KR20210052787A - On-axial lidar apparatus - Google Patents

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KR20210052787A
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Abstract

An objective of the present invention is to provide an on-axial lidar apparatus capable of resolving the problem of optical alignment errors which can be caused by a temperature change or an impact. According to an example embodiment of the present invention, the on-axial lidar apparatus comprises: an optical system including a first lens having a first focal distance and a second lens having a second focal length and provided in the middle of the first lens; a light source which emits an emission light to a measurement area through the second lens at a position separated by the second focal distance; a filter which is arranged at a position separated by the first focal distance, and receives a reflection light scattered to return through the first lens to allow the reflection light to pass through a pinhole; a light receiving unit which generates a light signal from the reflection light passing through the pinhole; and a processing unit which collects and processes the light signal transmitted from the light receiving unit.

Description

공축 라이다 장치{ON-AXIAL LIDAR APPARATUS}Coaxial lidar device {ON-AXIAL LIDAR APPARATUS}

본 발명은 공축 라이다 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a coaxial lidar device.

라이다(Lidar)는 레이저를 사용하여 멀리 떨어진 대기중의 에어로졸의 농도 및 종류, 구름, 미세먼지나 황사등을 측정하는 원격측정 장치로, 기상 및 환경 분야에서 활용도가 높아지고 있다.Lidar is a telemetry device that uses a laser to measure the concentration and type of aerosols in the air, clouds, fine dust or yellow dust, etc., and its application is increasing in meteorological and environmental fields.

라이다에서 레이저빔을 송신하고 측정 대상에서 산란된 신호를 수신하는 송수신 광학계는 크게 송신광학계의 축과 수신광학계의 축이 다른 이축 라이다(Bi-axial Lidar)와 송신광학계의 축과 수신광학계의 축이 같은 공축 라이다(On-axial Lidar)로 나눌 수 있는데, 측정 범위를 넓게 하기 위해 요즘은 공축 라이다를 많이 사용하고 있다(US 9,229,110B2).The transmission/reception optical system that transmits the laser beam from the lidar and receives the signal scattered from the object to be measured is a bi-axial lidar that has a different axis of the transmission optical system and the axis of the reception optical system, and the axis of the transmission optical system and the reception optical system. It can be divided into On-axial Lidars with the same axis, and nowadays, coaxial Lidars are widely used to widen the measurement range (US 9,229,110B2).

도 1a 및 도 1b에서는 기존에 사용하고 있는 공축 라이다 장치의 광학계를 나타내고 있다.1A and 1B show an optical system of a coaxial lidar device that has been used in the past.

도 1a는 레이저 송신부(1)와 수신부인 측정센서(2) 사이에 빔분할기(beam spliter, 3)를 사용하여, 송신되는 레이저빔(Lt)의 일부를 빔분할기(3)를 투과시켜 측정 대상체에 보내고, 측정 대상체에서 산란되어 수신되는 신호(Lr)가 다시 빔분할기(3)에서 반사되어 측정센서(2)에 수신되는 구성이다. 조사되는 레이저빔(Lt)이 빔분할기(3)를 거치면서 어느정도 세기가 손실되고, 수신되는 산란신호(Lr) 역시 빔분할기(3)에서 반사되면서 신호가 손실되어 효율이 저하되는 문제가 있다. 또한, 온도변화나 충격등에 의해 광정렬이 틀어지는 문제가 있다.1A is a measurement object by using a beam splitter 3 between the laser transmitting unit 1 and the measurement sensor 2 as a receiving unit, and transmitting a part of the transmitted laser beam Lt through the beam splitter 3 In this configuration, the signal Lr sent to and scattered from the object to be measured is reflected back from the beam splitter 3 and received by the measurement sensor 2. As the irradiated laser beam Lt passes through the beam splitter 3, the intensity is lost to some extent, and the received scattering signal Lr is also reflected by the beam splitter 3, resulting in loss of a signal, thereby reducing efficiency. In addition, there is a problem in that the light alignment is distorted due to temperature change or impact.

