KR102018150B1 - 이중 이종간섭계를 이용한 레이저 도플러 진동계 - Google Patents

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한남대학교 산학협력단
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Abstract

본원 발명은 이중 이종간섭계(Dual Heterodyne Interferometer)를 이용한 레이저 도플러 진동계(Laser Doppler Vibrometer, LDV)에 관한 것으로서, 구체적으로 두 위치의 진동면에서 발생하는 진동을 동시에 측정하기 위해서 종래의 이종간섭계를 이용한 레이저 도플러 진동계를 개선하여 레이저가 음향광학변조기(Acousto-optic Modulator, AOM)을 두 번 왕복하는 이중패스 음향광학변조기 시스템(Double-pass Acousto-optic Modulator System, DPAOMS)에 관한 것이다.

Description

이중 이종간섭계를 이용한 레이저 도플러 진동계{Laser Doppler Vibrometer with Dual Heterodyne Interferometer}
본원 발명은 이중 이종간섭계(Dual Heterodyne Interferometer)를 이용한 레이저 도플러 진동계(Laser Doppler Vibrometer, LDV)에 관한 것으로서, 구체적으로 두 위치의 진동면에서 발생하는 진동을 동시에 측정하기 위해서 종래의 이종간섭계를 이용한 레이저 도플러 진동계를 개선하여 레이저가 음향광학변조기(Acousto-optic Modulator, AOM)을 두 번 왕복하는 이중패스 음향광학변조기 시스템(Double-pass Acousto-optic Modulator System, DPAOMS)에 관한 것이다.
레이저 진동계(Laser Vibrometer, LV)는 물체의 진동을 비 접촉, 비파괴로 고속, 고 분해능으로 측정할 수 있는 뛰어난 진동계측 장치이다. 진동해석은 구조설계, 재료선정 등의 분야에서는 없어서는 안 되는 것이므로 그들 분야에서 레이저 진동계의 특성을 활용한 측정이 널리 행해지고 있다. 레이저 진동계에서 가장 많이 사용되는 것은 반사되는 광의 도플러 주파수 천이 값을 읽는 것으로서 레이저 도플러 진동계(Laser Doppler Vibrometer, LDV)라 한다. 레이저 진동계 중에서도 특히 고 정밀도, 고 분해능이 요구되는 분야에서 사용된다.
진동하고 있는 물체의 표면에 레이저 광을 조사하면 그 반사광 또는 산란광의 주파수는 물체의 진동에 대응하여 변위(shift)된다. 따라서 반사광 또는 산란광의 변위량을 검출할 수 있다면 물체의 진동을 측정할 수 있다. 광은 테라헤르쯔(㎔, 1015㎐)의 높은 주파수로 진동하므로 물체의 진동에 의한 주파수 변화를 검출하는 것은 매우 어렵다. 이 문제를 해결하기 위해서 이종간섭계(Heterodyne Interferometer)법이 고안되었다.
도 1은 종래 기술에 따른 이종간섭계로 구성된 기본적인 LDV의 광학 구성이다. 레이저에서 나온 빛(주파수 f0)은 빔분할기인(Beam Splitter) BS1에서 기준광(Reference Beam)과 측정광(Object Beam)으로 나뉜다. 측정광은 음향광학변조기(Acousto-Optic Modulator, AOM)에 의해 변조되어(f0 + fr) BS4 를 통과한다. 통과한 빛은 렌즈에서 초점 고정되어 스피커에 설치된 거울에 반사된다(f0 + fr ㅁ fv). 반사된 빛은 다시 BS4에서 반사되어 BS2에서 반사되고 렌즈에서 초점 조정되어 광검출기에 입사한다. 기준광은 BS2를 통과하여 렌즈를 통과 후 광검출기에 입사한다. 여기서 렌즈의 역할은 반사된 빛의 산란 손실(Scattering Loss)를 최소화하기 위해 사용된다. LDV를 구성 할 때 기준광과 측정광을 매우 정밀하게 일치 되어야 측정 가능한 출력을 가지며 두 빔 간에 세기 또한 일치해야 측정 데이터가 출력이 된다.
스피커가 진동하지 않을 때, 기준광과 측정광은 주파수 차이에 해당하는 간섭무늬가 항상 발생하여, 이 간섭무늬의 주파수는 AOM의 주파수(fr)와 같다. 만약 스피커가 진동한다면, 간섭무늬의 주파수도 도플러 변위에 의해서 변화하게 된다(fr ㅁ fv). 따라서 이 변위하는 주파수를 주파수 검파 등의 방법으로 복조하면 곧 물체의 진동 주파수를 알 수 있게 된다. 결과적으로 이 도플러 변위는 진동하는 물체의 속도성분에 비례하므로, 복조된 신호는 진동의 속도변화를 나타낸다.
일반적인 LDV는 이종간섭계로 구성되어 있기 때문에 물체의 한 지점에서 발생하는 진동만 측정할 수 있다. 산업 현장에서 물체의 진동을 분석하여 구조물의 결함과 이상을 진단하기 위해서는 여러 위치나 다양한 각도에서 불연속적으로 측정하는 것이 일반적이다. 한대의 LDV를 사용할 경우, 서로 다른 위치의 진동을 동시에 측정하기 어렵고, 여러 대의 LDV를 사용하면 비용이 매우 높아지는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 AOM에서 생성된 1차 회절광을 광분할기를 사용하여 2개의 광으로 분할하고 1대의 광검출기를 사용하여 서로 다른 위치의 진동수를 측정 할 수 있다. 상기와 같은 방법은 다음과 같은 문제점을 야기한다. 첫 번째는 2개의 측정위치에서 오는 미세한 진동 차이를 분해하기 어렵다. 동일한 진동수를 갖는 광원을 서로 다른 두 곳에 적용하였기 때문에, 만약 두 곳의 진동수가 유사하다면, 분석 신호가 중첩되어 이들을 구분하기 어렵다. 두 번째는 서로 다른 측정 위치에 따른 신호를 구별하기 어렵다. 동일한 진동수를 적용하였기 때문에 신호가 중첩이 되지 않더라도 개별적인 신호의 출처를 명확하게 파악하기 어려울 수 있다. 이러한 문제를 해결하는 가장 간단한 방법은 두 대의 광검출기와 스펙트럼 분석기 및 신호 처리계를 사용하는 것인데, 이 경우 전체 시스템이 커지고 비용이 높아지는 단점이 있다. 특히 AOM이 매우 고가이기 때문에 비용적인 면에서 복수개의 AOM을 사용하는 것은 바람직하지 않다.
특허문헌 1은 진동 물체의 비접촉 광학 진동측정방법 및 장치에 관한 것으로서, 광원인 레이저(1), 레이저 빔을 측정 빔(2)과 참조 빔(3)으로 분할하기 위한 첫 번째 빔분할기 조립체(S1), 참조 빔(3) 또는 측정 빔(2)을 설정된 방식으로 주파수를 변위시키는 수단(4), 진동 물체(6)에 의해 산란 된 측정 빔(2)을 참조 빔(3)과 함께 가이드 하고 상기 참조 빔과 오버랩되게 하는 두 번째 빔분할기 조립체(S2, S3), 및 오버랩된 측정 빔과 참조 빔(7)을 수신하고 측정 신호를 생성하는 탐지기(5)를 구비하는 레이저 도플러 진동계를 포함하며, 상기 레이저(1)는 광학 공진기 내에 배열된 편광 필터가 제공되고, 우월 모드의 주파수는 제어를 통해 비트-신호로 일정하게 유지될 수 있다.
특허문헌 2는 헤테로다인된 자체 혼합 레이저 다이오드 진동계에 관한 것으로서, 레이저와 센서를 포함하는 다이오드 레이저 패키지, 렌즈, 주파수를 변조하기 위한 외부 장치로 구성되었다. 특허문헌 2는 2개의 AOM을 거쳐 변조된 레이저가 목적물에 의해서 반사된 후 다시 상기 2개의 AOM을 거치는 이중 패스를 이용하여 진동을 검출하는 방법이다.
특허문헌 3은 레이저를 이용한 중전기기의 3차원 진동측정장치 및 방법으로서, 레이저를 발광하는 송신부; 상기 송신부에서 발광된 레이저를 측정 대상에 부착된 반사거울로 유도하고, 상기 반사거울에 의해 반사된 레이저를 수신부로 유도하는 광학부; 상기 반사거울에서 반사된 레이저를 수광하고, 상기 수광된 레이저의 수광 위치와 주파수 정보를 처리부로 전달하는 수신부; 상기 수신부로부터 전달된 수광 위치를 기반으로 상기 측정 대상의 상하좌우의 변위량을 계산하고 상기 상하좌우 방향의 변위량을 시간의 함수로 나누어 진동에 의한 상하좌우 방향의 진폭과 속도를 계산하고, 주파수 정보를 기반으로 상기 측정 대상의 전후의 변위량을 도플러 효과에 따라 계산하고 상기 전후 방향의 변위량을 시간의 함수로 나누어 진동에 의한 전후 방향의 진폭과 속도를 계산하여 출력부로 전달하는 처리부; 및 신호처리된 데이터를 중전기기의 상태진단에 활용하기 위해 용이하게 분석하여 출력이 가능한 데이터로 변환하고 상기 처리부로부터 전달받은 상기 측정 대상의 3축 변위량을 저장하고 외부로 출력하는 출력부를 포함한다.
특허문헌 4는 라만-나스 주파수 천이장치(Raman-Nath Frequency Shifter)와 브래그 셀(Bragg Cell)을 이용하여 여러 다발의 광을 생성하여 다중 포인트 진동 측정을 하는 것이 특징이다. 그러나 회절되는 광 사이의 거리가 제한되기 때문에 측정 범위가 한정되어 있다.
특허문헌 5는 회절광학소자를 이용하여 멀티 빔을 생성하고 이를 이용하여 여러 다중 측정 포인트를 비접촉으로 측정하는 진동계다. 회절 광학 소자의 특징으로 다중 포인트 빔이 생성되나, 회절광학소자의 발산각에 따라 측정범위가 제한되는 것이 단점이다. 또한 멀티 빔의 개수만큼 센서가 필요하기 때문에 비용이 상승하는 단점이 있다.
특허문헌 1 내지 3은 모두 1개의 광원을 사용하여 1개의 물체를 측정하는 방법을 제시하고 있으며, 본원 발명에서 해결하고자 하는 1개의 광원과 1개의 AOM 또는 주파수를 변위시키는 수단을 활용하여 복수의 물체를 측정하는 방법은 제시하지 않고 있다. 특허문헌 4, 5는 측정범위가 한정되거나 멀티 빔의 개수만큼 센서가 필요하기 때문에 비용이 상승하는 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제2014-0028051호 미국특허공보 제5838439호 대한민국 등록특허공보 제10-1220589호 미국특허공보 제13069281호 미국특허공보 제11262707호
본원 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하나의 광원, 하나의 주파수 변조기, 하나의 센서를 사용하여 2개 이상 물체의 진동을 측정하는 장치 및 이를 이용하여 진동을 측정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본원 발명은 2개의 진동면에서 오는 진동을 정확히 구분하여 측정하고 각각의 진동원을 구별할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다. 또한 측정범위에 제한이 없는 장치 및 방법을 제공한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본원 발명의 제1양태는 레이저 광을 생성하는 레이저 광원부; 상기 레이저 광원부로 생성된 레이저를 물체광 1과 기준광 2로 나누어 주는 빔분배기 S1; 상기 물체광 1의 주파수를 변위시키는 주파수 변위기 AOM; 상기 주파수 변위기 AOM에 의해서 회절된 물체광 1의 여러 차수들의 광들 중 1차 회절광인 물체광 3을 제외한 다른 광들을 차단하기 위한 조리개 I1; 상기 조리개 I1을 통과한 상기 물체광 3을 진동을 측정하고자 하는 1번 물체 O1의 진동면에 설치된 거울로 향하는 물체광 4와 진동을 측정하고자 하는 2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울로 향하는 물체광 6으로 나누어 주는 빔분배기 S2; 물체광 6을 2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울로 향하는 물체광 7이 되도록 방향을 전환시키는 거울 M2; 상기 물체광 7은 2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울로 향하도록 하며, 상기 물체광 7이 2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울에서 반사된 후인 물체광 8이 빔분배기 S4로 향하게 하는 빔분배기 S3; 2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울에서 반사된 물체광 5가 빔분배기 S2에 의해서 반사된 후 조리개 I1을 통과하고 주파수 변위기 AOM에서 변조된 후 빔분배기 S1에 의해서 반사되고, 상기 주파수 변위기 AOM에 의해서 회절된 물체광 5의 여러 차수들의 광들 중 1차 회절광인 물체광 9를 제외한 다른 광들을 차단하기 위한 조리개 I2; 상기 조리개 I2를 통과한 상기 기준광 2 및 상기 물체광 9는 통과하고, 상기 물체광 8은 반사시켜 상기 기준광 2, 상기 물체광 9, 상기 물체광 8이 중첩되게 하는 빔분배기 S4; 상기 기준광 2, 상기 물체광 9, 상기 물체광 8의 신호를 생성하는 탐지기 D1; 을 포함하는 두 개의 진동하는 물체의 진동면의 진동을 동시에 측정하는 장치를 제공한다.
본원 발명에 따른 제2양태는
a) 레이저 광원부로부터 레이저 광을 조사하는 단계;
b) 상기 단계 a)의 레이저를 빔분배기 S1을 사용하여 물체광 1과 기준광 2로 나누는 단계;
c) 상기 물체광 1의 주파수를 주파수 변위기 AOM을 사용하여 변조하는 단계;
d) 상기 단계 c)의 주파수 변위기 AOM에 의해서 회절된 물체광 1의 여러 차수들의 광들 중 1차 회절광인 물체광 3을 제외한 다른 광들을 조리개 I1을 사용하여 차단하는 단계;
e) 상기 물체광 3을 빔분리기 S2를 사용하여 물체광 4와 물체광 6으로 분리한 후 물체광 4를 진동을 측정하고자 하는 1번 물체 O1의 진동면에 설치된 거울로 조사하고 물체광 6을 진동을 측정하고자 하는 2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울로 조사하는 단계;
f) 상기 1번 물체 O1의 진동면에 설치된 거울에서 반사된 물체광 5를 상기 조리개 I1를 통과시키고, 상기 주파수 변위기 AOM에 의해서 변조시킨 후 상기 빔분배기 S1에 의해서 반사시킨 후 상기 주파수 변위기 AOM에 의해서 회절된 물체광 5의 여러 차수들의 광들 중 1차 회절광인 물체광 9를 제외한 다른 광들을 조리개 I2를 사용하여 차단하는 단계;
g) 상기 기준광 2를 상기 조리개 I2를 통과시킨 후, 상기 물체광 9 및 상기 기준광 2를 빔분배기 S4에서 통과시키고, 상기 2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울에서 반사된 물체광 8을 빔분배기 S4에서 반사시켜, 상기 물체광 9, 상기 기준광 2, 상기 물체광 8을 중첩시켜 탐지기 D1으로 조사하는 단계;를 포함하는 두 개의 진동하는 물체의 진동면의 진동을 동시에 측정하는 방법을 제공한다.
상술한 바와 같이 본원 발명은 한 대의 음향광학변조기를 사용하여 두 개의 반송 주파수를 만들었으며 이것으로 단일 반송 주파수를 이용하여 오는 신호의 간섭을 피하고 2개의 진동면에서 오는 진동을 정확히 측정할 수 있는 장점이 있다. 또한 한 대의 LDV를 이용하여 2개의 측정점을 생성하고 측정점 사이의 거리를 가변가능하며 측점범위에 제한이 없는 것이 특징이다. 한 대의 광원을 사용하여 여러 개의 측정광을 생성하고 개개의 측정광은 FM주파수가 다르므로 서로 간섭 하지 않는다. 이로 인해 1대의 센서를 사용할 수 있기 때문에 저렴한 가격으로 운용할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 이종간섭계로 구성된 기본적인 LDV의 광학 구성이다.
도 2은 본원 발명에 따른 이중 이종간섭계를 이용한 레이저 도플러 진동계의 일 실시예이다.
도 3은 본원 발명에 따른 이중 이종간섭계를 이용한 레이저 도플러 진동계의 다른 실시예이다.
도 4은 본원 발명에 따른 이중 이종간섭계를 이용한 레이저 도플러 진동계의 또 다른 실시예이다.
도 5는 비교예를 위한 장치의 구성도이다.
도 6 비교예의 의한 측정 결과이며 각각 (a) Speaker 1: 5KHz, Speaker 2: 5KHz (b) Speaker 1: 5KHz, Speaker 2: 5.2KHz (c) Speaker 1: 5KHz, Speaker 2: 5.3KHz, (d) Speaker 1: 5KHz, Speaker 2: 5.4KHz (e) Speaker 1: 5KHz, Speaker 2: 5.5KHz (f) Speaker 1: 5KHz, Speaker 2: 5.6KHz의 결과이다.
도 7은 비교예의 의한 결과로서 Speaker 1: 5KHz Speaker 2: 6.2KHz의 결과이다.
도 8은 본원 발명의 일 실시예에 따른 실험의 구성도이다.
도 9는 본원 실시예에 따른 측정 결과이며 각각 (a) Speaker 1: 2㎑, Speaker 2: 2㎑) (b) Speaker 1: 2㎑, Speaker 2: 3㎑, (c) Speaker 1: 2㎑, Speaker 2: 4㎑, (d) Speaker 1: 2㎑, Speaker 2: 5㎑, (e)Speaker 1: 2㎑, Speaker 2: 6㎑), (F) Speaker 1: 2㎑, Speaker 2: 7㎑), (g) Speaker 1: 2㎑, Speaker 2: 8㎑)의 결과이다.
도 10은 본원 실시예에 따른 측정 결과이며 각각 (a) Speaker 1: 3㎑, Speaker 2: 5㎑, (b) Speaker 1: 4㎑, Speaker 2: 5㎑, (c) Speaker 1: 5㎑, Speaker 2: 5㎑, (d) Speaker 1: 6㎑, Speaker 2: 5㎑, (e) Speaker 1: 7㎑, Speaker 2: 2㎑의 결과이다.
도 11은 본원 실시예에 따른 측정 결과이며, 각각 Signal (a) Speaker 1: 2㎑, Speaker 2: 2㎑, Center Frequency: 79.9997㎒ (b) Speaker 1: 2㎑, Speaker 2: 2㎑ (c) Speaker 1: 3㎑, Speaker 2: 2㎑ (d) Speaker 1: 4㎑, Speaker 2: 2㎑ (e) Speaker 1: 5㎑, Speaker 2: 2㎑ (f) Speaker 1: 6㎑, Speaker 2: 2㎑ (g) Speaker 1: 7㎑, Speaker 2: 2㎑ (h) Speaker 1: 8㎑, Speaker 2: 2㎑이다.
도 12는 본원 실시예에 따른 측정 결과이며, 각각 (a) Speaker 1: 2㎑, Speaker 2: 3㎑ (b) Speaker 1: 2㎑, Speaker 2: 4㎑ (c) Speaker 1: 2㎑, Speaker 2: 5㎑ (d) Speaker 1: 2㎑, Speaker 2: 6㎑ (e) Speaker 1: 2㎑, Speaker 2: 7㎑ (f) Speaker 1: 5.5㎑, Speaker 2: 5㎑ (g) Speaker 1: 6.5㎑, Speaker 2: 5㎑의 결과이다.
본원 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
본원 발명은 서로 다른 두 위치의 진동면의 진동을 비접촉인 방법으로 동시에 측정하기 위해 고안된 레이저 도플러 진동계이다. 시스템의 복잡도 해소와 비용 절감을 위해 한 대의 음향광학변조기(AOM)를 사용하였으며 기존의 한 개의 반송주파수를 만드는 방법에서 각기 다른 2개의 반송주파수 만드는 것이 특징이다. 본원 발명에 적용된 이러한 방법을 이중패스 음향광학변조기 시스템(Double-Pass Acousto-optic Modulator System, DPAOMS)이라 한다.
Laser에서 출력되는 가간섭광이 AOM에 입사하여 출력될 때 여러 차수의 회절광이 출력된다. 회절 된 여러 차수의 광들 중 빛의 세기는 1차 회절광이 가장 세며 회절되는 광들끼리의 간섭을 차단하기 위해 나머지 광을 차단하고 1차 회절광만 이용한다. 회절 된 광의 RF주파수는 함수발생기에서 AOM으로 입력되는 주파수만큼 변조가 일어난다. 본원 발명에서 적용한 DPAOMS는 AOM에서 회절 된 1차 회절광을 거울을 통해 AOM에서 회절하여 출력되는 광경로로 재입사 시켜서 두 배의 주파수 변조를 시키는 방법을 의미한다.
본원 발명에서는 AOM에서 회절 된 1차 회절광은 40㎒ 변조된 것으로서 이를 빔분할기를 사용하여 물체광 1, 2로 나눈다. 물체광 1은 진동면 1에서 도플러 효과로 인해 주파수 변조가 되고 이후 반사된 빛은 DPAOMS를 다시 적용하여 40㎒의 두배인 80㎒로 변조된다. 물체광 2는 40㎒로 변조된 빛이며, 이 빛은 진동면 2의 진동수를 얻는다. 결론적으로 80㎒와 40㎒의 반송주파수를 갖는 LDV를 구성한다.
이 광학계를 구현하기 위한 조건은 빛의 간섭이다. 빛의 간섭 조건으로는 단일 파장의 가간섭 광원을 사용해야 하며, 한 대의 레이저를 사용해야한다. 그리고 광검출기에 입사하는 모든 광들의 광량은 동일해야 하며 광의 크기 또한 동일해야 한다. 그리고 개개의 광들의 광 경로 길의 차는 가간섭 거리 내에서 유지되어야 한다. 본원 발명에서 제안하는 광학계는 기준광(reference beam) 1개와 물체광 (object beam) 2개가 한 대의 광 검출기에 동시에 입사하게 된다. 이 3개의 광을 가간섭 거리 내에 유지하도록 광학계를 설계하고, 광량과 광크기를 일치시켜서 3개의 광을 간섭시키는 것이 특징이다.
본원 발명은 개발 비용의 절감을 위하여 한 대의 광 검출기와 AOM을 사용함으로써 신호처리 과정에서 한 대의 신호 처리 장치를 구성할 수 있다. 또한 물체광 1과 2의 간섭으로 인해 발생하는 두 개의 진동신호의 간섭을 피할 수 있고 시스템의 복잡도를 해소할 수 있는 것이 특징이다.
이하, 본원 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.
도 2는 본원 발명에 따른 본원 발명에 따른 장치의 개략도이다. 본원 발명의 도에서 레이저 광을 제외한 구성 부품은 각각 영어 약자와 숫자의 조합으로 나타내었다. 레이저 광원부는 Laser로 표시하였으며, 주파수 변위기는 AOM으로 표시하였다. 광분배기는 S와 숫자 일련번호를 사용하였으며, 조리개는 I와 숫자 일련번호를 사용하였다. 측정하는 물체는 O와 숫자 일련번호를 사용하였으며, 거울은 M과 숫자 일련번호를 사용하였다. 필터조립체는 F와 숫자 일련번호를 사용했다. 본원 발명의 도에서 숫자만으로 표시된 것은 해당 광에 대한 표시 번호이다.
도 2에 따른 본원 발명은 레이저 광을 생성하는 레이저 광원부(Laser); 상기 레이저 광원부 Laser 로부터 생성된 레이저를 물체광 1과 기준광 2로 나누어 주는 빔분배기 S1; 상기 물체광 1의 주파수를 변위시키는 주파수 변위기 AOM; 상기 주파수 변위기 AOM에 의해서 회절된 물체광 1의 여러 차수들의 광들 중 1차 회절광인 물체광 3을 제외한 다른 광들을 차단하기 위한 조리개 I1; 상기 조리개 I1을 통과한 상기 물체광 3을 진동을 측정하고자 하는 1번 물체 O1의 진동면에 설치된 거울로 향하는 물체광 4와 진동을 측정하고자 하는 2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울로 향하는 물체광 6으로 나누어 주는 빔분배기 S2; 물체광 6을 2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울로 향하는 물체광 7이 되도록 방향을 전환시키는 거울 M2; 상기 물체광 7은 2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울로 향하도록 하며, 상기 물체광 7이 2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울에서 반사된 후인 물체광 8이 빔분배기 S4로 향하게 하는 빔분배기 S3; 2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울에서 반사된 물체광 5가 빔분배기 S2에 의해서 반사된 후 조리개 I1을 통과하고 주파수 변위기 AOM에서 변조된 후 빔분배기 S1에 의해서 반사되고, 상기 주파수 변위기 AOM에 의해서 회절된 물체광 5의 여러 차수들의 광들 중 1차 회절광인 물체광 9를 제외한 다른 광들을 차단하기 위한 조리개 I2; 상기 조리개 I2를 통과한 상기 기준광 2 및 상기 물체광 9는 통과하고, 상기 물체광 8은 반사시켜 상기 기준광 2, 상기 물체광 9, 상기 물체광 8이 중첩되게 하는 빔분배기 S4; 상기 기준광 2, 상기 물체광 9, 상기 물체광 8의 신호를 생성하는 탐지기 D1; 을 포함한다.
이때, 물체광 9, 물체광 8과 기준광 10의 광량을 맞추기 위해서 필터조립체 F1이 부가될 수 있으며, 광 경로 길이를 맞추기 위해서 거울 M1, 거울 M2가 부가될 수 있다.
상기 물체광 5가 상기 주파수 변위기 AOM를 통과 후 변위된 최종 주파수의 상기 물체광 1 대비 변위량은 상기 물체광 3의 변위된 주파수의 물체광 1 대비 변위량의 2배와 상기 물체 O1의 진동면에 설치된 거울에 의해서 변위된 양을 합한 것이다.
상기 물체광 5가 빔분배기 S2에 의해서 반사되고, 조리개 I1을 지나며, 주파수 변위기 AOM을 통과하고, 빔분배기 S1에 의해서 반사되는 경로는 상기 물체광 1, 상기 물체광 3, 상기 물체광 4의 경로와 동일하다. 본원 발명의 도에서는 이를 구별하기 위해서 실선과 점선으로 표시를 하였지만, 실제 실시예서 두 광원의 경로는 완전 동일하여 육안으로는 구분이 불가능하다.
상기 물체광 8의 상기 물체광 1 대비 주파수 변위량은 상기 물체광 1이 주파수 변위기 AOM를 통과하면서 변위된 량과 상기 물체 O2의 진동면에 설치된 거울에 의해서 변위된 양을 합한 것이다. 빔분배기 S2와 주파수 변위기 AOM 사이의 광경로 길이는 조리개 I1을 사용하여 회절 되는 광을 분해할 수 있는 최소한의 거리 이상이고, 빔분배기 S2와 거울 M2 사이의 광 경로 거리는 광량이 허용되는 범위까지 이다.
한편 물체광 1과 물체광 6의 광 경로 길이의 변화에 따라 기준광 10의 광 경로 길이를 간섭 조건에 부합하기 위해 상기 거울 10, 거울 11을 사용하여 조절할 수 있다.
상기 주파수 변위기 AOM과 상기 조리개 I1 사이의 거리를 제외한 모든 광 경로 길이는 두 개의 진동측정 위치에 따라 조절 가능하며 광원의 광량의 성능에 따라 측정 위치의 제한이 없는 것이 본원 발명의 특징이다.
또한, 물체광 1과 물체광 8의 광량을 일치시키기 위한 광 경로 길이를 조절할 수 있다. 이때, 상기 물체광 1, 상기 물체광 8, 상기 기준광 10의 광량을 일치시키기 위해 상기 필터 F1을 사용할 수 있다.
한편 본원 발명에서는 상기 조리개 I1 또는 조리개 I2에서 광량이 가장 강한 1차 회절광뿐만 아니라 다른 고차항의 회절광을 물체광으로 사용할 수 있다. 도 4는 이와 관련된 일 실시예를 보여주고 있다. 물체 1은 1차 회절광이 아닌 다른 고차항의 회절광을 물체광으로 사용한 것이며, 물체 2는 1차 회절광을 사용한 것이다. 이와 관련하여 물체 1 및 물체 2에 동일한 회절광을 사용한 후 빔분배기를 사용하여 광원을 나누거나 다른 회절광을 사용할 수 있는 변형이 가능하다.
아울러 각 2개 물체 각각의 진동면의 진동을 동시에 측정하기 위해서 1개의 주파수 변위기 및 3개의 빔배분기가 추가로 부가되어 직렬로 연결이 가능하다. 도 3은 이와 관련된 일 실시예를 보여주고 있다. 이와 같이 복수의 직렬로 연결하기 위해서는 주파수 변위기 AOM1과 주파수 변위기 AOM2가 변위하는 주파수가 다른 것이 바람직하다.
도 3에서 예를 들면, 물체 1인 O1, 물체 2인 O2, 물체 3인 O3, 물체 4인 O4를 측정하는 광이 거치는 주파수 변위기의 경로가 다르다. 물체 1의 경우는 2번의 AOM1, 물체 2의 경우는 1번의 AOM1, 물체 3의 경우는 2번의 AOM1과 2번의 AOM2, 물체 4의 경우는 1번의 AOM1과 1번의 AOM2이다. 이를 표로 정리하면 아래와 같다. 따라서 서로 다른 주파수 변위를 사용할 경우 물체 1 내지 물체 4의 경우 구별이 가능한다.
Figure 112018043638153-pat00001
한편 본원 발명은 다음 단계를 포함하는 두 개의 진동하는 물체의 진동면의 진동을 동시에 측정하는 방법을 제공한다.
a) 레이저 광원부로부터 레이저 광을 조사하는 단계;
b) 상기 단계 a)의 레이저를 빔분배기 S1을 사용하여 물체광 1과 기준광 2로 나누는 단계;
c) 상기 물체광 1의 주파수를 주파수 변위기 AOM을 사용하여 변조하는 단계;
d) 상기 단계 c)의 주파수 변위기 AOM에 의해서 회절된 물체광 1의 여러 차수들의 광들 중 1차 회절광인 물체광 3을 제외한 다른 광들을 조리개 I1을 사용하여 차단하는 단계;
e) 상기 물체광 3을 빔분리기 S2를 사용하여 물체광 4와 물체광 6으로 분리한 후 물체광 4를 진동을 측정하고자 하는 1번 물체 O1의 진동면에 설치된 거울로 조사하고 물체광 6을 진동을 측정하고자 하는 2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울로 조사하는 단계;
f) 상기 1번 물체 O1의 진동면에 설치된 거울에서 반사된 물체광 5를 상기 조리개 I1를 통과시키고, 상기 주파수 변위기 AOM에 의해서 변조시킨 후 상기 빔분배기 S1에 의해서 반사시킨 후 상기 주파수 변위기 AOM에 의해서 회절된 물체광 5의 여러 차수들의 광들 중 1차 회절광인 물체광 9를 제외한 다른 광들을 조리개 I2를 사용하여 차단하는 단계;
g) 상기 기준광 2를 상기 조리개 I2를 통과시킨 후, 상기 물체광 9 및 상기 기준광 2를 빔분배기 S4에서 통과시키고, 상기 2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울에서 반사된 물체광 8을 빔분배기 S4에서 반사시켜, 상기 물체광 9, 상기 기준광 2, 상기 물체광 8을 중첩시켜 탐지기 D1으로 조사하는 단계;
이때 상기 물체광 5가 상기 주파수 변위기 AOM를 통과 후 변위된 최종 주파수의 상기 물체광 1 대비 변위량은 상기 물체광 3의 변위된 주파수의 물체광 1 대비 변위량의 2배와 상기 물체 O1의 진동면에 설치된 거울에 의해서 변위된 양을 합한 것이다.
상기 물체광 5가 빔분배기 S2에 의해서 반사되고, 조리개 I1을 지나며, 주파수 변위기 AOM을 통과하고, 빔분배기 S1에 의해서 반사되는 경로는 상기 물체광 1, 상기 물체광 3, 상기 물체광 4의 경로와 동일한 것이며, 상기 물체광 8의 상기 물체광 1 대비 주파수 변위량은 상기 물체광 1이 주파수 변위기 AOM를 통과하면서 변위된 량과 상기 물체 O2의 진동면에 설치된 거울에 의해서 변위된 양을 합한 것이다.
또한 상기 조리개 I1 또는 조리개 I2에서 광량이 가장 강한 1차 회절광뿐만 아니라 다른 고차항의 회절광을 물체광으로 사용할 수 있으며, 각 2개 물체 각각의 진동면의 진동을 동시에 측정하기 위해서 1개의 주파수 변위기 및 3개의 빔배분기가 추가로 부가되어 직렬로 연결될 수 있다.
<실험 장비>
사용된 광원은 II-VI SUWTECH사의 DPGL-2200 다이오드 레이저이며 파장 대는 532㎚이다. 본원 발명에서는 250㎽로 가변 하여 사용하였다. 음향광학변조기(AOM)는 ISOMET사의 M1201E-SF40-1.7과 RF Drive는 531C-2를 사용했다. AOM의 변조 주파수는 40㎒이며 파장 대는 440㎚~633㎚까지 사용 가능하다. 파장이 532㎚대에서는 Bragg Angle 3.0mr, Vidio Bandwidth는 7㎒, Static Insertion Loss는 6%이다. RF Driver의 Frequency Accuracy는 ㅁ 0.003%, Frequency Stability ㅁ 0.003% 이다.
AOM Driver에 연결된 함수 발생기는 WAVEREK사의 Model 8을 사용하였다. 가변 가능한 주파수 영역 대는 10㎒~50㎒이며 사각파, 40㎒를 AOM RF Driver로 입력하였다.
광 검출기는 New Focus사의 Nanosecond Photodetector 1621을 사용하였다. 사용 가능한 파장 대는 350㎚-1000㎚이다. 검출기의 직경은 0.8㎜이며 Rise Time은 50Ω으로 설정 할 경우 1s㎱이다. 데이터 분석에 사용 된 스펙트럼 분석기는 Agilent사의 E4403B이며 측정 가능한 주파수 범위는 9㎑~3㎓㎓, -117dBm의 평균 Noise 레벨을 표시한다. 물체 1, 2에 해당하는 스피커 1, 2 에 사용된 함수 발생기는 RIGOL사의 DG1032Z이며 가변 가능한 주파수 대역은 1μ㎐ 내지 30㎒ 까지며 2개의 채널을 가지고 있어 각각의 스피커에 연결하였다.
<비교예>
도 5는 본원 발명에 따른 더블 패스를 적용하지 않은 경우의 진동 측정을 위한 비교예의 장치 구성도이다. 도 2의 구성에서 더블 패스를 제외하여 AOM에 의해서 변조된 광을 빔분배기로 분배해 스피커 1, 2에 적용하였다. 비교예는 한 대의 광 검출기를 사용하여 40㎒를 반송 주파수를 갖는 두 빔이 서로 다른 위치의 진동신호를 동시에 측정 할 때 생기는 간섭 현상을 확인 하였다. 도 5를 참고하면, 레이저에서 나온 광은 BS 1을 통과하여 기준광과 측정광으로 나뉜다. 측정광은 AOM을 통과하여 회절 된 1차광은 Iris로 통과를 시키고 회절 되지 않은 0차 광은 Iris에서 차단된다. Iris를 통과한 1차 회절 빔은 BS 4에서 2개로 나뉘어 스피커 1과 BS5로 입사한다. 스피커 1에 입사한 광은 반사하여 다시 BS 4와 BS 3로 차례대로 입사하여 렌즈에서 광 검출기로 초점 조정하게 된다. BS5로 입사한 광은 스피커 2로 입사하여 반사된다. 이 후 BS 5와 BS 4, BS3에서 차례대로 통과하여 렌즈에서 광 검출기에 초점 조정하게 된다.
BS1에서 나뉜 기준광은 상대적으로 측정광보다 광학계를 적게 통과하며 빔의 세기가 높다. 그러므로 BS2와 BS3 사이에 설치된 ND Filter는 간섭 조건 중 모든 빔의 세기 일치시키기 위해 설치 되었다. 그러므로 ND Filter를 통과한 기준광은 BS3을 통과하여 렌즈에서 광 검출기에 초점 조정되어 측정광과 간섭이 일어난다.
이 간섭계는 1차 회절 된 빔의 광 경로가 브래그 각도만큼 기울어져 있다. 이러한 문제를 보상 해주기 위해서 BS 4, 5와 스피커 1, 2를 정밀하게 정렬 하여 측정광과 광 경로를 일치시켜야 한다.
스피커 1을 5㎑로 고정 한 후 스피커 2의 진동수를 함수 발생기로 5㎑에서 100Hz 간격으로 7㎑까지 가변 하였다. 도 6에서 스피커 2의 진동수가 5.2㎑부터 5.6㎑까지 신호의 간섭현상이 일어 나는 것을 확인 할 수 있다. 도7에서 스피커 2 의 주파수가 6.2㎑부터 스피커 1과 2의 진동 신호를 동시에 구별 할 수 있다. 반대로 스피커 2의 진동수를5㎑에서 3㎑까지 100Hz씩 감소 시켰을 때도 3.2㎑부터 정확히 신호를 구별할 수 있다.
결론적으로 약 1㎑이상 차이 나지 않으면 신호를 구분 할 수 없다. 그리고 신호가 구분 되더라도 측정 위치에 따른 진동 신호를 구별 할 수 없다. 그러므로 서로 다른 반송주파수 대역을 사용하여 신호의 간섭을 피하고 서로 다른 측정 위치에 따른 진동신호를 구분 하는 것이 필요하다.
<실시예>
도 2와 같은 형태로 장치를 설정하였다 도 2에 따른 실시예의 구성은 도 8과 같다. 도 2를 보자면 DPAOMS를 적용하지 않는 LDV와 달리 스피커 1 에서 설치된 거울에서 반사된 빔이 다시 AOM으로 재 입사 하여 80㎒로 변조된 측정 빔이며 스피커 2로 입사하는 빔은 40㎒를 중심주파수를 갖는 측정 빔이다. 두 개의 빔은 스피커 1, 2 에 입사하여 스피커 진동에 따른 Doppler 진동수를 가진다. 이 두 측정광과 기준광은 광 검출기로 정확하게 입사되어야 간섭이 일어난다. 이를 위해 AOM에서 나오는 최적화된 1차 회절 광을 찾고 이를 제외한 다른 차수의 빔을 모두 Iris로 차단해야 한다.
최적화 된 1차 회절 광은 AOM을 회전시키다 보면 여러 차수의 회절 광들의 세기가 변하면서 방출되는데 1차광이 가장 셀 때의 각도가 브래그 각도이며 이를 찾아 유지하면 된다. 최적화된 1차 회절 광을 Iris 1을 설치하여 1차 광만 통과를 시키고 나머지 광은 차단하였다. 왜냐하면 형성되는 브래그 각도는 매우 작기 때문에 다른 차수의 회절 광들과의 간격이 매우 좁다. 그래서 1차 회절 광만 사용하기 위해서는 다른 차수의 회절 광이 BS 2에 입사 하지 않을 정도의 거리에서 분해해야 한다. 하지만 광 경로가 매우 길어지는 단점이 있다. 그러므로 Iris를 이용하여 빛을 분해하는 것이 가장 효율적이다. 또한 Iris의 홀 안에 1차광 외 다른 차수의 광이 입사하는 것을 방지 하기 위해 1차광을 분해 할 수 있는 거리를 찾는 것도 중요하다.
최적화된 1차 회절 광이 BS2를 입사한 후 스피커 1에 설치 되어있는 거울에서 반사되어 다시 AOM으로 입사한다. 이는 브래그 각도로 재입사하기 때문에 AOM의 조작 없이 변조된 1차 회절 광을 얻을 수 있으며 BS1에서 AOM으로 입사했던 방향으로 방출된다.
Iris 2는 AOM에서 나와 BS 1을 통과한 회절 광들 중 1차 회절 광을 제외한 다른 회절 광들을 막는 역할을 한다. Iris 2를 지난 1차 회절 광은 BS 4를 지나 렌즈 3에서 광 검출기로 초점 조정 된다.
BS2를 지나서 거울 3에서 BS 3으로 입사하여 렌즈 2에서 스피커 2로 초점 조절 되는 광은 40㎒를 중심주파수로 하는 빔이다. 스피커 2에서 BS 3와 BS4를 통과하여 광 검출기에 초점 조정 되기 위해서 스피커 2의 각도와 BS3의 각도를 잘 맞춰줘야 BS1에서 오는 기준광과 1차 회절 광이 정확히 일치 될 수 있다. 간섭 조건을 만족 시키기 위해서 기준광과 측정광 1, 2의 세기와 광 경로 길이를 정밀하게 일치시켜야 한다.
측정광 1, 2의 세기는 광 경로 길이를 같으며 세기는 거의 일치한다. 그러나 측정광 1, 2에 비해 광학계를 적게 지나는 기준광은 상대적으로 매우 높은 세기를 가지고 있다. 그러므로 여러 장의 ND filter를 BS 1과 거울 1 사이에 설치하여 빔의 세기를 조절하였다. 그리고 광 경로 길이를 측정광 1, 2와 일치시키기 위해 측정광 1, 2의 광 경로 길이에 해당하는 위치에 거울 1,2를 설치했다. 렌즈 3은 기준광과 측정광 1, 2를 더욱 정밀하게 일치시켜주고 Scattering losses 감소시켜 높은 출력 전류를 얻을 수 있다. 본원 발명에서 함수 발생기를 이용하여 스피커 1, 2에 동시에 신호를 인가한 후 해당하는 중심 주파수 영역에서 신호를 관찰하였으며, 신호 간섭이 발생하는지 확인하였다.
도 9에서 중심주파수 40㎒를 하는 광 경로는 Object Beam 2이며 해당하는 스피커는 Speake 2다. 스펙트럼 분석기를 통해 스피커 2 주파수를 측정하였으며 동시에 Speake 1 주파수가 혼합되어 나오는지도 관측하였다. 스피커 1을 2㎑로 고정 후 스피커 2를 2㎑에서 1㎑씩 8㎑까지 가변 한 결과 간섭 없이 스피커 2 신호가 독립적으로 나오며 각각의 주파수 대역에서도 스피커 1의 주파수 2㎑는 관찰되지 않았다.
도 10에서는 스피커 2을 2㎑를 고정 후 스피커 1의 주파수를 3㎑에서 7㎑까지 가변 하는 실험을 진행했지만 신호의 간섭 현상은 일어나지 않았다. 이 결과 중심 주파수 40㎒대역에서는 스피커 1에 따른 주파수 신호에 간섭을 받지 않았다.
도 11에서 중심주파수 80㎒를 하는 광 경로는 Object Beam 1이며 해당하는 스피커는 Speake 1다. Spectrum Analyzer를 통해 스피커 1 주파수를 측정하였으며 동시에 Speake 2 주파수가 혼합되어 나오는지도 실험하였다. 스피커 2을 2㎑로 고정 후 스피커 1를 2㎑에서 1㎑씩 8㎑까지 가변 한 결과 간섭 없이 신호가 독립적으로 나오며 각각의 주파수 대역에서도 스피커 2의 주파수 2㎑는 관찰되지 않았다.
중심 주파수 40㎒와 달리 80㎒에서 반송 주파수와 변조 주파수가 300Hz Loss가 발생하였다. 이것은 AOM의 Frequency Accuracy가 ㅁ0.003내의 오차이며 반송 주파수만 변화 한 것이며 스피커 1 주파수의 Loss가 아니다. 도 12(a)의 중심 주파수는 79.9997㎒ 이며 도 12 (f)의 스피커 1에 해당하는 변조 주파수는 80.0057㎒이다. 결론적으로 스피커 1에 입력한 6㎑는 소실 없이 나왔으며 나머지 변조 주파수들도 오차 범위 내에서 정확히 확인 가능하다.
스피커 1를 2㎑로 고정하고 스피커 2의 주파수를 3㎑에서 7㎑까지 가변 했을 때 스피커 2의 주파수로 인한 스피커 1의 주파수 간섭은 일어나지 않았다. 추가적으로 스피커 1을 5.5㎑와 6.5㎑ 고정 후 스피커 2의 주파수를 5㎑로 입력했지만 스피커 2로 인한 주파수 간섭현상은 발견 되지 않았다. 이 결과 중심 주파수 80㎒대역대 또한 스피커 2에 따른 주파수 신호에 대해 간섭을 받지 않았다.

Claims (18)

  1. 레이저 광을 생성하는 레이저 광원부;
    상기 레이저 광원부로부터 생성된 레이저를 물체광 1과 기준광 2로 나누어 주는 빔분배기 S1;
    상기 물체광 1의 주파수를 변위시키는 주파수 변위기 AOM;
    상기 주파수 변위기 AOM에 의해서 회절된 물체광 1의 여러 차수들의 광들 중 1차 회절광인 물체광 3을 제외한 다른 광들을 차단하기 위한 조리개 I1;
    상기 조리개 I1을 통과한 상기 물체광 3을 진동을 측정하고자 하는 1번 물체 O1의 진동면에 설치된 거울로 향하는 물체광 4와 진동을 측정하고자 하는 2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울로 향하는 물체광 6으로 나누어 주는 빔분배기 S2;
    물체광 6을 2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울로 향하는 물체광 7이 되도록 방향을 전환시키는 거울 M2;
    상기 물체광 7은 2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울로 향하도록 하며, 상기 물체광 7이 2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울에서 반사된 후인 물체광 8이 빔분배기 S4로 향하게 하는 빔분배기 S3;
    2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울에서 반사된 물체광 5가 빔분배기 S2에 의해서 반사된 후 조리개 I1을 통과하고 주파수 변위기 AOM에서 변조된 후 빔분배기 S1에 의해서 반사되고, 상기 주파수 변위기 AOM에 의해서 회절된 물체광 5의 여러 차수들의 광들 중 1차 회절광인 물체광 9를 제외한 다른 광들을 차단하기 위한 조리개 I2;
    상기 조리개 I2를 통과한 상기 기준광 2 및 상기 물체광 9는 통과하고, 상기 물체광 8은 반사시켜 상기 기준광 2, 상기 물체광 9, 상기 물체광 8이 중첩되게 하는 빔분배기 S4;
    상기 기준광 2, 상기 물체광 9, 상기 물체광 8의 신호를 생성하는 탐지기 D1;
    을 포함하는 두 개의 진동하는 물체의 진동면의 진동을 동시에 측정하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    물체광 9, 물체광 8, 기준광 10의 광량을 맞추기 위한 필터조립체 F1 및 광 경로 길이를 맞추기 위한 거울 M1, 거울 M2가 부가된 두 개의 진동하는 물체의 진동면의 진동을 동시에 측정하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 물체광 5가 상기 주파수 변위기 AOM를 통과 후 변위된 최종 주파수의 상기 물체광 1 대비 변위량은 상기 물체광 3의 변위된 주파수의 물체광 1 대비 변위량의 2배와 상기 물체 O1의 진동면에 설치된 거울에 의해서 변위된 양을 합한 것인 두 개의 진동하는 물체의 진동면의 진동을 동시에 측정하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 물체광 5가 빔분배기 S2에 의해서 반사되고, 조리개 I1을 지나며, 주파수 변위기 AOM을 통과하고, 빔분배기 S1에 의해서 반사되는 경로는 상기 물체광 1, 상기 물체광 3, 상기 물체광 4의 경로와 동일한 것인 두 개의 진동하는 물체의 진동면의 진동을 동시에 측정하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 물체광 8의 상기 물체광 1 대비 주파수 변위량은 상기 물체광 1이 주파수 변위기 AOM를 통과하면서 변위된 량과 상기 물체 O2의 진동면에 설치된 거울에 의해서 변위된 양을 합한 것인 두 개의 진동하는 물체의 진동면의 진동을 동시에 측정하는 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    빔분배기 S2와 주파수 변위기 AOM 사이의 광경로 길이는 조리개 I1을 사용하여 회절 되는 광을 분해할 수 있는 최소한의 거리 이상이고,
    빔분배기 S2와 거울 M2 사이의 광 경로 거리는 광량이 허용되는 범위까지인 두 개의 진동하는 물체의 진동면의 진동을 동시에 측정하는 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    물체광 1과 물체광 6의 광 경로 길이의 변화에 따라 기준광 10의 광 경로 길이를 간섭 조건에 부합하기 위해 상기 거울 M1, 거울 M2를 사용하여 조절하는 것인 두 개의 진동하는 물체의 진동면의 진동을 동시에 측정하는 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 변위기 AOM과 상기 조리개 I1 사이의 거리를 제외한 모든 광 경로 길이는 두 개의 진동측정 위치에 따라 조절 가능하며 광원의 광량의 성능에 따라 측정 위치의 제한이 없는 두 개의 진동하는 물체의 진동면의 진동을 동시에 측정하는 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    물체광 1과 물체광 8의 광량을 일치시키기 위한 광 경로 길이를 조절하는 것인 두 개의 진동하는 물체의 진동면의 진동을 동시에 측정하는 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 물체광 1, 상기 물체광 8, 상기 기준광 10의 광량을 일치시키기 위해 상기 필터조립체 F1을 사용하는 것인 두 개의 진동하는 물체의 진동면의 진동을 동시에 측정하는 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 조리개 I1 또는 조리개 I2에서 광량이 가장 강한 1차 회절광뿐만 아니라 다른 고차항의 회절광을 물체광으로 사용할 수 있는 것인 두 개의 진동하는 물체의 진동면의 진동을 동시에 측정하는 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 2개 물체 각각의 진동면의 진동을 동시에 측정하기 위해서 1개의 주파수 변위기 및 3개의 빔배분기가 추가로 부가되어 직렬로 연결되는 것인 물체의 진동면의 진동을 측정하는 장치.
  13. a) 레이저 광원부로부터 레이저 광을 조사하는 단계;
    b) 상기 단계 a)의 레이저를 빔분배기 S1을 사용하여 물체광 1과 기준광 2로 나누는 단계;
    c) 상기 물체광 1의 주파수를 주파수 변위기 AOM을 사용하여 변조하는 단계;
    d) 상기 단계 c)의 주파수 변위기 AOM에 의해서 회절된 물체광 1의 여러 차수들의 광들 중 1차 회절광인 물체광 3을 제외한 다른 광들을 조리개 I1을 사용하여 차단하는 단계;
    e) 상기 물체광 3을 빔분리기 S2를 사용하여 물체광 4와 물체광 6으로 분리한 후 물체광 4를 진동을 측정하고자 하는 1번 물체 O1의 진동면에 설치된 거울로 조사하고 물체광 6을 진동을 측정하고자 하는 2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울로 조사하는 단계;
    f) 상기 1번 물체 O1의 진동면에 설치된 거울에서 반사된 물체광 5를 상기 조리개 I1를 통과시키고, 상기 주파수 변위기 AOM에 의해서 변조시킨 후 상기 빔분배기 S1에 의해서 반사시킨 후 상기 주파수 변위기 AOM에 의해서 회절된 물체광 5의 여러 차수들의 광들 중 1차 회절광인 물체광 9를 제외한 다른 광들을 조리개 I2를 사용하여 차단하는 단계;
    g) 상기 기준광 2를 상기 조리개 I2를 통과시킨 후, 상기 물체광 9 및 상기 기준광 2를 빔분배기 S4에서 통과시키고, 상기 2번 물체 O2의 진동면에 설치된 거울에서 반사된 물체광 8을 빔분배기 S4에서 반사시켜, 상기 물체광 9, 상기 기준광 2, 상기 물체광 8을 중첩시켜 탐지기 D1으로 조사하는 단계;
    를 포함하는 두 개의 진동하는 물체의 진동면의 진동을 동시에 측정하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 물체광 5가 상기 주파수 변위기 AOM를 통과 후 변위된 최종 주파수의 상기 물체광 1 대비 변위량은 상기 물체광 3의 변위된 주파수의 물체광 1 대비 변위량의 2배와 상기 물체 O1의 진동면에 설치된 거울에 의해서 변위된 양을 합한 것인 두 개의 진동하는 물체의 진동면의 진동을 동시에 측정하는 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 물체광 5가 빔분배기 S2에 의해서 반사되고, 조리개 I1을 지나며, 주파수 변위기 AOM을 통과하고, 빔분배기 S1에 의해서 반사되는 경로는 상기 물체광 1, 상기 물체광 3, 상기 물체광 4의 경로와 동일한 것인 두 개의 진동하는 물체의 진동면의 진동을 동시에 측정하는 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 물체광 8의 상기 물체광 1 대비 주파수 변위량은 상기 물체광 1이 주파수 변위기 AOM를 통과하면서 변위된 량과 상기 물체 O2의 진동면에 설치된 거울에 의해서 변위된 양을 합한 것인 두 개의 진동하는 물체의 진동면의 진동을 동시에 측정하는 방법.
  17. 제13항 에 있어서,
    상기 조리개 I1 또는 조리개 I2에서 광량이 가장 강한 1차 회절광뿐만 아니라 다른 고차항의 회절광을 물체광으로 사용할 수 있는 것인 두 개의 진동하는 물체의 진동면의 진동을 동시에 측정하는 방법.
  18. 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 2개 물체 각각의 진동면의 진동을 동시에 측정하기 위해서 1개의 주파수 변위기 및 3개의 빔배분기가 추가로 부가되어 직렬로 연결되는 것인 물체의 진동면의 진동을 측정하는 방법.
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