WO2021086031A1

WO2021086031A1 - 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 그리고 그를 이용하는 측정 장치 및 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치

Info

Publication number: WO2021086031A1
Application number: PCT/KR2020/014864
Authority: WO
Inventors: 김창석; 장한솔; 김정원; 정다운
Original assignee: 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2020-10-29
Publication date: 2021-05-06
Also published as: US20220368098A1

Abstract

본 발명은 채널의 대역 보다 더 넓은 전체 대역에 걸쳐서 발진 레이저 출력의 순차적인 스캐닝이 가능하도록 한 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 및 그를 이용하는 측정 장치에 관한 것으로, 광을 발생하고 증폭시키는 광이득부;상기 광이득부에서 발생한 광 중에서 특정 광주파수 대역을 선택하여 광이 투과하도록 가변하는 투과 광대역 가변부;상기 특정 광주파수 대역 내의 여러 공진 광주파수 차수들이 각 차수 간의 간격보다 좁은 가변 범위에 걸쳐 변화하도록 가변하는 공진 광주파수 가변부;상기 광이득부, 투과 광대역 가변부, 공진 광주파수 가변부를 포함하여 특정 투과 광대역 이내의 특정 공진 광주파수의 광이 선택 발진하도록 광공진부를 형성하는 공진 유도부;상기 투과 광대역 가변부와 공진 광주파수 가변부를 각기 가변 시키는 제어 신호부;를 포함하는 것이다.

Description

이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 그리고 그를 이용하는 측정 장치 및 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치

본 발명은 레이저 광원 및 측정 장치에 관한 것으로, 구체적으로 채널의 대역 보다 더 넓은 전체 대역에 걸쳐서 발진 레이저 출력의 순차적인 스캐닝이 가능하도록 한 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 그리고 그를 이용하는 측정 장치 및 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치에 관한 것이다.

발진 광주파수 스캐닝 광원은 출력되는 광주파수를 연속 또는 불연속적으로 가변하는 광원으로 일반적으로 광 간섭성을 이용하는 광 간섭 측정(optical interferometer), 광 주파수 영역 반사 측정(optical frequency domain reflectometry) 등 기술에 널리 이용되어 왔다.

일반적으로 높은 광 간섭 기반 광학 측정 기술에 사용되는 광주파수 스캐닝 광원은 광공진기 길이의 정수배에 반비례하는 공진 광주파수들 중 특정 차수에서 발진하는 원리에 기반한다.

따라서 공진 광주파수를 스캐닝하여 출력되는 레이저 출력은 해당 광주파수의 대역의 변경이 불가능한 고정 대역 내에서만 구현되는 단일 대역 내 광주파수 스캐닝 광원을 이용해 왔으며, 이로 인해 여러 채널에 대한 정보 획득은 어렵다는 단점이 있다.

광학적 전송 시스템에서는 여러 채널로 나누어 광신호 전송을 위해 파장 분할 복합(wavelength division multiplexing) 기법을 이용하여 서로 다른 광주파수 대역이 각기 다른 채널에 매칭되도록 함으로써 여러 채널에 대하여 정보를 전달하거나 획득하는 기술이 개발되어져 왔다.

하지만, 레이저 발진 출력 대역이 특정한 광주파수 대역에만 고정되어 발진이 되는 일반적인 광주파수 스캐닝 레이저 광원 동작 특성 상 파장 분할 복합 방식을 적용하기는 어렵다.

또 다른 채널 별 광신호 전송 방식 중에는 지연 광섬유 소자를 이용하여 단일 대역 광주파수 스캐닝을 여러 시간 별로 나누는 방식(buffering effect)을 이용함으로써 시간차를 두고 각기 다른 채널로부터 정보를 받아들이는 시 분할 복합(time division multiplexing) 방법이 있는데, 여러 채널에 대하여 정보를 시간에 따라 나누어 전달하거나 받아들이기 위해 이용되어 온 방법이다.