도 1b는 빔분할기(3) 대신에 홀미러(hole mirror, 4)를 사용하는 것으로, 송신되는 레이저빔(Lt)은 손실이 거의 없이 측정 대상체에 조사시킬 수 있지만, 수신되는 산란신호(Lr)는 홀미러(4) 외곽부분을 통해서 받아들이기 때문에 손실이 발생하는 문제가 있다. 또한, 충격 등에 의해 광정렬이 틀어질 가능성이 높다는 문제가 있다.1B shows that a hole mirror 4 is used instead of the beam splitter 3, and the transmitted laser beam Lt can be irradiated to the measurement object with little loss, but the received scattering signal Lr There is a problem that a loss occurs because is received through the outer portion of the hall mirror (4). In addition, there is a problem in that there is a high possibility that the optical alignment may be distorted due to an impact or the like.

US 9,229,110B2US 9,229,110B2

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 빔분할기나 홀미러를 사용하지 않아 온도변화나 충격 등에 의해 발생할 수 있는 광정렬 틀어짐의 문제를 해소할 수 있도록 하는 공축 라이다 장치를 제공하는 것이다.The present invention has been conceived to solve the above problems, and the problem to be solved in the present invention is to solve the problem of optical alignment misalignment that may occur due to temperature change or impact because a beam splitter or hall mirror is not used. It is to provide a coaxial lidar device.

다만 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.However, the object of the present invention is not limited thereto, and even if not explicitly stated, the object or effect that can be grasped from the solutions or embodiments of the problems described below will be included therein.

본 발명의 예시적 실시예에 따른 공축 라이다 장치는, 제1 초점거리를 가지는 제1 렌즈 및 제2 초점거리를 가지며 상기 제1 렌즈의 중앙에 구비되는 제2 렌즈를 포함하는 광학계; 상기 제2 초점거리만큼 이격된 위치에서 상기 제2 렌즈를 통해 측정 영역으로 조사광을 조사하는 광원; 상기 제1 초점거리만큼 이격된 위치에 배치되며, 산란되어 돌아오는 반사광을 상기 제1 렌즈를 통해 수신하여 핀홀로 통과시키는 필터; 상기 핀홀을 통과한 상기 반사광에서 광 신호를 생성하는 수광부; 및 상기 수광부에서 전송된 상기 광 신호를 수집하여 처리하는 처리부;를 포함할 수 있다.A coaxial lidar device according to an exemplary embodiment of the present invention includes an optical system including a first lens having a first focal length and a second lens having a second focal length and disposed at the center of the first lens; A light source for irradiating irradiation light into a measurement area through the second lens at a position spaced apart by the second focal length; A filter disposed at a position spaced apart by the first focal length, receiving the reflected light scattered and returned through the first lens and passing it through the pinhole; A light receiving unit generating an optical signal from the reflected light passing through the pinhole; And a processing unit that collects and processes the optical signal transmitted from the light receiving unit.

상기 필터는 상기 처리부에 의해 구동되는 드라이버와 연계되어 상기 핀홀의 위치와 상기 핀홀의 구경 중 적어도 하나가 조정되도록 구성될 수 있다.The filter may be configured such that at least one of a position of the pinhole and a diameter of the pinhole is adjusted in connection with a driver driven by the processing unit.

상기 처리부는 상기 광 신호를 이용하여 대기중의 정보를 분석하는 전산기, 상기 전산기와 연결되어 상기 드라이버의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.The processing unit may include a computer that analyzes information in the atmosphere using the optical signal, and a controller connected to the computer to control driving of the driver.

상기 처리부는 상기 수광부에서 전송되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 전산기로 송부하는 AD변환기를 더 포함할 수 있다.The processing unit may further include an AD converter that converts the analog signal transmitted from the light receiving unit into a digital signal and transmits it to the computer.

