KR101539556B1 - Apparatus for measuring distance using dual frequency laser - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고주파 레이저와 저주파 레이저를 사용하여 보다 정밀하게 거리를 측정하는 장치에 관한 것으로, 기준주파수로부터 고주파신호와 저주파신호와 주파수변환신호와 샘플링주파수신호를 생성하는 주파수신호생성부와, 고주파신호에 의한 고주파레이저빔과 저주파신호에 의한 저주파레이저빔을 교번하여 방사하는 레이저빔 발광부와, 측정대상으로부터 반사된 수신고주파레이저빔과 수신저주파레이저빔을 순차적으로 수신하여 고주파수신신호와 저주파수신신호를 출력하는 레이저빔 수광부와, 고주파수신신호와 저주파수신신호에서 위상잡음성분을 제거하는 잡음성분제거부와, 잡음성분제거부의 출력 중 고주파수신신호에 대해 주파수변환신호를 사용하는 주파수 가감 연산을 수행하여 다운주파수신호를 출력하는 주파수변환부와, 주파수변환부의 출력 중 다운주파수신호에서 고주파성분을 제거하는 저주파필터와, 저주파필터의 출력 중 다운주파수신호를 샘플링주파수신호로 샘플링하여 제1디지털신호로 변환하고, 저주파필터의 출력 중 저주파수신신호를 샘플링주파수신호로 샘플링하여 제2디지털신호로 변환하는 아날로그디지털변환부와, 제2디지털신호의 제2위상과 기준위상 간의 차이로부터 제1거리 값을 산출하고, 제1디지털신호의 제1위상과 기준위상 간의 차이로부터 제2거리 값을 산출하는 거리 산출부를 포함하여 구성되는 것이 특징인 발명이다.The present invention relates to an apparatus for measuring a distance more precisely by using a high frequency laser and a low frequency laser and includes a frequency signal generating unit for generating a high frequency signal, a low frequency signal, a frequency conversion signal and a sampling frequency signal from a reference frequency, Frequency laser beam and a low-frequency laser beam by alternately receiving the high-frequency laser beam and the low-frequency laser beam reflected by the object to be measured, A noise component removing unit that removes a phase noise component from the high frequency reception signal and the low frequency reception signal; and a frequency adding / subtracting unit that performs a frequency addition / subtraction operation using a frequency conversion signal for the high frequency reception signal, And outputs a down frequency signal; A low frequency filter which removes a high frequency component from a down frequency signal of an output of the variable section; and a low frequency filter which samples the down frequency signal of the output of the low frequency filter as a sampling frequency signal and converts the low frequency signal into a first digital signal, An analog-to-digital converter for sampling the input signal with a sampling frequency signal and converting the sampled signal into a second digital signal; and a controller for calculating a first distance value from a difference between a second phase and a reference phase of the second digital signal, And a distance calculating section for calculating a second distance value from the difference between the reference phases.

Description

듀얼 주파수 레이저를 이용한 거리 측정장치{Apparatus for measuring distance using dual frequency laser}[0001] The present invention relates to a distance measuring apparatus using a dual frequency laser,

본 발명은 레이저를 이용한 거리 측정장치에 관한 것으로, 특히 고주파 레이저와 저주파 레이저를 사용하여 보다 정밀하게 거리를 측정하는 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distance measuring apparatus using a laser, and more particularly to an apparatus for measuring a distance more precisely by using a high frequency laser and a low frequency laser.

일반적으로 거리 측정장치는 빔을 측정대상으로 방사한 후 그 측정대상으로부터 반사된 빔의 시간지연으로부터 거리를 계산하게 된다.Generally, a distance measuring apparatus radiates a beam to a measurement object, and then calculates a distance from a time delay of the reflected beam from the measurement object.

이러한 거리 측정에서는 기준신호의 위상과 저주파수 측정신호의 위상의 차이가 측정대상과의 거리를 계산하는 파라미터가 되는데, 저주파수 측정신호를 사용함에 따라 거리 측정의 정확도가 떨어지는 문제가 있다.In this distance measurement, the difference between the phase of the reference signal and the phase of the low frequency measurement signal is a parameter for calculating the distance from the measurement object. However, there is a problem that the accuracy of the distance measurement is deteriorated by using the low frequency measurement signal.

그에 따라, 정확한 거리 측정을 위해 고주파수 측정신호를 사용하게 되는데, 그 경우에는 고주파수 측정신호의 신호처리를 위한 논리적 구성이 복잡해지는 것은 물론 장치의 제작 비용이 비싸지게 되는 문제가 있다.Accordingly, a high-frequency measurement signal is used for precise distance measurement. In this case, a logical configuration for signal processing of the high-frequency measurement signal becomes complicated, and the manufacturing cost of the device becomes expensive.

