KR101689468B1 - Device and method for ceilometer with lidar - Google Patents

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Abstract

본 발명은 라이다식 운고계 장치 및 라이다식 운고계 장치 구현 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 라이다식 운고계 장치는, 비선형 매질을 통해, 레이저 빔을 대기 중으로 조사하는 레이저 송신부 및 상기 레이저 빔에 의해 산란되는 산란광을 이용하여, 상기 대기 중 구름의 높이 측정을 위한 광 신호를 감지하는 감지부를 포함하고, 상기 감지부는 상기 레이저 빔이 통과한 상기 비선형 매질로, 상기 산란광을 통과시켜 상기 광 신호를 감지할 수 있다.The present invention relates to a lidar type angular position device and a lidar type angular position device implementation method. A lidar type bright field apparatus according to the present invention includes a laser transmitting unit for irradiating a laser beam to the atmosphere through a nonlinear medium and an optical signal for measuring the height of the atmospheric cloud using scattered light scattered by the laser beam And the sensing unit may sense the optical signal by passing the scattered light through the nonlinear medium through which the laser beam has passed.

Description

라이다식 운고계 장치 및 라이다식 운고계 장치 구현 방법{DEVICE AND METHOD FOR CEILOMETER WITH LIDAR}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a device and a method for implementing the device,

본 발명은 라이다식 운고계 장치 및 라이다식 운고계 장치 구현 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lidar type angular position device and a lidar type angular position device implementation method.

라이다(LIDAR, Light Detection And Ranging)식 운고계는 송신된 레이저 빔(송신빔)의 파장을 대기 중으로 조사하고, 대기 중 구름에 의해 산란된 산란광(수신빔)을 망원경과 광센서를 통해 수집하여 구름의 높이를 관측하는 장비이다.Light Detection And Ranging (LIDAR) system is a system that irradiates the wavelength of a transmitted laser beam (transmission beam) to the atmosphere and collects scattered light (reception beam) scattered by clouds in the atmosphere through a telescope and optical sensor It is a device to observe the height of the clouds.

종래의 운고계에서는 레이저 빔이 퍼져 나가는 것을 방지하기 위하여 레이저 빔을 가능한 크게 확대하여 대기 중에 조사해야 하였다. 이는 확대값이 클수록, 레이저 빔의 발산각이 작아질 수 있기 때문이다.In the conventional angel system, the laser beam was enlarged as much as possible in order to prevent the laser beam from spreading and irradiated to the atmosphere. This is because the larger the magnification value, the smaller the divergence angle of the laser beam.

그래서 레이저 빔을 확대하기 위해 종래의 기술에서는, 큰 광학계(예컨대, 렌즈, 반사형 거울 등)를 사용해 오고 있다. 이때의 광학계는 먼 거리에서 산란된 산란광을 수신하기 위하여 큰 망원경의 형태일 수 있다. 또한, 종래의 기술에서는 레이저 빔 및 산란광을 송신 및 수신하기 위하여 두 개의 큰 광학계가 요구될 수 있다.Thus, in order to enlarge a laser beam, a large optical system (e.g., a lens, a reflective mirror, etc.) has been used in the prior art. The optical system at this time may be in the form of a large telescope to receive scattered light scattered over a long distance. In addition, in the prior art, two large optical systems may be required to transmit and receive the laser beam and the scattered light.

따라서, 종래 기술에서 운고계는 두 개의 광학계를 분리하여 구성된 두축(Biaxial) 시스템과 하나의 광학계로 구성된 동축(Coaxial) 시스템을 사용해 오고 있다.Therefore, in the prior art, the angel system has been using a coaxial system composed of a biaxial system constituted by separating two optical systems and an optical system.

특히, 동축 시스템은 근거리에서 광신호(산란광에 의한 광신호) 관측이 가능하여 두축 시스템 보다 앞쪽 광신호를 관측하는데 유리한 장점이 있다.Especially, the coaxial system is advantageous to observe the optical signal ahead of the dual axis system because the optical signal (optical signal by scattered light) can be observed at a short distance.

그러나, 동축 시스템은 다음과 같은 단점이 있을 수 있다.However, a coaxial system may have the following disadvantages.

먼저, 동축 시스템은 송신빔과 수신빔이 혼합될 수 있다. 동축 시스템에서 레이저 빔을 송신하는 광학계와 산란된 산란광을 수신하는 광학계는 편광빔 분할기에서 상당부분 겹쳐서 구성될 수 있다. 이때, 광학계 매질에서 산란된 송신빔의 일부는 센서로 유입될 수 있다.First, the coaxial system can be mixed with the transmission beam and the reception beam. The optical system for transmitting the laser beam in the coaxial system and the optical system for receiving the scattered scattered light can be configured to overlap considerably in the polarization beam splitter. At this time, a part of the transmission beam scattered in the optical system medium may be introduced into the sensor.

또한, 동축 시스템은 광선의 경로를 바꾸어 송신빔과 수신빔을 분리하는 편광 분할기를 포함할 수 있다. 그러나, 편광빔 분할기가 단순히 송신빔과 수신빔의 경로를 바꾸어 분리하기 때문에, 동축 시스템은 원하는 파장을 투과시키는 비율과 원하지 않는 광선을 차단하는 비율을 극대화시키는 고성능 필터를 요구하여 복잡성을 증가시킬 수 있다.The coaxial system may also include a polarization splitter that changes the path of the light beam to separate the transmit beam and the receive beam. However, since the polarization beam splitter simply separates the transmission beam and the reception beam path, the coaxial system requires a high-performance filter that maximizes the ratio of transmitting the desired wavelength and blocking the unwanted beam, thereby increasing the complexity have.

도 1 및 도 2는 동축 광학계를 이용한 라이다식 운고계의 일례를 도시한 도면이다.Figs. 1 and 2 are views showing an example of a lidar type bright-spot system using a coaxial optical system.

먼저, 도 1에 도시된 종래 기술에서의 동축 광학계를 이용한 라이다식 운고계(이하, 라이다식 운고계)는 레이저로부터 조사된 레이저 빔을, 홀 미러(구멍이 뚫린 미러)에 통과시키고, 렌즈를 통해 평행광이 되어 대기로 송신할 수 있다.First, a lidar type uncorrected system using a coaxial optical system in the prior art shown in Fig. 1 (hereafter, a lidar type unguim system) passes a laser beam irradiated from a laser through a hole formed in a hole (a hole) So that it can be transmitted to the atmosphere.

다음으로, 종래 기술에서의 라이다식 운고계는 구름이나 에어로졸에 의해 산란된 산란광을 렌즈를 통해 수신하고, 홀 미러를 통해 반사된 광신호(산란광)를 센서로 입사할 수 있다.Next, in the prior art lidar type unshadow system, scattered light scattered by a cloud or an aerosol is received through a lens, and an optical signal (scattered light) reflected through a hole mirror can be incident on a sensor.

종래 기술에서의 라이다식 운고계는 작은 구멍을 통하여 산란광을 투과시키기 때문에 산란광의 광소실이 존재하는 단점을 가지고 있다.The lidar-type unshadow system in the prior art has the disadvantage that the scattered light is transmitted through the small hole and thus the light is lost in the scattered light.

도 2에 도시된 종래 기술에서의 라이다식 운고계는 직육면체 모양의 편광빔 분할기를 이용하여 송신빔(레이저 빔)과 수신빔(산란광)을 합할 수 있다.The lidar type unshaded system in the prior art shown in FIG. 2 can combine a transmission beam (laser beam) and a reception beam (scattered light) by using a rectangular parallelepiped-shaped polarization beam splitter.

