a differential amplifier 220 , a high pass filter 240 , and a non-inverting amplifier 250 .

전달부(210)는 제1 채널(211) 및 제2 채널(212)을 포함한다. The transfer unit 210 includes a first channel 211 and a second channel 212 .

제1 채널(211)은 하나의 도선으로 형성된다. 제1 채널(211)은 수광부(100)로부터 전기 신호가 입력되면, 형성된 도선을 통해 적외선 신호 성분과 직류 전위 성분을 포함하는 전기 신호를 그대로 차동증폭기(220)에 전달한다. 제1 채널(211)을 통해 전달되는 전기 신호는 차동증폭기(220)의 + 입력 단자에 입력된다. The first channel 211 is formed of one conductive wire. When an electric signal is input from the light receiving unit 100 , the first channel 211 directly transmits an electric signal including an infrared signal component and a DC potential component to the differential amplifier 220 through the formed conducting wire. The electrical signal transmitted through the first channel 211 is input to the + input terminal of the differential amplifier 220 .

제2 채널(212)은 저역통과필터(LPF, Low Pass Filter) 및 전압플로워(Voltage Follower)를 포함한다. 제2 채널(212)의 저역통과필터(LPF)는 수광부(100)로부터 전기 신호가 입력되면, 적외선 신호 성분과 직류 전위 성분을 포함하는 전기 신호 중 저역통과필터(LPF)를 이용하여 상대적으로 고주파인 적외선 신호 성분을 필터링하고 상대적으로 저주파인 직류 전위 성분을 통과시킨다. 이러한 직류 전위 성분만으로 이루어진 전기 신호는 전압플로워(Voltage Follower)를 거쳐 차동증폭기(220)로 전달한다. 제2 채널(212)을 통해 전달되는 직류 전위 성분만을 포함하는 전기 신호는 차동증폭기(220)의 - 입력 단자에 입력된다. The second channel 212 includes a low pass filter (LPF) and a voltage follower. When an electrical signal is input from the light receiving unit 100 , the low-pass filter LPF of the second channel 212 uses a low-pass filter LPF among electrical signals including an infrared signal component and a DC potential component to achieve a relatively high frequency. It filters the infrared signal component and passes the relatively low frequency DC potential component. An electric signal composed of only such a DC potential component is transmitted to the differential amplifier 220 through a voltage follower. An electrical signal including only a DC potential component transmitted through the second channel 212 is input to the - input terminal of the differential amplifier 220 .

차동증폭기(220)는 연산 증폭기(op-amp, Operational amplifier)로 형성된다. 차동증폭기(220)는 전달부(210)로부터 연산 증폭기(op-amp)의 +단자를 통해 제1 채널(211)로부터 적외선 신호 성분과 직류 전위 성분을 포함하는 전체 전기 신호를 수신하고, 연산 증폭기(op-amp)의 -단자를 통해 제2 채널(212)로부터 수신된 직류 전위 성분의 전기 신호를 수신한다. 그러면, 차동증폭기(220)는 +단자를 통해 신호와, -단자를 통해 입력된 신호의 차이를 증폭한다. 이에 따라, 차동증폭기(220)는 +단자를 통해 입력된 적외선 신호 성분과 직류 전위 성분과, -단자를 통해 입력된 직류 전위 성분의 차인 적외선 신호 성분만을 증폭시킨다. 이에 따라, 차동증폭기(220)는 직류 전위 성분이 제거되어 적외선 신호 성분만이 증폭된 전기 신호를 출력한다. The differential amplifier 220 is formed of an operational amplifier (op-amp, operational amplifier). The differential amplifier 220 receives the entire electrical signal including the infrared signal component and the DC potential component from the first channel 211 through the + terminal of the operational amplifier (op-amp) from the transfer unit 210, the operational amplifier An electrical signal of a DC potential component received from the second channel 212 is received through the - terminal of (op-amp). Then, the differential amplifier 220 amplifies the difference between the signal through the + terminal and the signal input through the - terminal. Accordingly, the differential amplifier 220 amplifies only the infrared signal component that is the difference between the infrared signal component and the DC potential component input through the + terminal and the DC potential component input through the - terminal. Accordingly, the differential amplifier 220 outputs an electric signal in which the DC potential component is removed and only the infrared signal component is amplified.

