KR102010123B1

KR102010123B1 - Apparatus for measuring multi-degree of freedom distance

Info

Publication number: KR102010123B1
Application number: KR1020160121565A
Authority: KR
Inventors: 김승우; 한성흠; 김영진
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2016-09-22
Filing date: 2016-09-22
Publication date: 2019-08-12
Also published as: KR20180032396A

Abstract

다자유도 거리 측정 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는 기준면과, 제1 펨토초 레이저로부터 출사되는 제1 레이저 펄스 중 기준면으로부터 반사된 반사광, 측정면으로부터 반사된 측정광, 및 제2 펨토초 레이저로부터 출사되는 제2 레이저 펄스를 사용하여 상호상관 신호를 생성하는 광 상호상관기를 포함하고, 상기 기준면과 상기 측정면 상이의 거리는 상기 상호상관 신호를 사용하여 계산된다.Disclosed are a multiple degree of freedom distance measuring apparatus. According to an embodiment, a distance measuring apparatus includes a reference plane, reflected light reflected from a reference plane among first laser pulses emitted from a first femtosecond laser, measured light reflected from a measurement plane, and a second laser pulse emitted from a second femtosecond laser. And an optical cross-correlator for generating a cross-correlation signal, wherein the distance between the reference plane and the measurement plane is calculated using the cross-correlation signal.

Description

Multi-degree-of-freedom distance measuring device {APPARATUS FOR MEASURING MULTI-DEGREE OF FREEDOM DISTANCE}

아래 실시예들은 다자유도 거리 측정 장치에 관한 것이다.The following examples relate to a multiple degree of freedom distance measuring device.

SI 7가지 기본 단위 중 하나인 미터(meter)로 표현되는 길이는 일상 생활에서부터 제조업 및 기초 과학연구에 이르기 까지 널리 사용되는 중요한 기본 물리량 중 하나이다. 산업이 점차 첨단화 되고 과학기술이 발전함에 따라 다양한 분야에서 긴 거리를 고분해능으로 측정 하고자 하는 노력들이 이루어져 왔다. 그 동안 산업계에서는 나노미터 수준의 높은 분해능을 위해서는 헤테로다인 간섭계가, 수십 미터 이상의 긴 거리 측정에는 토탈스테이션과 같은 비행시간법(time-of-flight)기반의 거리 측정 장치가 널리 사용되어 왔다. 하지만 헤테로다인 간섭계의 경우 거리의 미소 변위를 누적한 변화량 만을 측정 할 수 있기 때문에 긴 거리를 측정하는데 어려움이 있으며, 비행시간법 기반의 거리 측정 장치의 경우 광원의 펄스 폭과 광 검출기 대역폭의 한계로 밀리미터 이하의 정밀도를 구현하는데 어려움이 있다. 이외에도 다양한 거리 측정 센서 및 원리 들이 각각의 응용분야와 장점을 가지고 개발되어 왔으나 수 미터 이상의 긴 거리를 마이크로미터 이하의 분해능으로 측정하는 하기에는 아직 극복해야 할 문제들이 많이 남아 있다.SI The length, expressed in meters, is one of seven basic units and is one of the important basic physical quantities widely used in everyday life, from manufacturing to basic scientific research. As the industry becomes more advanced and science and technology develop, efforts have been made to measure long distances with high resolution in various fields. In the industry, heterodyne interferometers have been widely used for nanometer high resolution, and time-of-flight based distance measuring devices such as total stations have been widely used for measuring long distances of several tens of meters or more. However, in the case of heterodyne interferometer, it is difficult to measure long distance because it can measure only the amount of change that accumulates the micro displacement of distance, and in case of distance measurement device based on time-of-flight method, due to the limitation of light source pulse width and light detector bandwidth Difficulties in achieving sub-millimeter precision. In addition, various distance sensors and principles have been developed with their respective applications and advantages, but there are still many problems to overcome to measure long distances of several meters or more with sub-micrometer resolution.

실시예들은 거리 측정 장치가 거리를 측정함에 있어서 높은 분해능과 정밀도로 측정하는 기술을 제공할 수 있다.Embodiments may provide a technique for measuring the distance with a high resolution and precision in the distance measuring device.

실시예들은 거리 측정 장치가 거리를 측정함에 있어서 명확한 측정 기준점을 제시할 수 있다.Embodiments may present a clear measurement reference point for the distance measuring device to measure the distance.

실시예들은 거리 측정 장치가 빠르게 거리를 측정하는 기술을 제공할 수 있다.Embodiments may provide a technique for the distance measuring device to measure the distance quickly.

실시예들은 거리 측정 장치를 사용하여 동시에 여러 대상체의 거리를 측정하는 기술을 제공할 수 있다.Embodiments can provide a technique for measuring the distance of several objects at the same time using a distance measuring device.

또한, 실시예들은 광학계의 구성이 간단한 거리 측정 장치를 제공할 수 있다.In addition, the embodiments can provide a distance measuring device having a simple configuration of an optical system.

일 실시예에 따른 거리 측정 장치는 제1 펨토초 레이저로부터 출사되는 제1 레이저 펄스 중 기준면으로부터 반사된 반사광과, 측정면으로부터 반사된 측정광, 및 제2 펨토초 레이저로부터 출사되는 제2 레이저 펄스를 사용하여 상호상관 신호를 생성하는 광 상호상관기(optical cross-correlator)를 포함하고, 상기 기준면과 상기 측정면 사이의 거리는 상기 상호상관 신호를 사용하여 계산될 수 있다.An apparatus for measuring distance according to an embodiment uses reflected light reflected from a reference plane among first laser pulses emitted from a first femtosecond laser, measured light reflected from a measurement plane, and a second laser pulse emitted from a second femtosecond laser. And an optical cross-correlator for generating a cross-correlation signal, wherein a distance between the reference plane and the measurement plane may be calculated using the cross-correlation signal.

상기 기준면과 상기 측정면은 동일 축 상에 위치할 수 있다.상기 장치는, 상기 반사광, 상기 측정광, 및 상기 제2 레이저 펄스를 동일 축에 정렬하여 상기 광 상호상관기로 전달하는 PBS(polarizing beam splitter)를 더 포함할 수 있다.The reference plane and the measurement plane may be positioned on the same axis. The apparatus may include a polarizing beam (PBS) configured to align the reflected light, the measurement light, and the second laser pulse to the optical cross-correlator in alignment with the same axis. splitter) may be further included.

상기 광 상호상관기는, 상기 반사광, 상기 측정광, 및 상기 제2 레이저 펄스를 사용하여 이차 조화 펄스(second harmonic pulse)를 생성하는 PPKTP (periodically poled potassium titanyl phosphate)를 포함하고, 상기 광 상호상관기는, 상기 이차 조화 펄스를 사용하여 상기 상호상관 신호를 생성할 수 있다.The optical cross-correlator includes periodically poled potassium titanyl phosphate (PPKTP) that generates a second harmonic pulse using the reflected light, the measurement light, and the second laser pulse. The second harmonic pulse may be used to generate the cross-correlation signal.

상기 장치는 상기 반사광 및 상기 측정광이 상기 제2 레이저 펄스와 수직 편광이 되도록 상기 반사광 및 상기 측정광의 편광 방향을 조절하는 제1 반파장 판(first half-wave plate)을 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a first half-wave plate for adjusting a polarization direction of the reflected light and the measurement light such that the reflected light and the measurement light is perpendicularly polarized with the second laser pulse.

상기 장치는 상기 제2 레이저 펄스가 상기 반사광 및 상기 측정광과 수직이 되도록 상기 제2 레이저 펄스의 편광 방향을 조절하는 제2 반파장 판(second half-wave plate)을 더 포함할 수 있다.The apparatus may further comprise a second half-wave plate for adjusting the polarization direction of the second laser pulse such that the second laser pulse is perpendicular to the reflected light and the measurement light.

상기 장치는 상기 제1 레이저 펄스를 빔 분할(beam splitting)하여 복수의 빔을 생성하는 분할기(splitter)를 더 포함하고, 상기 균형잡힌 광 상호상관기는, 상기 반사광과, 복수 개의 측정면들로부터 반사된 복수의 측정광들, 및 상기 제2 레이저 펄스를 사용하여 상호상관 신호를 생성할 수 있다.The apparatus further comprises a splitter for beam splitting the first laser pulse to produce a plurality of beams, wherein the balanced light cross-correlator reflects the reflected light from a plurality of measurement surfaces The plurality of measured light beams and the second laser pulse may be used to generate a cross-correlation signal.

상기 분할기는, 발산하는 빔(diverging beam), 투과형 광 분할기(transparent beam splitter), 광 커플러(fiber coupler) 중 하나를 사용하여 상기 복수의 빔을 생성할 수 있다.The splitter may generate the plurality of beams using one of a diverging beam, a transparent beam splitter, and a fiber coupler.

상기 장치는 상기 반사광 및 상기 측정광을 증폭하기 위한 EDFA(Erbium doped fiber amplifier)를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include an Erbium doped fiber amplifier (EDFA) for amplifying the reflected light and the measured light.

상기 장치는 상기 제1 펨토초 레이저 및 상기 제2 펨토초 레이저를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further comprise the first femtosecond laser and the second femtosecond laser.

상기 장치는 상기 제1 펨토초 레이저 및 상기 제2 펨토초 레이저를 안정화하기 위한 안정화 모듈을 더 포함할 수 있다.The apparatus may further comprise a stabilization module for stabilizing the first femtosecond laser and the second femtosecond laser.

상기 안정화 모듈은, 기준 시계(reference clock)를 포함할 수 있다.The stabilization module may include a reference clock.