결국 종래 기술에서는 정확한 거리 측정과 장치의 복잡도 및 저비용에 대한 적절한 타협이 요구되고 있다.As a result, the prior art requires accurate comparisons for accurate distance measurements, device complexity and low cost.

본 발명의 목적은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 특히 정확한 거리 측정을 위해 고주파수 측정신호를 사용하되 그 고주파수 측정신호를 저주파화하여 신호처리를 수행하는 듀얼 주파수 레이저를 이용한 거리 측정장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a distance measuring apparatus using a dual frequency laser for performing signal processing by using a high frequency measuring signal for low frequency and a high frequency measuring signal for accurate distance measurement I have to.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 듀얼 주파수 레이저를 이용한 거리 측정장치의 특징은, 기준주파수로부터 고주파신호와 저주파신호와 주파수변환신호와 샘플링주파수신호를 생성하는 주파수신호생성부와, 상기 고주파신호에 의한 고주파레이저빔과 상기 저주파신호에 의한 저주파레이저빔을 교번하여 방사하는 레이저빔 발광부와, 측정대상으로부터 반사된 수신고주파레이저빔과 수신저주파레이저빔을 순차적으로 수신하여 고주파수신신호와 저주파수신신호를 출력하는 레이저빔 수광부와, 상기 고주파수신신호와 상기 저주파수신신호에서 위상잡음성분을 제거하는 잡음성분제거부와, 상기 잡음성분제거부의 출력 중 상기 고주파수신신호에 대해 상기 주파수변환신호를 사용하는 주파수 가감 연산을 수행하여 다운주파수신호를 출력하는 주파수변환부와, 상기 주파수변환부의 출력 중 상기 다운주파수신호에서 고주파성분을 제거하는 저주파필터와, 상기 저주파필터의 출력 중 상기 다운주파수신호를 상기 샘플링주파수신호로 샘플링하여 제1디지털신호로 변환하고, 상기 저주파필터의 출력 중 상기 저주파수신신호를 상기 샘플링주파수신호로 샘플링하여 제2디지털신호로 변환하는 아날로그디지털변환부와, 상기 제2디지털신호의 제2위상과 기준위상 간의 차이로부터 제1거리 값을 산출하고, 상기 제1디지털신호의 제1위상과 기준위상 간의 차이로부터 제2거리 값을 산출하는 거리 산출부를 포함하여 구성될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a distance measuring apparatus using a dual frequency laser, comprising: a frequency signal generator for generating a high frequency signal, a low frequency signal, a frequency conversion signal and a sampling frequency signal from a reference frequency; Frequency laser beam and a low-frequency laser beam alternately in response to the low-frequency signal, and a high-frequency laser beam and a low-frequency laser beam sequentially reflected from the measurement object, A noise component removing unit configured to remove a phase noise component in the high frequency reception signal and the low frequency reception signal; To perform a frequency addition / subtraction operation using the frequency A low frequency filter for removing a high frequency component from the down frequency signal among the outputs of the frequency conversion unit; and a second digital filter for sampling the down frequency signal of the low frequency filter with the sampling frequency signal, An analog-to-digital converter for sampling the low-frequency reception signal of the output of the low-pass filter as the sampling frequency signal and converting the low-frequency reception signal into a second digital signal; And a distance calculating unit for calculating a first distance value and calculating a second distance value from a difference between the first phase and the reference phase of the first digital signal.

바람직하게, 상기 기준주파수를 생성하는 주파수생성부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a frequency generator for generating the reference frequency.

바람직하게, 상기 거리 산출부는 상기 제2디지털신호로부터 산출되는 상기 제1거리 값을 상기 측정대상까지의 근사거리로 판정하고, 상기 제1디지털신호로부터 산출되는 상기 제2거리 값을 상기 측정대상까지의 확정거리로 판정할 수 있다.Preferably, the distance calculating unit may determine the first distance value calculated from the second digital signal to be an approximate distance to the measurement target, and calculate the second distance value calculated from the first digital signal to the measurement target As shown in Fig.

바람직하게, 상기 레이저빔 발광부는 상기 고주파레이저빔과 상기 저주파레이저빔을 교번하여 생성하는 레이저드라이버와, 상기 레이저드라이버에서 생성된 상기 고주파레이저빔과 상기 저주파레이저빔을 상기 측정대상의 방향으로 방사하는 제1레이저다이오드와, 상기 제1레이저다이오드의 방사 타이밍에 동기되어 상기 고주파레이저빔과 상기 저주파레이저빔을 상기 레이저빔 수광부로 방사하는 제2레이저다이오드를 구비할 수 있다.Preferably, the laser beam emitting unit includes a laser driver for alternately generating the high-frequency laser beam and the low-frequency laser beam, and a controller for radiating the high-frequency laser beam and the low-frequency laser beam, And a second laser diode for radiating the high frequency laser beam and the low frequency laser beam to the laser beam receiving portion in synchronization with the radiation timing of the first laser diode.

