KR20230087823A - 초음파 신호를 이용한 거리 측정 장치 - Google Patents

초음파 신호를 이용한 거리 측정 장치 Download PDF

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Abstract

실시예에 따른 초음파 신호를 이용한 레이저 거리 측정 장치는 초음파센서에서 송출되는 신호와 반사되는 신호의 시간차를 레이저 거리 측정 방식으로 산출하여, 초음파 센서를 통해 야외에서 거리를 측정할 수 있도록 한다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 골프장 그린 위에서 사용되며, 그린 위 퍼팅 지점에서 홀까지의 거리를 정밀하게 측정한다. 실시예에 따른 거리측정기는 골프장 그린에서 사용 가능하고, 골프 경기 중 퍼팅 시 정확한 거리측정으로 인해 개인의 타수(점수)를 줄이는 데 도움을 줄 수 있다. 또한, 소형화 경량화 된 사이즈로 사용 편의성을 향상시키고, 초음파센서와 레이저 방식을 결합하여 이용함으로써, 햇빛이 강한 야외에서도 거리측정을 정확하게 수행할 수 있다.

Description

초음파 신호를 이용한 거리 측정 장치{DISTANCE MEASURING DEVICE USING ULTRASONIC SIGNAL}
본 개시는 거리 측정 장치에 관한 것으로 구체적으로, 초음파와 레이저를 이용하여 거리 측정을 수행하고, 골프장 그린 위에서 사용되는 거리 측정 장치에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
레이저 거리 측정기(Laser Range Finder)는 표적을 향해 레이저를 발사한 뒤 반사되어 되돌아오는 레이저를 검출하여 정확한 거리를 측정하는 장비이다. 레이저거리측정기는 레이저를 발생하는 장치(Transmitter)와 표적에서 반사되어 되돌아온 레이저를 감지하는 광검출기(detector), 그리고 시간계산을 위한 계수기(counter) 등으로 구성된다. 거리측정은 측정기의 조준선과 레이저 광축을 일치시키고 지향성이 우수한 레이저를 발사한 뒤, 이 레이저가 표적으로부터 반사되어 돌아온 시간을 측정하여 거리를 계산하는 방식이다. 종래의 레이저 거리측정기는 레이저로만 활용한 방식이기 때문에, 햇빛에 많은 영향을 받는 야외에서는 사용하기 어렵다. 특히, 골프장과 같이 그림자 없고, 햇빛에 의한 조도 변화가 많은 곳에서는 거리 측정이 불가능한 문제가 있다.
1.한국등록특허 제10-2261686호 (2021.06.01) 2.한국등록특허 제10-1873824호 (2018.06.27)
실시예에 따른 초음파 신호를 이용한 레이저 거리 측정 장치는 초음파센서에서 송출되는 신호와 반사되는 신호의 시간차를 레이저 거리 측정 방식으로 산출하여, 초음파 센서를 통해 야외에서 거리를 측정할 수 있도록 한다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 골프장 그린 위에서 사용되며, 그린 위 퍼팅 지점에서 홀까지의 거리를 정밀하게 측정한다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 거리 측정 목표물을 조준하는 레이저 포인터; 레이저 포인터에 초음파를 송출하고, 송출된 초음파가 목표물에 도달한 후 돌아오는 에코신호를 수집하여, 송출된 신호와 에코신호 간 시간차를 통해 목표물까지의 거리를 산출하는 초음파 센서; 를 포함한다.
또한, 실시예에 따른 거리 측정 장치는 목표물의 높이를 측정하는 위치센서; 및 경사로의 경사도를 측정하는 수평계; 를 더 포함하고, 위치센서에서 측정된 높이 정보를 이용하여 피타고라스 정리를 통해 목표물까지의 거리를 산출할 수 있다.
바람직하게, 초음파 센서; 는 일정한 시간의 간격을 둔 초음파 펄스를 방사하는 송신모듈; 초음파 펄스의 반사 신호인 에코 신호를 수신하는 수신모듈; 및 초음파 펄스와 에코 신호의 시간차를 산출하여 산출된 시간차에 음속을 곱하여 목표물까지의 거리를 산출하는 거리산출모듈; 을 포함한다.
실시예에서 레이저 포인터는 레이저 빔을 목표물에 송출하고, 레이저 빔이 물체에 의해 반사되는 삼각측정법을 통해 목표물까지의 거리를 측정할 수 있다.
실시예에서 초음파 센서; 는 레이저 포인터를 이용한 삼각측정법으로 측정한 거리와 초음파 펄스 송출을 이용해 측정한 거리의 차이를 계산하여, 거리 측정 정확도를 산출하는 정확도 산출 모듈; 을 더 포함한다.