상기 수광부는 상기 핀홀을 통과한 상기 반사광을 집속하는 제1 집속렌즈, 상기 제1 집속렌즈에서 집속된 상기 반사광에서 잡광을 제거하는 밴드패스필터, 상기 밴드패스필터를 통과한 상기 반사광을 집속하는 제2 집속렌즈 및 상기 제2 집속렌즈에 의해 집속된 상기 반사광을 수신하는 광 검출기를 포함할 수 있다.The light receiving unit includes a first focusing lens for focusing the reflected light passing through the pinhole, a band pass filter for removing stray light from the reflected light focused by the first focusing lens, and a first focusing lens for focusing the reflected light passing through the band pass filter. It may include a photodetector for receiving the reflected light focused by the second focusing lens and the second focusing lens.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 빔분할기나 홀미러를 사용하지 않아 온도변화나 충격 등에 의해 발생할 수 있는 광정렬 틀어짐의 문제를 해소할 수 있도록 하는 공축 라이다 장치가 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, there may be provided a coaxial lidar device capable of solving the problem of optical alignment misalignment that may occur due to temperature change or impact because a beam splitter or a hall mirror is not used.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Various and beneficial advantages and effects of the present invention are not limited to the above-described contents, and may be more easily understood in the course of describing specific embodiments of the present invention.

도 1a 및 도 1b는 각각 종래의 공축 라이다 장치를 개략적으로 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 공축 라이다 장치를 개략적으로 나타내는 구성도.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 공축 라이다 장치에서 필터의 핀홀의 구경이 확대 및 축소되는 것을 나타내는 개략도. 1A and 1B are diagrams schematically showing a conventional coaxial lidar device, respectively.
2 is a block diagram schematically showing a coaxial lidar device according to an exemplary embodiment of the present invention.
3A and 3B are schematic diagrams showing that the diameter of the pinhole of the filter is enlarged and reduced in the coaxial LiDAR apparatus of FIG. 2.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 또한, 본 명세서에서, '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자나 구성요소가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, in describing a preferred embodiment of the present invention in detail, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for parts having similar functions and functions. In addition, in this specification, terms such as'upper','upper','upper','lower','lower','lower', and'side' are based on the drawings, and are actually elements or components. May vary depending on the direction in which the is placed.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part is said to be'connected' with another part, it is not only'directly connected', but also'indirectly connected' with another element in the middle. Includes. In addition, "including" a certain component means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.

도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 축사용 급수 시스템을 설명한다. 도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 공축 라이다 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 공축 라이다 장치에서 필터의 핀홀의 구경이 확대 및 축소되는 것을 나타내는 개략도이다. A water supply system for livestock according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3. 2 is a block diagram schematically illustrating a coaxial lidar device according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 3A and 3B are diagrams illustrating that the diameter of a pinhole of a filter is enlarged and reduced in the coaxial lidar device of FIG. 2. It is a schematic diagram.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 공축 라이다 장치(10)는 광학계(100), 광원(200), 필터(300), 수광부(400) 및 처리부(500)를 포함할 수 있다.Referring to the drawings, the coaxial lidar device 10 according to an exemplary embodiment of the present invention may include an optical system 100, a light source 200, a filter 300, a light receiving unit 400, and a processing unit 500. have.

광학계(100)는 제1 초점거리(F)를 가지는 제1 렌즈(110) 및 제2 초점거리(f)를 가지며 제1 렌즈(110)의 중앙에 구비되는 제2 렌즈(120)를 포함하는 이중 초점 렌즈로 구성될 수 있다. The optical system 100 includes a first lens 110 having a first focal length F and a second lens 120 having a second focal length f and disposed at the center of the first lens 110. It can be configured as a bifocal lens.

중앙에 배치되는 제2 렌즈(120)는 조사광(Lt)인 레이저빔의 송신을 위한 것으로 작고 빠른 비구면 렌즈가 사용될 수 있다. 제2 렌즈(120)의 둘레에 배치되는 제1 렌즈(110)는 측정 영역 내의 대기중의 물체(에어로졸, 공기분자, 미세먼지, 황사 등)에 산란되어 돌아오는 반사광(Lr)을 수신하기 위해 사용될 수 있다. The second lens 120 disposed in the center is for transmitting a laser beam, which is the irradiation light Lt, and a small and fast aspherical lens may be used. The first lens 110 disposed around the second lens 120 is to receive the reflected light Lr that is scattered and returned by objects in the atmosphere (aerosol, air molecules, fine dust, yellow dust, etc.) in the measurement area. Can be used.

