KR101684269B1 - Distance measuring apparatus using real time determination of synthetic wavelength based on free running femtosecond laser - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치및 방법에 관한 것으로, 프리러닝하는 펨토초 레이저에서 주파수 모드간의 간섭으로 생성된 긴 파장의 합성파의 파장과 위상을 실시간으로 측정함으로써 고분해능으로 긴 거리를 측정하는 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치에 관한 것이다. 본 발명은 레이저를 이용한 거리측정 장치를 제안함에 있어서, 프리러닝 펨토초 레이저 광원, 광분할기, 기준용 광검출기, 측정용 광검출기, 주파수 측정부, 위상 측정부 및 거리 산출부를 포함한다. 프리러닝 펨토초 레이저 광원은 레이저 광을 방사하고, 광분할기는 프리러닝 펨토초 레이저 광원으로부터 출사되는 레이저 광을 기준광과 측정표적으로부터 반사되는 측정광으로 분리하고, 기준용 광검출기와 측정용 광검출기는 기준광과 측정광을 각각 검출하여 전기적 신호로 변환한다. 그리고, 주파수 측정부는 프리러닝 펨토초 레이저의 반복률을 측정함과 동시에 추출하고자 하는 합성파의 차수를 결정하고, 위상 측정부는 검출된 기준광 및 측정광을 상기 고주파 신호와 각각 합성하여 합성된 기준광과 합성된 측정광간의 위상차를 측정하고, 거리 산출부는 반복률, 합성파의 차수 및 위상차을 이용하여 상기 광분할기와 상기 측정표적간의 거리정보를 산출한다.The present invention relates to an apparatus and method for measuring distance using a free-running femtosecond laser based real-time synthesized wave, and more particularly, to a method and apparatus for measuring a wavelength and a phase of a long- To a distance measuring apparatus using real-time synthetic wave fading based on a free running femtosecond laser which measures a long distance with high resolution. The present invention proposes a distance measuring apparatus using a laser, which includes a free running femtosecond laser light source, a light splitter, a reference photodetector, a photodetector for measurement, a frequency measurement unit, a phase measurement unit, and a distance calculation unit. The free-running femtosecond laser light source emits laser light, and the beam splitter separates the laser light emitted from the free-running femtosecond laser light source into the reference light and the measurement light reflected from the measurement target, And the measurement light are respectively detected and converted into electrical signals. The frequency measuring unit measures the repetition rate of the free-running femtosecond laser and determines the order of the synthetic wave to be extracted. The phase measuring unit combines the detected reference light and the measurement light with the high- And the distance calculator calculates distance information between the optical splitter and the measurement target using the repetition rate, the order of the synthetic wave, and the phase difference.

Description

프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치{Distance measuring apparatus using real time determination of synthetic wavelength based on free running femtosecond laser }BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a distance measuring apparatus using a real-time synthesized wave-based free-running femtosecond laser,

본 발명은 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치에 관한 것으로, 프리러닝하는 펨토초 레이저에서 주파수 모드간의 간섭으로 생성된 합성파의 파장과 위상을 실시간으로 측정함으로써, 구성이 단순하면서도 고분해능으로 거리를 측정할 수 있는 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a distance measuring device using a real-time synthesized wave-based laser based on a free-running femtosecond laser, in which the wavelength and phase of a synthetic wave generated by interference between frequency modes in a free- The present invention relates to a distance measuring apparatus using a free running femtosecond laser-based real-time synthesized wave crystal capable of measuring a distance with high resolution.

본 발명은 펨토초 레이저의 수많은 모드간의 간섭으로부터 라디오파 대역의 긴 파장의 합성파를 생성하고, 이를 이용해서 거리를 측정하는 펨토초 레이저 합성파 간섭계(synthetic wavelength interferometer)와 관련된다.The present invention relates to a femtosecond laser synthetic wave interferometer that generates a composite wave of a long wavelength of a radio wave band from an interference between a plurality of modes of a femtosecond laser and measures the distance using the composite wave.

일반적으로 펨토초 레이저 합성파 간섭계(synthetic wavelength interferometer)는 주파수 모드간의 간섭에 의하여 파장이 서로 다른 합성파들이 펨토초 레이저에서 생성되면, 이 가운데 측정거리에 적합한 특정한 파장의 합성파들을 선택하여, 선택된 합성파들이 간섭계의 기준팔(reference arm)과 측정팔(measurement arm)에서의 진행하는 과정을 비교하여 원하는 거리를 측정할 수 있다. In general, a femtosecond laser synthetic interferometer is a technique in which, when femtosecond lasers are produced with different wavelengths due to interferences between frequency modes, synthetic femtoseconds of a specific wavelength suitable for a measurement distance are selected, The desired distance can be measured by comparing the progress of the reference arm of the interferometer with the progress of the measurement arm.

종래의 펨토초 레이저를 이용한 거리측정 방법에서는 선택된 합성파들의 파장이 시간에따라 변화하지 않는 것을 가정하였다. 그리고, 선택된 합성파들의 파장은 펨토초 레이저 공진기의 광경로 길이에 의해서 결정되는 주파수 모드간 간격에 의존하기 때문에, 공진기의 광경로 길이를 일정하게 유지시키기 위한 기술이 필요하였다. In the conventional distance measuring method using the femtosecond laser, it is assumed that the wavelength of the selected synthetic waves does not change with time. And, since the wavelength of the selected synthetic waves depends on the interval between the frequency modes determined by the optical path length of the femtosecond laser resonator, a technique for keeping the optical path length of the resonator constant was needed.

구체적으로 공진기의 길이와 주파수 모드간 간격의 관계에 대해서 설명하면, 주파수 모드간의 간격은 레이저 펄스가 생성되는 반복률(

Figure 112015046533911-pat00001
)과 동일하고, 공진기의 구조에 따라 반복률(
Figure 112015046533911-pat00002
)은
Figure 112015046533911-pat00003
(원형) 또는
Figure 112015046533911-pat00004
(선형)로 나타낼 수 있다. 여기서
Figure 112015046533911-pat00005
는 공진기 내부에서의 광속이고.
Figure 112015046533911-pat00006
은 펨토초 레이저 공진기의 길이이다. 온도 및 환경의 변화로 인해서 공진기의 길이
Figure 112015046533911-pat00007
이 변하게 되면, 펨토초 레이저의 반복률도 함께 변화하게 되는데, 이 경우 레이저 펄스가 원자시계에 위상 잠금 될 수 있도록 레이저 공진기의 길이를 제어함으로써, 펨토초 레이저의 반복률을 안정화 할 수 있다.Specifically, the relationship between the length of the resonator and the interval between the frequency modes will be described. The interval between the frequency modes is the repetition rate at which the laser pulse is generated
Figure 112015046533911-pat00001
), And the repetition rate (
Figure 112015046533911-pat00002
)silver
Figure 112015046533911-pat00003
(Circular) or
Figure 112015046533911-pat00004
(Linear). here
Figure 112015046533911-pat00005
Is the light flux inside the resonator.
Figure 112015046533911-pat00006
Is the length of the femtosecond laser resonator. The length of the resonator due to changes in temperature and environment
Figure 112015046533911-pat00007
The repetition rate of the femtosecond laser changes as well. In this case, the repetition rate of the femtosecond laser can be stabilized by controlling the length of the laser resonator so that the laser pulse can be phase locked to the atomic clock.

상기와 같은 원리를 통해서 펨토초 레이저 반복률의 주파수 안정도를 높일 수 있으므로, 종래의 펨토초 레이저를 이용한 거리측정 방법에서는 반복률이 안정화된 펨토초 레이저를 사용하고 있다. 다만, 반복률을 안정화 시키기 위해서는, 공진기의 길이를 미세하게 제어할 수 있어야 하므로, 압전소자, 전압증폭기, 함수 발생기, 위상동기루프(phase locked loop)회로 등과 같은 복잡한 장치들이 필요하였다. Since the frequency stability of the femtosecond laser repetition rate can be improved through the above-described principle, the femtosecond laser with the repetition rate stabilized is used in the conventional distance measuring method using the femtosecond laser. However, in order to stabilize the repetition rate, a complex device such as a piezoelectric device, a voltage amplifier, a function generator, a phase locked loop circuit and the like is required because the length of the resonator can be finely controlled.

그런데, 상기의 장치들을 이용함으로써, 높은 수준으로 반복률을 안정화하는 것이 가능하더라도, 압전소자의 구동범위가 10 μm 이내 수준으로 제한되기 때문에, 주변 환경의 온도변화가 수 ℃ 이상 발생할 때는 반복률을 안정화할 수 있는 제어범위를 벗어나게 되며, 더 심한 경우에는 펨토초 레이저 펄스의 생성조차도 불가능해지는 상황이 발생할 수 있다. 이와 같은 경우에는 종래의 펨토초 레이저를 이용한 거리측정 방법은 더 이상 사용이 불가능하게 된다.By using the above devices, although the repetition rate can be stabilized at a high level, the driving range of the piezoelectric element is limited to a level within 10 占 퐉. Therefore, when the temperature change of the surrounding environment occurs over several degrees Celsius, , And in a worse case, even the generation of femtosecond laser pulses may become impossible. In such a case, the conventional distance measuring method using the femtosecond laser can no longer be used.