바람직하게 거리산출모듈; 은 주변 온도에 따라 음속을 보정하고, 보정된 음속을 거리 산출에 이용한다.
이상에서와 같은 초음파 거리측정기는 골프장 그린에서 사용 가능하고, 골프 경기 중 퍼팅 시 정확한 거리측정으로 인해 개인의 타수(점수)를 줄이는 데 도움을 줄 수 있다. 또한, 소형화 경량화 된 사이즈로 사용 편의성을 향상시키고, 초음파센서와 레이저 방식을 결합하여 이용함으로써, 햇빛이 강한 야외에서도 거리측정을 정확하게 수행할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 실시예에 따른 거리 측정 장치의 구성을 나타낸 도면
도 2는 실시예에 따른 위치센서에 의한 목표물까지의 거리 측정과정을 설명하기 위한 도면
도 3은 실시예에 따른 거리 측정장치의 하드웨어를 나타낸 도면
도 4는 실시예에 따른 초음파 센서의 데이터 처리 구성을 나타낸 도면
도 5는 실시예에 따른 초음파 센서의 송수신 신호 파형을 나타낸 도면
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 실시예에 따른 거리 측정 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 거리 측정 장치는 레이저 포인터(100), 초음파 센서(200), 위치센서(300) 및 수평계(400)를 포함하여 구성될 수 있다. 레이저 포인터(100)는 거리 측정 목표물을 조준한다. 초음파 센서(200)은 레이저 포인터에 초음파를 송출하고, 송출된 초음파가 목표물에 도달한 후 돌아오는 에코신호를 수집하여, 송출된 신호와 에코신호 간 시간차를 통해 목표물까지의 거리를 산출한다. 또한, 실시예에서는 위치센서(300)로 목표물까지의 높이를 측정하거나 예측하여 획득한 높이 데이터를 이용해 현재위에서 목표물까지의 거리를 측정할 수 있다. 수평계(400)은 경사로의 경사도를 측정하여, 사용자가 골프장 그린위의 경사도를 파악할 수 있도록 하여 더욱 정확한 퍼팅이 가능하도록 한다.
도 2는 실시예에 따른 위치센서에 의한 목표물까지의 거리 측정과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 위치센서(300)는 현재위치가 A지점이고, 목표물이 B 지점에 있는 경우 목표물까지의 수직거리인 높이에 해당되는 A와C사이의 거리를 측정하고, C지점에서 목표물까지의 수평거리인 B와 C 사이의 거리를 측정하여 피타고라스 정리(AC2+BC2=AB2)를 이용해, 현재 위치와 목표물까지의 거리인 A와 B사이의 거리를 산출한다.
도 3은 실시예에 따른 거리 측정장치의 하드웨어를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 실시예에 따른 거리 측정 장치는 햇빛에 방해를 받지 않는 레이저 포인터를 활용하여 목표물을 조준하고, 초음파센서에서 송출되는 신호를 목표물에 전달하고, 반사파가 돌아오는 시간차를 측정하는 방식으로 거리를 산출한다. 실시예에서는 초음파센서의 송신부(Trig)에서 일정한 시간의 간격을 둔 짧은, 초음파 펄스를 방사하고, 대상물에 부딪혀 돌아온 에코 신호를 수신부(Echo)에서 받아, 이에 대한 시간차를 기반으로 거리를 산출할 수 있다.
도 4은 실시예에 따른 초음파 센서의 데이터 처리 구성을 나타낸 도면이고, 도 5는 실시예에 따른 초음파 센서의 송수신 신호 파형을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 실시예에 따른 초음파 센서(200)는 송신부에 해당하는 송신모듈(210), 수신부에 해당하는 수신모듈(220), 거리산출 모듈(230) 및 정확도 산출모듈(240)을 포함하여 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 '모듈' 이라는 용어는 용어가 사용된 문맥에 따라서, 소프트웨어, 하드웨어 또는 그 조합을 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, 소프트웨어는 기계어, 펌웨어(firmware), 임베디드코드(embedded code), 및 애플리케이션 소프트웨어일 수 있다. 또 다른 예로, 하드웨어는 회로, 프로세서, 컴퓨터, 집적 회로, 집적 회로 코어, 센서, 멤스(MEMS; Micro-Electro-Mechanical System), 수동 디바이스, 또는 그 조합일 수 있다.