그러나, 종래 기술에서의 라이다식 운고계는 송신빔의 경로와 수신빔의 경로가 일정부분 겹칠 수 있다. 그렇기 때문에, 종래 기술에서의 라이다식 운고계는 겹치는 부분에 대하여 광학 매질에서 산란되는 신호가 원거리에서 에어로졸에 의하여 산란되는 신호보다 월등히 커질 수 있는 단점을 가지고 있다.However, in the lidar type unshadow system in the related art, the path of the transmission beam and the path of the reception beam may partially overlap. For this reason, the lidar-type bright field system in the prior art has a disadvantage that the signal scattered in the optical medium with respect to the overlapping portion can be much larger than the signal scattered by the aerosol from a long distance.

이러한 단점을 제거하기 위하여, 종래 기술에서의 라이다식 운고계는 시간적 차이를 이용하는 방법(센서를 게이트시키는 방법) 또는 원거리 라이다 신호를 결상하는 방법을 사용함으로써, 부가적인 광학계 또는 센서 제어장치를 포함하게 된다.In order to eliminate this disadvantage, the lidar uncurling system in the prior art includes an additional optical system or sensor control device by using a method of using temporal difference (a method of gating a sensor) or a method of imaging a remote lidar signal .

그러므로, 하나의 광학계를 이용하여 송신빔과 수신빔을 통과시켜 복잡성과 광학적 정렬의 불안정성을 개선하고, 동시에 송신 광학계에서 산란되는 레이저 빔이 수신 광학계로 입사되는 양 및 불필요한 파장의 배경신호가 광센서로 유입되는 것을 극소화시킬 수 있는 장치 및 방법이 필요한 실정이다.Therefore, by using one optical system to transmit the transmission beam and the reception beam, it is possible to improve the complexity and the instability of the optical alignment, and at the same time, the amount of the laser beam scattered in the transmission optical system and the background signal of the unnecessary wavelength, And a method and a method for minimizing the influx into the apparatus.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하나의 비선형 매질을 이용하여 레이저 빔을 조사 및 산란광을 수집하되, 비선형 매질을 통과하는 레이저 빔의 경로와 산란광의 경로가 중복되지 않도록 레이저 빔 및 산란광의 굴절 각을 조정하는 라이다식 운고계 장치 및 라이다식 운고계 장치 구현 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the problems described above, and it is an object of the present invention to provide a laser beam irradiation apparatus and a laser beam irradiation method which collects laser beam and scattered light using one nonlinear medium, It is an object of the present invention to provide a lidar type astigmatic device and a method of implementing a lidar type astigmatism device for adjusting a refraction angle of a beam and scattered light.

또한, 본 발명은 광학계에서 산란된 레이저 빔을 줄일 수 있으며, 동시에 광센서에 유입되는 불필요한 배경신호를 절감시킴으로써, 보다 높은 고도의 구름 측정이 가능하고 고가의 광학계에 대한 사용을 생략시키는, 라이다식 운고계 장치 및 라이다식 운고계 장치 구현 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 가지고 있다.In addition, the present invention can reduce the scattered laser beam in the optical system and at the same time reduce unnecessary background signals flowing into the optical sensor, thereby enabling a higher altitude cloud measurement and eliminating the use of an expensive optical system. The present invention has another object to provide a method for implementing a camera device and a lidar type camera device.

상기의 목적을 이루기 위한 라이다식 운고계 장치는, 비선형 매질을 통해, 레이저 빔을 대기 중으로 조사하는 레이저 송신부 및 상기 레이저 빔에 의해 산란되는 산란광을 이용하여, 상기 대기 중 구름의 높이 측정을 위한 광 신호를 감지하는 감지부를 포함하고, 상기 감지부는 상기 레이저 빔이 통과한 상기 비선형 매질로, 상기 산란광을 통과시켜 상기 광 신호를 감지할 수 있다.The lidar type bright field apparatus for achieving the above object comprises a laser transmitting unit for irradiating a laser beam to the atmosphere through a nonlinear medium and a light source for measuring the height of the atmospheric cloud using the scattered light scattered by the laser beam, And the sensing unit may sense the optical signal by passing the scattered light through the nonlinear medium through which the laser beam has passed.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 기술적 방법으로서, 라이다식 운고계 장치 구현 방법은, 비선형 매질을 통해, 레이저 빔을 대기 중으로 조사하는 단계, 상기 레이저 빔에 의해 산란되는 산란광을 수신하는 단계 및 상기 레이저 빔이 통과한 상기 비선형 매질로, 상기 산란광을 통과시켜, 상기 대기 중 구름의 높이 측정을 위한 광 신호를 감지하는 단계를 포함하여 구성할 수 있다.As a technical solution to achieve the above object, a method of implementing a lidar type bright field device includes the steps of irradiating a laser beam into the atmosphere through a nonlinear medium, receiving scattered light scattered by the laser beam, Passing the scattered light through the nonlinear medium through which the beam passes, and sensing an optical signal for measuring the height of the atmospheric cloud.

본 발명의 일실시예에 따르면, 하나의 비선형 매질을 이용하여 레이저 빔을 조사 및 산란광을 수집할 수 있고, 이때 비선형 매질을 통과하는 레이저 빔의 경로와 산란광의 경로가 중복되지 않도록 레이저 빔 및 산란광의 굴절 각을 조정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to irradiate a laser beam and collect scattered light using one nonlinear medium. In this case, the laser beam and the scattered light Can be adjusted.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 광학계에서 산란된 레이저 빔을 줄일 수 있으며, 동시에 광센서에 유입되는 불필요한 배경신호를 절감시킴으로써 비선형 광학계가 필터 역할도 동시에 수행하기 때문에, 보다 높은 고도의 구름 측정이 가능하고 고가의 광학계에 대한 사용을 생략시킬 수 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, since the laser beam scattered by the optical system can be reduced and the unnecessary background signal introduced into the optical sensor is simultaneously reduced, the nonlinear optical system also acts as a filter, Measurement can be performed and the use of an expensive optical system can be omitted.

도 1 및 도 2는 동축 광학계를 이용한 라이다식 운고계의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 라이다식 운고계 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 라이다식 운고계 장치를 이용하여 구름의 높이를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 비선형 매질을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 라이다식 운고계 장치 구현 방법을 구체적으로 도시한 작업 흐름도이다.Figs. 1 and 2 are views showing an example of a lidar type bright-spot system using a coaxial optical system.
3 is a block diagram illustrating a lidar type bright field device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view for explaining a process of measuring a height of a cloud using a lidar clouding device according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are views for explaining a nonlinear medium according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of implementing a lidar type angular velocity system according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

본 명세서에서 설명되는 라이다식 운고계 장치 및 라이다식 운고계 장치 구현 방법은 레이저 송신부에서 조사된 나노 시간에 동작하는 펄스형 레이저 빔을 비선형 매질을 이용하여 조사 및 수신함으로써, 라이다식 운고계 장치의 광학적 안정성을 높이고 측정 거리를 보다 낮출 수 있다. 또한, 비선형 매질이 파장에 따라 분산(dispersion)을 다르게 하는 특성을 이용하여 태양광이 대기에 산란되어 대기 중에 존재하는 산란광 이외의 배경신호를 확연히 줄임으로써, 기존의 단일 광학계가 가질 수 없는 분광필터 기능을 제공할 수 있다.The lidar type unshaded device and the lidar type unidirectional device embodied method described in this specification can be applied to a lidar type unshaded type device by irradiating and receiving a pulsed laser beam operating at a nanometer time, The optical stability can be improved and the measurement distance can be further reduced. In addition, by using the property that the dispersion of the nonlinear medium differs according to the wavelength, the sunlight is scattered in the atmosphere and the background signal other than the scattered light existing in the atmosphere is significantly reduced, Function can be provided.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 라이다식 운고계 장치를 나타내는 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a lidar type bright field device according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 라이다식 운고계 장치(300)는 레이저 송신부(310) 및 감지부(320)를 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 라이다식 운고계 장치(300)는 변환부(330), 반사형 망원경(340) 및 측정부(350)를 추가하여 구성할 수 있다.The lidar type bright field apparatus 300 of the present invention may include a laser transmission unit 310 and a sensing unit 320. In addition, according to the embodiment, the lidar type bright field device 300 can be configured by adding the conversion unit 330, the reflective telescope 340, and the measurement unit 350.

