KR940011331B1 - 비선형 결정을 이용한 레이저 거리 측정기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

비선형 결정을 이용한 레이저 거리 측정기

제1도는 종래의 레이저 거리 측정기의 구조를 나타낸 개략 요부면.

제2도는 본 발명에 따른 레이저 거리 측정기의 구조를 나타낸 개략 요부면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 적외선 레이저원 14 : 제1렌즈

16 : 제2렌즈 18 : 제1광빔 분할기

20 : 코너 큐브 22 : 표적물

24 : 망원경 32 : 제2광빔 분할기

34 : 검출기 60 : 비선형 결정

62 : 필터

본 발명은 레이저 거리 측정기(Laser Range Finder)에 관한 것으로, 보다 상세하게 말하자면 레이저 빛이 표적물에 반사되어 돌아오는 시간을 측정함으로써 표적물까지의 거리를 측정하는 레이저 거리 측정기에 관한 것이다.

종래의 대표적인 레이저 거리 측정기의 구조는 제1도에 도시되어 있는데 이에 의하면 표적물을 조준하기 위한 발광 다이오드(LED : 30)과 표적물의 거리를 측정하기 위한 적외선 레이저원(10)의 두 가지 광원을 사용하도록 되어 있다.

LED(30)에서 나온 빛은 제3렌즈(28)에 의하여 평행광으로 만들어진 후 제3광빔 분할기(12)에서 반사되어 제1 및 제2렌즈(14,16)으로 이루어진 광속 확대기를 통하여 확대되며 제1광빔 분할기(18)을 통과한 후, 코너 큐브(corner cube : 20) 즉 역 반사체(retro reflector)에서 반사된 다음 제1광빔 분할기(18)에서 반사되어 망원경(24)를 통해 눈(26)으로 들어오게 된다.

제1광빔 분할기(18)의 앞면(18A)는 적외선에 대해서는 전반사가, 가시광선에 대해서는 부분 반사가 이루어지도록 유전체 코팅이 되어 있고, 뒷면(18B)는 가시광선에 대해 무반사가 이루어지도록 코팅이 되어있으며, 이는 광축에 대해 45˚의 각도로 놓여져 있으므로, 레이저원(10)에서 나온 빛은 제1광빔 분할기(18)에서 반사되어 표적물(22)로 향하게 되며, 이 표적물(22)에 반사되어 되돌아온 후 제2광빔 분할기(32)에서 반사되어 검출기(34)로 들어간다.

앞에서 언급한 바와 같이 구성된 종래의 레이저 거리 측정기는 제3렌즈(28) 또는 제3광빔 분할기(12)의 위치가 일정하게 유지된 상태에서만이 정확하게 거리를 측정할 수 있기 때문에 이동중이거나 거리 측정시의 진동이나 충격에 의하여 제3렌즈(28) 또는 제3광빔 분할기(12)의 위치가 변경되거나 흐트러질 때 레이저광의 진행 방향과 LED 광의 진행 방향이 달라지게 되어 목표물을 조준하여 거리를 측정하고자 할 경우 오차가 생겨 정확한 거리 측정이 곤란하다는 단점을 갖고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 이차 고조파를 발생시키는 비선형 결정을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 진동이나 충격에 안정한 비선형 결정을 포함하는 레이저 거리 측정기를 제공하기 위한 것이다.