하지만, 이와 같은 방식은 광주파수 스캐닝 광원의 스캐닝 속도, 듀티 사이클(duty cycle) 등 광원의 출력 특성에 주도적인 영향을 받고, 이에 의해 정밀 조정이 필요하고 출력 특성을 능동적으로 변화시키는 것이 매우 어렵다.

이와 같은 사항을 고려하면 다수의 채널에 대해 능동적으로 정보를 전달하거나 받아들이기 위해서는 전송 방식이 아닌 원초적인 광원에서의 채널 분할 발생이 더 바람직하다.

따라서, 채널의 대역 보다 더 넓은 전체 대역에 걸쳐서 발진 레이저 출력의 순차적인 스캐닝이 가능한 레이저 광원의 개발이 요구되고 있다.

한편, 원거리에 위치한 물체의 거리를 측정하기 위해 레이더 (RADAR), 초음파, 광학적 계측 기술 등이 이용되고 있으며, 그 중에 광학적 계측 기술은 특히나 높은 분해능 및 성능으로 다양한 방면에서 이용되고 있다.

일반적으로 물체의 거리를 측정하기 위한 용도로 이용되는 광학적 계측 기술들을 라이다(LiDAR; Light Detection and Ranging)라 칭하며, 측정하고자 하는 파라메터 및 원리에 따라 크게 주파수 변조된 연속광파 방식(FMCW), 비행시간 방식(time-of flight), 세기 변조된 연속광파 방식(AMCW)으로 나뉜다.

주파수 변조된 연속광파 방식의 라이다 기술의 경우 연속적으로 주파수가 변화하는 레이저 광원을 이용하며, 물체와 기준단 사이의 광경로차가 시간지연을 일으키고, 이에 따라 발생하는 간섭 신호의 주파수를 검출함으로써 목표물까지의 거리를 도출해낸다.

비행시간 및 세기 변조된 연속광파 방식의 경우 각각 펄스 출력을 갖는 광과 주기성을 지닌 형태로 세기 변조된 광을 이용하며, 전자의 경우 물체와 기준단으로부터 각각 획득된 펄스 신호의 시간차를 측정, 후자의 경우 두 신호의 위상차를 측정함으로써 목표물까지의 거리를 도출할 수 있다.

최근, 자율주행차량과 더불어 라이다 기술이 대두되고 있다.

전방위에 걸친 실시간 주시가 요구되는 자율주행차량의 특성 상 입체적인 공간정보 확보를 위해서 거리를 측정하는 레이저 광이 도달하는 공간 상의 전파(forward propagation) 경로가 좌우 및 상하로 이동하도록 전파 각도 스캐닝 기술을 포함하는 라이다 장치들이 개발 및 적용되고 있다.

전파 각도 스캔을 위해서는 입사되는 광이 반사되어 전파될 때에 각도가 기계적 회전 방향에 따라 바뀌도록 하는 회전거울(rotating mirror)이 많이 이용되며, 목적성에 따라 갈바노 스캐너(galvo scanner), Risley 프리즘, 다면체 거울 스캐너(polygon mirror scanner)를 이용하는 등 대부분 기계적 스캐닝 소자들이 사용되고 있다.

하지만, 이와 같은 기계적 스캐닝 소자들은 상대적으로 진동과 같은 외부적 노이즈에 취약해 성능이 열화 되거나 오랜 반복된 구동에 따라 수명이 단축되는 등의 문제를 보이고 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 전기 신호에 따라 전파되는 각도를 바꾸는 등의 비기계적인 스캐닝 기술들이 연구되고 있다.

전광 편향기(electro-optic deflector) 또는 음향 광학 편향기(acousto-optic deflector)는 대표적인 비기계적 스캐닝 장치로써 기계적 거동 없이 전기 신호에 따라서 전파되는 광의 각도를 변경시킬 수 있는 기술이다.

하지만 이들 기술은 대부분 단가가 비싼 점, 높은 전압의 전기 신호가 필요한 점, 제한적인 좁은 화각만이 확보 가능한 점 등이 해결해야 할 문제로써 남아있다.

