KR101794778B1 - 펨토초 레이저를 이용한 동시 다변 거리 측정 시스템 및 이를 이용한 공간 좌표 측정 방법 - Google Patents

펨토초 레이저를 이용한 동시 다변 거리 측정 시스템 및 이를 이용한 공간 좌표 측정 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101794778B1
KR101794778B1 KR1020150188920A KR20150188920A KR101794778B1 KR 101794778 B1 KR101794778 B1 KR 101794778B1 KR 1020150188920 A KR1020150188920 A KR 1020150188920A KR 20150188920 A KR20150188920 A KR 20150188920A KR 101794778 B1 KR101794778 B1 KR 101794778B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser
distance
interferometer
laser light
targets
Prior art date
Application number
KR1020150188920A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170078419A (ko
Inventor
김승만
오정석
하태호
노승국
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020150188920A priority Critical patent/KR101794778B1/ko
Publication of KR20170078419A publication Critical patent/KR20170078419A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101794778B1 publication Critical patent/KR101794778B1/ko

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/08Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/0007Applications not otherwise provided for
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 서로 다른 반복률 주파수를 갖는 펨토초 레이저를 각각 발생시키는 복수의 레이저 발진기와, 상기 각 레이저 발진기에 각각 연결되며 각 레이저 발진기의 레이저 광을 타겟으로 조사시키는 복수의 레이저 간섭계와, 상기 타겟에 설치되며 상기 각 레이저 간섭계에서 나온 레이저광을 감지하는 광 검출기와, 상기 광 검출기에 연결되며 상기 광 검출기에서 감지된 레이저 광으로부터 상기 각 반복률 주파수 대역 성분을 분리하여 각 주파수 대역 성분으로부터 상기 각 레이저 간섭계까지의 거리를 각각 산출하는 거리 산출 유닛을 포함하는 동시 다변 거리 측정 시스템 및 이를 이용한 공간 좌표 측정 방법을 개시한다.

Description

펨토초 레이저를 이용한 동시 다변 거리 측정 시스템 및 이를 이용한 공간 좌표 측정 방법 {SIMULTANEOUS MULTILATION SYSTEM USING FEMTOSECOND LASER AND SPATIAL COORDINATE MEASURING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 다수 지점에서 타겟까지의 거리를 동시에 측정하기 위한 동시 다변 거리 측정 시스템 및 이를 이용한 공간 좌표 측정 방법에 관한 것이다.
오늘날의 반도체, 디스플레이, 초고속 정보 통신을 포함한 첨단산업을 주도하는 핵심 기술들은 하드웨어 면에서 높은 정밀도를 요구하고 있으며, 이에 요구되는 정밀도는 수백 밀리미터의 대영역에서 나노미터 단위의 기능을 구현하는 극초정밀의 수준에 이르고 있다.
이러한 대영역 극초정밀에 대한 기술적 수요는 수 내지 수십 나노미터수준의 빛의 파장 크기 이하의 영역에서 구현될 수 있는 측정기술을 요구하고 있다. 이러한 측정 기술 중 레이저를 이용한 광학 간섭계는 비접촉 방식으로 측정 대상에 손상을 주지 않고 수 나노미터 수준의 분해능으로 측정이 가능하기 때문에 이에 대한 많은 연구 개발이 이루어지고 있다.
기존의 레이저 거리측정기술은 측정변위를 누적하여 거리를 측정하는 상대거리 간섭계의 원리를 기본으로 하므로 대영역 변위측정시 발생하는 오차들이 누적되어 나타나는 문제가 있으며, 공간상의 장애물로 인해서 측정이 중단되면 그 동안의 거리변화 정보를 누적할 수 없으므로 거리측정정보를 잃어 버리게 된다는 문제가 있다.
이러한 한계를 극복하기 위해 절대거리간섭계가 제안되었으며, 이는 기존의 상대거리 간섭계와는 달리 측정물체의 이동 및 측정변위의 누적 없이 한 번에 거리를 측정할 수 있는 장점이 있는바, 이러한 절대거리간섭계에 대해 많은 연구가 진행되고 있다.
