WO2020101233A1 - 가시광선 레이저와 근적외선 펄스 레이저를 이용한 거리 측정 장치 및 측정 방법 - Google Patents

가시광선 레이저와 근적외선 펄스 레이저를 이용한 거리 측정 장치 및 측정 방법 Download PDF

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laser
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한성흠
김승만
오정석
노승국
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한국기계연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a distance measuring device and method for measuring a distance of a measurement object using a laser, and more particularly, to a distance measuring device and a measuring method using a visible light laser and a near infrared pulse laser.
  • the distance measurement technology using a laser irradiates pulsed light such as laser light toward a measurement object, and receives the reflected pulse light reflected from the measurement object by an optical system such as a convex lens or a concave mirror, and irradiates such pulsed light It is a technology to measure the distance to the measurement target by detecting the delay time from the light reception to the light reception.
  • Distance measuring devices using a near-infrared pulse laser have been developed in the direction of extending a region that can be measured without ambiguity while improving resolution.
  • Distance measuring devices using a near-infrared pulse laser have a lower resolution than a laser interferometer having a nanometer-level resolution, but have an advantage that a region that can be measured without ambiguity is longer than a laser interferometer.
  • the distance measuring device using a near-infrared pulse laser uses a laser in a wavelength range that is invisible to the human eye, there is a difficulty in alignment when installing the device, and safety problems such as laser light entering the human eye may occur.
  • the near-infrared pulse laser has a ambiguity problem in which a number of solutions that the measured distance value can have are numerous due to measurement ambiguity due to repetitive characteristics of the laser pulse.
  • An aspect of the present invention is to provide a distance measuring device and a distance measuring method capable of extending a range capable of measuring distance without ambiguity by applying a visible light laser to a near infrared pulse laser distance measuring device.
  • Another aspect of the present invention is to provide a distance measuring device and a distance measuring method capable of improving distance measurement resolution by configuring an additional laser interferometer in a near infrared pulse laser distance measuring device.
  • Another aspect of the present invention is to provide a distance measuring device and a distance measuring method for improving convenience and safety of use by using visible light as a guide beam for a near infrared pulse laser distance measuring device.
  • a distance measuring device is a device for measuring a distance to a measurement object, and generates a near-infrared laser pulse having a predetermined NAR (Non-Ambiguity Range) value to measure the object
  • NAR Non-Ambiguity Range
  • a near-infrared laser optical system that emits light toward a measurement object by emitting a near-infrared laser pulse reflected from the measurement object, and converts it into a near-infrared electrical signal, and emits it toward the measurement object, and emits light toward the measurement object.
  • a visible light laser optical system that receives light and converts it into a visible light electrical signal, and calculates a first distance value from the visible light electrical signal to calculate the number of repetitions of the NAR during the distance to the measurement object, and calculates the number of repetitions and And a calculating unit calculating a distance to the measurement target by using the second distance value calculated from the near-infrared electrical signal.
  • the operation unit may calculate a distance to the measurement target by adding the value calculated by multiplying the NAR value and the number of repetitions to the second distance value.
  • [] is a Gaussian function
  • ⁇ D is the distance measured by the visible light laser optical system
  • NAR is the non-Ambiguity Range constant of the near infrared laser optical system
  • D is the actual distance
  • d is the near infrared laser optical system. This is the measured distance.
  • the near-infrared laser optical system generates a near-infrared laser pulse and generates a near-infrared pulse laser, passes through the emitted near-infrared laser pulse, and receives the reflected near-infrared laser pulse to change a light path through a first optical coupler and the reflection It may include a signal detection unit for receiving the near-infrared laser pulse to generate the near-infrared electrical signal and transmits it to the operation unit.
  • the distance measuring device combines a near-infrared laser pulse emitted from the near-infrared laser optical system with visible light laser light emitted from the visible-ray laser optical system to irradiate the measurement object, and receives light reflected from the measurement object to receive the
  • a second optical coupler may be further separated and transmitted by the near infrared laser pulse and the visible light laser light.
  • the visible light laser optical system a visible light laser for generating and emitting the visible light laser light, passes the emitted visible light laser light, and receives the reflected visible light laser light to change the optical path of the third light
  • a coupler an optical detector for receiving the reflected visible light laser light transmitted from the third optical coupler to generate the visible light electrical signal, a function generator for generating a preset electrical signal waveform and providing the visible light laser to the visible light laser, and And a delay time detector for receiving the visible light electrical signal from the photo detector, receiving the electrical signal waveform or the time of generation from the function generator, and calculating a delayed time of the visible light electrical signal and transmitting the delayed time to the operation unit.
  • the distance measuring device further includes a first optical splitter that passes the near infrared laser pulse emitted from the near infrared laser optical system and reflects the visible laser light emitted from the visible laser optical system. It can contain.
  • the near-infrared laser optical system generates a near-infrared laser pulse and emits and radiates a portion of the near-infrared laser pulse, reflects a portion of the emitted near-infrared laser pulse, transmits it to a reference plane mirror, passes through another portion, and irradiates the measurement object, and the measurement object
  • a second optical splitter that receives the near-infrared laser pulse reflected from the beam and changes the optical path, receives the near-infrared laser pulse reflected from the measurement object, and the near-infrared laser pulse reflected from the reference plane mirror to generate the near-infrared electrical signal to generate the calculation unit It may include a signal detector for transmitting.
  • the visible light laser optical system a visible light laser for generating and emitting the visible light laser light, a third light splitter for reflecting the emitted visible light laser light and passing the reflected visible light laser light, the third The light detector receiving the reflected visible light laser light transmitted from the optical splitter to generate the visible light electrical signal, a function generator for generating a preset electrical signal waveform and providing the visible light laser to the visible light laser, and from the light detector
  • a delay time detector may be provided to receive a visible light electrical signal, calculate the delayed time of the visible light electrical signal by receiving the electrical signal waveform or a time point at which the function generator is generated, and transmit the delayed time of the visible light electrical signal to the operation unit.
  • a distance measuring method is a method of measuring a distance to a measurement object, and generates the near infrared laser pulse having a predetermined NAR (Non-Ambiguity Range) value to measure the object. Emission toward, receiving the near-infrared laser pulse reflected from the measurement object and converting it into a near-infrared electrical signal, generating visible light laser light and emitting it toward the measurement object, and emitting visible light laser light reflected from the measurement object Receiving and converting it into a visible light electrical signal, and calculating a first distance value from the visible light electrical signal to calculate the number of repetitions of the NAR during the distance to the measurement target, and from the number of repetitions and the near infrared electrical signal And calculating a distance to the measurement target using the calculated second distance value.
  • NAR Non-Ambiguity Range
  • a distance measuring device is a device for measuring a distance to a measurement object, generates a near-infrared laser pulse, emits it toward the measurement object, and receives the near-infrared laser pulse reflected from the measurement object
  • a near-infrared laser optical system that converts into a near-infrared electrical signal, visible light laser light having a predetermined NAR (Non-Ambiguity Range) value, at least a portion of which is emitted toward the measurement object, and at least another portion is a reference plane mirror
  • a visible light laser optical system that converts an interference signal that reflects the visible light laser light reflected from the measurement object and interferes with the visible light laser light reflected from the reference plane mirror into a visible light electrical signal, and the near infrared light electrical signal.
  • the operation unit may calculate a distance to the measurement target by adding the value calculated by multiplying the NAR value and the number of repetitions to the third distance value.
  • the operation unit receives the near-infrared electrical signal from the near-infrared laser optical system, obtains a second distance value ⁇ D 'of a second precision, calculates the integer number n, which is the number of repetitions, according to the following equation (3), and the visible A third distance value d 'of a third precision higher than the second precision obtained from the visible light electrical signal is provided from the light laser optical system and the actual distance D' can be calculated according to the following equation (4).
  • [] is a Gaussian function
  • ⁇ D ' is the distance measured in the near-infrared laser optical system
  • NAR' is the non-Ambiguity Range constant of the visible light laser optical system
  • D ' is the actual distance
  • d' is This is the distance measured by the visible light laser optical system.
  • the near-infrared laser optical system a first infrared coupler for generating and emitting the near-infrared laser pulse, passing through the emitted near-infrared laser pulse, and receiving the reflected near-infrared laser pulse to change the optical path, the first optical coupler
  • the optical coupler may include a signal detector configured to receive the reflected near-infrared pulse laser whose path is changed and generate the near-infrared electrical signal and transmit it to the operation unit.
  • the distance measuring device combines a near-infrared laser pulse emitted from the near-infrared laser optical system with visible light laser light emitted from the visible-ray laser optical system to irradiate the measurement object, and receives light reflected from the measurement object to receive the
  • a second optical coupler may be further separated and transmitted by the near infrared laser pulse and the visible light laser light.
  • the visible light laser optical system passes a visible light laser that generates and emits the visible light laser light, passes the emitted visible light laser light, and receives the visible light laser light reflected from the measurement object to change the optical path.
  • a third optical coupler an optical detector that receives and interferes with the visible light laser light reflected from the reference plane mirror and the visible light laser light reflected from the measurement object, and converts the interference signal into the visible light electrical signal. It may include an interference signal analyzer that receives the visible light electrical signal and calculates the third distance value and provides it to the operation unit.
  • a distance measuring device includes a first optical splitter that passes the near-infrared laser pulse emitted from the near-infrared laser optical system and reflects the visible light laser light emitted from the visible-ray laser optical system. It may further include.
  • the near-infrared laser optical system generates a near-infrared laser pulse and emits and radiates a portion of the near-infrared laser pulse, reflects a portion of the emitted near-infrared laser pulse, transmits it to the reference plane mirror, passes through another portion, and irradiates the measurement object, and measures
  • a second optical splitter that receives a near-infrared laser pulse reflected from an object to change an optical path, receives the near-infrared laser pulse reflected from the measurement object and the near-infrared laser pulse reflected from the reference mirror, and generates the near-infrared electrical signal to generate the It may include a signal detection unit to pass to the operation unit.
  • the visible light laser optical system is a visible light laser that generates and emits the visible light laser light, reflects a part of the emitted visible light laser light, transmits it to the reference plane mirror, and passes the other part to irradiate the measurement target.
  • 2 light splitter a third light splitter that reflects the emitted visible light laser light, and passes visible light laser light reflected from the reference mirror and from the measurement object, respectively, reflected from the reference mirror and the measurement object, respectively Interference that receives the visible light laser light and interferes with the interference signal to convert the visible light electrical signal, and receives the visible light electrical signal from the light detector, calculates the third distance value, and delivers the interference to the calculation unit And a signal analyzer.
  • a distance measuring method is a method of measuring a distance to a measurement object, generates a near infrared laser pulse, emits it toward the measurement object, and receives the near infrared laser pulse reflected from the measurement object Converting to a near infrared electrical signal, generating visible light laser light having a predetermined NAR (Non-Ambiguity Range) value, emitting at least a portion toward the measurement object and reflecting at least another portion from a reference mirror , Converting the interference signal interfering with the visible light laser light reflected from the measurement object and the visible light laser light reflected from the reference plane mirror into a visible light electrical signal, and calculating a second distance value from the near infrared electrical signal And calculating the number of repetitions of the NAR during the distance to the measurement object, and calculating the distance to the measurement object using the repetition number and the third distance value calculated from the visible light electrical signal.
  • NAR Non-Ambiguity Range
  • the distance measuring device by using a beam in the visible light region further, a long distance can be measured without ambiguity, and it is convenient to use and has an effect of preventing a safety accident.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an optical system of a distance measuring device according to a first embodiment of the present invention.
  • 2 is a graph showing the intensity of an electric field over time of a near-infrared laser pulse.
  • 3 is a graph showing a relationship between an actual distance and a measured distance according to the presence or absence of ambiguity.
