KR101424665B1 - 거리 측정 장치 - Google Patents

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김재완
김종안
조성은
공홍진
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한국표준과학연구원
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Abstract

본 발명은 거리 측정 장치 및 거리 측정 방법을 제공한다. 이 거리 측정 장치는 펄스 빔(pulse beam)을 출력하는 펄스 광원, 목표물에서 반사 또는 후방 산란된 펄스 빔을 수집하는 광학계, 후방 산란된 펄스 빔의 선형 편광을 제공하는 기준 선형 편광판, 기준 선형 편광판의 후단에 배치되어 상기 펄스 광원에 동기화된 구동 신호에 따라 편광 방향을 회전시키는 편광 회전부(polarization rotator), 편광 회전부의 후단에 배치된 측정 선형 편광판, 및 측정 선형 편광판의 후단에 배치된 광 센서 어레이를 포함한다. 측정 선형 편광판은 픽셀을 포함하고, 픽셀은 적어도 2 개의 서로 다른 선형 편광 방향을 가지는 서브 픽셀을 포함하고, 측정 선형 편광판의 서브 픽셀은 광 센서 어레이의 서브 픽셀과 정렬된다.

Description

거리 측정 장치{Range Measuring Apparatus}
본 발명은 거리 측정 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 한 쌍의 선형 편광판과 편광 회전부를 이용한 거리 측정 장치에 관한 것이다.
라이다 (LIght Detection and Ranging or Laser Imaging Detection and Ranging; LIDAR )는 레이저 광을 목표물에 조사하고, 후방 산란된 광(backscattered light)을 분석하여 목표물의 거리를 측정하는 광학 기술이다.
미국 특허 US5157451에 기재된 방법에 의하면, 펄스 레이저의 광은 측정 대상에서 산란되어, 펄스 레이저에 동기화된 전기광학 변조기 및 편광 빔 스플릿터를 통하여 두 개의 카메라에 제공된다. 이에 따라, 두 개의 카메라는 동일한 위치의 편광 빔 스플릿터에서 제공되는 서로 다른 편광 방향을 가진 광의 세기를 측정하여, 상기 전기광학 변조기의 편광 회전각을 측정한다. 상기 편광 회전각은 상기 측정 대상까지의 거리를 제공한다. 하지만, 위의 방법은 편광 빔 스플릿터를 사용하기 때문에 측정 거리에 한계가 있다. 또한, 두 개의 카메라의 각각의 픽셀은 서로 대응하도록 정렬되어야 하므로, 오정렬(mis-alignment)에 의한 오차가 발생할 수 있다. 또한, 이 장치는 많은 공간을 요구한다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 간단한 구성으로 거리 영상을 얻을 수 있는 거리 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는 펄스 빔(pulse beam)을 출력하는 펄스 광원; 목표물에서 반사 또는 후방 산란된 펄스 빔을 수집하는 광학계; 상기 후방 산란된 펄스 빔의 선형 편광을 제공하는 기준 선형 편광판; 상기 기준 선형 편광판의 후단에 배치되어 상기 펄스 광원에 동기화된 구동 신호에 따라 편광 방향을 회전시키는 편광 회전부(polarization rotator); 상기 편광 회전부의 후단에 배치된 측정 선형 편광판; 및 상기 측정 선형 편광판의 후단에 배치된 광 센서 어레이를 포함한다. 상기 측정 선형 편광판은 픽셀을 포함하고, 상기 픽셀은 적어도 2 개의 서로 다른 선형 편광 방향을 가지는 서브 픽셀을 포함하고, 상기 측정 선형 편광판의 상기 서브 픽셀은 상기 광 센서 어레이의 서브 픽셀과 정렬된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 편광 회전부는 상기 기준 선형 편광판의 후단에 배치되고 상기 펄스 광원에 동기화된 시변 구동 전압(time-varing driving voltage)에 따라 편광 방향을 회전시키는 전기광학 변조기; 및 상기 전기광학 변조기의 후단에 배치된 1/4 파장판을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광 센서 어레이의 출력 신호를 픽셀 별로 처리하고, 상기 편광 회전부가 제공한 회전각을 픽셀 별로 추출하고, 상기 회전각을 이용하여 상기 펄스 광원과 상기 목표물 사이의 거리를 산출하는 처리부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 측정 선형 편광판의 상기 서브 픽셀은 제1 방향의 편광 방향을 가지는 제1 서브 픽셀과 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향의 편광 방향을 가지는 제2 서브 픽셀을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 측정 선형 편광판의 상기 서브 픽셀은 60도 각도 차이를 가지는 제1 내지 제3 서브 픽셀을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 측정 선형 편광판의 상기 서브 픽셀은 45도 각도 차이를 가지는 제1 내지 제4 서브 픽셀을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동 전압은 시간에 따라 톱니파 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학계와 상기 편광 회전부에 배치되어 빔의 사이즈를 감소시키어 상기 편광 회전부에 평행빔(colliminated beam)을 제공하는 릴레이 렌즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학계는 상기 펄스 광원의 펄스 빔을 제공받아 상기 목표물에 제공하고, 상기 목표물로부터 후방 산란된 펄스 빔을 제공받아 상기 편광 회전부에 제공하는 편광 빔 스플릿터; 상기 편광 빔 스플릿터를 통과한 펄스 빔의 편광 상태를 변경하고 후방 산란된 펄스 빔의 편광 상태를 변경하는 1/4 파장판(quarter wave plate); 상기 1/4 파장판을 통과한 펄스 빔을 빔 사이즈를 확대시키고 후방 산란된 광의 빔 사이즈를 축소시키는 빔 확장부; 및 상기 편광 빔 스플릿터에서 90도 굴절된 후방 산란된 펄스 빔에서 소정의 파장을 투과시키는 밴드 패스 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 방법은 펄스 빔을 목표물에 제공하고 목표물에서 후방 산란된 펄스 빔을 기준 선형 편광판에 제공하여 편광 방향을 고정시키는 단계; 상기 펄스 빔에 동기화된 구동 신호에 따라 편광 방향을 회전시키는 단계; 상기 편광 방향이 회전한 펄스 빔을 측정 선형 편광판의 서로 다른 선형 편광 방향을 가진 서브 픽셀 별로 투과시켜 서브 픽셀 별로 광의 세기를 측정하는 단계; 서브 픽셀 별로 측정된 광의 세기를 이용하여 편광 방향의 회전각을 픽셀 별로 산출하는 단계; 및 상기 편광 방향의 회전각을 이용하여 상기 펄스 빔의 출발 지점과 상기 목표물 사이의 거리를 픽셀 별로 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는 간단한 구성으로 2차원적 거리 영상을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 거리 측정 장치의 광학계를 설명하는 사시도이다.