이러한 절대거리간섭계는 측정 정밀도의 한계를 가지고 있었으나 최근 펨토초 레이저를 적용하여 측정 정밀도를 향상시켰으며, 다수의 펨토초 레이저 기반 절대거리 간섭계를 사용한 다변측량법(Multi-lateration) 방식을 통해 공간좌표를 측정하는 연구가 제시되고 있다. 하지만 아직까지 다수 대상의 거리 및 공간좌표를 분리하여 측정할 수 있는 기술이 미비한 수준이다.
공개특허공보 제10-2011-0137955호 (2011.12.26)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 펨토초 레이저의 광특성을 기반으로 복수의 절대거리 간섭계를 이용하여 다수 지점에서 타겟까지의 거리를 동시에 측정하기 위한 동시 다변 거리 측정 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은 서로 다른 반복률 주파수를 갖는 펨토초 레이저를 각각 발생시키는 복수의 레이저 발진기와, 상기 각 레이저 발진기에 각각 연결되며 각 레이저 발진기의 레이저 광을 타겟으로 조사시키는 복수의 레이저 간섭계와, 상기 타겟에 설치되며 상기 각 레이저 간섭계에서 나온 레이저광을 감지하는 광 검출기와, 상기 광 검출기에 연결되며 상기 광 검출기에서 감지된 레이저 광으로부터 상기 각 반복률 주파수 대역 성분을 분리하여 각 주파수 대역 성분으로부터 상기 각 레이저 간섭계까지의 거리를 각각 산출하는 거리 산출 유닛;을 포함하는 동시 다변 거리 측정 시스템을 개시한다.
본 발명의 동시 다변 거리 측정 시스템에 따르면, 상기 거리 산출 유닛은, 상기 광 검출기에서 감지된 레이저 광으로부터 RF 대역의 각 반복률 주파수 대역 성분을 분리하는 RF 필터와, 상기 각 주파수 대역 성분으로부터 위상을 산출하여 거리를 연산하는 거리 연산부를 포함할 수 있다.
본 발명의 동시 다변 거리 측정 시스템에 따르면, 상기 레이저 간섭계는, 레퍼런스 광 검출기와, 상기 레이저 발진기에서 들어온 레이저를 분광시켜 상기 레퍼런스 광 검출기와 타겟으로 보내는 레퍼런스용 빔 스플리터를 포함할 수 있다.
본 발명의 동시 다변 거리 측정 시스템에 따르면, 상기 거리 연산부는 상기 레퍼런스 광 검출기에서 감지된 레이저 광과 상기 RF 필터에서 분리된 레이저 광 사이의 위상차를 근거로 거리 정보를 산출할 수 있다.
본 발명의 동시 다변 거리 측정 시스템에 따르면, 상기 광 검출기가 설치된 타겟은 다수 타겟에 대한 거리 측정이 가능하도록 복수의 위치에 복수로 구비될 수 있다.
본 발명의 동시 다변 거리 측정 시스템에 따르면, 상기 레이저 간섭계의 빔 출력부에는 상기 레이저 간섭계의 레이저 광을 공간으로 확산시키는 광 확산기가 설치될 수 있다.
본 발명의 동시 다변 거리 측정 시스템에 따르면, 상기 레이저 간섭계의 빔 출력부에는 상기 레이저 간섭계의 레이저 광을 회전 스캔시키는 회전 스캐너가 설치될 수 있다.
본 발명의 동시 다변 거리 측정 시스템에 따르면, 상기 레이저 간섭계를 회전 운동시켜 상기 레이저 간섭계에서 출력된 레이저 광을 회전 스캔시키는 회전 구동 유닛을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 회전 구동 유닛은, 상기 레이저 간섭계를 지지하는 구형 지지체와, 상기 구형 지지체를 회전 가능하게 수용하는 수용 지지체와, 상기 구형 지지체를 회전 구동시키는 회전 구동기를 포함하는 구성을 가질 수 있다.