뿐만 아니라, 종래의 펨토초 레이저 합성파를 이용한 거리 측정 방법의 경우에는 전자기기나 광학기기에서 발생하는 누화 (cross talk) 에 의해 수 mm 이상의 주기적인 오차(cyclic error)도 발생한다.In addition, in the conventional distance measuring method using a femtosecond laser, a cyclic error of several millimeters or more occurs due to a cross talk generated in an electronic device or an optical device.

따라서, 펨토초 레이저 공진기의 길이 조절에 대한 한계를 극복하고, 전자기기나 광학기기의 누화에 따라 발생하는 주기적인 오차를 줄이기 위한 거리측정 방법이 필요하다.Therefore, there is a need for a distance measurement method to overcome the limitation of the length control of the femtosecond laser resonator and to reduce the periodic error caused by the crosstalk of the electronic apparatus or the optical apparatus.

한국특허등록 제1448831호는 펨토초 레이저 기반의 합성파 간섭계를 이용하여 거리를 측정하는 장치로서, 펨토초 레이저 기반의 위상 잠금 합성파 간섭계를 이용하면서도 위상에 따른 비선형오차를 제거한 거리측정 기술을 개시하고 있다.Korean Patent Registration No. 1448831 discloses a distance measuring technique using a femtosecond laser-based synthetic wave interferometer to measure a distance, and a phase-locked synthetic wave interferometer based on a femtosecond laser, .

다만, 펨토초 레이저 공진기의 길이 조절에 대한 한계는 극복하지 못하였다However, the limitation on the length control of the femtosecond laser resonator can not be overcome

1. 한국특허등록 제1448831호 ( “펨토초 레이저 기반의 위상 잠금 합성파 간섭계를 이용한 거리 측정 장치”, 2014.10.01)1. Korean Patent No. 1448831 ("Femtosecond laser-based phase locked composite wave interferometer-based distance measuring device", 2014.10.01)

이에 본 발명은 프리러닝하는 펨토초 레이저에서 주파수 모드간의 간섭으로 생성된 합성파의 파장과 위상을 실시간으로 측정함으로써, 구성이 단순하면서도 고분해능으로 거리를 측정할 수 있는 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention provides a real-time synthesized wave based on a free running femtosecond laser which can measure a distance in a simple and high-resolution manner by measuring the wavelength and phase of a synthetic wave generated by interference between frequency modes in a free- And an object of the present invention is to provide a distance measuring apparatus using crystals.

본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시 예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention will become readily apparent from the following description of the embodiments.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치는 레이저 광을 방사하는 프리러닝 펨토초 레이저 광원; 상기 레이저 광이 입사되며, 상기 레이저 광을 기준광과 측정표적으로부터 반사되는 측정광으로 분리하는 광분할기; 상기 기준광을 검출하는 기준용 광검출기; 상기 측정광을 검출하는 측정용 광검출기; 상기 레이저 광의 반복률을 측정하고, 추출하고자 하는 합성파의 차수를 결정하여, 상기 반복률과 상기 차수를 출력하는 주파수 측정부; 검출된 기준광 및 측정광을 고주파 신호와 각각 혼합하고, 혼합된 기준광 및 혼합된 측정광을 각각 저주파 통과 여과기에 통과시켜 추출된 기준 합성파와 측정 합성파의 위상차를 측정하는 위상 측정부; 상기 반복률, 상기 위상차 및 상기 합성파의 차수를 이용하여 상기 광분할기와 상기 측정표적간의 거리정보를 산출하는 거리 산출부;를 포함하고, 상기 고주파 신호는 상기 반복률과 상기 합성파의 차수에 근거하여 결정될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a distance measuring apparatus using a free-running femtosecond laser-based real-time synthesis flare, including: a free-running femtosecond laser source for emitting laser light; A light splitter into which the laser light is incident and separates the laser light into measurement light reflected from the reference light and a measurement target; A reference photodetector for detecting the reference light; A photodetector for measurement for detecting the measurement light; A frequency measuring unit measuring the repetition rate of the laser light, determining the order of the synthetic wave to be extracted, and outputting the repetition rate and the order; A phase measurement unit for mixing the detected reference light and the measurement light with the high frequency signal, passing the mixed reference light and the mixed measurement light through the low pass filter, respectively, and measuring the phase difference between the extracted reference synthesized wave and the measured synthesized wave; And a distance calculating unit for calculating distance information between the optical splitter and the measurement target using the repetition rate, the phase difference, and the order of the composite wave, wherein the high frequency signal is based on the repetition rate and the degree of the composite wave Can be determined.

또한, 상기 거리정보는 다음 수학식,Further, the distance information is calculated by the following equation,

Figure 112015046533911-pat00008
Figure 112015046533911-pat00008

에 의해 산출될 수 있다. 여기서, Lt; / RTI > here,

{

Figure 112015046533911-pat00009
상기 거리정보, {
Figure 112015046533911-pat00009
The distance information,

Figure 112015046533911-pat00010
: 프리러닝 펨토초 레이저의
Figure 112015046533911-pat00011
차 합성파의 파장,
Figure 112015046533911-pat00010
: Free-Running Femtosecond Laser
Figure 112015046533911-pat00011
The wavelength of the composite wave,

Figure 112015046533911-pat00012
: 대기 중 빛의 속도,
Figure 112015046533911-pat00012
: The speed of light in the atmosphere,

Figure 112015046533911-pat00013
: 프리러닝 펨토초 레이저의 반복률,
Figure 112015046533911-pat00013
: Repetition rate of free running femtosecond laser,

Figure 112015046533911-pat00014
:
Figure 112015046533911-pat00015
에 곱해졌을 때, 거리정보의 값을 넘지 않는 가장 큰 값을 생성하는 정수값
Figure 112015046533911-pat00014
:
Figure 112015046533911-pat00015
An integer value that produces the largest value that does not exceed the value of the distance information.

Figure 112015046533911-pat00016
: 선택된
Figure 112015046533911-pat00017
차 기준광의 합성파와 선택된
Figure 112015046533911-pat00018
차 측정광의 합성파의 위상차, }이다.
Figure 112015046533911-pat00016
: Selected
Figure 112015046533911-pat00017
The composite wave of the reference light and the selected
Figure 112015046533911-pat00018
And the phase difference of the synthesized wave of the difference measurement light.

또한, 상기 측정표적은 거울일 수 있다.In addition, the measurement target may be a mirror.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치는 레이저 광을 방사하는 프리러닝 펨토초 레이저 광원; 상기 레이저 광이 입사되며, 상기 레이저 광을 기준광과 측정표적에 입사되는 측정광으로 분리하는 광분할기; 상기 기준광을 검출하는 기준용 광검출기; 상기 측정광을 검출하는 측정용 광검출기; 상기 레이저 광의 반복률을 측정하고, 추출하고자 하는 합성파의 차수를 결정하여, 상기 반복률과 상기 차수를 출력하는 주파수 측정부; 검출된 기준광 및 측정광을 고주파 신호와 각각 혼합하고, 혼합된 기준광 및 혼합된 측정광을 각각 저주파 통과 여과기에 통과시켜 추출된 기준 합성파와 측정 합성파의 위상차를 측정하는 위상 측정부; 및 상기 반복률, 상기 위상차 및 상기 합성파의 차수를 이용하여 상기 광분할기와 상기 측정표적간의 거리정보를 산출하는 거리 산출부;를 포함하고, 상기 고주파 신호는 상기 반복률과 상기 합성파의 차수에 근거하여 결정될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a distance measuring apparatus using a free-running femtosecond laser based real-time synthesis flare, including: a free-running femtosecond laser source for emitting laser light; A light splitter for splitting the laser light into a reference light and a measurement light incident on the measurement target; A reference photodetector for detecting the reference light; A photodetector for measurement for detecting the measurement light; A frequency measuring unit measuring the repetition rate of the laser light, determining the order of the synthetic wave to be extracted, and outputting the repetition rate and the order; A phase measurement unit for mixing the detected reference light and the measurement light with the high frequency signal, passing the mixed reference light and the mixed measurement light through the low pass filter, respectively, and measuring the phase difference between the extracted reference synthesized wave and the measured synthesized wave; And a distance calculation unit for calculating distance information between the optical splitter and the measurement target using the repetition rate, the phase difference, and the order of the composite wave, wherein the high frequency signal is based on the repetition rate and the degree of the composite wave ≪ / RTI >

또한, 상기 거리정보는 다음 수학식,Further, the distance information is calculated by the following equation,

Figure 112015046533911-pat00019
Figure 112015046533911-pat00019

에 의해 산출될 수 있다. 여기서,Lt; / RTI > here,

{

Figure 112015046533911-pat00020
: 상기 거리정보, {
Figure 112015046533911-pat00020
: The distance information,

Figure 112015046533911-pat00021
: 프리러닝 펨토초 레이저의
Figure 112015046533911-pat00022
차 합성파의 파장,
Figure 112015046533911-pat00021
: Free-Running Femtosecond Laser
Figure 112015046533911-pat00022
The wavelength of the composite wave,

Figure 112015046533911-pat00023
: 대기 중 빛의 속도,
Figure 112015046533911-pat00023
: The speed of light in the atmosphere,

Figure 112015046533911-pat00024
: 프리러닝 펨토초 레이저의 반복률,
Figure 112015046533911-pat00024
: Repetition rate of free running femtosecond laser,