도 1은 일 실시예에 따른 거리 측정 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 거리 측정 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 기준면의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 광 상호상관기으로부터 생성되는 신호의 일 예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5은 저주파 통과 필터를 통과한 상호상관 신호의 예들을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 도 1에 도시된 거리 측정 장치의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 거리 측정 장치를 구현한 일 예를 나타낸다.
도 8은 도 2 또는 도 6에 도시된 레이저의 반복률을 안정화하기 위한 레이저의 예를 나타낸다.
도 9a는 도 2 또는 도 6에 도시된 광 상호상관기의 일 예의 개략적인 구조도이고, 도 9b는 도 9a에 도시된 광 상호상관기가 출력하는 신호의 일 예이다.
도 10a는 도 2 또는 도 6에 도시된 광 상호상관기의 다른 예의 개략적인 구조도이고, 도 10b는 도 10a에 도시된 광 상호상관기가 출력하는 신호의 일 예를 나타낸다.
도 11은 도 10a에 도시된 광 상호상관기의 구현 예를 나타낸다.
도 12는 거리 측정 장치가 복수의 대상체들의 거리를 측정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 12에 도시된 거리 측정 시스템을 실제로 구현한 일 예를 나타낸다.
도 14는 기준면에서 광 분할기까지의 거리의 변화량을 나타낸다.
도 15는 거리 측정 장치가 여러 축 상의 대상체들의 거리를 측정하는 동작의 일 예를 나타낸다.
도 16은 거리 측정 장치가 여러 축 상의 대상체들의 거리를 측정하는 동작의 다른 일 예를 나타낸다.
도 17은 거리 측정 장치의 거리 측정 대상인 렌즈 시스템의 일 예를 나타낸다.
도 18은 거리 측정 장치가 렌즈 시스템의 거리를 측정하는 동작의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 거리 측정 장치가 여러 축 상의 복수의 대상체들의 거리를 측정하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 거리 측정 장치가 분할기를 사용하여 복수의 빔을 생성하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 거리 측정 장치가 회절 광학 소자를 사용하여 복수의 빔을 생성하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 거리 측정 장치가 대상체의 각도 및 자세를 측정하는 동작의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 도 22에 도시된 대상체의 일 예를 나타낸다.
도 24는 거리 측정 장치가 대상체의 각도를 계산하는 동작의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 25는 도 22에 도시된 대상체의 움직임을 3차원적으로 나타낸 도면이다.
도 26은 거리 측정 장치가 CMM 변형을 측정하는 동작의 일 예를 설명하기 위한 도면이다,
도 27은 도 26에 도시된 재귀 반사 거울의 좌표 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 28은 거리 측정 장치가 대형 구조물에서 사용되는 예들을 나타낸다.1 is a schematic block diagram of a distance measurement system according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram for describing an example of the distance measuring device illustrated in FIG. 1.
3 is a diagram for describing an example of the reference plane illustrated in FIG. 2.
4 is a graph for explaining an example of a signal generated from an optical correlator.
5 is a graph illustrating examples of cross-correlation signals passing through a low pass filter.
FIG. 6 is a diagram for describing another example of the distance measuring device illustrated in FIG. 1.
7 illustrates an example of implementing a distance measuring device.
8 shows an example of a laser for stabilizing the repetition rate of the laser shown in FIG. 2 or 6.
FIG. 9A is a schematic structural diagram of an example of the optical cross-correlator illustrated in FIG. 2 or 6, and FIG. 9B is an example of a signal output by the optical cross-correlator illustrated in FIG. 9A.
FIG. 10A is a schematic structural diagram of another example of the optical cross-correlator illustrated in FIG. 2 or 6, and FIG. 10B shows an example of a signal output by the optical cross-correlator illustrated in FIG. 10A.
FIG. 11 illustrates an example of the optical cross-correlator illustrated in FIG. 10A.
FIG. 12 is a diagram for describing an operation of a distance measuring device measuring distances of a plurality of objects.
FIG. 13 illustrates an example in which the distance measuring system illustrated in FIG. 12 is actually implemented.
14 shows the amount of change in the distance from the reference plane to the light splitter.
15 illustrates an example of an operation of a distance measuring device measuring a distance of objects on various axes.
16 illustrates another example of an operation of the distance measuring device measuring the distance of objects on various axes.
17 illustrates an example of a lens system that is a distance measurement target of the distance measuring device.
18 is a diagram for describing an example of an operation of the distance measuring device measuring a distance of a lens system.
19 is a diagram for describing an example in which a distance measuring device measures a distance of a plurality of objects on various axes.
20 is a diagram for describing an example in which the distance measuring device generates a plurality of beams by using a divider.
21 is a diagram for explaining an example in which the distance measuring device generates a plurality of beams using a diffractive optical element.
FIG. 22 is a diagram for describing an example of an operation of the distance measuring apparatus measuring an angle and a posture of an object.
FIG. 23 illustrates an example of the object illustrated in FIG. 22.
24 is a diagram for describing an example of an operation of a distance measuring device calculating an angle of an object.
FIG. 25 illustrates a three-dimensional motion of the object illustrated in FIG. 22.
FIG. 26 is a diagram for explaining an example of an operation of measuring a CMM deformation by a distance measuring apparatus.
FIG. 27 is a diagram for explaining a change in coordinates of the retroreflective mirror shown in FIG. 26.
28 shows examples in which the distance measuring device is used in a large structure.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments according to the inventive concept disclosed herein are merely illustrated for the purpose of describing the embodiments according to the inventive concept, and the embodiments according to the inventive concept. These may be embodied in various forms and are not limited to the embodiments described herein.

본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Embodiments according to the inventive concept may be variously modified and have various forms, so embodiments are illustrated in the drawings and described in detail herein. However, this is not intended to limit the embodiments in accordance with the concept of the present invention to specific embodiments, and includes modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are only for the purpose of distinguishing one component from another component, for example, without departing from the scope of the rights according to the inventive concept, the first component may be called a second component, Similarly, the second component may also be referred to as the first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 “~사이에”와 “바로~사이에” 또는 “~에 직접 이웃하는” 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is said to be “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in the middle. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between. Expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "immediately between," or "directly neighboring to," should be interpreted as well.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms “comprises” or “having” are intended to designate that the implemented feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof is present, but one or more other features or numbers, It is to be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, actions, components, parts 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 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.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. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and are not construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined herein. Do not.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

본 명세서에서의 모듈(module)은 본 명세서에서 설명되는 각 명칭에 따른 기능과 동작을 수행할 수 있는 하드웨어를 의미할 수도 있고, 특정 기능과 동작을 수행할 수 있는 컴퓨터 프로그램 코드를 의미할 수도 있고, 또는 특정 기능과 동작을 수행시킬 수 있는 컴퓨터 프로그램 코드가 탑재된 전자적 기록 매체, 예를 들어 프로세서 또는 마이크로 프로세서를 의미할 수 있다.A module in the present specification may mean hardware capable of performing functions and operations according to each name described in the present specification, and may mean computer program code capable of performing specific functions and operations. Or an electronic recording medium, for example, a processor or a microprocessor, in which computer program code capable of performing specific functions and operations is mounted.

다시 말해, 모듈이란 본 발명의 기술적 사상을 수행하기 위한 하드웨어 및/또는 상기 하드웨어를 구동하기 위한 소프트웨어의 기능적 및/또는 구조적 결합을 의미할 수 있다.In other words, a module may mean a functional and / or structural combination of hardware for performing the technical idea of the present invention and / or software for driving the hardware.

도 1은 일 실시예에 따른 거리 측정 시스템의 개략적인 블록도이다.1 is a schematic block diagram of a distance measurement system according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 거리 측정 시스템(10)은 거리 측정 장치(100), 레이저(200), 대상체(300), 디지타이저(400), 및 PC(500)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the distance measuring system 10 may include a distance measuring device 100, a laser 200, an object 300, a digitizer 400, and a PC 500.

거리 측정 장치(100)는 레이저(200)를 사용하여 대상체(300)까지의 거리를 측정할 수 있다. 예를 들어, 거리 측정 장치(100)는 레이저(200)로부터 출사되는 레이저 펄스를 사용하여 대상체(300)까지의 거리를 측정할 수 있다.The distance measuring apparatus 100 may measure the distance to the object 300 using the laser 200. For example, the distance measuring device 100 may measure the distance to the object 300 by using a laser pulse emitted from the laser 200.

레이저(200)는 펨토초 레이저(femtosecond laser; 200-1 및 200-2)일 수 있다. 펨토초 레이저(200-1 및 200-2)는 수십만 개 이상의 주파수 모드들을 위상 동기화하여 펨토초(10^-15 s) 수준의 매우 좁은 펄스폭을 가지는 레이저 펄스를 생성할 수 있다.The laser 200 may be femtosecond lasers 200-1 and 200-2. The femtosecond lasers 200-1 and 200-2 can phase-synchronize hundreds of thousands of frequency modes to generate laser pulses with very narrow pulse widths of the femtosecond ( ^10-15 s) level.

펨토초 레이저(200-1 및 200-2)는 각각 신호 레이저(signal laser; 200-1) 및 국부 레이저(local laser; 200-2)를 의미할 수 있다. 신호 레이저(200-1)는 기준면에서 대상체(300)까지의 거리를 측정하기 위한 제1 레이저 펄스를 생성하고, 국부 레이저(200-2)는 제1 레이저 펄스를 샘플링하기 위한 제2 레이저 펄스를 생성할 수 있다.The femtosecond lasers 200-1 and 200-2 may mean signal lasers 200-1 and local lasers 200-2, respectively. The signal laser 200-1 generates a first laser pulse for measuring the distance from the reference plane to the object 300, and the local laser 200-2 generates a second laser pulse for sampling the first laser pulse. Can be generated.

예를 들어, 신호 레이저(200-1) 및 국부 레이저(200-2)는 1550 nm의 중심파장을 갖는 어븀 광섬유 레이저일 수 있다. 신호 레이저(200-1) 및 국부 레이저(200-2)의 스펙트럼 대역폭은 45 nm의 반치폭(full width at half maximum(FWHM)), 93 fs의 펄스폭, 및 10mW의 평균 출력을 가질 수 있다.For example, the signal laser 200-1 and the local laser 200-2 may be an erbium fiber laser having a center wavelength of 1550 nm. The spectral bandwidths of the signal laser 200-1 and the local laser 200-2 may have a full width at half maximum (FWHM) of 45 nm, a pulse width of 93 fs, and an average power of 10 mW.

또한, 신호 레이저(200-1) 및 국부 레이저(200-2)는 일정한 주기의 반복률(repetition rate)로 레이저 펄스를 생성할 수 있다. 즉, 신호 레이저(200-1) 및 국부 레이저(200-2)는 생성 주기를 일정하게 고정해서 레이저 펄스를 생성할 수 있다. 예를 들어, 신호 레이저(200-1) 및 국부 레이저(200-2)의 반복률은 50 MHz 내지 200 MHz일 수 있다.In addition, the signal laser 200-1 and the local laser 200-2 may generate a laser pulse at a repetition rate of a certain period. That is, the signal laser 200-1 and the local laser 200-2 may generate the laser pulse by fixing the generation cycle constantly. For example, the repetition rates of the signal laser 200-1 and the local laser 200-2 may be 50 MHz to 200 MHz.

거리 측정 장치(100)을 통과한 레이저 펄스는 대상체(300)에서 반사되고, 다시 거리 측정 장치(100)로 입사할 수 있다. 이때, 대상체(300)는 거리 측정 장치(100)을 통과한 레이저 펄스를 반사하는 측정면(310)을 포함할 수 있다.The laser pulse passing through the distance measuring device 100 may be reflected by the object 300, and may be incident to the distance measuring device 100 again. In this case, the object 300 may include a measuring surface 310 reflecting the laser pulse passing through the distance measuring device 100.

대상체(300)에서 반사되어 다시 거리 측정 장치(100)로 입사하는 레이저 펄스를 측정광이라고 명명할 수 있다. 측정면(310)은 레이저(200)가 출사하는 광을 반사하기 위한 판(plate)일 수 있다. 예를 들어, 측정면(310)은 거울(mirror)일 수 있다.The laser pulse reflected from the object 300 and incident again into the distance measuring device 100 may be referred to as measurement light. The measurement surface 310 may be a plate for reflecting light emitted from the laser 200. For example, the measurement surface 310 may be a mirror.

거리 측정 장치(100)는 반사광 및 측정광에 기초하여 대상체(300)의 거리를 측정할 수 있다. 거리 측정 장치(100)는 반사광 및 측정광에 기초하여 상호상관 신호를 생성하고, 상호상관 신호에 기초하여 대상체(300)의 거리를 측정할 수 있다.The distance measuring apparatus 100 may measure the distance of the object 300 based on the reflected light and the measured light. The distance measuring apparatus 100 may generate a cross-correlation signal based on the reflected light and the measurement light, and measure the distance of the object 300 based on the cross-correlation signal.