보다 바람직하게, 상기 레이저빔 수광부는 상기 수신고주파레이저빔과 상기 수신저주파레이저빔을 순차적으로 수신함과 동시에 상기 제2레이저다이오드에서 방사된 상기 고주파레이저빔과 상기 저주파레이저빔을 순차적으로 더 수신할 수 있다. More preferably, the laser beam receiving unit sequentially receives the reception high-frequency laser beam and the reception low-frequency laser beam, and sequentially receives the high-frequency laser beam and the low-frequency laser beam emitted from the second laser diode have.

보다 바람직하게, 상기 잡음성분제거부는 상기 제2레이저다이오드에서 상기 레이저빔 수광부로 수신되는 상기 고주파레이저빔에 의해 생성되는 고주파신호를 사용하여 상기 고주파수신신호에서 위상잡음성분을 제거하고, 상기 제2레이저다이오드에서 상기 레이저빔 수광부로 수신되는 상기 저주파레이저빔에 의해 생성되는 저주파신호를 사용하여 상기 저주파수신신호에서 위상잡음성분을 제거할 수 있다.More preferably, the noise component removing unit removes a phase noise component from the high-frequency received signal by using a high-frequency signal generated by the high-frequency laser beam received by the laser beam receiving unit in the second laser diode, A phase noise component may be removed from the low frequency reception signal by using a low frequency signal generated by the low frequency laser beam received by the laser beam receiving section in the laser diode.

바람직하게, 상기 주파수변환부의 출력에 대한 이득을 가감하여 출력하는 이득제어부를 더 구비할 수 있다.The apparatus may further include a gain controller for adding and outputting a gain for the output of the frequency converter.

본 발명에 따르면, 고주파수 측정신호를 사용하되 그 고주파수 측정신호를 저주파화하여 신호처리를 수행하기 때문에, 장치의 논리적 구성의 복잡도나 제작 비용의 상승 없이 정확한 거리 측정이 가능해 지는 장점이 있다.According to the present invention, since the high frequency measurement signal is used and the signal processing is performed by converting the high frequency measurement signal into a low frequency signal, it is possible to accurately measure the distance without increasing the complexity of the logical configuration of the device and the manufacturing cost.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 듀얼 주파수 레이저를 이용한 거리 측정장치의 구성을 나타낸 블록다이어그램이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 듀얼 주파수 레이저를 이용한 거리 측정장치의 구성을 나타낸 다이어그램이다.1 is a block diagram illustrating a configuration of a distance measuring apparatus using a dual frequency laser according to an embodiment of the present invention,
2 is a diagram illustrating a configuration of a distance measuring apparatus using a dual frequency laser according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a configuration and an operation of an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, and the configuration and operation of the present invention shown in and described by the drawings will be described as at least one embodiment, The technical idea of the present invention and its essential structure and action are not limited.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 듀얼 주파수 레이저를 이용한 거리 측정장치의 바람직한 실시 예를 자세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a distance measuring apparatus using a dual frequency laser according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 듀얼 주파수 레이저를 이용한 거리 측정장치의 구성을 나타낸 블록다이어그램이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 듀얼 주파수 레이저를 이용한 거리 측정장치의 구성을 나타낸 다이어그램이다.FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a distance measuring apparatus using a dual frequency laser according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a distance measuring apparatus using a dual frequency laser according to another embodiment of the present invention. It is a diagram.

도 1을 참조하면, 본 발명의 장치는 주파수신호생성부(100), 레이저빔 발광부(200), 레이저빔 수광부(300), 잡음성분제거부(400), 주파수변환부(500), 저주파필터(600), 아날로그디지털변환부(700), 그리고 거리 산출부(800)로 구성된다.1, the apparatus includes a frequency signal generating unit 100, a laser beam emitting unit 200, a laser beam receiving unit 300, a noise component removing unit 400, a frequency converting unit 500, A filter 600, an analog-to-digital converter 700, and a distance calculator 800.