도 3은 도 1의 거리 측정 장치의 편광 회전부를 설명하는 개념도이다.
도 4는 도 1의 광 센서 어레이와 측정 선형 편광판을 설명하는 도면이다.
도 5는 도 1의 거리 측정 장치의 타이밍 도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 라이다 장치를 설명하는 도면이다.
도 7은 도 6의 측정 선형 편광판 및 광 센서 어레이를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 라이다 장치를 설명하는 도면이다.
도 9는 도 8의 측정 선형 편광판과 광 센서 어레이를 설명하는 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 전기광학 변조기의 구동 전압과 시간의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 보다 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 거리 측정 장치의 광학계를 설명하는 사시도이다.
도 3은 도 1의 거리 측정 장치의 편광 회전부를 설명하는 개념도이다.
도 4는 도 1의 광 센서 어레이와 측정 선형 편광판을 설명하는 도면이다.
도 5는 도 1의 거리 측정 장치의 타이밍 도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 거리 측정 장치(100)는 펄스 빔(pulse beam)을 출력하는 펄스 광원(110), 목표물에서 반사 또는 후방 산란된 펄스 빔을 수집하는 광학계(120), 상기 후방 산란된 펄스 빔의 선형 편광을 제공하는 기준 선형 편광판(130), 상기 기준 선형 편광판(130)의 후단에 배치되어 상기 펄스 광원에 동기화된 구동 신호에 따라 편광 방향을 회전시키는 편광 회전부(polarization rotator,140), 상기 편광 회전부의 후단에 배치된 측정 선형 편광판(160), 및 상기 측정 선형 편광판의 후단에 배치된 광 센서 어레이(170)를 포함한다. 상기 측정 선형 편광판은 픽셀을 포함하고, 상기 픽셀은 적어도 2 개의 서로 다른 선형 편광 방향을 가지는 서브 픽셀을 포함한다. 상기 측정 선형 편광판의 상기 서브 픽셀은 상기 광 센서 어레이의 서브 픽셀과 정렬된다.
상기 펄스 광원(110)은 주기적으로 레이저 펄스 빔(1)을 출력할 수 있다. 상기 펄스 빔(1)은 z축 방향으로 진행하고, 특정한 방향(x축 방향)으로 선형 편광(11)될 수 있다. 상기 펄스 빔(1)은 상기 광학계(120)를 통하여 또는 직접 상기 목표물(102)에 입사되고 후방 산란된다. 상기 후방 산란된 펄스 빔(2)은 상기 광학계(120)를 통하여 수집될 수 있다. 상기 광학계(120)는 후방 산란된 펄스 빔(2)을 입사 경로와 다른 경로를 통하여 상기 편광 회전부(140)에 제공할 수 있다. 상기 편광 회전부(140)는 입사하는 선형 편광의 편광 상태를 유지하면서 시간에 따라 선형 편광 방향을 회전시킬 수 있다. 상기 선형 편광이 회전한 회전각은 상기 펄스 광원(110)으로부터 상기 편광 회전부(140) 사이의 경로에 의존할 수 있다. 따라서, 상기 회전각을 추출하면, 상기 펄스 광원(110)과 상기 편광 회전부(140) 사이의 거리를 측정할 수 있다. 상기 회전각은 시간에 따라 선형적으로 변하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 회전각의 주기는 상기 펄스 광원(110)의 주기와 동일할 수 있다.
상기 펄스 광원(110)과 상기 편광 회전부(140) 사이의 경로는 상기 목표물(102) 내의 위치에 따라 서로 다를 수 있다. 따라서, 상기 편광 회전부(140)에 도달하는 펄스 빔의 시각이 위치에 따라 다르고, 상기 회전각은 상기 편광 회전부의 위치에 따라 다를 수 있다. 이에 따라, 상기 목표물에 대한 깊이 영상이 얻어질 수 있다.
상기 측정 선형 편광판(160)은 매트릭스 형태의 편광 픽셀(161)을 포함하고, 상기 편광 픽셀은 서로 다른 선형 편광 방향을 가지는 편광 서브 픽셀을 포함할 수 있다. 하나의 편광 픽셀(161)은 상기 편광 회전부(140)의 하나의 위치에 대응할 수 있다. 또한, 하나의 특정한 편광 픽셀(161)의 모든 편광 서브 픽셀에 입사하는 빔의 세기는 상기 편광 회전부(140)의 대응하는 위치 변화를 무시하면 동일하다고 가정할 수 있다. 예를 들어, 통상적인 사진 영상에서, 하나의 픽셀은 R,G,B의 서브 픽셀로 구성되고, 각 서브 픽셀은 동일한 위치의 정보를 색깔별로 표시할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 동일한 편광 픽셀 내의 서로 다른 편광 방향을 가진 편광 서브 픽셀들은 동일한 위치에 관한 정보를 표시한다.
상기 광 센서 어레이(170)는 예를 들어, 200 X 200 픽셀에 대한 거리 영상의 기본 데이터를 제공할 수 있다. 상기 광 센서 어레이(170)의 센서 픽셀(171)은 상기 측정 선형 편광판(160)의 편광 픽셀(161)에 각각 대응할 수 있다. 이에 따라, 상기 광 센서 어레이(170)의 동일한 센서 픽셀 내의 센서 서브 픽셀은 편광 방향에 따른 광의 세기 정보를 제공할 수 있다. 동일한 센서 픽셀 내의 모든 센서 서브 픽셀의 광의 정보는 특정한 위치의 거리 정보를 제공할 수 있다.