이때, 거리 측정 장치(100)는 반사광 및 측정광의 펄스 열을 라디오 주파수(radio frequency(RF)) 영역에서 관찰하기 위하여, 제2 레이저 펄스를 사용하여 반사광 및 측정광의 시간 축을 f_r/△f_r배만큼 늘릴 수 있다. 예를 들어, 신호 레이저(200-1)의 반복률(f_r)이 100 MHz이고, 신호 레이저(200-1) 및 국부 레이저(200-2)의 반복률의 차이(△f_r)가 2 kHz인 경우, 거리 측정 장치(100)는 반사광 및 측정광의 시간 축을 5 * 10⁴로 늘려 라디오 주파수 영역에서 관찰할 수 있다. 즉, 거리 측정 장치(100)는 거리 측정 장치(100)가 포함하는 광 검출기(photo detector)의 대역폭에 제한되지 않고 높은 시간 분해능으로 레이저 펄스의 비행시간 측정을 수행할 수 있다.At this time, the distance measuring apparatus 100 has an axis the reflected light and the measurement light pulse train to a radio frequency (radio frequency (RF)) to observe the area and the second laser pulse by using the reflected light and the measurement light time f _r / △ f _r You can double it. For example, the repetition rate f _r of the signal laser 200-1 is 100 MHz, and the difference Δf _r of the repetition rate of the signal laser 200-1 and the local laser 200-2 is 2 kHz. In this case, the distance measuring apparatus 100 may increase the time axis of the reflected light and the measured light to 5 * 10 ⁴ to observe in the radio frequency domain. That is, the distance measuring device 100 may perform the flight time measurement of the laser pulse with high time resolution without being limited to the bandwidth of the photo detector included in the distance measuring device 100.

디지타이저(400)는 아날로그 형식의 상호상관 신호들을 디지털 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, 디지타이저(400)는 상호상관 신호들을 200 MHz의 샘플링 주파수로 샘플링할 수 있다. 디지타이저(400)는 14비트 디지타이저일 수 있다. 디지타이저(400)는 상호상관 신호를 저장하고, PC(500)로 상호상관 신호를 전송할 수 있다.The digitizer 400 may convert the cross-correlation signals in analog format into digital signals. For example, the digitizer 400 may sample the cross-correlation signals at a sampling frequency of 200 MHz. Digitizer 400 may be a 14-bit digitizer. The digitizer 400 may store the cross-correlation signal and transmit the cross-correlation signal to the PC 500.

PC(500)는 상호상관 신호에 기초하여 거리 측정 장치(100)와 대상체(300)의 거리를 계산할 수 있다. 또한, PC(500)는 거리 측정 장치(100)의 성능을 평가할 수도 있다.The PC 500 may calculate the distance between the distance measuring device 100 and the object 300 based on the cross-correlation signal. In addition, the PC 500 may evaluate the performance of the distance measuring device 100.

도 1에서는 디지타이저(400)가 거리 측정 장치(100)의 외부에 구현된 것으로 도시하고 있지만, 반드시 이에 한정되지 않으며, 실시예에 따라 디지타이저(400)는 거리 측정 장치(100)의 내부에 구현될 수 있다.Although FIG. 1 illustrates that the digitizer 400 is implemented outside of the distance measuring device 100, the present invention is not limited thereto, and according to an exemplary embodiment, the digitizer 400 may be implemented inside the distance measuring device 100. Can be.

또한, 도 1에서는 레이저(200)가 거리 측정 장치(100)의 외부에 구현되는 것으로 도시하고 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 레이저(200)가 거리 측정 장치(100)의 내부에 구현되어 동작할 수 있다.In addition, although the laser 200 is illustrated as being implemented outside the distance measuring apparatus 100 in FIG. 1, it is not necessarily limited thereto, and the laser 200 may be implemented and operated inside the distance measuring apparatus 100. Can be.

도 2는 도 1에 도시된 거리 측정 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 기준면의 일 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 광 상호상관기로부터 생성되는 신호의 일 예를 설명하기 위한 그래프이고, 도 5은 저주파 통과 필터를 통과한 상호상관 신호의 예들을 설명하기 위한 그래프이다.FIG. 2 is a diagram for describing an example of the distance measuring apparatus illustrated in FIG. 1, FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the reference plane illustrated in FIG. 2, and FIG. 4 is a signal generated from an optical cross-correlator. 5 is a graph for explaining an example, and FIG. 5 is a graph for explaining examples of a cross-correlation signal passing through a low pass filter.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 거리 측정 장치(100)는 순환기(circulator; 110), 시준기(collimator; 130), 기준면(150), 및 광 상호상관기(optical cross-correlator; 170)를 포함할 수 있다. 또한, 거리 측정 장치(100)는 저주파 통과 필터(180)를 더 포함할 수 있다.2 to 5, the distance measuring device 100 may include a circulator 110, a collimator 130, a reference plane 150, and an optical cross-correlator 170. Can be. In addition, the distance measuring device 100 may further include a low pass filter 180.

신호 레이저(200-1)가 출사하는 제1 레이저 펄스는 순환기(110), 시준기(130), 및 기준면(150)을 통과하고, 국부 레이저(200-2)가 출사하는 제2 레이저 펄스는 광 상호상관기(170)를 통과할 수 있다.The first laser pulse emitted by the signal laser 200-1 passes through the circulator 110, the collimator 130, and the reference plane 150, and the second laser pulse emitted by the local laser 200-2 is light. It may pass through cross-correlator 170.

이때, 거리 측정 장치(100)는 광 섬유(optical fiber)를 사용하여 레이저 펄스를 이동(또는 전달)시킬 수 있다. 거리 측정 장치(100)가 광 섬유가 아닌 자유 공간 광학계(free space optics)를 사용하여 레이저 펄스를 이동(또는 전달)시키는 경우, 거리 측정 장치(100)는 순환기(110) 대신 PBS(polarizing beam splitter) 또는 BS(beam splitter)를 사용할 수 있다.In this case, the distance measuring device 100 may move (or transmit) the laser pulse by using an optical fiber. When the distance measuring device 100 moves (or transmits) a laser pulse using free space optics rather than an optical fiber, the distance measuring device 100 is a polarizing beam splitter instead of the circulator 110. ) Or beam splitter (BS) may be used.

순환기(110)는 복수의 단자(또는 포트)를 갖고, 입력 단자에서 레이저 펄스를 수신하여 출력 단자에서 레이저 펄스를 출력할 수 있다. 예를 들어, 순환기(110)는 처음 순환기(110)를 통과하는 제1 레이저 펄스를 시준기(130)로 출력할 수 있다.The circulator 110 has a plurality of terminals (or ports), and may receive a laser pulse at an input terminal and output a laser pulse at an output terminal. For example, the circulator 110 may first output the first laser pulse passing through the circulator 110 to the collimator 130.

시준기(130)는 제1 레이저 펄스를 사용하여 평행광선을 생성할 수 있다. 즉, 시준기(130)는 평행광선의 특성을 갖는 제1 레이저 펄스를 생성할 수 있다. 시준기(130)는 렌즈, 예를 들어, 볼록 렌즈 및/또는 오목 렌즈를 포함할 수 있다.The collimator 130 may generate parallel rays using the first laser pulse. That is, the collimator 130 may generate a first laser pulse having the characteristics of parallel rays. The collimator 130 may comprise a lens, for example a convex lens and / or a concave lens.

기준면(150)은 신호 레이저(200-1)가 출사하는 제1 레이저 펄스 중 일부 레이저 펄스는 반사하고, 다른 일부 레이저 펄스는 통과시킬 수 있다. 이때, 레이저 펄스 중 기준면(150)으로부터 반사되는 레이저 펄스를 반사광이라고 명명할 수 있다.The reference plane 150 may reflect some laser pulses of the first laser pulses emitted by the signal laser 200-1, and pass some other laser pulses. In this case, the laser pulses reflected from the reference plane 150 among the laser pulses may be referred to as reflected light.

기준면(150)은 거리 측정에 있어서 거리가 0 m 가 되는 기준(또는 기준점)일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 기준면(150)을 설정하기 위해, 광섬유의 끝이 편평하게 가공된 FC/PC 커넥터(140)가 사용될 수 있다. 이때, 기준면(150)은 FC/PC 커넥터(140)의 끝부분(또는 끝단면)일 수 있다. 또한, 기준면(150)은 광 분할기(beam splitter)를 통해 구현될 수 있다.The reference plane 150 may be a reference (or reference point) at which the distance is 0 m in the distance measurement. As shown in FIG. 3, to set the reference plane 150, an FC / PC connector 140 may be used in which the ends of the optical fiber are flattened. In this case, the reference surface 150 may be an end portion (or end surface) of the FC / PC connector 140. In addition, the reference plane 150 may be implemented through a beam splitter.

이때, 거리 측정 장치(100)는 기준면(150)으로부터 반사된 반사광 만으로도 거리 측정의 기준이 되는 기준 신호(reference signal)를 충분히 생성할 수 있다. 이에, 거리 측정 장치(100)의 구성 및 설치가 매우 간단해질 수 있다. 거리 측정 장치(100)의 광학계는 FC/PC 커넥터(140) 및 시준기(130)만으로 구현이 가능하여, 거리 측정 장치(100)의 소형화가 가능하고 어느 곳에서나 쉽게 설치가 가능할 수 있다.In this case, the distance measuring apparatus 100 may sufficiently generate a reference signal that is a reference for distance measurement using only the reflected light reflected from the reference plane 150. Thus, the configuration and installation of the distance measuring device 100 can be very simple. The optical system of the distance measuring device 100 may be implemented using only the FC / PC connector 140 and the collimator 130, so that the distance measuring device 100 may be miniaturized and may be easily installed anywhere.

기준면(150)을 통과한 레이저 펄스는 대상체(300)의 측정면(310)에서 반사되고, 다시 기준면(150)으로 입사할 수 있다.The laser pulse passing through the reference plane 150 may be reflected by the measurement plane 310 of the object 300 and may be incident again to the reference plane 150.

기준면(150)과 측정면(310)은 동일 축 상에 위치할 수 있다. 즉, 거리 측정 장치(100)는 간섭계에서 기준 팔(reference arm) 및 측정 팔(measurement arm)이 같은 측정 광 경로 상에 위치하여 거리 측정의 기준면(150)을 명확히 할 수 있다. 이에, 거리 측정 장치(100)는 오차를 최소로 하여 거리를 측정할 수 있다. 예를 들어, 측정면(310) 및 기준면(150)이 서로 다른 축 상에 존재하는 마이켈슨 간섭계 형태의 거리 측정 장치와 비교했을 때, 거리 측정 장치(100)는 명확한 거리 측정의 기준면(150)을 제공할 수 있다.The reference plane 150 and the measurement plane 310 may be located on the same axis. That is, the distance measuring apparatus 100 may clarify the reference plane 150 of the distance measurement by placing a reference arm and a measurement arm on the same measurement optical path in the interferometer. Thus, the distance measuring device 100 may measure the distance with the minimum error. For example, when compared to a distance measuring device in the form of a Michelson interferometer in which the measuring plane 310 and the reference plane 150 exist on different axes, the distance measuring device 100 is a reference plane 150 for definite distance measurement. Can be provided.

순환기(110)는 측정면(310)으로부터 반사되어 다시 입사한 측정광을 광 상호상관기(170)로 전달할 수 있다. 즉, 순환기(110)는 반사광 및 측정광을 광 상호상관기(170)로 전달할 수 있다.The circulator 110 may transmit the measurement light reflected from the measurement surface 310 and incident again to the optical cross-correlator 170. That is, the circulator 110 may transmit the reflected light and the measurement light to the light correlator 170.