주파수신호생성부(100)는 기준주파수를 생성하는 주파수생성부(110)를 구비하며, 주파수생성부(110)에서 생성되는 기준주파수로부터 고주파신호와 저주파신호와 주파수변환신호와 샘플링주파수신호를 생성한다. 일 예로, 기준주파수는 160㎒, 고주파신호는 76㎒, 저주파신호는 2㎒, 주파수변환신호는 74㎒, 그리고 샘플링주파수신호는 8㎒일 수 있다. 기준주파수를 생성하는 주파수생성부(110)는 열안정 제너레이터일 수 있다.The frequency signal generation unit 100 includes a frequency generation unit 110 for generating a reference frequency and generates a high frequency signal, a low frequency signal, a frequency conversion signal, and a sampling frequency signal from a reference frequency generated by the frequency generation unit 110 do. For example, the reference frequency may be 160 MHz, the high frequency signal 76 MHz, the low frequency signal 2 MHz, the frequency conversion signal 74 MHz, and the sampling frequency signal 8 MHz. The frequency generating unit 110 for generating the reference frequency may be a thermal stability generator.

레이저빔 발광부(200)는 주파수신호생성부(100)에서 생성된 고주파신호에 의한 고주파레이저빔과 저주파신호에 의한 저주파레이저빔을 교번하여 방사한다.The laser beam emitting unit 200 alternately emits a high frequency laser beam generated by the high frequency signal generated by the frequency signal generating unit 100 and a low frequency laser beam generated by the low frequency signal.

다음의 수학식 1은 주파수신호생성부(100)에서 생성된 고주파신호(Uc1)와 저주파신호(Uc2)를 나타낸 것이다.The following Equation 1 shows the high frequency signal Uc1 and the low frequency signal Uc2 generated by the frequency signal generating unit 100. [

Figure 112014004866003-pat00001
Figure 112014004866003-pat00001

Figure 112014004866003-pat00002
Figure 112014004866003-pat00002

일 예로, 수학식 1의 f1은 76㎒이고, f2는 2㎒일 수 있다.For example, f 1 in equation (1) may be 76 MHz and f 2 may be 2 MHz.

레이저빔 발광부(200)는 레이저드라이버(210)를 구비하며, 그 레이저드라이버(210)가 주파수신호생성부(100)에서 생성된 고주파신호를 사용하여 고주파레이저빔를 생성하고, 주파수신호생성부(100)에서 생성된 저주파신호를 사용하여 저주파레이저빔을 생성한다. 레이저드라이버(210)는 생성된 고주파레이저빔과 저주파레이저빔을 교번하여 생성할 수 있다.The laser beam emitting unit 200 includes a laser driver 210. The laser driver 210 generates a high frequency laser beam using the high frequency signal generated by the frequency signal generating unit 100, 100 generates a low-frequency laser beam using the low-frequency signal. The laser driver 210 can alternately generate the generated high frequency laser beam and the low frequency laser beam.

레이저빔 발광부(200)는 제1 및 2 레이저다이오드(220,230)를 구비한다.The laser beam emitting unit 200 includes first and second laser diodes 220 and 230.

제1레이저다이오드(220)는 레이저드라이버(210)에서 생성된 고주파레이저빔과 저주파레이저빔을 측정대상의 방향으로 교번하여 방사한다.The first laser diode 220 alternately emits the high frequency laser beam and the low frequency laser beam generated by the laser driver 210 in the direction of the measurement object.

제2레이저다이오드(230)는 레이저드라이버(210)에서 생성된 고주파레이저빔과 저주파레이저빔을 레이저빔 수광부(300)로 방사한다. 제2레이저다이오드(230)는 제1레이저다이오드(220)의 방사 타이밍에 동기되어 레이저빔을 방사한다. 제2레이저다이오드(230)로부터 방사된 고주파레이저빔과 저주파레이저빔은 레이저빔 수신단에서 잡음성분을 제거하는데 사용될 수 있다. The second laser diode 230 emits the high frequency laser beam and the low frequency laser beam generated by the laser driver 210 to the laser beam receiving portion 300. The second laser diode 230 emits a laser beam in synchronization with the radiation timing of the first laser diode 220. The high frequency laser beam and the low frequency laser beam emitted from the second laser diode 230 can be used to remove noise components at the laser beam receiving end.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 주파수신호생성부(100)에서 출력되는 고주파신호와 저주파신호를 스위칭하여 레이저드라이버(210)로 출력하는 스위치(120)를 더 구비할 수 있으며, 그 스위치(120)는 주파수신호생성부(100)에서 출력되는 고주파신호가 전달되는 신호라인과 저주파신호가 전달되는 신호라인 간의 스위칭을 실시한다.According to an embodiment of the present invention, the apparatus may further include a switch 120 for switching the high frequency signal and the low frequency signal output from the frequency signal generator 100 and outputting the switched signal to the laser driver 210. Performs switching between a signal line to which the high-frequency signal output from the frequency signal generating unit 100 is transmitted and a signal line to which the low-frequency signal is transmitted.