레이저 송신부(310)는 비선형 매질을 통해, 레이저 빔을 대기 중으로 조사한다. 즉, 레이저 송신부(310)는 레이저 빔의 파장 및 편광 중 적어도 하나에 따라 광학적 굴절률이 다른 비선형 매질을 통과시켜 대기 중으로 조사할 수 있다.The laser transmitting unit 310 irradiates the laser beam to the atmosphere through the nonlinear medium. That is, the laser transmitting unit 310 may irradiate the laser beam through the nonlinear medium having a different optical refractive index according to at least one of the wavelength and the polarization of the laser beam.

여기서, 비선형 매질은 리튬 네오베이트(Lithium Niobate, LiNbO3), 리튬 탄탈레이트(lithium Tantalate, LiTaO3) 등과 같이 파장 및 편광 중 적어도 하나에 따라 광학적 굴절률이 상이한 물질 중 적어도 하나일 수 있다. 이때, 비선형 매질의 광학적 굴절률은 레이저 빔이 비선형 매질을 통과하는 각도를 뜻할 수 있다. 비선형 매질에 대한 보다 상세한 설명은 후술하는 도 5 및 도 6을 참고하여 설명하고자 한다.Here, the nonlinear medium may be at least one material having a different optical refractive index depending on at least one of wavelength and polarized light, such as lithium neo-bate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ) At this time, the optical refractive index of the nonlinear medium may be an angle at which the laser beam passes through the nonlinear medium. A more detailed description of the nonlinear medium will be described with reference to FIGS. 5 and 6, which will be described later.

감지부(320)는 상기 레이저 빔에 의해 산란되는 산란광을 이용하여, 상기 대기 중 구름의 높이 측정을 위한 광 신호를 감지한다. 이때, 감지부(320)는 상기 레이저 빔이 통과한 상기 비선형 매질로, 상기 산란광을 통과시켜 상기 광 신호를 감지한다. 즉, 감지부(320)는 레이저 빔이 통과한 비선형 매질에, 산란광을 통과시켜 구름의 높이 측정을 위한 광 신호를 감지할 수 있다. 다시 말해, 산란광과 레이저 빔은 동일한 비선형 매질에 통과될 수 있다.The sensing unit 320 senses an optical signal for measuring the height of the atmospheric cloud using scattered light scattered by the laser beam. At this time, the sensing unit 320 senses the optical signal by passing the scattered light through the nonlinear medium through which the laser beam has passed. That is, the sensing unit 320 can sense the optical signal for measuring the height of the cloud by passing scattered light through the nonlinear medium through which the laser beam passes. In other words, the scattered light and the laser beam can pass through the same nonlinear medium.

변환부(330)는 상기 산란광의 파장 및 편광 중 적어도 하나에 따라, 상기 비선형 매질에서 상기 산란광이 갖는 굴절 각을 결정할 수 있다. 즉, 변환부(330)는 비선형 매질에서 산란광이 어느 각으로 굴절시킬지, 산란광의 파장 및 편광 중 적어도 하나에 따라 결정할 수 있다.The conversion unit 330 may determine the refraction angle of the scattered light in the nonlinear medium according to at least one of the wavelength and the polarization of the scattered light. That is, the conversion unit 330 may determine at what angle the scattered light is refracted in the nonlinear medium, the wavelength of the scattered light, and the polarized light.

또한, 변환부(330)는 상기 비선형 매질에서의, 상기 레이저 빔이 갖는 굴절 각과 적어도 상이하도록, 상기 산란광이 갖는 굴절 각을 결정할 수 있다. 즉, 변환부(330)는 레이저 빔이 비선형 매질을 통과하는 굴절 각과 다른 각의 굴절 각을 결정할 수 있다. 결론적으로, 산란광과 레이저 빔은 하나의 비선형 매질을 통과하지만 서로 다른 굴절 각을 통해 겹치지 않을 수 있다.Further, the conversion unit 330 can determine the refraction angle of the scattered light so as to be at least different from the refraction angle of the laser beam in the nonlinear medium. That is, the conversion unit 330 can determine the refraction angle at which the laser beam passes through the nonlinear medium and the refraction angle at another angle. Consequently, the scattered light and the laser beam pass through one nonlinear medium but may not overlap through different refraction angles.

또한, 변환부(330)는 상기 레이저 빔이 상기 비선형 매질을 통과한 경로와 적어도 상이하도록, 상기 비선형 매질에서의 상기 산란광의 경로를 결정할 수 있다. 다시 말해, 변환부(330)는 산란광의 경로와 레이저 빔의 경로가 비선형 매질에서 중복되지 않도록 경로를 결정할 수 있다.Further, the conversion unit 330 may determine the path of the scattered light in the nonlinear medium so that the laser beam is at least different from the path through which the laser beam has passed through the nonlinear medium. In other words, the conversion unit 330 can determine the path so that the path of the scattered light and the path of the laser beam are not overlapped in the nonlinear medium.

또한, 변환부(330)는 상기 레이저 빔이 갖는 굴절 각 보다 90도 회전된 각도를, 상기 산란광이 갖는 굴절 각으로 결정할 수 있다. 여기서, 변환부(330)는 λ/4 플레이트(plate)인 편광변환기로 구현될 수 있다. 산란광이 원형 편광인 경우, 편광변환기를 통과하면 선형 편광으로 변환될 수 있다. 이때, 변환부(330)는 선형 편광이 λ/4 플레이트를 두 번 통과한 효과를 통하여, 레이저 빔의 굴절 각 보다 90도 회전된 각도로 산란광의 굴절 각을 결정할 수 있다. 편광변환기에 대한 보다 구체적인 설명은 도 4를 참고하여 후술한다.Also, the conversion unit 330 may determine an angle, which is rotated by 90 degrees from the refraction angle of the laser beam, with the refraction angle of the scattered light. Here, the conversion unit 330 may be implemented as a polarization converter that is a? / 4 plate. When the scattered light is circularly polarized light, it can be converted into linearly polarized light when passing through the polarized light converter. At this time, the conversion unit 330 can determine the refraction angle of the scattered light at an angle rotated by 90 degrees from the refraction angle of the laser beam through the effect that the linearly polarized light passes through the? / 4 plate twice. A more detailed description of the polarization converter will be described later with reference to Fig.

반사형 망원경(340)은 상기 대기 중으로의 상기 레이저 빔 조사와 동시에, 상기 대기 중으로부터 상기 산란광을 취합하여 수신하고, 상기 레이저 빔과 상기 산란광 각각의 경로를 목적지에 따라 변경할 수 있다. 즉, 반사형 망원경(340)은 레이저 송신부(310)에서 비선형 매질을 통해 조사된 레이저 빔을 대기 중으로 조사할 수 있다. 이때, 반사형 망원경(340)은 대기 중으로 조사와 더불어 대기 중으로부터 산란광을 취합하여 수신할 수 있다.The reflective telescope 340 collects and receives the scattered light from the atmosphere simultaneously with the irradiation of the laser beam to the atmosphere, and can change the path of each of the laser beam and the scattered light according to the destination. That is, the reflective telescope 340 can irradiate the laser beam irradiated through the nonlinear medium to the atmosphere in the laser transmitter 310. At this time, the reflection type telescope 340 can receive scattered light from the atmosphere while receiving the reflected light to the atmosphere.