광 상호상관기(170)는 반사광, 측정광 및 제2 레이저 펄스를 사용하여 상호상관 신호를 생성할 수 있다. 이때, 반사광, 측정광 및 제2 레이저 펄스는 PBS(polarizing beam splitter, 미도시) 및/또는 반파장 판(half wave plate(HWP), 미도시)을 통과하여 광 상호 상관기(170)로 입사할 수 있다. 즉, 거리 측정 장치(100)는 PBS 및/또는 반파장 판을 더 포함할 수 있다.The optical crosscorrelator 170 may generate a cross-correlation signal using the reflected light, the measurement light, and the second laser pulse. In this case, the reflected light, the measurement light, and the second laser pulse may pass through a polarizing beam splitter (PBS) and / or a half wave plate (HWP) (not shown) to enter the optical cross correlator 170. Can be. That is, the distance measuring device 100 may further include a PBS and / or a half-wave plate.

광 상호상관기(170)가 생성하는 상호상관 신호는 도 4에 도시된 바와 같을 수 있다. 제1 레이저 펄스 중 기준면(150)으로부터 반사된 반사광과 측정면(310)으로부터 반사된 측정광에 의해 생성된 상호상관 신호는 T_update의 주기로 반복되고, 반사광의 상호상관 신호와 측정광의 상호상관 신호는 △T의 시간 차이를 가질 수 있다.The cross-correlation signal generated by the optical cross-correlator 170 may be as shown in FIG. 4. The cross-correlation signal generated by the reflected light reflected from the reference plane 150 and the measured light reflected from the measurement plane 310 among the first laser pulses is repeated in a period of T _update , and the cross-correlation signal of the reflected light and the measurement light May have a time difference of ΔT.

광 상호상관기(170)의 예들에 대해서는 도 9a 내지 도 10b를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.Examples of the optical cross-correlator 170 will be described in detail with reference to FIGS. 9A to 10B.

저주파 통과 필터(180)는 상호상관 신호에 전처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 저주파 통과 필터(180)는 디지타이저(400)가 상호상관 신호를 처리하기 전에 상호상관 신호에 노이즈 필터링 동작을 수행할 수 있다. 노이즈 필터링 동작은 고차 노이즈 성분 제거 동작을 포함할 수 있다.The low pass filter 180 may perform preprocessing on the cross-correlation signal. For example, the low pass filter 180 may perform a noise filtering operation on the cross-correlation signal before the digitizer 400 processes the cross-correlation signal. The noise filtering operation may include a high order noise component removing operation.

서로 다른 차단 주파수(cutoff frequency)를 갖는 저주파 통과 필터(180)를 사용했을 때, 디지타이저(400)가 수신하는 펄스의 파형은 반복률의 차이(△f_r)에 따라 도 5에 도시된 바와 같을 수 있다.When the low pass filter 180 having different cutoff frequencies is used, the waveform of the pulse received by the digitizer 400 may be as shown in FIG. 5 according to the repetition rate difference Δf _r . have.

도 5에 도시된 각 그래프는 위에서부터 아래로 48 MHz, 32 MHz, 22 MHz, 15 MHz, 11 MHz, 5 MHz, 및 1.9 MHz의 차단 주파수를 갖는 저주파 통과 필터(180)를 통과한 펄스의 파형일 수 있다.Each graph shown in FIG. 5 shows waveforms of pulses passing through the low pass filter 180 with cutoff frequencies of 48 MHz, 32 MHz, 22 MHz, 15 MHz, 11 MHz, 5 MHz, and 1.9 MHz from top to bottom. Can be.

차단 주파수가 32 MHz 이하의 저주파 통과 필터(180)를 사용하였을 때 깨끗한 파형을 얻고, 차단 주파수가 11 MHz 이하의 저주파 통과 필터(180)를 사용하였을 때는 신호 대역폭의 손실로 인하여 본래의 신호 보다 넓게 변형 되어 나타날 수 있다. 즉, 저주파 통과 필터(180)의 차단 주파수 및 반복률의 차이(△f_r)에 따라 획득하는 신호의 대역폭이 다를 수 있다. 이에, 사용하는 대역폭에 맞는 저주파 통과 필터(180)의 차단 주파수 선택하는 것이 중요할 수 있다.When a low pass filter 180 with a cutoff frequency of 32 MHz or less is used, a clean waveform is obtained. When a low pass filter 180 with a cutoff frequency of 11 MHz or less is used, the signal is wider than the original signal due to loss of signal bandwidth. It may appear deformed. That is, the bandwidth of the obtained signal may vary according to the difference Δf _r between the cutoff frequency and the repetition rate of the low pass filter 180. Therefore, it may be important to select a cutoff frequency of the low pass filter 180 suitable for the bandwidth used.

광 상호상관기(170)는 상호상관 신호를 디지타이저(400), 예를 들어, 채널 1(410)로 전송할 수 있다. 제1 팸토초 레이저(200-1)는 레이저 펄스 신호를 디지타이저(400), 예를 들어, 채널 2(430)로 직접 전송할 수 있다.Optical cross-correlator 170 may transmit the cross-correlation signal to digitizer 400, for example, channel 1 410. The first femtosecond laser 200-1 may transmit a laser pulse signal directly to the digitizer 400, for example, the channel 2 430.

PC(500)는 상호상관 신호에 기초하여 거리 측정 장치(100)와 대상체(300)의 거리를 계산할 수 있다. 이때, 거리 측정 장치(100)와 대상체(300)의 거리는 수학식 1에 기초하여 계산될 수 있다.The PC 500 may calculate the distance between the distance measuring device 100 and the object 300 based on the cross-correlation signal. In this case, the distance between the distance measuring device 100 and the object 300 may be calculated based on Equation 1.

여기서, d는 거리 측정 장치(100) 및 대상체(300) 사이의 거리이고, c는 진공 중에서 빛의 속도이고, N은 대기의 군 굴절률이고, △t는 광 주파수 영역에서의 제1 레이저 펄스가 대상체(300)까지 왕복하는데 걸리는 비행시간이고, △T는 라디오 주파수 영역에서 측정된 제1 레이저 펄스가 대상체(300)까지 왕복하는데 걸리는 비행시간이고, f_r은 제1 펨토초 레이저(200-1)의 반복률이고, △f_r은 제1 펨토초 레이저(200-1) 및 제2 펨토초 레이저(200-2)의 반복률의 차이이고, T_update는 신호들의 반복 주기이고, T_update= 1/△f_r 일 수 있다.Here, d is the distance between the distance measuring device 100 and the object 300, c is the speed of light in the vacuum, N is the group refractive index of the atmosphere, Δt is the first laser pulse in the optical frequency region ΔT is the flight time it takes to reciprocate to the object 300, ΔT is the flight time it takes for the first laser pulse measured in the radio frequency domain to reciprocate to the object 300, f _r is the first femtosecond laser 200-1 Δf _r is the difference between the repetition rates of the first femtosecond laser 200-1 and the second femtosecond laser 200-2, T _update is the repetition period of the signals, and T _update = 1 / Δf _r Can be.

구체적으로, PC(500)는 제1 레이저 펄스에 기초하여 신호 레이저(200-1)의 반복률(f_r)을 계산하고, 상호상관 신호 및 제1 레이저 펄스에 기초하여 신호 레이저(200-1) 및 국부 레이저(200-2)의 반복률의 차이(△f_r)를 계산할 수 있다. 이때, PC(500)는 디지타이저(400)에서 생성하는 신호의 반복 주기를 사용하여 신호 레이저(200-1) 및 국부 레이저(200-2)의 반복률의 차이(△f_r)를 계산할 수 있다. 즉, PC(500)는 채널 1(410)에서의 상호상관 신호에 기초하여 신호 레이저(200-1) 및 국부 레이저(200-2)의 반복률의 차이(△f_r)를 계산하고, 채널 2(430)에서의 제1 레이저 펄스에 기초하여 신호 레이저(200-1)의 반복률(f_r)을 계산할 수 있다.Specifically, the PC 500 calculates the repetition rate f _{r of} the signal laser 200-1 based on the first laser pulse, and the signal laser 200-1 based on the cross-correlation signal and the first laser pulse. And difference Δf _r of the repetition rate of the local laser 200-2. In this case, the PC 500 may calculate a difference Δf _r between the repetition rates of the signal laser 200-1 and the local laser 200-2 using the repetition period of the signal generated by the digitizer 400. That is, the PC 500 calculates the difference Δf _r of the repetition rate of the signal laser 200-1 and the local laser 200-2 based on the cross-correlation signal in channel 1 410, and calculates channel 2. The repetition rate f _r of the signal laser 200-1 may be calculated based on the first laser pulse at 430.

도 6은 도 1에 도시된 거리 측정 장치의 다른 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 거리 측정 장치를 구현한 일 예를 나타낸다.6 is a view for explaining another example of the distance measuring device shown in FIG. 1, and FIG. 7 illustrates an example of implementing the distance measuring device.

도 6 및 도 7을 참조하면, 거리 측정 장치(100)는 순환기(110), 시준기(130), 기준면(150), 광 상호상관기(170), 및 저주파 통과 필터(180)를 포함할 수 있다. 또한, 거리 측정 장치(100)는 EDFA(Erbium doped fiber amplifier; 190)를 더 포함할 수 있다.6 and 7, the distance measuring device 100 may include a circulator 110, a collimator 130, a reference plane 150, an optical cross-correlator 170, and a low pass filter 180. . In addition, the distance measuring device 100 may further include an Erbium doped fiber amplifier (EDFA) 190.

도 6의 순환기(110), 시준기(130), 기준면(150), 광 상호상관기(170), 및 저주파 통과 필터(180)의 구성 및 동작은 도 2의 순환기(110), 시준기(130), 기준면(150), 광 상호상관기(170), 및 저주파 통과 필터(180)의 구성 및 동작과 실질적으로 동일할 수 있다.The configuration and operation of the circulator 110, the collimator 130, the reference plane 150, the optical cross-correlator 170, and the low pass filter 180 of FIG. 6 may include the circulator 110, the collimator 130, It may be substantially the same as the configuration and operation of the reference plane 150, optical cross-correlator 170, and low-pass filter 180.

이때, 반사광 및/또는 측정광의 출력의 세기는 거리 측정 장치(100)가 거리를 측정함에 있어서 충분히 크지 않을 수 있다.In this case, the intensity of the output of the reflected light and / or the measurement light may not be large enough for the distance measuring device 100 to measure the distance.

이에, EDFA(190)는 반사광 및 측정광을 증폭시킬 수 있다. 예를 들어, EDFA(190)는 반사광 및 측정광을 10 mW 이상의 평균 출력으로 증폭시킬 수 있다. EDFA(190)를 사용하여 거리 측정 장치(100)를 실제로 구현한 일 예는 도 7에 도시된 바와 같을 수 있다.Thus, the EDFA 190 may amplify the reflected light and the measurement light. For example, the EDFA 190 may amplify the reflected light and the measured light to an average output of 10 mW or more. An example of actually implementing the distance measuring device 100 using the EDFA 190 may be as shown in FIG. 7.