고역통과필터(240, HPF: High Pass Filte)는 차동증폭기(220)에서 증폭된 적외선 신호의 고주파 노이즈를 필터링한다. 고역통과필터(240, HPF: High Pass Filter)는 RC 필터로 형성된다. 즉, 캐패시터가 직렬로 연결되며, 저항은 병렬로 연결된다. The high pass filter 240 (HPF: High Pass Filter) filters the high frequency noise of the infrared signal amplified by the differential amplifier 220 . The high pass filter 240 (HPF: High Pass Filter) is formed of an RC filter. That is, capacitors are connected in series and resistors are connected in parallel.

비반전증폭기(250. Non-inverting Amplifier)는 고역통과필터(240)에서 고주파 노이즈가 필터링된 적외선 신호 성분을 포함하는 전기 신호를 증폭하여 제어부(300)로 출력한다. 비반전증폭기(250)는 연산 증폭기(op-amp, Operational amplifier)로 형성되는 것이 바람직하다. The non-inverting amplifier 250 amplifies the electric signal including the infrared signal component from which the high-frequency noise is filtered by the high-pass filter 240 and outputs it to the controller 300 . The non-inverting amplifier 250 is preferably formed as an operational amplifier (op-amp).

차동증폭기(220)를 이용하여 직류 전위만 제거하기 위한 다른 방법으로 제어부(MCU: 300)를 이용할 수 있다. 적외선 신호가 없는 직류 전위를 제어부(MCU: 300)가 직접 읽고, 동일한 전위를 차동증폭기(220)에 입력하면 동일하게 직류 전위만 제거될 수 있다. 하지만 제어부(300)가 직류 전위를 읽기 위해 회로의 복잡도가 증가하고, 제어부(300)에서의 리소스도 추가로 필요하다. 또 다른 방법으로는 광 필터를 이용할 수 있다. 송수신되는 신호의 파장외영역 적외선 필터를 이용해 햇빛에 포함된 직류 에너지를 검출하는 방식이다. 하지만 이 방법 역시, 광 필터라는 구성이 추가되어 시스템 복잡도가 증가하며, 다른 파장대를 이용함으로써 검출기의 파장대별 효율이 다를 수 있어 원 신호의 정확한 직류 전위를 검출할 수 없다. 이에 반해, 본 발명은 수동소자와 연산증폭기(OP-AMP)를 추가하는 것으로 정확하게 직류 전위를 제거한 신호만 증폭시킬 수 있다. The control unit (MCU: 300) may be used as another method for removing only the DC potential using the differential amplifier 220 . When the control unit (MCU: 300) directly reads the DC potential without the infrared signal and inputs the same potential to the differential amplifier 220, only the DC potential can be removed in the same way. However, in order for the control unit 300 to read the DC potential, the complexity of the circuit increases, and resources in the control unit 300 are additionally required. Alternatively, an optical filter may be used. It is a method of detecting direct current energy contained in sunlight by using an infrared filter in the out-of-wavelength region of the transmitted and received signal. However, this method also increases system complexity by adding an optical filter, and by using different wavelength bands, the efficiency of the detector may be different for each wavelength band, so that it is impossible to accurately detect the DC potential of the original signal. In contrast, the present invention can amplify only the signal from which the DC potential is accurately removed by adding a passive element and an operational amplifier (OP-AMP).

한편, 직류 전위를 제거하여 수신 효율을 높였음에도 송신부(10)와 수신부(20)의 거리가 멀다면 수신부(20)의 포토다이오드검출기(110)에 도달해 검출되는 적외선 신호의 크기가 매우 작을 수 있다. 이에 따라 본 발명은 다음의 다른 실시예와 같이 수신 효율을 증가시키는 방법을 제공한다. 이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선감지기에 대해서 설명하기로 한다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선감지기의 구성을 설명하기 위한 도면이다. On the other hand, if the distance between the transmitter 10 and the receiver 20 is long even though the reception efficiency is increased by removing the DC potential, the size of the infrared signal detected by reaching the photodiode detector 110 of the receiver 20 may be very small. there is. Accordingly, the present invention provides a method for increasing reception efficiency as in the following other embodiments. An infrared sensor according to another embodiment of the present invention will be described. 6 is a view for explaining the configuration of an infrared sensor according to another embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선감지기의 수신부(20)는 수광부(100), 증폭부(200) 및 제어부(300)를 포함한다. 하지만, 도 5에서 제어부(300)는 그 도시를 생략하였다. Referring to FIG. 6 , the receiving unit 20 of the infrared sensor according to another embodiment of the present invention includes a light receiving unit 100 , an amplifying unit 200 , and a control unit 300 . However, in FIG. 5 , the control unit 300 is omitted.

