KR20180112387A - Apparatus and method for measureing distance using laser - Google Patents

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Abstract

Disclosed are an apparatus and a method for measuring a distance using a laser which reduce a phase difference. The apparatus for measuring a distance using a laser comprises: a transmitting unit for generating a transmitting signal to measure a distance to an object, and transmitting the transmitting signal to the object; a temperature measurer for measuring the temperature of the apparatus for measuring a distance using a laser; a phase compensator for performing a time delay according to the temperature measured on a receiving signal corresponding to the transmitting signal; and a distance calculator for calculating the distance using an output signal of the phase compensator.

Description

레이저 거리 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASUREING DISTANCE USING LASER}[0001] APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING DISTANCE USING LASER [0002]

본 발명은 레이저 거리 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and a method for measuring a laser distance.

거리 측정 장치로서 위상 차를 이용한 방식과 TOF(Time of Flight) 방식이 있다. 위상 차를 이용한 방식은 TOF 방식과 달리 근거리 측정에 유리하여, 마이크로미터 단위까지 측정이 가능하다. 따라서, 위상 차를 이용한 거리 측정 장치는 정교한 로봇 제어 및 산업 현장의 제어계측 시스템에 이용이 가능하다. There are a phase difference method and a TOF (Time of Flight) method as a distance measuring device. Unlike the TOF method, the phase difference method is advantageous for near field measurement, and it is possible to measure up to micrometer unit. Therefore, the distance measuring device using the phase difference can be used for sophisticated robot control and industrial control and measurement system.

위상차를 이용한 레이저 거리 측정 장치에서 거리 정확도와 밀접한 관련이 있는 부분은 샘플링 개수와 정확한 위상에 대한 계산이다. 평균값 취득을 위해 샘플링 개수가 필요한데, 이는 초기에 충분한 시간 할당과 통계 확률에 의해 어느 정도 개선이 가능하다. 그러나, 레이저 거리 측정 장치의 내부 회로에 의해 발생하는 위상차는 마이크로미터 단위의 오차를 요구하는데 있어서는 치명적일 수 있다. 따라서, 내부 회로에 의한 위상차 문제를 해결하는 방법이 필요하다. In the laser distance measuring system using the phase difference, the part closely related to the distance accuracy is the calculation of the sampling number and the accurate phase. The sampling number is needed for average value acquisition, which can be improved to some extent initially by sufficient time allocation and statistical probability. However, the phase difference generated by the internal circuit of the laser distance measuring device may be fatal in requesting an error in the unit of micrometers. Therefore, a method for solving the phase difference problem due to the internal circuit is needed.

위상차 문제를 해결하기 위해, 내부에 레이저 다이오드와 같은 하드웨어를 추가하는 방법이 있다. 그러나, 이러한 방법은 실제 구현 시 비용이 증가하고 장비가 복잡해질 뿐만 아니라, 레이저 다이오드에서 발생하는 오차 부문이 정밀 측정을 하는데 있어서 오히려 방해가 될 수 있다. In order to solve the phase difference problem, there is a method of adding hardware such as a laser diode inside. However, this method not only increases the cost in actual implementation and complicates the equipment, but also may cause interference in the precision measurement of the error part generated in the laser diode.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위상차를 줄이는 레이저 거리 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for measuring a laser distance for reducing a phase difference.

본 발명의 실시예에 따르면, 대상물까지의 거리를 측정하는 레이저 거리 측정 장치가 제공된다. 상기 레이저 거리 측정 장치는, 상기 거리를 측정하기 위한 송신 신호를 발생시키고, 송신 신호를 상기 대상물로 송출하는 송신부, 상기 레이저 거리 측정 장치의 온도를 측정하는 온도 측정기, 상기 송신 신호에 대응하는 수신 신호에 대해서, 상기 측정한 온도에 따라 시간 지연을 수행하는 위상 보상기, 그리고 상기 위상 보상기의 출력 신호를 이용하여 상기 거리를 계산하는 거리 계산기를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a laser distance measuring apparatus for measuring a distance to an object. The laser distance measuring apparatus includes a transmitter for generating a transmission signal for measuring the distance and transmitting a transmission signal to the object, a temperature meter for measuring the temperature of the laser distance measurement device, A phase compensator for performing time delay according to the measured temperature, and a distance calculator for calculating the distance using the output signal of the phase compensator.

상기 레이저 거리 측정 장치는, 상기 송신부의 내부 설계 및 상기 측정한 온도에 대응하는 상기 시간 지연을 미리 저장하고 있는 메모리를 더 포함할 수 있다. The laser distance measuring apparatus may further include a memory for previously storing the internal design of the transmitter and the time delay corresponding to the measured temperature.