상기 펄스 광원(110)은 펄스 레이저(Pulse Laser)일 수 있다. 상기 펄스 광원(110)의 파장은 적외선 영역일 수 있다. 상기 펄스 광원(110)의 펄스 반복 주파수(f=1/T)는 수 kHz 수준일 수 있다. 상기 펄스 광원(110)은 펄스 빔이 발진(lasing)될 때 트리거 신호(trigger signal)를 생성할 수 있다. 상기 펄스 광원(110)은 선형 편광된 펄스 빔을 출력할 수 있다. 상기 펄스 빔(1)의 선편광 방향은 X축 방향일 수 있다. 상기 펄스 빔의 진행 방향은 양의 Z축 방향일 수 있다.
구동 펄스 발생 회로(Drive Pulse Generator circuitry;150)는 상기 펄스 광원(110)에서 트리거 신호(trigger signal)를 제공받을 수 있다. 이에 따라, 상기 구동 펄스 방생 회로(150)는 상기 트리거 신호에 동기화된 시변 구동 전압(V)를 생성할 수 있다. 상기 구동 전압(V)는 톱니파 신호 또는 사인파(sin wavve) 신호일 수 있다. 상기 구동 펄스 발생 회로(150)는 상기 구동 전압(V(t))을 상기 편광 회전부(140)에 제공할 수 있다.
상기 펄스 빔(1)은 상기 목표물(102)에서 후방 산란(back-scattering)되고, 후방 산란된 펄스 빔(2)은 상기 광학계(120)를 통하여 수집될 수 있다. 상기 광학계(120)는 편광 빔 스플릿터(polarization beam splitter; 122), 1/4 파장 판(quarter wave plate, 124), 빔 확장부(126), 및 밴드 패스 필터(128)를 포함할 수 있다. 상기 광학계(120)는 릴레이 렌즈(129)를 더 포함할 수 있다.
상기 편광 빔 스플릿터(122)는 상기 펄스 광원(110)의 펄스 빔(1)을 제공받아 상기 목표물(102)에 제공하고 후방 산란된 펄스 빔(2)을 제공받아 상기 편광 회전부(140)에 제공할 수 있다.
1/4 파장판(quarter wave plate; 124)은 상기 편광 빔 스플릿터(122)를 통과한 펄스 빔의 편광 상태를 변경하고 후방 산란된 펄스 빔의 편광 상태를 변경할 수 있다. 즉, 상기 펄스 빔은 상기 1/4 파장판(quarter wave plate; 124)을 2번 통하므로, 상기 1/4 파장판은 1/2 파장판으로 기능할 수 있다. 상기 1/4 파장판은 빠른 축(fast axis)과 느린 축(slow axis)을 포함하고, 상기 1/4 파장판의 빠른 축은 X축과 45도를 이룰 수 있다. 이에 따라, 상기 1/4 파장판(quarter wave plate; 124)을 2번 통과한 펄스 빔의 선형 편광 상태는 90도 회전할 수 있다.
빔 확장부(126)는 상기 1/4 파장판(124)을 통과한 펄스 빔을 빔 사이즈를 확대시키고 후방 산란된 빔의 빔 사이즈를 축소시킬 수 있다. 상기 빔 확장부(126)는 넓은 목표물에 상기 펄스 빔을 제공할 수 있다. 상기 빔 확장부(126)는 동일한 초점을 가지는 한 쌍의 볼록 렌즈(126a, 126b)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 빔 확장부(126)를 통과한 펄스 빔(1)의 직경은 증가할 수 있다. 또한, 상기 빔 확장부(126)를 통과한 후방 산란된 펄스 빔(2)의 직경은 감소할 수 있다. 상기 빔 확장부(126)는 목표물에 일정한 영역에 펄스 빔을 제공할 수 있다.
상기 편광 빔 스플릿터(Polarizing beam splitter;122)는 입사하는 펄스 빔을 편광 방향에 따라 서로 다른 방향으로 분리할 수 있다. 구체적으로, 상기 편광 빔 스플릿터는 글랜-톰슨 프리즘(Glan-Thomson prism)으로 구성될 수 있다. 상기 편광 빔 스플릿터(122)의 일면에 입사하는 제2 방향(Y축 방향)으로 선형 편광된 펄스 빔(11)은 상기 편광 빔 스플릿터(122)를 투과하여 진행할 수 있다. 또한, 상기 제2 방향에 수직한 제1 방향(X축 방향)으로 선형 편광된 후방 산란된 펄스빔(13)은 상기 편광 빔 스플릿터의 타면에 입사하고, 음의 Y축 방향으로 90도 굴절될 수 있다. 이에 따라, 굴절된 펄스 빔은 X축 방향으로 선형 편광(14)될 수 있다.
밴드 패스 필터(128)는 상기 편광 빔 스플릿터(122)에서 굴절된 펄스 빔에서 소정의 파장을 투과시킬 수 있다. 상기 밴드 패스 필터(128)는 상기 펄스 광원(110)의 주파수를 투과시키고 다른 주파수 성분을 제거할 수 있다.
상기 밴드 패스 필터(128)를 투과한 펄스 빔의 진행 방향은 양의 Z'축일 수 있다. 상기 밴드 패스 필터(128)를 투과한 펄스 빔의 선형 편광된 펄스 빔의 편광 방향은 Y'축 방향(또는 X축 방향)일 수 있다.
상기 편광 회전부(140)의 단면이 작은 경우, 상기 편광 회전부(140)의 전단에 릴레이 광학계(relay optics; 129)가 배치될 수 있다. 상기 릴레이 광학계(129)는 상기 편광 회전부에 작은 빔 사이즈를 가지는 평행빔(colliminated beam)을 제공할 수 있다. 상기 릴레이 광학계(129)는 공 초점의 한 쌍의 볼록 렌즈를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 편광 회전부(140)는 상기 목표물의 모든 영역에 대응하는 펄스 빔(3)에 대하여 편광 변화를 제공할 수 있다.
상기 기준 선형 편광판(130)은 상기 광학계(120)로부터 Y' 방향으로 선형 편광된 펄스 빔(15)을 제공받아 X'-Y' 방향으로 45도 선형 편광된 펄스 빔(16)을 제공할 수 있다. 상기 기준 선형 편광판(130)은 45도 선형 편광판일 수 있다. 상기 기준 선형 편광판(130)은 입사하는 빔의 편광 상태에 상관없이, 선형 편광된 출력 빔을 출력할 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 펄스 광원의 펄스 빔은 상기 목표물에 직접 입사하고, 광학계는 상기 목표물에서 후방 산란된 펄스 빔을 수집하여 상기 기준 선형 편광판에 제공할 수 있다.