한편 본 발명은 알려진 3개 이상의 좌표에 상기 레이저 간섭계를 각각 설치하는 단계와, 복수의 위치에 배치된 복수의 타겟에 상기 복수의 레이저 간섭계를 통해 레이저를 조사하여 상기 각 타겟까지의 거리를 측정하는 단계; 및 상기 측정 결과를 근거로 상기 각 타겟의 좌표를 산출하는 단계를 포함하는 공간 좌표 측정 방법을 개시한다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 펨토초 레이저의 광특성을 이용하여 다수 지점으로부터 타겟까지의 거리를 동시에 측정할 수 있는 동시 다변 거리 측정 시스템을 제공할 수 있으며, 이를 다수의 타겟에 이용하는 경우 3차원 공간 좌표 측정, 방위 측정 등 다양한 분야에 활용 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동시 다변 거리 측정 시스템을 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명에 적용 가능한 펨토초 레이저의 광 스펙트럼 및 RF 스펙트럼의 일 예를 나타내는 도면.
도 3은 도 1의 각 레이저 발진기에서 발진되는 레이저 광의 반복률 주파수를 각각 예시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 간섭계의 개략도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동시 다변 거리 측정 시스템을 이용한 거리 산출 방법을 설명하기 위한 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 간섭계의 광 확산 구조를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 간섭계의 광 확산 구조를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 광 확산 구조에 적용 가능한 레이저 광의 형태를 예시한 도면.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 간섭계의 광 확산 구조를 나타낸 도면.
이하, 본 발명과 관련된 펨토초 레이저를 이용한 동시 다변 거리 측정 시스템 및 이를 이용한 공간 좌표 측정 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동시 다변 거리 측정 시스템을 나타낸 개념도이고, 도 2는 본 발명에 적용 가능한 펨토초 레이저의 광 스펙트럼 및 RF 스펙트럼의 일 예를 나타내는 도면이다. 그리고 도 3은 도 1의 각 레이저 발진기에서 발진되는 레이저 광의 반복률 주파수를 각각 예시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 간섭계의 개략도이다.
본 실시예에 따른 동시 다변 거리 측정 시스템은 레이저 발진기(110,210,310), 레이저 간섭계(120,220,320), 광 검출기(130), 거리 산출 유닛(140)을 포함한다.
레이저 발진기(110,210,310)은 복수로 구비되며, 서로 다른 반복률 주파수를 발생시키도록 구성된다. 본 실시예의 경우 레이저 발진기(110,210,310)가 3개 구비된 것을 예시하고 있으나 그 개수는 다양하게 변형 실시 가능하며, 이하의 설명에서는 각 발진기를 제1발진기(110), 제2발진기(210), 제3발진기(310)로 지칭할 수 있다.
펨토초 레이저는 펨토초 혹은 피코초의 시간폭을 갖는 펄스를 발생시키는 레이저로서, 각 펄스는 레이저 생성을 위한 공진기의 길이에 해당하는 주기 간격으로 형성된다. 이 때의 펄스 간의 간격에 해당하는 주기에 대한 주파수를 반복률 주파수라 한다.
이러한 펨토초 펄스는 광 스펙트럼 영역에서 수십 나노미터의 밴드폭을 갖는 광빗(optical comb)을 형성한다. 도 2의 (a)는 이러한 광 빗의 일 예를 나타내고 있으며, 이에 따르면 광 빗은 수십 내지 수백 만개의 연속파 레이저(CW 레이저)로 구성되며, 이를 광 모드(optical mode)라고 한다. 광 모드는 일정한 간격으로 구성되며, 광 모드간의 간격이 상기 반복률 주파수가 된다.
한편 펨토초 레이저는 도 2의 (b)와 같이 광 모드간의 비팅(beating) 현상으로 인한 스펙트럼이 라디오 주파수(RF) 영역에서 형성되는 특성을 갖는다. 이러한 RF 스펙트럼의 첫번째 주파수 모드는 반복률 주파수(시간축에서의 펄스 주기에 해당하는 주파수, 광 스펙트럼 영역에서 주파수 모드 간격에 해당하는 주파수)이며, RF 스펙트럼은 반복률 주파수의 고조파(Harmonics)로 형성된다.
펨토초 레이저는 넓은 주파수 대역 중 일부 주파수 대역을 광학 필터 등으로 필터링하여 사용하여도 필터링된 주파수 대역에 해당하는 펨토초 또는 피코초 펄스를 유지하는 광특성을 가지며, 본 발명은 펨토초 레이저의 이와 같은 특성을 이용한다.