여기서, 반사형 망원경(340)은 상기 비선형 매질을 통과한 상기 레이저 빔을, 평행광으로 형성하여 상기 대기 중으로 조사시킬 수 있다. 즉, 반사형 망원경(340)은 집광렌즈와의 초점거리 배율을 조절하여 평행광이 형성되도록 할 수 있다. 또한, 반사형 망원경(340)은 평행광으로 형성된 레이저 빔을 대기 중으로 조사할 수 있다.Here, the reflective telescope 340 may form the laser beam having passed through the nonlinear medium as parallel light and irradiate the laser beam into the atmosphere. That is, the reflection type telescope 340 can adjust the focal distance magnification with the condensing lens to form parallel light. Further, the reflective telescope 340 can irradiate the laser beam formed with parallel light into the atmosphere.

또한, 반사형 망원경(340)은 상기 산란광이 취합되는 집광렌즈와의 초점거리 배율을 조절하여, 상기 산란광을 평행광으로 형성하여 상기 비선형 매질로 출력시킬 수 있다. 즉, 반사형 망원경(340)은 대기 중으로부터 취합된 산란광을 집광렌즈와의 초점거리 배율을 조절하여, 산란광을 평행광으로 형성할 수 있다.Further, the reflective telescope 340 may adjust the focal distance magnification of the condensing lens to which the scattered light is collected, and output the scattered light as parallel light to the nonlinear medium. That is, the reflection type telescope 340 can adjust the focal distance magnification of the scattered light collected from the atmosphere to the condenser lens to form the scattered light as parallel light.

측정부(350)는 상기 광신호를 간섭필터에 통과시켜 배경신호를 제거한 후 광센서로 입력하고, 상기 광센서에 입력된 광신호를 이용하여, 상기 구름의 높이를 측정할 수 있다. 즉, 측정부(350)는 구름의 높이를 측정하기 위하여 간섭필터를 통과한 광신호를 센서로 입력할 수 있고, 광신호를 이용하여 구름의 높이를 측정할 수 있다. 여기서, 간섭필터는 광신호를 투과할 수 있도록 설계된 것으로, 파장의 투과폭(FWHM; Full Width Half Maximum)을 작게 하여 배경신호를 줄여줄 수 있다.The measurement unit 350 may pass the optical signal through the interference filter to remove the background signal, input the optical signal to the optical sensor, and measure the height of the cloud using the optical signal input to the optical sensor. That is, the measuring unit 350 can input the optical signal passing through the interference filter to the sensor to measure the height of the cloud, and can measure the height of the cloud using the optical signal. Here, the interference filter is designed to be capable of transmitting an optical signal, and the background signal can be reduced by reducing the full width half maximum (FWHM) of the wavelength.

이러한, 본 발명의 라이다식 운고계 장치(300)는 하나의 비선형 매질을 이용하여 레이저 빔을 조사 및 산란광을 수집할 수 있고, 이때 비선형 매질을 통과하는 레이저 빔의 경로와 산란광의 경로가 중복되지 않도록 레이저 빔 및 산란광의 굴절 각을 조정할 수 있다.The lidar type bright spot apparatus 300 of the present invention can irradiate a laser beam and collect scattered light using a single nonlinear medium. In this case, the path of the laser beam passing through the nonlinear medium and the path of the scattered light are not overlapped The refraction angle of the laser beam and the scattered light can be adjusted.

또한, 본 발명의 라이다식 운고계 장치(300)는 광학계에서 산란된 레이저 빔을 줄일 수 있으며, 동시에 광센서에 유입되는 불필요한 배경신호를 절감시킴으로써, 보다 높은 고도의 구름 측정이 가능하고 고가의 광학계에 대한 사용을 생략시킬 수 있다.In addition, the lidar type bright spot apparatus 300 of the present invention can reduce a laser beam scattered in an optical system and at the same time reduce unnecessary background signals flowing into a photosensor, thereby enabling a higher altitude cloud measurement, Can be omitted.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 라이다식 운고계 장치를 이용하여 구름의 높이를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4 is a view for explaining a process of measuring a height of a cloud using a lidar clouding device according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시한 바와 같이, 실시예에 따라 라이다식 운고계 장치(400)는 레이저 송신부(410), 비선형 매질(420), 집광렌즈(430, 480), 핀홀(440), 편광 변환기(450), 반사형 망원경(460), 간섭필터(470) 및 광센서(490)를 포함하여 구현될 수 있다.4, the laser radar system 400 includes a laser transmitter 410, a nonlinear medium 420, condenser lenses 430 and 480, a pinhole 440, a polarization converter 450 , A reflective telescope 460, an interference filter 470, and an optical sensor 490. [

먼저, 레이저 송신부(410)는 레이저 빔을 비선형 매질(420)을 통과하도록 조사할 수 있다. 이때, 비선형 매질의 광학적 굴절률은 레이저 빔의 파장과 편광에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 레이저 송신부(410)는 비선형 매질을 통과한 레이저 빔이 집광렌즈(430)로 입사되도록 설정된 비선형 매질에 레이저 빔을 조사할 수 있다.First, the laser transmitting unit 410 may irradiate the laser beam to pass through the nonlinear medium 420. At this time, the optical refractive index of the nonlinear medium may be varied depending on the wavelength and polarization of the laser beam. For example, the laser transmitting unit 410 may irradiate the laser beam to the nonlinear medium set to be incident on the condenser lens 430 through the nonlinear medium.

여기서, 비선형 매질은 리튬 네오베이트, 리튬 탄탈레이트 등과 같이 파장 및 편광 중 적어도 하나에 따라 광학적 굴절률이 상이한 물질 중 적어도 하나일 수 있다. 비선형 매질에 대한 보다 상세한 설명을 위하여 도 5 및 도 6을 참고하여 설명하고자 한다.Here, the nonlinear medium may be at least one material having a different optical refractive index depending on at least one of a wavelength and a polarization, such as lithium neobate, lithium tantalate, or the like. For a more detailed description of the nonlinear medium, reference is made to Figs. 5 and 6.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 비선형 매질을 설명하기 위한 도면이다.5 and 6 are views for explaining a nonlinear medium according to an embodiment of the present invention.

라이다식 운고계 장치는 복굴절 성질을 가진 비선형 매질을 이용하여, 평행하게 한 방향으로 진행하는 레이저 빔을 파장 및 편광 중 적어도 하나에 따라 굴절시켜 방향을 바꿀 수 있다. 여기서, 비선형 매질은 리튬 네오베이트 또는 리튬 탄탈레이트 중 적어도 하나의 매질이 사용될 수 있다.The lasersystem can use a nonlinear medium having a birefringent property to refract the laser beam traveling in one direction in parallel in accordance with at least one of the wavelength and the polarization, thereby changing the direction. Here, as the nonlinear medium, at least one medium of lithium neobate or lithium tantalate may be used.

도 5는 리튬 네오베이트의 광학적 특성을 결정하는 매질의 파장과 편광에 따른 굴절률의 변화를 도시한 도면이다. 여기서, 굴절률(N)에 대한 첨자 o와 e는 각각 상광선과 이상광선을 지칭하는 것일 수 있다.FIG. 5 is a graph showing the change of the refractive index according to the wavelength and the polarization of the medium that determines the optical properties of lithium neobate. FIG. Here, the subscripts o and e for the index of refraction N may refer to an upper ray and an extra ray, respectively.