상기 송신 신호는 상기 송신부의 내부 설계 및 상기 측정한 온도에 따라 위상 변화가 발생할 수 있으며, 상기 위상 보상기는 상기 시간 지연을 통해 상기 위상 변화를 보상할 수 있다. The transmission signal may have a phase change according to the internal design of the transmission unit and the measured temperature, and the phase compensator may compensate the phase change through the time delay.

상기 송신부는, 상기 송신 신호를 발생시키는 신호 발생기, 상기 신호 발생기의 출력 신호를 복수의 주파수를 가지는 신호로 변환하는 주파수 변환기, The transmission unit may include a signal generator for generating the transmission signal, a frequency converter for converting an output signal of the signal generator into a signal having a plurality of frequencies,

상기 주파수 변환기의 출력 신호를 증폭하는 제1 증폭기, 그리고 상기 제1 증폭기의 출력 신호를 광 신호로 변환하는 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. A first amplifier for amplifying an output signal of the frequency converter, and a laser diode for converting an output signal of the first amplifier into an optical signal.

상기 위상 변화는 상기 증폭기 및 상기 레이저 다이오드에 의해 발생할 수 있다. The phase change may be generated by the amplifier and the laser diode.

상기 복수의 주파수를 가지는 신호는 제1 주파수를 가지는 신호, 상기 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수를 가지는 신호를 포함할 수 있다. The signal having the plurality of frequencies may include a signal having the first frequency and a signal having the second frequency lower than the first frequency.

상기 레이저 거리 측정 장치는, 상기 수신 신호를 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드, 그리고 상기 포토 다이오드의 출력 신호를 증폭하여 상기 위상 보상기로 출력하는 제2 증폭기를 더 포함할 수 있다. The laser distance measuring apparatus may further include a photodiode for converting the received signal into an electric signal, and a second amplifier for amplifying an output signal of the photodiode and outputting the amplified signal to the phase compensator.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 레이저 거리 측정 장치가 대상물까지의 거리를 측정하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 상기 거리를 측정하기 위한 송신 신호를 발생시켜 상기 대상물로 송출하는 단계, 상기 대상물에 반사된 수신 신호를 검출하는 단계, 상기 레이저 거리 측정 장치의 온도를 측정하는 단계, 상기 온도에 대응하여 상기 수신 신호의 위상을 변동시키는 단계, 그리고 상기 위상 변동된 신호를 이용하여 상기 거리를 계산하는 단계를 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, a method is provided for measuring the distance to an object by a laser range finder. The method includes generating a transmission signal for measuring the distance and transmitting the transmission signal to the object, detecting a reflected signal reflected from the object, measuring a temperature of the laser distance measuring apparatus, Varying the phase of the received signal, and calculating the distance using the phase-shifted signal.

상기 위상을 변동시키는 단계는, 상기 온도에 대응하여 상기 수신 신호의 시간 지연을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. The step of varying the phase may comprise performing a time delay of the received signal corresponding to the temperature.

상기 송신 신호는 상기 레이저 거리 측정 장치의 내부 설계 및 상기 측정한 온도에 따라 위상 변화가 발생할 수 있다. The transmission signal may cause a phase change according to the internal design of the laser distance measuring apparatus and the measured temperature.

상기 위상을 변동시키는 단계는 상기 수신 신호에서 상기 위상 변화를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. The step of varying the phase may comprise removing the phase variation in the received signal.

상기 송출하는 단계는, 상기 송신 신호를 발생시키는 단계, 상기 송신 신호를 복수의 주파수를 가지는 신호로 변환하는 단계, The transmitting step includes generating the transmission signal, converting the transmission signal into a signal having a plurality of frequencies,

상기 복수의 주파수를 가지는 신호를 증폭하는 단계, 그리고 상기 증폭된 신호를 광 신호로 변환하는 단계를 포함할 수 있다. Amplifying the signal having the plurality of frequencies, and converting the amplified signal into an optical signal.

상기 복수의 주파수를 가지는 신호는 제1 주파수를 가지는 신호, 상기 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수를 가지는 신호를 포함할 수 있다. The signal having the plurality of frequencies may include a signal having the first frequency and a signal having the second frequency lower than the first frequency.