Figure 112015046533911-pat00025
:
Figure 112015046533911-pat00026
에 곱해졌을 때, 거리정보의 값을 넘지 않는 가장 큰 값을 생성하는 정수값,
Figure 112015046533911-pat00025
:
Figure 112015046533911-pat00026
An integer value that produces the largest value that does not exceed the value of the distance information,

Figure 112015046533911-pat00027
: 선택된
Figure 112015046533911-pat00028
차 기준광의 합성파와 선택된
Figure 112015046533911-pat00029
차 측정광의 합성파의 위상차, }이다.
Figure 112015046533911-pat00027
: Selected
Figure 112015046533911-pat00028
The composite wave of the reference light and the selected
Figure 112015046533911-pat00029
And the phase difference of the synthesized wave of the difference measurement light.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치는 레이저 광을 방사하는 프리러닝 펨토초 레이저 광원; 상기 레이저 광이 입사되며, 상기 레이저 광을 기준광과 서로 다른 측정표적들에 입사되는 둘 이상의 측정광들로 분리하는 다채널광분할기; 상기 기준광을 검출하는 기준용 광검출기; 상기 측정광들과 일대일 대응이 되어, 상기 측정광을 각각 검출하는 둘 이상의 측정용 광검출기들로 구성된 다채널 측정용 광검출기; 상기 레이저 광의 반복률을 측정하고, 추출하고자 하는 합성파의 차수를 결정하여, 상기 반복률과 상기 차수를 출력하는 주파수 측정부; 검출된 기준광 및 측정광들을 고주파 신호와 각각 혼합하고, 혼합된 기준광 및 혼합된 측정광들을 저주파 통과 여과기에 통과시켜 추출된 기준 합성파들과 각각의 측정 합성파들의 위상차들을 측정하는 다채널위상 측정부; 상기 반복률, 상기 위상차들 및 상기 합성파의 차수를 이용하여, 상기 광분할기와 각각의 상기 위상차와 관련된 측정광이 입사한 측정표적들간의 각각의 거리정보들을 산출하는 거리 산출부; 를 포함하고 상기 고주파 신호는 상기 반복률과 상기 합성파의 차수에 근거하여 결정될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a distance measuring apparatus using real-time synthesized wave-based free-running femtosecond laser, comprising: a free-running femtosecond laser source for emitting laser light; A multi-channel optical splitter into which the laser light is incident and separates the laser light into two or more measurement lights incident on different measurement targets from the reference light; A reference photodetector for detecting the reference light; A photodetector for multichannel measurement, the multichannel measurement photodetector having one-to-one correspondence with the measurement lights and comprising two or more measurement photodetectors each detecting the measurement light; A frequency measuring unit measuring the repetition rate of the laser light, determining the order of the synthetic wave to be extracted, and outputting the repetition rate and the order; A multi-channel phase measurement unit for mixing the detected reference light and the measurement light with the high-frequency signal, passing the mixed reference light and the mixed measurement light through the low-pass filter, and measuring the phase differences between the extracted reference composite waves and the respective measurement synthesis waves, ; A distance calculating unit for calculating distance information between the optical splitter and measurement targets incident on the measurement light associated with each of the phase differences, using the repetition rate, the phase differences, and the order of the composite wave; And the high-frequency signal may be determined based on the repetition rate and the degree of the composite wave.

또한, 상기 거리정보들은 다음 수학식,Further, the distance information may be expressed by the following equation,

Figure 112015046533911-pat00030
Figure 112015046533911-pat00030

에 의해 산출될 수 있다. 여기서,Lt; / RTI > here,

{

Figure 112015046533911-pat00031
: 상기 거리정보,{
Figure 112015046533911-pat00031
: The distance information,

Figure 112015046533911-pat00032
,
Figure 112015046533911-pat00032
,

Figure 112015046533911-pat00033
: 프리러닝 펨토초 레이저의
Figure 112015046533911-pat00034
차 합성파의 파장,
Figure 112015046533911-pat00033
: Free-Running Femtosecond Laser
Figure 112015046533911-pat00034
The wavelength of the composite wave,

Figure 112015046533911-pat00035
: 대기 중 빛의 속도(= 진공중의 빛의 속도 / 대기의 굴절률),
Figure 112015046533911-pat00035
: Velocity of light in air (= velocity of light in vacuum / refractive index of atmosphere),

Figure 112015046533911-pat00036
: 프리러닝 펨토초 레이저의 반복률,
Figure 112015046533911-pat00036
: Repetition rate of free running femtosecond laser,

Figure 112015046533911-pat00037
:
Figure 112015046533911-pat00038
에 곱해졌을 때,
Figure 112015046533911-pat00039
번째 측정표적의 거리정보의 값을 넘지 않는 가장 큰 값을 생성하는 정수값,
Figure 112015046533911-pat00037
:
Figure 112015046533911-pat00038
When multiplied by,
Figure 112015046533911-pat00039
An integer value for generating the largest value not exceeding the value of the distance information of the second measurement target,

Figure 112015046533911-pat00040
:
Figure 112015046533911-pat00041
차 합성파로
Figure 112015046533911-pat00042
번째 측정표적의 거리를 측정하였을 때, 기준광의 합성파와 측정광의 합성파의 위상차, }이다.
Figure 112015046533911-pat00040
:
Figure 112015046533911-pat00041
Car composite wave
Figure 112015046533911-pat00042
The distance of the second measurement target is The phase difference of the composite wave of the synthesized wave of the reference light and the measurement light when measured.

또한, 상기 프리러닝 펨토초 레이저 광원은 1550nm의 중심 파장, 50nm의 대역폭, 100fs의 펄스폭을 가지는 어븀 광섬유 펨토초 레이저일 수 있다.Also, the free-running femtosecond laser light source may be an erbium-based optical fiber femtosecond laser having a center wavelength of 1550 nm, a bandwidth of 50 nm, and a pulse width of 100 fs.

또한, 상기 프리러닝 펨토초 레이저 광원은 1030nm의 중심 파장, 50nm의 대역폭, 50fs의 펄스폭을 가지는 이터븀 광섬유 펨토초 레이저일 수 있다.Also, the free-running femtosecond laser light source may be a ytterbium optical fiber femtosecond laser having a center wavelength of 1030 nm, a bandwidth of 50 nm, and a pulse width of 50 fs.

또한, 상기 프리러닝 펨토초 레이저 광원은 800nm의 중심 파장, 100nm의 대역폭, 10fs의 펄스폭을 가지는 티타늄:사파이어 펨토초 레이저일 수 있다.Also, the free-running femtosecond laser light source may be a titanium: sapphire femtosecond laser having a center wavelength of 800 nm, a bandwidth of 100 nm, and a pulse width of 10 fs.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 프리러닝하는 펨토초 레이저에서 주파수 모드간의 간섭으로 생성된 합성파의 파장과 위상을 실시간으로 측정함으로써, 구성이 단순하면서도 고분해능으로 거리를 측정할 수 있는 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치를 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, a free running femtosecond laser can measure a distance in a simple and high-resolution manner by measuring the wavelength and phase of a synthetic wave generated by interference between frequency modes in a free- The present invention can provide a distance measuring apparatus using real-time synthesized wave determination.

또한, 펨토초 레이저 공진기의 길이 조절의 한계를 극복하고, 전자기기나 광학기기에 의한 주기적인 오차를 줄일 수 있다. In addition, it is possible to overcome the limit of the length control of the femtosecond laser resonator, and to reduce periodical errors caused by electronic devices or optical devices.

뿐만 아니라, 한 대의 레이저만을 가지고 여러 지점의 거리를 동시에 측정 할 수 있는 기능을 손쉽게 제공할 수 있다. In addition, it can easily provide the ability to simultaneously measure the distance of several points with only one laser.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치에서 거울이 생략된 경우의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치에서 광커플러가 추가된 경우의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치를 이용하여 여러 지점에서 거리를 측정하는 경우에 대한 개요도이다.1 is a block diagram of a distance measuring apparatus using real-time synthesized wave-based free-running femtosecond laser according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a case where a mirror is omitted in a distance measuring apparatus using real-time synthesized wave-based free-running femtosecond laser according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of a case where an optical coupler is added in a distance measuring apparatus using real-time synthesized wave fading based on a free running femtosecond laser according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a case where a distance is measured at various points using a distance measuring apparatus using real-time synthesized wave-based free-running femtosecond laser according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

본 출원인은 펨토초레이저의 합성파를 이용하여 거리를 측정할 때, 펨토초레이저를 안정화 시키는 장치를 간소화하여 경제성 및 성능을 제고하는 방법을 고민한 결과, 기존의 펨토초레이저 대신 반복률을 안정화 하지 않는 프리러닝 펨토초 레이저를 사용하고, 프리러닝 펨토초 레이저의 주파수를 측정하는 장치를 추가하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The Applicant has studied a method of improving the economical efficiency and performance by simplifying the device for stabilizing the femtosecond laser when measuring the distance using the synthetic wave of the femtosecond laser. As a result, it has been found that instead of the conventional femtosecond laser, A femtosecond laser is used and a device for measuring the frequency of a free running femtosecond laser is added to complete the present invention.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치를 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described more fully with reference to the accompanying drawings, in which exemplary embodiments of the invention are shown.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치의 블록도이다. 도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치는 프리러닝 펨토초 레이저 광원(110), 광분할기(120), 기준용 광검출기(130), 측정용 광검출기(150), 측정표적(140), 주파수 측정부(220), 위상 측정부(230), 거리 산출부(300) 및 기준시계(210)가 구비될 수 있다.1 is a block diagram of a distance measuring apparatus using real-time synthesized wave-based free-running femtosecond laser according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a distance measuring apparatus using a free running femtosecond laser based real-time synthesized wave fringe according to an embodiment of the present invention includes a free running femtosecond laser light source 110, a light splitter 120, a reference optical detector 130 A photodetector 150 for measurement, a measurement target 140, a frequency measurement unit 220, a phase measurement unit 230, a distance calculation unit 300, and a reference clock 210 may be provided.