예컨대 도 5에서 굴절률(Refractive Indices)은, 편광값으로서 1064nm를 갖는 상광선에 대해 '2.232'를 나타내고, 이상광선에 대해 '2.156'를 나타내는 것을 예시하고 있다.For example, the refractive indices in FIG. 5 illustrate that the polarization value represents '2.232' for an image ray having a wavelength of 1064 nm and '2.156' for an ideal ray.

도 6은 비선형 매질을 통과하는 경로를 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining a path through a nonlinear medium.

상광선은 비선형 매질(620)에 입사되는 레이저 빔과 굴절된 레이저 빔이 만드는 평면 상에 편광 방향(기호 ⊙, 621)을 가질 수 있다.The phase ray may have a polarization direction (symbol ⊙ 621) on the plane formed by the laser beam incident on the nonlinear medium 620 and the refracted laser beam.

이상광선은 입사되는 레이저 빔과 굴절된 레이저 빔이 만드는 평면에 대하여 수직하는 편광 방향(기호 ↕, 622)을 가질 수 있다.The extraordinary ray may have a polarization direction (symbol [theta], 622) perpendicular to the plane formed by the incident laser beam and the refracted laser beam.

복굴절을 가지는 비선형 매질(620)은 종래 기술에서의 정육면체 모양의 편광 빔 분할기와 달리, 대략 10정도의 이상광선 및 상광선에 대한 편광 분리비를 가질 수 있다.The birefringent nonlinear medium 620 may have a polarization splitting ratio of about 10 or more and a polarization splitting ratio to an image ray different from a cubic polarizing beam splitter in the prior art.

비선형 매질(620)의 굴절률은 파장 및 편광 중 적어도 하나에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 리튬 네오베이트로 구현된 비선형 매질(620)의 굴절률은 수학식 1 및 수학식 2와 같을 수 있다.The refractive index of the nonlinear medium 620 may be determined according to at least one of the wavelength and the polarization. For example, the refractive index of the nonlinear medium 620 implemented with lithium neobate may be as shown in Equations (1) and (2).

Figure 112015047694099-pat00001
Figure 112015047694099-pat00001

Figure 112015047694099-pat00002
Figure 112015047694099-pat00002

수학식 1 및 수학식 2에 따라, 파장과 편광이 정해지면 입사하는 레이저 빔의 굴절률은 정해질 수 있다. 즉, 기하광학 이론에 의해 비선형 매질(520)의 꼭지각(Apex angle: ω)과, 비선형 매질(520)에 입사하는 레이저 빔의 입사각(incident angle: α)이 정해지면, 굴절각(Angle of refractive: δ)은 수학식 3과 같이 정의될 수 있다.According to Equations (1) and (2), if the wavelength and the polarization are determined, the refractive index of the incident laser beam can be determined. That is, when the apex angle (?) Of the nonlinear medium 520 and the incident angle (?) Of the laser beam incident on the nonlinear medium 520 are determined by the geometric optics theory, the angle of refraction ?) can be defined as shown in Equation (3).

Figure 112015047694099-pat00003
Figure 112015047694099-pat00003

여기서,

Figure 112015047694099-pat00004
Figure 112015047694099-pat00005
은 공기의 굴절률,
Figure 112015047694099-pat00006
Figure 112015047694099-pat00007
는 비선형 매질(520)의 굴절률을 나타내는 것이다.here,
Figure 112015047694099-pat00004
Figure 112015047694099-pat00005
The refractive index of air,
Figure 112015047694099-pat00006
Figure 112015047694099-pat00007
Is the refractive index of the nonlinear medium 520.

다시 도 4를 설명하면, 집광렌즈(430)는 비선형 매질을 통과한 레이저 빔을 모을 수 있다. 이때, 집광렌즈(430)의 초점거리는 반사형 망원경(460)의 초점거리에 따라 달라질 수 있으며, 집광렌즈(430)는 반사형 망원경(460)과의 초점거리 배율에 따라 레이저 빔을 평행광이 형성될 수 있다.Referring again to FIG. 4, the condenser lens 430 may collect the laser beam that has passed through the nonlinear medium. In this case, the focal length of the condenser lens 430 may vary according to the focal length of the reflective telescope 460, and the condenser lens 430 may reflect the laser beam in parallel with the reflective telescope 460, .

다음으로, 핀홀(440)은 집광렌즈(430)에 의해 모아진 레이저 빔을 통과시킬 수 있다.Next, the pinhole 440 can pass the collected laser beam by the condenser lens 430. [

다음으로, 반사형 망원경(460)은 평행광으로 형성된 레이저 빔을 대기 중으로 조사할 수 있다. 조사된 레이저 빔은 대기 중에 존재하는 구름이나 에어로졸에 의해 모든 방향으로 산란될 수 있다. 이때, 반사형 망원경(460)은 산란된 레이저 빔 중에서 후방으로 산란된 산란광을 모을 수 있다.Next, the reflective telescope 460 can irradiate the laser beam formed with parallel light into the atmosphere. The irradiated laser beam can be scattered in all directions by clouds or aerosols present in the atmosphere. At this time, the reflective telescope 460 can collect scattered light scattered backward from the scattered laser beam.

다음으로, 편광변환기(450)는 반사형 망원경(460)을 통해 모아진 산란광을 통과시킬 수 있다. 이때, 편광변환기(450)는 산란광의 편광 방향을 변환할 수 있다. 즉, 편광변환기(450)는 산란광이 비선형 매질(420)에 입사될 때, 레이저 송신부(410)에서 조사된 레이저 빔과 다른 경로로 굴절되도록 할 수 있다. 편광변환기(450)의 편광 변환은 다음과 같은 과정으로 이루어질 수 있다. 본 명세서 상에서, 편광변환기(450)가 λ/4 플레이트로 구성된 것으로 설명하나 이에 한정된 것은 아니다.Next, the polarization converter 450 can pass scattered light gathered through the reflective telescope 460. At this time, the polarization converter 450 can change the polarization direction of the scattered light. That is, when the scattered light is incident on the nonlinear medium 420, the polarization converter 450 may be refracted by a different path than the laser beam irradiated by the laser transmitting unit 410. The polarization conversion of the polarization converter 450 may be performed as follows. In the present specification, the polarization converter 450 is described as being composed of? / 4 plates, but is not limited thereto.

편광변환기(450)는 선형 편광된 레이저 빔을 원형 편광으로 바꿀 수 있다. 즉, 레이저 송신부(410)에서 조사된 레이저 빔은 선형 편광되어 있으며, 편광변환기(450)를 통과함으로써 원형 편광으로 변환될 수 있다. 이때, 원형 편광으로 변환된 레이저 빔이 산란되어 생성된 산란광은 원형 편광을 유지한 상태일 수 있다. 그러면, 편광변환기(450)는 원형 편광된 산란광을 다시 통과시킴으로써, 산란광을 선형 편광으로 바꿀 수 있다. 이때, 편광변환기(450)는 산란광을 λ/4 플레이트에 두 번 통과한 효과로 인하여 λ/2 플레이트를 한 번 통과한 결과를 줄 수 있다. 즉, 편광변환기(450)는 레이저 빔이 비선형 매질을 지난 편광 방향과 90도 회전된 방향으로, 산란광의 편광 방향을 변환할 수 있다.The polarization converter 450 may convert the linearly polarized laser beam into circularly polarized light. That is, the laser beam irradiated by the laser transmitting unit 410 is linearly polarized and can be converted into circularly polarized light by passing through the polarization converter 450. At this time, the scattered light generated by scattering the laser beam converted into circularly polarized light may be in a state of maintaining circularly polarized light. Then, the polarization converter 450 can turn the scattered light into linearly polarized light by passing the circularly polarized scattered light again. At this time, the polarization converter 450 can give a result of passing through the? / 2 plate once due to the effect of passing the scattered light through the? / 4 plate twice. That is, the polarization converter 450 can convert the polarization direction of the scattered light in a direction in which the laser beam is rotated 90 degrees with respect to the polarization direction passing through the nonlinear medium.