본 발명의 실시예에 따르면, 내부적인 요인과 외부적인 요인에 의한 위상 변화를 보상함으로써 보다 정확하게 거리를 계산할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, it is possible to calculate the distance more accurately by compensating the phase change due to the internal factors and the external factors.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 거리 측정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 메모리에 저장되어 있는 테이블 값을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 거리 측정 방법은 나타내는 플로우차트이다. 1 is a block diagram showing a laser distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates table values stored in a memory according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
3 is a flowchart showing a laser distance measuring method according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another part in between . Also, when an element is referred to as " comprising ", it means that it can include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 거리 측정 장치는 내부적인 요인(내부의 회로 설계 및 부품 적용 등)과 외부적인 요인(온도에 변화)에 따른 위상 변화를 보상하여 거리를 측정한다. 이하에서는 이러한 본 발명의 실시예에 따른 레이저 거리 측정 장치에 대해서 상세히 설명한다. A laser distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention measures a distance by compensating for an internal factor (internal circuit design and component application) and an external factor (temperature change). Hereinafter, a laser distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 거리 측정 장치를 나타내는 블록도이다. 1 is a block diagram showing a laser distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 거리 측정 장치(100)는 신호 발생기(110), 주파수 변환기(120), 제1 증폭기(130), 레이저 다이오드(140), 포토 다이오드(150), 제2 증폭기(160), 위상 보상기(170), 메모리(180), 온도 측정기(190), 그리고 거리 계산기(200)를 포함한다. 1, a laser distance measuring apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a signal generator 110, a frequency converter 120, a first amplifier 130, a laser diode 140, a photodiode 150, a second amplifier 160, a phase compensator 170, a memory 180, a temperature meter 190, and a distance calculator 200.

신호 발생기(110)는 거리 측정을 위한 신호를 발생시킨다. 즉, 신호 발생기(110)는 소정의 주파수를 가지는 사인 파형을 발생시킨다. 이러한 신호 발생기(110)는 오실레이터를 통해 구현될 수 있다. The signal generator 110 generates a signal for distance measurement. That is, the signal generator 110 generates a sinusoidal waveform having a predetermined frequency. Such a signal generator 110 may be implemented through an oscillator.

주파수 변환기(120)는 신호 발생기(110)로부터 신호를 입력 받고, 이 입력된 신호를 복수의 주파수를 가지는 신호로 변환한다. 주파수 변환기(120)에 의해 변환된 신호는 복수의 주파수를 가지는 신호이나, 이하에서는 설명의 편의상 고주파 송신 신호와 저주파 송신 신호인 2개의 신호를 가정하여 설명한다. 예를 들면, 신호 발생기(110)에 의해 생성된 신호는 160MHz를 가지며, 주파수 변환기(120)는 160MHz를 가지는 신호를 76MHz를 가지는 고주파 송신 신호와 2MHz를 가지는 저주파 송신 신호로 변환한다. 도 1에서 고주파 송신 신호를 Uc1으로 나타내고 저주파 송신 신호를 Uc2로 나타내었다. 주파수 변환기(120)는 주파수 분주기를 통해 구현될 수 있다. The frequency converter 120 receives a signal from the signal generator 110 and converts the input signal into a signal having a plurality of frequencies. The signal converted by the frequency converter 120 is a signal having a plurality of frequencies. Hereinafter, for the sake of convenience, two signals, a high-frequency transmission signal and a low-frequency transmission signal, are assumed. For example, the signal generated by the signal generator 110 has 160 MHz, and the frequency converter 120 converts a signal having 160 MHz into a high-frequency transmission signal having 76 MHz and a low-frequency transmission signal having 2 MHz. In FIG. 1, a high frequency transmission signal is represented by Uc1 and a low frequency transmission signal is represented by Uc2. The frequency converter 120 may be implemented through a frequency divider.

주파수 변환기(120)에서 출력되는 고주파 송신 신호(Uc1)과 저주파 송신 신호(Uc2)는 각각 아래의 수학식 1과 수학식 2로 표현될 수 있다. The high frequency transmission signal Uc1 and the low frequency transmission signal Uc2 output from the frequency converter 120 can be expressed by the following equations (1) and (2), respectively.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

수학식 1에서 f1은 76MHz일 수 있고 f2는 2MHz 일 수 있다. In Equation (1), f1 may be 76 MHz and f2 may be 2 MHz.

주파수 변환기(120)에서 생성된 고주파 송신 신호(Uc1)과 저주파 송신 신호(Uc2)는 순차적으로 제1 증폭기(130)로 입력될 수 있다. 즉, 주파수 변환기(120)와 제1 증폭기(130) 사이에 스위치(도시 하지 않음)가 위치할 수 있다. 이 스위치를 통해 고주파 송신 신호(Uc1)과 저주파 송신 신호(Uc2)는 순차적으로 제1 증폭기(130)로 입력될 수 있다. The high frequency transmission signal Uc1 and the low frequency transmission signal Uc2 generated in the frequency converter 120 may be sequentially input to the first amplifier 130. [ That is, a switch (not shown) may be positioned between the frequency converter 120 and the first amplifier 130. The high frequency transmission signal Uc1 and the low frequency transmission signal Uc2 may be sequentially input to the first amplifier 130 through the switch.

제1 증폭기(130)는 고주파 송신 신호(Uc1)와 저주파 송신 신호(Uc2)를 각각 증폭한다. The first amplifier 130 amplifies the high frequency transmission signal Uc1 and the low frequency transmission signal Uc2.