광학계(100)를 구성하는 제1 렌즈(110)와 제2 렌즈(120)는 각각 분리하여 제작할 수 있으며, 추후 상호 조립을 통해서 결합될 수 있다.The first lens 110 and the second lens 120 constituting the optical system 100 may be separately manufactured, and then may be combined through mutual assembly.

광원(200)은 제2 렌즈(120)의 광축(X)에 배치될 수 있다. 광원(200)은 제2 초점거리(f)만큼 이격된 위치에서 제2 렌즈(120)를 통해 전방의 측정 영역으로 조사광을 조사할 수 있다. The light source 200 may be disposed on the optical axis X of the second lens 120. The light source 200 may irradiate the irradiation light to the front measurement area through the second lens 120 at a position spaced apart by the second focal length f.

일 실시예에서, 광원(200)은 조사광(Lt)으로 레이저빔을 발진시키는 레이저 다이오드(laser diode)를 포함할 수 있다.In one embodiment, the light source 200 may include a laser diode for oscillating a laser beam with irradiation light Lt.

필터(300)는 제1 렌즈(110)의 제1 초점거리(F)만큼 이격된 위치에 배치되며, 중앙에 핀홀(310)을 구비할 수 있다. 필터(300)는 산란되어 돌아오는 반사광(Lr)을 제1 렌즈(110)를 통해 수신하여 핀홀(310)로 통과시킬 수 있다.The filter 300 is disposed at a position spaced apart by the first focal length F of the first lens 110 and may have a pinhole 310 in the center. The filter 300 may receive the scattered reflected light Lr through the first lens 110 and pass it through the pinhole 310.

필터(300)는 처리부(500)에 의해 구동되는 드라이버(540)와 연계되어 핀홀(310)의 위치와 핀홀(310)의 구경 중 적어도 하나가 조정되도록 구성될 수 있다. The filter 300 may be configured such that at least one of the position of the pinhole 310 and the diameter of the pinhole 310 is adjusted in connection with the driver 540 driven by the processing unit 500.

필터(300)는 드라이버(540)의 구동을 통해서 핀홀(310)의 위치가 조정될 수 있다. 예를 들어, 광축(X)을 Z축으로 하여 이에 수직을 이루는 X-Y축 방향으로 위치가 조정될 수 있다. 이러한 핀홀(310)의 위치는 반사광(Lr)의 수신방향을 결정할 수 있다. 예를 들어, 반사광(Lr)의 수신각도를 조사광(Lt)의 송신각도와 일치시킬 수 있다. In the filter 300, the position of the pinhole 310 may be adjusted through driving of the driver 540. For example, with the optical axis X as the Z axis, the position may be adjusted in the X-Y axis direction perpendicular thereto. The location of the pinhole 310 may determine the receiving direction of the reflected light Lr. For example, the reception angle of the reflected light Lr may be matched with the transmission angle of the irradiation light Lt.

수광부(400)는 광학계(100)의 광축(X)과 일치하는 위치에 배치되는 것이 가장 바람직하지만, 외부의 충격이나 온도 변화에 따른 팽창 및 수축 등의 작용에 의해 광정렬이 틀어지는 경우가 발생할 수 있다. 필터(300)는 구동을 통해서 반사광(Lr)이 통과하는 핀홀(310)의 위치를 조정하여 광정렬을 함으로써 반사광(Lr)이 온전하게 수광부(400)로 수신되도록 할 수 있다.The light-receiving unit 400 is most preferably disposed at a position coincident with the optical axis X of the optical system 100, but there may be cases where the optical alignment is distorted due to an action such as expansion and contraction according to an external shock or temperature change. have. The filter 300 may perform optical alignment by adjusting the position of the pinhole 310 through which the reflected light Lr passes through driving, so that the reflected light Lr is completely received by the light receiving unit 400.

