KR20140102452A - Apparatus for laser range finder and method for estimating laser range - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a laser range finder and an operating method therefor, capable of measuring short-range as well as long-distance. According to an embodiment of the present invention, the laser range finder comprises a laser oscillator for generating a laser transmission signal to oscillate pulse waveform; a transmitting end for radiating the laser transmission signal towards an external object; a receiving end for receiving a reflected signal reflected from the object; a comparator for removing an initial diffuse noise which is received earlier than the pulse waveform from the reflected signal, and outputting a laser reception signal which contains the pulse waveform only; and a distance calculator for calculating the time difference between the pulse waveform of the laser transmission signal and the pulse waveform of the laser reception signal as a measured distance.

Description

레이저 거리 측정기 및 그 동작 방법{Apparatus for laser range finder and method for estimating laser range} Technical Field [0001] The present invention relates to a laser range finder, and more particularly,

본 발명은 레이저 거리 측정기 및 측정 방법에 관한 것으로서, 원거리뿐만 아니라 근거리 측정이 가능한 레이저 거리 측정기 및 레이저 측정 방법이다.The present invention relates to a laser distance measuring instrument and a measuring method, and more particularly, to a laser distance measuring instrument and a laser measuring method capable of short distance measurement as well as a long distance.

레이저 거리 측정기(LRF;Laser Range Finder)는 발진기에서 발사된 신호가 타겟을 맞고 반사되는 신호를 수신 검출기가 감지하여 거리를 계산하는 장비이다. 레이저의 속도는 3.0×108[m/s]이다. 이 값을 기준으로 거리값을 계산할 수 있다. 기존의 레이저 거리 측정기는 수신 검출기 주변의 난반사 신호로 인해 표적이 오탐지 되었다. 따라서 원거리 측정 가능한 레이저 거리 측정기의 경우 200m 이하의 거리는 측정할 수가 없는 문제가 있다.Laser Range Finder (LRF) is a device that calculates the distance by detecting a signal that is emitted from an oscillator and reflected by a target. The speed of the laser is 3.0 x 10 8 [m / s]. The distance value can be calculated based on this value. In the conventional laser rangefinder, the target was incorrectly detected due to the diffuse reflection signal around the receiver detector. Therefore, there is a problem that a distance of 200 m or less can not be measured in the case of a laser distance measuring machine capable of long distance measurement.

상술하면, 레이저 거리 측정기(LRF)는 원거리의 미세한 에너지에도 반응을 하여야 하므로 수신 감도를 극대화하여 사용을 한다. 따라서 레이저 거리 측정기의 발진기에서 발진이 되는 순간 렌즈나 외부의 먼지 등으로부터 난반사되는 신호까지도 검출하게 된다. 근거리에서 난반사되어 들어오는 신호 때문에 근거리에서는 거리값이 제대로 계산되지 않고 오탐지하게 된다. 따라서 기존의 레이저 거리 측정기(LRF)는 최소 거리를 200m로 설정하고 그 이하의 값은 무시하고 거리값을 '0'으로 표시하였다. 참고로, 근거리용으로 나온 레이저 거리 측정기는 발진기 에너지가 1/1000 수준이어서 초기 난반사가 없어 근거리 측정이 가능하지만 1Km 이상의 거리는 탐지가 불가능한 단점을 가진다.As described above, since the laser distance measuring device (LRF) must respond to distant minute energy, it maximizes the receiving sensitivity. Therefore, even a signal that is reflected from a lens or an external dust or the like at the moment of oscillation is detected by the oscillator of the laser range finder. Due to the diffuse reflection signal from the near side, the distance value is not calculated properly and it is detected as a false signal. Therefore, the conventional laser range finder (LRF) is set to the minimum distance of 200m, ignoring the value less than the minimum distance and marking the distance value as '0'. For reference, the laser range finder, which is a near-field laser, has a disadvantage in that it can not be detected at a distance of 1 km or more because the oscillator energy is 1/1000,

한국공개특허 2009-0129797Korea Patent Publication 2009-0129797

본 발명의 기술적 과제는 근거리 측정이 가능한 레이저 거리 측정기를 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 레이저 방사 시에 외부의 난반사 노이즈에 의한 영향을 최소로 하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 정확한 근거리 측정이 이루어지도록 하는데 있다.A technical problem of the present invention is to provide a laser range finder capable of near field measurement. The technical problem of the present invention is to minimize the influence of external diffuse reflection noise during laser emission. The technical problem of the present invention is to make accurate near distance measurement.