수광부(100)는 복수의 포토다이오드검출기(110) 및 복수의 포토다이오드검출기(110)에 일대일 대응하는 복수의 버퍼(120)를 포함한다. The light receiving unit 100 includes a plurality of photodiode detectors 110 and a plurality of buffers 120 corresponding one-to-one to the plurality of photodiode detectors 110 .

복수의 포토다이오드검출기(110) 각각은 전류원(Is)과 저항(R)을 포함한다. 전류원(Is)과 저항(R)은 병렬로 연결된다. 복수의 포토다이오드검출기(110) 각각은 송신부(10)가 방출하는 적외선 신호와 햇빛의 광 신호를 포함하는 광 신호를 수신하면, 수신된 광 신호에 따라 전류원(Is)으로부터 전류가 공급된다. 전류원(Is)으로부터 전류가 공급되면, 공급되는 전류에 따라 저항(R)에 전압이 인가된다. 이에 따라, 복수의 포토다이오드검출기(110) 각각은 저항(R)에 인가된 전압에 크기에 상응하는 적외선 신호 성분 및 직류 전위 성분을 포함하는 전기 신호를 출력한다. Each of the plurality of photodiode detectors 110 includes a current source Is and a resistor R. The current source Is and the resistor R are connected in parallel. When each of the plurality of photodiode detectors 110 receives an optical signal including an infrared signal emitted by the transmitter 10 and an optical signal of sunlight, a current is supplied from the current source Is according to the received optical signal. When a current is supplied from the current source Is, a voltage is applied to the resistor R according to the supplied current. Accordingly, each of the plurality of photodiode detectors 110 outputs an electric signal including an infrared signal component and a DC potential component corresponding to the magnitude of the voltage applied to the resistor R.

복수의 버퍼(120) 각각은 전압 플로워(Voltage follower)로 형성된다. 복수의 버퍼(120) 각각의 전압 플로워(Voltage follower)는 대응하는 포토다이오드검출기(110)에서 출력되는 전기 신호를 그대로 증폭부(200)로 출력한다. 특히, 복수의 버퍼(120) 각각은 포토다이오드검출기(110)의 수동소자인 저항(R)을 뒤에 연결된 단(210)과 분리한다. 버퍼(120)의 출력값은 저항(R)에 걸리는 전압과 동일하다. Each of the plurality of buffers 120 is formed as a voltage follower. A voltage follower of each of the plurality of buffers 120 outputs the electrical signal output from the corresponding photodiode detector 110 to the amplifier 200 as it is. In particular, each of the plurality of buffers 120 separates the resistor R, which is a passive element of the photodiode detector 110 , from the terminal 210 connected thereto. The output value of the buffer 120 is equal to the voltage applied to the resistor R.

증폭부(200)는 수광부(100)의 복수의 버퍼(120) 각각에 대응하는 복수의 전달부(210), 복수의 전달부(210) 각각에 대응하는 복수의 차동증폭기(220), 가산기(230), 고역통과필터(240) 및 비반전증폭기(250)를 포함한다. The amplifier 200 includes a plurality of transfer units 210 corresponding to each of the plurality of buffers 120 of the light receiving unit 100, a plurality of differential amplifiers 220 corresponding to each of the plurality of transfer units 210, and an adder ( 230 ), a high-pass filter 240 and a non-inverting amplifier 250 .