펨토초 레이저는 비선형결정체를 통해 고차 조화파를 생성하여 새로운 주파수 대역으로 스팩트럼 확장이 가능하며, 또한 고비선형 광섬유 혹은 광결정광섬유를 통해 주파수대역을 마이크로미터 폭으로 확장시킬 수 있고, 이때 레이저의 펄스 및 스팩트럼 특성은 계속 유지되는 특성을 갖는다.
제1발진기(110)와 제2발진기(120)는 도 3과 같이 서로 다른 반복률 주파수(제1발진기, 제2발진기로 표시된 부분) 대역의 레이저 광을 발진시키도록 구성되며, 제1발진기(110)와 제2발진기(120)의 공진기 길이를 다르게 조절하여 발진되는 레이저의 반복률 주파수를 조절할 수 있다. 제3발진기(130)도 이와 마찬가지로 제1 및 제2발진기(110,120)의 레이저와 다른 반복률 주파수를 갖는 레이저를 발생시키도록 구성된다.
레이저 간섭계(120,220,320)는 각 레이저 발진기(110,120,130)에 각각 연결되며, 각 레이저 발진기(110,120,130)의 레이저 광을 타겟(T1,T2)으로 조사시키도록 구성된다. 타겟은 하나의 개수로 구비되는 것도 가능하나, 본 실시예와 같이 복수의 타겟(T1,T2)에 동시에 조사하여 각 타겟(T1,T2)의 거리를 동시에 측정하는 것도 가능하다 할 것이다.
이러한 구성에 따르면 다수의 지점으로부터 다수의 타겟까지의 거리를 동시에 측정하는 다수 타겟에 대한 동시 다변 측량이 가능하며, 이를 통해 3차원 공간 좌표 측정, 방위 측정 등을 수행할 수 있다.
예를 들어, 공간 좌표의 측정은 알려진 3개 이상의 좌표에 레이저 간섭계(120,220,320)를 각각 설치하고, 복수의 위치에 배치된 복수의 타겟(T1,T2)에 레이저 간섭계(120,220,320)를 통해 레이저를 조사하여 각 타겟까지의 거리를 측정하여, 측정 결과를 근거로 각 타겟(T1,T2)의 좌표를 산출하는 방법을 통해 수행 가능하다.
광 검출기(Photo Diode: 130)은 타겟(T1,T2)에 설치되며, 각 레이저 간섭계(120,220,320)에서 나온 레이저 광을 감지한다. 광 검출기(130)는 반복률 주파수가 다른 다수의 펄스에 대한 신호를 동시에 받을 수 있도록 구성된다. 복수의 타겟(T1,T2)까지의 거리를 측정하는 경우 각 타겟(T1,T2)마다 광 검출기(130)가 설치된다.
참고로 도 4에서는 제1발진기(110)와 제1간섭계(120)만을 도시하였으나, 나머지 2개의 발진기(210,310)와 간섭계(220,320)에서 나온 레이저 또한 광 검출기(130)에서 수광된다. 이하에서는 설명의 편의상 제1발진기(110)와 제2간섭계(120)의 구성을 예로 들어 설명하기로 한다.
거리 산출 유닛(140)은 광 검출기(130)에 연결되며, 광 검출기(130)에서 감지된 레이저 광으로부터 각 반복률 주파수 대역 성분을 분리하여, 각 주파수 대역 성분으로부터 각 레이저 간섭계(120,220,320)까지의 거리를 각각 산출한다.
도 4를 참조하면, 거리 산출 유닛(140)은 광 검출기(130)에서 감지된 레이저 광으로부터 RF 대역의 각 반복률 주파수 대역 성분을 분리하는 복수의 RF 필터(151,152,153)와, 각 주파수 대역 성분으로부터 위상을 산출하여 거리를 연산하는 거리 연산부(160)를 포함하는 구성을 가질 수 있다.
레이저 간섭계(120)에는 레퍼런스 광 검출기(122)와, 레이저 발진기(120)에서 들어온 레이저를 분광시켜 레퍼런스 광 검출기(122)와 타겟(T1,T2)으로 보내는 레퍼런스용 빔 스플리터(121)가 구비될 수 있다. 거리 연산부(160)는 상기 구성들을 이용하여 거리 정보를 산출한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동시 다변 거리 측정 시스템을 이용한 거리 산출 방법을 설명하기 위한 그래프이며, 이하 도 4 및 5를 참조하여 동시 다변 거리 측정 방법에 대하여 설명한다.