본 발명의 실시 형태는 펄스 파형이 발진된 레이저 송신 신호를 생성하는 레이저 발진기와, 상기 레이저 송신 신호를 외부의 물체를 향해 방사하는 송신단과, 상기 물체에서 반사되는 반사 신호를 수신하는 수신단과, 상기 반사 신호 중에서 상기 펄스 파형보다 먼저 수신되는 초기 난반사 노이즈를 제거하여, 상기 펄스 파형만이 포함된 레이저 수신 신호를 출력하는 비교기와, 상기 레이저 송신 신호의 펄스 파형과 상기 레이저 수신 신호의 펄스 파형 간의 시간차를 측정 거리로 산출하는 거리 산출기를 포함한다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a laser oscillator comprising: a laser oscillator for generating a laser transmission signal in which a pulse waveform is oscillated; a transmission terminal for radiating the laser transmission signal toward an external object; a reception terminal for receiving a reflection signal reflected from the object; A comparator for outputting a laser reception signal including only the pulse waveform by removing an early diffuse reflection noise received earlier than the pulse waveform in a reflection signal; and a time difference between a pulse waveform of the laser transmission signal and a pulse waveform of the laser reception signal To the measured distance.

또한 비교기는, 상기 초기 난반사 노이즈를 제거하는 기준 신호를 입력받는 제1입력단과, 상기 반사 신호를 입력받는 제2입력단과, 레이저 수신 신호를 출력하는 출력단을 포함하며, 상기 기준 신호와 반사 신호를 비교하여 상기 기준 신호보다 더 큰 반사 신호만을 상기 레이저 수신 신호로 출력함을 특징으로 한다. The comparator may further include a first input terminal receiving a reference signal for removing the initial irregular noise, a second input terminal receiving the reflected signal, and an output terminal outputting a laser reception signal, And outputs only the reflection signal larger than the reference signal as the laser reception signal.

또한 레이저 송신 신호를 방사한 직후부터 미리 설정한 초기 난반사 노이즈 제거 시간까지 상기 기준 신호를 하이값(HIGH)으로 유지하며, 상기 레이저 수신 신호의 펄스 파형이 수신되기 전에 상기 하이값(High)에서 로우값(Low)으로 떨어짐을 특징으로 한다.The reference signal is maintained at a high level from immediately after the emission of the laser transmission signal until the initial irregular noise removal time that has been set in advance, (Low). ≪ / RTI >

또한 기준 신호의 경사 기울기는 상기 레이저 거리 측정기가 설치되는 지역의 환경 특성을 고려하여 미리 설정된 기울기값을 이용하거나, 거리 측정하기 전에 초기 테스트시에 초기 난반사 노이즈를 측정한 후 측정된 초기 난반사 노이즈의 감소되는 기울기에 맞추어서 기울기값을 설정하여 이용한다.Also, the inclination slope of the reference signal may be determined by using a preset slope value in consideration of the environmental characteristic of the region where the laser distance measuring device is installed, or by measuring the initial diffuse reflection noise at the initial test before measuring the distance, And the slope value is set in accordance with the decreasing slope.

또한 기준 신호는, 시간이 증가할수록 레이저 송신 신호의 신호 이득을 변화시켜주는 TPG(Time Programmed Gain) 신호임을 특징으로 한다.Also, the reference signal is a TPG (Time Programmed Gain) signal that changes the signal gain of the laser transmission signal as the time increases.

또한 거리 산출기는, 미리 설정한 임계값을 초과하는 파형이 검출될 때 스톱 클럭을 생성하고, 상기 스타트 클럭와 스톱 클럭 사이의 시간차를 측정 거리로 산출함을 특징으로 한다.The distance calculator also generates a stop clock when a waveform exceeding a predetermined threshold value is detected, and calculates a time difference between the start clock and the stop clock as a measured distance.

또한 본 발명의 실시 형태는, 펄스 파형이 포함된 레이저 송신 신호를 외부의 물체를 향해 방사하는 과정과, 상기 펄스 파형이 방사되는 시점에, 레이저 송신 시작을 알리는 스타트 클럭을 생성하는 과정과, 상기 물체에서 반사되는 반사 신호를 수신하는 과정과, 상기 반사 신호 중에서 상기 펄스 파형보다 먼저 수신되는 초기 난반사 노이즈를 제거하여, 상기 펄스 파형만이 포함된 레이저 수신 신호로 출력하는 과정과, 상기 레이저 수신 신호가 임계치 이상의 값을 가지는 시점에서, 레이저 수신 시작을 알리는 스톱 클럭을 생성하는 과정과, 상기 스타트 클럭와 스톱 클럭 사이의 시간차를 측정 거리로 산출하는 과정을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a laser oscillator, comprising the steps of emitting a laser transmission signal including a pulse waveform toward an external object, generating a start clock informing the start of laser transmission at a time point when the pulse waveform is radiated, The method comprising the steps of: receiving a reflection signal reflected from an object; removing an initial diffuse reflection noise received earlier than the pulse waveform from the reflection signal and outputting the laser reception signal including only the pulse waveform; Generating a stop clock notifying the start of laser reception at a time when the start clock and the stop clock have a value equal to or greater than a threshold value; and calculating a time difference between the start clock and the stop clock as a measured distance.