레이저빔 수광부(300)는 제1레이저다이오드(220)에서 방사되어 측정대상으로부터 반사된 수신고주파레이저빔과 수신저주파레이저빔을 순차적으로 수신하여 고주파수신신호와 저주파수신신호를 출력한다. 동시에, 레이저빔 수광부(300)는 제2레이저다이오드(230)에서 방사된 고주파레이저빔과 저주파레이저빔을 순차적으로 더 수신할 수 있다. 일 예로, 레이저 수광부(300)는 핀 다이오드일 수 있다.The laser beam receiving unit 300 sequentially receives the reception high frequency laser beam and the reception low frequency laser beam reflected from the measurement object by being radiated from the first laser diode 220 and outputs a high frequency reception signal and a low frequency reception signal. At the same time, the laser beam receiving section 300 can sequentially receive the high frequency laser beam and the low frequency laser beam radiated from the second laser diode 230. In one example, the laser light receiving section 300 may be a pin diode.

고주파수신신호(Uc1)와 저주파수신신호(Uc2)는 다음의 수학식 2와 같다.The high frequency reception signal Uc1 and the low frequency reception signal Uc2 are expressed by the following Equation 2.

Figure 112014004866003-pat00003
Figure 112014004866003-pat00003

Figure 112014004866003-pat00004
Figure 112014004866003-pat00004

상기한 수학식 2에서

Figure 112014004866003-pat00005
은 고주파에서 거리에 따른 위상차이고
Figure 112014004866003-pat00006
는 저주파에서 거리에 따른 위상차이다. 또한
Figure 112014004866003-pat00007
는 장치 내부의 회로 및 환경적인 요인으로 인한 위상 변화를 나타낸다.In Equation (2)
Figure 112014004866003-pat00005
Is the phase difference along the distance at the high frequency
Figure 112014004866003-pat00006
Is the phase difference along the distance from the low frequency. Also
Figure 112014004866003-pat00007
Represents a phase change due to internal circuitry and environmental factors.

잡음성분제거부(400)는 레이저빔 수광부(300)에서 출력되는 고주파수신신호와 저주파수신신호에서 위상잡음성분을 제거한다. 잡음성분제거부(400)는 제2레이저다이오드(230)에서 방사되어 레이저빔 수광부(300)로 수신된 고주파레이저빔과 저주파레이저빔의 의한 고주파신호와 저주파신호를 위상잡음성분을 제거하는데 사용될 수 있다.The noise component removing unit 400 removes a phase noise component from the high frequency reception signal and the low frequency reception signal output from the laser beam receiving unit 300. The noise component removing unit 400 may be used to remove a phase noise component of a high frequency signal and a low frequency signal generated by the high frequency laser beam and the low frequency laser beam radiated from the second laser diode 230 and received by the laser beam receiving unit 300 have.

이와 같이, 잡음성분제거부(400)의 위상잡음성분의 제거 원리는 고주파수신신호 및 저주파수신신호와 동일한 값의 신호를 제2레이저다이오드(230)에서 방사된 고주파레이저빔과 저주파레이저빔으로부터 생성하여 잡음성분을 제거하는 것이다.As described above, the principle of removing the phase noise component of the noise component removing unit 400 is such that a signal having the same value as the high frequency reception signal and the low frequency reception signal is generated from the high frequency laser beam and the low frequency laser beam emitted from the second laser diode 230 To remove noise components.

Figure 112014004866003-pat00008
Figure 112014004866003-pat00008

Figure 112014004866003-pat00009
Figure 112014004866003-pat00009

상기한 수학식 3은 잡음성분제거부(400)의 출력을 나타낸 것이다.The above Equation (3) shows the output of the noise component removing unit 400.

주파수변환부(500)는 잡음성분제거부(400)의 출력에서 고주파신호 부분을 저주파화하여 출력한다. 즉, 주파수변환부(500)는 잡음성분제거부(400)의 출력 중 고주파수신신호에 대해 주파수신호생성부(100)에서 출력된 주파수변환신호(f3)를 사용하여 주파수 가감 연산을 수행한다. 그로 인해 고주파신호 부분에 대해서만 주파수가 하향 처리된 다운주파수신호를 출력한다.The frequency converter 500 lowers the high frequency signal portion at the output of the noise component removing unit 400 and outputs the low frequency signal. That is, the frequency converter 500 performs the frequency addition / subtraction operation using the frequency conversion signal f 3 output from the frequency signal generator 100 with respect to the high frequency received signal among the outputs of the noise component removing unit 400 . Thereby outputting a down-frequency signal whose frequency is down-processed only for the high-frequency signal portion.

한편, 본 발명의 일 실시 예에서는 주파수변환부(500)의 출력에 대한 이득(C)을 가감하여 출력하는 이득제어부(510)를 더 구비할 수 있다.Meanwhile, in an embodiment of the present invention, the apparatus may further include a gain controller 510 for adding and outputting a gain C to an output of the frequency converter 500.