광 상호상관기(170)는 10 mW 이상의 반사광 및 측정광에 기초하여 효율적으로 상호상관 신호를 생성할 수 있다.The optical cross-correlator 170 may efficiently generate a cross-correlation signal based on the reflected light and the measured light of 10 mW or more.

광 상호상관기(170)는 레이저 펄스에 발생한 분산을 보상할 수도 있다. 분산은 광 섬유 및/또는 EDFA(190)에서 발생할 수 있다. 이때, 광 상호상관기(170)는 DCF(dispersion compensating fiber)를 사용하여 분산을 보상할 수 있다.Optical cross-correlator 170 may compensate for dispersion caused by laser pulses. Dispersion may occur in the optical fiber and / or EDFA 190. In this case, the optical crosscorrelator 170 may compensate for dispersion by using dispersion compensating fiber (DCF).

PC(500)는 상호상관 신호에 기초하여 거리 측정 장치(100)와 대상체(300)의 거리를 계산할 수 있다. 이때, 거리 측정 장치(100)와 대상체(300)의 거리는 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이 계산될 수 있다.The PC 500 may calculate the distance between the distance measuring device 100 and the object 300 based on the cross-correlation signal. In this case, the distance between the distance measuring device 100 and the object 300 may be calculated as described with reference to FIGS. 2 to 5.

도 8은 도 2 또는 도 6에 도시된 레이저의 반복률을 안정화하기 위한 레이저의 예를 나타낸다.8 shows an example of a laser for stabilizing the repetition rate of the laser shown in FIG. 2 or 6.

도 8을 참조하면, 레이저(200)는 제1 펨토초 레이저(200-1) 및 제2 펨토초 레이저(200-2)의 반복률을 안정화하기 위해 기준 시계(reference clock; 210), 및 안정화 모듈들(stabilization modules; 230 및 250)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the laser 200 may include a reference clock 210 and stabilization modules to stabilize the repetition rate of the first femtosecond laser 200-1 and the second femtosecond laser 200-2. stabilization modules; 230 and 250).

기준 시계(210)는 루비듐 원자 시계(Rb atomic clock)이고, 안정화 모듈(230 및 250)이 제1 펨토초 레이저(200-1) 및 제2 펨토초 레이저(200-2)를 안정화 하는데 기준을 제공할 수 있다.The reference clock 210 is a rubidium atomic clock, and the stabilization modules 230 and 250 will provide a reference for stabilizing the first femtosecond laser 200-1 and the second femtosecond laser 200-2. Can be.

안정화 모듈(230 및 250)은 기준 시계(210)를 기준으로 하여 제1 펨토초 레이저(200-1) 및 제2 펨토초 레이저(200-2) 각각의 반복률을 안정화시킬 수 있다. 안정화 모듈(230 및 250)은 거리 측정 장치(100)가 거리를 측정함에 있어서, 시간과 주파수 영역에서 높은 정확도와 정밀도를 가지도록 할 수 있다. 안정화 모듈(230 및 250)이 신호들의 반복 주기(T_update)보다 빠른 제어 대역폭으로 제1 펨토초 레이저(200-1) 및 제2 펨토초 레이저(200-2)를 안정화할 경우, 거리 측정의 정밀도가 향상될 수 있다.The stabilization modules 230 and 250 may stabilize the repetition rate of each of the first femtosecond laser 200-1 and the second femtosecond laser 200-2 based on the reference clock 210. The stabilization modules 230 and 250 may allow the distance measuring device 100 to have high accuracy and precision in the time and frequency domains when measuring the distance. When the stabilization modules 230 and 250 stabilize the first femtosecond laser 200-1 and the second femtosecond laser 200-2 with a control bandwidth faster than the repetition period (T _update ) of the signals, the accuracy of the distance measurement is Can be improved.

예를 들어, 안정화 모듈(230 및 250)은 제1 펨토초 레이저(200-1)의 반복률(f_r)은 100 MHz로, 제1 펨토초 레이저(200-1)와 제2 펨토초 레이저(200-2)의 반복률의 차이(△f_r)는 2 kHz로 안정화시킬 수 있다.For example, the stabilization modules 230 and 250 have a repetition rate f _r of the first femtosecond laser 200-1 at 100 MHz, and the first femtosecond laser 200-1 and the second femtosecond laser 200-2. Difference (Δf _r ) of the repetition rate can be stabilized at 2 kHz.

반복률의 차이(△f_r)가 거리 측정 성능에 미치는 영향은 적을 수 있지만, 광 상호상관기(170)는 제1 펨토초 레이저(200-1)의 제1 레이저 펄스를 제2 펨토초 레이저(200-2)의 제2 레이저 펄스를 사용하여 △f_r/f_r ²의 주기로 샘플링하므로 펨토초 레이저 펄스의 폭(pulse duration)은 수학식 2를 만족해야 할 수 있다. 상호상관 신호의 펄스 폭을 조절함으로써 디지타이저(400)는 충분한 데이터를 획득할 수 있다.Although the influence of the repetition rate Δf _r on the distance measurement performance may be small, the optical cross-correlator 170 receives the first laser pulse of the first femtosecond laser 200-1 and the second femtosecond laser 200-2. Since the second laser pulse of) is sampled in a period of Δf _r / f _r ^2, the pulse duration of the femtosecond laser pulse may satisfy Equation 2. By adjusting the pulse width of the cross-correlation signal, the digitizer 400 can obtain sufficient data.

즉, 펨토초 레이저 펄스의 폭은 △f_r/f_r ²보다 커야 할 수 있다. 예를 들어, f_r이 100 MHz이고, △f_r이 2 kHz인 경우, △f_r/f_r ²은 200 fs이고 상호상관 신호의 펄스 폭은 200 fs 보다 커야 할 수 있다. 광 상호상관기(170)는 상호상관 신호의 분산양을 조절하여 펨토초 레이저 펄스의 폭을 조절할 수 있다.That is, the width of the femtosecond laser pulse may need to be greater than Δf _r / f _r ² . For example, when f _r is 100 MHz and Δf _r is 2 kHz, Δf _r / f _r ² may be 200 fs and the pulse width of the cross-correlation signal may be greater than 200 fs. Optical cross-correlator 170 may adjust the width of the femtosecond laser pulse by adjusting the amount of dispersion of the cross-correlation signal.

PC(500)는 상술한 수학식 1에 기초하여 거리 측정 장치(100) 및 대상체(300) 사이의 거리를 계산할 수 있다. 이때, 제1 펨토초 레이저(200-1) 및 제2 펨토초 레이저(200-2)는 기준 시계(210) 및 안정화 모듈(230 및 250)에 의해 반복률이 안정화 되었으므로, PC(500)는 상수 값을 f_r로 사용할 수 있다.The PC 500 may calculate a distance between the distance measuring device 100 and the object 300 based on Equation 1 described above. At this time, since the repetition rate of the first femtosecond laser 200-1 and the second femtosecond laser 200-2 is stabilized by the reference clock 210 and the stabilization modules 230 and 250, the PC 500 may determine a constant value. Can be used with f _r .

도 9a는 도 2 또는 도 6에 도시된 광 상호상관기의 일 예의 개략적인 구조도이고, 도 9b는 도 9a에 도시된 광 상호상관기가 출력하는 신호의 일 예이다.FIG. 9A is a schematic structural diagram of an example of the optical cross-correlator illustrated in FIG. 2 or 6, and FIG. 9B is an example of a signal output by the optical cross-correlator illustrated in FIG. 9A.

도 9a 내지 도 9b를 참조하면, 광 상호상관기(170A)는 도 2 또는 도 6에 도시된 광 상호상관기(170)의 일 예일 수 있다.9A to 9B, the optical cross correlator 170A may be an example of the optical cross correlator 170 illustrated in FIG. 2 or 6.

상술한 바와 같이, 제1 펨토초 레이저(200-1)의 제1 레이저 펄스 및 제2 펨토초 레이저(200-2)의 제2 레이저 펄스는 PBS(120)로 입사할 수 있다. 이때, 제1 레이저 펄스는 반사광 및 측정광을 포함할 수 있다.As described above, the first laser pulse of the first femtosecond laser 200-1 and the second laser pulse of the second femtosecond laser 200-2 may be incident to the PBS 120. In this case, the first laser pulse may include reflected light and measured light.

이때, 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스는 반파장 판(미도시)을 통과하여 PBS(120)에 입사할 수 있다. 반파장 판(미도시)은 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스의 편광을 조절할 수 있다. 예를 들어, 반파장 판(미도시)은 PBS(120)로 입사하는 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스의 편광이 서로 수직이 되도록 할 수 있다.In this case, the first laser pulse and the second laser pulse may pass through the half-wave plate (not shown) and enter the PBS 120. The half-wave plate (not shown) may adjust the polarization of the first laser pulse and the second laser pulse. For example, the half-wave plate (not shown) may allow the polarization of the first laser pulse and the second laser pulse incident on the PBS 120 to be perpendicular to each other.

PBS(120)는 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스를 동일 축 상에 정렬시켜 광 상호상관기(170A)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 제1 레이저 펄스와 제2 레이저 펄스는 다른 방향으로 진행할 수 있고, 광 상호상관기(170A)로 입사되는 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스는 동일한 방향을 갖는 동일 축 상의 펄스여야 할 수 있다. 이에, PBS(120)는 제1 레이저 펄스를 투과(또는 통과)시키고, 제2 레이저 펄스는 반사시켜 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스를 동일 축 상에 정렬시킬 수 있다.PBS 120 may align the first and second laser pulses on the same axis and deliver them to optical crosscorrelator 170A. For example, the first laser pulse and the second laser pulse may travel in different directions, and the first laser pulse and the second laser pulse incident to the optical cross-correlator 170A should be pulses on the same axis having the same direction. Can be. Accordingly, the PBS 120 may transmit (or pass) the first laser pulse and reflect the second laser pulse to align the first laser pulse and the second laser pulse on the same axis.

광 상호상관기(170A)는 PBS(120)로부터 서로 수직한 편광의 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스를 수신할 수 있다. 광 상호상관기(170A)는 제2 레이저 펄스에 기초하여 제1 레이저 펄스를 샘플링 하고, 샘플링 결과 광 상호상관기(170A)는 제1 레이저 펄스를 라디오 주파수 영역에서 관찰할 수 있다. 예를 들어, 광 상호상관기(170A)는 제2 레이저 펄스에 기초하여 f_r의 반복률을 갖는 제1 레이저 펄스를 △f_r/f_r ²의 샘플링 주기로 샘플링할 수 있다.The optical crosscorrelator 170A may receive a first laser pulse and a second laser pulse of polarization perpendicular to each other from the PBS 120. The optical cross-correlator 170A may sample the first laser pulse based on the second laser pulse, and the sampling result The optical cross-correlator 170A may observe the first laser pulse in the radio frequency domain. For example, the optical crosscorrelator 170A may sample the first laser pulse having a repetition rate of f _r based on the second laser pulse at a sampling period of Δf _r / f _r ² .

광 상호상관기(170A)는 렌즈(170A-1 및 170A-2), 비선형 결정(nonlinear crystal; 170A-3), 및 광 검출기(170A-5)를 포함 할 수 있다.Optical cross-correlator 170A may include lenses 170A-1 and 170A-2, nonlinear crystals 170A-3, and photodetector 170A-5.