다음으로, 핀홀(440)은 편광변환기(450)를 통과한 산란광을 통과시킬 수 있다. 또한, 핀홀(440)은 대기 중 배경 신호의 세기를 줄여줄 수 있다.Next, the pinhole 440 can pass the scattered light passing through the polarization converter 450. In addition, the pinhole 440 can reduce the intensity of the background signal in the air.

다음으로, 집광렌즈(430)는 핀홀을 통과한 산란광을 통과시켜 평행광을 생성할 수 있다. 즉, 집광렌즈(430)는 레이저 빔이 대기 중으로 조사될 때는 반사형 망원경(460)을 통해 평행광을 만들 수 있고, 구름에 의해 산란된 산란광을 반사형 망원경(460)으로부터 수신할 때는 평행광을 만들 수 있다.Next, the condenser lens 430 can generate the parallel light through the scattered light passing through the pinhole. That is, when the laser beam is irradiated to the atmosphere, the condenser lens 430 can make parallel light through the reflective telescope 460. When the scattered light scattered by the cloud is received from the reflective telescope 460, .

다음으로, 비선형매질(420)은 집광렌즈(430)에 의해 평행광이 된 산란광을 통과시킬 수 있다. 이때, 산란광은 편광변환기(450)에 의해 편광이 변환되었으므로, 레이저 송신부(410)로부터 조사되는 레이저 빔의 편광 방향과 달리 90도 회전되어 비선형 매질(420)에 통과될 수 있다. 즉, 산란광은 레이저 빔의 조사 방향과 다른 방향으로 굴절될 수 있다.Next, the nonlinear medium 420 is allowed to pass the scattered light that is collimated by the condenser lens 430. In this case, since the polarized light is converted by the polarization converter 450, the scattered light can be passed through the nonlinear medium 420 by being rotated by 90 degrees, which is different from the polarization direction of the laser beam irradiated from the laser transmitter 410. That is, the scattered light can be refracted in a direction different from the irradiation direction of the laser beam.

또한, 비선형매질(420)은 산란광이 아닌 다른 파장의 광에 대한 필터를 수행할 수 있다. 산란광과 같은 방향으로 진행하던 다른 색깔의 파장은 비선형 매질(410)의 특성(예컨대, 수학식 1 및 수학식 2로 인한 특성) 때문에 다른 굴절률을 가질 수 있다. 즉, 산란광 외 다른 색깔의 파장은 산란광과 다른 각도로 굴절될 수 있다. 그러므로 원하는 레이저 파장이 아닌 다른 잡신호는 비선형물질(420)에서 다른 방향으로 진행하여 광센서(490)로 들어 올 수 없다.In addition, the nonlinear medium 420 can perform a filter for light having a wavelength other than scattered light. The wavelengths of the other colors proceeding in the same direction as the scattered light may have different refractive indices due to the characteristics of the nonlinear medium 410 (e.g., the characteristics due to Equations 1 and 2). That is, the wavelength of the color other than the scattered light can be refracted at a different angle than the scattered light. Therefore, other than the desired laser wavelength, the other signal can not enter the optical sensor 490 in the other direction in the nonlinear material 420.

다음으로, 간섭필터(470)는 비선형 매질(410)을 통과한 산란광에 대한 광신호를 통과시킬 수 있다.Next, the interference filter 470 can pass the optical signal for the scattered light passing through the nonlinear medium 410.

다음으로, 집광렌즈(480)는 간섭필터(470)를 통과한 광신호를 모을 수 있다.Next, the condenser lens 480 can collect the optical signal passing through the interference filter 470. [

다음으로, 광센서(490)는 모아진 광신호를 입력받을 수 있다. 입력된 광신호는 측정부(미도시)에 의해 구름의 높이를 측정하는데 사용될 수 있다.Next, the optical sensor 490 can receive the collected optical signal. The input optical signal can be used to measure the height of the cloud by a measurement unit (not shown).

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 라이다식 운고계 장치 구현 방법을 구체적으로 도시한 작업 흐름도이다.FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of implementing a lidar type angular velocity system according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.

우선 본 실시예에 따른 방법은 상술한 라이다식 운고계 장치(300)에 의해 구현될 수 있다.First, the method according to the present embodiment can be implemented by the above-described lidar type bright-field apparatus 300.

먼저, 라이다식 운고계 장치(300)는 비선형 매질을 통해, 레이저 빔을 대기 중으로 조사한다(710). 즉, 단계(220)는 레이저 빔의 파장 및 편광 중 적어도 하나에 따라 광학적 굴절률이 다른 비선형 매질을 통과시켜 대기 중으로 조사하는 과정일 수 있다.First, the laser beam convergence apparatus 300 irradiates the laser beam to the atmosphere through the nonlinear medium (710). That is, the step 220 may be a process of passing the optical refractive index through the nonlinear medium according to at least one of the wavelength and the polarization of the laser beam and irradiating the optical beam into the atmosphere.

여기서, 비선형 매질은 리튬 네오베이트, 리튬 탄탈레이트 등과 같이 파장 및 편광 중 적어도 하나에 따라 광학적 굴절률이 상이한 물질 중 적어도 하나일 수 있다. 이때, 비선형 매질의 광학적 굴절률은 레이저 빔이 비선형 매질을 통과하는 각도를 뜻할 수 있다.Here, the nonlinear medium may be at least one material having a different optical refractive index depending on at least one of a wavelength and a polarization, such as lithium neobate, lithium tantalate, or the like. At this time, the optical refractive index of the nonlinear medium may be an angle at which the laser beam passes through the nonlinear medium.

다음으로, 라이다식 운고계 장치(300)는 상기 레이저 빔에 의해 산란되는 산란광을 수신한다(720). 다시 말해, 단계(720)는 레이저 빔이 구름에 의해 산란된 산란광을 모으는 과정일 수 있다.Next, the lidar type bright spot apparatus 300 receives the scattered light scattered by the laser beam (720). In other words, step 720 may be the process by which the laser beam collects the scattered light scattered by the cloud.

또한, 단계(720)는 상기 대기 중으로의 상기 레이저 빔 조사와 동시에, 상기 대기 중으로부터 상기 산란광을 취합하여 수신하고, 상기 레이저 빔과 상기 산란광 각각의 경로를 목적지에 따라 변경할 수 있다. 즉, 라이다식 운고계 장치(300)는 비선형 매질을 통해 조사된 레이저 빔을 대기 중으로 조사할 수 있다. 이때, 라이다식 운고계 장치(300)는 대기 중으로 조사와 더불어 대기 중으로부터 산란광을 취합하여 수신할 수 있다.In addition, the step 720 can collect the scattered light from the atmospheric air simultaneously with the irradiation of the laser beam to the atmosphere, and change the path of each of the laser beam and the scattered light according to the destination. That is, the lidar type bright field apparatus 300 can irradiate the laser beam irradiated through the nonlinear medium to the atmosphere. At this time, the lidar type uncleaning apparatus 300 can collect the scattered light from the atmosphere and receive it together with the irradiation to the atmosphere.