본 발명의 실시 형태에 따르면 레이저 거리 측정기 수신 검출기의 게인(gain) 조절을 통해 정확한 근거리 측정을 할 수 있다. 또한 레이저 방사 시에 외부의 난반사 노이즈를 제거함으로써 50m 이내의 물체의 거리를 측정할 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 레이저 거리 측정기의 측정 오차를 최소화할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to perform accurate near distance measurement by controlling the gain of the laser distance measuring apparatus receiver detector. In addition, when the laser beam is radiated, it is possible to measure the distance of an object within 50 m by removing the external diffuse reflection noise. Further, according to the embodiment of the present invention, the measurement error of the laser range finder can be minimized.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 거리 측정기의 구성 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 초기 난반사 노이즈를 제거하는 모습을 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 스타트 클럭과 스톱 클럭을 이용하여 시간차를 산출하는 모습을 도시한 타이밍도이다.
도 4는 비교기가 구비되지 않아 초기 난반사 노이즈가 있는 상태로 거리 산출기로 레이저 수신신호가 직접 입력되는 회로도이다.
도 5는 비교기가 구비되지 않아 초기 난반사 노이즈가 있는 상태에서 거리를 산출하여 오차가 발생할 수 있음을 보여주는 타이밍도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 거리 측정 과정을 도시한 플로차트이다.1 is a circuit diagram of a laser distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a state where the initial diffuse reflection noise is removed according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a timing diagram showing a state where a time difference is calculated using a start clock and a stop clock according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram in which a laser receiving signal is directly input to a distance calculator in a state where there is no comparator and an initial diffuse reflection noise is present.
FIG. 5 is a timing chart showing that an error may occur when a distance is calculated in a state where there is no diffused reflection noise because a comparator is not provided.
6 is a flowchart illustrating a laser distance measurement process according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 거리 측정기의 구성 회로도이다.1 is a circuit diagram of a laser distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

레이저 거리 측정기는 레이저 발진기(100), 송신단(200), 수신단(300), 비교기(400), 거리 산출기(500)를 포함한다.The laser range finder includes a laser oscillator 100, a transmitter 200, a receiver 300, a comparator 400, and a distance calculator 500.

레이저 발진기(100)는 펄스 파형이 포함된 레이저 송신 신호(101)를 생성한다. 거리측정시에 사용되는 펄스 파형을 생성하여 송신단으로 공급하는 역할을 수행한다. 펄스 파형은 단일 파형으로 구현되지만, 일정 주기로 배열되는 파형들로 구현될 수 있다. 즉, 펄스 파형을 정확한 지속 시간만큼 조절하여 소정의 주기(Pulse Repetition Time)마다 발생시켜 송신단에 공급할 수 있다. 참고로, 레이저 발진기는 파장 1.54[λ], 주기 60[pulse/minute], 펄스 에너지 1~2[mJ]의 레이저 송신 신호를 레이저광 형태로 발진할 수 있다. The laser oscillator 100 generates a laser transmission signal 101 including a pulse waveform. And generates a pulse waveform used for distance measurement and supplies the generated pulse waveform to the transmitter. Although the pulse waveform is implemented as a single waveform, it can be implemented with waveforms arranged at regular intervals. That is, the pulse waveform can be generated for every predetermined period (Pulse Repetition Time) by adjusting the pulse duration to an accurate duration, and then supplied to the transmitter. For reference, a laser oscillator can oscillate a laser transmission signal having a wavelength of 1.54 [?], A period of 60 [pulse / minute], and a pulse energy of 1 to 2 [mJ] in the form of a laser beam.

또한 레이저 발진기(100)는 펄스 파형이 레이저 송신 신호에 실리는 순간, 하이값(HIGH) 또는 로우값(LOW)의 스타트 클럭(start clock)을 생성하여 거리 산출기(500)로 제공한다. 즉, 미리 설정한 임계값을 초과하는 파형이 발진되는 순간에 스타트 클럭을 출력하여 거리 산출기로 제공한다. 예를 들어, 임계값이 '0'인 경우, 레이저 송신 신호에 아무런 파형이 실리지 않아 '0'인 경우에는 스타트 클럭을 출력하지 않으며, 펄스 파형과 같이 0보다 큰 신호가 발진되어 방사되는 순간 도 3과 같은 스타트 클럭(10)을 생성하여 거리 산출기(500)로 제공한다. 한편, 본 발명의 다른 실시예로서 송신단(200)에 센서를 구비하여 펄스 파형이 방사되는 순간을 검지하여, 센서가 스타트 클럭을 생성하여 거리 산출기(500)에 제공할 수 있다. The laser oscillator 100 generates a start clock of a high value (HIGH) or a low value (LOW) and provides the start clock to the distance calculator 500 as soon as the pulse waveform reaches the laser transmission signal. That is, a start clock is outputted at a moment when a waveform exceeding a preset threshold value is oscillated and provided to the distance calculator. For example, when the threshold value is '0', no waveform is applied to the laser transmission signal, and when it is '0', the start clock is not outputted. When the pulse is a pulse wave, 3 to provide the distance clock 500 to the distance calculator 500. [ Meanwhile, as another embodiment of the present invention, a sensor may be provided in the transmitting terminal 200 to detect a moment when the pulse waveform is radiated, and the sensor may generate a start clock and provide the start clock to the distance calculator 500.