필터(300)는 드라이버(540)의 구동을 통해서 핀홀(310)의 구경이 조정될 수 있다. 예를 들어, 조리개를 조이거나 개방하는 방식으로 핀홀(310)의 구경을 조정할 수 있다. 이러한 핀홀(310)의 크기는 광학계(100)의 시야(Field of View)를 결정하게 된다. 따라서, 야간에는 핀홀(310)의 구경을 확대하고, 주간에는 핀홀(310)의 구경을 축소하여 잡광에 의한 오차를 줄일 수 있다. In the filter 300, the diameter of the pinhole 310 may be adjusted through driving of the driver 540. For example, the aperture of the pinhole 310 may be adjusted by tightening or opening the diaphragm. The size of the pinhole 310 determines the field of view of the optical system 100. Accordingly, the aperture of the pinhole 310 is enlarged at night and the aperture of the pinhole 310 is reduced during the daytime, thereby reducing errors due to miscellaneous light.

수광부(400)는 핀홀(310)을 통과한 반사광(Lr)을 수신하여 반사광(Lr)에서 광 신호를 생성할 수 있다. 수광부(400)는 제1 집속렌즈(410), 밴드패스필터(420), 제2 집속렌즈(430) 및 광 검출기(440)를 포함할 수 있다.The light receiving unit 400 may generate an optical signal from the reflected light Lr by receiving the reflected light Lr that has passed through the pinhole 310. The light receiving unit 400 may include a first focusing lens 410, a band pass filter 420, a second focusing lens 430, and a photo detector 440.

제1 집속렌즈(410)는 핀홀(310)을 통과한 반사광(Lr)을 집속하여 밴드패스필터(420)로 보내고, 밴드패스필터(420)는 제1 집속렌즈(410)에서 집속된 반사광(Lr)에서 잡광을 제거하도록 구성될 수 있다. The first focusing lens 410 focuses the reflected light Lr that has passed through the pinhole 310 and sends it to the bandpass filter 420, and the bandpass filter 420 is reflected by the first focusing lens 410 ( Lr) can be configured to remove stray light.

제2 집속렌즈(430)는 밴드패스필터(420)를 통과한 반사광(Lr)을 집속하여 광 검출기(440)로 보내고, 광 검출기(440)는 제2 집속렌즈(430)에 의해 집속된 반사광(Lr)을 수신하여 광 신호를 생성할 수 있다. 광 검출기(440)는 포토다이오드(PD) 또는 애벌랜치 포토다이오드(APD)가 사용될 수 있다.The second focusing lens 430 focuses the reflected light Lr that has passed through the band pass filter 420 and sends it to the photo detector 440, and the photo detector 440 is the reflected light focused by the second focusing lens 430. By receiving (Lr), an optical signal can be generated. The photo detector 440 may be a photodiode (PD) or an avalanche photodiode (APD).

실시예에 따라서, 제1 집속렌즈(410) 또는 제2 집속렌즈(430) 중 어느 하나는 생략될 수 있고, 제1 집속렌즈(410)와 제2 집속렌즈(430) 모두가 생략될 수도 있다.Depending on the embodiment, either the first focusing lens 410 or the second focusing lens 430 may be omitted, and both the first focusing lens 410 and the second focusing lens 430 may be omitted. .

또한, 실시예에 따라서, 밴드패스필터(420)는 생략될 수 있다.In addition, according to embodiments, the bandpass filter 420 may be omitted.

처리부(500)는 수광부(400)에서 전송된 광 신호를 수집하여 처리할 수 있다. 처리부(500)는 전산기(510), 컨트롤러(520), AD변환기(530)를 포함할 수 있다.The processing unit 500 may collect and process the optical signal transmitted from the light receiving unit 400. The processing unit 500 may include a computer 510, a controller 520, and an AD converter 530.