또, 본 발명의 레이저 거리 측정기에 의하면 대향하는 제1 및 제2방향을 갖고 있는 광축의 제1방향을 따라 적외선 광을 방출하기 위한 적외선 레이저원; 대향하는 제1 및 제2측면을 갖고 있고, 제1측면에서 광축을 따라 제1방향으로 이동하는 광 빔을 수신하기 위해 광축을 따라 배치되어 있으며, 상기 적외선 레이저원로부터 출광하는 적외선 광을 적어도 부분적으로 포함하고 있고, 상기 제2측면으로부터 광축을 따라 제1방향으로 확대된 광 빔을 방출하기 위한 광속 확대기를 구비하는데; 상기 광속 확대기는 제1 및 제2렌즈를 통해 지속적으로 이동하는 상기 광 빔을 확대시키기 위해 광축을 따라 배치되고 서로 지향되어 있는 상기 제1측면에 배치된 제1렌즈와 상기 제2측면에 배치된 제2렌즈를 갖고 있고, 대향하는 앞면 및 뒷면을 갖고, 상기 앞면은 적외선 광을 전반사시키고 가시광을 부분 반사시키는 물질로 코팅되어 있으며, 뒷면은 가시광을 무반사가 이루어지도록 구성한 제1광빔 분할기를 구비하는데; 상기 광빔 분할기는 상기 앞면에서 제1방향으로 이동하는 상기 확대된 광 빔을 수신하도록 광축을 따라 배치되고, 상기 확대된 광 빔 내에 포함되는 적외선 광 빔이 가상 목표물을 향하여 반사될 수 있도록 광축에 대해 임의의 각도로 지향되며, 광축을 따라 배치되고, 광축을 따라 제1방향으로 이동하며, 상기 제1광빔 분할기의 앞면 및 뒷면을 통해 지속적으로, 부분적으로 통과하는 가시광선을 수신하도록 배향되며, 광축을 따라 제2방향으로 상기 광빔 분할기의 뒷면을 향하여 다시 가시광선을 반사시키는 역 반사체; 가시광선을 상기 역 반사체에 의해 지속적으로 먼저 반사시키고, 상기 제1광빔 분할기에 의해 부분적으로 반사시킨 후에 상기 가시광선을 수신하도록 배치된 망원경; 상기 적외선 광만을 부분 반사시키는 물질로 코팅된 앞면을 갖고 있는 제2광빔 분할기를 구비하는데; 상기 제2광빔 분할기는 광축을 따라 제2방향으로 이동하는 복귀 적외선광을 수신하기 위해 상기 적외선 레이저원 상기 광속 확대기 사이의 광축을 따라 배치되고, 검출기를 향하여 복귀 적외선 광을 적어도 부분적으로 반사시킬 수 있도록 광축에 대해 임의의 각도로 지향되고, 제1방향으로 이동하는 적외선 광을 차단하여 그 일부분을 광축을 따라 제1방향으로 역시 이동하는 가시광선을 변환하기 위해 상기 적외선 레이저원과 제1광빔 분할기 사이에 광축을 따라 배치된 비선형 결정을 구비함으로써; 상기 확대된 광 빔이 제1광빔 분할기에 도달할 때 적외선 및 가시광선 모두를 포함한다.

본 발명의 이들 목적과 장점들은 제1도에 도시된 바와 같은 종래의 레이저 거리 측정기에 있어서, 제1렌즈와 제2렌즈 사이에 비선형 결정을 설치하거나, 적외선 레이저원과 제2광빔 분할기 사이에 비선형 결정을 설치함으로써 달성될 수 있다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

제2도에는 제1도와 동일한 구성 요소에 동일한 참조 번호를 붙이고 이들 요소에 관한 설명은 생략한다.

제2도를 참조하면, 제1도에 도시된 종래의 레이저 거리 측정기의 단점을 해결하기 위하여 목표물 조준용 LED(30)을 비롯하여 제3렌즈(28), 및 제3광빔 분할기(12)를 제거하는 대신 비선형 결정(60)과 필터(62)를 부가하여 구성하고 있다.

상기 비선형 결정은 Y. R. Shen "The Principles of Nonlinear Optics", John Wiley & Sons(1984), Chapter 7에 기본 원리가 기재되어 있는데, 이 문헌은 비선형 광학에 관한 가장 일반적인 내용으로 본 발명에 참고 문헌으로 사용되었다. 이 비선형 결정에 의한 고조파 발생 현상을 간단히 수학적으로 설명하기 위해서는 모든파는 평면파로 가정하고, 펌프광의 소모(pump depletion)은 무시할 수 있을 정도로 작다고 가정하여 무시할 수 있는 펌프광의 소모에 근사한 평면파를 발생시키며, 이 평면파는 2차 고조파를 발생시킨다.

제2도에 있어서, 참조 번호(10)은 레이저원이고, 참조 번호(14)는 제1렌즈이며, 참조 번호(16)은 제2렌즈이고, 참조 번호(18)은 제1광빔 분할기이며, 참조 번호(32)는 제2광빔 분할기이고, 참조 번호(24)는 망원경이며, 참조 번호(34)는 검출기이다.

이러한 구성에 있어서, 레이저원(10), 제2광빔 분할기(32), 제1렌즈(14), 제2렌즈(16) 및 제1광빔 분할기(18)은 일직선 상에 배치되어 있다. 따라서, 레이저원(10)이 강한 적외선 레이저광을 발생시켜, 이 광을 제1렌즈(14)와 제2렌즈(16) 사이에 일체로 설치된 비선형 결정(60)에 위상 정합 조건이 맞도록 입사시키면, 이차 고조파 발생(second harmonic wave generation)에 의하여 광의 일부가 가시광선으로 바뀌어져서 나오게 된다. 이때 적외선과 가시광선의 방향이 서로 일치하게 되므로, 이것을 레이저 거리 측정기에 이용하면, 목표 조준 방향과 적외선 레이저원 광의 진행 방향이 정확히 일치하게 되는 장점이 있으며, 발산하는 빛이 결정으로 입사하기 때문에, 진동이나 충격에 의해 결정이 흔들리더라도 적외선으로부터 가시광으로의 변환이 안정되게 일어나게 되어 전체 시스템이 진동이나 충격에 대해 매우 안정한 장점이 있다. 다만, 이때 변환된 가시광선의 세기를 눈에 손상을 주지 않도록 충분히 작게 하기 위하여 제1광빔 분할기(18)과 표적물 사이에는 가시광선인 이차 고조파를 차단하는 필터(62)를 선택적으로 설치하는 것이 좋다.