고주파수신신호에 대해 주파수 하향 처리된 출력 이후 다운주파수신호와 저주파수신신호에 대해 이득 제어된 출력은 다음의 수학식 4일 수 있다.The frequency-down-processed output of the high-frequency received signal and the gain-controlled output of the down-frequency signal and the low-frequency received signal may be expressed by Equation (4).

Figure 112014004866003-pat00010
Figure 112014004866003-pat00010

Figure 112014004866003-pat00011
Figure 112014004866003-pat00011

상기한 수학식 4에서 f1-f3는 f2와 동일한 주파수일 수 있다.In Equation (4), f 1 -f 3 may be the same frequency as f 2 .

저주파필터(600)는 주파수변환부(500)의 출력 중 다운주파수신호에서 고주파성분을 제거한다.The low frequency filter 600 removes the high frequency component from the down frequency signal of the output of the frequency converter 500.

저주파필터(600)의 출력은 다음의 수학식 5일 수 있다.The output of the low-pass filter 600 may be expressed by the following equation (5).

Figure 112014004866003-pat00012
Figure 112014004866003-pat00012

Figure 112014004866003-pat00013
Figure 112014004866003-pat00013

아날로그디지털변환부(700)은 저주파필터(600)의 출력 중 다운주파수신호를 주파수신호생성부(100)에서 출력된 샘플링주파수신호로 샘플링하여 제1디지털신호로 변환하고, 저주파필터(600)의 출력 중 저주파수신신호를 그 샘플링주파수신호로 샘플링하여 제2디지털신호로 변환하여 출력한다. 일 예로, 8㎒의 샘플링주파수신호를 사용하여 12비트 디지털신호로 변환할 수 있다.The analog-to-digital converter 700 samples the down-frequency signal among the outputs of the low-frequency filter 600 as a sampling frequency signal output from the frequency signal generator 100, converts the sampled frequency signal into a first digital signal, Sampling the low-frequency reception signal during the output with the sampling frequency signal, converting the low-frequency reception signal into a second digital signal, and outputting the second digital signal. As an example, a 12-bit digital signal can be converted using a sampling frequency signal of 8 MHz.

아날로그디지털변환부(700)의 출력은 다음의 수학식 6일 수 있다.The output of the analog-digital converter 700 may be expressed by Equation (6).

Figure 112014004866003-pat00014
Figure 112014004866003-pat00014

Figure 112014004866003-pat00015
Figure 112014004866003-pat00015

상기한 수학식 6에서

Figure 112014004866003-pat00016
는 샘플링 주기일 수 있다.In Equation (6)
Figure 112014004866003-pat00016
May be a sampling period.

거리 산출부(800는 제2디지털신호의 제2위상과 기준위상 간의 차이로부터 제1거리 값을 산출하고, 제1디지털신호의 제1위상과 기준위상 간의 차이로부터 제2거리 값을 산출한다.The distance calculating unit 800 calculates a first distance value from the difference between the second phase and the reference phase of the second digital signal and calculates a second distance value from the difference between the first phase and the reference phase of the first digital signal.

한편, 거리 산출부(800)는 제2디지털신호로부터 산출되는 제1거리 값을 측정대상까지의 근사거리로 판정하고, 제1디지털신호로부터 산출되는 제2거리 값을 측정대상까지의 확정거리로 판정할 수 있다. 여기서, 확정거리는 측정대상까지의 정확한 거리 값으로 정의될 수 있다.On the other hand, the distance calculating unit 800 determines the first distance value calculated from the second digital signal as an approximate distance to the measurement target, and determines the second distance value calculated from the first digital signal as the determined distance to the measurement target . Here, the determined distance may be defined as an accurate distance value to the measurement target.

Figure 112014004866003-pat00017
Figure 112014004866003-pat00017

Figure 112014004866003-pat00018
Figure 112014004866003-pat00018

상기한 수학식 7은 제1위상과 기준위상(

Figure 112014004866003-pat00019
)간의 차이 값과 제2위상과 기준위상 간의 차이 값을 나타낸 것이며, 수학식 8은 기준신호를 나타낸 것이다.Equation (7) can be expressed as Equation (7)
Figure 112014004866003-pat00019
), A difference value between the second phase and the reference phase, and Equation (8) represents the reference signal.