전산기(510)는 광 검출기(440)로부터 전송되는 광 신호를 이용하여 대기중의 정보를 분석처리할 수 있다. 실시예에 따라서, 전산기(510)는 수광부(400)에서 전송되는 광 신호를 수집하여 전산기(510)로 보내는 데이터 수집장치(DAQ)를 포함할 수 있다. The computer 510 may analyze and process information in the atmosphere using an optical signal transmitted from the photo detector 440. According to an embodiment, the computer 510 may include a data acquisition device DAQ that collects an optical signal transmitted from the light receiving unit 400 and sends it to the computer 510.

컨트롤러(520)는 전산기(510)와 연결되어 드라이버(540)의 구동을 제어할 수 있다. The controller 520 may be connected to the computer 510 to control driving of the driver 540.

AD변환기(530)는 수광부(400)와 전산기(510) 사이에 개재되어 수광부(400)에서 전송되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 전산기(510)로 송부할 수 있다. The AD converter 530 may be interposed between the light receiving unit 400 and the computer 510 to convert an analog signal transmitted from the light receiving unit 400 into a digital signal and transmit it to the computer 510.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 이중 초점 렌즈 구조를 갖는 광학계(100)를 도입하여, 광원(200)에서 발진된 조사광(Lt), 즉 레이저빔은 집속에 최적화된 중앙부의 작은 렌즈를 거친 후 전방의 대기(또는 물체)에 조사되고, 산란되어 되돌아오는 반사광(Lr)은 외곽부의 큰 렌즈를 통해 광 검출기(440)로 입사되도록 구성하였다. 특히, 레이저빔을 송신하는 송신부 광학계(제2 렌즈(120))와 반사광을 수신하는 수신부 광학계(제1 렌즈(110))를 분리하여 제작할 수 있어서 각각의 광학적 특성을 높일 수 있으며, 기존의 라이다 송수신 광학계에서 거울을 제외시킴으로써 광정렬 안정성을 크게 높일 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, by introducing the optical system 100 having a bifocal lens structure, the irradiation light Lt oscillated from the light source 200, that is, the laser beam is After passing through a small lens, the reflected light Lr is irradiated to the air (or object) in front, and is scattered and returned, to enter the photodetector 440 through a large lens in the outer portion. In particular, since the optical system of the transmitter (second lens 120) that transmits the laser beam and the optical system of the receiver (first lens 110) that receives the reflected light can be separately manufactured, the optical characteristics of each can be improved. There is an advantage in that optical alignment stability can be greatly improved by excluding the mirror from the transmission/reception optical system.

또한, 위치와 구경이 조정되는 핀홀(310)을 구비하는 필터(300)를 광학계(100)와 광 검출기(440) 사이에 배치하여 반사광(Lr)이 핀홀(310)을 통과하여 광 검출기(440)로 입사되도록 구성함으로써 라이다 광학계의 최적화 및 광정렬 문제를 해결할 수 있도록 하였다.In addition, a filter 300 having a pinhole 310 whose position and aperture is adjusted is disposed between the optical system 100 and the photodetector 440 so that the reflected light Lr passes through the pinhole 310 and passes through the pinhole 310 to pass the photodetector 440. ), it was possible to solve the problem of optical alignment and optimization of the lidar optical system.

이와 같이, 본 발명은 하나의 렌즈를 사용하는 공축광학계의 문제점인 광이용 효율과 광학계의 최적화 문제 그리고 광학계의 광정렬 문제를 해결한 공축 라이다 장치이며, 이동형으로 사용되며 측정범위가 넓은 라이다 운고계, 바람측정용 도플러 라이다 등의 공축 라이다 장치 전반에 유용하게 사용될 수 있다.As described above, the present invention is a coaxial lidar device that solves the problems of light use efficiency, optimization of the optical system, and optical alignment problem of the optical system, which are the problems of a coaxial optical system using a single lens. It can be usefully used in overall coaxial lidar devices such as a cloud gauge and a Doppler lidar for wind measurement.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains have learned that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. You can understand. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting.