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing an optical system of a distance measuring device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing an optical system of a distance measuring device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an optical system of a distance measuring device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an optical system of a distance measuring device according to a first embodiment of the present invention.
  • the distance measuring device 10 is a device for measuring a distance to a measurement object T by receiving a reflected light by irradiating a laser light to the measurement object T, and is near infrared It includes a near-infrared laser optical system 110 for generating an electrical signal, a visible light laser optical system 210 for generating a visible light electrical signal, and a calculation unit 300 for receiving the signals and calculating a distance value.
  • the near-infrared laser optical system 110 may generate a near-infrared laser pulse and emit it toward the measurement target T, receive the near-infrared laser pulse reflected from the measurement target T, and convert it into a near-infrared electrical signal.
  • the near-infrared electrical signal converted in this way may be transmitted to the operation unit 300.
  • the near-infrared laser optical system 110 includes a near-infrared pulse laser 101 and a first optical coupler 113 connected thereto, and the first optical coupler 113 is connected to the signal detection unit 105 and the second optical coupler 160. Each can be connected.
  • An optical circulator may be used as the first optical coupler 113.
  • the near-infrared pulse laser 101 may generate a near-infrared laser pulse and provide it to the first optical coupler 113, and the first optical coupler 113 passes the emitted near-infrared laser pulse to the second optical coupler 160 Can be provided on.
  • the second optical coupler 160 may combine with visible light laser light emitted from the visible light laser optical system 210 to irradiate (transmit) light to the measurement target T.
  • the second optical coupler 160 combines the near-infrared laser pulse emitted from the near-infrared laser optical system 110 and the visible laser light emitted from the visible-ray laser optical system 210 as a measurement target (T). Irradiation and receiving light reflected from the measurement target T may be transmitted to the near-infrared laser optical system 110 and the visible light laser optical system 210.
  • the second optical coupler 160 may be a WDM (Wavelength-Division Multiplexing) coupler that can be separated and transmitted by a near-infrared laser pulse and a visible light laser light, respectively.
  • WDM Widelength-Division Multiplexing
  • the first optical coupler 113 may receive the near-infrared laser pulse reflected from the measurement target T to change the optical path. That is, the first optical coupler 113 may change the path in a direction different from the direction in which the near-infrared laser pulse emitted from the near-infrared pulse laser 101 enters and send the reflected near-infrared laser pulse to the signal detector 105.
  • the signal detection unit 105 may receive the reflected near-infrared laser pulse to generate a near-infrared electrical signal and transmit it to the operation unit 300.
  • the visible light laser optical system 210 may generate visible light laser light and emit it toward the measurement target T, receive the visible light laser light reflected from the measurement target T, and convert it into a visible light electrical signal.
  • the converted electrical signal of visible light may be transmitted to the operation unit 300.
  • the visible light laser optical system 210 includes a visible light laser 201 and a third optical coupler 213 connected thereto, and the third optical coupler 213 includes a photo detector 205 and a second optical coupler 160. Can be connected to each. An optical circulator may be used as the third optical coupler 213.
  • the photo detector 205 is connected to the delay time detector 207, and a function generator 203 for generating an electrical signal waveform can be connected to each of the visible light laser 201 and the delay time detector 207.
  • the visible light laser 201 may generate and emit visible light laser light
  • the third optical coupler 213 may pass the emitted visible light laser light and transmit it to the second optical coupler 160.
  • the optical coupler 160 may combine this with the near-infrared laser light emitted from the near-infrared laser optical system 110 to irradiate (transmit) the measurement object T. Therefore, the third optical coupler 213 may provide a guide beam visible to a human eye by sending visible light laser light to the measurement target T through the second optical coupler 160.
  • the third optical coupler 213 may receive the visible light laser light reflected from the measurement target T to change the optical path. That is, the third optical coupler 213 may transfer the reflected visible light laser to the photo detector 205 by changing a path in a direction different from the direction in which the visible light laser light emitted from the visible light laser 201 is incident. .
  • the photo detector 205 may receive the reflected visible light laser light to generate a visible light electrical signal and transmit it to the delay time detector 207.
  • the function generator 203 connected to each of the visible light laser 201 and the delay time detector 207 generates a preset electrical signal waveform and provides it to the visible light laser 201, and the generated electrical signal waveform or the time of generation thereof Can be delivered to the delay time detector 207.
  • the function generator 203 generates a function signal capable of modulating the output or frequency of the visible light laser 201, provides the function signal to the visible light laser 201, and delays the signal indicating when the function signal is generated.
  • the delay time detector 207 calculates the delayed time of the visible light electrical signal by comparing the received electrical signal waveform or the time of its generation with the visible light electrical signal of the reflected visible light laser light transmitted from the light detector 205. can do. That is, the delay time from the function generation time of the function generator 203 can be detected and provided to the operation unit 300.
  • the near-infrared pulse laser 101 generates a near-infrared laser pulse with a constant period Tr. Due to these periodic characteristics, when measuring a distance using a near-infrared pulse laser, signals of the same type are generated between successive pulses, and ambiguity occurs because each signal cannot be distinguished.
  • the distance that can be measured without ambiguity is called NAR (Non-Ambiguity Range), and the actual distance (D) can be obtained using the measured distance (d) and NAR.
  • the calculator 300 may receive a visible light electrical signal from the visible light laser optical system 210 to obtain a first distance value ⁇ D of the first precision of the measurement target T. That is, when the delay time detector 207 calculates the delay time of the visible light laser light reflected from the measurement target T and transfers it to the calculation unit 300, the calculation unit 300 calculates the distance value for the delay time ⁇ D can be obtained.
  • the calculator 300 may receive a near-infrared electrical signal from the near-infrared laser optical system 110 to obtain a second distance value d having a second precision of the measurement target T. At this time, the second precision is higher than the first precision.
  • the distance value measured by the near-infrared laser pulse can be measured with high precision, but due to the periodic characteristics, it appears with ambiguity in a periodic form like the solid line in FIG.
  • an integer n value can be obtained from Equation 1 below by measuring the distance ⁇ D with low precision. That is, the integer n corresponds to the number of repetitions of the NAR during the distance to the measurement object, and the n value obtained in Equation 2 can be substituted to measure the distance with high precision without ambiguity.
  • the resolution of the distance measurement value measured using the visible light laser 201 should be smaller than the NAR measured by the near infrared pulse laser 101.
  • the calculating unit 300 calculates an integer n according to Equation 1 below using ⁇ D and NAR (Non-Ambiguity Range), and again uses n, d and NAR to calculate the actual distance D according to Equation 2 below. Can be calculated.
  • the first distance value ⁇ D is a low precision true distance value
  • the second distance value d is a high precision folded distance value higher than the first precision
  • the actual distance D can be said to be a high precision true distance value.
  • the distance to be actually measured is the same as the graph in (b), but if the value multiplied by the NAR is not obtained by obtaining the n value, it appears as if folded within the NAR as in the graph in (a).
  • n [ ⁇ D / NAR]
  • Equation (1) takes the integer value of the quotient of ⁇ D divided by NAR and places it as n
  • Equation (2) obtains D by adding d to the value of NAR multiplied by n.
  • [] is a Gaussian function
  • ⁇ D is the distance measured by the visible light laser optical system
  • NAR is the non-Ambiguity Range constant of the near infrared laser optical system
  • D is the actual distance
  • d is the near infrared laser optical system. This is the measured distance.
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing an optical system of a distance measuring device according to a second embodiment of the present invention.
  • the distance measuring device 20 is a near-infrared laser optical system 120 that generates a near-infrared electrical signal, and a visible light laser that generates a visible light electrical signal. It includes an optical system 220 and a calculation unit 300 that receives these signals and calculates a distance value.
  • the first infrared light splitter 170 for passing the near infrared laser pulse emitted from the near infrared laser optical system 120 and reflecting the visible light laser light emitted from the visible light laser optical system 220 may be provided.
  • the near-infrared laser optical system 120 includes a near-infrared pulse laser 101 and a first optical splitter 170 and a second optical splitter 123 connected thereto, and the second optical splitter 123 includes a signal detector 105 Each of the first optical splitters 170 may be connected.
  • the near-infrared pulse laser 101 may generate a near-infrared laser pulse and provide it to the second light splitter 123 through the first light splitter 170.
  • the second optical splitter 123 reflects a part of the near-infrared laser pulse provided from the near-infrared pulse laser 101 and transmits it to the reference plane mirror 209, and passes through the other part to be irradiated (transmitted) to the measurement target T. have.
  • the second optical splitter 123 may receive the near-infrared laser pulse reflected from the measurement target T to change the optical path, and pass the near-infrared laser pulse reflected from the reference mirror 209. That is, the second optical splitter 123 may change the path in a direction different from the direction in which the near-infrared laser pulse provided from the near-infrared pulse laser 101 enters, and send the reflected near-infrared laser pulse to the signal detector 105.
  • the signal detection unit 105 may receive the reflected near-infrared laser pulse and generate a near-infrared electrical signal and transmit it to the operation unit 300.
  • the visible light laser optical system 220 includes a visible light laser 201 and a third optical splitter 223 connected thereto, and the third optical splitter 223 includes a photo detector 205 and a first optical splitter 170. Can be connected to each.
  • the photo detector 205 is connected to the delay time detector 207, and a function generator 203 for generating an electrical signal waveform can be connected to each of the visible light laser 201 and the delay time detector 207.
  • the delay time detector 207 may be connected to the calculation unit 300.
  • the visible light laser 201 may generate and emit visible light laser light
  • the third light splitter 223 may reflect the emitted visible light laser light and provide it to the first light splitter 170.
  • the first optical splitter 170 may reflect the provided visible light laser light and irradiate (transmit) the measurement target T past the second optical splitter 123.
  • the visible light laser light reflected from the measurement object T is received by the second light splitter 123 and passes through it, and is reflected by the first light splitter 170 and transmitted to the third light splitter 223. .
  • the third optical splitter 223 receives the reflected visible light laser light and provides it to the photodetector 205, which the photodetector 205 generates as a visible light electric war signal and transmits it to the delay time detector 207. Can be.
  • the function generator 203 connected to each of the visible light laser 201 and the delay time detector 207 generates a preset electrical signal waveform and provides it to the visible light laser 201, and the generated electrical signal waveform or the time of generation thereof Can be delivered to the delay time detector 207.
  • the delay time detector 207 calculates the delayed time of the visible light electrical signal by comparing the received electrical signal waveform or the time of its generation with the visible light electrical signal of the reflected visible light laser light transmitted from the light detector 205. can do. That is, the delay time from the function generation time of the function generator 203 can be detected and provided to the operation unit 300.
  • the calculating unit 300 may receive a visible light electrical signal from the visible light laser optical system 220 to obtain a first distance value ⁇ D of the first precision of the measurement target T. That is, when the delay time detector 207 calculates the delay time of the visible light laser light reflected from the measurement target T and transfers it to the calculation unit 300, the calculation unit 300 calculates the distance value for the delay time ⁇ D can be obtained. Also, the calculator 300 may receive a near-infrared electrical signal from the near-infrared laser optical system 120 to obtain a second distance value d having a second precision of the measurement target T. At this time, the second precision is higher than the first precision.
  • the operation unit 300 uses ⁇ D and NAR (Non-Ambiguity Range) to determine the number of repetitions of NAR during the distance to the integer n, that is, the measurement target according to Equation 1 above. Calculation and again using n, d, and NAR, the actual distance D can be calculated according to Equation 2 above.
  • ⁇ D and NAR Non-Ambiguity Range
  • the first optical splitter 170 is located behind the second optical splitter 123, and accordingly, the near-infrared laser pulse and visible laser light before the second optical splitter 123 are first optical splitter 170.