여기서, 라이다식 운고계 장치(300)는 상기 비선형 매질을 통과한 상기 레이저 빔을, 평행광으로 형성하여 상기 대기 중으로 조사시킬 수 있다. 즉, 라이다식 운고계 장치(300)는 반사형 망원경과 집광렌즈의 초점거리 배율을 조절하여 평행광이 형성되도록 할 수 있다. 또한, 라이다식 운고계 장치(300)는 평행광으로 형성된 레이저 빔을 대기 중으로 조사할 수 있다.Here, the laser beam unshaded apparatus 300 may form the laser beam having passed through the nonlinear medium as parallel light and irradiate the laser beam into the atmosphere. That is, the lidar type astigmatism measuring apparatus 300 can adjust the focal distance magnification of the reflective telescope and the condenser lens to form parallel light. Further, the laser beam unshader apparatus 300 can irradiate the laser beam formed with parallel light into the atmosphere.

또한, 라이다식 운고계 장치(300)는 상기 산란광이 취합되는 집광렌즈와의 초점거리 배율을 조절하여, 상기 산란광을 평행광으로 형성하여 상기 비선형 매질로 출력시킬 수 있다. 즉, 라이다식 운고계 장치(300)는 대기 중으로부터 취합된 산란광을 집광렌즈와의 초점거리 배율을 조절하여, 산란광을 평행광으로 형성할 수 있다.In addition, the lidar type astigmatism apparatus 300 may adjust the focal distance magnification of the condensing lens to which the scattered light is collected, and output the scattered light as parallel light to the nonlinear medium. That is, the lidar type uncurve system 300 can adjust the focal distance magnification of the scattered light collected from the atmosphere to the condenser lens to form the scattered light as parallel light.

다음으로, 라이다식 운고계 장치(300)는 상기 레이저 빔이 통과한 상기 비선형 매질로, 상기 산란광을 통과시켜, 상기 대기 중 구름의 높이 측정을 위한 광 신호를 감지한다(730). 즉, 단계(730)는 레이저 빔이 통과한 비선형 매질과 동일한 비선형 매질에 산란광을 통과시킴으로써 광 신호를 감지할 수 있다.Next, the lidar type uncertainty measuring apparatus 300 detects the optical signal for measuring the height of the atmospheric cloud by passing the scattered light through the nonlinear medium through which the laser beam has passed (730). That is, step 730 may detect the optical signal by passing scattered light through the nonlinear medium, which is the same as the nonlinear medium through which the laser beam has passed.

실시예에 따라, 라이다식 운고계 장치(300)는 상기 산란광의 파장 및 편광 중 적어도 하나에 따라, 상기 비선형 매질에서 상기 레이저 빔이 갖는 굴절 각을 결정할 수 있다. 즉, 라이다식 운고계 장치(300)는 비선형 매질에서 산란광이 어느 각으로 굴절시킬지, 산란광의 파장 및 편광 중 적어도 하나에 따라 결정할 수 있다.According to an embodiment, the rasometric uncertainty device 300 may determine the refraction angle of the laser beam in the nonlinear medium, depending on at least one of the wavelength and the polarization of the scattered light. That is, the lidar type bright field device 300 can determine at what angle the scattered light is refracted in the nonlinear medium, the wavelength of the scattered light, and the polarized light.

이때, 라이다식 운고계 장치(300)는 상기 비선형 매질에서의, 상기 레이저 빔이 갖는 굴절 각과 적어도 상이하도록, 상기 산란광이 갖는 굴절 각을 결정할 수 있다. 다시 말해, 라이다식 운고계 장치(300)는 레이저 빔이 비선형 매질을 통과하는 굴절 각과 다른 각의 굴절 각을 결정할 수 있다. 결론적으로, 산란광과 레이저 빔은 하나의 비선형 매질을 통과하지만 서로 다른 굴절 각을 통해 겹치지 않을 수 있다.At this time, the laser beam unshaded apparatus 300 can determine the refraction angle of the scattered light so as to be at least different from the refraction angle of the laser beam in the nonlinear medium. In other words, the lidar type bright field device 300 can determine the refraction angle at which the laser beam passes through the nonlinear medium and the other refraction angle. Consequently, the scattered light and the laser beam pass through one nonlinear medium but may not overlap through different refraction angles.

실시예에 따라, 라이다식 운고계 장치(300)는 상기 레이저 빔이 상기 비선형 매질을 통과한 경로와 적어도 상이하도록, 상기 비선형 매질에서의 상기 산란광의 경로를 결정할 수 있다. 다시 말해, 라이다식 운고계 장치(300)는 산란광의 경로와 레이저 빔의 경로가 비선형 매질에서 중복되지 않도록 경로를 결정할 수 있다.According to an embodiment, the laserscope system 300 may determine the path of the scattered light in the nonlinear medium such that the laser beam is at least different from the path through which the laser beam has passed through the nonlinear medium. In other words, the laser beam convergence apparatus 300 can determine the path so that the path of the scattered light and the path of the laser beam are not overlapped in the nonlinear medium.

실시예에 따라, 라이다식 운고계 장치(300)는 상기 광신호를 간섭필터에 통과시켜 배경신호를 제거한 후 광센서로 입력하고, 상기 광센서에 입력된 광신호를 이용하여, 상기 구름의 높이를 측정할 수 있다. 즉, 라이다식 운고계 장치(300)는 구름의 높이를 측정하기 위하여 간섭필터를 통과한 광신호를 센서로 입력할 수 있고, 광신호를 이용하여 구름의 높이를 측정할 수 있다. 여기서, 간섭필터는 광신호를 투과할 수 있도록 설계된 것으로, 파장의 투과폭을 작게 하여 배경신호를 줄여줄 수 있다.According to the embodiment, the lidar type astigmatism measuring apparatus 300 passes the optical signal through the interference filter to remove the background signal, inputs the optical signal to the optical sensor, and uses the optical signal input to the optical sensor, Can be measured. That is, in order to measure the height of the cloud, the lidar type cloud base apparatus 300 can input the optical signal passed through the interference filter to the sensor, and measure the height of the cloud using the optical signal. Here, the interference filter is designed to be able to transmit an optical signal, and the transmission width of the wavelength can be made small, and the background signal can be reduced.

이러한, 본 발명의 라이다식 운고계 장치 구현 방법은 하나의 비선형 매질을 이용하여 레이저 빔을 조사 및 산란광을 수집할 수 있고, 이때 비선형 매질을 통과하는 레이저 빔의 경로와 산란광의 경로가 중복되지 않도록 레이저 빔 및 산란광의 굴절 각을 조정할 수 있다.According to the method of the present invention, it is possible to irradiate a laser beam and collect scattered light using a single nonlinear medium. In this case, the path of the laser beam passing through the nonlinear medium and the path of the scattered light are not overlapped The refraction angle of the laser beam and the scattered light can be adjusted.