상기 편광 회전부(140)는 상기 기준 선형 편광판(130)의 후단에 배치되고 상기 펄스 광원(110)에 동기화된 시변 구동 전압(time-varing driving voltage)에 따라 편광 방향을 회전시키는 전기광학 변조기(144), 및 상기 전기광학 변조기(144)의 후단에 배치된 1/4 파장판(146)을 포함할 수 있다.
상기 전기광학 변조기(144)는 상기 기준 선형 편광판(130)을 통과한 펄스 빔의 편광 방향을 상기 구동 전압(V)의 세기에 따라 회전시킨다. 상기 전기광학 변조기는 상기 전기광학 변조기의 빠른 축(fast axis) 또는 Y'축에 대하여 φ만큼 위상을 변화시키고, 느린 축(slow axis) 또는 X'축에 대하여 -φ만큼 위상을 변화시킬 수 있다.
상기 기준 선형 편광판(130) 및 상기 전기광학 변조기(144)를 통과한 펄스 빔의 편광 상태는 상기 전기광학 변조기(144)에 인가되는 구동 전압(V(t))에 비례하여 변한다. 상기 전기광학 변조기(144)를 통과한 펄스 빔은 타원 편광, 선형 편광, 또는 원 편광을 가지면서 변할 수 있다. 따라서, 선형 편광된 광을 얻기 위하여, 1/4 파장판(146)이 상기 전기광학 변조기(144)의 후단에 배치될 수 있다. 1/4 파장판(146)은 빠른 축과 느린 축을 가지고, 빠른 축이 Y'축에 대하여 45 도를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 1/4 파장판(146)을 통과한 광은 선형 편광된 광을 가진다. 상기 선형 편광된 광의 편광 방향은 상기 구동 전압(V(t))에 의존할 수 있다.
상기 전기광학 변조기(144)는 상기 구동 전압(V)에 비례하여 편광 방향(polarization direction)을 회전시킬 수 있다. 상기 편광 방향의 회전각(φ)은 상기 구동 전압(V)의 함수일 수 있다. 예를 들어, 상기 전기광학 변조기(144)는 포켈스 셀(Pockels cell), 파라데이 회전기(Faraday Rotator), 또는 액정 디스플레이 소자(liquid crystal display device)일 수 있다. 이에 따라, 상기 전기광학 변조기(144)에 입사하는 선형 편광된 빔의 편광 방향은 상기 구동 전압(V)에 비례하여 회전할 수 있다. 상기 구동 전압(V)의 세기 또는 상기 회전각(φ)은 상기 펄스 빔의 발생 시각과 소정의 경로를 거친 상기 펄스 빔의 도달 시각의 차이에 의존할 수 있다. 최대의 구동 전압에 대하여, 상기 전기광학 변조기(144)는 90도 편광 방향을 회전시키도록 설정될 수 있다. 상기 구동 전압(V(t))은 시간에 따라 선형적으로 변할 수 있다. 이에 따라, 상기 펄스 빔의 회전각은 상기 펄스 광원(110)과 상기 전기광학 변조기(144) 사이의 광 경로 차이(optical path difference) 또는 시간 차이에 의존할 수 있다.
상기 구동 전압(V)은 상기 펄스 광원(120)에 동기화되고, 일정한 주기를 가지고, 시간에 따라 증가할 수 있다. 이에 따라, 상기 전기광학 변조기(144)는 상기 펄스 빔의 발생 시각을 기준으로 시간에 따라 선형적으로 증가하는 회전각(φ)을 제공할 수 있다. 펄스 빔(3)이 상기 전기광학 변조기(144)를 통과함에 따라, 상기 펄스 빔(3)의 편광 방향은 상기 광 경로 차이에 의존하는 회전각으로 회전할 수 있다. 상기 편광 방향의 회전각(φ)은 상기 펄스 빔의 광 경로 차이 또는 시각 차이에 의존한다.
상기 기준 선형 편광판(130), 전기광학 변조기(144), 및 1/4 파장판(146)의 동작은 존슨 메트릭스(Jones matrix)에 의하여 다음과 같이 표시될 수 있다.
Figure 112013059248916-pat00001
Figure 112013059248916-pat00002
여기서, 상기 기준 선형 편광판(130)에 입사하는 전기장(
Figure 112013059248916-pat00003
)은 X'축 방향으로 선형 편광된 광(15)이다. ω0는 펄스 빔의 주파수이다. E0는 전기장의 진폭이다. X'축 성분과 Y'축 성분의 비가 실수이므로, Eout은 상기 1/4 파장판의 출력광의 전기장을 나타낸다. Eout은 일정한 진폭을 가지는 선형 편광파이다. Eout의 두 성분의 실수부(real part) 만을 비교하면, X'축 성분은 cos(φ+π/4)이고, Y'축 성분은 sin(φ+π/4)이다. 따라서, 선형 편광된 빔이 상기 전기광학 변조기(144)의 회전각(φ)에 따라 회전한다.
상기 전기광학 변조기의 회전각(φ)을 추출하기 위하여, 측정 선형 편광판이 사용될 수 있다. 상기 측정 선형 편광판은 하나 이상의 편광 픽셀을 포함할 수 있다. 상기 편광 픽셀은 2 개 이상의 편광 서브 픽셀을 포함할 수 있다. 제1 편광 서브 픽셀의 편광 방향과 제2 편광 서브 픽셀의 편광 방향은 서로 다르다. 상기 제1 편광 서브 픽셀은 제1 방향(X'방향)으로 편광된 선형 편광판일 수 있다. 또한, 상기 제2 편광 서브 픽셀은 제2 방향(Y' 방향)으로 편광된 선형 편광판일 수 있다. 상기 제1 편광 서브 픽셀의 편광 방향과 상기 제2 편광 서브 픽셀의 편광 방향은 서로 다를 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 편광 서브 픽셀을 통과한 펄스 빔은 제1 방향 성분(cos(φ+π/4))을 가질 수 있고, 상기 제2 편광 서브 픽셀을 통과한 펄스 빔은 제2 방향 성분(sins(φ+π/4))을 가질 수 있다.