도 5를 참조하면, 송신모듈(210)은 일정한 시간의 간격을 둔 짧은, 초음파 펄스를 방사한다. 수신모듈(220)은 초음파 펄스의 반사 신호인 에코 신호를 수신한다.
거리산출모듈(230)은 초음파 펄스와 에코 신호의 시간차를 산출하여 산출된 시간차에 음속을 곱하여 목표물까지의 거리를 산출한다. 실시예에서 따른 거리산출 모듈(230)은 목표물까지의 거리 산출을 위해 수학식 1을 이용한다.
수학식 1:
Figure pat00001
(t: 신호가 되돌아 올때까지 걸리는 시간(s), Vs: 음속 340m/s, L: 목표물과의 거리)
실시예에서 거리산출모듈(230)은 주변 온도에 따라 음속을 보정하고, 보정된 음속을 거리 산출에 이용한다. 소리는 일종의 파동이기 때문에 공기분자가 활발히 움직이면, 즉 온도가 높을 수록 음속이 빨라진다. 실시예에서 거리산출모듈(230)은 음속 340m/s을 수학식 2를 통해 산출한 음속으로 보정하고, 이를 거리 산출에 이용한다.
수학식 2: v=331+0.6t (v는 음속(m/s), t는 섭씨 온도(℃
또한, 실시예에서 레이저 포인터는 레이저 빔을 목표물에 송출하고, 레이저 빔이 물체에 의해 반사되는 삼각측정법을 통해 목표물까지의 거리를 측정할 수 있다. 삼각측정법은 어떤 한 점의 좌표와 거리를 삼각형의 성질을 이용한 삼각함수를 통해 알아내는 방법이다. 그 점과 두 기준점이 주어졌으면, 그 점과 두 기준점이 이루는 삼각형에서 밑변과 다른 두 변이 이루는 각을 각각 측정하고, 그 변의 길이를 측정한 뒤, 사인 법칙 등을 이용하여 일련의 계산을 수행함으로써, 그 점에 대해 좌표와 거리를 알아내는 방법이다. 삼각측정법은 장거리 측정에 알맞은 측량법이므로, 실시예에서는 목표물까지의 거리가 설정된 조준거리를 초과하는 경우 레이저 포인터를 이용한 삼각 측량법을 통해 거리 측정을 수행할 수 있도록 한다. 또한, 실시예에서는 초음파 센서를 통해 산출한 거리를 확인하기 위해 레이저 포인터에서 거리 측정을 수행할 수 있다.
예컨대, 초음파 센서의 정확도 산출 모듈(240)은 레이저 포인터를 이용한 삼각측정법으로 측정한 거리와 초음파 펄스 송출을 이용해 측정한 거리의 차이를 계산하여, 거리 측정 정확도를 산출한다. 정확도 산출 모듈(240)은 레이저 포인터를 이용하여 측정한 거리에 대한 초음파 센서를 이용하여 측정한 거리의 비율 등으로 거리 측정 정확도를 산출할 수 있고, 산출된 거리 측정 정확도가 일정 수준 미만인 경우, 이를 출력하고 거리측정을 다시 수행하도록 한다. 예컨대, 거리 산출 모듈(230)은 거리측정 정확도가 일정수준 미만인 경우, 초음파 센서로 펄스파를 송신, 수신하는 과정을 반복하여 그 이동 시간을 다시 측정하여 타겟까지의 거리를 산출할 수 있다.
실시예에서는 레이저 포인터를 이용한 삼각측정법으로 측정한 거리와 초음파 펄스 송출을 이용해 측정한 거리를 비교하여 거리측정 정확도를 산출할 수 있고, 초음파 센서를 통해 거리를 반복 측정하여 이전 측정 거리와 이후 측정 거리를 비교하여 거리측정 정확도를 산출할 수도 있다. 실시예에서는 초음파 센서를 이용해 이전 측정 거리와 이후 측정 거리를 비교하여 거리측정 정확도를 산출한 경우에도, 산출된 거리측정 정확도가 일정수준 미만인 경우에는, 초음파 센서로 펄스파 송수신 과정을 반복하여 목표물까지의 거리를 다시 측정할 수 있다.
실시예에 따른 초음파 신호를 이용한 레이저 거리 측정 장치는 초음파센서에서 송출되는 신호와 반사되는 신호의 시간차를 레이저 거리 측정 방식으로 산출하여, 초음파 센서를 통해 야외에서 거리를 측정할 수 있도록 한다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 골프장 그린 위에서 사용되며, 그린 위 퍼팅 지점에서 홀까지의 거리를 정밀하게 측정한다. 실시예에 따른 거리측정기는 골프장 그린에서 사용 가능하고, 골프 경기 중 퍼팅 시 정확한 거리측정으로 인해 개인의 타수(점수)를 줄이는 데 도움을 줄 수 있다. 또한, 소형화 경량화 된 사이즈로 사용 편의성을 향상시키고, 초음파센서와 레이저 방식을 결합하여 이용함으로써, 햇빛이 강한 야외에서도 거리측정을 정확하게 수행할 수 있다.
개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다.