렌즈(170A-1 및 170A-2)는 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스의 성분들을 수렴 또는 발산시킬 수 있다. 즉, 렌즈(170A-1)는 평행광선의 특성을 갖는 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스를 생성하여 비선형 결정(170A-3)에 포커싱(또는 수렴)시키고, 렌즈(170A-2)는 포커싱(또는 수렴)된 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스를 시준할 수 있다.The lenses 170A-1 and 170A-2 may converge or diverge components of the first laser pulse and the second laser pulse. That is, the lens 170A-1 generates a first laser pulse and a second laser pulse having characteristics of parallel rays to focus (or converge) the nonlinear crystal 170A-3, and the lens 170A-2 focuses the lens. (Or converged) the first and second laser pulses may be collimated.

비선형 결정(170A-3)은 이차 조화 펄스 생성 결정일 수 있다. 비선형 결정(170A-3)은 이차 조화 펄스(second harmonic pulse)를 생성하기 위해 Type-II SHG(second-harmonic generation) 결정을 사용할 수 있다. 예를 들어, 비선형 결정(170A-3)은 Type-II PPKTP(periodically poled potassium titanyl phosphate) 또는 Type-II BBO(beta barium borate)로 구현될 수 있다. 광 상호상관기(170A)는 이차 조화 펄스를 사용하여 상호상관 신호를 생성할 수 있다. 즉, 상호상관 신호는 이차 조화 펄스를 포함할 수 있다.Nonlinear crystal 170A-3 may be a second harmonic pulse generation crystal. Non-linear crystal 170A-3 may use a Type-II second-harmonic generation (SHG) crystal to generate a second harmonic pulse. For example, the nonlinear crystal 170A-3 may be implemented with Type-II PPKTP (periodically poled potassium titanyl phosphate) or Type-II BBO (beta barium borate). Optical cross-correlator 170A may generate a cross-correlation signal using a second harmonic pulse. In other words, the cross-correlation signal may include a second harmonic pulse.

비선형 결정(170A-3)은 위상 정합 조건이 맞는 특정 각도로 서로 수직한 편광의 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스가 입사되었을 때, 광 주파수가 두 배(제1 레이저 펄스 주파수 및 제2 레이저 펄스의 주파수가 다른 경우에는, 제1 레이저 펄스 주파수 및 제2 레이저 펄스의 주파수의 합)가 되는 펄스를 생성할 수 있다.The nonlinear crystal 170A-3 has a double optical frequency (first laser pulse frequency and second laser pulse) when the first laser pulse and the second laser pulse of polarization perpendicular to each other are incident at a specific angle at which the phase matching condition is met. If the frequencies of the pulses are different, a pulse equal to the sum of the frequencies of the first laser pulse and the second laser pulse can be generated.

광 검출기(170A-5)는 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스 사이의 시간 간격에 따라 다른 크기의 전기 신호들을 획득할 수 있다. 예를 들어, 광 검출기(170A-5)는 상호상관 함수에 비례하는 신호들을 획득할 수 있다. 비선형 결정(170A-3)은 Type-I 결정과 다른 Type-II 결정을 사용하므로, 광 검출기(170A-5)은 간섭무늬가 없는 포락선(envelope) 형태의 강도 상호상관(intensity cross-correlation) 신호를 획득할 수 있다. 즉, 비선형 결정(170A-3)은 서로 수직한 편광의 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스에 기초하여 상호상관 신호를 생성하고, 광 검출기(170A-5)는 상호상관 신호를 검출할 수 있다. 광 검출기(170A-5)가 검출한 상호상관 신호의 일 예는 도 9b에 도시된 바와 같을 수 있다.The photo detector 170A-5 may acquire electrical signals of different magnitudes according to the time interval between the first laser pulse and the second laser pulse. For example, the photo detector 170A-5 may obtain signals proportional to the cross-correlation function. Since the nonlinear crystal 170A-3 uses a Type-II crystal different from the Type-I crystal, the photo detector 170A-5 has an intensity cross-correlation signal in the form of an envelope without interference fringes. Can be obtained. That is, the nonlinear crystal 170A-3 may generate a cross-correlation signal based on the first laser pulse and the second laser pulse of polarization perpendicular to each other, and the photodetector 170A-5 may detect the cross-correlation signal. . An example of the cross-correlation signal detected by the photo detector 170A-5 may be as shown in FIG. 9B.

도 10a는 도 2 또는 도 6에 도시된 광 상호상관기의 다른 예의 개략적인 구조도이고, 도 10b는 도 10a에 도시된 광 상호상관기가 출력하는 신호의 일 예를 나타내고, 도 11은 도 10a에 도시된 광 상호상관기의 구현 예를 나타낸다.FIG. 10A is a schematic structural diagram of another example of the optical cross-correlator illustrated in FIG. 2 or 6, and FIG. 10B illustrates an example of a signal output by the optical cross-correlator illustrated in FIG. 10A, and FIG. 11 is illustrated in FIG. 10A. An example of the implementation of the optical cross-correlator is shown.

도 10a 내지 도 11을 참조하면, 광 상호상관기(170B)는 도 2 또는 도 6에 도시된 광상호상관기(170)의 다른 예일 수 있다. 광 상호상관기(170B)는 균형잡힌 광 상호상관기(balanced optical cross-correlator)로 구현될 수 있다.10A through 11, the optical cross-correlator 170B may be another example of the optical cross-correlator 170 illustrated in FIG. 2 or 6. Optical cross-correlator 170B may be implemented as a balanced optical cross-correlator.

광 상호상관기(170B)는 이색 거울(dichroic mirror; 170B-1 및 170B-2), 거울(170B-3, 170B-4, 및 170B-5), 렌즈(170B-6 및 170B-7), 비선형 결정(170B-8), 및 균형잡힌 광 검출기(balanced photo detector; 170B-9)를 포함 할 수 있다.Optical correlator 170B includes a dichroic mirror 170B-1 and 170B-2, mirrors 170B-3, 170B-4, and 170B-5, lenses 170B-6 and 170B-7, and non-linear Crystals 170B-8, and a balanced photo detector 170B-9.

렌즈(170B-6 및 170B-7) 및 비선형 결정(170B-8)은 도 9a에 도시된 렌즈(170A-1 및 170A-2) 및 비선형 결정(170A-3)과 같은 구성을 포함할 수 있다.Lenses 170B-6 and 170B-7 and nonlinear crystals 170B-8 may include configurations such as lenses 170A-1 and 170A-2 and nonlinear crystals 170A-3 shown in FIG. 9A. .

이색 거울(170B-1 및 170B-2)은 박막내의 빛의 간섭효과를 사용하여 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스에서 특정 파장 범위를 갖는 펄스는 반사하고, 다른 파장 범위의 펄스는 투과(또는 통과)할 수 있다.The dichroic mirrors 170B-1 and 170B-2 use the interference effect of light in the thin film to reflect pulses having a particular wavelength range in the first and second laser pulses, and pulses in other wavelength ranges are transmitted (or Pass).

거울(170B-3, 170B-4, 및 170B-5)은 펄스를 반사할 수 있다. 예를 들어, 거울(170B-3, 170B-4, 및 170B-5)은 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스의 진행 방향을 변경시킬 수 있다.Mirrors 170B-3, 170B-4, and 170B-5 may reflect pulses. For example, the mirrors 170B-3, 170B-4, and 170B-5 may change the traveling directions of the first laser pulse and the second laser pulse.

균형잡힌 광 검출기(170B-9)는 복수의 광 검출기, 예를 들어, 제1 광 검출기(170B-91) 및 제2 광 검출기(170B-92)를 포함할 수 있다. 제1 광 검출기(170B-91)는 비선형 결정(170B-8)이 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스로부터 생성한 제1 상호상관 신호를 검출할 수 있다. 거울(170B-3)이 기본 주파수에 해당하는 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스를 반사하면, 비선형 결정(170B-8)은 다시 제1 레이저 펄스 및 제2 레이저 펄스를 통과시키고 제2 상호상관 신호를 생성할 수 있다. 제2 상호상관 신호는 이색 거울(170B-1) 및 거울(170B-5)을 통과하고, 제2 광 검출기(170B-92)로 입사할 수 있다. 즉, 제2 광 검출기(170B-92)는 제2 상호상관 신호를 검출할 수 있다. 이때, 균형잡힌 광 검출기(170B-9)는 제1 상호상관 신호 및 제2 상호상관 신호의 차(difference)에 해당하는 전기적 신호를 생성할 수 있다.Balanced photodetector 170B-9 may include a plurality of photodetectors, for example, first photodetector 170B-91 and second photodetector 170B-92. The first photodetector 170B-91 may detect the first cross-correlation signal generated by the nonlinear crystal 170B-8 from the first laser pulse and the second laser pulse. When the mirror 170B-3 reflects the first laser pulse and the second laser pulse corresponding to the fundamental frequency, the nonlinear crystal 170B-8 passes the first laser pulse and the second laser pulse again and crosses the second cross-correlation. You can generate a signal. The second cross-correlation signal may pass through the dichroic mirror 170B-1 and the mirror 170B-5 and enter the second photodetector 170B-92. That is, the second photodetectors 170B-92 may detect the second cross-correlation signal. In this case, the balanced photodetector 170B-9 may generate an electrical signal corresponding to a difference between the first and second cross-correlation signals.

균형잡힌 광 검출기(170B-9)가 검출한 상호상관 신호의 일 예는 도 10b에 도시된 바와 같고, 균형잡힌 광 검출기(170B-9)를 실제로 구현한 일 예는 도 11과 같을 수 있다.An example of the cross-correlation signal detected by the balanced light detector 170B-9 may be as shown in FIG. 10B, and an example of the actual implementation of the balanced light detector 170B-9 may be as shown in FIG. 11.

이하에서는 본 발명의 응용방법의 예들에 대해서 설명하도록 한다.Hereinafter, examples of the application method of the present invention will be described.

도 12는 거리 측정 장치가 복수의 대상체들의 거리를 측정하는 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 13은 도 12에 도시된 거리 측정 시스템을 실제로 구현한 일 예를 나타내고, 도 14는 기준면에서 광 분할기까지의 거리의 변화량을 나타낸다.FIG. 12 is a diagram for describing an operation of measuring a distance of a plurality of objects by a distance measuring apparatus, FIG. 13 illustrates an example of actually implementing the distance measuring system illustrated in FIG. 12, and FIG. 14 illustrates a light splitter at a reference plane. The amount of change in the distance to is shown.

도 12 내지 도 14를 참조하면, 거리 측정 장치(100)는 단일 축 상에 존재하는 복수의 대상체들(300-1~300-N)의 거리를 측정할 수 있다. 이때, 복수의 대상체들(300-1~300-N)은 각각 광 분할기를 포함할 수 있다.12 to 14, the distance measuring apparatus 100 may measure the distances of the plurality of objects 300-1 to 300 -N existing on a single axis. In this case, each of the plurality of objects 300-1 to 300 -N may include a light splitter.

예를 들어, 도 13에서는 4개의 대상체(300-1~300-4)가 존재하고, 제1 대상체(300-1)는 광 분할기 M1을 포함하고, 제2 대상체(300-2)는 광 분할기 M2를 포함하고, 제3 대상체(300-3)는 광 분할기 M3를 포함하고, 제4 대상체(300-4)는 광 분할기 M4를 포함할 수 있다. 이때, 광 분할기 M1 내지 M4는 일렬로 배열될 수 있다.For example, in FIG. 13, four objects 300-1 to 300-4 exist, the first object 300-1 includes a light splitter M1, and the second object 300-2 is a light splitter. Including M2, the third object 300-3 may include a light splitter M3, and the fourth object 300-4 may include a light splitter M4. In this case, the light splitters M1 to M4 may be arranged in a line.