통상적으로, 제1 편광 서브 픽셀(162)과 제2 편광 서브 픽셀(164)에 제공되는 빔은 동일한 빔을 2 개의 경로로 분할된 빔인 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 상기 빔을 분할하기 위하여 복잡한 장치가 요구되고, 비용이 증가한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 편광 서브 픽셀(162)에 제공되는 빔(17a)과 상기 제2 편광 서브 픽셀(164)에 제공되는 빔(17b)은 공간적으로 서로 인접한 빔일 수 있다.
상기 측정 선형 편광판(160)을 투과한 광은 광 센서 어레이(170)를 통과하여 검출될 수 있다. 상기 광 센서 어레이(170)는 적어도 하나의 센서 픽셀(171)을 포함하고, 각 센서 픽셀(171)은 복수의 센서 서브 픽셀(172,174)을 포함할 수 있다. 상기 광 센서 어레이(170)의 상기 제1 센서 서브 픽셀(172)은 상기 측정 선형 편광판(160)의 상기 제1 편광 서브 픽셀(162)에 정렬되고, 상기 광 센서 어레이(170)의 상기 제2 센서 서브 픽셀(174)은 상기 측정 선형 편광판(160)의 상기 제2 편광 서브 픽셀(164)에 정렬될 수 있다.
상기 제1 편광 서브 픽셀(162)을 투광한 빔(18a)은 X' 방향으로 선형 편광되고, 상기 제1 센서 서브 픽셀(172)을 통하여 검출된다. 상기 제2 편광 서브 픽셀(164)을 투과한 빔(18b)은 상기 제2 센서 서브 픽셀(174)을 통하여 검출될 수 있다. 상기 제1 센서 서브 픽셀의 출력 신호 및 상기 제2 센서 서브 픽셀의 출력 신호를 연산하면, 상기 전기광학 변조기(144)가 회전시킨 회전각(φ)이 추출될 수 있다. 이에 따라, 상기 회전각(φ)에 대응하는 펄스 광원(110)와 상기 전기광학 변조기(144) 사이의 광 경로 차이 또는 거리가 산출될 수 있다.
상기 측정 선형 편광판(160)은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 또한, 상기 광 센서 어레이(170)은 상기 측정 선형 편광판(160)에 각각 정렬되어 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 상기 광 센서 어레이(170)는 CCD 카메라 또는 CIS 카메라일 수 있다. 상기 측정 선형 편광판(160)은 상기 광 센서 어레이(170)의 전단에 배치된 매트릭스 구조의 편광판일 수 있다. 상기 측정 선형 편광판(160)과 상기 광 센서 어레이(170)는 일체형으로 제작될 수 있다.
제1 편광 서브 픽셀(162)은 X'축 선형 편광판 또는 수평 선형 편광판(horizontal linear polarizer)일 수 있다. 상기 제1 편광 서브 픽셀(162)에 이웃하게 배치된 제2 편광 서브 픽셀(164)은 Y'축 또는 수직 선형 편광판(vertical linear polarizer)일 수 있다. 상기 제2 편광 서브 픽셀(164)의 편광 방향은 상기 제1 편광 서브 픽셀(162)의 편광 방향에 대하여 90도 차이를 가진다. 이 경우, 제1 편광 서브 픽셀(162)을 투과한 빔(18a)의 세기(I1(t)) 및 제2 편광 서브 픽셀(164)을 투과한 펄스 빔(18b)의 강도(I2(t))는 각각 다음과 같이 주어진다.
Figure 112013059248916-pat00004
여기서, I1(t)는 제1 편광 서브 픽셀(162)을 통과한 광의 세기이며, I01은 제1 편광 서브 픽셀(162)에 대응하는 위치에서 1/4 파장판(146)를 통과한 광의 세기이다. I2(t)는 제2 편광 서브 픽셀(164)을 통과한 광의 세기이며, I02는 제2 편광 서브 픽셀에 대응하는 위치에서 1/4 파장판(146)을 통과한 광의 세기이다. 제1 편광 서브 픽셀과 제2 편광 서브 픽셀은 인접하게 배치됨에 따라, I01과 I02는 목표물(102)에 맞고 후방 산란되어 광학계를 통과하여 실질적으로 동일한 부분을 보고 있다고 가정하면 같은 값을 가질 수 있다. θ는 1/4 파장판을 투과한 선형 편광 빔의 편광 방향과 제1 방향(X' 방향) 사이의 각도이다. 수정 회전각(θ=φ+π/4)은 상기 회전각(φ)과 소정의 관계식으로 연결된다. 따라서, 상기 회전각은 계산의 편의를 위하여 상기 수정 회전각(θ)으로 대체될 수 있다.
상기 회전각(φ) 또는 상기 수정 회전각(θ)은 상기 전기광학 변조기에 인가되는 구동 전압(V(t))의 함수이다.
Figure 112013059248916-pat00005
h는 구동 전압과 φ 사이의 비례상수이다. V(t)는 펄스 광원(110)에 동기화되고 시간에 따른 상기 전기광학 변조기(144)에 인가되는 구동 전압을 나타낸 것이다.
구동 전압은 주기적이고 시간에 따라 선형적으로 증가하는 함수일 수 있다. 이에 따라 달라진다. 수학식 4를 적용하면, 광의 세기는 다음과 같이 주어질 수 있다.
Figure 112013059248916-pat00006
제1 센서 서브 픽셀은 광신호를 전기신호로 변환할 수 있다. 또한, 제2 센서 서브 픽셀은 광 신호를 전기 신호로 변환할 수 있다.