  • the first optical splitter 170 may be positioned forward (direction closer to the measurement target) than the second optical splitter 123, in this case near infrared laser pulses after the second optical splitter 123 And visible light laser light can be combined, which is also within the scope of the present invention.
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing an optical system of a distance measuring device according to a third embodiment of the present invention.
  • the distance measuring device 30 is a near-infrared laser optical system 130 for generating a near-infrared electrical signal, a visible light laser optical system for generating a visible light electrical signal 230 and transmitting these signals It includes an operation unit 300 for receiving and calculating the distance value.
  • the near-infrared laser optical system 130 may generate a near-infrared laser pulse and emit it toward the measurement target T, receive the near-infrared laser pulse reflected from the measurement target T, and convert it into a near-infrared electrical signal.
  • the near-infrared electrical signal converted in this way may be transmitted to the operation unit 300.
  • the near-infrared laser optical system 130 includes a near-infrared pulse laser 101 and a first optical coupler 113 connected thereto, and the first optical coupler 113 is connected to the signal detection unit 105 and the second optical coupler 180. Each can be connected.
  • An optical circulator may be used as the first optical coupler 113.
  • the near-infrared pulse laser 101 may generate a near-infrared laser pulse and provide it to the first optical coupler 113, the first optical coupler 113 passing the emitted near-infrared laser pulse and the second optical coupler 180
  • the second optical coupler 180 may combine it with visible laser light emitted from the visible laser system 230 to irradiate (transmit) the measurement target T.
  • the second optical coupler 180 combines the near-infrared laser pulse emitted from the near-infrared laser optical system 130 and the visible light laser light emitted from the visible-ray laser optical system 230 as a measurement target (T). Irradiation and receiving light reflected from the measurement target T may be transmitted to the near-infrared laser optical system 130 and the visible light laser optical system 230.
  • the first optical coupler 113 may receive the near-infrared laser pulse reflected from the measurement target T to change the optical path. That is, the first optical coupler 113 may change the path in a direction different from the direction in which the near-infrared laser pulse emitted from the near-infrared pulse laser 101 enters and send the reflected near-infrared laser pulse to the signal detector 105.
  • the signal detection unit 105 may receive the reflected near-infrared laser pulse to generate a near-infrared electrical signal and provide it to the operation unit 300.
  • the visible light laser optical system 230 generates visible light laser light to emit at least a portion toward the measurement target T, and at least a portion of the visible light is reflected by the reference mirror 209, and visible light reflected from the measurement target T
  • the interference signal that interfered with the laser beam and the visible light laser light reflected from the reference plane mirror 209 may be converted into a visible light electrical signal.
  • the distance value obtained from the thus converted visible light electrical signal may be provided to the calculation unit 300.
  • the visible light laser optical system 230 includes a visible light laser 201 and a third optical coupler 213 connected thereto, and the third optical coupler 213 includes a photo detector 205 and a second optical coupler 180 Can be connected to each.
  • An optical circulator may be used as the third optical coupler 213.
  • the second optical coupler 180 may be connected to the reference plane mirror 209.
  • the visible light laser 201 may generate and emit visible light laser light
  • the third optical coupler 213 may pass the emitted visible light laser light and transmit it to the second optical coupler 180.
  • the optical coupler 180 may combine this with near-infrared laser light emitted from the near-infrared laser optical system 130 to irradiate (transmit) light to a measurement target T.
  • the third optical coupler 213 may provide a guide beam visible to a human eye by sending visible laser light to the measurement target T through the second optical coupler 180.
  • the third optical coupler 213 may receive the visible light laser light reflected from the measurement target T to change the optical path. That is, the third optical coupler 213 may transfer the reflected visible light laser light to the light detector 205 by changing a path in a direction different from the direction in which the visible light laser light emitted from the visible light laser 201 is incident. have. Accordingly, the third optical coupler 213 may provide the visible light laser light reflected from the reference mirror 209 and the visible light laser light reflected from the measurement target T to the photo detector 205.
  • the optical detector 205 receives the visible light laser light reflected from the reference plane mirror 209 and the visible light laser light reflected from the measurement target T, and converts the interfered signal into a visible light electrical signal to convert the interference signal analyzer ( 226).
  • the interference signal analyzer 226 may receive a visible light electrical signal from the photo detector 205 and calculate a third distance value and transmit it to the operation unit 300.
  • the calculator 300 may receive a near-infrared electrical signal from the near-infrared laser optical system 130 to obtain a second distance value ⁇ D ′ of the second precision of the measurement target T.
  • the calculator 300 may be provided with a third distance value d 'having a third precision of the measurement target T obtained from the visible light electrical signal from the visible light laser optical system 230. At this time, the third precision is higher than the second precision.
  • the calculating unit 300 calculates the number of repetitions of NAR 'during the distance to the measurement target according to the following Equation 3 using ⁇ D' and NAR ', and again calculates n, d' and NAR '. Using it, the actual distance D 'can be calculated according to Equation 4 below.
  • the second distance value ⁇ D ' is a high-precision true distance value
  • the third distance value d' is an ultra-high-precision folded distance value higher than the second precision
  • the actual distance D ' is an ultra-high-precision true distance value.
  • n [ ⁇ D '/ NAR']
  • Equation (3) takes the integer value of the quotient of ⁇ D 'divided by NAR' and places it as n, and Equation (4) obtains D 'by adding d' to NAR 'multiplied by n.
  • [] is a Gaussian function
  • ⁇ D ' is the distance measured in the near-infrared laser optical system
  • NAR' is the non-Ambiguity Range constant of the visible light laser optical system
  • D ' is the actual distance
  • d' is This is the distance measured by the visible light laser optical system.
  • the visible light guide beam can measure the distance with a higher resolution than the near infrared pulse laser distance measurement using the principle of a heterodyne or a homodyne interferometer.
  • ambiguity occurs when the principle of heterodyne or homodyne interferometer is applied.
  • the distance that can be measured without ambiguity is shorter than the distance measured using a near-infrared pulse laser, so it is combined with the distance value measured using a near-infrared pulse laser. Longer, measurable areas and higher resolution can be obtained.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an optical system of a distance measuring device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the distance measuring device 40 includes a near-infrared laser optical system 140 that generates a near-infrared electrical signal and a visible light laser that generates a visible light electrical signal. It includes an optical system 240 and a calculation unit 300 that receives these signals and calculates a distance value.
  • the first infrared light splitter 170 that passes the near infrared laser pulse emitted from the near infrared laser optical system 140 and reflects the visible light laser light emitted from the visible light laser optical system 240 may be provided.
  • the near-infrared laser optical system 140 includes a near-infrared pulse laser 101 and a first optical splitter 170 and a second optical splitter 123 connected thereto, and the second optical splitter 123 includes a signal detector 105 Each of the first optical splitters 170 may be connected.
  • the near-infrared pulse laser 101 may generate a near-infrared laser pulse and provide it to the second light splitter 123 through the first light splitter 170.
  • the second optical splitter 123 reflects a part of the near-infrared laser pulse provided from the near-infrared pulse laser 101 and transmits it to the reference plane mirror 209, and passes through the other part to be irradiated (transmitted) to the measurement target T. have.
  • the second optical splitter 123 may receive the near-infrared laser pulse reflected from the measurement target T to change the optical path, and pass the near-infrared laser pulse reflected from the reference mirror 209. That is, the second optical splitter 123 may change the path in a direction different from the direction in which the near-infrared laser pulse provided from the near-infrared pulse laser 101 enters, and send the reflected near-infrared laser pulse to the signal detector 105.
  • the signal detection unit 105 may receive the reflected near-infrared laser pulse and generate a near-infrared electrical signal and transmit it to the operation unit 300.
  • the visible light laser optical system 240 includes a visible light laser 201 and a third optical splitter 223 connected thereto, and the third optical splitter 223 includes a photo detector 205 and a first optical splitter 170 Can be connected to each.
  • the photo detector 205 may be connected to the interference signal analyzer 226, and the interference signal analyzer 226 may be connected to the computation unit 300 again.
  • the visible light laser 201 may generate and emit visible light laser light
  • the third light splitter 223 may reflect the emitted visible light laser light and provide it to the first light splitter 170.
  • the first optical splitter 170 reflects the provided visible light laser light to provide a second optical splitter 123, the second optical splitter 123 transfers a part of it to the reference plane mirror 209 and transmits the other part It can be passed through and irradiated (transmitted) to the measurement target T.
  • the visible light laser light reflected from the measurement object T is received by the second light splitter 123 and passes through it, and is reflected by the first light splitter 170 and transmitted to the third light splitter 223. .
  • the visible light laser light reflected from the reference mirror 209 is reflected from the second light splitter 123 and provided to the first light splitter 170, and the first light splitter 170 reflects it again to reflect the third light It can be delivered to the divider 223.
  • the third optical splitter 223 may pass the visible light laser light reflected from the reference plane mirror 209 and the measurement target T, respectively, to provide it to the photodetector 205.
  • the photo detector 205 may receive the visible light laser light reflected from the reference plane mirror 209 and the measurement target T, and convert the interfered interference signal into a visible light electrical signal, which is an interference signal analyzer 226 Can be delivered to.
  • the interference signal analyzer 226 receives the visible light electrical signal converted from the interference signal, calculates a third distance value, and transmits it to the operation unit 300.
  • the calculator 300 may receive a near-infrared electrical signal from the near-infrared laser optical system 140 to obtain a second distance value ⁇ D ′ of the second precision of the measurement target T.
  • the calculator 300 may receive a visible light electrical signal from the visible light laser optical system 240 to obtain a third distance value d 'having a third precision of the measurement target T. At this time, the third precision is higher than the second precision.
  • the calculating unit 300 uses ⁇ D 'and NAR' to calculate the number of repetitions of the NAR during the distance to the measurement target according to Equation 3 above, and again uses n, d 'and NAR'. By doing so, the actual distance D 'can be calculated according to Equation 4 above.
  • the first optical splitter 170 is located behind the second optical splitter 123, and accordingly, the near-infrared laser pulse and visible laser light before the second optical splitter 123 are first optical splitter 170.
  • the first optical splitter 170 may be positioned forward (direction closer to the measurement target) than the second optical splitter 123, in this case near infrared laser pulses after the second optical splitter 123 And visible light laser light can be combined, which is also within the scope of the present invention.
  • first optical coupler 123 second optical splitter

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Abstract

본 기재의 거리 측정 장치는, 측정 대상까지의 거리를 측정하는 장치로서, 소정의 NAR (Non-Ambiguity Range, 비모호성 범위) 값을 갖는 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 상기 측정 대상을 향해 방출하고, 상기 측정 대상으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 근적외선 전기적 신호로 변환하는 근적외선 레이저 광학계, 가시광선 레이저 광을 생성하여 상기 측정 대상을 향해 방출하고, 상기 측정 대상으로부터 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 가시광선 전기적 신호로 변환하는 가시광선 레이저 광학계, 및 상기 가시광선 전기적 신호로부터 제1 거리 값을 계산하여 상기 측정 대상까지의 거리 동안 상기 NAR의 반복 횟수를 산출하고, 상기 반복 횟수 및 상기 근적외선 전기적 신호로부터 계산된 제2 거리 값을 이용하여 상기 측정 대상까지의 거리를 산출하는 연산부를 포함한다.

Description

가시광선 레이저와 근적외선 펄스 레이저를 이용한 거리 측정 장치 및 측정 방법
본 발명은 레이저를 이용하여 측정 대상의 거리를 측정하는 거리 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 가시광선 레이저와 근적외선 펄스 레이저를 이용한 거리 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것이다.