송신단(200)은 레이저 발광 수단을 구비하여 펄스 파형이 포함된 레이저 송신 신호를 외부의 물체를 향해 방사한다. 송신단은 레이저 발진기로부터 제공받은 레이저 송신 신호를 공간상에 방사한다. 송신단은 거리 측정하고자 하는 물체를 지향한 상태에서 펄스 파형을 레이저 송신 신호로서 방사한다.The transmitting end 200 includes a laser emitting means for emitting a laser transmitting signal including a pulse waveform toward an external object. The transmitting end emits the laser transmission signal provided from the laser oscillator in space. The transmitting end emits a pulse waveform as a laser transmission signal in a state in which the object to be distance-measured is directed.

수신단(300)은 포토 다이오드와 같은 수광 수단을 구비하여, 거리를 측정하고자 하는 물체에서 반사되는 레이저광 형태의 반사 신호(301)를 수신한다. 수신단은 거리를 측정하고자 하는 물체를 지향하여 해당 물체의 반사 신호를 수신할 수 있다.The receiving end 300 includes a light receiving means such as a photodiode, and receives a laser-reflected signal 301 reflected from an object to be measured. The receiving end can receive the reflection signal of the object by aiming the object to measure the distance.

그런데 수신단(300)에서 반사 신호를 수신할 때 주변의 노이즈도 함께 수신된다. 특히 근거리를 측정하는 경우 수신 감도를 극대화하여야 하는데, 레이저광이 수신될 때 주변의 난반사로 인해 발생되는 노이즈(301a;이하, 초기 난반사 노이즈)가 함께 수신되는 것이다. 레이저광을 수신하는 수신단의 경우, 레이저를 집광하는 렌즈 및 레이저를 반사시켜 입력받는 반사경 등이 구비되어 있는데, 수신되는 레이저광으로 인해 렌즈나 외부의 먼지 등으로 인하여 초기 난반사 노이즈(301a)가 발생되는 것이다. 일반적으로 레이저 거리 측정기는 레이저광을 형태의 레이저 송신 신호를 방사한 후 0.2um 이내에, 즉, 30m 거리 이내로부터 강한 난반사가 수신단(300)을 통해 입사된다. 따라서 물체에 부딪쳐 반사되는 펄스 파형이 수신되기 이전에 초기 난반사 노이즈가 먼저 입사된다. 이러한 초기 난반사 노이즈의 경우 먼 거리를 측정할 때는 문제시 되지 않으나 200m 이하의 근거리 측정시에는 거리값의 중대한 오차를 발생시킨다. 따라서 본 발명의 실시예는 수신되는 초기 난반사 노이즈를 비교기를 이용하여 제거한다.However, surrounding noise is also received when receiving the reflected signal from the receiving end 300. [ In particular, when the near field is measured, the reception sensitivity must be maximized. In addition, noise 301a (hereinafter referred to as early diffuse reflection noise) generated due to the diffuse reflection around the laser light is received together. In the case of the receiving end for receiving the laser light, a lens for condensing the laser and a reflecting mirror for receiving and reflecting the laser are provided. However, the initial diffuse noises 301a are generated due to the lens, . Generally, the laser distance measuring apparatus receives a strong diffuse reflection from the receiving end 300 within 0.2 m, that is, within 30 m after emitting the laser transmitting signal in the form of laser light. Therefore, the initial diffuse reflection noise is first received before a pulse waveform reflected from the object is received. In the case of the early diffuse reflection noise, it is not a problem when measuring a long distance. However, when the distance is less than 200 m, a significant error occurs in the distance value. Therefore, the embodiment of the present invention removes the initial diffuse reflection noise received using the comparator.

비교기(400)는 수신단에서 수신하는 반사 신호(301) 중에서 펄스 파형보다 먼저 수신되는 초기 난반사 노이즈(301a)를 제거하여, 펄스 파형만이 포함된 레이저 수신 신호(401)를 거리 산출기(500)로 제공한다. 비교기(400)는 반사 신호와 소정의 기준 신호를 비교하여 큰 값만을 출력함으로써 초기 난반사 노이즈를 제거시킬 수 있다. 이를 위하여 비교기는 초기 난반사 노이즈를 제거하는 기준 신호를 입력받는 제1입력단(501)과, 반사 신호를 입력받는 제2입력단(502)과, 레이저 수신 신호를 출력하는 출력단(503)을 포함하며, 기준 신호와 반사 신호를 비교하여 기준 신호보다 더 큰 반사 신호만을 레이저 수신 신호로 출력하여 거리 산출기로 제공한다. The comparator 400 removes the initial irregularity noise 301a received earlier than the pulse waveform from the reflection signal 301 received by the receiver and outputs the laser reception signal 401 including only the pulse waveform to the distance calculator 500. [ . The comparator 400 may remove the initial diffuse reflection noise by comparing the reflection signal with a predetermined reference signal and outputting only a large value. To this end, the comparator includes a first input terminal 501 receiving a reference signal for eliminating initial irregularity noise, a second input terminal 502 receiving a reflected signal, and an output terminal 503 outputting a laser reception signal, The reference signal and the reflection signal are compared with each other, and only the reflection signal larger than the reference signal is outputted as the laser reception signal to provide the distance signal to the distance calculator.