복수의 전달부(210) 각각은 제1 채널(211) 및 제2 채널(212)을 포함한다. 복수의 전달부(210) 각각은 수광부(100)의 복수의 버퍼(120) 각각에 대응하여 복수의 버퍼(120) 각각으로부터 전기 신호를 수신하면, 수신된 전기 신호를 분기하여 제1 채널(211) 및 제2 채널(212)을 통해 차동증폭기(220)로 전달한다. 이때, 복수의 전달부(210) 각각이 수신하는 전기 신호는 적외선 신호 성분과 직류 전위 성분을 포함하며, 제1 채널(211)은 그대로 전기 신호를 그대로 전달하지만, 제2 채널(212)은 저역통과필터를 통해 전기 신호에서 상대적으로 고주파인 상기 적외선 신호 성분을 필터링하고 상대적으로 저주파인 상기 직류 전위 성분만을 포함하는 전기 신호를 전달한다. 보다 자세히 설명하면 다음과 같다. Each of the plurality of transfer units 210 includes a first channel 211 and a second channel 212 . When each of the plurality of transmission units 210 receives an electrical signal from each of the plurality of buffers 120 corresponding to each of the plurality of buffers 120 of the light receiving unit 100 , the received electrical signal is branched to the first channel 211 . ) and the second channel 212 through the differential amplifier 220 . At this time, the electrical signal received by each of the plurality of transmission units 210 includes an infrared signal component and a DC potential component, and the first channel 211 transmits the electrical signal as it is, but the second channel 212 has a low frequency range. The infrared signal component having a relatively high frequency is filtered from the electrical signal through a pass filter, and an electrical signal including only the DC potential component having a relatively low frequency is transmitted. A more detailed description is as follows.

제1 채널(211)은 하나의 도선으로 형성된다. 제1 채널(211)은 수광부(100)로부터 전기 신호가 입력되면, 형성된 도선을 통해 적외선 신호 성분과 직류 전위 성분을 포함하는 전기 신호를 그대로 차동증폭기(220)에 전달한다. 제1 채널(211)을 통해 전달되는 전기 신호는 해당하는 차동증폭기(220)의 + 입력 단자에 입력된다. The first channel 211 is formed of one conductive wire. When an electric signal is input from the light receiving unit 100 , the first channel 211 directly transmits an electric signal including an infrared signal component and a DC potential component to the differential amplifier 220 through the formed conducting wire. The electrical signal transmitted through the first channel 211 is input to the + input terminal of the corresponding differential amplifier 220 .

제2 채널(212)은 저역통과필터(LPF, Low Pass Filter) 및 전압플로워(Voltage Follower)를 포함한다. 제2 채널(212)의 저역통과필터(LPF)는 수광부(100)로부터 전기 신호가 입력되면, 적외선 신호 성분과 직류 전위 성분을 포함하는 전기 신호 중 저역통과필터(LPF)를 이용하여 상대적으로 고주파인 적외선 신호 성분을 필터링하고 상대적으로 저주파인 직류 전위 성분을 통과시킨다. 이러한 직류 전위 성분만으로 이루어진 전기 신호는 전압플로워(Voltage Follower)를 거쳐 차동증폭기(220)로 전달한다. 제2 채널(212)을 통해 전달되는 직류 전위 성분만을 포함하는 전기 신호는 대응하는 차동증폭기(220)의 - 입력 단자에 입력된다. The second channel 212 includes a low pass filter (LPF) and a voltage follower. When an electrical signal is input from the light receiving unit 100 , the low-pass filter LPF of the second channel 212 uses a low-pass filter LPF among electrical signals including an infrared signal component and a DC potential component to achieve a relatively high frequency. It filters the infrared signal component and passes the relatively low frequency DC potential component. An electric signal composed of only such a DC potential component is transmitted to the differential amplifier 220 through a voltage follower. The electrical signal including only the DC potential component transmitted through the second channel 212 is input to the -input terminal of the corresponding differential amplifier 220 .