레이저를 이용한 거리 측정 기술은 레이저 광 등의 펄스 광을 측정 대상을 향해서 조사하고 이 펄스 광이 측정 대상으로부터 반사되어 오는 반사 펄스 광을 볼록 렌즈 또는 오목 거울 등의 광학계로 수광하며, 이러한 펄스 광의 조사에서 수광까지 소요된 지연 시간을 검출하여 측정 대상까지의 거리를 측정하는 기술이다.
근적외선 펄스 레이저는 근적외선 파장 대역의 광학 부품의 발달과 펨토초 레이저와 같은 레이저 기술의 발달 및 근적외선 펄스 레이저의 우수한 특성들로 인해 많은 거리 측정 기술들이 개발되고 있다. 근적외선 펄스 레이저를 이용한 거리 측정 장치들은 분해능은 향상시키면서도 모호성 없이 측정할 수 있는 영역을 확장시키는 방향으로 발전하고 있다. 근적외선 펄스 레이저를 이용한 거리 측정 장치들은 나노미터 수준의 분해능을 가지는 레이저 간섭계 보다는 낮은 분해능을 갖지만 레이저 간섭계보다는 모호성 없이 측정할 수 있는 영역이 길다는 장점이 있다.
그러나 근적외선 펄스 레이저를 이용한 거리 측정 장치는 사람의 눈에 보이지 않는 파장 영역의 레이저를 사용하기 때문에 장치의 설치 시 정렬의 어려움이 있고 사람의 눈에 레이저의 광이 들어가는 것과 같은 안전문제가 발생할 수 있다. 또한 근적외선 펄스 레이저는 레이저 펄스의 반복적인 특성에 의해 측정 모호성이 발생하여 측정된 거리 값이 가질 수 있는 해의 개수가 무수히 많이 존재하게 되는 모호성 문제가 발생한다.
본 발명의 일 측면은 근적외선 펄스 레이저 거리 측정 장치에 가시광선 레이저를 부가하여 적용함으로써 모호성 없이 거리 측정이 가능한 영역을 확장할 수 있는 거리 측정 장치 및 거리 측정 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 일 측면은 근적외선 펄스 레이저 거리 측정 장치에 추가적인 레이저 간섭계를 구성함으로써 거리 측정 분해능을 향상시킬 수 있는 거리 측정 장치 및 거리 측정 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 일 측면은 근적외선 펄스 레이저 거리 측정 장치에 가시광선을 가이드 빔으로 사용함으로써 사용의 편리성과 안전성을 향상시킨 거리 측정 장치 및 거리 측정 방법을 제공하고자 한다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는, 측정 대상까지의 거리를 측정하는 장치로서, 소정의 NAR (Non-Ambiguity Range, 비모호성 범위) 값을 갖는 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 상기 측정 대상을 향해 방출하고, 상기 측정 대상으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 근적외선 전기적 신호로 변환하는 근적외선 레이저 광학계, 가시광선 레이저 광을 생성하여 상기 측정 대상을 향해 방출하고, 상기 측정 대상으로부터 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 가시광선 전기적 신호로 변환하는 가시광선 레이저 광학계, 및 상기 가시광선 전기적 신호로부터 제1 거리 값을 계산하여 상기 측정 대상까지의 거리 동안 상기 NAR의 반복 횟수를 산출하고, 상기 반복 횟수 및 상기 근적외선 전기적 신호로부터 계산된 제2 거리 값을 이용하여 상기 측정 대상까지의 거리를 산출하는 연산부를 포함한다. 상기 연산부는 상기 NAR 값과 상기 반복 횟수를 곱하여 산출한 값을 상기 제2 거리 값에 더하여 상기 측정 대상까지의 거리를 산출할 수 있다.
즉, 상기 연산부에서는, 상기 가시광선 레이저 광학계로부터 상기 가시광선 전기적 신호를 제공받아 제1 정밀도의 제1 거리 값 ~D를 구하고 하기 식(1)에 따라 상기 반복 횟수인 정수 n을 계산하며, 상기 근적외선 레이저 광학계로부터 상기 근적외선 전기적 신호를 제공받아 상기 제1 정밀도보다 높은 제2 정밀도의 제2 거리 값 d를 구하고 하기 식(2)에 따라 실제 거리 D를 산출할 수 있다.
n = [~D/NAR] (1)
D = n × NAR + d (2)
여기서, [ ] 은 가우스 함수이고, ~D는 가시광선 레이저 광학계에서 측정된 거리, NAR은 근적외선 레이저 광학계의 비모호성 범위(Non-Ambiguity Range) 상수, D는 실제 거리, 그리고 d는 근적외선 레이저 광학계에서 측정된 거리이다.
상기 근적외선 레이저 광학계는, 상기 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 방출하는 근적외선 펄스 레이저, 상기 방출된 근적외선 레이저 펄스를 통과시키고, 상기 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 광 경로를 변경시키는 제1 광 커플러, 상기 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 상기 근적외선 전기적 신호를 생성하고 상기 연산부로 전달하는 신호 검출부를 포함할 수 있다.
상기 거리 측정 장치는, 상기 근적외선 레이저 광학계로부터 방출되는 근적외선 레이저 펄스와 상기 가시광선 레이저 광학계로부터 방출되는 가시광선 레이저 광을 결합하여 상기 측정 대상으로 조사하고, 상기 측정 대상으로부터 반사되는 광을 수광하여 상기 근적외선 레이저 펄스와 상기 가시광선 레이저 광으로 분리하여 전송하는 제2 광 커플러를 더 포함할 수 있다.
상기 가시광선 레이저 광학계는, 상기 가시광선 레이저 광을 생성하여 방출하는 가시광선 레이저, 상기 방출된 가시광선 레이저 광을 통과시키고, 상기 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 광 경로를 변경시키는 제3 광 커플러, 상기 제3 광 커플러로부터 전송된 상기 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 상기 가시광선 전기적 신호를 생성하는 광 검출기, 미리 설정된 전기적 신호 파형을 생성하여 상기 가시광선 레이저에 제공하는 함수 발생기, 및 상기 광 검출기로부터 상기 가시광선 전기적 신호를 전달받고, 상기 함수 발생기로부터 상기 전기적 신호 파형 또는 그 생성 시점을 전달받아서 상기 가시광선 전기적 신호의 지연된 시간을 산출하여 상기 연산부로 전달하는 지연시간 검출기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는, 상기 근적외선 레이저 광학계에서 방출되는 상기 근적외선 레이저 펄스는 통과시키고 상기 가시광선 레이저 광학계에서 방출되는 상기 가시광선 레이저 광은 반사시키는 제1 광 분할기를 더 포함할 수 있다.
상기 근적외선 레이저 광학계는, 상기 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 방출하는 근적외선 펄스 레이저, 상기 방출된 근적외선 레이저 펄스의 일부를 반사시켜 기준면 미러로 전달하고 다른 일부를 통과시켜 상기 측정 대상으로 조사하며, 상기 측정 대상으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 광 경로를 변경시키는 제2 광 분할기, 상기 측정 대상으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스와 상기 기준면 미러로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 상기 근적외선 전기적 신호를 생성하여 상기 연산부로 전달하는 신호 검출부를 포함할 수 있다.
상기 가시광선 레이저 광학계는, 상기 가시광선 레이저 광을 생성하여 방출하는 가시광선 레이저, 상기 방출된 가시광선 레이저 광을 반사시키고, 상기 반사된 가시광선 레이저 광을 통과시키는 제3 광 분할기, 상기 제3 광 분할기로부터 전송된 상기 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 상기 가시광선 전기적 신호를 생성하는 광 검출기, 미리 설정된 전기적 신호 파형을 생성하여 상기 가시광선 레이저에 제공하는 함수 발생기, 및 상기 광 검출기로부터 상기 가시광선 전기적 신호를 제공받고, 상기 함수 발생기로부터 상기 전기적 신호 파형 또는 그 생성 시점을 제공받아서 상기 가시광선 전기적 신호의 지연된 시간을 산출하여 상기 연산부로 전달하는 지연시간 검출기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 방법은, 측정 대상까지의 거리를 측정하는 방법으로서, 소정의 NAR (Non-Ambiguity Range, 비모호성 범위) 값을 갖는 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 상기 측정 대상을 향해 방출하고, 상기 측정 대상으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 근적외선 전기적 신호로 변환하는 단계, 가시광선 레이저 광을 생성하여 상기 측정 대상을 향해 방출하고, 상기 측정 대상으로부터 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 가시광선 전기적 신호로 변환하는 단계, 및 상기 가시광선 전기적 신호로부터 제1 거리 값을 계산하여 상기 측정 대상까지의 거리 동안 상기 NAR의 반복 횟수를 산출하고, 상기 반복 횟수 및 상기 근적외선 전기적 신호로부터 계산된 제2 거리 값을 이용하여 상기 측정 대상까지의 거리를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 거리 측정 장치는, 측정 대상까지의 거리를 측정하는 장치로서, 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 상기 측정 대상을 향해 방출하고, 상기 측정 대상으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 근적외선 전기적 신호로 변환하는 근적외선 레이저 광학계, 소정의 NAR (Non-Ambiguity Range, 비모호성 범위) 값을 갖는 가시광선 레이저 광을 생성하여 적어도 일부는 상기 측정 대상을 향해 방출하고 적어도 다른 일부는 기준면 미러에서 반사시키며, 상기 측정 대상으로부터 반사된 가시광선 레이저 광을 상기 기준면 미러에서 반사된 가시광선 레이저 광과 간섭시킨 간섭신호를 가시광선 전기적 신호로 변환하는 가시광선 레이저 광학계, 및 상기 근적외선 전기적 신호로부터 제2 거리 값을 계산하여 상기 측정 대상까지의 거리 동안 상기 NAR의 반복 횟수를 산출하고, 상기 반복 횟수 및 상기 가시광선 전기적 신호로부터 계산된 제3 거리 값을 이용하여 상기 측정 대상까지의 거리를 산출하는 연산부를 포함할 수 있다. 상기 연산부는 상기 NAR 값과 상기 반복 횟수를 곱하여 산출한 값을 상기 제3 거리 값에 더하여 상기 측정 대상까지의 거리를 산출할 수 있다.
즉, 상기 연산부에서는, 상기 근적외선 레이저 광학계로부터 상기 근적외선 전기적 신호를 제공받아 제2 정밀도의 제2 거리 값 ~D'을 구하고 하기 식(3)에 따라 상기 반복 횟수인 정수 n을 계산하며, 상기 가시광선 레이저 광학계로부터 상기 가시광선 전기적 신호로부터 얻은 상기 제2 정밀도보다 높은 제3 정밀도의 제3 거리 값 d'을 제공받고 하기 식(4)에 따라 실제 거리 D'을 산출할 수 있다.
n = [~D'/NAR'] (3)
D' = n × NAR + d' (4)
여기서, [ ] 은 가우스 함수이고, ~D'는 근적외선 레이저 광학계에서 측정된 거리, NAR'은 가시광선 레이저 광학계의 비모호성 범위(Non-Ambiguity Range) 상수, D'는 실제 거리, 그리고 d'은 가시광선 레이저 광학계에서 측정된 거리이다.
상기 근적외선 레이저 광학계는, 상기 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 방출하는 근적외선 펄스 레이저, 상기 방출된 근적외선 레이저 펄스를 통과시키고, 상기 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 광 경로를 변경시키는 제1 광 커플러, 상기 제1 광 커플러에서 경로가 변경된 상기 반사된 근적외선 펄스 레이저를 수광하고 상기 근적외선 전기적 신호를 생성하여 상기 연산부로 전달하는 신호 검출부를 포함할 수 있다.