한편, 상기 비선형 결정은 제1렌즈(14)와 제2렌즈(16) 사이는 물론 적외선 레이저원(10)과 제2광빔 분할기(32) 사이에도 설치하여 관측자가 보는 가시광의 방향이 실제 측정에 사용되는 레이저 광선의 방향과 일치하는 효과를 얻을 수도 있다.

본 발명은 양호한 실시예에 관하여 상세하게 설명되었지만 이것은 단지 한 예이고 이에 국한되지는 않는다. 본 분야에 숙련된 기술자들이라면 본 발명을 다양하게 변형시킬 수 있다. 이러한 변형 및 추가 실시예는 본 발명의 정신 및 범위내에서만 이루어져야 한다.

Claims (4)

1. 대향하는 제1 및 제2방향을 갖고 있는 광축의 제1방향을 따라 적외선 광을 방출하기 위한 적외선 레이저원, 대향하는 제1 및 제2측면을 갖고 있고, 제1측면에서 광축을 따라 제1방향으로 이동하는 광 빔을 수신하기 위해 광축을 따라 배치되어 있으며, 상기 적외선 레이저원로부터 출광하는 적외선 광을 적어도 부분적으로 포함하고 있고, 상기 제2측면으로부터 광축을 따라 제1방향으로 확대된 광 빔을 방출하기 위한 광속 확대기를 구비하는데, 상기 광속 확대기는 제1 및 제2렌즈를 통해 지속적으로 이동하는 상기 광 빔을 확대시키기 위해 광축을 따라 배치되고 서로 지향되어 있는 상기 제1측면에 배치된 제1렌즈와 상기 제2측면에 배치된 제2렌즈를 갖고 있고, 대향하는 앞면 및 뒷면을 갖고, 상기 앞면은 적외선 광을 전반사시키고 가시광을 부분 반사시키는 물질로 코팅되어 있으며, 뒷면은 가시광을 무반사가 이루어지도록 구성한 제1광빔 분할기를 구비하는데, 상기 광빔 분할기는 상기 앞면에서 제1방향으로 이동하는 상기 확대된 광 빔을 수신하도록 광축을 따라 배치되고, 상기 확대된 광 빔 내에 포함되는 적외선 광 빔이 가상 목표물을 향하여 반사될 수 있도록 광축에 대해 임의의 각도로 지향되며, 광축을 따라 배치되고, 광축을 따라 제1방향으로 이동하며, 상기 제1광빔 분할기의 앞면 및 뒷면을 통해 지속적으로, 부분적으로 통과하는 가시광선을 수신하도록 배향되며, 광축을 따라 제2방향으로 상기 광빔 분할기의 뒷면을 향하여 다시 가시광선을 반사시키는 역 반사체, 가시광선을 상기 역 반사체에 의해 지속적으로 먼저 반사시키고, 상기 제1광빔 분할기에 의해 부분적으로 반사시킨 후에 상기 가시광선을 수신하도록 배치된 망원경, 상기 적외선 광만을 부분 반사시키는 물질로 코팅된 앞면을 갖고 있는 제2광빔 분할기를 구비하는데, 상기 제2광빔 분할기는 광축을 따라 제2방향으로 이동하는 복귀 적외선광을 수신하기 위해 상기 적외선 레이저원과 상기 광속 확대기 사이의 광축을 따라 배치되고, 검출기를 향하여 복귀 적외선 광을 적어도 부분적으로 반사시킬 수 있도록 광축에 대해 임의의 각도로 지향되고, 제1방향으로 이동하는 적외선 광을 차단하여 그 일부분을 광축을 따라 제1방향으로 역시 이동하는 가시광선으로 변환하기 위해 상기 적외선 레이저원과 제1광빔 분할기 사이에 광축을 따라 배치된 비선형 결정을 구비함으로써, 상기 확대된 광 빔이 제1광빔 분할기에 도달할 때 적외선 및 가시광선 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 거리 측정기.
2. 제1항에 있어서, 비선형 결정이 상기 제1렌즈와 제2렌즈 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저 거리 측정기.
3. 제1항에 있어서, 비선형 결정이 상기 적외선 레이저원과 제2광빔 분할기 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저 거리 측정기.
4. 제1항에 있어서, 상기 비선형 결정이 상기 적외선 레이저원에서 발진된 적외선 레이저원 광의 일부를 가시광선으로 바꾸는 것을 특징으로 하는 레이저 거리 측정기.