레이저 다이오드(140)는 제1 증폭기(130)로부터 수신한 고주파 송신 신호(Uc1)와 저주파 송신 신호(Uc1)를 레이저 신호로 변환하고, 변환한 송신 신호를 거리를 측정하고자 하는 대상물로 송출한다. 즉, 레이저 다이오드(140)는 전기 신호인 고주파 송신 신호(Uc1)과 저주파 송신 신호(Uc2)를 레이저 신호로 변환한다. The laser diode 140 converts the high frequency transmission signal Uc1 and the low frequency transmission signal Uc1 received from the first amplifier 130 into laser signals and transmits the converted transmission signals to the object to be measured. That is, the laser diode 140 converts the high frequency transmission signal Uc1 and the low frequency transmission signal Uc2, which are electric signals, into laser signals.

신호 발생기(110), 주파수 변환기(120), 제1 증폭기(130), 그리고 레이저 다이오드(140)는 송신 신호를 발생시키는 장치이므로, '송신부'로 통칭될 수 있다. The signal generator 110, the frequency converter 120, the first amplifier 130, and the laser diode 140 are devices that generate transmission signals, and thus may be referred to as a 'transmitter'.

한편, 레이저 다이오드(140)를 통해 송출되는 송신 신호는 아래의 수학식 3 및 4와 같이 표현될 수 있다. 즉, 고주파 송신 신호(Uc1)과 저주파 송신 신호(Uc2)는 각각 아래의 수학식 3과 수학식 4와 같이 표현될 수 있다. 아래의 수학식 3 및 4에서는 편의상 제1 증폭기(130)에 의한 신호 증폭 량은 표시하지 않았다. Meanwhile, the transmission signal transmitted through the laser diode 140 can be expressed by the following Equations (3) and (4). That is, the high-frequency transmission signal Uc1 and the low-frequency transmission signal Uc2 can be expressed by the following equations (3) and (4), respectively. In Equations (3) and (4) below, the signal amplification amount by the first amplifier 130 is not shown for convenience.

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
Figure pat00004

수학식 3 및 4와 수학식 1 및 2를 각각 서로 비교하면, 수학식 3 및 4에는 위상 값

Figure pat00005
이 추가된다. 수학식 3 및 4에서, 위상 값
Figure pat00006
는 회로 및 주변 환경으로 인한 위상 변화를 나타낸다. 주파수 변환기(120)에서 출력되는 고주파 송신 신호(Uc1)과 저주파 송신 신호(Uc2)는 내부적으로는 제1 증폭기(130), 레이저 다이오드(140) 등 내부 회로의 설계와 부품 적용에 따라 변동되고, 그리고 외부적으로는 온도에 변화에 따라 변동된다. 이러한 위상 값
Figure pat00007
은 추후 거리를 측정하는데 오차로서 작용하므로, 아래에서 설명하는 위상 보상기(170)는 이러한 위상 변화를 보상하는 역할을 수행한다. 위상 보상기(170)의 구체적인 동작은 아래에서 상세히 설명한다. Comparing equations (3) and (4) with equations (1) and (2), equations (3) and
Figure pat00005
Is added. In equations (3) and (4), the phase value
Figure pat00006
Represents the phase change due to the circuit and the surrounding environment. The high frequency transmission signal Uc1 and the low frequency transmission signal Uc2 output from the frequency converter 120 vary internally depending on the design of the internal circuit such as the first amplifier 130 and the laser diode 140, And externally it varies with temperature. This phase value
Figure pat00007
The phase compensator 170 described below functions to compensate for such a phase change. The specific operation of the phase compensator 170 will be described in detail below.

레이저 다이오드(140)로부터 송출된 송신 신호는 거리를 측정하고자 하는 대상물에 반사되고, 포토 다이오드(150)는 이러한 반사 신호를 검출한다. 포토 다이오드(150)는 광신호인 수신 신호(즉, 반사 신호)를 전기 신호로 변환한다. The transmission signal transmitted from the laser diode 140 is reflected on an object to be measured for distance, and the photodiode 150 detects the reflection signal. The photodiode 150 converts a received signal (i.e., a reflected signal), which is an optical signal, into an electrical signal.

포토 다이오드(150)를 통해 검출되는 수신 신호는 아래의 수학식 5 및 6으로 나타낼 수 있다. 아래의 수학식 5 및 6에서, 고주파 송신 신호(Uc1)에 대응되는 고주파 수신 신호를 Uc1*로 나타내었고, 저주파 송신 신호(Uc2)에 대응되는 저주파 수신 신호를 Uc2*로 나타내었다. The received signal detected through the photodiode 150 can be expressed by the following equations (5) and (6). In the following equations (5) and (6), a high frequency reception signal corresponding to the high frequency transmission signal Uc1 is represented by Uc1 *, and a low frequency reception signal corresponding to the low frequency transmission signal Uc2 is represented by Uc2 *.