비교기(400)는 도 2에 도시한 바와 같이 제1입력단(501)의 기준 신호와 제2입력단(502)의 반사 신호를 비교하여, 더 큰 신호를 출력한다. 따라서 초기 난반사 노이즈가 입력되는 초기 난반사 구간에서는 초기 난반사 노이즈보다 더 큰 값(HIGH값)으로 기준 신호를 입력하게 되면, 초기 난반사 구간(S1)에서는 '0'의 값을 레이서 수신 신호로서 비교기의 출력단에 출력한다. 초기 난반사 구간이 끝나는 시점에는 기준 신호를 로우값(LOW)으로 떨어뜨림으로서 반사 신호가 비교기의 출력단으로 출력된다.The comparator 400 compares the reference signal of the first input terminal 501 with the reflection signal of the second input terminal 502 and outputs a larger signal as shown in FIG. Therefore, if the reference signal is input with a value (HIGH value) larger than the initial diffuse reflection noise in the initial irregular reflection period in which the initial irregular reflection noise is input, a value of '0' . At the end of the initial diffuse reflection period, the reference signal is dropped to a low value (LOW), and the reflection signal is output to the output terminal of the comparator.

일반적으로 레이저 거리 측정기는 레이저광을 형태의 레이저 송신 신호를 방사한 후 0.2um 이내에, 즉, 30m 거리 이내로부터 강한 난반사가 입사되므로, 기준 신호를 미리 설정한 노이즈 제거 시간(예컨대, 0.2um) 이내의 구간(S1)에만 하이값(HIGH)를 유지하고, 그 이후의 구간(S2)에는 로우값(LOW)으로 떨어뜨려 수신되는 펄스 파형이 정상적으로 거리 산출기에 제공되도록 한다.Generally, since the laser range finder receives a strong diffuse reflection from 0.2m or less, that is, within 30m after emitting a laser transmission signal in the form of laser light, the reference signal is within a predetermined noise elimination time (for example, 0.2um) A high value HIGH is maintained only in the interval S1 of the period S2 and a low value LOW is kept in the subsequent interval S2 so that the received pulse waveform is normally provided to the distance calculator.

한편, 기준 신호가 하이값(HIGH)에서 로우값(LOW)으로 떨어질 때 경사진 기울기(slope)를 가지도록 할 수 있다. 초기 난반사는 레이저 송신 신호가 최초에 방사될 때 가장 크며 점차적으로 작아지기 때문에, 초기에는 기준 신호를 크게 하며 점차적으로 기준 신호의 값을 낮추어가는 것이다. 펄스 파형 직전에 로우값으로 갑자기 떨어뜨리면, 회로 지연 등의 이유로 펄스 파형의 앞부분이 온전히 통과되지 못하고 차단될 가능성이 있기 때문이다. 따라서 기준 신호의 크기를 점차적으로 줄여나가서 초기 난반사 노이즈 제거에는 문제가 되지 않으면서 펄스 파형을 온전히 통과시켜 거리 산출기에 제공할 수 있다. 특히, 기준 신호는 하이값(HIGH)에서 로우값(LOW)으로 떨어질 때 노이즈 특성에 대응하여 경사진 기울기를 가지도록 한다. 경사진 기울기각(slope angle)은 미리 데이터 베이스에 저장되어 있어, 이러한 저장된 기울기각에 따라서 기준 신호의 경사 기울기를 형성한다. 레이저 거리 측정기가 설치되는 지역의 특성(공기매질, 대기입자분포, 산악, 해양 등의 지역 특성)을 감안하여 기울기값을 미리 설정하여 이러한 경사 기울기를 갖는 기준 신호를 생성하여 이용할 수 있다. 또는 실제 측정하기 전에 초기 테스트시에 레이저빔을 방사한 후 초기 난반사 노이즈를 측정한 후, 측정된 초기 난반사 노이즈의 감소되는 기울기에 맞추어서 기준 신호를 생성하여 실제 거리 측정시에 이용할 수 있다.On the other hand, when the reference signal falls from a high value (HIGH) to a low value (LOW), it can have a slope. Since the initial diffuse reflection is the largest when the laser transmission signal is initially radiated and gradually becomes smaller, initially the reference signal is increased and the reference signal is gradually decreased. If the pulse is suddenly dropped to a low value just before the pulse waveform, there is a possibility that the front part of the pulse waveform can not pass completely due to circuit delay or the like and is blocked. Therefore, it is possible to gradually reduce the size of the reference signal so that the pulse waveform can be completely passed through to the distance calculator without any problem in the early diffuse reflection noise removal. In particular, the reference signal has a slope corresponding to the noise characteristic when falling from a high value (HIGH) to a low value (LOW). The slope angle is stored in advance in the database and forms the slope of the reference signal according to the stored slope angle. It is possible to generate and use a reference signal having such a slope by presetting the slope value in consideration of the characteristics of the region where the laser range finder is installed (air characteristics, atmospheric particle distribution, mountainous region, ocean, etc.). Alternatively, the initial irregularity noise may be measured after the laser beam is radiated during the initial test before the actual measurement, and the reference signal may be generated according to the decreasing slope of the measured initial irregularity noise to be used in the actual distance measurement.