프리러닝 펨토초 레이저 광원(110)은 거리측정을 위해서 사용되는 레이저 광원으로, 펨토초 수준의 펄스폭을 가지는 레이저 펄스를 생성하며 펄스가 생성되는 반복률을 제어하지 않은 레이저일 수 있다. 상기 프리러닝 펨토초 레이저 광원(110)은 1550nm의 중심 파장, 60nm의 대역폭, 150fs의 펄스폭을 가지는 광섬유 펨토초 레이저이거나 800nm의 중심 파장, 100nm의 대역폭, 100fs의 펄스폭을 가지는 티타늄:사파이어 펨토초 레이저일 수 있다.The free-running femtosecond laser light source 110 may be a laser light source used for distance measurement, which generates laser pulses having a pulse width of a femtosecond level and does not control the repetition rate at which pulses are generated. The free-running femtosecond laser source 110 is an optical fiber femtosecond laser having a center wavelength of 1550 nm, a bandwidth of 60 nm, a pulse width of 150 fs, a titanium: sapphire femtosecond laser having a center wavelength of 800 nm, a bandwidth of 100 nm, .

광분할기(120)는 레이저 광을 공간상으로 분할하는 장치로서 빔스플리터(beam splitter), 회절광학소자(diffraction optics), 빔 확산기(beam diffuser), 빔확 장기(beam expander), 광섬유 커플러(fiber coupler) 등을 이용하여 구현될 수 있다. The optical splitter 120 is a device for splitting a laser beam into a space and includes a beam splitter, a diffraction optics, a beam diffuser, a beam expander, a fiber coupler ) Or the like.

기준용 광검출기(130)는 기준지점에서 레이저 광의 일부를 검출하고, 검출된 신호를 유선 또는 무선통신 기술을 이용하여 위상 측정부(230)로 전송할 수 있다. 여기서 상기 검출된 신호는 전기적인 신호일 수 있다.The reference photodetector 130 may detect a part of the laser light at the reference point and transmit the detected signal to the phase measurement unit 230 using a wired or wireless communication technique. Where the detected signal may be an electrical signal.

측정용 광검출기(150)는 측정지점에서 레이저 광의 일부를 검출하고, 검출된 신호를 유선 또는 무선통신 기술을 이용하여 위상 측정부(230)로 전송할 수 있다. 여기서 상기 검출된 신호는 전기적인 신호일 수 있다.The photodetector 150 for measurement may detect a part of the laser light at the measurement point and transmit the detected signal to the phase measurement unit 230 using a wired or wireless communication technique. Where the detected signal may be an electrical signal.

측정표적(140)은 거리측정을 위한 위치에 놓여지는 물체로서, 바람직하게는 레이저 광을 반사할 수 있는 거울 등이 선택될 수 있다. The measurement target 140 is an object placed at a position for distance measurement, and preferably a mirror or the like capable of reflecting laser light can be selected.

주파수 측정부(220)는 레이저 광으로부터 프리러닝 펨토초 레이저의 반복률을 측정하고, 추출하고자 하는 합성파의 차수를 결정할 수 있다. 상기 반복률과 상기 합성파의 차수의 곱은 실제로 거리측정을 위해서 사용되는 합성파의 주파수가 되고, 합성파의 주파수에 의해서 합성파의 파장도 계산될 수 있다.The frequency measuring unit 220 can measure the repetition rate of the free-running femtosecond laser from the laser light and determine the order of the synthetic wave to be extracted. The product of the repetition rate and the order of the synthetic wave is actually the frequency of the synthetic wave used for the distance measurement and the wavelength of the synthetic wave can also be calculated by the frequency of the synthetic wave.

위상 측정부(230)는 검출된 기준광 및 측정광을 고주파 신호와 각각 혼합하고, 저주파 통과 여과기에 통과시켜 각각 기준 합성파 및 측정 합성파를 추출하고, 상기 기준 합성파와 상기 측정 합성파의 위상차를 측정할 수 있다. 상기 고주파 신호는 상기 반복률과 상기 합성파의 차수의 곱에 근접한 것으로, 바람직하게는 상기 고주파 신호의 주파수와 상기 곱의 차이가 저주파 통과 여과기의 통과 대역의 범위보다 작은 것이 바람직하다. The phase measuring unit 230 mixes the detected reference light and the measurement light with the high frequency signal and then passes the low frequency signal through the low frequency pass filter to extract the reference composite wave and the measurement composite wave, Can be measured. Preferably, the difference between the frequency of the high-frequency signal and the product is smaller than the range of the passband of the low-pass filter.

거리 산출부(300)는 측정된 상기 반복률, 상기 위상차 및 상기 합성파의 차수를 이용하여 상기 광분할기(120)와 상기 측정표적간의 거리정보를 산출할 수 있다. The distance calculator 300 may calculate distance information between the optical splitter 120 and the measurement target using the measured repetition rate, the phase difference, and the order of the synthetic wave.

기준시계(210)는 주파수 측정부(220)와 위상 측정부(230)에 클럭을 제공하기 위해서 사용되는 원자시계로서, 10 MHz의 진동수를 가지며, 거리측정의 정확도 및 장기 안정도를 높이기 위해 사용될 수 있다. 상기 프리러닝 펨토초 레이저 광원(110)의 경우, 공진기를 이용하여 원자시계에 안정화 시키지는 않으므로 기준시계가 구비되지 않더라도, 본 발명의 실시예에 따른 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치는 동작할 수 있다.The reference clock 210 is an atomic clock used to provide a clock to the frequency measuring unit 220 and the phase measuring unit 230. The reference clock 210 has a frequency of 10 MHz and can be used for increasing the accuracy and long- have. In the case of the free-running femtosecond laser light source 110, even if a reference clock is not provided because the laser is not stabilized in the atomic clock using a resonator, the distance measurement using the free running femtosecond laser- The device may operate.

상기 본 발명의 실시예에 따른 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치의 동작은 다음과 같다. The operation of the distance measuring apparatus using the free running femtosecond laser based real-time synthesis wave determination according to the embodiment of the present invention is as follows.

먼저 프리러닝 펨토초 레이저 광원(110)에서 레이저 광을 방사하고, 상기 프리러닝 펨토초 레이저 광원(110)으로부터 출사되는 레이저 광은 광분할기(120)에 의해 기준광과 측정표적으로부터 반사되는 측정광으로 분리된다. 다음으로 기준용 광검출기(130)에 기준광이 입사되고, 측정용 광검출기(150)에 측정광이 입사된 후에, 상기 검출기에서 검출된 신호들은 위상 측정부(230)에 입력될 수 있다.First, the free-running femtosecond laser light source 110 emits laser light, and the laser light emitted from the free-running femtosecond laser light source 110 is separated into reference light and measurement light reflected from the measurement target by the light splitter 120 . After the reference light is incident on the reference photodetector 130 and the measurement light is incident on the measurement photodetector 150, the signals detected by the detector may be input to the phase measurement unit 230.

그 다음으로 위상 측정부(230)는 입력된 상기 검출된 신호들로부터 합성된 기준광과 합성된 측정광간의 위상차를 측정하고, 주파수 측정부(220)는 실시간으로 프리러닝 펨토초 레이저의 반복률을 측정하면서 추출하고자 하는 합성파의 차수

Figure 112015046533911-pat00043
을 결정한 후에, 상기 위상차, 상기 반복률 및 상기 합상파의 차수를 거리 산출부(300)에 입력할 수 있다. 여기서 합성파 차수
Figure 112015046533911-pat00044
은 최대 측정 거리의 한계와 측정 정밀도를 고려하여 결정 될 수 있으며, 측정 정밀도는
Figure 112015046533911-pat00045
차 합성파 파장의 길이와 위상측정기의 분해능에 의해 결정된다. 일반적으로 상용 위상측정기를 통해 얻을 수 있는 위상 측정 분해능은 0.01°(=1/36000) 수준이다. 이를 고려하여, 펄스 반복률
Figure 112015046533911-pat00046
이 100 MHz 인 경우, 10 μm 수준의 측정 정밀도를 얻기 위해서는 4차 이상의 합성파가 필요하였다.Next, the phase measuring unit 230 measures the phase difference between the synthesized reference light and the combined measurement light, and the frequency measuring unit 220 measures the repetition rate of the free-running femtosecond laser in real time The order of the synthetic waves to be extracted
Figure 112015046533911-pat00043
The phase difference, the repetition rate, and the order of the sums can be input to the distance calculating unit 300. Here,
Figure 112015046533911-pat00044
Can be determined in consideration of the limit of the maximum measurement distance and the measurement accuracy, and the measurement accuracy
Figure 112015046533911-pat00045
Is determined by the length of the synthesized wave and the resolution of the phase detector. In general, the phase measurement resolution obtained with a commercial phase meter is 0.01 ° (= 1/36000). With this in mind,
Figure 112015046533911-pat00046
In the case of 100 MHz, a synthetic wave of more than 4th order was required to obtain a measurement accuracy of 10 μm.