상기 제1 센서 서브 픽셀에 입사하는 빔의 세기(intensity)는 펄스 빔이 목표물(102)에 맞고 후방 산란되어 수집된 펄스 빔이 광학계(120)를 통과하여 상기 제1 센서 서브 픽셀(172)에 맺히는 순간에만 변화한다. 또한, 상기 제2 센서 서브 픽셀(174)에 조사되는 빔의 세기는 펄스 빔이 목표물(102)에 맞고 산란되어 수집된 펄스 빔이 광학계를 통과하여 상기 제2 센서 서브 픽셀에 맺히는 순간에만 변한다. 따라서, 상기 제1 센서 서브 픽셀(172)의 신호 및 상기 제2 센서 서브 픽셀(174)의 신호는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013059248916-pat00007
여기서, 펄스 빔의 지속 시간은 상기 전기광학 변조기(144)의 변조 주기보다 훨씬 짧다. 따라서, 상기 펄스 빔은 델타(delta) 함수로 표현될 수 있고, 목표물에 맞고 광센서 어레이에 도착한 시각에만 세기(intensity)의 변화가 있다. r은 펄스 광원(110)에서 목표물(102) 사이의 거리이고, c는 빛의 속도이다. 상기 펄스 광원(110)과 상기 광학계(120) 사이의 거리는 매우 짧아 무시한다. 또한, 상기 광학계(120)와 상기 편광 회전부(140) 사이의 거리는 매우 짧아 무시한다. 2r/c는 펄스 광원(110)으로부터 목표물(102)까지의 왕복 시간을 나타낸다. 상기 펄스 광원(110)과 상기 목표물(102) 사이의 거리는 다음과 같이 구해질 수 있다.
Figure 112013059248916-pat00008
상기 회전각을 측정하는 방법에서, 상기 회전각의 측정 범위는 0도 내지 90도일 수 있다. 따라서, 상기 펄스 광원과 상기 목표물 사이의 거리는 상기 회전각의 범위로 한정될 수 있다.
처리부(180)는 상기 광 센서 어레이(170)의 출력 신호를 픽셀 별로 처리하고, 상기 편광 회전부(140)가 제공한 회전각을 픽셀 별로 추출하고, 상기 회전각을 이용하여 상기 펄스 광원(110)과 상기 목표물(102) 사이의 거리를 산출할 수 있다. 상기 광 센서 어레이는 복수의 센서 픽셀을 포함하는 경우, 상기 처리부는 위치에 따른 거리 영상을 생성할 수 있다. 구체적으로, x1 위치에서, 제1 센서 픽셀의 광신호는 I1(x1 I2(x1)이고, 처리부를 이들 신호를 처리하여, x1 위치에 대한 거리를 추출할 수 있다. 또한, x2 위치에서 센서 픽셀의 광신호는 I1(x2) I2(x2)이고, 처리부를 이들 신호를 처리하여, x2 위치에 대한 거리를 추출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 라이다 장치를 설명하는 도면이다.
도 7은 도 6의 측정 선형 편광판 및 광 센서 어레이를 설명하는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 거리 측정 장치(200)는 펄스 빔(pulse beam)을 출력하는 펄스 광원(110), 목표물(102)에서 반사 또는 후방 산란된 펄스 빔을 수집하는 광학계(120), 상기 후방 산란된 펄스 빔의 선형 편광을 제공하는 기준 선형 편광판(130), 상기 기준 선형 편광판(130)의 후단에 배치되어 상기 펄스 광원(110)에 동기화된 구동 신호에 따라 편광 방향을 회전시키는 편광 회전부(polarization rotator,140), 상기 편광 회전부(140)의 후단에 배치된 측정 선형 편광판(260), 및 상기 측정 선형 편광판(260)의 후단에 배치된 광 센서 어레이(270)를 포함한다. 상기 측정 선형 편광판(260)은 픽셀을 포함하고, 상기 픽셀은 적어도 2 개의 서로 다른 선형 편광 방향을 가지는 서브 픽셀을 포함하고, 상기 측정 선형 편광판의 상기 서브 픽셀은 상기 광 센서 어레이(270)의 서브 픽셀과 정렬된다.
상기 측정 선형 편광판(260)은 편광 회전부(140)를 통과한 펄스 빔을 제공받아 제1 방향으로 선형 편광된 광을 출력하는 제1 편광 서브 픽셀(262), 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 선형 편광된 광을 출력하는 제2 편광 서브 픽셀(264), 및 상기 제2 방향과 다른 제3 방향으로 선형 편광된 광을 출력하는 제3 편광 서브 픽셀(266)을 포함할 수 있다. 상기 측정 선형 편광판(260)은 편광 픽셀(261)을 포함하고, 상기 편광 픽셀(261)은 상기 편광 서브 픽셀들(262,264,266)을 포함할 수 있다. 상기 측정 선형 편광판(260)은 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
상기 광 센서 어레이(270)는 상기 측정 선형 편광판(260)을 통과한 광을 검출할 수 있다. 상기 광 선세 어레이(270)는 상기 제1 편광 서브 픽셀(262)을 통과한 광을 측정하는 제1 센서 서브 픽셀(272), 상기 제2 편광 서브 픽셀(264)을 통과한 광을 측정하는 제2 센서 서브 픽셀(274), 및 상기 제3 편광 서브 픽셀(266)을 통과한 광을 측정하는 제3 센서 서브 픽셀(276)을 포함할 수 있다. 상기 광 센서 어레이(270)는 센서 픽셀(271)을 포함하고, 상기 센서 픽셀(271)은 상기 센서 서브 픽셀들(272,274,276)을 포함할 수 있다. 상기 광 센서 어레이(270)는 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
제1 편광 서브 픽셀(262)은 X' 방향을 기준으로 -α도(예를 들어 -60도) 의 편광 방향을 가지고, 제2 편광 서브 픽셀(264)은 X' 방향을 기준으로으로 0도의 편광 방향을 가지고, 제3 편광 서브 픽셀(266)은 X' 방향을 기준으로 + α도 차이를 가질 수 있다. 제1 편광 서브 픽셀들은 특정한 방향으로 서로 연속적으로 배열될 수 있다. 이 경우,α도 차이가 나는 3 개의 선형 편광판을 통과한 펄스 빔의 강도(intensity)는 다음과 같이 주어진다.