상기 거리 측정 장치는, 상기 근적외선 레이저 광학계로부터 방출되는 근적외선 레이저 펄스와 상기 가시광선 레이저 광학계로부터 방출되는 가시광선 레이저 광을 결합하여 상기 측정 대상으로 조사하고, 상기 측정 대상으로부터 반사되는 광을 수광하여 상기 근적외선 레이저 펄스와 상기 가시광선 레이저 광으로 분리하여 전송하는 제2 광 커플러를 더 포함할 수 있다.
상기 가시광선 레이저 광학계는, 상기 가시광선 레이저 광을 생성하여 방출하는 가시광선 레이저, 상기 방출된 가시광선 레이저 광을 통과시키고, 상기 측정 대상으로부터 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 광 경로를 변경시키는 제3 광 커플러, 상기 기준면 미러로부터 반사된 가시광선 레이저 광과 상기 측정 대상으로부터 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 간섭시킨 간섭신호를 상기 가시광선 전기적 신호로 변환하는 광 검출기, 상기 광 검출기로부터 상기 가시광선 전기적 신호를 제공받아 상기 제3 거리 값을 산출하여 상기 연산부로 제공하는 간섭신호 분석기를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는, 상기 근적외선 레이저 광학계에서 방출되는 상기 근적외선 레이저 펄스는 통과시키고 상기 가시광선 레이저 광학계에서 방출되는 상기 가시광선 레이저 광은 반사시키는 제1 광 분할기를 더 포함할 수 있다.
상기 근적외선 레이저 광학계는, 상기 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 방출하는 근적외선 펄스 레이저, 상기 방출된 근적외선 레이저 펄스의 일부를 반사시켜 상기 기준면 미러로 전달하고 다른 일부를 통과시켜 상기 측정 대상으로 조사하며, 상기 측정 대상으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 광 경로를 변경시키는 제2 광 분할기, 상기 측정 대상으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스와 상기 기준면 미러로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 상기 근적외선 전기적 신호를 생성하여 상기 연산부로 전달하는 신호 검출부를 포함할 수 있다.
상기 가시광선 레이저 광학계는, 상기 가시광선 레이저 광을 생성하여 방출하는 가시광선 레이저, 상기 방출된 가시광선 레이저 광의 일부를 반사시켜 상기 기준면 미러로 전달하고 다른 일부를 통과시켜 상기 측정 대상으로 조사하는 제2 광 분할기, 상기 방출된 가시광선 레이저 광을 반사시키고, 상기 기준면 미러로부터 및 상기 측정 대상으로부터 각각 반사된 가시광선 레이저 광을 통과시키는 제3 광 분할기, 상기 기준면 미러 및 상기 측정 대상으로부터 각각 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 간섭시킨 간섭신호를 상기 가시광선 전기적 신호를 변환하는 광 검출기, 및 상기 광 검출기로부터 상기 가시광선 전기적 신호를 전달받아 상기 제3 거리 값을 산출하여 상기 연산부로 전달하는 간섭신호 분석기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 측정 방법은, 측정 대상까지의 거리를 측정하는 방법으로서, 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 상기 측정 대상을 향해 방출하고, 상기 측정 대상으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 근적외선 전기적 신호로 변환하는 단계, 소정의 NAR (Non-Ambiguity Range, 비모호성 범위) 값을 갖는 가시광선 레이저 광을 생성하여 적어도 일부는 상기 측정 대상을 향해 방출하고 적어도 다른 일부는 기준면 미러에서 반사시키며, 상기 측정 대상으로부터 반사된 가시광선 레이저 광을 상기 기준면 미러에서 반사된 가시광선 레이저 광과 간섭시킨 간섭신호를 가시광선 전기적 신호로 변환하는 단계, 및 상기 근적외선 전기적 신호로부터 제2 거리 값을 계산하여 상기 측정 대상까지의 거리 동안 상기 NAR의 반복 횟수를 산출하고, 상기 반복 횟수 및 상기 가시광선 전기적 신호로부터 계산된 제3 거리 값을 이용하여 상기 측정 대상까지의 거리를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치에 의하면, 가시광선 영역의 빔을 추가로 사용함으로써 먼 거리를 모호성 없이 측정할 수 있으며, 사용하기에 편리하고 안전 사고도 예방할 수 있는 효과가 있다.
또한, 근적외선 펄스 레이저에 추가적으로 레이저 간섭계를 적용함으로써 먼 거리를 높은 분해능으로 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 거리 측정 장치의 광학계를 도시한 구성도이다.
도 2는 근적외선 레이저 펄스의 시간에 따른 전기장의 세기를 나타낸 그래프이다.
도 3은 모호성의 유무에 따른 실제 거리와 측정 거리의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 고정밀 접힌 거리 값을 설명하기 위하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 거리 측정 장치의 광학계를 도시한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 거리 측정 장치의 광학계를 도시한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 거리 측정 장치의 광학계를 도시한 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
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.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 거리 측정 장치의 광학계를 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 거리 측정 장치(10)는 측정 대상(T)으로 레이저 광을 조사하여 반사된 광을 수광함으로써 측정 대상(T)까지의 거리를 측정하는 장치로서, 근적외선 전기적 신호를 생성하는 근적외선 레이저 광학계(110), 가시광선 전기적 신호를 생성하는 가시광선 레이저 광학계(210) 및 이들 신호를 전달받아 거리 값을 계산하는 연산부(300)를 포함한다.
근적외선 레이저 광학계(110)는 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 측정 대상(T)을 향해 방출하고, 측정 대상(T)으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 근적외선 전기적 신호로 변환할 수 있다. 이렇게 변환된 근적외선 전기적 신호는 연산부(300)로 전달될 수 있다.
근적외선 레이저 광학계(110)는 근적외선 펄스 레이저(101)와 이에 연결되는 제1 광 커플러(113)를 포함하고, 제1 광 커플러(113)는 신호 검출부(105)와 제2 광 커플러(160)에 각각 연결될 수 있다. 제1 광 커플러(113)로 광 순환기가 사용될 수 있다. 근적외선 펄스 레이저(101)는 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 제1 광 커플러(113)에 제공할 수 있으며, 제1 광 커플러(113)는 상기 방출된 근적외선 레이저 펄스를 통과시켜 제2 광 커플러(160)에 제공할 수 있다. 그러면, 제2 광 커플러(160)는 이를 가시광선 레이저 광학계(210)로부터 방출되는 가시광선 레이저 광과 결합하여 측정 대상(T)으로 조사(송광)시킬 수 있다.
여기서, 제2 광 커플러(160)는 상기한 바와 같이 근적외선 레이저 광학계(110)로부터 방출되는 근적외선 레이저 펄스와 가시광선 레이저 광학계(210)로부터 방출되는 가시광선 레이저 광을 결합하여 측정 대상(T)으로 조사하고, 측정 대상(T)으로부터 반사되는 광을 수광하여 상기 근적외선 레이저 광학계(110)와 가시광선 레이저 광학계(210)로 전송할 수 있다. 제2 광 커플러(160)는 근적외선 레이저 펄스와 가시광선 레이저 광으로 각각 분리하여 전송할 수 있는 WDM (Wavelength-Division Multiplexing) 커플러가 사용될 수도 있다.
제1 광 커플러(113)는 측정 대상(T)에서 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 광 경로를 변경시킬 수 있다. 즉 제1 광 커플러(113)는 근적외선 펄스 레이저(101)로부터 방출된 근적외선 레이저 펄스가 입사하는 방향과 다른 방향으로 경로를 변경하여 상기 반사된 근적외선 레이저 펄스를 신호 검출부(105)로 보낼 수 있다. 신호 검출부(105)는 상기 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 근적외선 전기적 신호를 생성하여 연산부(300)로 전달할 수 있다.
가시광선 레이저 광학계(210)는 가시광선 레이저 광을 생성하여 측정 대상(T)을 향해 방출하고, 측정 대상(T)으로부터 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 가시광선 전기적 신호로 변환할 수 있다. 이렇게 변환된 가시광선 전기적 신호는 연산부(300)로 전달될 수 있다.
가시광선 레이저 광학계(210)는 가시광선 레이저(201)와 이에 연결되는 제3 광 커플러(213)를 포함하고, 제3 광 커플러(213)는 광 검출기(205)와 제2 광 커플러(160)에 각각 연결될 수 있다. 제3 광 커플러(213)로 광 순환기가 사용될 수 있다. 광 검출기(205)는 지연시간 검출기(207)에 연결되며, 전기적 신호 파형을 생성하는 함수 발생기(203)는 가시광선 레이저(201)와 지연시간 검출기(207) 각각에 연결될 수 있다.
가시광선 레이저(201)는 가시광선 레이저 광을 생성하여 방출할 수 있으며, 제3 광 커플러(213)는 상기 방출된 가시광선 레이저 광을 통과시켜 제2 광 커플러(160)에 전달할 수 있으며, 제2 광 커플러(160)는 이를 근적외선 레이저 광학계(110)로부터 방출되는 근적외선 레이저 광과 결합하여 측정 대상(T)으로 조사(송광)시킬 수 있다. 따라서 제3 광 커플러(213)는 가시광선 레이저 광을 제2 광 커플러(160)를 통하여 측정 대상(T)에 보냄으로써 사람의 눈에 보이는 가이드 빔을 제공할 수 있다.
제3 광 커플러(213)는 측정 대상(T)에서 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 광 경로를 변경시킬 수 있다. 즉 제3 광 커플러(213)는 가시광선 레이저(201)로부터 방출된 가시광선 레이저 광이 입사하는 방향과 다른 방향으로 경로를 변경하여 상기 반사된 가시광선 레이저를 광 검출기(205)로 전달할 수 있다. 광 검출기(205)는 상기 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 가시광선 전기적 신호를 생성하여 지연시간 검출기(207)로 전달할 수 있다.
가시광선 레이저(201)와 지연시간 검출기(207)에 각각 연결된 함수 발생기(203)는 미리 설정된 전기적 신호 파형을 생성하여 가시광선 레이저(201)에 제공하며, 이렇게 생성된 전기적 신호 파형 또는 그 생성 시점을 지연시간 검출기(207)로 전달할 수 있다. 다시 말하면, 함수 발생기(203)는 가시광선 레이저(201)의 출력 또는 주파수를 변조할 수 있는 함수 신호를 생성하여 가시광선 레이저(201)에 제공하며, 함수 신호가 생성되는 시점을 알리는 신호를 지연시간 검출기(207)에 제공할 수 있다. 따라서 가시광선 레이저(201)는 가시광선 레이저 광을 생성하여 제3 광 커플러(213)에 제공하며, 함수 발생기(203)로부터 함수 신호를 제공받아 가시광선 레이저(201)의 출력 또는 주파수를 변조할 수 있다. 지연시간 검출기(207)는 이렇게 전달받은 전기적 신호 파형 또는 그 생성 시점을 광 검출기(205)로부터 전달된 상기 반사된 가시광선 레이저 광의 가시광선 전기적 신호와 비교하여 상기 가시광선 전기적 신호의 지연된 시간을 산출할 수 있다. 즉, 함수 발생기(203)의 함수 생성 시점으로부터의 지연시간을 검출하고 이를 연산부(300)로 제공할 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 근적외선 펄스 레이저(101)는 일정한 주기 Tr로 근적외선 레이저 펄스를 생성한다. 이러한 주기적인 특성으로 인해 근적외선 펄스 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 경우 연속된 펄스간 동일한 형태의 신호의 생성하고, 각 신호를 구분하지 못하여 모호성이 발생하게 된다. 모호성이 없이 측정할 수 있는 거리를 NAR(Non-Ambiguity Range)라 하며, 실제 거리(D)는 측정된 거리(d)와 NAR을 이용하여 구할 수 있다.