최종적으로 거리 산출부(300)는 상기 반복률, 상기 위상차 및 상기 합성파의 차수로부터 광분할기(120)와 측정표적간의 거리정보를 산출할 수 있다. Finally, the distance calculating unit 300 may calculate the distance information between the light splitter 120 and the measurement target based on the repetition rate, the phase difference, and the degree of the synthetic wave.

이때, 거리정보를 산출함에 있어서 다음과 같은 수학식

Figure 112015046533911-pat00047
이 사용될 수 있다.At this time, in calculating the distance information,
Figure 112015046533911-pat00047
Can be used.

여기서,

Figure 112015046533911-pat00048
는 기준용 광검출기(130)와 측정용 광검출기(150)의 광경로 차로 결정되는 거리정보이며,
Figure 112015046533911-pat00049
은 프리러닝 펨토초 레이저의
Figure 112015046533911-pat00050
차 합성파의 파장,
Figure 112015046533911-pat00051
은
Figure 112015046533911-pat00052
에 곱해졌을 때 거리정보의 값을 넘지 않는 가장 큰 값을 생성하는 정수값,
Figure 112015046533911-pat00053
은 선택된
Figure 112015046533911-pat00054
차 기준광의 합성파와 선택된
Figure 112015046533911-pat00055
차 측정광의 합성파의 위상차,
Figure 112015046533911-pat00056
는 대기 중 빛의 속도(= 진공중의 빛의속도 / 대기의 굴절률),
Figure 112015046533911-pat00057
은 프리러닝 펨토초 레이저의 반복률이다. 여기서, 측정된 위상차는 측정광이 기준광보다 광분할기(120)와 측정표적간의 거리를 왕복하여 더 진행하였기 때문에 발생한 것일 수 있다.here,
Figure 112015046533911-pat00048
The Distance information determined by the optical path difference between the reference photodetector 130 and the photodetector 150 for measurement,
Figure 112015046533911-pat00049
Of free-running femtosecond laser
Figure 112015046533911-pat00050
The wavelength of the composite wave,
Figure 112015046533911-pat00051
silver
Figure 112015046533911-pat00052
An integer value that produces the largest value that does not exceed the value of the distance information when multiplied,
Figure 112015046533911-pat00053
Is selected
Figure 112015046533911-pat00054
The composite wave of the reference light and the selected
Figure 112015046533911-pat00055
The phase difference of the synthesized wave of the difference measuring light,
Figure 112015046533911-pat00056
Is the velocity of light in the atmosphere (= velocity of light under vacuum / refractive index of the atmosphere)
Figure 112015046533911-pat00057
Is the repetition rate of the free running femtosecond laser. Here, the measured phase difference may be caused by the fact that the measurement light travels more than the reference light by reciprocating the distance between the light splitter 120 and the measurement target.

거리 산출부(300)에 제공되지 않은

Figure 112015046533911-pat00058
을 결정하는 방법에 대해서 이하에서 자세히 설명하고자 한다. (Not shown)
Figure 112015046533911-pat00058
Will be described in detail below.

합성파의 파장보다 긴 거리를 측정하는 경우에는 측정 되는 위상은 2π마다 반복되어 나타나기 때문에, 합성파 파장의 정수배에 해당하는 길이를 결정해야 한다. 즉 측정하고자 하는 거리에 가장 근접하기 위해서는, 몇 개의 합성파의 파장이 필요한지를 판단하고, 이를 나타내는 값

Figure 112015046533911-pat00059
을 결정해야 한다. 상기
Figure 112015046533911-pat00060
값의 결정은 레이저의 반복률을 다르게 하여 두 번 측정함으로써 결정할 수 있다. When measuring a distance longer than the wavelength of the synthetic wave, the measured phase is repeated every 2 π, so the length corresponding to an integer multiple of the synthetic wave length should be determined. That is, in order to come closest to the distance to be measured, it is determined whether a number of synthetic wave wavelengths are necessary, and a value
Figure 112015046533911-pat00059
. remind
Figure 112015046533911-pat00060
The determination of the value can be determined by measuring the laser twice with different repetition rates.

Figure 112015046533911-pat00061
값을 결정하기 위해서, 초기 합성파의 파장(
Figure 112015046533911-pat00062
)을 이용하여 거리
Figure 112015046533911-pat00063
를 측정하고, 다음으로 펨토초 레이저의 반복률을 변경하여 파장이 다른 합성파의 파장(
Figure 112015046533911-pat00064
)으로 다시 한번 거리
Figure 112015046533911-pat00065
를 측정한 후에,
Figure 112015046533911-pat00066
과
Figure 112015046533911-pat00067
을 연립하여 거리
Figure 112015046533911-pat00068
와
Figure 112015046533911-pat00069
를 결정할 수 있다.
Figure 112015046533911-pat00061
To determine the value, the wavelength of the initial composite wave (
Figure 112015046533911-pat00062
),
Figure 112015046533911-pat00063
And then the repetition rate of the femtosecond laser is changed to change the wavelength of the synthetic wave having a different wavelength
Figure 112015046533911-pat00064
) Again with distance
Figure 112015046533911-pat00065
After the measurement,
Figure 112015046533911-pat00066
and
Figure 112015046533911-pat00067
To the street
Figure 112015046533911-pat00068
Wow
Figure 112015046533911-pat00069
Can be determined.

덧붙이면, 서로 다른 파장의 합성파를 이용하여 두 번 측정을 수행하였을 때, 거리 값이 하나로 결정 될 수 있는 최대 측정 거리의 한계는

Figure 112015046533911-pat00070
로 나타날 수 있다. 즉, 반복률의 변화량
Figure 112015046533911-pat00071
이 100 kHz 일 때 1.5 km, 10 kHz 일 때 15 km, 1 kHz 일 때 150 km 이내에서 유일한 값으로 거리 결정이 가능하다. 거리 측정값을 하나로 결정할 수 있는 최대 측정 거리는 측정 정밀도와 상보적 관계에 있으며, 실제 실험에서는 측정 정밀도가 42 μm 일 때 1.35 km 이내에서 유일한 값으로 거리를 결정하였다. 낮은 차수의 합성파를 사용할 경우 모호성 없이 측정할 수 있는 거리가 길어지며 높은 차수의 합성파를 사용할수록 고분해능으로 거리 측정이 가능하다. 낮은 차수와 높은 차수의 합성파를 동시에 사용하여 보다 긴거리를 고분해능으로 측정할 수 있다.In addition, when two measurements are performed using composite waves of different wavelengths, the limit of the maximum measurement distance at which the distance value can be determined as one
Figure 112015046533911-pat00070
. That is,
Figure 112015046533911-pat00071
The distances can be determined to be unique within 1.5 km at 100 kHz, 15 km at 10 kHz, and within 150 km at 1 kHz. The maximum measurement distance for determining the distance measurement value is a complementary relation to the measurement accuracy. In the actual experiment, the distance was determined to be unique within 1.35 km when the measurement accuracy was 42 μm. When a low-order composite wave is used, the distance that can be measured without ambiguity becomes long, and the higher the number of the composite wave is, the higher the resolution can be measured. By using both low and high order synthetic waves, longer distances can be measured with high resolution.

Figure 112015046533911-pat00072
값의 결정은 초기에 한번만 결정하면 충분하며, 상기와 같은 두식을 연립하는 방법뿐만 아니라 분해능은 낮지만 긴거리를 측정할 수 있는 다른 보조 측정 수단을 사용하여
Figure 112015046533911-pat00073
값을 결정 할 수도 있다. 여기서, 보조 측정 수단은 줄자와 같은 종래의 거리 측정 도구일 수도 있다. 상기 본 발명의 실시예에 따른 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치에서, 1차 합성파의 파장이 3 m (
Figure 112015046533911-pat00074
=100 MHz) 일 때 최대 1.5 m 사용될 수 있는 보조 측정 수단은, 1.5 m의 오차 이하의 측정값을 생성할 수 있어야 하는데, 일반적으로 사용되는 줄자로 충분할 수 있다.
Figure 112015046533911-pat00072
Determination of the value is sufficient only once at the beginning, and it is sufficient to use the other method of measuring the distance,
Figure 112015046533911-pat00073
Value may be determined. Here, the auxiliary measuring means may be a conventional distance measuring tool such as tape measure. In the distance measuring apparatus using real-time synthetic wave fading based on the free running femtosecond laser according to the embodiment of the present invention, when the wavelength of the first-order synthetic wave is 3 m
Figure 112015046533911-pat00074
= 100 MHz), an auxiliary measuring means which can be used up to 1.5 m shall be capable of producing a measurement of an error of less than 1.5 m, and a generally used tape measure may suffice.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치에서 거울이 생략된 경우의 블록도이다. 도 1과 도 2를 비교하면 측정표적에 위치했던, 거울이 생략되고 측정용 광검출기(150)로 대체된 것을 알 수 있다. 도 2에 나타난 본 발명의 실시예에 따른 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치에서 거울이 생략된 경우의 동작은 다음과 같다. FIG. 2 is a block diagram of a case where a mirror is omitted in a distance measuring apparatus using real-time synthesized wave-based free-running femtosecond laser according to an embodiment of the present invention. Comparing FIG. 1 and FIG. 2, it can be seen that the mirror, which was located in the measurement target, is omitted and replaced by the photodetector 150 for measurement. The operation of the distance measurement apparatus using the free running femtosecond laser based real-time synthesis wave determination according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2 is as follows.