Figure 112013059248916-pat00009
여기서, I1(t)는 제1 편광 서브 픽셀(262)을 통과한 광의 세기이며, I01은 제1 편광 서브 픽셀(262)에 대응하는 좌표에서 상기 편광 회전부(140)를 통과한 광의 세기이다. I2(t)는 제2 편광 서브 픽셀(264)을 통과한 광의 세기이며, I02는 제2 편광 서브 픽셀(264)에 대응하는 좌표에서 상기 편광 회전부(140)를 통과한 광의 세기이다. I3(t)는 제3 편광 서브 픽셀(266)을 통과한 광의 세기이며, I03은 제3 편광 서브 픽셀(266)에 대응하는 좌표에서 상기 편광 회전부(140)를 통과한 광의 세기이다. 제1 편광판(262), 제2 편광판(264), 및 제3 편광판(266)은 인접하게 배치됨에 따라, I01, I02, 및 I03는 목표물(target)에 맞고 후방 산란되어 상기 광학계(120)를 통과하여 실질적으로 동일한 부분을 보고 있다고 가정하면 같은 값을 가질 수 있다.
θ는 상기 편광 회전부(140)가 회전시킨 회전각이다. 상기 회전각(θ)은 상기 편광 회전부(140)에 인가되는 구동 전압(V)의 함수이다.
상기 회전각(θ)은 다음과 같이 주어질 수 있다.
Figure 112013059248916-pat00010
상기 회전각(θ)은 구동 전압(V)으로 다음과 같이 표시될 수 있다. r은 펄스 광원(110)에서 목표물(102)까지의 거리이고, c는 빛의 속도이다. 따라서 광 검출기(270)의 출력 신호의 변화는 펄스 빔이 목표물에 맞고 돌아온 시각에만 발생한다. 2r/c는 펄스 광원(110)으로부터 목표물(102)까지의 왕복 시간을 나타낸다. 상기 펄스 광원(110)과 상기 목표물(102) 사이의 거리(r)는 다음과 같이 구해질 수 있다.
Figure 112013059248916-pat00011
3 개의 측정 선형 편광판을 사용하는 경우, 상기 회전각은 0도 내지 180도일 수 있다. 이에 따라, 상기 펄스 광원(110)과 상기 목표물(102) 사이의 거리(r)는 2 개의 편광판을 사용하는 경우에 비하여 2 배 증가할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 라이다 장치를 설명하는 도면이다.
도 9는 도 8의 측정 선형 편광판과 광 센서 어레이를 설명하는 도면이다.
도 8 및 도 9을 참조하면, 거리 측정 장치(300)는 펄스 빔(pulse beam)을 출력하는 펄스 광원(110), 목표물(102)에서 반사 또는 후방 산란된 펄스 빔을 수집하는 광학계(120), 상기 후방 산란된 펄스 빔의 선형 편광을 제공하는 기준 선형 편광판(130), 상기 기준 선형 편광판(130)의 후단에 배치되어 상기 펄스 광원(110)에 동기화된 구동 신호에 따라 편광 방향을 회전시키는 편광 회전부(polarization rotator,140), 상기 편광 회전부(140)의 후단에 배치된 측정 선형 편광판(360), 및 상기 측정 선형 편광판(360)의 후단에 배치된 광 센서 어레이(370)를 포함한다. 상기 측정 선형 편광판(360)은 픽셀을 포함하고, 상기 픽셀은 적어도 2 개의 서로 다른 선형 편광 방향을 가지는 서브 픽셀을 포함하고, 상기 측정 선형 편광판(360)의 상기 서브 픽셀은 상기 광 센서 어레이(370)의 서브 픽셀과 정렬된다.
상기 측정 선형 편광판(360)은 상기 편광 회전부(140)를 통과한 펄스 빔을 제공받아 제1 방향으로 편광된 광을 출력하는 제1 편광 서브 픽셀(362), 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 선형 편광된 광을 출력하는 제2 편광 서브 픽셀(364), 상기 제2 방향과 다른 제3 방향으로 선형 편광된 광을 출력하는 제3 편광 서브 픽셀(366), 및 상기 제3 방향과 다른 제4 방향으로 선형 편광된 광을 출력하는 제4 편광 서브 픽셀(368)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 편광 서브 픽셀(360)은 45도 편광 방향의 차이를 가질 수 있다.
상기 광 센서 어레이(370)는 센서 픽셀(371)을 포함하고, 상기 센서 픽셀(371)은 센서 서브 픽셀(372,374,376,378)을 포함할 수 있다. 상기 광 센서 어레이(370)은 상기 제1 편광 서브 픽셀(362)을 통과한 광을 검출하는 제1 센서 서브 픽셀(372), 상기 제2 편광 서브 픽셀(364)을 통과한 광을 검출하는 제2 센서 서브 픽셀(374), 상기 제3 편광 서브 픽셀(366)을 통과한 광을 검출하는 제3 센서 서브 픽셀(376),및 상기 제4 편광 서브 픽셀(368)을 통과한 광을 검출하는 제4 센서 서브 픽셀(378)를 포함할 수 있다.
Figure 112013059248916-pat00012
여기서, I1(t)는 제1 편광 서브 픽셀(362)을 통과한 광의 세기이며, I01은 제1 편광 서브 픽셀(362)에 대응하는 좌표에서 상기 편광 회전부(140)를 통과한 광의 세기이다. I2(t)는 제2 편광 서브 픽셀(364)을 통과한 광의 세기이며, I02는 제2 편광 서브 픽셀(364)에 대응하는 좌표에서 상기 편광 회전부(140)를 통과한 광의 세기이다. I3(t)는 제3 편광 서브 픽셀(366)을 통과한 광의 세기이며, I03은 제3 편광 서브 픽셀(366)에 대응하는 좌표에서 상기 편광 회전부(140)를 통과한 광의 세기이다. I4(t)는 제4 편광 서브 픽셀(368)을 통과한 광의 세기이며, I04은 제4 편광 서브 픽셀(368)에 대응하는 좌표에서 상기 편광 회전부(140)를 통과한 광의 세기이다.
제1 내지 제4 편광 서브 픽셀(362, 364, 366,368)은 인접하게 배치됨에 따라, I01, I02, I03 , 및 I04는 목표물(102)에 맞고 후방 산란되어 상기 광학계(120)를 통과하여 실질적으로 동일한 부분을 보고 있다고 가정하면 같은 값을 가질 수 있다.