또한 기준 신호는 시간이 증가할수록 레이저 송신 신호의 신호 이득을 변화시켜주는 TPG(Time Programmed Gain) 신호를 이용하여 구현할 수 있다. 레이저 거리 측정기는 레이저 송신 신호를 발진할 때 시간이 증가할수록 레이저 송신 신호의 신호 이득을 변화시켜주는 TPG(Time Programmed Gain) 신호를 이용한다. 따라서 본 발명의 실시예는 별도의 기준 신호를 생성하지 않고 레이서 송신 신호를 발진할 때 이용되는 TPG 신호를 분기하여 기준 신호로 사용할 수 있다.Also, the reference signal can be implemented using a TPG (Time Programmed Gain) signal that changes the signal gain of the laser transmission signal as the time increases. The laser range finder uses a TPG (Time Programmed Gain) signal that changes the signal gain of the laser transmit signal as the time increases when oscillating the laser transmit signal. Therefore, in the embodiment of the present invention, the TPG signal used for oscillating the racer transmission signal can be branched and used as the reference signal without generating a separate reference signal.

거리 산출기(500)는 레이저 송신 신호의 펄스 파형과 상기 레이저 수신 신호의 펄스 파형 간의 시간차를 측정 거리로 산출한다. 비교기에서 출력되는 레이저 수신 신호는 초기 난반사 노이즈가 제거된 상태로 입력된다. 따라서 초기 난반사 노이즈가 제거된 올바른 레이저 수신 신호를 입력받아 거리를 측정할 수 있다.The distance calculator 500 calculates the time difference between the pulse waveform of the laser transmission signal and the pulse waveform of the laser reception signal as a measurement distance. The laser reception signal output from the comparator is input with the initial diffuse reflection noise removed. Therefore, it is possible to measure the distance by receiving the correct laser reception signal from which the initial diffuse reflection noise is removed.

이를 위해 거리 산출기는 미리 설정한 임계값을 초과하는 파형이 검출될 때 도 3에 도시한 바와 같이 스톱 클럭(20;stop clock)을 생성하고, 레이저 발진기로부터 제공받은 스타트 클럭(10)와 상기의 스톱 클럭(20) 사이의 시간차를 측정 거리로 산출한다. 임계값이 '0'인 경우, 비교기를 통과하여 초기 난반사 노이즈가 제거된 레이저 수신 신호는 펄스 파형이 시작될 때 임계값 '0'보다 크게 되며, 이때, 거리 산출기는 하이값(HIGH) 또는 로우값(LOW) 형태의 스톱 클럭을 생성한다. 이렇게 생성한 스톱 클럭와 레이저 발진기로부터 제공받은 스타트 클럭간의 시간 간격을 측정하여 거리를 산출하는 것이다. 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이 비교기를 통과한 레이저 수신 신호가 거리 산출기로 입력되면, 스타트 클럭(10)와 스톱 클럭(20)간의 시간차를 측정하여 측정 거리를 산출할 수 있다.For this, the distance calculator generates a stop clock 20 as shown in FIG. 3 when a waveform exceeding a preset threshold value is detected, and outputs a start clock 10 supplied from the laser oscillator, The time difference between the stop clocks 20 is calculated as the measured distance. When the threshold value is '0', the laser reception signal through which the initial diffuse reflection noise is removed through the comparator becomes larger than the threshold value '0' at the start of the pulse waveform, and the distance calculator has a high value (HIGH) (LOW) type stop clock. The distance between the generated stop clock and the start clock provided from the laser oscillator is measured to calculate the distance. For example, as shown in FIG. 3, when the laser reception signal passed through the comparator is input to the distance calculator, the measurement distance can be calculated by measuring the time difference between the start clock 10 and the stop clock 20. [

참고로, 측정 거리 산출은, 3.0×108[m/s]의 레이저 속도를 이용하여 산출한다. 거리는 시간×속도이므로, 측정 거리(D)는 [스타트 클럭와 스톱 클럭간의 시간차(sec)] /2 × 3.0×108으로 산출할 수 있다.For reference, the measurement distance calculation is performed using a laser speed of 3.0 x 10 8 [m / s]. Since the distance is time × speed, the measurement distance (D) can be calculated as [time difference (sec) between start clock and stop clock) / 2 × 3.0 × 10 8 .

