KR20100005397A - 거리 측정 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
Description
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- 거리 측정 장치에 있어서,목표물까지 거리를 측정하는 거리 계산 유닛;상기 거리 계산 유닛으로부터 제1 스타트 신호를 받아서 광 신호를 발생시키는 제1 송신부;상기 제1 송신부로부터 출력된 광신호를 분리하여 서로 다른 경로로 전송하는 제1 빔 스플리터;상기 제1 빔 스플리터와 매질을 통과하여 상기 목표물에 반사된 광 신호를 지연시키는 제1 광 지연소자;상기 제1 광 지연 소자를 통과한 광 신호와 상기 제1 빔 스플리터에서 출력된 광 신호를 수신하는 제1 광 혼합기;상기 거리 계산 유닛으로부터 제2 스타트 신호를 받아서 광 신호를 발생시키는 제2 송신부;상기 제2 송신부에서 출력된 광 신호를 분리하여 서로 다른 경로로 전송하는 상기 제2 빔 스플리터;상기 제2 빔 스플리터에서 출력된 광 신호를 지연시키는 제2 광 지연소자; 상기 제2 광 지연 소자를 통과한 광 신호와 상기 제2 빔 스플리터에서 출력된 광 신호를 수신하는 제2 광 혼합기; 및상기 제1 광 혼합기와 상기 제2 광 혼합기에서 출력된 광 신호를 받아 전기 신호로 변환하는 수신부를 포함하는 거리 측정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 거리 계산 유닛은거리 측정과 관련된 디지털 신호를 발생하고 처리하는 중앙 처리 유닛;상기 중앙처리 유닛의 명령에 의하여 거리 계산을 하는 거리 계산 프로그램; 상기 중앙 처리 유닛의 명령에 의하여 시간 및 거리 계산 데이터를 저장하는 메모리;상기 중앙 처리 유닛의 명령을 받아 기준 클록을 발생시키는 기준 클록 발생기;상기 중앙 처리 유닛의 명령에 따라 상기 제1 스타트 신호와 상기 제2 스타트 신호를 발생하고 상기 수신부로 전기 신호를 받아 제1 스톱 신호, 제2 스톱 신호, 제3 스톱 신호 및 제4 스톱 신호를 발생하는 타이밍 발생기; 및상기 타이밍 발생기에서 발생된 상기 제1 스타트 신호, 상기 제2 스타트 신호와 상기 제1 내지 제4 스톱 신호에 의하여 시간을 계산하여 디지털 신호로 변환하는 시간-디지털 변환기를 포함하는 거리 측정 장치.
- 제2항에 있어서,상기 시간-디지털 변환기는상기 기준 클록 발생기로부터 기준 클록을 받고 상기 타이밍 발생기로부터 스타트 신호 또는 스톱 신호를 받아 기준 클록의 수를 측정하는 러프 카운터;상기 기준 클록 발생기로부터 기준 클록을 받고 상기 타이밍 발생기로부터 스타트 신호 또는 스톱 신호를 받아 정밀 시간을 측정하는 파인 카운터; 및상기 러프 카운터로부터 기준 클록 수와 상기 파인 카운터로부터 스타트 신호에 의한 제1 파인 클록 시간과 스톱 신호에 의한 제2 파인 클록 시간을 전송받아 시간을 보정하여 계산하는 시간 계산부를 포함하는 거리 측정 장치.
- 제3항에 있어서,상기 파인 카운터는,일정한 전압을 공급하는 전압원;상기 전압원의 전압을 일정한 전류로 변환하는 제1 정전류원;제1 정전류원에 의하여 일정한 전압으로 충전되는 캐패시터;상기 기준 클록 발생기로부터 기준 클록과 타이밍 발생기로부터 스타트 신호 또는 스톱 신호를 받아 일정한 펄스 폭을 갖는 파인 클록을 발생시키는 파인 클록 발생부;상기 파인 클록 발생부로부터 출력된 파인 클록을 받아 개폐되는 스위치;상기 스위치가 접촉되어 방전되는 상기 캐패시터의 전하를 일정한 전류로 변환하는 제2 정전류원을 포함하는 거리 측정 장치.