Figure pat00008
Figure pat00008

Figure pat00009
Figure pat00009

상기 수학식 5 및 6에서,

Figure pat00010
는 고주파 송신 신호(Uc1)에 대응되며 대상물까지의 거리에 따른 위상차이다.
Figure pat00011
는 저주파 송신 신호(Uc2)에 대응되며 대상물까지의 거리에 따른 위상차이다. 아래에서 설명하는 거리 계산기(200)는
Figure pat00012
와
Figure pat00013
를 이용하여 대상물까지의 거리를 측정할 수 있다. In the above Equations 5 and 6,
Figure pat00010
Corresponds to the high frequency transmission signal Uc1 and is a phase difference according to the distance to the object.
Figure pat00011
Corresponds to the low frequency transmission signal Uc2 and is a phase difference according to the distance to the object. The distance calculator 200, described below,
Figure pat00012
Wow
Figure pat00013
The distance to the object can be measured.

제2 증폭기(160)는 포토 다이오드(150)로부터 입력된 수신 신호(고주파 수신 신호 및 저주파 수신 신호)를 증폭한다. The second amplifier 160 amplifies the reception signals (the high frequency reception signal and the low frequency reception signal) input from the photodiode 150.

위상 보상기(170)는 제2 증폭기(160)에 증폭된 수신 신호에서 위상을 보상한다. 즉, 위상 보상기(170)는 수신 신호에서, 회로 및 주변 환경으로 인한 위상 변화인

Figure pat00014
를 제거한다. 좀더 상세히 설명하면, 위상 보상기(170)는 수신 신호의 지연을 통해, 상기 수학식 5 및 6에서
Figure pat00015
를 제거한다. The phase compensator 170 compensates the phase of the amplified received signal to the second amplifier 160. That is, in the received signal, the phase compensator 170 detects the phase change due to the circuit and the surrounding environment
Figure pat00014
. More specifically, the phase compensator 170, through the delay of the received signal,
Figure pat00015
.

메모리(180)는 온도에 따른 지연 시간 값이 미리 저장되어 있다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 메모리(180)에 저장되어 있는 테이블 값을 나타내는 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 메모리(180)에는 온도(T1, T2, …Tn)에 따른 지연 시간(τ1, τ2, … τn)이 미리 저장되어 있다. 상기에서 설명한 바와 같이, 위상 변화인

Figure pat00016
는 내부적인 요인(회로 설계 및 부품 적용)과 외부적인 요인(온도의 변화)으로 인해 발생한다. 본 발명의 실시예에 따른 레이저 거리 측정 장치(100)를 설계한 후에는 내부적인 요인과 외부적인 요인에 따른
Figure pat00017
을 미리 측정할 수 있다. 이렇게 측정한
Figure pat00018
을 제거하기 위한 시간 지연 값도 미리 계산되어 질 수 있다. 내부적인 요인(회로 설계 및 부품 적용)은 제품 설계 시에 이미 결정되고 외부적인 요인인 온도의 변화는 상황에 따라 변동되므로, 메모리(180)에는 온도(T1, T2, …Tn)에 따른 지연 시간(τ1, τ2, … τn)이 테이블 형식으로 미리 저장되어 있다. 위상 값은 신호의 시간 지연에 대응되는 값이므로, 시간 지연을 통해 위상 값이 보상될 수 있다. The memory 180 stores a delay time value according to the temperature in advance. FIG. 2 illustrates table values stored in the memory 180 according to an embodiment of the present invention. 2, delay times (? 1,? 2, ...? N) corresponding to temperatures (T1, T2, ... Tn) are stored in advance in the memory (180). As described above,
Figure pat00016
Are caused by internal factors (circuit design and component application) and external factors (temperature changes). After designing the laser distance measuring apparatus 100 according to the embodiment of the present invention,
Figure pat00017
Can be measured in advance. This measured
Figure pat00018
Can also be calculated in advance. Since the internal factors (circuit design and component application) are already determined at the time of product design and the temperature change, which is an external factor, varies depending on the situation, the memory 180 is provided with a delay time (? 1,? 2, ...? n) are stored in advance in a table format. Since the phase value is a value corresponding to the time delay of the signal, the phase value can be compensated through the time delay.

온도 측정기(190)는 레이저 거리 측정 장치(100)의 온도를 측정한다. 여기서의 온도는 외부의 온도와 내부의 온도를 포함한다. 온도 측정기(190)는 온도 센서를 통해 구현될 수 있다. The temperature measuring device 190 measures the temperature of the laser distance measuring device 100. The temperature here includes the external temperature and the internal temperature. The temperature meter 190 may be implemented through a temperature sensor.