복수의 차동증폭기(220)는 모두 연산 증폭기(op-amp)로 형성된다. 복수의 차동증폭기(220) 각각은 대응하는 전달부(210)의 제1 채널(211)로부터 연산 증폭기(op-amp)의 +단자를 통해 수신된 상기 적외선 신호 성분과 상기 직류 전위 성분을 포함하는 전기 신호와 대응하는 전달부(210)의 제2 채널(212)로부터 연산 증폭기(op-amp)의 -단자를 통해 수신된 직류 전위 성분만을 포함하는 전기 신호의 차인 적외선 신호 성분만을 증폭시킨다. 이에 따라, 복수의 차동증폭기(220) 각각은 직류 전위 성분이 제거되어 적외선 신호 성분만이 증폭된 전기 신호를 출력한다. The plurality of differential amplifiers 220 are all formed as operational amplifiers (op-amps). Each of the plurality of differential amplifiers 220 includes the infrared signal component and the DC potential component received from the first channel 211 of the corresponding transfer unit 210 through the + terminal of the operational amplifier (op-amp). Only the infrared signal component that is the difference between the electrical signal and the electrical signal including only the DC potential component received from the second channel 212 of the transmitting unit 210 through the - terminal of the operational amplifier (op-amp) is amplified. Accordingly, each of the plurality of differential amplifiers 220 outputs an electric signal in which the DC potential component is removed and only the infrared signal component is amplified.

가산기(230)는 연산 증폭기(op-amp)로 형성되며, 비반전 가산기이다. 가산기(230)는 복수의 차동증폭기(220)는 출력되는 적외선 신호 성분만 증폭된 전기 신호를 합하여 이를 출력한다. The adder 230 is formed of an operational amplifier (op-amp) and is a non-inverting adder. The adder 230 sums up the electric signal amplified only by the infrared signal component output from the plurality of differential amplifiers 220 and outputs it.

고역통과필터(240, HPF: High Pass Filte)는 차동증폭기(220)에서 증폭되고 가산기(230)에서 합해진 전기 신호에서 적외선 신호 성분의 고주파 노이즈를 필터링한다. 고역통과필터(240, HPF: High Pass Filter)는 RC 필터로 형성된다. 즉, 캐패시터가 직렬로 연결되며, 저항은 병렬로 연결된다. The high pass filter 240 (HPF: High Pass Filter) filters the high-frequency noise of the infrared signal component in the electric signal amplified by the differential amplifier 220 and added by the adder 230 . The high pass filter 240 (HPF: High Pass Filter) is formed of an RC filter. That is, capacitors are connected in series and resistors are connected in parallel.

비반전증폭기(250. Noninverting Amplifier)는 고역통과필터(240)에서 적외선 신호 성분의 고주파 노이즈가 필터링된 전기 신호를 증폭하여 제어부(300)로 출력한다. 비반전증폭기(250)는 연산 증폭기(op-amp, Operational amplifier)로 형성되는 것이 바람직하다. The non-inverting amplifier 250 amplifies the electric signal in which the high-frequency noise of the infrared signal component is filtered by the high-pass filter 240 and outputs it to the controller 300 . The non-inverting amplifier 250 is preferably formed as an operational amplifier (op-amp).

도 6에서 설명된 실시예와 같이 직류 전위를 제거한 순수 적외선 신호가 매우 작을 경우 증폭 회로의 효율로 인해 충분히 증폭되지 못할 수 있다. 따라서 복수의 포토다이오드검출기(110), 복수의 버퍼(120), 복수의 전달부(210), 복수의 차동증폭기(220)를 이용한 후, 가산기(230)를 이용해 신호를 합해주면 수신 효율이 향상된다. 이와 같은 회로를 사용한다면 작은 신호가 수신되더라도 직류 전위 없이 순수한 신호만으로도 충분한 크기로 증폭시켜 이용 할 수 있다. As in the embodiment described in FIG. 6 , when the pure infrared signal from which the DC potential is removed is very small, it may not be sufficiently amplified due to the efficiency of the amplifying circuit. Therefore, after using a plurality of photodiode detectors 110 , a plurality of buffers 120 , a plurality of transfer units 210 , and a plurality of differential amplifiers 220 , if the signals are summed using an adder 230 , the reception efficiency is improved. do. If such a circuit is used, even if a small signal is received, it can be used by amplifying it to a sufficient size with only a pure signal without direct current potential.