Figure 112014004866003-pat00020
Figure 112014004866003-pat00020

Figure 112014004866003-pat00021
Figure 112014004866003-pat00021

거리 산출부(800)는 아날로그디지털변환부(700)의 출력인 제1디지털신호와 제2디지털신호에 기준신호를 순차적으로 논리곱 연산하여 다음의 수학식 9와 같이 sin과 cos으로 표현되는 결과 값을 산출한다.The distance calculator 800 sequentially ANDs the reference signal with the first digital signal and the second digital signal output from the analog-to-digital converter 700, and outputs the result as expressed by sin and cos Lt; / RTI >

Figure 112014004866003-pat00022
Figure 112014004866003-pat00022

Figure 112014004866003-pat00023
Figure 112014004866003-pat00023

Figure 112014004866003-pat00024
Figure 112014004866003-pat00024

Figure 112014004866003-pat00025
Figure 112014004866003-pat00025

전술된 수학식 9 및 10의 값들을 sin과 cos 값으로 나누어 도 7에 도시된 위상 차를 다음 수학식 11의 역탄젠트(arctg)로 나타낼 수 있다.The phase difference shown in FIG. 7 can be expressed by the inverse tangent (arctg) of the following equation (11) by dividing the values of the above-mentioned expressions (9) and (10)

Figure 112014004866003-pat00026
Figure 112014004866003-pat00026

본 발명에서는 디지털신호와 기준신호와의 연산을 통해 산출된 값을 sin과 cos 값으로 나누어 tan 값으로 표현하기 때문에 신호의 진폭에 대한 값을 배제하여도 위상 차를 구할 수 있다.In the present invention, since the value calculated through the calculation of the digital signal and the reference signal is divided by the sin and cos values and represented by the tan value, the phase difference can be obtained even when the value for the amplitude of the signal is excluded.

거리 산출부(800)는 저주파로부터 생성되는 제2디지털신호로부터 측정대상까지의 근사한 거리 값을 산출하며, 고주파로부터 생성되는 제1디지털신호로부터 측정대상까지의 정확한 거리 값을 산출한다.The distance calculating unit 800 calculates an approximate distance value from the second digital signal generated from the low frequency to the measurement target and calculates an accurate distance value from the first digital signal generated from the high frequency to the measurement target.

상기한 거리 산출부(800)는 ARM 컨트롤러일 수 있다.The distance calculating unit 800 may be an ARM controller.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 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 embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention.

그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is therefore to be understood that the embodiments of the invention described herein are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, and the scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description, Should be interpreted as being included in.

100: 주파수신호생성부 200: 레이저빔 발광부
300: 레이저빔 수광부 400: 잡음성분제거부
500: 주파수변환부 600: 저주파필터
700: 아날로그디지털변환부 800: 거리 산출부100: frequency signal generating unit 200: laser beam emitting unit
300: laser beam receiving section 400: noise component removing section
500: frequency converter 600: low frequency filter
700: analog-to-digital conversion unit 800: distance calculation unit

Claims (7)