참고로, 비교기가 구비되지 않아 초기 난반사 노이즈가 있는 상태로 거리 산출기로 레이저 수신신호가 직접 입력되는 회로도를 도 4에 도시하였으며, 이러한 도 4의 회로 구성을 가져 초기 난반사 노이즈가 있는 상태로 측정 거리를 산출하는 모습을 도 5에 도시하였다. 도 5를 참조하면, 초기 난반사 노이즈가 임계값 '0'을 초과하기 때문에, 거리 산출기는 임계값보다 큰 초기 난반사 노이즈(301a)가 들어오는 순간 첫번째 스톱 클럭(20a)을 출력하게 된다. 따라서 거리 산출기는 스타트 클럭(10)와 첫번째 스톱 클럭(20a) 사이의 시간차를 측정하여 거리를 산출하기 때문에 오류가 발생하게 된다.
4 shows a circuit diagram in which a laser receiving signal is input directly to a distance calculator in the state where there is no comparator and no initial diffuse reflection noise is present. Is shown in Fig. Referring to FIG. 5, since the initial diffuse reflection noise exceeds the threshold value '0', the distance calculator outputs the first stop clock 20a as soon as the initial diffuse reflection noise 301a larger than the threshold value is input. Therefore, an error occurs because the distance calculator calculates the distance by measuring the time difference between the start clock 10 and the first stop clock 20a.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 거리 측정 과정을 도시한 플로차트이다.6 is a flowchart illustrating a laser distance measurement process according to an embodiment of the present invention.

우선, 레이저 발진기에서 생성된 펄스 파형이 포함된 레이저 송신 신호를 송신단을 통해 외부의 물체를 향해 방사한다(S601).First, a laser transmission signal including a pulse waveform generated by a laser oscillator is emitted toward an external object through a transmission terminal (S601).

레이저 발진기는 펄스 파형이 방사(발진)되는 시점에 레이저 송신 시작을 알리는 스타트 클럭을 도 3과 같이 생성한다(S602). 그 후 물체에서 반사되는 반사 신호를 수신한다(S603). 반사 신호 중에서 펄스 파형보다 먼저 수신되는 노이즈를 제거하여 펄스 파형만이 포함된 수신 신호로 도 3과 같이 출력한다(S604).The laser oscillator generates a start clock signal indicating the start of laser transmission at the time when the pulse waveform is emitted (oscillated) as shown in FIG. 3 (S602). Thereafter, the reflection signal reflected from the object is received (S603). The noise received before the pulse waveform is removed from the reflected signal, and the received signal including only the pulse waveform is output as shown in FIG. 3 (S604).

그 후, 레이저 수신 신호가 임계치 이상의 값을 가지는 시점에서, 레이저 수신 시작을 알리는 스톱 클럭을 생성한다(S605). 생성한 스타트 클럭과 스톱 클럭 사이의 시간차를 측정 거리로 산출한다(S606).
Thereafter, when the laser reception signal has a value equal to or larger than the threshold value, a stop clock signal indicating the start of laser reception is generated (S605). The time difference between the generated start clock and the stop clock is calculated as a measured distance (S606).

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings and the preferred embodiments described above, the present invention is not limited thereto but is limited by the following claims. Accordingly, those skilled in the art will appreciate that various modifications and changes may be made thereto without departing from the spirit of the following claims.

100:레이저 발진기 200:송신단
300:수신단 400:비교기
500:거리 산출단100: laser oscillator 200: transmitting end
300: Receiving terminal 400: Comparator
500: Distance calculation stage

Claims (9)