연산부(300)는 가시광선 레이저 광학계(210)로부터 가시광선 전기적 신호를 전달받아 측정 대상(T)의 제1 정밀도의 제1 거리 값 ~D를 구할 수 있다. 즉, 지연시간 검출기(207)에서 측정 대상(T)에서 반사된 가시광선 레이저 광의 지연시간을 산출하여 연산부(300)로 전달하면, 연산부(300)는 상기 지연시간에 대한 거리 값을 계산하여 ~D를 얻을 수 있다. 또한 연산부(300)는 근적외선 레이저 광학계(110)로부터 근적외선 전기적 신호를 전달받아 측정 대상(T)의 제2 정밀도를 갖는 제2 거리 값 d를 구할 수 있다. 이 때, 제2 정밀도는 제1 정밀도보다 더 높게 된다.
근적외선 레이저 펄스로 측정한 거리 값은 높은 정밀도로 측정이 가능하지만 주기적인 특성으로 인해 도 3의 실선과 같이 주기적인 형태로 모호성을 가지고 나타난다. 가이드 빔으로 사용하는 가시광선 레이저(201)를 이용하여 모호성이 없지만 낮은 정밀도로 거리 ~D를 측정함으로써 하기 수학식 1로부터 정수 n 값을 구할 수 있다. 즉, 정수 n은 측정 대상까지의 거리 동안 NAR의 반복 횟수에 해당하며, 수학식 2에 구한 n 값을 대입하여 모호성 없이 높은 정밀도로 거리를 측정할 수 있다. 이 때 가시광선 레이저(201)를 이용하여 측정된 거리 측정값의 분해능은 근적외선 펄스 레이저(101)로 측정한 NAR보다 작아야 한다.
따라서, 연산부(300)는 ~D와 NAR (Non-Ambiguity Range)을 사용하여 하기 수학식 1에 따라 정수 n을 계산하고, 다시 n과 d 및 NAR을 사용하여 하기 수학식 2에 따라 실제 거리 D를 산출할 수 있다. 이 때, 제1 거리 값 ~D는 저정밀 참 거리 값이고, 제2 거리 값 d는 제1 정밀도보다 높은 고정밀 접힌 거리 값이며, 실제 거리 D는 고정밀 참 거리값이라고 할 수 있다. 도 4를 참조하면, 실제 측정되어야 하는 거리는 (b)의 그래프와 같으나, n 값을 구하여 NAR과 곱한 값을 더해주지 않으면 (a)의 그래프와 같이 NAR 이내에서 접힌 것처럼 나타나게 된다.
[수학식 1]
n = [~D/NAR]
[수학식 2]
D = n × NAR + d
즉, 수학식 1은 ~D를 NAR로 나눈 몫의 정수 값을 취하여 n으로 두는 것이고, 수학식 2는 NAR을 n으로 곱한 값에 d를 더함으로써 D를 얻는 것이다.
여기서, [ ] 은 가우스 함수이고, ~D는 가시광선 레이저 광학계에서 측정된 거리, NAR은 근적외선 레이저 광학계의 비모호성 범위(Non-Ambiguity Range) 상수, D는 실제 거리, 그리고 d는 근적외선 레이저 광학계에서 측정된 거리이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 거리 측정 장치의 광학계를 도시한 구성도이다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 실시예에서와 마찬가지로, 본 실시예에 따른 거리 측정 장치(20)는 근적외선 전기적 신호를 생성하는 근적외선 레이저 광학계(120), 가시광선 전기적 신호를 생성하는 가시광선 레이저 광학계(220) 및 이들 신호를 전달받아 거리 값을 계산하는 연산부(300)를 포함한다.
본 실시예에서는 근적외선 레이저 광학계(120)에서 방출되는 근적외선 레이저 펄스는 통과시키고 가시광선 레이저 광학계(220)에서 방출되는 가시광선 레이저 광은 반사시키는 제1 광 분할기(170)가 구비될 수 있다.
근적외선 레이저 광학계(120)는 근적외선 펄스 레이저(101)와 이에 연결되는 제1 광 분할기(170)와 제2 광 분할기(123)를 포함하고, 제2 광 분할기(123)는 신호 검출부(105)와 제1 광 분할기(170)에 각각 연결될 수 있다. 근적외선 펄스 레이저(101)는 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 제1 광 분할기(170)를 통해 제2 광 분할기(123)로 제공할 수 있다. 제2 광 분할기(123)는 근적외선 펄스 레이저(101)에서 제공된 근적외선 레이저 펄스의 일부를 반사시켜 기준면 미러(209)로 전달하고, 다른 일부를 통과시켜 측정 대상(T)으로 조사(송광)할 수 있다.
제2 광 분할기(123)는 측정 대상(T)으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 광 경로를 변경시킬 수 있으며, 기준면 미러(209)로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스는 통과시킬 수 있다. 즉, 제2 광 분할기(123)는 근적외선 펄스 레이저(101)로부터 제공된 근적외선 레이저 펄스가 입사하는 방향과 다른 방향으로 경로를 변경하여 상기 반사된 근적외선 레이저 펄스를 신호 검출부(105)로 보낼 수 있다. 신호 검출부(105)는 상기 반사된 근적외선 레이저 펄스를 제공받아 근적외선 전기적 신호를 생성하여 연산부(300)로 전달할 수 있다.
가시광선 레이저 광학계(220)는 가시광선 레이저(201)와 이에 연결되는 제3 광 분할기(223)를 포함하고, 제3 광 분할기(223)는 광 검출기(205)와 제1 광 분할기(170)에 각각 연결될 수 있다. 광 검출기(205)는 지연시간 검출기(207)에 연결되며, 전기적 신호 파형을 생성하는 함수 발생기(203)는 가시광선 레이저(201)와 지연시간 검출기(207) 각각에 연결될 수 있다. 지연시간 검출기(207)는 연산부(300)에 연결될 수 있다.
가시광선 레이저(201)는 가시광선 레이저 광을 생성하여 방출할 수 있으며, 제3 광 분할기(223)는 상기 방출된 가시광선 레이저 광을 반사시켜 제1 광 분할기(170)로 제공할 수 있다. 제1 광 분할기(170)는 상기 제공된 가시광선 레이저 광을 반사시켜 제2 광 분할기(123)를 지나 측정 대상(T)으로 조사(송광)할 수 있다.
측정 대상(T)으로부터 반사된 가시광선 레이저 광은 다시 제2 광 분할기(123)로 수광되어 이를 통과하며, 제1 광 분할기(170)에서 반사되어 제3 광 분할기(223)로 전달될 수 있다. 제3 광 분할기(223)는 상기 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 광 검출기(205)로 제공하며, 광 검출기(205)는 이를 가시광선 전기전 신호로 생성하여 지연시간 검출기(207)로 전달할 수 있다.
가시광선 레이저(201)와 지연시간 검출기(207)에 각각 연결된 함수 발생기(203)는 미리 설정된 전기적 신호 파형을 생성하여 가시광선 레이저(201)에 제공하며, 이렇게 생성된 전기적 신호 파형 또는 그 생성 시점을 지연시간 검출기(207)로 전달할 수 있다. 지연시간 검출기(207)는 이렇게 전달받은 전기적 신호 파형 또는 그 생성 시점을 광 검출기(205)로부터 전달된 상기 반사된 가시광선 레이저 광의 가시광선 전기적 신호와 비교하여 상기 가시광선 전기적 신호의 지연된 시간을 산출할 수 있다. 즉, 함수 발생기(203)의 함수 생성 시점으로부터의 지연시간을 검출하고 이를 연산부(300)로 제공할 수 있다.
연산부(300)는 가시광선 레이저 광학계(220)로부터 가시광선 전기적 신호를 전달받아 측정 대상(T)의 제1 정밀도의 제1 거리 값 ~D를 구할 수 있다. 즉, 지연시간 검출기(207)에서 측정 대상(T)에서 반사된 가시광선 레이저 광의 지연시간을 산출하여 연산부(300)로 전달하면, 연산부(300)는 상기 지연시간에 대한 거리 값을 계산하여 ~D를 얻을 수 있다. 또한 연산부(300)는 근적외선 레이저 광학계(120)로부터 근적외선 전기적 신호를 전달받아 측정 대상(T)의 제2 정밀도를 갖는 제2 거리 값 d를 구할 수 있다. 이 때, 제2 정밀도는 제1 정밀도보다 더 높게 된다.
따라서, 상기 제1 실시예에서와 마찬가지로, 연산부(300)는 ~D와 NAR (Non-Ambiguity Range)을 사용하여 상기 수학식 1에 따라 정수 n, 즉 측정 대상까지의 거리 동안 NAR의 반복 횟수를 계산하고, 다시 n과 d 및 NAR을 사용하여 상기 수학식 2에 따라 실제 거리 D를 산출할 수 있다.
본 실시예에서는 제1 광 분할기(170)가 제2 광 분할기(123)보다 후방에 위치하고 그에 따라 제2 광 분할기(123) 이전에 근적외선 레이저 펄스와 가시광선 레이저 광이 제1 광 분할기(170)에서 결합되고 있지만, 제1 광 분할기(170)는 제2 광 분할기(123)보다 전방(측정 대상에 가까운 방향)으로 위치할 수 있으며, 이 경우에 제2 광 분할기(123) 이후에 근적외선 레이저 펄스와 가시광선 레이저 광이 결합될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 거리 측정 장치의 광학계를 도시한 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 거리 측정 장치(30)는 근적외선 전기적 신호를 생성하는 근적외선 레이저 광학계(130), 가시광선 전기적 신호를 생성하는 가시광선 레이저 광학계(230) 및 이들 신호를 전달받아 거리 값을 계산하는 연산부(300)를 포함한다.
근적외선 레이저 광학계(130)는 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 측정 대상(T)을 향해 방출하고, 측정 대상(T)으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 근적외선 전기적 신호로 변환할 수 있다. 이렇게 변환된 근적외선 전기적 신호는 연산부(300)로 전달될 수 있다.
근적외선 레이저 광학계(130)는 근적외선 펄스 레이저(101)와 이에 연결되는 제1 광 커플러(113)를 포함하고, 제1 광 커플러(113)는 신호 검출부(105)와 제2 광 커플러(180)에 각각 연결될 수 있다. 제1 광 커플러(113)로 광 순환기가 사용될 수 있다. 근적외선 펄스 레이저(101)는 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 제1 광 커플러(113)에 제공할 수 있으며, 제1 광 커플러(113)는 상기 방출된 근적외선 레이저 펄스를 통과시키고 제2 광 커플러(180)에 제공할 수 있으며, 제2 광 커플러(180)는 이를 가시광선 레이저 광학계(230)로부터 방출되는 가시광선 레이저 광과 결합하여 측정 대상(T)으로 조사(송광)시킬 수 있다.
여기서, 제2 광 커플러(180)는 상기한 바와 같이 근적외선 레이저 광학계(130)로부터 방출되는 근적외선 레이저 펄스와 가시광선 레이저 광학계(230)로부터 방출되는 가시광선 레이저 광을 결합하여 측정 대상(T)으로 조사하고, 측정 대상(T)으로부터 반사되는 광을 수광하여 상기 근적외선 레이저 광학계(130)와 가시광선 레이저 광학계(230)로 전송할 수 있다.
제1 광 커플러(113)는 측정 대상(T)에서 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 광 경로를 변경시킬 수 있다. 즉 제1 광 커플러(113)는 근적외선 펄스 레이저(101)로부터 방출된 근적외선 레이저 펄스가 입사하는 방향과 다른 방향으로 경로를 변경하여 상기 반사된 근적외선 레이저 펄스를 신호 검출부(105)로 보낼 수 있다. 신호 검출부(105)는 상기 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 근적외선 전기적 신호를 생성하여 연산부(300)로 제공할 수 있다.