따라서, 외부 노이즈에 강인하고, 공간 상 다양하게 위치한 측정 대상물의 전파 각도 별 거리 정보를 획득할 수 있도록 하는 광학적 계측 기술의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 종래 기술의 레이저 광원 및 측정 장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 채널의 대역 보다 더 넓은 전체 대역에 걸쳐서 발진 레이저 출력의 순차적인 스캐닝이 가능하도록 한 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 그리고 그를 이용하는 측정 장치 및 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 투과 광주파수 대역의 선택 가변과 공진 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 스캐닝하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 그리고 그를 이용하는 측정 장치 및 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 채널의 대역 보다 더 넓은 전체 대역에 걸쳐서 발진 레이저 출력의 순차적인 스캐닝이 가능하도록 하여 출력 특성을 능동적으로 변화시킬 수 있도록 한 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 그리고 그를 이용하는 측정 장치 및 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 특정 좁은 채널 대역 내에서의 광주파수의 스캐닝과 그 스캐닝이 일어나는 채널 대역 자체의 스캐닝을 모두 이중으로 제어함으로써, 채널의 대역 보다 더 넓은 전체 대역에 걸쳐서 발진 레이저 출력의 순차적인 스캐닝이 가능하도록 한 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 그리고 그를 이용하는 측정 장치 및 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 시간에 따라 중심파장이 변화하는 컬러천이 레이저를 이용하여 공간 상 다양하게 위치한 측정 대상물의 전파 각도 별 거리 정보를 획득할 수 있도록 한 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 그리고 그를 이용하는 측정 장치 및 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 비기계적 스캐닝으로 진동과 같은 외부적 노이즈에 의한 성능 열화 및 반복 구동에 따라 수명이 단축되는 문제를 해결할 수 있도록 한 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 그리고 그를 이용하는 측정 장치 및 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 기계적 거동 없이 전기 신호에 따라서 전파되는 광의 각도를 변경시켜 정밀한 거리 측정을 하는 비 기계적 스캐닝 장치를 낮은 제조 비용으로 구현할 수 있도록 한 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 그리고 그를 이용하는 측정 장치 및 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 컬러천이 레이저부의 고정된 파장 선폭에 의해 결정되는 화각 분해능 이상으로 컬러 가변에 의한 화각 스캔이 이루어지도록 하여 화각 제한 문제를 해결할 수 있도록 한 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 그리고 그를 이용하는 측정 장치 및 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 레이저 컬러천이에 의해 발생하는 각도 변화를 레이저의 파장 선폭으로 인한 분산 각도보다 크게 하여 정밀한 거리 측정이 가능하도록 한 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 그리고 그를 이용하는 측정 장치 및 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치는 광을 발생하고 증폭시키는 광이득부;상기 광이득부에서 발생한 광 중에서 특정 광주파수 대역을 선택하여 광이 투과하도록 가변하는 투과 광대역 가변부;상기 특정 광주파수 대역 내의 여러 공진 광주파수 차수들이 각 차수 간의 간격보다 좁은 가변 범위에 걸쳐 변화하도록 가변하는 공진 광주파수 가변부;상기 광이득부, 투과 광대역 가변부, 공진 광주파수 가변부를 포함하여 특정 투과 광대역 이내의 특정 공진 광주파수의 광이 선택 발진하도록 광공진부를 형성하는 공진 유도부;상기 투과 광대역 가변부와 공진 광주파수 가변부를 각기 가변 시키는 제어 신호부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제어 신호부에 의하여 투과 광주파수 대역의 선택 가변과 공진 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 스캐닝하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 투과 광대역 가변부에서 광이 통과하도록 선택된 특정 투과 광대역폭이, 광이득부의 광주파수 범위보다는 좁은 정도의 대역 폭인 조건과, 상기 공진 광주파수 가변부의 광주파수 가변 범위보다는 넓은 정도의 대역 폭인 조건을 동시에 만족하여, 투과 광대역선택에 의한 광이득 한정 효과에 의하여 레이저광의 가간섭성이 증가하면서도, 여전히 공진 광주파수 가변 범위는 감소하지 않고 유지되는 것을 특징으로 한다.