- 제4항에 있어서,상기 파인 카운터는상기 파인 클록이 펄스 폭(Δt) 동안 온 상태인 경우 상기 스위치가 접촉되어 상기 캐패시터가 일정한 전압(V0)에서 방전되고 상기 파인 클록이 오프 상태인 경우 다시 일정한 전압(V0)으로 충전된 시간을 Δt'라면 다음 식에 의하여 파인 클록의 펄스 폭의 시간을 계산하는 거리 측정 장치.Δt=Δt'×I2/I1Δt: 파인 클록 펄스 폭Δt': 캐패시터의 방전 및 충전 시간I1: 제1 정전류I2: 제2 정전류
- 제5항에 있어서,상기 시간 계산부는 상기 러프 카운터로부터 스톱 신호와 스타트 신호사이의 기준 클록수를 전송받고 상기 파인 카운터로부터 제1 파인 클록 시간과 제2 파인 클록 시간을 전송받아 스타트 신호와 스톱 신호 사이의 시간(T)을 다음 식에 의하여 계산하는 거리 측정 장치.T = 기준 클록 시간 × [기준 클록수 + (제1 파인 클록 시간 - 제2 파인 클록 시간)]
- 제6항에 있어서,상기 시간 계산부는 상기 거리 계산 유닛 내부의 측정 오차를 다음 식으로 보정하는 거리 측정 장치.Tcom = (T1-T2)[1 + Scale]T1-T2: 제1 스타트 신호와 제1 스톱 신호사이의 시간과 제1 스타트 신호와 제2 스톱 신호사이의 시간의 차이Scale = (Treal - Tref)/TrefTreal: 실제 측정 환경에서 T3-T4Tref: 표준 환경에서 T3-T4
- 제7항에 있어서,상기 거리 계산 프로그램은 상기 목표물까지의 실제 거리(Dreal)를 다음 식에 의하여 계산하는 거리 측정 장치.Dreal = [Tcom/2- 광 지연소자 보정값]×v
- 거리 측정 방법에 있어서,제1 송신부에서 제1 스타트 신호에 의하여 광 신호를 발생시키는 단계;상기 제1 송신부로부터 출력된 광신호를 분리하여 목표물과 거리 측정 장치 내부 광 경로로 전송하는 단계;상기 목표물에 반사된 광 신호를 받아 제1 스톱 신호를 생성하는 단계;상기 거리 측정 장치 내부 광 경로를 통과한 광 신호를 받아 제2 스톱 신호를 생성하는 단계;제2 송신부에서 제2 스타트 신호에 의하여 광 신호를 발생시키는 단계;상기 제2 송신부에서 출력된 광 신호를 분리하여 서로 다른 내부 광 경로로 광 신호를 전송하는 단계;서로 다른 내부 광 경로를 통과한 상기 제2 송신부의 광 신호를 받아 제3 스톱 신호와 제4 스톱 신호를 각각 생성하는 단계; 및스타트 신호와 스톱 신호사이에 발생한 기준 클록 수를 계산하는 단계;스타트 신호 후 첫 기준 클록사이 제1 파인 클록 시간과 스톱 신호 후 첫 기준 클록 사이의 제2 파인 클록 시간을 계산하는 단계;상기 기준 클록 수와 상기 제1 파인 클록 시간과 상기 제2 파인 클록에 의하여 거리 측정을 위한 시간을 계산하는 단계;제1 스타트 신호와 제2 스타트 신호 및 제1 내지 제4 스톱 신호에 의하여 목표물까지 거리를 계산하는 단계를 포함하는 거리 측정 방법.
- 제9항에 있어서,상기 제1 파인 클록 시간과 상기 제2 파인 클록 시간은일정한 전압을 공급하는 전압원;상기 전압원의 전압을 일정한 전류로 변환하는 제1 정전류원;제1 정전류원에 의하여 일정한 전압으로 충전되는 캐패시터;상기 기준 클록 발생기로부터 기준 클록과 타이밍 발생기로부터 스타트 신호 또는 스톱 신호를 받아 일정한 펄스 폭을 갖는 파인 클록을 발생시키는 파인 클록 발생부;상기 파인 클록 발생부로부터 출력된 파인 클록을 받아 개폐되는 스위치;상기 스위치가 접촉되어 방전되는 상기 캐패시터의 전하를 일정한 전류로 변환하는 제2 정전류원을 포함하여,상기 파인 클록이 펄스 폭(Δt) 동안 온 상태인 경우 캐패시터가 일정한 전압(V0)에서 방전되고 상기 파인 클록이 오프 상태인 경우 다시 일정한 전압(V0)으로 충전된 시간을 Δt'라면 다음 식에 의하여 파인 클록의 펄스 폭으로 측정하는 거리 측정 방법.Δt=Δt'×I2/I1Δt: 파인 클록 펄스 폭Δt': 캐패시터의 방전 및 충전 시간I1: 제1 정전류I2: 제2 정전류
- 제10항에 있어서,상기 시간을 계산하는 단계는 스톱 신호와 스타트 신호사이의 기준 클록수와 제1 파인 클록 시간과 제2 파인 클록 시간에 의하여 스타트 신호와 스톱 신호 사이의 시간(T)을 다음 식에 의하여 계산하는 거리 측정 방법.T = 기준 클록 시간 × [기준 클록수 + (제1 파인 클록 시간 - 제2 파인 클록 시간)]
- 제11항에 있어서, 상기 시간 계산부는 상기 거리 계산 유닛 내부의 측정 오차를 다음 식으로 보정하는 단계를 더 포함하는 거리 측정 방법.Tcom = (T1-T2)[1 + Scale]T1-T2: 제1 스타트 신호와 제1 스톱 신호사이의 시간과 제1 스타트 신호와 제2 스톱 신호사이의 시간의 차이Scale = (Treal - Tref)/TrefTreal: 실제 측정 환경에서 T3-T4Tref: 표준 환경에서 T3-T4
- 제12항에 있어서,상기 거리를 계산하는 단계는 상기 목표물까지의 실제 거리(Dreal)를 다음 식에 의하여 계산하는 거리 측정 방법.Dreal = [Tcom/2 - 광 지연소자 보정값]×v
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