각 레이저 발진기(110,210,310)에서 각 레이저 간섭계(120,220,320)로 들어온 레이저 광은 레퍼런스용 빔 스플리터(121)에 의해 분광되어 레퍼런스 광 검출기(122)와 타겟(T1,T2)으로 각각 보내진다.
레퍼런스 광 검출기(122)로 보내진 레이저 광은 그에 의해 수광되며, 거리 연산부(160)는 이로부터 광신호를 인가받아 레퍼런스 펄스의 위상(θref)을 획득한다. 타겟(T1,T2)으로 보내진 레이저 광은 타겟(T1,T2)에 설치된 광 검출기(130)에 수광된다. 광 검출기(130)에서 감지된 레이저 광은 각 RF 필터(151,152,153)를 통가ㅗ하여 각 반복률 주파수 대역 성분에 해당하는 다수의 측정 펄스로 분리된다. 거리 연산부(160)는 각 측정 펄스의 위상을 획득한다.
거리 연산부(160)는 레퍼런스 광 검출기(122)에서 감지된 레이저 광(기준 펄스)과 RF 필터(151,152,153)에서 분리된 레이저 광(측정 펄스) 사이의 위상차를 근거로 거리 정보를 산출한다. 도 6의 (a)는 제1필터(151)의 측정 펄스와 레퍼런스 광 검출기(122)의 기준 펄스 사이의 위상차(θ1-θref), (b)는 제2필터(152)의 측정 펄스와 레퍼런스 광 검출기(122)의 기준 펄스 사이의 위상차(θ2-θref)를 산출하는 것을 각각 예시하고 있다. 제3필터(153)의 경우도 이와 마찬가지이므로 이에 대한 설명은 앞선 설명에 갈음하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 간섭계의 광 확산 구조를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따르면, 레이저 간섭계(120)의 빔 출력부에는 레이저 간섭계(120)의 레이저 광을 넓은 공간으로 확산시키는 광 확산기(170)가 설치될 수 있다.
광 확산기(170)는 확산빔(diverging beam) 형태의 레이저 광이 나가도록 레이저 광의 형태를 변환시키는 기능을 하며, 광 확산기(170)는 그 출력 방향이 타겟(T1,T2)이 위치한 공간을 향하도록 배치될 수 있다. 이러한 구성을 통해 복수의 타겟(T1,T2)이 넓은 공간에 걸쳐 위치하는 경우에도 하나의 레이저 간섭계(120)로 넓은 공간을 커버할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 간섭계의 광 확산 구조를 나타낸 (a) 사시도 및 (b) 평면도이며, 도 8은 본 발명의 광 확산 구조에 적용 가능한 레이저 광의 형태를 예시한 도면이다.
본 실시예의 경우 도 6에서 예시된 실시예와 달리 회전 스캐너(180)를 사용하고 있다. 회전 스캐너(180)는 레이저 간섭계(120)의 빔 출력부에 설치될 수 있으며, 광학 요소(예를 들어 미러)의 회전 구동에 의해 스캔 동작을 구현하는 광학식 방식으로 구현될 수 있다. 이에 따르면 회전 스캐너(18)는 (b)와 같이 특정 회전 각도(θ) 내에서 레이저 광을 반복적으로 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 여기서 빔의 형태는 도 8의 (a)와 같이 라인형 빔으로 구현하거나 (b)와 같이 확산형 빔의 형태로 구현할 수 있다.
이에 따르면 앞선 실시예 대비 적은 레이저 광량으로도 넓은 범위의 영역을 커버할 수 있는 이점이 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 간섭계의 광 확산 구조를 나타낸 도면이다.
본 실시예는 앞선 실시예와 같이 레이저 간섭계(120)의 빔 출력부에 광 확산 구조를 설치하는 것과 달리 레이저 간섭계(120) 자체를 이동시키도록 구성된다. 본 실시예의 광 확산 구조는 레이저 간섭계(120)를 회전 운동시켜 레이저 간섭계(120)에서 출력된 레이저 광을 회전 스캔시키는 회전 구동 유닛(190)을 포함한다.