Claims (6)

  1. 거리 측정 장치에 있어서,
    거리 측정 목표물을 조준하는 레이저 포인터;
    상기 레이저 포인터에 초음파를 송출하고, 송출된 초음파가 목표물에 도달한 후 돌아오는 에코신호를 수집하여, 송출된 신호와 에코신호 간 시간차를 통해 목표물까지의 거리를 산출하는 초음파 센서; 포함하는 거리 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 거리 측정 장치는
    목표물의 높이를 측정하는 위치센서; 및
    경사로의 경사도를 측정하는 수평계; 를 더 포함하고,
    상기 위치센서에서 측정된 높이 정보를 이용하여 피타고라스 정리를 통해 목표물까지의 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 초음파 센서; 는
    일정한 시간의 간격을 둔 초음파 펄스를 방사하는 송신모듈;
    상기 초음파 펄스의 반사 신호인 에코 신호를 수신하는 수신모듈; 및
    상기 초음파 펄스와 에코 신호의 시간차를 산출하여 산출된 시간차에 음속을 곱하여 목표물까지의 거리를 산출하는 거리산출모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 레이저 포인터는
    레이저 빔을 목표물에 송출하고, 레이저 빔이 물체에 의해 반사되는 삼각측정법을 통해 목표물까지의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 초음파 센서; 는
    레이저 포인터를 이용한 삼각측정법으로 측정한 거리와 초음파 펄스 송출을 이용해 측정한 거리의 차이를 계산하여, 거리 측정 정확도를 산출하는 정확도 산출 모듈; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 거리산출모듈; 은
    주변 온도에 따라 음속을 보정하고, 보정된 음속을 거리 산출에 이용하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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