위상 보상기(170)는 온도 측정기(190)에 의해 측정한 온도를 입력 받고, 측정한 온도에 대응되는 시간 지연 값을 메모리(180)를 통해 획득 할 수 있다. 위상 보상기(170)는 이러한 시간 지연 값을 고주파 수신 신호(Uc1*)와 저주파 수신 신호(Uc2*)에 각각 적용한다. 즉, 위상 보상기(170)는 수신 신호를 시간 지연시켜 위상 변화(

Figure pat00019
)를 제거한다. 위상은 시간 지연에 대응되는 값이므로, 본 발명의 실시에에 따른 위상 보상기(170)는 온도에 따라 시간 지연 값을 다르게 설정함으로써, 위상 변화를 제거한다. 따라서, 위상 보상기(170)는 상기 수학식 5에서
Figure pat00020
가 제거된 고주파 수신 신호를 출력하고 상기 수학식 6에서
Figure pat00021
가 제거된 고주파 수신 신호를 출력한다. The phase compensator 170 receives the temperature measured by the temperature measurer 190 and obtains a time delay value corresponding to the measured temperature through the memory 180. [ The phase compensator 170 applies this time delay value to the high frequency reception signal Uc1 * and the low frequency reception signal Uc2 *, respectively. That is, the phase compensator 170 time-delay the received signal to obtain a phase change (
Figure pat00019
). Since the phase corresponds to the time delay, the phase compensator 170 according to the embodiment of the present invention sets the time delay value different according to the temperature, thereby eliminating the phase change. Therefore, the phase compensator 170 calculates the phase difference
Figure pat00020
And outputs a high-frequency reception signal from which the high-
Figure pat00021
And outputs a high-frequency reception signal from which the received signal is removed.

거리 계산기(200)는 위상 보상기(170)로부터 위상 변화가 제거된 수신 신호를 입력 받으며, 이 수신 신호를 이용하여 대상물까지의 거리를 계산한다. 즉, 거리 계산기(200)는 위상 변화(

Figure pat00022
)가 제거된 고주파 수신 신호와 위상 변화(
Figure pat00023
)가 제거된 저주파 수신 신호를 이용하여 거리를 계산한다. 즉, 거리 계산기(200)는 저주파 수신 신호를 사용하여 대략적인 거리를 1차적으로 계산하고 고주파 수신 신호를 사용하여 더욱 정확한 거리 값을 2차적으로 계산한다. 위상값을 이용하여 거리 값을 계산하는 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있는 바 구체적인 설명은 생략한다. The distance calculator 200 receives the reception signal from which the phase change is removed from the phase compensator 170, and calculates the distance to the object using the reception signal. That is, the distance calculator 200 calculates the phase change
Figure pat00022
) And the phase change (
Figure pat00023
) Is removed, the distance is calculated using the low-frequency reception signal. That is, the distance calculator 200 firstly calculates the approximate distance using the low-frequency reception signal and secondarily calculates the more accurate distance value using the high-frequency reception signal. The method of calculating the distance value using the phase value will be apparent to those skilled in the art and will not be described in detail.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 내부적인 요인과 외부적인 요인에 의한 위상 변화를 보상하여 거리를 계산함으로써, 위상차를 이용하여 보다 정확하게 거리를 계산할 수 있다. As described above, according to the embodiment of the present invention, the distance can be calculated more accurately by using the phase difference by calculating the distance by compensating the phase change due to the internal factors and external factors.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 거리 측정 방법은 나타내는 플로우차트이다. 3 is a flowchart showing a laser distance measuring method according to an embodiment of the present invention.

레이저 거리 측정 장치(100)는 송신 신호를 생성하여 대상물로 송출한다(S310). 즉, 신호 발생기(110)는 거리 측정을 위한 신호를 발생시키고, 주파수 변환기(120)는 신호 발생기(110)에 의해 발생된 신호를 고주파 송신 신호(Uc1)와 저주파 송신 신호(Uc2)로 변환한다. 그리고, 제1 증폭기(130)는 고주파 송신 신호(Uc1)와 저주파 송신 신호(Uc2)를 각각 증폭한다. 레이저 다이오드(140)는 제1 증폭기(130)로부터 수신한 고주파 송신 신호(Uc1)와 저주파 송신 신호(Uc1)를 레이저 신호로 변환하고, 변환한 송신 신호를 거리를 측정하고자 하는 대상물로 송출한다. The laser distance measuring apparatus 100 generates a transmission signal and transmits it to the object (S310). That is, the signal generator 110 generates a signal for distance measurement, and the frequency converter 120 converts the signal generated by the signal generator 110 into a high frequency transmission signal Uc1 and a low frequency transmission signal Uc2 . The first amplifier 130 amplifies the high frequency transmission signal Uc1 and the low frequency transmission signal Uc2, respectively. The laser diode 140 converts the high frequency transmission signal Uc1 and the low frequency transmission signal Uc1 received from the first amplifier 130 into laser signals and transmits the converted transmission signals to the object to be measured.