먼저 프리러닝 펨토초 레이저 광원(110)에서 레이저 광을 방사하고, 상기 프리러닝 펨토초 레이저 광원(110)으로부터 출사되는 레이저 광은 광분할기(120)에 의해 기준용 광검출기(130)에 입사되는 기준광과 측정용 광검출기(150)에 입사되는 측정광으로 분리된다. 다음으로 기준용 광검출기(130)에 기준광이 입사되고, 측정용 광검출기(150)에 측정광이 입사된 후에, 상기 검출된 신호들은 위상 측정부(230)에 입력된다.First, a free-running femtosecond laser light source 110 emits a laser beam, and the laser light emitted from the free-running femtosecond laser light source 110 is split by a beam splitter 120 into a reference beam incident on the reference beam detector 130 And is separated into measurement light that is incident on the photodetector 150 for measurement. After the reference light is incident on the reference photodetector 130 and the measurement light is incident on the measurement photodetector 150, the detected signals are input to the phase measurement unit 230.

그 다음으로 위상 측정부(230)는 입력된 상기 검출된 신호들로부터 합성된 기준광과 합성된 측정광간의 위상차를 측정하고, 주파수 측정부(220)는 실시간으로 프리러닝 펨토초 레이저의 반복률을 측정하면서 추출하고자 하는 합성파의 차수를 결정한 후에, 상기 위상차, 상기 반복률 및 상기 합상파의 차수를 거리 산출부(300)에 입력한다. 최종적으로 거리 산출부(300)는 상기 반복률, 상기 위상차 및 상기 합성파의 차수로부터 광분할기(120)와 측정표적간의 거리정보를 산출할 수 있다. Next, the phase measuring unit 230 measures the phase difference between the synthesized reference light and the combined measurement light, and the frequency measuring unit 220 measures the repetition rate of the free-running femtosecond laser in real time After determining the order of the synthetic waves to be extracted, the phase difference, the repetition rate, and the order of the summed wave are input to the distance calculating unit 300. Finally, the distance calculating unit 300 may calculate the distance information between the light splitter 120 and the measurement target based on the repetition rate, the phase difference, and the degree of the synthetic wave.

이때, 거리정보를 산출함에 있어서 다음과 같은 수학식

Figure 112015046533911-pat00075
이 사용될 수 있다.At this time, in calculating the distance information,
Figure 112015046533911-pat00075
Can be used.

여기서,

Figure 112015046533911-pat00076
는 기준용 광검출기(130)와 측정용 광검출기(150)의 광경로 차로 결정되는 거리정보이며 ,
Figure 112015046533911-pat00077
은 프리러닝 펨토초 레이저의
Figure 112015046533911-pat00078
차 합성파의 파장,
Figure 112015046533911-pat00079
은
Figure 112015046533911-pat00080
에 곱해졌을 때 거리정보의 값을 넘지 않는 가장 큰 값을 생성하는 정수값,
Figure 112015046533911-pat00081
은 선택된
Figure 112015046533911-pat00082
차 기준광의 합성파와 선택된
Figure 112015046533911-pat00083
차 측정광의 합성파의 위상차,
Figure 112015046533911-pat00084
는 대기 중 빛의 속도(= 진공중의 빛의속도 / 대기의 굴절률),
Figure 112015046533911-pat00085
은 프리러닝 펨토초 레이저의 반복률이다. 도 2에 나타난 거울이 생략된 실시예와 도 1에 나타난 실시예를 비교할 때, 거리정보를 산출하는 수학식에서 차이가 있는데, 그 이유는 도 2에 나타난 거울이 생략된 실시예에서는 기준광보다 측정광이 더 진행한 거리가 광분할기(120)와 측정표적 사이를 왕복한 것이 아니고, 단순히 1회 진행한 것이기 때문이다.here,
Figure 112015046533911-pat00076
The Distance information determined by the optical path difference between the reference photodetector 130 and the photodetector 150 for measurement,
Figure 112015046533911-pat00077
Of free-running femtosecond laser
Figure 112015046533911-pat00078
The wavelength of the composite wave,
Figure 112015046533911-pat00079
silver
Figure 112015046533911-pat00080
An integer value that produces the largest value that does not exceed the value of the distance information when multiplied,
Figure 112015046533911-pat00081
Is selected
Figure 112015046533911-pat00082
The composite wave of the reference light and the selected
Figure 112015046533911-pat00083
The phase difference of the synthesized wave of the difference measuring light,
Figure 112015046533911-pat00084
Is the velocity of light in the atmosphere (= velocity of light under vacuum / refractive index of the atmosphere)
Figure 112015046533911-pat00085
Is the repetition rate of the free running femtosecond laser. When comparing the embodiment in which the mirror shown in FIG. 2 is omitted and the embodiment shown in FIG. 1, there is a difference in the equation for calculating the distance information because, in the mirrorless embodiment shown in FIG. 2, This is because the further proceeding distance is not a round trip between the light splitter 120 and the measurement target, but rather a single travel.

거리정보를 산출함에 있어서 사용되는 수학식이

Figure 112015046533911-pat00086
인 점 외에는, 도 2가 나타내는 실시예에서 합성파의 차수
Figure 112015046533911-pat00087
및
Figure 112015046533911-pat00088
의 결정이나 동작은 도 1을 참조하여 설명한 것에 대응되므로 자세한 설명은 생략한다.The mathematical expression used in calculating the distance information
Figure 112015046533911-pat00086
2, in the embodiment shown in Fig. 2,
Figure 112015046533911-pat00087
And
Figure 112015046533911-pat00088
And the detailed description thereof will be omitted.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치에서 광커플러(160)가 추가된 경우의 블록도이다. 도 1과 도 3을 비교하면 프리러닝 펨토초 레이저 광원(110)과 상기 광분할기(120) 사이에 광커플러(160)를 배치한 것을 알 수 있다. 3 is a block diagram of a case where an optical coupler 160 is added in a distance measuring apparatus using real-time synthesized wave fading based on a free running femtosecond laser according to an embodiment of the present invention. Comparing FIGS. 1 and 3, it can be seen that an optical coupler 160 is disposed between the free-running femtosecond laser light source 110 and the optical splitter 120.

이것은 기준광과 측정광이 서로 섞이지 않도록 하여 기준광과 측정광이 섞여 발생하는 오차를 방지하기 위한 것이다. 도 3에 따른 본 발명의 실시예에 따른 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치에서 광커플러가 추가된 경우에 거리정보를 산출함에 있어서 사용되는 수학식, 합성파의 차수

Figure 112015046533911-pat00089
및
Figure 112015046533911-pat00090
의 결정, 동작은 앞서 설명한 도 1을 참조하여 설명한 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.This is to prevent an error caused by mixing the reference light and the measurement light by preventing the reference light and the measurement light from being mixed with each other. 3, a distance measuring apparatus using real-time synthesized fading based on a free-running femtosecond laser according to an embodiment of the present invention includes a mathematical expression used in calculating distance information when an optical coupler is added,
Figure 112015046533911-pat00089
And
Figure 112015046533911-pat00090
Is the same as the embodiment described above with reference to FIG. 1, and thus a detailed description thereof will be omitted.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치를 이용하여 여러 지점에서 거리를 측정하는 경우에 대한 개요도이다. 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치는 종래의 기술과 달리 측정거리에 따라 펨토초 레이저를 안정화할 필요가 없으므로, 한 대의 레이저만을 가지고 여러 지점의 거리를 동시에 측정 할 수 있는 기능을 제공할 수 있다.FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a case where a distance is measured at various points using a distance measuring apparatus using real-time synthesized wave-based free-running femtosecond laser according to an embodiment of the present invention. Free-ranging femtosecond laser-based real-time synthesized wave-based distance measuring device does not need to stabilize the femtosecond laser according to the measurement distance unlike the conventional technology, so that it can measure the distance of several points simultaneously with only one laser Can be provided.

다만, 측정표적의 수만큼 측정용 광검출기와 위상 측정수단이 필요하여 다채널 광분할기(121), 다채널 측정용 광검출기(151), 다채널 위상 측정부(231) 및 다채널 거리 산출부(301)가 사용될 수 있다. However, a photodetector for measurement and a phase measurement means are required as many as the number of measurement targets, and a multi-channel optical splitter 121, a multi-channel measurement photodetector 151, a multi-channel phase measurement unit 231, (301) may be used.