광 분할기 M1은 20 μm의 미소변위를 인가 할 수 있는 피에조 스테이지(Piezo stage) 위에 부착하였고, 광 분할기 M2 및 M3는 상대적으로 큰 변위를 줄 수 있는 모터 스테이지 위에 고정하고, 광 분할기 M4는 움직이지 않도록 바닥에 설치 할 수 있다.The optical splitter M1 is mounted on a piezo stage capable of applying a micro-displacement of 20 μm, and the optical splitters M2 and M3 are fixed on a motor stage capable of relatively large displacement, and the optical splitter M4 is immovable. It can be installed on the floor to prevent it.

피에조 스테이지와 모터 스테이지는 광 분할기 M1 내지 M3에 임의의 변위를 인가할 수 있다. 즉, 피에조 스테이지와 모터 스테이지는 3개의 대상체(300-1~300-3)에 임의의 변위를 인가할 수 있다.The piezo stage and the motor stage can apply any displacement to the light splitters M1 to M3. That is, the piezo stage and the motor stage may apply arbitrary displacements to the three objects 300-1 to 300-3.

도 14는 기준면(150)으로부터 각각의 광 분할기 M1 내지 M4까지의 거리의 변화량을 10시간 동안 연속적으로 나타낸다. 이때, 거리의 변화량은 광 분할기 M1의 위치가 278.124 mm에서의 변화량을, 광 분할기 M2의 위치가 586.709 mm에서의 변화량을, 광 분할기 M3의 위치가 609.507 mm에서의 변화량을, 그리고 광 분할기 M4의 위치가 992.142 mm에서의 변화량을 의미할 수 있다.FIG. 14 continuously shows the amount of change in distance from the reference plane 150 to each of the light splitters M1 to M4 for 10 hours. In this case, the amount of change in distance is the amount of change in the position of the light splitter M1 at 278.124 mm, the amount of change in the position of the light splitter M2 at 586.709 mm, the amount of change in the position of the light splitter M3 at 609.507 mm, and the amount of change in the light splitter M4. The position can mean the amount of change in 992.142 mm.

도 15는 거리 측정 장치가 여러 축 상의 대상체들의 거리를 측정하는 동작의 일 예를 나타낸다.15 illustrates an example of an operation of a distance measuring device measuring a distance of objects on various axes.

도 15를 참조하면, 거리 측정 장치(100)는 복수 개의 광 분할기(1510~1560)를 포함할 수 있다. 광 분할기(1510~1560)는 일부 레이저 펄스는 반사하고, 다른 레이저 펄스는 통과시킬 수 있다. 즉, 광 분할기(1510, 1530, 및 1550)는 복수 개의 기준 펄스를 생성할 수 있다.Referring to FIG. 15, the distance measuring device 100 may include a plurality of light splitters 1510 to 1560. The light splitters 1510-1560 may reflect some laser pulses and pass other laser pulses. That is, the light splitters 1510, 1530, and 1550 may generate a plurality of reference pulses.

광 분할기(1520, 1540, 및 1560)는 거리 측정의 기준면이 될 수 있다. 대상체(1010, 1020, 및 1030)는 재귀 반사 거울(retro-reflector)을 포함할 수 있다. 즉, 거리 측정 장치(100)는 대상체(1010, 1020, 및 1030)로부터 반사된 반사광 및 기준 펄스에 기초하여 각각의 광 분할기(1520, 1540, 및 1560)로부터 각각의 대상체(1010, 1020, 및 1030)까지의 거리를 계산할 수 있다.Light splitters 1520, 1540, and 1560 may be reference planes for distance measurement. The objects 1010, 1020, and 1030 may include retro-reflectors. That is, the distance measuring apparatus 100 may determine the objects 1010, 1020, and each of the objects 1010, 1020, and 1560 from the respective light splitters 1520, 1540, and 1560 based on the reflected light and the reference pulse reflected from the objects 1010, 1020, and 1030. 1030) can be calculated.

도 16은 거리 측정 장치가 여러 축 상의 대상체들의 거리를 측정하는 동작의 다른 일 예를 나타낸다.16 illustrates another example of an operation of the distance measuring device measuring the distance of objects on various axes.

도 16을 참조하면, 따른 거리 측정 장치(100)는 복수 개의 광 분할기(1610, 1620, 1630, 1650, 및 1660) 및 재귀 반사 거울(1640 및 1670)을 포함할 수 있다. 광 분할기(1610)는 거리 측정의 기준면이 될 수 있다. 거리 측정 장치(100)는 광 분할기(1610)로부터 X축에 존재하는 대상체까지의 거리 및 Y축에 존재하는 대상체까지의 거리를 측정할 수 있다.Referring to FIG. 16, the distance measuring apparatus 100 may include a plurality of light splitters 1610, 1620, 1630, 1650, and 1660, and retroreflective mirrors 1640 and 1670. The light splitter 1610 may be a reference plane for distance measurement. The distance measuring apparatus 100 may measure the distance from the light splitter 1610 to an object on the X axis and to a object on the Y axis.

도 17은 거리 측정 장치의 거리 측정 대상인 렌즈 시스템의 일 예를 나타내고, 도 18은 거리 측정 장치가 렌즈 시스템의 거리를 측정하는 동작의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.17 is a view illustrating an example of a lens system that is a distance measurement target of a distance measuring device, and FIG. 18 is a view for explaining an example of an operation of the distance measuring device measuring a distance of a lens system.

도 17 내지 도 18을 참조하면, 렌즈 시스템은 복수 개의 렌즈(또는 반사면)를 포함하고, 거리 측정 장치(100)는 렌즈(또는 반사면)로부터 반사된 반사광에 기초하여 렌즈 시스템의 렌즈들의 거리를 측정할 수 있다. 이때, 거리 측정 장치(100)가 측정한 렌즈 시스템의 렌즈들의 거리는 표 1과 같을 수 있다.17 to 18, the lens system includes a plurality of lenses (or reflecting surfaces), and the distance measuring device 100 measures the distance of the lenses of the lens system based on the reflected light reflected from the lens (or reflecting surfaces). Can be measured. In this case, the distances of the lenses of the lens system measured by the distance measuring device 100 may be as shown in Table 1.

거리 측정 장치(100)는 측정된 렌즈 시스템의 거리에 기초하여 복수의 렌즈들을 정렬할 수 있다.The distance measuring device 100 may align the plurality of lenses based on the measured distance of the lens system.

도 19는 거리 측정 장치가 여러 축 상의 복수의 대상체들의 거리를 측정하는 일 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 20은 거리 측정 장치가 분할기를 사용하여 복수의 빔을 생성하는 일 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 21은 거리 측정 장치가 회절 광학 소자를 사용하여 복수의 빔을 생성하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 19 is a diagram illustrating an example in which a distance measuring device measures a distance of a plurality of objects on various axes, and FIG. 20 is a diagram illustrating an example in which the distance measuring device generates a plurality of beams using a divider. 21 is a diagram for explaining an example in which the distance measuring device generates a plurality of beams using a diffractive optical element.

도 19를 참조하면, 거리 측정 장치(100)는 커플러(coupler; 1910)를 사용하여 복수의 빔을 생성할 수 있다. 커플러(1910)는 스위치(switch)로 구현될 수도 있다.Referring to FIG. 19, the distance measuring device 100 may generate a plurality of beams using a coupler 1910. Coupler 1910 may be implemented as a switch.

커플러(1910)는 복수의 빔을 복수의 대상체(2000-1~2000-N)로 전송할 수 있다. 거리 측정 장치(100)는 복수의 대상체(2000-1~2000-N)로부터 반사되어 돌아온 반사광에 기초하여 기준면(1930-1~1930-N)으로부터 복수의 대상체(2000-1~2000-N)의 거리를 계산할 수 있다.The coupler 1910 may transmit a plurality of beams to the plurality of objects 2000-1 to 2000 -N. The distance measuring apparatus 100 may include the plurality of objects 2000-1 to 2000-N from the reference planes 1930-1 to 1930-N based on the reflected light reflected from the plurality of objects 2000-1 to 2000-N. You can calculate the distance of.

도 20을 참조하면, 거리 측정 장치(100)는 분할기(splitter; 2100)를 사용하여 복수의 빔을 생성할 수 있다. 분할기(2100)는 발산하는 빔(diverging beam), 투과형 광 분할기(transparent beam splitter), 광 커플러(fiber coupler) 중 하나를 사용할 수 있다.Referring to FIG. 20, the distance measuring apparatus 100 may generate a plurality of beams using a splitter 2100. The splitter 2100 may use one of a diverging beam, a transparent beam splitter, and a fiber coupler.

도 21을 참조하면, 거리 측정 장치(100)는 회절 광학 소자(diffraction optic element(DOE))를 사용하여 복수의 빔을 생성할 수 있다. 회절 광학 소자(DOE)는 원하는 형태와 개수로 복수의 빔을 생성할 수 있다. 회절 광학 소자(DOE)는 회절 광학 소자(DOE)의 평평한 면을 거리 측정에서 기준면으로 사용할 수 있다. Referring to FIG. 21, the distance measuring apparatus 100 may generate a plurality of beams using a diffraction optic element (DOE). The diffractive optical element DOE may generate a plurality of beams in a desired shape and number. The diffractive optical element DOE may use the flat surface of the diffractive optical element DOE as a reference plane in the distance measurement.

도 22는 거리 측정 장치가 대상체의 각도 및 자세를 측정하는 동작의 일 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 23은 도 22에 도시된 대상체의 일 예를 나타내고, 도 24는 거리 측정 장치가 대상체의 각도를 계산하는 동작의 일 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 25는 도 22에 도시된 대상체의 움직임을 3차원적으로 나타낸 도면이다.22 is a view for explaining an example of an operation of the distance measuring device to measure the angle and posture of the object, FIG. 23 is an example of the object shown in FIG. 22, and FIG. 24 is a distance measuring device of the object. FIG. 25 is a diagram illustrating an example of an operation of calculating an angle, and FIG. 25 is a diagram three-dimensionally illustrating a motion of an object illustrated in FIG. 22.