레이저 거리 측정 장치(100)는 송신 신호에 대응하는 수신 신호를 검출한다(S320). 즉, 포토 다이오드(150)는 대상물에 의해 반사되는 수신 신호(고주파 수신 신호 및 저주파 수신 신호)를 검출한다. 그리고 제2 증폭기(160)는 포토 다이오드(150)로부터 입력된 수신 신호(고주파 수신신호 및 저주파 수신 신호)를 증폭한다. The laser distance measuring apparatus 100 detects a reception signal corresponding to a transmission signal (S320). That is, the photodiode 150 detects a reception signal (a high frequency reception signal and a low frequency reception signal) reflected by an object. The second amplifier 160 amplifies the reception signals (high frequency reception signal and low frequency reception signal) input from the photodiode 150.

레이저 거리 측정 장치(100)는 위상 변화를 발생시키는 외부적인 요인인 온도를 측정한다(S330). 즉, 온도 측정기(190)는 레이저 거리 측정 장치(100)의 온도를 측정한다. The laser distance measuring apparatus 100 measures a temperature which is an external factor for generating a phase change (S330). That is, the temperature measuring device 190 measures the temperature of the laser distance measuring device 100.

레이저 거리 측정 장치(100)는 S330 단계에서 측정한 온도에 따른 위상 보상을 수행한다(S340). 즉, 위상 보상기(170)는 온도 측정기(190)에 의해 측정한 온도를 입력 받고, 측정한 온도에 대응되는 시간 지연 값을 메모리(180)를 통해 획득 한다. 다시 말하면, 위상 보상기(170)는 수신 신호를 시간 지연시켜 위상 변화(

Figure pat00024
)를 제거한다. The laser distance measuring apparatus 100 performs phase compensation according to the temperature measured in step S330 (S340). That is, the phase compensator 170 receives the temperature measured by the temperature measurer 190, and acquires a time delay value corresponding to the measured temperature through the memory 180. In other words, the phase compensator 170 time-delayes the received signal to obtain a phase change
Figure pat00024
).

레이저 거리 측정 장치(100)는 S340 단계에서 위상 변화가 제거된 수신 신호를 이용하여 대상물까지의 거리를 계산한다(S350). 즉, 거리 계산기(200)는 위상 변화(

Figure pat00025
)가 제거된 고주파 수신 신호와 위상 변화(
Figure pat00026
)가 제거된 저주파 수신 신호를 이용하여 거리를 계산한다. In step S350, the laser distance measuring apparatus 100 calculates the distance to the object using the received signal whose phase change has been removed. That is, the distance calculator 200 calculates the phase change
Figure pat00025
) And the phase change (
Figure pat00026
) Is removed, the distance is calculated using the low-frequency reception signal.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

Claims (13)