펄스 파형이 발진된 레이저 송신 신호를 생성하는 레이저 발진기;
상기 레이저 송신 신호를 외부의 물체를 향해 방사하는 송신단;
상기 물체에서 반사되는 반사 신호를 수신하는 수신단;
상기 반사 신호 중에서 상기 펄스 파형보다 먼저 수신되는 초기 난반사 노이즈를 제거하여, 상기 펄스 파형만이 포함된 레이저 수신 신호를 출력하는 비교기;
상기 레이저 송신 신호의 펄스 파형과 상기 레이저 수신 신호의 펄스 파형 간의 시간차를 측정 거리로 산출하는 거리 산출기;
를 포함하는 레이저 거리 측정기.A laser oscillator for generating a laser transmission signal in which a pulse waveform is oscillated;
A transmitting end for emitting the laser transmission signal toward an external object;
A receiving end for receiving a reflection signal reflected from the object;
A comparator that removes the initial irregularity noise received earlier than the pulse waveform from the reflection signal and outputs a laser reception signal including only the pulse waveform;
A distance calculator for calculating a time difference between a pulse waveform of the laser transmission signal and a pulse waveform of the laser reception signal as a measurement distance;
The laser distance measuring device comprising: 청구항 1에 있어서, 상기 비교기는,
상기 초기 난반사 노이즈를 제거하는 기준 신호를 입력받는 제1입력단과, 상기 반사 신호를 입력받는 제2입력단과, 레이저 수신 신호를 출력하는 출력단을 포함하며, 상기 기준 신호와 반사 신호를 비교하여 상기 기준 신호보다 더 큰 반사 신호만을 상기 레이저 수신 신호로 출력함을 특징으로 하는 레이저 거리 측정기.The apparatus of claim 1,
A first input terminal for receiving the reference signal for removing the initial irregular noise, a second input terminal for receiving the reflection signal, and an output terminal for outputting a laser reception signal, And outputs only the reflection signal larger than the signal as the laser reception signal. 청구항 2에 있어서, 상기 레이저 송신 신호를 방사한 직후부터 미리 설정한 초기 난반사 노이즈 제거 시간까지 상기 기준 신호를 하이값(HIGH)으로 유지하며, 상기 레이저 수신 신호의 펄스 파형이 수신되기 전에 상기 하이값(High)에서 로우값(Low)으로 떨어지는 레이저 거리 측정기.The method of claim 2, further comprising: maintaining the reference signal at a high value (HIGH) from immediately after emitting the laser transmission signal until a predetermined initial period of irregular reflection noise removal, and before the pulse waveform of the laser reception signal is received, (High) to Low (Low). 청구항 3에 있어서, 상기 하이값(High)에서 로우값(Low)으로 떨어질 때 경사진 기울기를 가지는 레이저 거리 측정기.4. The laser range finder of claim 3, wherein the laser range finder has a slope when falling from a high value to a low value. 청구항 4에 있어서, 상기 기준 신호의 경사 기울기는 상기 레이저 거리 측정기가 설치되는 지역의 환경 특성을 고려하여 미리 설정된 기울기값을 이용하거나, 거리 측정하기 전에 초기 테스트시에 초기 난반사 노이즈를 측정한 후 측정된 초기 난반사 노이즈의 감소되는 기울기에 맞추어서 기울기값을 설정하여 이용함을 특징으로 하는 레이저 거리 측정기.[6] The method of claim 4, wherein the inclination slope of the reference signal is measured by using a preset slope value in consideration of an environmental characteristic of an area where the laser distance measuring instrument is installed, or by measuring initial diffuse reflection noise And a slope value is set in accordance with a decreasing slope of the initial diffuse reflection noise. 청구항 2에 있어서, 상기 기준 신호는, 시간이 증가할수록 레이저 송신 신호의 신호 이득을 변화시켜주는 TPG(Time Programmed Gain) 신호임을 특징으로 하는 레이저 거리 측정기.The laser range finder of claim 2, wherein the reference signal is a TPG (Time Programmed Gain) signal that changes the signal gain of the laser transmission signal as the time increases. 청구항 1에 있어서, 상기 레이저 발진기는,
상기 펄스 파형이 발진되는 순간 스타트 클럭을 출력하여 상기 거리 산출기로 제공하는 레이저 거리 측정기.The laser oscillator according to claim 1,
And outputs the start clock to the distance calculator when the pulse waveform is oscillated. 청구항 7에 있어서, 상기 거리 산출기는,
미리 설정한 임계값을 초과하는 파형이 검출될 때 스톱 클럭을 생성하고, 상기 스타트 클럭와 스톱 클럭 사이의 시간차를 측정 거리로 산출함을 특징으로 하는 레이저 거리 측정기.8. The apparatus according to claim 7,
Generates a stop clock when a waveform exceeding a preset threshold value is detected, and calculates a time difference between the start clock and the stop clock as a measured distance. 펄스 파형이 포함된 레이저 송신 신호를 외부의 물체를 향해 방사하는 과정;
상기 펄스 파형이 방사되는 시점에, 레이저 송신 시작을 알리는 스타트 클럭을 생성하는 과정;
상기 물체에서 반사되는 반사 신호를 수신하는 과정;
상기 반사 신호 중에서 상기 펄스 파형보다 먼저 수신되는 초기 난반사 노이즈를 제거하여, 상기 펄스 파형만이 포함된 레이저 수신 신호로 출력하는 과정;
상기 레이저 수신 신호가 임계치 이상의 값을 가지는 시점에서, 레이저 수신 시작을 알리는 스톱 클럭을 생성하는 과정;
상기 스타트 클럭와 스톱 클럭 사이의 시간차를 측정 거리로 산출하는 과정;
을 포함하는 레이저 거리 측정 방법.


A process of emitting a laser transmission signal including a pulse waveform toward an external object;
Generating a start clock signal indicating the start of laser transmission at the time when the pulse waveform is radiated;
Receiving a reflection signal reflected from the object;
Removing an initial diffuse reflection noise received earlier than the pulse waveform from the reflection signal and outputting the laser reception signal including only the pulse waveform;
Generating a stop clock notifying the start of laser reception when the laser reception signal has a value equal to or larger than a threshold value;
Calculating a time difference between the start clock and the stop clock as a measured distance;
/ RTI >


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