회전 구동 유닛(190)은 레이저 간섭계(120)를 지지하는 구형 지지체(191)와, 구형 지지체(191)를 회전 가능하게 수용하는 수용 지지체(192)와, 구형 지지체(191)를 회전 구동시키는 회전 구동기(193, 모터)를 포함하는 구성을 가질 수 있다.
이에 따르면 레이저 간섭계(120)는 빔 출력 방향이 구형 지지체(191)의 회전축으로부터 편심되도록 설치될 수 있다. 수용 지지체(192)에는 연결축(194)이 고정되며, 연결축(194)은 수용 지지체(192)에 회전 가능하게 설치되어 회전 구동기(193)의 구동축과 연결될 수 있다. 회전 구동기(193)의 회전 구동에 따라 구형 지지체(191)가 회전 운동하여 레이저 빔의 회전 스캔 동작을 구현할 수 있으며, 여기에도 도 8의 예시와 같이 라인형 빔 또는 확산형 빔을 사용하는 것이 가능하다 할 것이다.
이상에서 설명한 펨토초 레이저를 이용한 동시 다변 거리 측정 시스템 및 이를 이용한 공간 좌표 측정 방법은 위에서 설명된 실시예의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있으며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
110,210,310: 레이저 발진기 120,220,320: 레이저 간섭계
121: 빔 스플리터 122: 레퍼런스용 광 검출기
130: 광 검출기 140: 거리 산출 유닛
151,152: RF 필터 160: 거리 연산부

Claims (10)

  1. 서로 다른 반복률 주파수를 갖는 펨토초 레이저를 각각 발생시키는 복수의 레이저 발진기;
    상기 각 레이저 발진기에 각각 연결되며, 각 레이저 발진기의 레이저 광을 복수의 위치에 복수로 구비되는 타겟으로 조사시키는 복수의 레이저 간섭계;
    복수의 상기 타겟에 각각 설치되며, 상기 각 레이저 간섭계에서 나온 레이저광을 감지하는 광 검출기; 및
    상기 광 검출기에 연결되며, 상기 광 검출기에서 감지된 레이저 광으로부터 상기 각 반복률 주파수 대역 성분을 분리하여, 각 주파수 대역 성분으로부터 상기 각 레이저 간섭계까지의 거리를 각각 산출하는 거리 산출 유닛;을 포함하며,
    상기 레이저 간섭계를 통하여 조사되는 레이저 광을 회전시킬 수 있도록 구성되어 복수의 상기 타겟에 마련된 각각의 상기 광 검출기에서 모두 레이저 광이 감지되도록 하는 것을 특징으로 하는 동시 다변 거리 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 거리 산출 유닛은,
    상기 광 검출기에서 감지된 레이저 광으로부터 RF 대역의 각 반복률 주파수 대역 성분을 분리하는 RF 필터; 및
    상기 각 주파수 대역 성분으로부터 위상을 산출하여 거리를 연산하는 거리 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 동시 다변 거리 측정 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 레이저 간섭계는, 레퍼런스 광 검출기와, 상기 레이저 발진기에서 들어온 레이저를 분광시켜 상기 레퍼런스 광 검출기와 타겟으로 보내는 레퍼런스용 빔 스플리터를 포함하는 것을 특징으로 하는 동시 다변 거리 측정 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 거리 연산부는 상기 레퍼런스 광 검출기에서 감지된 레이저 광과 상기 RF 필터에서 분리된 레이저 광 사이의 위상차를 근거로 거리 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 동시 다변 거리 측정 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 간섭계의 빔 출력부에는 상기 레이저 간섭계의 레이저 광을 공간으로 확산시키는 광 확산기가 설치되는 것을 특징으로 하는 동시 다변 거리 측정 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 간섭계의 빔 출력부에는 상기 레이저 간섭계의 레이저 광을 회전 스캔시키는 회전 스캐너가 설치되는 것을 특징으로 하는 동시 다변 거리 측정 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 간섭계를 회전 운동시켜 상기 레이저 간섭계에서 출력된 레이저 광을 회전 스캔시키는 회전 구동 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동시 다변 거리 측정 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 회전 구동 유닛은,
    상기 레이저 간섭계를 지지하는 구형 지지체;
    상기 구형 지지체를 회전 가능하게 수용하는 수용 지지체; 및
    상기 구형 지지체를 회전 구동시키는 회전 구동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 동시 다변 거리 측정 시스템.