기준주파수로부터 고주파신호와 저주파신호와 주파수변환신호와 샘플링주파수신호를 생성하는 주파수신호생성부;
상기 고주파신호에 의한 고주파레이저빔과 상기 저주파신호에 의한 저주파레이저빔을 교번하여 방사하는 레이저빔 발광부;
측정대상으로부터 반사된 수신고주파레이저빔과 수신저주파레이저빔을 순차적으로 수신하여 고주파수신신호와 저주파수신신호를 출력하는 레이저빔 수광부;
상기 고주파수신신호와 상기 저주파수신신호에서 위상잡음성분을 제거하는 잡음성분제거부;
상기 잡음성분제거부의 출력 중 상기 고주파수신신호에 대해 상기 주파수변환신호를 사용하는 주파수 가감 연산을 수행하여 다운주파수신호를 출력하는 주파수변환부;
상기 주파수변환부의 출력 중 상기 다운주파수신호에서 고주파성분을 제거하는 저주파필터;
상기 저주파필터의 출력 중 상기 다운주파수신호를 상기 샘플링주파수신호로 샘플링하여 제1디지털신호로 변환하고, 상기 저주파필터의 출력 중 상기 저주파수신신호를 상기 샘플링주파수신호로 샘플링하여 제2디지털신호로 변환하는 아날로그디지털변환부;
상기 제2디지털신호의 제2위상과 기준위상 간의 차이로부터 제1거리 값을 산출하고, 상기 제1디지털신호의 제1위상과 기준위상 간의 차이로부터 제2거리 값을 산출하는 거리 산출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 주파수 레이저를 이용한 거리 측정장치.A frequency signal generator for generating a high frequency signal, a low frequency signal, a frequency conversion signal and a sampling frequency signal from the reference frequency;
A laser beam emitting unit alternately emitting a high frequency laser beam by the high frequency signal and a low frequency laser beam by the low frequency signal;
A laser beam light-receiving unit that sequentially receives a reception high-frequency laser beam and a reception low-frequency laser beam reflected from a measurement object and outputs a high-frequency reception signal and a low-frequency reception signal;
A noise component removing unit for removing a phase noise component from the high frequency reception signal and the low frequency reception signal;
A frequency conversion unit for performing a frequency addition / subtraction operation using the frequency conversion signal with respect to the high frequency reception signal among the outputs of the noise component removal unit to output a down frequency signal;
A low frequency filter for removing a high frequency component from the down frequency signal among the outputs of the frequency conversion unit;
Sampling the low frequency signal among the outputs of the low frequency filter as the sampling frequency signal and converting the sampled frequency signal into a first digital signal and sampling the low frequency received signal among the outputs of the low frequency filter as the sampling frequency signal, An analog-digital converter;
And a distance calculating unit for calculating a first distance value from a difference between a second phase and a reference phase of the second digital signal and calculating a second distance value from a difference between the first phase and the reference phase of the first digital signal Wherein the distance measuring device is a distance measuring device using a dual frequency laser. 제 1 항에 있어서,
상기 기준주파수를 생성하는 주파수생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 주파수 레이저를 이용한 거리 측정장치.The method according to claim 1,
And a frequency generating unit for generating the reference frequency based on the reference frequency. 제 1 항에 있어서,
상기 거리 산출부는,
상기 제2디지털신호로부터 산출되는 상기 제1거리 값을 상기 측정대상까지의 근사거리로 판정하고, 상기 제1디지털신호로부터 산출되는 상기 제2거리 값을 상기 측정대상까지의 확정거리로 판정하는 것을 특징으로 하는 듀얼 주파수 레이저를 이용한 거리 측정장치.The method according to claim 1,
The distance calculating unit calculates,
The first distance value calculated from the second digital signal is determined to be an approximate distance to the measurement target and the second distance value calculated from the first digital signal is determined to be the determined distance to the measurement target Features a distance measuring device using a dual frequency laser. 제 1 항에 있어서,
상기 레이저빔 발광부는,
상기 고주파레이저빔과 상기 저주파레이저빔을 교번하여 생성하는 레이저드라이버와,
상기 레이저드라이버에서 생성된 상기 고주파레이저빔과 상기 저주파레이저빔을 상기 측정대상의 방향으로 방사하는 제1레이저다이오드와,
상기 제1레이저다이오드의 방사 타이밍에 동기되어 상기 고주파레이저빔과 상기 저주파레이저빔을 상기 레이저빔 수광부로 방사하는 제2레이저다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 듀얼 주파수 레이저를 이용한 거리 측정장치.The method according to claim 1,
The laser beam emitting unit includes:
A laser driver for alternately generating the high frequency laser beam and the low frequency laser beam,
A first laser diode for emitting the high frequency laser beam and the low frequency laser beam generated by the laser driver in the direction of the measurement object;
And a second laser diode for radiating the high frequency laser beam and the low frequency laser beam to the laser beam receiving portion in synchronization with the radiation timing of the first laser diode. 제 4 항에 있어서,
상기 레이저빔 수광부는,
상기 수신고주파레이저빔과 상기 수신저주파레이저빔을 순차적으로 수신함과 동시에 상기 제2레이저다이오드에서 방사된 상기 고주파레이저빔과 상기 저주파레이저빔을 순차적으로 더 수신하는 것을 특징으로 하는 듀얼 주파수 레이저를 이용한 거리 측정장치.5. The method of claim 4,
The laser beam light-
Frequency laser beam and the low-frequency laser beam sequentially and simultaneously receives the high-frequency laser beam and the low-frequency laser beam sequentially emitted from the second laser diode. Measuring device. 제 5 항에 있어서,
상기 잡음성분제거부는,
상기 제2레이저다이오드에서 상기 레이저빔 수광부로 수신되는 상기 고주파레이저빔에 의해 생성되는 고주파신호를 사용하여 상기 고주파수신신호에서 위상잡음성분을 제거하고, 상기 제2레이저다이오드에서 상기 레이저빔 수광부로 수신되는 상기 저주파레이저빔에 의해 생성되는 저주파신호를 사용하여 상기 저주파수신신호에서 위상잡음성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 듀얼 주파수 레이저를 이용한 거리 측정장치.6. The method of claim 5,
The noise-
A phase noise component is removed from the high frequency reception signal by using a high frequency signal generated by the high frequency laser beam received from the second laser diode and the laser beam is received by the laser beam light receiving section Wherein the phase noise component is removed from the low frequency reception signal by using a low frequency signal generated by the low frequency laser beam. 제 1 항에 있어서,
상기 주파수변환부의 출력에 대한 이득을 가감하여 출력하는 이득제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 듀얼 주파수 레이저를 이용한 거리 측정장치.
The method according to claim 1,
And a gain controller for adding and outputting a gain for the output of the frequency converter.
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