실외용 적외선 레이저 감지기는 야외에서 사용되기 때문에 햇빛과 같은 외부 광원에 의한 이상 동작이 없어야 한다. 하지만 실제 적외선 레이저 감지 장치에서 송수신 되는 신호는 햇빛에 비해 에너지가 다소 약한 편이다. 소 신호 분석을 위해서 외부 광원(노이즈)을 제거하고 순수한 신호를 걸러내는 과정이 필요한 것이다. 이에 본 발명에서는 LPF를 이용하여 자기 신호에서 직류 전위만 걸러내어 적외선 신호를 구분해내는 기법을 제안하였다. 이를 통해 수신신호의 신호 대 잡음 비(SNR) 특성을 좋게 만들어 신호처리 단계에서의 정확성을 높여 준다. 이에 따라, 제안된 적외선 레이저 감지장치의 수신부(20)의 구조를 통해 외부 광원에 의한 감지기의 이상 동작을 예방할 수 있다. 즉, 외부 광원의 원하지 않는 신호를 걸러냄으로써 감지기 시스템의 수신 효율을 향상시켜 감지기 성능의 안정성을 확보할 수 있다. Since the outdoor infrared laser detector is used outdoors, there should be no abnormal operation by an external light source such as sunlight. However, the actual signal transmitted and received by the infrared laser sensing device is rather weak compared to sunlight. For small signal analysis, it is necessary to remove the external light source (noise) and filter the pure signal. Accordingly, in the present invention, a technique for discriminating infrared signals by filtering only the DC potential from the magnetic signal using the LPF has been proposed. This improves the signal-to-noise ratio (SNR) characteristic of the received signal, thereby increasing the accuracy in the signal processing stage. Accordingly, it is possible to prevent abnormal operation of the sensor by an external light source through the structure of the receiving unit 20 of the proposed infrared laser sensing device. That is, by filtering out an unwanted signal from an external light source, the reception efficiency of the detector system can be improved, and thus the stability of the detector performance can be secured.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다. Although the present invention has been described above using several preferred embodiments, these examples are illustrative and not restrictive. As such, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that various changes and modifications can be made in accordance with the doctrine of equivalents without departing from the spirit of the present invention and the scope of rights set forth in the appended claims.

10: 송신부
20: 수신부
100: 수광부
110: 포토다이오드검출기
120: 버퍼
200: 증폭부
210: 전달부
211: 제1 채널
212: 제2 채널
220: 차동증폭기
230: 가산기
240: 고역통과필터
250: 비반전증폭기
300: 제어부 10: transmitter
20: receiver
100: light receiving unit
110: photodiode detector
120: buffer
200: amplification unit
210: transfer unit
211: first channel
212: second channel
220: differential amplifier
230: adder
240: high pass filter
250: non-inverting amplifier
300: control unit

Claims

In the infrared band laser sensing device for signal processing an electric signal when the infrared signal from which the DC potential has been removed is smaller than a preset reference,
a light receiving unit that, when receiving an optical signal including an infrared signal and sunlight emitted from the transmitter, converts the received optical signal to generate an electrical signal including an infrared signal component and a DC potential component, and outputs the generated electrical signal;
an amplifier for canceling a DC potential component of the electrical signal and amplifying only the infrared signal component; and
Including; a control unit for performing signal processing on the electrical signal composed of the amplified infrared signal component;
the light receiving unit
A current source and a resistor are connected in parallel, and when the optical signal is received, a voltage is applied to the resistor according to a current supplied from the current source according to the received optical signal, and an infrared signal component corresponding to the magnitude of the applied voltage and a DC potential a plurality of photodiode detectors to which electrical signals including components are output; and
a plurality of buffers corresponding to each of the plurality of photodiode detectors and outputting the electrical signals output from each of the plurality of photodiode detectors as they are;
the amplification unit
a first channel for branching an electrical signal received from each of the plurality of buffers corresponding to each of the plurality of buffers of the light receiving unit and transmitting the electrical signal including the infrared signal component and the DC potential component as it is; a plurality of transmission units including a second channel for filtering the relatively high frequency infrared signal component from the electrical signal through a filter and passing the electrical signal composed only of the relatively low frequency DC potential component through a voltage follower;
The infrared signal that is the difference between the electric signal including the infrared signal component and the DC potential component received through the first channel and the DC potential component received through the second channel corresponding to each of the plurality of transmission units a plurality of differential amplifiers for amplifying only the components;
an adder for summing each infrared signal component output from the plurality of differential amplifiers into one; and
a high-pass filter (HPF) for filtering high-frequency noise of the combined infrared signal; and
and a non-inverting amplifier for amplifying and outputting the infrared signal from which the high-frequency noise has been filtered.

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