10... 공축 라이다 장치
100... 광학계
110... 제1 렌즈
120... 제2 렌즈
200... 광원
300... 필터
310... 핀홀
400... 수광부
410... 제1 집속렌즈
420... 밴드패스필터
430... 제2 집속렌즈
440... 광 검출기
500... 처리부
510... 전산기
520... 컨트롤러
530... AD변환기10... coaxial lidar device
100... optical system
110... first lens
120... second lens
200... light source
300... filter
310... pinhole
400... receiver
410... first focusing lens
420... bandpass filter
430... second focusing lens
440... photo detector
500... processing
510... computer
520... controller
530... AD converter

Claims (5)

제1 초점거리를 가지는 제1 렌즈 및 제2 초점거리를 가지며 상기 제1 렌즈의 중앙에 구비되는 제2 렌즈를 포함하는 광학계;
상기 제2 초점거리만큼 이격된 위치에서 상기 제2 렌즈를 통해 측정 영역으로 조사광을 조사하는 광원;
상기 제1 초점거리만큼 이격된 위치에 배치되며, 산란되어 돌아오는 반사광을 상기 제1 렌즈를 통해 수신하여 핀홀로 통과시키는 필터;
상기 핀홀을 통과한 상기 반사광에서 광 신호를 생성하는 수광부; 및
상기 수광부에서 전송된 상기 광 신호를 수집하여 처리하는 처리부;
를 포함하는 공축 라이다 장치.
An optical system including a first lens having a first focal length and a second lens having a second focal length and disposed at the center of the first lens;
A light source for irradiating irradiation light into a measurement area through the second lens at a position spaced apart by the second focal length;
A filter disposed at a position spaced apart by the first focal length, receiving the reflected light scattered and returned through the first lens and passing it through the pinhole;
A light receiving unit generating an optical signal from the reflected light passing through the pinhole; And
A processing unit collecting and processing the optical signal transmitted from the light receiving unit;
Coaxial lidar device comprising a.
 제1항에 있어서,
상기 필터는 상기 처리부에 의해 구동되는 드라이버와 연계되어 상기 핀홀의 위치와 상기 핀홀의 구경 중 적어도 하나가 조정되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공축 라이다 장치.
The method of claim 1,
The filter is a coaxial lidar device, characterized in that in connection with the driver driven by the processing unit is configured to adjust at least one of the position of the pinhole and the diameter of the pinhole.
 제2항에 있어서,
상기 처리부는 상기 광 신호를 이용하여 대기중의 정보를 분석하는 전산기, 상기 전산기와 연결되어 상기 드라이버의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 공축 라이다 장치.
The method of claim 2,
The processing unit comprises a computer for analyzing information in the atmosphere using the optical signal, and a controller connected to the computer to control driving of the driver.
 제3항에 있어서,
상기 처리부는 상기 수광부에서 전송되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 전산기로 송부하는 AD변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공축 라이다 장치.
The method of claim 3,
The processing unit further comprises an AD converter for converting the analog signal transmitted from the light receiving unit into a digital signal and transmitting it to the computer.
 제1항에 있어서,
상기 수광부는 상기 핀홀을 통과한 상기 반사광을 집속하는 제1 집속렌즈, 상기 제1 집속렌즈에서 집속된 상기 반사광에서 잡광을 제거하는 밴드패스필터, 상기 밴드패스필터를 통과한 상기 반사광을 집속하는 제2 집속렌즈 및 상기 제2 집속렌즈에 의해 집속된 상기 반사광을 수신하는 광 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 공축 라이다 장치.
The method of claim 1,
The light receiving unit includes a first focusing lens that focuses the reflected light that has passed through the pinhole, a band pass filter that removes stray light from the reflected light that has been focused by the first focusing lens, and a second that focuses the reflected light that has passed through the band pass filter. A coaxial lidar device comprising a two focusing lens and a photo detector for receiving the reflected light focused by the second focusing lens.
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