또한, 본 발명의 라이다식 운고계 장치 구현 방법은 광학계에서 산란된 레이저 빔을 줄일 수 있으며, 동시에 광센서에 유입되는 불필요한 배경신호를 절감시킴으로써 비선형 광학계가 필터 역할도 동시에 수행하기 때문, 보다 높은 고도의 구름 측정이 가능하고 고가의 광학계에 대한 사용을 생략시킬 수 있다.In addition, since the laser beam scattered by the optical system can be reduced and the unnecessary background signal introduced into the optical sensor is reduced, the nonlinear optical system also acts as a filter, And it is possible to omit the use of an expensive optical system.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

300 : 라이다식 운고계 장치
310 : 레이저 송신부 320 : 감지부
330 : 변환부 340 : 반사형 망원경
350 : 측정부300: Rider type Uncle system
310: laser transmitter 320:
330: conversion unit 340: reflective telescope
350:

Claims (15)

레이저 빔의 파장 및 편광 중 적어도 하나에 따라 결정된 광학적 굴절률로, 상기 레이저 빔을 비선형 매질로 통과시켜 대기 중으로 조사하는 레이저 송신부;
상기 레이저 빔에 의해 산란되는 산란광의 파장 및 편광 중 적어도 하나에 따라, 상기 비선형 매질에서 상기 산란광이 갖는 굴절 각을 결정하되, 상기 비선형 매질에서의, 상기 레이저 빔이 갖는 광학적 굴절률과 상이하도록, 상기 산란광의 굴절 각을 결정하는 변환부; 및
상기 결정된 굴절 각에 따라, 상기 비선형 매질을 통과한 상기 산란광을 이용하여, 상기 대기 중 구름의 높이 측정을 위한 광신호를 감지하는 감지부
를 포함하는 라이다식 운고계 장치.A laser transmitting unit that passes the laser beam through a nonlinear medium to the atmosphere at an optical refractive index determined according to at least one of a wavelength and a polarization of the laser beam;
Linear medium to determine a refraction angle of the scattered light in accordance with at least one of a wavelength and a polarization of scattered light scattered by the laser beam, wherein the refraction angle of the scattered light in the nonlinear medium is different from the optical refraction index of the laser beam in the non- A conversion unit for determining a refraction angle of the scattered light; And
Detecting a light signal for measuring the height of the atmospheric cloud using the scattered light that has passed through the nonlinear medium according to the determined refraction angle,
And a control unit. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 변환부는,
상기 레이저 빔이 갖는 광학적 굴절률 보다 90도 회전된 각도를, 상기 산란광이 갖는 굴절 각으로 결정하는
라이다식 운고계 장치.The method according to claim 1,
Wherein,
An angle that is rotated by 90 degrees with respect to the optical refractive index of the laser beam is determined by the refraction angle of the scattered light
Rider type Uncle system. 제1항에 있어서,
상기 변환부는,
상기 레이저 빔이 상기 비선형 매질을 통과한 경로와 상이하도록, 상기 산란광의 굴절 각을 결정하는
라이다식 운고계 장치.The method according to claim 1,
Wherein,
Determining a refraction angle of the scattered light so that the laser beam is different from a path through the nonlinear medium
Rider type Uncle system. 제1항에 있어서,
상기 라이다식 운고계 장치는,
상기 대기 중으로의 상기 레이저 빔 조사와 동시에, 상기 대기 중으로부터 상기 산란광을 취합하여 수신하고, 상기 레이저 빔과 상기 산란광 각각의 경로를 목적지에 따라 변경하는 반사형 망원경
을 더 포함하는 라이다식 운고계 장치.The method according to claim 1,
The lidar type bright-field apparatus includes:
A reflection type telescope for collecting and receiving the scattered light from the atmosphere and for changing a path of each of the laser beam and the scattered light according to a destination,
And a control unit for controlling the operation of the lidar. 제6항에 있어서,
상기 반사형 망원경은,
상기 비선형 매질을 통과한 상기 레이저 빔을, 평행광으로 형성하여 상기 대기 중으로 조사시키는
라이다식 운고계 장치.The method according to claim 6,
The reflection type telescope comprises:
The laser beam having passed through the nonlinear medium is formed into parallel light and irradiated into the atmosphere
Rider type Uncle system. 제6항에 있어서,
상기 반사형 망원경은,
상기 산란광이 취합되는 집광렌즈와의 초점거리 배율을 조절하여, 상기 산란광을 평행광으로 형성하여 상기 비선형 매질로 출력하는
라이다식 운고계 장치.The method according to claim 6,
The reflection type telescope comprises:
The focal distance magnification of the condensing lens to which the scattered light is collected is adjusted to form the scattered light into parallel light and output to the nonlinear medium
Rider type Uncle system. 제1항에 있어서,
상기 라이다식 운고계 장치는,
상기 광신호를 간섭필터에 통과시켜 배경신호를 제거한 후 광센서로 입력하고, 상기 광센서에 입력된 광신호를 이용하여, 상기 구름의 높이를 측정하는 측정부
를 더 포함하는 라이다식 운고계 장치.The method according to claim 1,
The lidar type bright-field apparatus includes:
The optical signal is input to the optical sensor after passing the optical signal through the interference filter to remove the background signal, and measuring the height of the cloud using the optical signal input to the optical sensor
Further comprising: 레이저 빔의 파장 및 편광 중 적어도 하나에 따라 결정된 광학적 굴절률로, 상기 레이저 빔을 비선형 매질로 통과시켜 대기 중으로 조사하는 단계;
상기 레이저 빔에 의해 산란되는 산란광의 파장 및 편광 중 적어도 하나에 따라, 상기 비선형 매질에서 상기 산란광이 갖는 굴절 각을 결정하되, 상기 비선형 매질에서의, 상기 레이저 빔이 갖는 광학적 굴절률과 상이하도록, 상기 산란광의 굴절 각을 결정하는 단계
상기 결정된 굴절 각에 따라, 상기 비선형 매질을 통과한 상기 산란광을 이용하여, 상기 대기 중 구름의 높이 측정을 위한 광신호를 감지하는 단계
를 포함하는 라이다식 운고계 장치 구현 방법.Passing the laser beam through the nonlinear medium to the atmosphere with an optical index determined by at least one of a wavelength and a polarization of the laser beam;
Linear medium to determine a refraction angle of the scattered light in accordance with at least one of a wavelength and a polarization of scattered light scattered by the laser beam, wherein the refraction angle of the scattered light in the nonlinear medium is different from the optical refraction index of the laser beam in the non- Determining the refraction angle of the scattered light
Detecting an optical signal for measuring the height of the atmospheric cloud using the scattered light that has passed through the nonlinear medium according to the determined refraction angle,
Wherein the method comprises the steps of: 삭제delete 삭제delete 제10항에 있어서,
상기 레이저 빔이 상기 비선형 매질을 통과한 경로와 상이하도록, 상기 산란광의 굴절 각을 결정하는 단계
를 더 포함하는 라이다식 운고계 장치 구현 방법.11. The method of claim 10,
Determining a refraction angle of the scattered light such that the laser beam is different from a path through the nonlinear medium;
Further comprising the steps of: 제10항에 있어서,
상기 대기 중으로의 상기 레이저 빔 조사와 동시에, 상기 대기 중으로부터 상기 산란광을 취합하여 수신하는 단계; 및
상기 레이저 빔과 상기 산란광 각각의 경로를 목적지에 따라 변경하는 단계
를 더 포함하는 라이다식 운고계 장치 구현 방법.11. The method of claim 10,
Collecting and receiving the scattered light from the atmosphere simultaneously with the laser beam irradiation into the atmosphere; And
Changing the path of each of the laser beam and the scattered light according to a destination
Further comprising the steps of: 제10항에 있어서,
상기 광신호를 간섭필터에 통과시켜 배경신호를 제거한 후 광센서로 입력하는 단계; 및
상기 광센서에 입력된 광신호를 이용하여, 상기 구름의 높이를 측정하는 단계
를 더 포함하는 라이다식 운고계 장치 구현 방법.11. The method of claim 10,
Passing the optical signal through an interference filter to remove a background signal and inputting the signal to an optical sensor; And
Measuring the height of the cloud using the optical signal input to the optical sensor
Further comprising the steps of:
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