가시광선 레이저 광학계(230)는 가시광선 레이저 광을 생성하여 적어도 일부는 측정 대상(T)을 향해 방출하고 적어도 다른 일부는 기준면 미러(209)에서 반사시키며, 측정 대상(T)으로부터 반사된 가시광선 레이저 광을 기준면 미러(209)에서 반사된 가시광선 레이저 광과 간섭시킨 간섭신호를 가시광선 전기적 신호로 변환할 수 있다. 이렇게 변환된 가시광선 전기적 신호로부터 얻은 거리 값은 연산부(300)로 제공될 수 있다.
가시광선 레이저 광학계(230)는 가시광선 레이저(201)와 이에 연결되는 제3 광 커플러(213)를 포함하고, 제3 광 커플러(213)는 광 검출기(205)와 제2 광 커플러(180)에 각각 연결될 수 있다. 제3 광 커플러(213)로 광 순환기가 사용될 수 있다. 또한 제2 광 커플러(180)는 기준면 미러(209)와 연결될 수 있다. 가시광선 레이저(201)는 가시광선 레이저 광을 생성하여 방출할 수 있으며, 제3 광 커플러(213)는 상기 방출된 가시광선 레이저 광을 통과시켜 제2 광 커플러(180)에 전달할 수 있으며, 제2 광 커플러(180)는 이를 근적외선 레이저 광학계(130)로부터 방출되는 근적외선 레이저 광과 결합하여 측정 대상(T)으로 조사(송광)시킬 수 있다. 따라서 제3 광 커플러(213)는 가시광선 레이저 광을 제2 광 커플러(180)를 통하여 측정 대상(T)에 보냄으로써 사람의 눈에 보이는 가이드 빔을 제공할 수 있다.
제3 광 커플러(213)는 측정 대상(T)에서 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 광 경로를 변경시킬 수 있다. 즉 제3 광 커플러(213)는 가시광선 레이저(201)로부터 방출된 가시광선 레이저 광이 입사하는 방향과 다른 방향으로 경로를 변경하여 상기 반사된 가시광선 레이저 광을 광 검출기(205)로 전달할 수 있다. 따라서 제3 광 커플러(213)는 기준면 미러(209)로부터 반사된 가시광선 레이저 광과 측정 대상(T)으로부터 반사된 가시광선 레이저 광을 광 검출기(205)로 제공할 수 있다. 광 검출기(205)는 기준면 미러(209)로부터 반사된 가시광선 레이저 광과 측정 대상(T)으로부터 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 간섭시킨 간섭신호를 가시광선 전기적 신호로 변환하여 간섭신호 분석기(226)로 전달할 수 있다. 간섭신호 분석기(226)는 광 검출기(205)로부터 가시광선 전기적 신호를 전달받아 제3 거리 값을 산출하여 연산부(300)로 전달할 수 있다.
연산부(300)는 근적외선 레이저 광학계(130)로부터 근적외선 전기적 신호를 전달받아 측정 대상(T)의 제2 정밀도의 제2 거리 값 ~D'을 구할 수 있다. 또한 연산부(300)는 가시광선 레이저 광학계(230)로부터 가시광선 전기적 신호로부터 얻은 측정 대상(T)의 제3 정밀도를 갖는 제3 거리 값 d'을 제공받을 수 있다. 이 때 제3 정밀도는 제2 정밀도보다 더 높게 된다.
따라서, 연산부(300)는 ~D'과 NAR'을 사용하여 하기 수학식 3에 따라 정수 n, 즉 측정 대상까지의 거리 동안 NAR'의 반복 횟수를 계산하고, 다시 n과 d' 및 NAR'을 사용하여 하기 수학식 4에 따라 실제 거리 D'을 산출할 수 있다. 이 때, 제2 거리 값 ~D'는 고정밀 참 거리 값이고, 제3 거리 값 d'은 제2 정밀도보다 높은 초고정밀 접힌 거리 값이며, 실제 거리 D'은 초고정밀 참 거리 값이라고 할 수 있다.
[수학식 3]
n = [~D'/NAR']
[수학식 4]
D' = n × NAR + d'
즉, 수학식 3은 ~D'을 NAR'로 나눈 몫의 정수 값을 취하여 n으로 두는 것이고, 수학식 4는 NAR'을 n으로 곱한 값에 d'을 더함으로써 D'을 얻는 것이다.
여기서, [ ] 은 가우스 함수이고, ~D'는 근적외선 레이저 광학계에서 측정된 거리, NAR'은 가시광선 레이저 광학계의 비모호성 범위(Non-Ambiguity Range) 상수, D'는 실제 거리, 그리고 d'은 가시광선 레이저 광학계에서 측정된 거리이다.
가시광선 가이드 빔은 헤테로다인(heterodyne) 또는 호모다인(homodyne) 간섭계 원리를 이용하여 근적외선 펄스 레이저 거리 측정보다 더 높은 분해능으로 거리 측정이 가능하다. 하지만 헤테로다인 또는 호모다인 간섭계 원리를 적용할 경우 모호성이 발생하며, 이때 모호성 없이 측정할 수 있는 거리는 근적외선 펄스 레이저를 이용하여 측정한 거리보다 짧기 때문에 근적외선 펄스 레이저를 이용하여 측정한 거리 값과 결합하여 보다 긴, 모호성 없이 측정할 수 있는 영역과 높은 분해능을 얻을 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 거리 측정 장치의 광학계를 도시한 구성도이다.
도 7을 참조하면, 상기 제3 실시예에서와 마찬가지로, 본 실시예에 따른 거리 측정 장치(40)는 근적외선 전기적 신호를 생성하는 근적외선 레이저 광학계(140), 가시광선 전기적 신호를 생성하는 가시광선 레이저 광학계(240) 및 이들 신호를 전달받아 거리 값을 계산하는 연산부(300)를 포함한다.
본 실시예에서는 근적외선 레이저 광학계(140)에서 방출되는 근적외선 레이저 펄스는 통과시키고 가시광선 레이저 광학계(240)에서 방출되는 가시광선 레이저 광은 반사시키는 제1 광 분할기(170)가 구비될 수 있다.
근적외선 레이저 광학계(140)는 근적외선 펄스 레이저(101)와 이에 연결되는 제1 광 분할기(170)와 제2 광 분할기(123)를 포함하고, 제2 광 분할기(123)는 신호 검출부(105)와 제1 광 분할기(170)에 각각 연결될 수 있다. 근적외선 펄스 레이저(101)는 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 제1 광 분할기(170)를 통해 제2 광 분할기(123)로 제공할 수 있다. 제2 광 분할기(123)는 근적외선 펄스 레이저(101)에서 제공된 근적외선 레이저 펄스의 일부를 반사시켜 기준면 미러(209)로 전달하고, 다른 일부를 통과시켜 측정 대상(T)으로 조사(송광)할 수 있다.
제2 광 분할기(123)는 측정 대상(T)으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 광 경로를 변경시킬 수 있으며, 기준면 미러(209)로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스는 통과시킬 수 있다. 즉, 제2 광 분할기(123)는 근적외선 펄스 레이저(101)로부터 제공된 근적외선 레이저 펄스가 입사하는 방향과 다른 방향으로 경로를 변경하여 상기 반사된 근적외선 레이저 펄스를 신호 검출부(105)로 보낼 수 있다. 신호 검출부(105)는 상기 반사된 근적외선 레이저 펄스를 제공받아 근적외선 전기적 신호를 생성하여 연산부(300)로 전달할 수 있다.
가시광선 레이저 광학계(240)는 가시광선 레이저(201)와 이에 연결되는 제3 광 분할기(223)를 포함하고, 제3 광 분할기(223)는 광 검출기(205)와 제1 광 분할기(170)에 각각 연결될 수 있다. 광 검출기(205)는 간섭신호 분석기(226)에 연결되고, 간섭신호 분석기(226)는 다시 연산부(300)에 연결될 수 있다.
가시광선 레이저(201)는 가시광선 레이저 광을 생성하여 방출할 수 있으며, 제3 광 분할기(223)는 상기 방출된 가시광선 레이저 광을 반사시켜 제1 광 분할기(170)로 제공할 수 있다. 제1 광 분할기(170)는 상기 제공된 가시광선 레이저 광을 반사시켜 제2 광 분할기(123)를 제공하고, 제2 광 분할기(123)는 이의 일부를 기준면 미러(209)로 전달하고 다른 일부를 통과시켜 측정 대상(T)으로 조사(송광)할 수 있다.
측정 대상(T)으로부터 반사된 가시광선 레이저 광은 다시 제2 광 분할기(123)로 수광되어 이를 통과하며, 제1 광 분할기(170)에서 반사되어 제3 광 분할기(223)로 전달될 수 있다. 또한 기준면 미러(209)에서 반사된 가시광선 레이저 광은 제2 광 분할기(123)에서 반사되어 제1 광 분할기(170)로 제공되고, 제1 광 분할기(170)는 이를 다시 반사하여 제3 광 분할기(223)로 전달할 수 있다.
제3 광 분할기(223)는 기준면 미러(209) 및 측정 대상(T)으로부터 각각 반사된 가시광선 레이저 광을 통과시켜 광 검출기(205)로 제공할 수 있다. 광 검출기(205)는 기준면 미러(209) 및 측정 대상(T)으로부터 각각 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 간섭시킨 간섭신호를 가시광선 전기적 신호로 변환할 수 있으며, 이를 간섭신호 분석기(226)로 전달할 수 있다. 간섭신호 분석기(226)는 간섭신호를 변환한 가시광선 전기적 신호를 전달받아 제3 거리 값을 산출하여 연산부(300)로 전달할 수 있다.
연산부(300)는 근적외선 레이저 광학계(140)로부터 근적외선 전기적 신호를 전달받아 측정 대상(T)의 제2 정밀도의 제2 거리 값 ~D'을 구할 수 있다. 또한 연산부(300)는 가시광선 레이저 광학계(240)로부터 가시광선 전기적 신호를 전달받아 측정 대상(T)의 제3 정밀도를 갖는 제3 거리 값 d'을 구할 수 있다. 이 때 제3 정밀도는 제2 정밀도보다 더 높게 된다.
따라서, 연산부(300)는 ~D'과 NAR'을 사용하여 상기 수학식 3에 따라 정수 n, 즉 측정 대상까지의 거리 동안 NAR의 반복 횟수를 계산하고, 다시 n과 d' 및 NAR'을 사용하여 상기 수학식 4에 따라 실제 거리 D'을 산출할 수 있다.