  10. 제1항을 따르는 동시 다변 거리 측정 시스템을 이용한 공간 좌표 측정 방법에 있어서,
    알려진 3개 이상의 좌표에 상기 레이저 간섭계를 각각 설치하는 단계;
    복수의 위치에 배치된 복수의 타겟에 상기 복수의 레이저 간섭계를 통해 레이저를 조사하여 상기 각 타겟까지의 거리를 측정하는 단계; 및
    상기 측정 결과를 근거로 상기 각 타겟의 좌표를 산출하는 단계를 포함하는 공간 좌표 측정 방법.
KR1020150188920A 2015-12-29 2015-12-29 펨토초 레이저를 이용한 동시 다변 거리 측정 시스템 및 이를 이용한 공간 좌표 측정 방법 KR101794778B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150188920A KR101794778B1 (ko) 2015-12-29 2015-12-29 펨토초 레이저를 이용한 동시 다변 거리 측정 시스템 및 이를 이용한 공간 좌표 측정 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150188920A KR101794778B1 (ko) 2015-12-29 2015-12-29 펨토초 레이저를 이용한 동시 다변 거리 측정 시스템 및 이를 이용한 공간 좌표 측정 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170078419A KR20170078419A (ko) 2017-07-07
KR101794778B1 true KR101794778B1 (ko) 2017-12-01

Family

ID=59353620

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150188920A KR101794778B1 (ko) 2015-12-29 2015-12-29 펨토초 레이저를 이용한 동시 다변 거리 측정 시스템 및 이를 이용한 공간 좌표 측정 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101794778B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10978680B2 (en) 2018-08-28 2021-04-13 Samsung Display Co., Ltd. Apparatus for manufacturing display device and method for manufacturing display device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010535335A (ja) * 2007-08-01 2010-11-18 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 構造内の対象物の位置を決定する方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010535335A (ja) * 2007-08-01 2010-11-18 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 構造内の対象物の位置を決定する方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10978680B2 (en) 2018-08-28 2021-04-13 Samsung Display Co., Ltd. Apparatus for manufacturing display device and method for manufacturing display device

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170078419A (ko) 2017-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10323924B2 (en) Step-scanning sensing beam for imaging interferometer
US8982332B2 (en) Distance measuring device and distance measuring method
US6178002B1 (en) Method and device for measuring and stabilization using signals from a Fabry-Perot
US10900773B2 (en) Distance measuring device and three-dimensional shape measuring apparatus
EP2290337B1 (en) Wavelength tuning laser
CN103961056A (zh) 光测量装置
US9329027B2 (en) Measuring unit, measuring system and method for determining a relative position and relative orientation
US20140268166A1 (en) OCT Medical Imaging System Using Gain Waveguide Array Swept Source
CN111316511B (zh) 激光雷达和激光测量技术
JP2020008496A (ja) 距離測定装置、距離測定方法、及び立体形状測定装置
KR101794778B1 (ko) 펨토초 레이저를 이용한 동시 다변 거리 측정 시스템 및 이를 이용한 공간 좌표 측정 방법
JP2010038552A (ja) 多波長干渉変位測定方法及び装置
JP2014102258A (ja) 距離測定装置および距離測定方法
KR101794779B1 (ko) 펨토초 레이저를 이용한 다수 타겟 동시 거리 측정 시스템 및 이를 이용한 공간 좌표 측정 방법
KR20170047694A (ko) 모드 잠금 발진되는 출력광 세기의 시간 변화를 이용한 측정 기기
US20140218741A1 (en) OCT Swept Laser with Cavity Length Compensation
JP2017044565A (ja) 距離測定装置及びその方法
US11598628B1 (en) High dynamic range picometer metrology systems and methods
JP2019117141A (ja) 非接触座標測定装置
US6064481A (en) Method and apparatus for positioning object in space using a low-coherence laser beam which is reflected by two references to sharpen the interference fringe lines
JP6268535B2 (ja) 3次元座標測定装置及び3次元座標測定方法
WO2018225496A1 (ja) 距離測定装置、及び立体形状測定装置
JP2016020872A (ja) 3次元座標測定装置及び3次元座標測定方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant