KR102076997B1 - 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치 및 광축 정렬 상태 모니터링 방법 - Google Patents

광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치 및 광축 정렬 상태 모니터링 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102076997B1
KR102076997B1 KR1020180010340A KR20180010340A KR102076997B1 KR 102076997 B1 KR102076997 B1 KR 102076997B1 KR 1020180010340 A KR1020180010340 A KR 1020180010340A KR 20180010340 A KR20180010340 A KR 20180010340A KR 102076997 B1 KR102076997 B1 KR 102076997B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical
optical signal
reflected
pass filter
band pass
Prior art date
Application number
KR1020180010340A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190091593A (ko
Inventor
백성훈
최영수
최인영
박락규
Original Assignee
한국원자력연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국원자력연구원 filed Critical 한국원자력연구원
Priority to KR1020180010340A priority Critical patent/KR102076997B1/ko
Publication of KR20190091593A publication Critical patent/KR20190091593A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102076997B1 publication Critical patent/KR102076997B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/93—Detection standards; Calibrating baseline adjustment, drift correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • G01N2021/8887—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges based on image processing techniques

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따른 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치는, 대상물에 레이저 빔을 조사하는 레이저 광원과, 대상물에 조사된 레이저 빔에 의해 발생되는 광신호 중 대상물에 포함된 피측정 가스에 의한 라만 광신호만을 선택적으로 필터링하는 제1 밴드패스필터를 구비한 제1 수신 광학계와, 조사된 레이저 빔에 의해 발생되는 광신호 중 대상물에 포함된 기준 가스에 의한 라만 광신호만을 선택적으로 필터링하는 제2 밴드패스필터를 구비한 제2 수신 광학계와, 레이저 빔이 조사된 배경 영역을 촬영하며, 광신호 중 제1 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호 및 제2 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호를 배경 영역의 영상에 중첩하여 디스플레이하는 카메라 모듈을 포함하며, 제1 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호 및 제2 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호의 위치는, 제1 수신 광학계 및 제2 수신 광학계의 광축 정렬에 이용될 수 있다.

Description

광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치 및 광축 정렬 상태 모니터링 방법{RAMAN LIDAR APPARATUS FOR MONITORING STATUS OF OPTICAL AXIS ARRAGEMENT AND METHOD OF MONITORING STATUS OF OPTICAL AXIS ARRAGEMENT}
본 출원은, 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치 및 광축 정렬 상태 모니터링 방법에 관한 것이다.
라이다(LIDAR; Light Detection and Ranging) 장치는 대상물에 레이저 광을 조사하고, 산란된 산란광을 검출하여 해석함으로써 대상물의 거리, 농도, 속도, 형상 등의 물리적 성질을 측정하는 장치이다.
특히, 가스의 원거리 측정을 위하여 라만 광신호를 검출하는 라만 라이다 장치는 원거리 측정이 가능하고, 실시간 측정이 가능하다는 장점이 있으나, 측정하고자 하는 가스의 라만 신호뿐 아니라 가스농도 산출을 위해 공기 중의 질소가스를 동시에 획득해야 하므로 광학계의 정렬이 아주 중요하다.
라만 라이다 장치 관련 기술로는, 예를 들면, 한국공개특허 제2017-0052256호(“라만 산란을 이용한 물질의 농도 측정 장치 및 방법”, 공개일: 2017년05월12일)이 있다.
라만 라이다 장치 관련 기술로는, 예를 들면, 한국공개특허 제2017-0052256호(“라만 산란을 이용한 물질의 농도 측정 장치 및 방법”, 공개일: 2017년05월12일)
본 발명은, 라이다의 가스 측정 영역을 모니터링할 수 있으며 동시에 이를 통해 광학계를 쉽게 정렬할 수 있는 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치 및 광축 정렬 상태 모니터링 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 대상물에 레이저 빔을 조사하는 레이저 광원; 상기 대상물에 조사된 상기 레이저 빔에 의해 발생되는 광신호 중 상기 대상물에 포함된 피측정 가스에 의한 라만 광신호만을 선택적으로 필터링하는 제1 밴드패스필터를 구비한 제1 수신 광학계; 조사된 상기 레이저 빔에 의해 발생되는 광신호 중 상기 대상물에 포함된 기준 가스에 의한 라만 광신호만을 선택적으로 필터링하는 제2 밴드패스필터를 구비한 제2 수신 광학계; 및 상기 레이저 빔이 조사된 배경 영역을 촬영하며, 상기 광신호 중 상기 제1 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호 및 상기 제2 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호를 배경 영역의 영상에 중첩하여 디스플레이하는 카메라 모듈을 포함하며, 상기 제1 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호 및 상기 제2 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호의 위치는, 상기 제1 수신 광학계 및 상기 제2 수신 광학계의 광축 정렬에 이용되는, 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치가 제공된다.
삭제
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 별도의 카메라 모듈을 추가하여 레이저 빔의 조사된 배경 영역의 모니터링 영상에 제1 수신 광학계의 제1 밴드패스필터 및 제2 수신 광학계의 제2 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호를 중첩하여 디스플레이함으로써, 광학계의 정렬 상태를 모니터링할 수 있으며 이를 통해 광학계를 쉽게 정렬할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 측정 영역의 모니터링과 동시에 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 도 1의 라만 라이다 장치의 광축이 정렬된 상태의 배경 영역의 영상을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 라만 라이다 장치의 광축이 미정렬된 상태를 도면이다.
도 4는 도 3의 라만 라이다 장치의 광축이 미정렬된 상태의 배경 영역의 영상을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치의 전체 구성도이다.
도 6은 도 5의 라만 라이다 장치의 광축이 미정렬된 상태의 배경 영역의 영상을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 광축 정렬 상태 모니터링 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 더욱 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
라이다(LIDAR: Light Detection And Ranging) 장치는 대상물인 대기 중의 먼지, 연기, 에어로졸, 구름 입자 등의 존재와 이동을 분석하기 위한 장치로서 레이저 빔의 펄스를 이용할 수 있다. 일반적으로, 라이다 장치에서 방출된 레이저 빔의 펄스는 대기 중의는 입자에 의하여 산란되고, 이 펄스가 산란된 산란광을 수신하여 분석한다. 라이다 장치에는 대상물을 이루는 분자의 라만 시프트(raman-shift)에 의한 산란광을 검출하고 그 파장, 강도 등으로부터 대상물의 성분 분석을 실행하는 라만 라이다 장치와 레이저 광의 도플러 효과를 이용하여 미세한 저속도 목표물의 속도 측정도 하는 도플러 라이다 장치 등이 있다. 본 발명의 일 실시예는 라만 라이다 장치를 예로 들어 설명하나 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 측정 영역의 모니터링과 동시에 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치의 전체 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치는, 대상물(S)에 레이저 빔을 조사하는 송신부(110)와, 대상물(S)에 조사된 레이저 빔에 의해 발생되는 광신호(130) 중 대상물(S)에 포함된 피측정 가스에 의한 라만 광신호만을 선택적으로 필터링하는 제1 밴드패스필터(BP1)를 구비한 제1 수신 광학계(121)와, 조사된 레이저 빔에 의해 발생되는 광신호(130) 중 대상물(S)에 포함된 기준 가스에 의한 라만 광신호만을 선택적으로 필터링하는 제2 밴드패스필터(BP2)를 구비한 제2 수신 광학계(122)와, 레이저 빔이 조사된 배경 영역을 촬영하며, 광신호(130) 중 제1 밴드패스필터(BP1)에 의해 반사된 광신호 및 제2 밴드패스필터(BP2)에 의해 반사된 광신호를 배경 영역의 영상에 중첩하여 디스플레이하는 카메라 모듈(CA)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 송신부(110)는 레이저 광원(111)과 송신 광학계(BP4, NDF, M1)를 포함할 수 있다.
상술한 레이저 광원(111)은 355nm 파장의 Nd:YAG 3rd-harmonics 레이저 빔을 발진할 수 있으며, 가스의 종류와 라이다의 성능에 따라 다른 종류, 다른 파장의 레이저를 사용할 수도 있다.
레이저 광원(111)에서 발진된 레이저 빔은 밴드패스필터(BP4), 중성 감쇄 필터(Neutral Density filter, NDF)를 거친 후, 미러(M1) 및 다이크로익 미터(DM1)에 의해 반사되어 대상물(S)에 조사될 수 있다. 여기서, 대상물(S)에는, 농도 등을 측정하고자 하는 가스, 예를 들어 수소 가스(H2)(이하, '피측정가스'라 함)와 그 외 다른 가스들이 포함되며, 특히 대기 중에서 측정할 때는 질소(N2) 가스(이하, '기준 가스'라 함)가 대기중 78%를 차지한다.
따라서, 본 발명에서는 2개의 밴드패스필터(BP1, BP2)를 사용하되, 제1 밴드패스필터(BP1)(및 제1 광 검출기(D1))를 통해서는 농도 등을 측정하고자 하는 피측정 가스(예컨대, 수소나 메탄)에 의해 발생되는 라만 광신호만을 통과시켜 그 세기를 측정하고, 제2 밴드패스필터(BP2)(및 제2 광 검출기(D2))를 통해서는 기준 가스(예컨대, 질소)에 의해 발생되는 라만 광신호(이하 '기준 라만 광신호'라 함)를 통과시켜 그 세기를 측정한 후 대상물(S)의 성분 중 측정하고자 하는 수소(H2) 가스의 농도를 기준 가스에 대한 농도의 비율로 상대적으로 표시할 수 있다.
한편, 수신부(120)는 제1 수신 광학계(121), 제2 수신 광학계(122), 제2 광 분할기(BS2), 제1 광 분할기(BS1)를 구비한 모니터링용 광학계(123), 다이크로익 미러(DM1) 및 빔 확대기(Te)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 빔 확대기(Te)의 전단에는 다이크로익 미러(DM1)가 구비될 수 있으며, 이러한 다이크로익 미러(DM1)는 송신부(110)의 미러(M1)에 의해 반사된 레이저 빔을 반사하여 대상물(S)에 레이저 빔을 조사하며, 조사된 레이저 빔에 의해 대상물(S)로부터 발생되는 광신호(130)를 통과시킬 수 있다. 다이크로익 미러(DM1)를 통과한 광신호(130)는 빔 확대기(Te)로 전달될 수 있다. 상술한 다이크로익 미러(DM1)는 소형의 45도 거울(타원형 거울)로 대체될 수 있다.
빔 확대기(Te)를 통해 수신되는 광신호(130)에는 대상물(S)에 포함된 피측정가스에 의해 발생되는 라만 광신호와 대상물(S)에 포함된 기준 가스에 의해 발생되는 라만 광신호 그리고 대상물(S)에 의해 산란된 레이저 빔 등이 포함될 수 있다.
빔 확대기(Te)를 통해 수신되는 광신호(130)는 제1 광 분할기(Beam Splitter, BS1)로 입사되며, 제1 광 분할기(BS1)에 의해 광신호(130)는 2개의 경로로 분할될 수 있다. 이들 중 하나는 밴드패스필터(BP3)를 통해 카메라 모듈(CA)로 입사되며, 나머지 하나는 제2 광 분할기(BS2)로 입사될 수 있다.
또한, 제1 광 분할기(BS1)는 제2 광 분할기(BS2)에서 전달된 제1 밴드패스필터(BP1)에 의해 반사된 광신호 및 제2 밴드패스필터(BP2)에 의해 반사된 광신호를 반사한 후 거울(M2)을 거쳐 카메라 모듈(CA)로 전달할 수 있다.
상술한 제1 광 분할기(BS1) 하부에는 미러(M2)가 구비되며, 미러(M2)는 제1 광 분할기(BS1)로부터 반사된 후 입사되는 광신호를 반사하여 다시 카메라 모듈(CA)로 입사시킬 수 있다.
한편, 제2 광 분할기(BS2)로 입사된 광신호(130)는 다시 2개의 경로로 분할되어 각각 제1 수신 광학계(121) 및 제2 수신 광학계(122)로 입사될 수 있다.
또한, 제2 광 분할기(BS2)는 광신호 중 제1 밴드패스필터(BP1)에 의해 반사된 광신호 및 제2 밴드패스필터(BP2)에 의해 반사된 광신호를 제1 광 분할기(BS1)로 입사시킬 수 있다.
제1 수신 광학계(121)는 제1 밴드패스필터(BP1), 제1 렌즈(L1) 및 제1 광 검출기(D1)을 포함할 수 있다.
제1 밴드패스필터(BP1)는 대상물에 포함된 피측정 가스에 의한 라만 광신호(355㎚ 파장의 레이저 빔에 의해 여기된 수소 가스의 경우 파장: 416nm)만을 통과시키며, 그 외의 파장을 가진 광신호는 상술한 제2 광 분할기(BS2)로 다시 반사하도록 구성된다. 이때, 제2 광 분할기(BS2)로 입사된 광신호는 제1 광 분할기(BS1)로 입사될 수 있다.
한편, 제1 렌즈(L1)는 제1 밴드패스필터(BP1)를 통과한 라만 광신호를 제1 광 검출기(D1)로 집광시키며, 제1 광 검출기(D1)는 제1 렌즈(L1)에 의해 집광된 라만 광신호의 세기를 측정할 수 있다. 제1 광 검출기(D1)에 의해 측정된 라만 광신호의 세기는 전치 증폭기(131)로 전달될 수 있다.
한편, 제2 수신 광학계(122)는 제2 밴드패스필터(BP2), 제2 렌즈(L2) 및 제2 광 검출기(D2)를 포함할 수 있다.
제2 밴드패스필터(BP2)는 대상물에 포함된 기준 가스에 의한 기준 라만 광신호(질소 가스의 경우 파장: 387nm)만을 통과시키며, 그 외의 파장을 가진 광신호는 상술한 제2 광 분할기(BS2)로 다시 반사하도록 구성된다. 이때, 제2 광 분할기(BS2)로 입사된 광신호는 반사되어 제1 광 분할기(BS1)로 입사될 수 있다.
제2 렌즈(L2)는 제2 밴드패스필터(BP2)를 통과한 기준 라만 광신호를 제2 광 검출기(D2)로 집광시키며, 제2 광 검출기(D2)는 제2 렌즈(L2)에 의해 집광된 기준 라만 광신호의 세기를 측정할 수 있다. 제2 광 검출기(D2)에 의해 측정된 기준 라만 광신호의 세기는 전치 증폭기(131)로 전달될 수 있다.
상술한, 제1 광 검출기(D1) 내지 제2 광 검출기(D2)는, 광전증배관(PMT)이나 광다이오드(photodiode)가 사용될 수 있다.
전치 증폭기(131)는 제1 광 검출기(D1)에 의해 검출된 라만 광신호의 세기 및 제2 광 검출기(D2)에 의해 검출된 기준 라만 광신호의 세기를 증폭한 후 신호 처리부(132)로 전달할 수 있다.
신호 처리부(132)는 제1 광 검출기(D1)에서 측정한 라만 광신호의 세기 및 제2 광 검출기(D2)에서 측정한 기준 라만 광신호의 세기에 기초하여 피측정가스에 의해 발생되는 순수한 라만 광신호의 세기를 기준가스에 의해 발생되는 기준 라만 광신호의 세기에 대한 비율로 분압(농도)의 형태로 표시할 수 있다.
한편, 모니터링용 광학계(123)의 카메라 모듈(CA)은 레이저 빔이 조사된 배경 영역을 촬영하며, 광신호(130) 중 제1 밴드패스필터(BP1)에 의해 반사된 광신호 및 제2 밴드패스필터(BP2)에 의해 반사된 광신호를 배경 영역의 영상에 중첩하여 디스플레이할 수 있다.
구체적으로, 모니터링용 광학계(123)의 카메라 모듈(CA)은 제1 밴드패스필터(BP1)에 의해 반사된 광신호가 디스플레이된 제1 배경 영역의 영상, 제2 밴드패스필터(BP2)에 의해 반사된 광신호가 디스플레이된 제2 배경 영역의 영상 및 제1 광 분할기(BS1)에 의해 반사된 광신호가 디스플레이된 제3 배경 영역의 영상을 중첩하여 디스플레이할 수 있다.
여기서, 제1 배경 영역의 영상은 제1 밴드패스필터(BP1)에 의해 반사된 후 제2 광 분할기(BS2) 및 제1 광 분할기(BS1)를 통해 입사된 배경 영역의 영상이며, 제2 배경 영역의 영상은 제2 밴드패스필터(BP2)에 의해 반사된 후 제2 광 분할기(BS2) 및 제1 광 분할기(BS1)를 통해 입사된 배경 영역의 영상이며, 제3 배경 영역의 영상은 제1 광 분할기(BS1)에 의해 직접 반사된 배경 영역의 영상일 수 있다.
도 2는 도 1의 라만 라이다 장치의 광축이 정렬된 상태의 배경 영역의 영상을 도시한 도면이다. 도면부호 210은 빔 확대기(Te)를 통해 입사되고 제1 광 분할기(BS1)에 의해 직접 반사되어 카메라 모듈(CA)로 입사된 배경 영역의 영상이며, 도면부호 211은 입사된 광신호(130) 중 제1 광 분할기(BS1)에 의해 직접 반사된 광신호이며, 도면부호 221은 입사된 광신호(130) 중 제1 밴드패스필터(BP1)에 의해 반사된 광신호이며, 도면부호 231은 입사된 광신호(130) 중 제2 밴드패스필터(BP2)에 의해 반사된 광신호를 의미한다. 도면부호 201은 임의로 설정한 가상의 기준선을 의미한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 3개의 광학계(121, 122, 123)의 정렬이 잘 이루어진 경우라면, 3개의 레이저 빔(211, 221, 231)이 거의 한군데로 모이게 됨을 알 수 있다.
한편, 도 3은 도 1의 라만 라이다 장치의 광축이 미정렬된 상태를 도면이다.
이하, 도 3을 참조하여, 3개의 광학계(121, 122, 123)의 광축이 미정렬된 경우 동작을 설명한다.
레이저 광원(111)에서 조사된 레이저에 의해 대상물(S)로부터 광신호(130)가 발생되며, 발생된 광신호(130)는 다이크로익 미러(M1) 및 빔 확대기(Te)를 통해 제1 광 분할기(BS1)으로 입사될 수 있다.
제1 광 분할기(BS1)로 입사된 광신호(130)는 2개의 경로로 분할되어 하나(211)는 밴드패스필터(BP3)를 통해 카메라 모듈(CA)로 입사되고, 나머지 하나는 제2 광 분할기(BS2)로 입사될 수 있다.
제2 광 분할기(BS2)로 입사된 광신호(130)는 다시 2개의 경로로 분할되어 각각 제1 수신 광학계(121) 및 제2 수신 광학계(122)로 입사될 수 있다.
제1 수신 광학계(121)의 제1 밴드패스필터(BP1)는 광신호 중 피측정 가스에 의한 라만 광신호만을 통과시키며, 그 외의 파장을 가진 광신호는 상술한 제2 광 분할기(BS2)로 다시 반사할 수 있다. 이때, 제2 광 분할기(BS2)로 입사된 광신호의 일부(221)는 제1 광 분할기(BS1)로 입사될 수 있다.
제1 광 분할기(BS2)로 반사된 광신호(221)는 하부로 반사되고, 이후 하부의 미러(M2)에 의해 재반사된 후 제1 광 분할기(BS1)를 통해 카메라 모듈(CA)로 입사될 수 있다.
한편, 제2 수신 광학계(122)의 제2 밴드패스필터(BP2)는 대상물에 포함된 기준 가스에 의한 기준 라만 광신호만을 통과시키며, 그 외의 파장을 가진 광신호는 상술한 제2 광 분할기(BS2)로 다시 반사할 수 있다. 이때, 제2 광 분할기(BS2)로 입사된 광신호(231)는 제1 광 분할기(BS1)로 반사될 수 있다.
제1 광 분할기(BS1)로 반사된 광신호(231)는 하부로 반사되고, 이후 하부의 미러(M2)에 의해 재반사된 후 제1 광 분할기(BS1)를 통해 카메라 모듈(CA)로 입사될 수 있다.
도 4는 도 3의 라만 라이다 장치의 광축이 미정렬된 상태의 배경 영역의 영상을 도시한 도면이다. 여기서, 도면부호 210은 빔 확대기(Te)를 통해 입사되고 제1 광 분할기(BS1)에 의해 직접 반사되어 카메라 모듈(CA)로 입사된 배경 영역의 영상이며, 도면부호 211은 입사된 광신호(130) 중 제1 광 분할기(BS1)에 의해 직접 반사된 레이저 빔이며, 도면부호 221은 입사된 광신호(130) 중 제1 밴드패스필터(BP1)에 의해 반사된 광신호이며, 도면부호 231은 입사된 광신호(130) 중 제2 밴드패스필터(BP2)에 의해 반사된 광신호이며, 도면부호 201은 임의로 설정한 가상의 기준선을 의미한다. 도 4에서, 제1 밴드패스필터(BP1)에 의해 반사된 제1 배경 영역의 영상과 제2 밴드패스필터(BP2)에 의해 반사된 광신호가 디스플레이된 제2 배경 영역의 영상은 제1 광 분할기(BS1)에 의해 직접 반사된 배경 영역의 영상에 비해 미미하므로 별도로 도시하지 않았다.
도 4에 도시된 바와 같이, 3개의 광학계(121, 122, 123)의 광축이 미정렬된 상태인 경우라면, 3개의 레이저 빔(211, 221, 231)이 중첩되지 않는다는 것을 알 수 있다. 즉, 이와 같은 배경 영역의 영상(210)에 디스플레이된, 제1 밴드패스필터(BP1)에 의해 반사된 레이저 빔(221), 제2 밴드패스필터(BP2)에 의해 반사된 레이저 빔(231) 및 제1 광 분할기(BS1)에 의해 반사된 레이저 빔(211)의 위치는, 추후 제1 수신 광학계(121), 제2 수신 광학계(122) 및 카메라 모듈(CA)를 포함한 모니터링용 광학계(123)의 광축 정렬에 이용될 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치의 전체 구성도이다.
도 1과 달리, 하나의 광 분할기(BS1)가 사용되고, 카메라 모듈(CA)은 광 분할기(BS1)의 일측에 구비되어 있다.
도 5를 참조하면, 대상물(S)로부터 발생된 광신호(130)는 빔 확대기(Te)를 통해 광 분할기(BS1)로 입사될 수 있다.
광 분할기(BS1)로 입사된 광신호(130)는 2개의 경로로 분할되어 각각 제1 수신 광학계(121) 및 제2 수신 광학계(122)로 입사될 수 있다.
제1 수신 광학계(121)의 제1 밴드패스필터(BP1)는 광신호 중 피측정 가스에 의한 라만 광신호만을 통과시키며, 그 외의 파장을 가진 광신호는 상술한 광 분할기(BS1)로 다시 반사할 수 있다. 이때 광 분할기(BS1)에서 반사된 광신호(221)는 하부로 반사된 후 밴드패스필터(BP3)를 통해 카메라 모듈(CA)로 입사될 수 있다.
한편, 제2 수신 광학계(122)의 제2 밴드패스필터(BP2)는 대상물에 포함된 기준 가스에 의한 기준 라만 광신호만을 통과시키며, 그 외의 파장을 가진 광신호는 상술한 광 분할기(BS1)로 다시 반사할 수 있다. 이때, 광 분할기(BS1)로 입사된 광신호(231)는 밴드패스필터(BP3)를 통해 카메라 모듈(CA)로 입사될 수 있다.
도 6은 도 5의 라만 라이다 장치의 광축이 미정렬된 상태의 배경 영역의 영상을 도시한 도면이다. 여기서, 도면부호 220은 제1 밴드패스필터(BP1)에 의해 반사된 제1 배경 영역의 영상이며, 도면부호 230은 제2 밴드패스필터(BP2)에 의해 반사된 광신호가 디스플레이된 제2 배경 영역의 영상이며, 도면부호 221은 입사된 광신호(130) 중 제1 밴드패스필터(BP1)에 의해 반사된 광신호이며, 도면부호 231은 입사된 광신호(130) 중 제2 밴드패스필터(BP2)에 의해 반사된 광신호이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 2개의 광학계(121, 122)의 광축이 미정렬된 상태인 경우라면, 2개의 레이저 빔(221, 231)이 중첩되지 않는다는 것을 알 수 있다. 즉, 이와 같은 배경 영역의 영상(210)에 디스플레이된, 제1 밴드패스필터(BP1)에 의해 반사된 레이저 빔(221), 제2 밴드패스필터(BP2)에 의해 반사된 레이저 빔(231)의 위치는, 추후 제1 수신 광학계(121), 제2 수신 광학계(122)의 광축 정렬에 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 가스 측정 영역을 모니터링하기 위한 별도의 카메라 모듈을 이용하여 레이저 빔의 조사된 배경 영역의 영상에 제1 수신 광학계의 제1 밴드패스필터 및 제2 수신 광학계의 제2 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호를 중첩하여 디스플레이함으로써, 광학계의 정렬 상태를 모니터링할 수 있으며 이를 통해 광학계를 쉽게 정렬할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광축 정렬 상태 모니터링 방법을 설명하는 흐름도이다. 발명의 간명화를 위해 도 1 내지 도 6과 관련하여 중복된 설명은 생략한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광축 정렬 상태 모니터링 방법은 레이저 광원에서, 대상물에 레이저 빔을 조사하는 단계에 의해 개시될 수 있다(S701). 조사된 레이저 빔에 의해 대상물로부터 광신호가 발생될 수 있다. 상술한 광신호에는 대상물에 포함된 피측정가스에 의해 발생되는 라만 광신호와 대상물에 포함된 기준 가스에 의해 발생되는 라만 광신호 그리고 대상물에 의해 산란된 레이저 빔 등이 포함될 수 있다.
다음, 제1 수신 광학계의 제1 밴드패스필터에서는, 대상물에 조사된 레이저 빔에 의해 발생되는 광신호 중 대상물에 포함된 피측정 가스에 의한 라만 광신호 외의 광신호를 반사할 수 있다(S702).
마찬가지로, 제2 수신 광학계의 제2 밴드패스필터에서, 대상물에 조사된 레이저 빔에 의해 발생되는 광신호 중 대상물에 포함된 기준 가스에 의한 라만 광신호 외의 광신호를 반사할 수 있다(S703).
마지막으로, 카메라 모듈에서는, 레이저 빔이 조사된 배경 영역을 촬영하며, 제1 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호 및 제2 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호를 배경 영역의 영상에 중첩하여 디스플레이할 수 있다(S704). 상술한 배경 영역의 영상에 디스플레이된 광신호들은 추후 광학계를 정렬하는데 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 가스 측정 영역을 모니터링하기 위한 별도의 카메라 모듈을 이용하여 레이저 빔의 조사된 배경 영역의 영상에 제1 수신 광학계의 제1 밴드패스필터 및 제2 수신 광학계의 제2 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호를 중첩하여 디스플레이함으로써, 광학계의 정렬 상태를 모니터링할 수 있으며 이를 통해 광학계를 쉽게 정렬할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
100: 라만 라이다 장치 110: 송신부
111; 레이저 광원 120: 수신부
121: 제1 수신 광학계 122: 제2 수신 광학계
123: 모니터링용 광학계 131: 전치 증폭기
132: 신호 처리부 D1, D2, D3: 광 검출기
L1, L2, L3: 렌즈 Te: 빔 확대기
BP1, BP2, BP3, BP4: 밴드패스필터 M1, M2: 미러
NDF: 중성감쇄필터 CA: 카메라 모듈
DM1: 다이크로익 미러 BS1, BS2: 광 분할기

Claims (8)

  1. 대상물에 레이저 빔을 조사하는 레이저 광원;
    상기 대상물에 조사된 상기 레이저 빔에 의해 발생되는 광신호 중 상기 대상물에 포함된 피측정 가스에 의한 라만 광신호만을 선택적으로 필터링하는 제1 밴드패스필터를 구비한 제1 수신 광학계;
    조사된 상기 레이저 빔에 의해 발생되는 광신호 중 상기 대상물에 포함된 기준 가스에 의한 라만 광신호만을 선택적으로 필터링하는 제2 밴드패스필터를 구비한 제2 수신 광학계; 및
    상기 레이저 빔이 조사된 배경 영역을 촬영하며, 상기 광신호 중 상기 제1 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호 및 상기 제2 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호를 배경 영역의 영상에 중첩하여 디스플레이하는 카메라 모듈을 포함하며,
    상기 제1 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호 및 상기 제2 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호의 위치는, 상기 제1 수신 광학계 및 상기 제2 수신 광학계의 광축 정렬에 이용되는, 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 라만 라이다 장치는,
    제1 광 분할기;
    제2 광 분할기;를 더 포함하며,
    상기 제1 광 분할기는, 상기 광신호를 분할하여 상기 제2 광 분할기 및 상기 카메라 모듈로 입사시키고, 상기 제2 광 분할기로부터 입사된 상기 제1 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호 및 상기 제2 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호를 상기 카메라 모듈로 입사시키고,
    상기 제2 광 분할기는, 상기 제1 광 분할기로부터 입사된 광신호를 분할하여 상기 제1 수신 광학계 및 상기 제2 수신 광학계로 입사시키고, 상기 광신호 중 상기 제1 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호 및 상기 제2 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호를 상기 제1 광 분할기로 입사시키도록 구성된 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 카메라 모듈은,
    상기 제1 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호가 디스플레이된 제1 배경 영역의 영상, 상기 제2 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호가 디스플레이된 제2 배경 영역의 영상 및 상기 제1 광 분할기에 의해 반사된 광신호가 디스플레이된 제3 배경 영역의 영상을 중첩하여 디스플레이하며,
    상기 제1 배경 영역의 영상은, 상기 제1 밴드패스필터에 의해 반사된 후 상기 제2 광 분할기 및 상기 제1 광 분할기를 통해 입사된 광신호와 배경 영역의 영상이며,
    상기 제2 배경 영역의 영상은, 상기 제2 밴드패스필터에 의해 반사된 후 상기 제2 광 분할기 및 상기 제1 광 분할기를 통해 입사된 광신호와 배경 영역의 영상이며,
    상기 제3 배경 영역의 영상은, 상기 제1 광 분할기에 의해 반사된 광신호와 배경 영역의 영상인 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 광 분할기에 의해 반사된 광신호의 위치는,
    상기 카메라 모듈의 광축 정렬에 이용되는 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 라만 라이다 장치는,
    상기 광신호를 분할하여 상기 제1 수신 광학계 및 상기 제2 수신 광학계로 입사시키며, 상기 광신호 중 상기 제1 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호 및 상기 제2 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호를 상기 카메라 모듈로 입사시키는 제1 광 분할기를 더 포함하는 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 카메라 모듈은,
    상기 제1 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호가 디스플레이된 제1 배경 영역의 영상과 상기 제2 밴드패스필터에 의해 반사된 광신호가 디스플레이된 제2 배경 영역의 영상을 중첩하여 디스플레이하며,
    상기 제1 배경 영역의 영상은, 상기 제1 밴드패스필터에 의해 반사된 후 상기 제1 광 분할기를 통해 입사된 광신호와 배경 영역의 영상이며,
    상기 제2 배경 영역의 영상은, 상기 제2 밴드패스필터에 의해 반사된 후 상기 제1 광 분할기를 통해 입사된 광신호와 배경 영역의 영상인 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
KR1020180010340A 2018-01-29 2018-01-29 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치 및 광축 정렬 상태 모니터링 방법 KR102076997B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180010340A KR102076997B1 (ko) 2018-01-29 2018-01-29 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치 및 광축 정렬 상태 모니터링 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180010340A KR102076997B1 (ko) 2018-01-29 2018-01-29 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치 및 광축 정렬 상태 모니터링 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190091593A KR20190091593A (ko) 2019-08-07
KR102076997B1 true KR102076997B1 (ko) 2020-02-14

Family

ID=67621634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180010340A KR102076997B1 (ko) 2018-01-29 2018-01-29 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치 및 광축 정렬 상태 모니터링 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102076997B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102283661B1 (ko) * 2020-05-08 2021-07-30 라만랩 주식회사 라만 분광기 및 이의 구동 방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102482713B1 (ko) * 2020-09-25 2022-12-29 배관수 미세먼지 측정장치
KR102501486B1 (ko) * 2020-12-10 2023-02-17 한국화학연구원 나노 입자 또는 나노 구조체에서 발생된 분광 신호 분석 시스템 및 분석 방법
KR102644655B1 (ko) * 2021-12-08 2024-03-08 주식회사 에이치엘클레무브 라이다 장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005091343A (ja) * 2003-03-07 2005-04-07 Shikoku Res Inst Inc ガス漏洩監視方法、及びそのシステム
JP4749890B2 (ja) 2006-02-27 2011-08-17 株式会社四国総合研究所 ラマン散乱光による水素ガス可視化方法及びシステム
JP5159799B2 (ja) * 2008-02-13 2013-03-13 株式会社四国総合研究所 ガス濃度遠隔計測方法および装置
JP5429698B2 (ja) 2012-11-08 2014-02-26 横河電機株式会社 顕微鏡用分光分析装置及び顕微鏡用分光分析装置の分光分析方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130051670A (ko) * 2011-11-10 2013-05-21 공주대학교 산학협력단 지표면 대상물체 모니터링 장치 및 방법
KR20170052256A (ko) 2015-11-04 2017-05-12 한림대학교 산학협력단 라만 산란을 이용한 물질의 농도 측정 장치 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005091343A (ja) * 2003-03-07 2005-04-07 Shikoku Res Inst Inc ガス漏洩監視方法、及びそのシステム
JP3783019B2 (ja) 2003-03-07 2006-06-07 株式会社四国総合研究所 ガス漏洩監視方法、及びそのシステム
JP4749890B2 (ja) 2006-02-27 2011-08-17 株式会社四国総合研究所 ラマン散乱光による水素ガス可視化方法及びシステム
JP5159799B2 (ja) * 2008-02-13 2013-03-13 株式会社四国総合研究所 ガス濃度遠隔計測方法および装置
JP5429698B2 (ja) 2012-11-08 2014-02-26 横河電機株式会社 顕微鏡用分光分析装置及び顕微鏡用分光分析装置の分光分析方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102283661B1 (ko) * 2020-05-08 2021-07-30 라만랩 주식회사 라만 분광기 및 이의 구동 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190091593A (ko) 2019-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102076997B1 (ko) 광축 정렬 상태의 모니터링을 위한 라만 라이다 장치 및 광축 정렬 상태 모니터링 방법
WO2020063073A1 (zh) 多波长测量大气二氧化碳浓度及气溶胶垂直廓线的激光雷达系统装置
JP5159799B2 (ja) ガス濃度遠隔計測方法および装置
JP4862164B2 (ja) パルスレーザ光のタイミング調整装置、調整方法及び光学顕微鏡
JP5667809B2 (ja) 光学式ガスセンサ
JP2014134575A (ja) テラヘルツ波発生装置及びテラヘルツ波測定方法
JP2016033484A (ja) 参照光分岐用光学系
US9551617B2 (en) Raman spectroscopic analyzer
CN110763671A (zh) 小型频移激发拉曼检测装置
KR101689468B1 (ko) 라이다식 운고계 장치 및 라이다식 운고계 장치 구현 방법
JP6364305B2 (ja) 水素ガス濃度計測装置および方法
CN105651661A (zh) 一种排放烟尘浓度和粒度的在线测量装置及其测量方法
CN111855508A (zh) 液体检测装置以及液体检测方法
JP6768289B2 (ja) 走査型顕微鏡
KR20180072585A (ko) 대기 물질의 거리별 농도를 계측하는 광원격 계측기의 송수신 시스템
US20160147016A1 (en) Noise reduction device and detection apparatus including same
RU2478192C2 (ru) Способ оптического дистанционного обнаружения соединений в среде
KR101958623B1 (ko) 라이다 장치 및 그 측정오차 저감방법
KR20190080816A (ko) 이산화탄소 농도 공간분포 측정을 위한 비탄성 라이다 장치
KR101905516B1 (ko) 순수 라만광 신호를 측정하기 위한 라만 라이다 장치
KR20210052786A (ko) 라이다 장치
US20220390566A1 (en) Optical assembly for lidar detection system
FR2865545A1 (fr) Lidar compact
JP4091193B2 (ja) 媒質の非線形光学応答測定装置
CN106645097A (zh) 一种用于激光探针成分分析仪的光路系统

Legal Events

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