대상물까지의 거리를 측정하는 레이저 거리 측정 장치로서,
상기 거리를 측정하기 위한 송신 신호를 발생시키고, 송신 신호를 상기 대상물로 송출하는 송신부,
상기 레이저 거리 측정 장치의 온도를 측정하는 온도 측정기,
상기 송신 신호에 대응하는 수신 신호에 대해서, 상기 측정한 온도에 따라 시간 지연을 수행하는 위상 보상기, 그리고
상기 위상 보상기의 출력 신호를 이용하여 상기 거리를 계산하는 거리 계산기를 포함하는 레이저 거리 측정 장치. A laser distance measuring apparatus for measuring a distance to an object,
A transmitter for generating a transmission signal for measuring the distance and transmitting the transmission signal to the object,
A temperature measuring device for measuring the temperature of the laser distance measuring device,
A phase compensator for performing a time delay on the received signal corresponding to the transmission signal according to the measured temperature,
And a distance calculator that calculates the distance using the output signal of the phase compensator. 제1항에 있어서,
상기 송신부의 내부 설계 및 상기 측정한 온도에 대응하는 상기 시간 지연을 미리 저장하고 있는 메모리를 더 포함하는 레이저 거리 측정 장치. The method according to claim 1,
Further comprising: a memory for previously storing the internal design of the transmitter and the time delay corresponding to the measured temperature. 제1항에 있어서,
상기 송신 신호는 상기 송신부의 내부 설계 및 상기 측정한 온도에 따라 위상 변화가 발생하며,
상기 위상 보상기는 상기 시간 지연을 통해 상기 위상 변화를 보상하는
레이저 거리 측정 장치. The method according to claim 1,
Wherein the transmission signal has a phase change according to the internal design of the transmission unit and the measured temperature,
The phase compensator compensates for the phase change through the time delay
Laser distance measuring device. 제3항에 있어서,
상기 송신부는,
상기 송신 신호를 발생시키는 신호 발생기,
상기 신호 발생기의 출력 신호를 복수의 주파수를 가지는 신호로 변환하는 주파수 변환기,
상기 주파수 변환기의 출력 신호를 증폭하는 제1 증폭기, 그리고
상기 제1 증폭기의 출력 신호를 광 신호로 변환하는 레이저 다이오드를 포함하는
레이저 거리 측정 장치. The method of claim 3,
The transmitter may further comprise:
A signal generator for generating the transmission signal,
A frequency converter for converting an output signal of the signal generator into a signal having a plurality of frequencies,
A first amplifier for amplifying the output signal of the frequency converter, and
And a laser diode for converting an output signal of the first amplifier into an optical signal
Laser distance measuring device. 제4항에 있어서,
상기 위상 변화는 상기 증폭기 및 상기 레이저 다이오드에 의해 발생되는 레이저 거리 측정 장치. 5. The method of claim 4,
Wherein the phase change is generated by the amplifier and the laser diode. 제4항에 있어서,
상기 복수의 주파수를 가지는 신호는 제1 주파수를 가지는 신호, 상기 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수를 가지는 신호를 포함하는 레이저 거리 측정 장치. 5. The method of claim 4,
Wherein the signal having the plurality of frequencies includes a signal having a first frequency and a signal having a second frequency lower than the first frequency. 제4항에 있어서,
상기 수신 신호를 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드, 그리고
상기 포토 다이오드의 출력 신호를 증폭하여 상기 위상 보상기로 출력하는 제2 증폭기를 더 포함하는 레이저 거리 측정 장치. 5. The method of claim 4,
A photodiode for converting the received signal into an electric signal, and
And a second amplifier for amplifying an output signal of the photodiode and outputting the amplified signal to the phase compensator. 레이저 거리 측정 장치가 대상물까지의 거리를 측정하는 방법으로서,
상기 거리를 측정하기 위한 송신 신호를 발생시켜 상기 대상물로 송출하는 단계,
상기 대상물에 반사된 수신 신호를 검출하는 단계,
상기 레이저 거리 측정 장치의 온도를 측정하는 단계,
상기 온도에 대응하여 상기 수신 신호의 위상을 변동시키는 단계, 그리고
상기 위상 변동된 신호를 이용하여 상기 거리를 계산하는 단계를 포함하는 방법. A method of measuring distance to an object,
Generating a transmission signal for measuring the distance and transmitting the transmission signal to the object,
Detecting a received signal reflected on the object,
Measuring a temperature of the laser distance measuring device,
Varying the phase of the received signal corresponding to the temperature, and
And calculating the distance using the phase-shifted signal. 제8항에 있어서,
상기 위상을 변동시키는 단계는, 상기 온도에 대응하여 상기 수신 신호의 시간 지연을 수행하는 단계를 포함하는 방법. 9. The method of claim 8,
Wherein varying the phase comprises performing a time delay of the received signal corresponding to the temperature. 제8항에 있어서,
상기 송신 신호는 상기 레이저 거리 측정 장치의 내부 설계 및 상기 측정한 온도에 따라 위상 변화가 발생하는 방법. 9. The method of claim 8,
Wherein the transmission signal is generated in accordance with the internal design of the laser distance measuring apparatus and the measured temperature. 제10항에 있어서,
상기 위상을 변동시키는 단계는 상기 수신 신호에서 상기 위상 변화를 제거하는 단계를 포함하는 방법. 11. The method of claim 10,
Wherein varying the phase comprises removing the phase change in the received signal. 제8항에 있어서,
상기 송출하는 단계는,
상기 송신 신호를 발생시키는 단계,
상기 송신 신호를 복수의 주파수를 가지는 신호로 변환하는 단계,
상기 복수의 주파수를 가지는 신호를 증폭하는 단계, 그리고
상기 증폭된 신호를 광 신호로 변환하는 단계를 포함하는 방법. 9. The method of claim 8,
The transmitting step includes:
Generating the transmit signal,
Converting the transmission signal into a signal having a plurality of frequencies,
Amplifying a signal having the plurality of frequencies, and
And converting the amplified signal into an optical signal. 제12항에 있어서,
상기 복수의 주파수를 가지는 신호는 제1 주파수를 가지는 신호, 상기 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수를 가지는 신호를 포함하는 방법. 13. The method of claim 12,
Wherein the signal having the plurality of frequencies includes a signal having a first frequency and a signal having a second frequency lower than the first frequency.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023113338A1 (en) * 2021-12-17 2023-06-22 주식회사 에임비랩 Feed management service provision device and method

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