동작원리는 동일하므로, 도 2에 나타낸 거울이 생략된 실시예에 대한 상기 설명을 복수의 측정표적에 대한 것으로 확장하는 것으로 충분할 수 있다. 즉, 다채널 광분할기(121)와

Figure 112015046533911-pat00091
번째 측정표적의 거리정보(
Figure 112015046533911-pat00092
), 다채널 위상 측정부(231)에서
Figure 112015046533911-pat00093
번째 측정표적의 거리와 관련된 기준광의 합성파와 측정광의 합성파의 위상차(
Figure 112015046533911-pat00094
) 등의 예와 같이,
Figure 112015046533911-pat00095
번째 측정표적에 관련된 변수임을 나타내기 위한 아래첨자가 추가될 수 있다. Since the principles of operation are the same, it may be sufficient to extend the above description of the omitted embodiment of the mirror shown in FIG. 2 to a plurality of measurement targets. That is, the multi-channel optical splitter 121 and
Figure 112015046533911-pat00091
Distance information of the second measurement target (
Figure 112015046533911-pat00092
), The multi-channel phase measurement unit 231
Figure 112015046533911-pat00093
Of the reference light related to the distance of the first measurement target and the synthesized wave and the measurement light of the reference light related to the distance of the second measurement target
Figure 112015046533911-pat00094
) ≪ / RTI >
Figure 112015046533911-pat00095
Subscripts may be added to indicate that the variables are related to the second measurement target.

거리정보를 산출함에 있어서 다음과 같은 수학식,

Figure 112015046533911-pat00096
이 사용될 수 있다. In calculating the distance information,
Figure 112015046533911-pat00096
Can be used.

여기서, 여기서,

Figure 112015046533911-pat00097
는 기준용 광검출기(130)와
Figure 112015046533911-pat00098
번째 측정표적에 위치된 측정용 광검출기(150)의 광경로 차이로 결정되는
Figure 112015046533911-pat00099
번째 측정표적의 거리정보이며 ,
Figure 112015046533911-pat00100
은 프리러닝 펨토초 레이저의
Figure 112015046533911-pat00101
차 합성파의 파장,
Figure 112015046533911-pat00102
는
Figure 112015046533911-pat00103
에 곱해졌을 때
Figure 112015046533911-pat00104
번째 측정표적의 거리정보의 값을 넘지 않는 가장 큰 값을 생성하는 정수값,
Figure 112015046533911-pat00105
은
Figure 112015046533911-pat00106
차 합성파로
Figure 112015046533911-pat00107
번째 측정표적의 거리를 측정하였을 때 기준광의 합성파와 측정광의 합성파의 위상차,
Figure 112015046533911-pat00108
는 대기 중 빛의 속도(= 진공중의 빛의속도 / 대기의 굴절률),
Figure 112015046533911-pat00109
은 프리러닝 펨토초 레이저의 반복률이다.Here,
Figure 112015046533911-pat00097
The The reference photodetector 130 and
Figure 112015046533911-pat00098
Determined by the light path difference of the measuring photodetector 150 located in the < RTI ID = 0.0 >
Figure 112015046533911-pat00099
Lt; th > measurement target,
Figure 112015046533911-pat00100
Of free-running femtosecond laser
Figure 112015046533911-pat00101
The wavelength of the composite wave,
Figure 112015046533911-pat00102
The
Figure 112015046533911-pat00103
When you multiply
Figure 112015046533911-pat00104
An integer value for generating the largest value not exceeding the value of the distance information of the second measurement target,
Figure 112015046533911-pat00105
silver
Figure 112015046533911-pat00106
Car composite wave
Figure 112015046533911-pat00107
The distance of the second measurement target is The phase difference of the composite wave of the reference light and the measurement light when measured,
Figure 112015046533911-pat00108
Is the velocity of light in the atmosphere (= velocity of light under vacuum / refractive index of the atmosphere)
Figure 112015046533911-pat00109
Is the repetition rate of the free running femtosecond laser.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.

110 : 프리러닝 펨토초 레이저 광원
120 : 광분할기
121 : 다채널 광분할기
130 : 기준용 광검출기
140 : 측정표적
150 : 측정용 광검출기
151 : 다채널 측정용 광검출기
160 : 광커플러
210 : 기준시계
220 : 주파수 측정부
230 : 위상 측정부
231 : 다채널 위상 측정부
300 : 거리 산출부
301: 다채널 거리 산출부110: Free-running femtosecond laser light source
120: optical splitter
121: Multi-channel optical splitter
130: reference photodetector
140: Measurement target
150: Photodetector for measurement
151: Photodetector for multi-channel measurement
160: Optocoupler
210: Reference clock
220: Frequency measurement unit
230: phase measuring unit
231: Multi-channel phase measurement unit
300: Distance calculation unit
301: Multi-channel distance calculating unit

Claims (10)