본 실시예에서는 제1 광 분할기(170)가 제2 광 분할기(123)보다 후방에 위치하고 그에 따라 제2 광 분할기(123) 이전에 근적외선 레이저 펄스와 가시광선 레이저 광이 제1 광 분할기(170)에서 결합되고 있지만, 제1 광 분할기(170)는 제2 광 분할기(123)보다 전방(측정 대상에 가까운 방향)으로 위치할 수 있으며, 이 경우에 제2 광 분할기(123) 이후에 근적외선 레이저 펄스와 가시광선 레이저 광이 결합될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
[부호의 설명]
10, 20, 30, 40: 거리 측정 장치
110, 120, 130, 140: 근적외선 레이저 광학계
210, 220, 230, 240: 가시광선 레이저 광학계
101: 근적외선 펄스 레이저 105: 신호 검출부
113: 제1 광 커플러 123: 제2 광 분할기
160: 제2 광 커플러 170: 제1 광 분할기
201: 가시광선 레이저 203: 함수 발생기
205: 광 검출기 207: 지연시간 검출기
209: 기준면 미러 213: 제3 광 커플러
223: 제3 광 분할기 226: 간섭신호 분석기
300: 연산부 T: 측정 대상

Claims (18)

  1. 측정 대상까지의 거리를 측정하는 거리 측정 장치에 있어서,
    소정의 NAR (Non-Ambiguity Range, 비모호성 범위) 값을 갖는 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 상기 측정 대상을 향해 방출하고, 상기 측정 대상으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 근적외선 전기적 신호로 변환하는 근적외선 레이저 광학계;
    가시광선 레이저 광을 생성하여 상기 측정 대상을 향해 방출하고, 상기 측정 대상으로부터 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 가시광선 전기적 신호로 변환하는 가시광선 레이저 광학계; 및
    상기 가시광선 전기적 신호로부터 제1 거리 값을 계산하여 상기 측정 대상까지의 거리 동안 상기 NAR의 반복 횟수를 산출하고, 상기 반복 횟수 및 상기 근적외선 전기적 신호로부터 계산된 제2 거리 값을 이용하여 상기 측정 대상까지의 거리를 산출하는 연산부
    를 포함하는 거리 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산부는 상기 NAR 값과 상기 반복 횟수를 곱하여 산출한 값을 상기 제2 거리 값에 더하여 상기 측정 대상까지의 거리를 산출하는, 거리 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 근적외선 레이저 광학계는,
    상기 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 방출하는 근적외선 펄스 레이저;
    상기 방출된 근적외선 레이저 펄스를 통과시키고, 상기 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 광 경로를 변경시키는 제1 광 커플러;
    상기 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 상기 근적외선 전기적 신호를 생성하고 상기 연산부로 전달하는 신호 검출부
    를 포함하는, 거리 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 근적외선 레이저 광학계로부터 방출되는 근적외선 레이저 펄스와 상기 가시광선 레이저 광학계로부터 방출되는 가시광선 레이저 광을 결합하여 상기 측정 대상으로 조사하고, 상기 측정 대상으로부터 반사되는 광을 수광하여 상기 근적외선 레이저 펄스와 상기 가시광선 레이저 광으로 분리하여 전송하는 제2 광 커플러를 더 포함하는 거리 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가시광선 레이저 광학계는,
    상기 가시광선 레이저 광을 생성하여 방출하는 가시광선 레이저;
    상기 방출된 가시광선 레이저 광을 통과시키고, 상기 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 광 경로를 변경시키는 제3 광 커플러;
    상기 제3 광 커플러로부터 전송된 상기 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 상기 가시광선 전기적 신호를 생성하는 광 검출기;
    미리 설정된 전기적 신호 파형을 생성하여 상기 가시광선 레이저에 제공하는 함수 발생기; 및
    상기 광 검출기로부터 상기 가시광선 전기적 신호를 전달받고, 상기 함수 발생기로부터 상기 전기적 신호 파형 또는 그 생성 시점을 전달받아서 상기 가시광선 전기적 신호의 지연된 시간을 산출하여 상기 연산부로 전달하는 지연시간 검출기
    를 포함하는, 거리 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 근적외선 레이저 광학계에서 방출되는 상기 근적외선 레이저 펄스는 통과시키고 상기 가시광선 레이저 광학계에서 방출되는 상기 가시광선 레이저 광은 반사시키는 제1 광 분할기를 더 포함하는 거리 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 근적외선 레이저 광학계는,
    상기 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 방출하는 근적외선 펄스 레이저;
    상기 방출된 근적외선 레이저 펄스의 일부를 반사시켜 기준면 미러로 전달하고 다른 일부를 통과시켜 상기 측정 대상으로 조사하며, 상기 측정 대상으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 광 경로를 변경시키는 제2 광 분할기;
    상기 측정 대상으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스와 상기 기준면 미러로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 상기 근적외선 전기적 신호를 생성하여 상기 연산부로 전달하는 신호 검출부
    를 포함하는, 거리 측정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가시광선 레이저 광학계는,
    상기 가시광선 레이저 광을 생성하여 방출하는 가시광선 레이저;
    상기 방출된 가시광선 레이저 광을 반사시키고, 상기 반사된 가시광선 레이저 광을 통과시키는 제3 광 분할기;
    상기 제3 광 분할기로부터 전송된 상기 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 상기 가시광선 전기적 신호를 생성하는 광 검출기;
    미리 설정된 전기적 신호 파형을 생성하여 상기 가시광선 레이저에 제공하는 함수 발생기; 및
    상기 광 검출기로부터 상기 가시광선 전기적 신호를 제공받고, 상기 함수 발생기로부터 상기 전기적 신호 파형 또는 그 생성 시점을 제공받아서 상기 가시광선 전기적 신호의 지연된 시간을 산출하여 상기 연산부로 전달하는 지연시간 검출기
    를 포함하는, 거리 측정 장치.
  9. 측정 대상까지의 거리를 측정하는 거리 측정 장치에 있어서,
    근적외선 레이저 펄스를 생성하여 상기 측정 대상을 향해 방출하고, 상기 측정 대상으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 근적외선 전기적 신호로 변환하는 근적외선 레이저 광학계;
    소정의 NAR (Non-Ambiguity Range, 비모호성 범위) 값을 갖는 가시광선 레이저 광을 생성하여 적어도 일부는 상기 측정 대상을 향해 방출하고 적어도 다른 일부는 기준면 미러에서 반사시키며, 상기 측정 대상으로부터 반사된 가시광선 레이저 광을 상기 기준면 미러에서 반사된 가시광선 레이저 광과 간섭시킨 간섭신호를 가시광선 전기적 신호로 변환하는 가시광선 레이저 광학계; 및
    상기 근적외선 전기적 신호로부터 제2 거리 값을 계산하여 상기 측정 대상까지의 거리 동안 상기 NAR의 반복 횟수를 산출하고, 상기 반복 횟수 및 상기 가시광선 전기적 신호로부터 계산된 제3 거리 값을 이용하여 상기 측정 대상까지의 거리를 산출하는 연산부
    를 포함하는 거리 측정 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 연산부는 상기 NAR 값과 상기 반복 횟수를 곱하여 산출한 값을 상기 제3 거리 값에 더하여 상기 측정 대상까지의 거리를 산출하는, 거리 측정 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 근적외선 레이저 광학계는,
    상기 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 방출하는 근적외선 펄스 레이저;
    상기 방출된 근적외선 레이저 펄스를 통과시키고, 상기 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 광 경로를 변경시키는 제1 광 커플러;
    상기 제1 광 커플러에서 경로가 변경된 상기 반사된 근적외선 펄스 레이저를 수광하고 상기 근적외선 전기적 신호를 생성하여 상기 연산부로 전달하는 신호 검출부
    를 포함하는, 거리 측정 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 근적외선 레이저 광학계로부터 방출되는 근적외선 레이저 펄스와 상기 가시광선 레이저 광학계로부터 방출되는 가시광선 레이저 광을 결합하여 상기 측정 대상으로 조사하고, 상기 측정 대상으로부터 반사되는 광을 수광하여 상기 근적외선 레이저 펄스와 상기 가시광선 레이저 광으로 분리하여 전송하는 제2 광 커플러를 더 포함하는 거리 측정 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 가시광선 레이저 광학계는,
    상기 가시광선 레이저 광을 생성하여 방출하는 가시광선 레이저;
    상기 방출된 가시광선 레이저 광을 통과시키고, 상기 측정 대상으로부터 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 광 경로를 변경시키는 제3 광 커플러;
    상기 기준면 미러로부터 반사된 가시광선 레이저 광과 상기 측정 대상으로부터 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 간섭시킨 간섭신호를 상기 가시광선 전기적 신호로 변환하는 광 검출기;
    상기 광 검출기로부터 상기 가시광선 전기적 신호를 제공받아 상기 제3 거리 값을 산출하여 상기 연산부로 제공하는 간섭신호 분석기
    를 포함하는, 거리 측정 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 근적외선 레이저 광학계에서 방출되는 상기 근적외선 레이저 펄스는 통과시키고 상기 가시광선 레이저 광학계에서 방출되는 상기 가시광선 레이저 광은 반사시키는 제1 광 분할기를 더 포함하는 거리 측정 장치.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 근적외선 레이저 광학계는,
    상기 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 방출하는 근적외선 펄스 레이저;
    상기 방출된 근적외선 레이저 펄스의 일부를 반사시켜 상기 기준면 미러로 전달하고 다른 일부를 통과시켜 상기 측정 대상으로 조사하며, 상기 측정 대상으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 광 경로를 변경시키는 제2 광 분할기;
    상기 측정 대상으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스와 상기 기준면 미러로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 상기 근적외선 전기적 신호를 생성하여 상기 연산부로 전달하는 신호 검출부
    를 포함하는, 거리 측정 장치.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 가시광선 레이저 광학계는,
    상기 가시광선 레이저 광을 생성하여 방출하는 가시광선 레이저;
    상기 방출된 가시광선 레이저 광의 일부를 반사시켜 상기 기준면 미러로 전달하고 다른 일부를 통과시켜 상기 측정 대상으로 조사하는 제2 광 분할기;
    상기 방출된 가시광선 레이저 광을 반사시키고, 상기 기준면 미러로부터 및 상기 측정 대상으로부터 각각 반사된 가시광선 레이저 광을 통과시키는 제3 광 분할기;
    상기 기준면 미러 및 상기 측정 대상으로부터 각각 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 간섭시킨 간섭신호를 상기 가시광선 전기적 신호를 변환하는 광 검출기; 및
    상기 광 검출기로부터 상기 가시광선 전기적 신호를 전달받아 상기 제3 거리 값을 산출하여 상기 연산부로 전달하는 간섭신호 분석기
    를 포함하는, 거리 측정 장치.
  17. 측정 대상까지의 거리를 측정하는 거리 측정 방법에 있어서,
    소정의 NAR (Non-Ambiguity Range, 비모호성 범위) 값을 갖는 근적외선 레이저 펄스를 생성하여 상기 측정 대상을 향해 방출하고, 상기 측정 대상으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 근적외선 전기적 신호로 변환하는 단계;
    가시광선 레이저 광을 생성하여 상기 측정 대상을 향해 방출하고, 상기 측정 대상으로부터 반사된 가시광선 레이저 광을 수광하여 가시광선 전기적 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 가시광선 전기적 신호로부터 제1 거리 값을 계산하여 상기 측정 대상까지의 거리 동안 상기 NAR의 반복 횟수를 산출하고, 상기 반복 횟수 및 상기 근적외선 전기적 신호로부터 계산된 제2 거리 값을 이용하여 상기 측정 대상까지의 거리를 산출하는 단계
    를 포함하는 거리 측정 방법.
  18. 측정 대상까지의 거리를 측정하는 거리 측정 방법에 있어서,
    근적외선 레이저 펄스를 생성하여 상기 측정 대상을 향해 방출하고, 상기 측정 대상으로부터 반사된 근적외선 레이저 펄스를 수광하여 근적외선 전기적 신호로 변환하는 단계;
    소정의 NAR (Non-Ambiguity Range, 비모호성 범위) 값을 갖는 가시광선 레이저 광을 생성하여 적어도 일부는 상기 측정 대상을 향해 방출하고 적어도 다른 일부는 기준면 미러에서 반사시키며, 상기 측정 대상으로부터 반사된 가시광선 레이저 광을 상기 기준면 미러에서 반사된 가시광선 레이저 광과 간섭시킨 간섭신호를 가시광선 전기적 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 근적외선 전기적 신호로부터 제2 거리 값을 계산하여 상기 측정 대상까지의 거리 동안 상기 NAR의 반복 횟수를 산출하고, 상기 반복 횟수 및 상기 가시광선 전기적 신호로부터 계산된 제3 거리 값을 이용하여 상기 측정 대상까지의 거리를 산출하는 단계
    를 포함하는 거리 측정 방법.
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