θ는 X' 방향을 기준으로 회전하는 회전각이다. 상기 회전각(θ)은 상기 편광 회전부(140)에 인가되는 구동 전압(V)의 함수이다. 상기 회전각(θ)은 θ=hV(t)로 주어진다. 상기 회전각(θ)은 구동 전압(V)으로 다음과 같이 표시될 수 있다. r은 펄스 광원에서 목표물까지의 거리이고, c는 빛의 속도이다. 따라서 광 검출기의 출력 신호의 변화는 펄스 빔이 목표물에 맞고 돌아온 시각에만 발생한다. 2r/c는 펄스 광원으로부터 목표물까지의 왕복 시간을 나타낸다. 상기 펄스 광원과 상기 목표물 사이의 거리(r)는 다음과 같이 구해질 수 있다.
Figure 112013059248916-pat00013
4 개의 선형 편광판을 사용하는 경우, 상기 회전각은 0도 내지 180도일 수 있다. 이에 따라, 상기 펄스 광원(110)과 상기 목표물(102) 사이의 거리(r)는 2 개의 편광판을 사용하는 경우에 비하여 2 배 증가할 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 전기광학 변조기의 구동 전압과 시간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10a을 참조하면, 구동 전압과 시간의 관계는 일차함수라고 가정한다. 또한 전기광학 변조기에 인가되는 구동 전압과 회전각(θ)의 관계는 선형 함수라고 가정한다. 시간에 따른 상기 편광 회전부(140)에 인가되는 구동 전압의 변화량이 일정하다고 했을 때, 회전각의 주기가 90도인 경우에는 최대측정가능시간이 t1이고, 회전각의 주기가 180도인 경우에는 최대측정가능시간이 t2이다. 따라서 시간에 따른 구동 전압의 변화량이 같은 경우, 주기가 2배일 때 측정가능거리도 2 배이다.
도 10b를 참조하면, 최대측정가능시간이 t1으로 같을 때 회전각의 주기가 90도와 180도이다. 회전각의 주기가 2배인 경우, 회전각의 변화폭이 2배이다. 따라서, 높은 구동 전압이 인가되면, 회전각의 변화는 증가할 수 있다. 따라서 두 함수를 살펴보면 회전각의 주기가 2배인 경우, 구동 전압의 기울기가 더 가파르다. 따라서 측면 분해능(lateral resolution)은 증가할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
102: 목표물
110: 펄스 광원
120: 광학계
130: 릴레이 렌즈
140: 편광 회전부
160: 측정 선형 편광판
170: 광 센서 어레이
180: 처리부

Claims (10)

  1. 펄스 빔(pulse beam)을 출력하는 펄스 광원;
    목표물에서 반사 또는 후방 산란된 펄스 빔을 수집하는 광학계;
    상기 후방 산란된 펄스 빔의 선형 편광을 제공하는 기준 선형 편광판;
    상기 기준 선형 편광판의 후단에 배치되어 상기 펄스 광원에 동기화된 구동 신호에 따라 편광 방향을 회전시키는 편광 회전부(polarization rotator);
    상기 편광 회전부의 후단에 배치된 측정 선형 편광판; 및
    상기 측정 선형 편광판의 후단에 배치된 광 센서 어레이를 포함하고,
    상기 측정 선형 편광판은 픽셀을 포함하고,
    상기 픽셀은 적어도 2 개의 서로 다른 선형 편광 방향을 가지는 서브 픽셀을 포함하고,
    상기 측정 선형 편광판의 상기 서브 픽셀은 상기 광 센서 어레이의 서브 픽셀과 정렬되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 편광 회전부는:
    상기 기준 선형 편광판의 후단에 배치되고 상기 펄스 광원에 동기화된 시변 구동 전압(time-varing driving voltage)에 따라 편광 방향을 회전시키는 전기광학 변조기; 및
    상기 전기광학 변조기의 후단에 배치된 1/4 파장판을 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 광 센서 어레이의 출력 신호를 픽셀 별로 처리하고, 상기 편광 회전부가 제공한 회전각을 픽셀 별로 추출하고, 상기 회전각을 이용하여 상기 펄스 광원과 상기 목표물 사이의 거리를 산출하는 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 측정 선형 편광판의 상기 서브 픽셀은 제1 방향의 편광 방향을 가지는 제1 서브 픽셀과 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향의 편광 방향을 가지는 제2 서브 픽셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 측정 선형 편광판의 상기 서브 픽셀은 60도 각도 차이를 가지는 제1 내지 제3 서브 픽셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 측정 선형 편광판의 상기 서브 픽셀은 45도 각도 차이를 가지는 제1 내지 제4 서브 픽셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 구동 전압은 시간에 따라 톱니파 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 광학계와 상기 편광 회전부에 배치되어 빔의 사이즈를 감소시키어 상기 편광 회전부에 평행빔(colliminated beam)을 제공하는 릴레이 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 광학계는:
    상기 펄스 광원의 펄스 빔을 제공받아 상기 목표물에 제공하고, 상기 목표물로부터 후방 산란된 펄스 빔을 제공받아 상기 편광 회전부에 제공하는 편광 빔 스플릿터;
    상기 편광 빔 스플릿터를 통과한 펄스 빔의 편광 상태를 변경하고 후방 산란된 펄스 빔의 편광 상태를 변경하는 1/4 파장판(quarter wave plate);
    상기 1/4 파장판을 통과한 펄스 빔을 빔 사이즈를 확대시키고 후방 산란된 광의 빔 사이즈를 축소시키는 빔 확장부; 및
    상기 편광 빔 스플릿터에서 90도 굴절된 후방 산란된 펄스 빔에서 소정의 파장을 투과시키는 밴드 패스 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  10. 펄스 빔을 목표물에 제공하고 목표물에서 후방 산란된 펄스 빔을 기준 선형 편광판에 제공하여 편광 방향을 고정시키는 단계;
    상기 펄스 빔에 동기화된 구동 신호에 따라 편광 방향을 회전시키는 단계;
    상기 편광 방향이 회전한 펄스 빔을 측정 선형 편광판의 서로 다른 선형 편광 방향을 가진 서브 픽셀 별로 투과시켜 서브 픽셀 별로 광의 세기를 측정하는 단계;
    서브 픽셀 별로 측정된 광의 세기를 이용하여 편광 방향의 회전각을 픽셀 별로 산출하는 단계; 및
    상기 편광 방향의 회전각을 이용하여 상기 펄스 빔의 출발 지점과 상기 목표물 사이의 거리를 픽셀 별로 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
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