레이저 광을 방사하는 프리러닝 펨토초 레이저 광원;
상기 레이저 광이 입사되며, 상기 레이저 광을 기준광과 측정표적으로부터 반사되는 측정광으로 분리하는 광분할기;
상기 기준광을 검출하는 기준용 광검출기;
상기 측정광을 검출하는 측정용 광검출기;
상기 레이저 광의 반복률을 측정하고, 추출하고자 하는 합성파의 차수를 결정하여, 상기 반복률과 상기 합성파의 차수를 출력하는 주파수 측정부;
검출된 기준광 및 측정광을 고주파 신호와 각각 혼합하고, 혼합된 기준광 및 혼합된 측정광을 각각 저주파 통과 여과기에 통과시켜 추출된 기준 합성파와 측정 합성파의 위상차를 측정하는 위상 측정부; 및
상기 반복률, 상기 위상차 및 상기 합성파의 차수를 이용하여 상기 광분할기와 상기 측정표적 간의 거리정보를 산출하는 거리 산출부;를 포함하고,
상기 고주파 신호는 상기 반복률과 상기 합성파의 차수에 근거하여 결정되며,
상기 거리정보는 다음 수학식,
Figure 112016055266533-pat00110
에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치.
(
Figure 112016055266533-pat00111
상기 거리정보,
Figure 112016055266533-pat00112
: 프리러닝 펨토초 레이저의
Figure 112016055266533-pat00113
차 합성파의 파장,
Figure 112016055266533-pat00114
: 대기 중 빛의 속도,
Figure 112016055266533-pat00115
: 프리러닝 펨토초 레이저의 반복률,
Figure 112016055266533-pat00116
:
Figure 112016055266533-pat00117
에 곱해졌을 때, 거리정보의 값을 넘지 않는 가장 큰 값을 생성하는 정수값
Figure 112016055266533-pat00118
: 선택된
Figure 112016055266533-pat00119
차 기준광의 합성파와 선택된
Figure 112016055266533-pat00120
차 측정광의 합성파의 위상차)A free running femtosecond laser light source for emitting laser light;
A light splitter into which the laser light is incident and separates the laser light into measurement light reflected from the reference light and a measurement target;
A reference photodetector for detecting the reference light;
A photodetector for measurement for detecting the measurement light;
A frequency measuring unit measuring the repetition rate of the laser light, determining the order of the synthesized wave to be extracted, and outputting the repetition rate and the order of the synthesized wave;
A phase measurement unit for mixing the detected reference light and the measurement light with the high frequency signal, passing the mixed reference light and the mixed measurement light through the low pass filter, respectively, and measuring the phase difference between the extracted reference synthesized wave and the measured synthesized wave; And
And a distance calculating unit for calculating distance information between the optical splitter and the measurement target using the repetition rate, the phase difference, and the order of the synthetic wave,
The high frequency signal is determined based on the repetition rate and the degree of the composite wave,
The distance information is calculated by the following equation,
Figure 112016055266533-pat00110
Wherein the free-running femtosecond laser-based real-time synthesized wave-based distance measuring apparatus is characterized in that the free-running femtosecond laser-based distance measuring apparatus is used.
(
Figure 112016055266533-pat00111
The distance information,
Figure 112016055266533-pat00112
: Free-Running Femtosecond Laser
Figure 112016055266533-pat00113
The wavelength of the composite wave,
Figure 112016055266533-pat00114
: The speed of light in the atmosphere,
Figure 112016055266533-pat00115
: Repetition rate of free running femtosecond laser,
Figure 112016055266533-pat00116
:
Figure 112016055266533-pat00117
An integer value that produces the largest value that does not exceed the value of the distance information.
Figure 112016055266533-pat00118
: Selected
Figure 112016055266533-pat00119
The composite wave of the reference light and the selected
Figure 112016055266533-pat00120
Phase difference of synthesized wave of difference measurement light) 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 측정표적은
거울인 것을 특징으로 하는 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치.The method according to claim 1,
The measurement target
Characterized in that the free running femtosecond laser is a mirror. 레이저 광을 방사하는 프리러닝 펨토초 레이저 광원;
상기 레이저 광이 입사되며, 상기 레이저 광을 기준광과 측정표적에 입사되는 측정광으로 분리하는 광분할기;
상기 기준광을 검출하는 기준용 광검출기;
상기 측정광을 검출하는 측정용 광검출기;
상기 레이저 광의 반복률을 측정하고, 추출하고자 하는 합성파의 차수를 결정하여, 상기 반복률과 상기 합성파의 차수를 출력하는 주파수 측정부;
검출된 기준광 및 측정광을 고주파 신호와 각각 혼합하고, 혼합된 기준광 및 혼합된 측정광을 각각 저주파 통과 여과기에 통과시켜 추출된 기준 합성파와 측정 합성파의 위상차를 측정하는 위상 측정부; 및
상기 반복률, 상기 위상차 및 상기 합성파의 차수를 이용하여 상기 광분할기와 상기 측정표적 간의 거리정보를 산출하는 거리 산출부;를 포함하고,
상기 고주파 신호는 상기 반복률과 상기 합성파의 차수에 근거하여 결정되며,
상기 거리정보는 다음 수학식,
Figure 112016055266533-pat00121
에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치.
(
Figure 112016055266533-pat00122
: 상기 거리정보,
Figure 112016055266533-pat00123
: 프리러닝 펨토초 레이저의
Figure 112016055266533-pat00124
차 합성파의 파장,
Figure 112016055266533-pat00125
: 대기 중 빛의 속도,
Figure 112016055266533-pat00126
: 프리러닝 펨토초 레이저의 반복률,
Figure 112016055266533-pat00127
:
Figure 112016055266533-pat00128
에 곱해졌을 때, 거리정보의 값을 넘지 않는 가장 큰 값을 생성하는 정수값,
Figure 112016055266533-pat00129
: 선택된
Figure 112016055266533-pat00130
차 기준광의 합성파와 선택된
Figure 112016055266533-pat00131
차 측정광의 합성파의 위상차)A free running femtosecond laser light source for emitting laser light;
A light splitter for splitting the laser light into a reference light and a measurement light incident on the measurement target;
A reference photodetector for detecting the reference light;
A photodetector for measurement for detecting the measurement light;
A frequency measuring unit measuring the repetition rate of the laser light, determining the order of the synthesized wave to be extracted, and outputting the repetition rate and the order of the synthesized wave;
A phase measurement unit for mixing the detected reference light and the measurement light with the high frequency signal, passing the mixed reference light and the mixed measurement light through the low pass filter, respectively, and measuring the phase difference between the extracted reference synthesized wave and the measured synthesized wave; And
And a distance calculating unit for calculating distance information between the optical splitter and the measurement target using the repetition rate, the phase difference, and the order of the synthetic wave,
The high frequency signal is determined based on the repetition rate and the degree of the composite wave,
The distance information is calculated by the following equation,
Figure 112016055266533-pat00121
Wherein the free-running femtosecond laser-based real-time synthesized wave-based distance measuring apparatus is characterized in that the free-running femtosecond laser-based distance measuring apparatus is used.
(
Figure 112016055266533-pat00122
: The distance information,
Figure 112016055266533-pat00123
: Free-Running Femtosecond Laser
Figure 112016055266533-pat00124
The wavelength of the composite wave,
Figure 112016055266533-pat00125
: The speed of light in the atmosphere,
Figure 112016055266533-pat00126
: Repetition rate of free running femtosecond laser,
Figure 112016055266533-pat00127
:
Figure 112016055266533-pat00128
An integer value that produces the largest value that does not exceed the value of the distance information,
Figure 112016055266533-pat00129
: Selected
Figure 112016055266533-pat00130
The composite wave of the reference light and the selected
Figure 112016055266533-pat00131
Phase difference of synthesized wave of difference measurement light) 삭제delete 레이저 광을 방사하는 프리러닝 펨토초 레이저 광원;
상기 레이저 광이 입사되며, 상기 레이저 광을 기준광과 서로 다른 측정표적들에 입사되는 둘 이상의 측정광들로 분리하는 다채널광분할기;
상기 기준광을 검출하는 기준용 광검출기;
상기 측정광들과 일대일 대응이 되어, 상기 측정광을 각각 검출하는 둘 이상의 측정용 광검출기들로 구성된 다채널 측정용 광검출기;
상기 레이저 광의 반복률을 측정하고, 추출하고자 하는 합성파의 차수를 결정하여, 상기 반복률과 상기 합성파의 차수를 출력하는 주파수 측정부;
검출된 기준광 및 측정광들을 고주파 신호와 각각 혼합하고, 혼합된 기준광 및 혼합된 측정광들을 저주파 통과 여과기에 통과시켜 추출된 기준 합성파들과 각각의 측정 합성파들의 위상차들을 측정하는 다채널위상 측정부; 및
상기 반복률, 상기 위상차들 및 상기 합성파의 차수를 이용하여, 상기 다채널광분할기와 각각의 상기 위상차와 관련된 측정광이 입사한 상기 측정표적들 간의 각각의 거리정보들을 산출하는 거리 산출부;를 포함하고,
상기 고주파 신호는 상기 반복률과 상기 합성파의 차수에 근거하여 결정되며,
상기 거리정보들은 다음 수학식,
Figure 112016055266533-pat00132
의해 산출되는 것을 특징으로 하는 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치.
(
Figure 112016055266533-pat00133
: 상기 거리정보,
Figure 112016055266533-pat00134
,
Figure 112016055266533-pat00135
: 프리러닝 펨토초 레이저의
Figure 112016055266533-pat00136
차 합성파의 파장,
Figure 112016055266533-pat00137
: 대기 중 빛의 속도(= 진공중의 빛의속도 / 대기의 굴절률),
Figure 112016055266533-pat00138
: 프리러닝 펨토초 레이저의 반복률,
Figure 112016055266533-pat00139
:
Figure 112016055266533-pat00140
에 곱해졌을 때,
Figure 112016055266533-pat00141
번째 측정표적의 거리정보의 값을 넘지 않는 가장 큰 값을 생성하는 정수값,
Figure 112016055266533-pat00142
:
Figure 112016055266533-pat00143
차 합성파로
Figure 112016055266533-pat00144
번째 측정표적의 거리를 측정하였을 때, 기준광의 합성파와 측정광의 합성파의 위상차)A free running femtosecond laser light source for emitting laser light;
A multi-channel optical splitter into which the laser light is incident and separates the laser light into two or more measurement lights incident on different measurement targets from the reference light;
A reference photodetector for detecting the reference light;
A photodetector for multichannel measurement, the multichannel measurement photodetector having one-to-one correspondence with the measurement lights and comprising two or more measurement photodetectors each detecting the measurement light;
A frequency measuring unit measuring the repetition rate of the laser light, determining the order of the synthesized wave to be extracted, and outputting the repetition rate and the order of the synthesized wave;
A multi-channel phase measurement unit for mixing the detected reference light and the measurement light with the high-frequency signal, passing the mixed reference light and the mixed measurement light through the low-pass filter, and measuring the phase differences between the extracted reference composite waves and the respective measurement synthesis waves, ; And
And a distance calculator for calculating distance information between the multi-channel optical splitter and the measurement targets on which the measurement light associated with each phase difference is incident, using the repetition rate, the phase differences, and the order of the composite wave, Including,
The high frequency signal is determined based on the repetition rate and the degree of the composite wave,
The distance information is calculated by the following equation,
Figure 112016055266533-pat00132
Wherein the free running femtosecond laser based real-time synthesized wave determination based distance measuring apparatus is characterized in that the free running femtosecond laser based distance measuring apparatus is used.
(
Figure 112016055266533-pat00133
: The distance information,
Figure 112016055266533-pat00134
,
Figure 112016055266533-pat00135
: Free-Running Femtosecond Laser
Figure 112016055266533-pat00136
The wavelength of the composite wave,
Figure 112016055266533-pat00137
: Velocity of light in air (= velocity of light in vacuum / refractive index of atmosphere),
Figure 112016055266533-pat00138
: Repetition rate of free running femtosecond laser,
Figure 112016055266533-pat00139
:
Figure 112016055266533-pat00140
When multiplied by,
Figure 112016055266533-pat00141
An integer value for generating the largest value not exceeding the value of the distance information of the second measurement target,
Figure 112016055266533-pat00142
:
Figure 112016055266533-pat00143
Car composite wave
Figure 112016055266533-pat00144
The distance of the second measurement target is The phase difference between the synthesized wave of the reference light and the synthesized wave of the measurement light) 삭제delete 제 1 항, 제 4항 또는 제6항에 있어서,
상기 프리러닝 펨토초 레이저 광원은
1550nm의 중심 파장, 50nm의 대역폭, 100fs의 펄스폭을 가지는 어븀 광섬유 펨토초 레이저인 것을 특징으로 하는 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치.The method according to claim 1, 4, or 6,
The free-running femtosecond laser light source
Wherein the optical fiber is an erbium-doped fiber optical fiber femtosecond laser having a center wavelength of 1550 nm, a bandwidth of 50 nm, and a pulse width of 100 fs. 제 1 항, 제 4항 또는 제6항에 있어서,
상기 프리러닝 펨토초 레이저 광원은
1030nm의 중심 파장, 50nm의 대역폭, 50fs의 펄스폭을 가지는 이터븀 광섬유 펨토초 레이저인 것을 특징으로 하는 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치.The method according to claim 1, 4, or 6,
The free-running femtosecond laser light source
A femtosecond laser having a center wavelength of 1030 nm, a bandwidth of 50 nm, and a pulse width of 50 fs. 제 1 항, 제 4항 또는 제6항에 있어서,
상기 프리러닝 펨토초 레이저 광원은
800nm의 중심 파장, 100nm의 대역폭, 10fs의 펄스폭을 가지는 티타늄:사파이어 펨토초 레이저인 것을 특징으로 하는 프리러닝 펨토초 레이저 기반의 실시간 합성파 결정을 이용한 거리측정 장치.The method according to claim 1, 4, or 6,
The free-running femtosecond laser light source
Wherein the laser is a titanium: sapphire femtosecond laser having a center wavelength of 800 nm, a bandwidth of 100 nm, and a pulse width of 10 fs.
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