도 22 내지 도 25를 참조하면, 대상체(2200)는 알루미늄 판 위에 DOE의 ±1차 회절 빔을 따라 90˚의 각도로 설치된 4개의 재귀 반사 거울(2210~2240)을 포함할 수 있다. 4개의 재귀 반사 거울(2210~2240)은 상호상관 신호가 구분되도록 ~1.0 mm의 거리 차이를 두고 대상체(2200)에 설치될 수 있다. 알루미늄 판은 다양한 강체 운동을 줄 수 있도록 3개의 PZT가 120° 간격으로 위치한 스테이지 (piezoelectric tip/tilt stage, Physik Instrument)에 설치될 수 있다. 또한, 대상체(2200)의 운동을 묘사하기 위하여 대상체(2200)에 xyz 좌표계를 설정할 수 있다. 재귀 반사 거울들(2210 및 2230)을 잇는 방향을 x축으로 하고, 재귀 반사 거울들(2220 및 2240)을 잇는 방향을 y축으로 하고, DOE의 0차 빔 방향을 z축으로 설정할 수 있다.22 to 25, the object 2200 may include four retroreflective mirrors 2210 to 2240 installed on an aluminum plate at an angle of 90 ° along a ± first-order diffraction beam of the DOE. The four retroreflective mirrors 2210 to 2240 may be installed on the object 2200 with a distance difference of ˜1.0 mm so that the cross-correlation signals are distinguished. Aluminum plates can be installed on a stage (piezoelectric tip / tilt stage, Physik Instrument) with three PZTs spaced 120 ° apart to give a variety of rigid body motions. In addition, an xyz coordinate system may be set in the object 2200 to describe the motion of the object 2200. The direction connecting the retroreflective mirrors 2210 and 2230 may be the x-axis, the direction connecting the retroreflective mirrors 2220 and 2240 may be the y-axis, and the zero-order beam direction of the DOE may be set to the z-axis.

xy 평면의 원점을 지나면서 수직한 법선 벡터(normal vector)를 정의하고, 요(yaw) 각도 θx와 피치(pitch) 각도 θy는 도 24에 도시된 바와 같을 수 있다.A normal vector perpendicular to the origin of the xy plane is defined, and the yaw angle θx and the pitch angle θy may be as shown in FIG. 24.

거리 측정 장치(100)는 DOE로부터 각 거울(2210~2240)까지의 측정된 거리 d1, d2, d3, d4를 사용하여 대상체(2220)의 원점의 거리를 구할 수 있다. 예를 들어, 거리 측정 장치(100)는 수학식 3을 사용하여 원점의 거리 d를 좌표계로 계산할 수 있다.The distance measuring apparatus 100 may obtain the distance of the origin of the object 2220 using the measured distances d1, d2, d3, and d4 from the DOE to each of the mirrors 2210 to 2240. For example, the distance measuring apparatus 100 may calculate the distance d of the origin as a coordinate system using Equation 3.

또한, 거리 측정 장치(100)는 수학식 4 및 수학식 5를 사용하여 요(yaw) 각도 θx와 피치(pitch) 각도 θy를 계산할 수 있다.In addition, the distance measuring apparatus 100 may calculate a yaw angle θx and a pitch angle θy using Equations 4 and 5 below.

여기서, A는 거울(2210 및 2230) 사이의 간격일 수 있다.Here, A may be an interval between the mirrors 2210 and 2230.

여기서, A는 거울(2220 및 2240) 사이의 간격일 수 있다.Here, A may be an interval between the mirrors 2220 and 2240.

거리 측정 장치(100)는 수학식 3 내지 수학식 5를 사용하여 계산한 원점의 거리 d, 요(yaw) 각도 θx, 및 피치(pitch) 각도 θy를 사용하여 평판에 수직한 단위 법선 백터의 궤적을 시간에 따라 3차원적으로 도 25와 같이 나타낼 수 있다. 대상체(2220)의 움직임을 3차원적으로 나타낼 경우 대상체(2220)의 운동을 보다 직관적으로 이해 할 수 있다. 대상체(2220)의 중심의 위치가 어떻게 변화하는지는 도 25b로부터, 대상체(2220)가 x축에 가까운 방향으로 1 Hz의 사인 파 형태로 움직이고 있음은 도 25c로부터 알 수 있다. 즉, 법선 벡터의 궤적의 3차원 표현을 이용하면 복잡한 운동을 하는 대상체(2220)에 대해서도 이해하기 쉬운 형태로 움직임을 묘사할 수 있고, 대상체(2220)의 움직임을 제어하는데 활용할 수도 있다.The distance measuring device 100 uses the distance d of the origin calculated from Equation 3 to Equation 5, the trajectory of the unit normal vector perpendicular to the plate using the yaw angle θx, and the pitch angle θy. It can be represented as shown in Figure 25 in three dimensions over time. When the movement of the object 2220 is expressed in three dimensions, the movement of the object 2220 may be more intuitively understood. It can be seen from FIG. 25B how the position of the center of the object 2220 changes, and FIG. 25C shows that the object 2220 moves in the form of a sine wave of 1 Hz in a direction close to the x-axis. That is, by using a three-dimensional representation of the trajectory of the normal vector, a motion can be described in a form that is easy to understand even for the object 2220 that performs a complex motion, and can be used to control the motion of the object 2220.

도 26은 거리 측정 장치가 CMM 변형을 측정하는 동작의 일 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 27은 도 26에 도시된 재귀 반사 거울의 좌표 변화를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 26 is a diagram illustrating an example of an operation of measuring a CMM deformation by a distance measuring device, and FIG. 27 is a diagram illustrating a change in coordinates of the retroreflective mirror illustrated in FIG. 26.

도 26 내지 도 27을 참조하면, 거리 측정 장치(100)는 CMM(coordinate measuring machine) 프레임의 구조 변형에 대한 측정을 수행할 수 있다. CMM 프레임은 10개의 재귀 반사 거울(M1~M10)을 포함하고 거리 측정 장치(100)는 스캐닝 거울 시스템을 포함할 수 있다. 스캐닝 거울 시스템은 주변 환경의 온도 변화에 따른 3차원 구조물의 변형을 측정하기 위하여 빔을 시간에 따라 분할할 수 있다. 스캐닝 거울 시스템은 빔을 정해진 시간 주기로 스캔하여 재귀 반사 거울(M1~M10)까지의 거리를 측정하고, 측정된 거리에 기초하여 CMM 프레임의 구조 변형을 측정할 수 있다.26 to 27, the distance measuring device 100 may measure a structural deformation of a coordinate measuring machine (CMM) frame. The CMM frame may include ten retroreflective mirrors M1 to M10, and the distance measuring device 100 may include a scanning mirror system. The scanning mirror system can split the beam over time to measure the deformation of the three-dimensional structure as the temperature changes in the surrounding environment. The scanning mirror system scans the beam at a predetermined time period to measure the distance to the retroreflective mirrors M1 to M10 and to measure the structural deformation of the CMM frame based on the measured distance.

재귀 반사 거울(M1~M10)의 거리, 방위각, 및 고도각 정보를 사용하여 계산한 재귀 반사 거울(M1~M10)의 직교좌표계상 좌표는 도 27에 도시된 바와 같을 수 있다. 재귀 반사 거울(M1~M10)의 3차원 좌표는 도 27a에 도시된 바와 같고, 재귀 반사 거울(M1~M10)의 x-y, x-z, y-z 평면에서의 시작 위치, 끝 위치, 및 이동 경로는 도 27b 내지 도 27c에 도시된 바와 같을 수 있다. 즉, 거리 측정 장치(100)를 사용하여 CMM 프레임의 거리를 측정함으로써 CMM 프레임의 어느 부분이 어느 방향으로 어떻게 변화하는지를 쉽게 파악 할 수 있고, 변형이 가장 많이 일어나는 부분 및 방향을 파악하여 해결책을 마련하는데 도움을 줄 수 있다.The coordinates on the Cartesian coordinate system of the retroreflective mirrors M1 to M10 calculated using the distance, azimuth, and elevation angle information of the retroreflective mirrors M1 to M10 may be as shown in FIG. 27. The three-dimensional coordinates of the retroreflective mirrors M1 to M10 are as shown in FIG. 27A, and the start position, the end position, and the movement path in the xy, xz, and yz planes of the retroreflective mirrors M1 to M10 are illustrated in FIG. 27B. To as shown in FIG. 27C. That is, by measuring the distance of the CMM frame using the distance measuring device 100, it is easy to find out which part of the CMM frame changes in which direction and how, and determine the part and direction in which deformation occurs most and prepare a solution. Can help.

도 28은 거리 측정 장치가 대형 구조물에서 사용되는 예들을 나타낸다.28 shows examples in which the distance measuring device is used in a large structure.

도 28을 참조하면, 거리 측정 장치(100)는 대형 정밀 구조물의 변형을 측정하여 보정하거나, 또는 안전이 중요한 시설의 안전 점검에 사용될 수도 있다.Referring to FIG. 28, the distance measuring device 100 may be used for measuring and correcting deformation of a large precision structure, or for safety check of a facility where safety is important.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the devices and components described in the embodiments are, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors, microcomputers, field programmable gate arrays (FPGAs). Can be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For convenience of explanation, one processing device may be described as being used, but one of ordinary skill in the art will appreciate that the processing device includes a plurality of processing elements and / or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. In addition, other processing configurations are possible, such as parallel processors.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the above, and configure the processing device to operate as desired, or process it independently or collectively. You can command the device. Software and / or data may be any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device in order to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. Or may be permanently or temporarily embodied in a signal wave to be transmitted. The software may be distributed over networked computer systems so that they may be stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be embodied in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the embodiments, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

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.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components. Or even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved.

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

Claims

A reference plane that reflects some of the first laser pulses emitted from the first femtosecond laser and passes some of the other laser pulses; And
On the basis of the repetition rate difference between the first femtosecond laser and the second femtosecond laser, the reflected light reflected by the some laser pulses from the reference plane and the intensity of the measured light reflected from the measurement plane by passing the other partial laser pulses from the reference plane Optical cross-correlator for generating signals
Including,
The intensity cross correlation signal is a signal in which the reflected light and the measured light are sampled based on a second laser pulse emitted from the second femtosecond laser,
The distance between the reference plane and the measurement plane is calculated based on the repetition period of the intensity cross-correlation signal, the difference in repetition rate between the first femtosecond laser and the second femtosecond laser, and the repetition rate of the first femtosecond laser,
The difference in repetition rate between the first femtosecond laser and the second femtosecond laser is calculated based on the first laser pulse and the intensity cross-correlation signal, and the repetition rate of the first femtosecond laser is calculated based on the first laser pulse. Distance measuring device.

The method of claim 1,
And the reference plane and the measurement plane are located on the same axis.

The method of claim 1,
A polarizing beam splitter (PBS) for aligning the reflected light, the measured light, and the second laser pulse to the optical cross-correlator in alignment with the same axis
Distance measuring device further comprising.

The method of claim 1,
The optical cross-correlator,
A nonlinear crystal that generates a second harmonic pulse using the reflected light, the measured light, and the second laser pulse
Including,
The optical cross-correlator,
And generate the intensity cross-correlation signal using the second harmonic pulse.

The method of claim 1,
A first half-wave plate for adjusting a polarization direction of the reflected light and the measured light such that the reflected light and the measured light are vertically polarized with the second laser pulse
Distance measuring device further comprising.

The method of claim 1,
Second half-wave plate for adjusting the polarization direction of the second laser pulse so that the second laser pulse is perpendicular to the reflected light and the measurement light
Distance measuring device further comprising.

The method of claim 1,
Splitter for beam splitting the first laser pulse to generate a plurality of beams
More,
The optical cross-correlator,
And generating the intensity cross-correlation signal using the reflected light, the plurality of measuring light beams reflected from the plurality of measuring surfaces, and the second laser pulse.

The method of claim 7, wherein
The divider,
A distance measuring device for generating the plurality of beams by using one of a diverging beam, a transparent beam splitter, and a fiber coupler.

The method of claim 1,
And a distance doped fiber amplifier (EDFA) for amplifying the reflected light and the measured light.

The method of claim 1,
And a first femtosecond laser and the second femtosecond laser.

The method of claim 10,
And a stabilization module for stabilizing the first femtosecond laser and the second femtosecond laser.

The method of claim 11,
The stabilization module,
Reference clock
Distance measuring device comprising a.