그리고 선택 발진되는 특정 차수의 공진 광주파수를 가변 범위에 걸쳐 가변하는 소요 시간과, 불연속 주기적으로 투과 광대역 가변부에 의해 투과 광대역폭이 상기 공진 광주파수 차수를 선택 가변하는 소요 시간이, 서로 교차하여 주기적으로 발생함에 따라, 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 순차적으로 스캐닝하는 것을 특징으로 한다.

그리고 선택 발진되는 특정 차수의 공진 광주파수를 가변 범위에 걸쳐 가변하는 소요 시간보다, 상기 공진 광주파수 차수를 포함하는 투과 광대역의 중심광주파수가 연속적으로 가변하는 소요 시간이 더 길어짐에 따라, 상기 투과 광대역이 연속적으로 가변하는 광주파수 범위 내에 상기 공진 광주파수 차수가 가변하는 광주파수 범위가 포함되는 것에 의해 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 순차적으로 스캐닝하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 공진 광주파수 가변부는, 광공진기의 광경로 길이를 가변시켜 광원의 여러 차수의 종단모드 스펙트럼의 상호 모드 간격을 변화시킴으로써, 광원에서 발진되는 특정 차수의 공진 광주파수를 가변시키는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 투과 광대역 가변부는, 광투과 및 광손실 스펙트럼 대역을 가변시켜 광원의 여러 차수의 종단모드 스펙트럼 중 특정 차수의 종단모드 대역을 선택함으로써, 광원에서 발진되는 공진 광주파수의 가변 범위보다 더 넓은 정도 대역의 특정 공진 광주파수의 발진 광주파수를 가변시키는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 투과 광대역 가변부는, 입사광의 광주파수에 따라 서로 다른 각도를 가지고 분산시키는 회절격자부와, 상기 회절격자부로부터 전달된 광이 임의의 각도를 가지로 반사됨으로써 특정 광주파수만을 피드백시키는 각도스캔 반사부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 측정 장치는 투과 광대역 가변부에 의한 광대역의 선택 가변과 공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 발진하는 레이저광의 광주파수가 순차적으로 스캐닝하는 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부;상기 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부로부터 전달된 일부 광이 특정 투과 광대역의 선택 가변에 따라 서로 다른 채널 가변을 일으키는 채널 스캔부;상기 채널 스캔부로부터 광이 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 반사되도록 진단 대상이 위치하는 진단 반사부;상기 진단 반사부로부터 반사되어 되돌아 전달된 광이 상기 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부로부터 전달된 나머지 일부 광과 서로 간섭이 발생하여 광간섭신호를 유도하는 광간섭계부;상기 광간섭계부로부터 전달된 광간섭신호에서 광주파수 선택 발진 가변에 따른 진단 대상의 정보를 획득하는 광측정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 측정 장치는 투과 광대역 가변부에 의한 광대역의 선택 가변과 공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 발진하는 레이저광의 광주파수가 순차적으로 스캐닝하는 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부;공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 대역의 선택 가변에 따른 회절 반사 또는 분산 반사에 따라 서로 다른 각도로 나뉘어져 공간을 통해 진행하도록 비기계적 방식으로 각도 별 광스캔을 일으키는 채널 스캔부;광이 자유공간으로 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 자유공간으로 반사되도록 진단 대상이 원거리에 위치하는 진단 반사부;광간섭신호를 유도하는 광간섭계부;공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 발진 가변에 따른 광간섭신호에서 시간에 따라 서로 다른 각도 별 채널에 해당하는 진단 대상의 공간 정보를 스캔하여 측정하는 광측정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 측정 장치는 투과 광대역 가변부에 의한 광대역의 선택 가변과 공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 발진하는 레이저광의 광주파수가 순차적으로 스캐닝하는 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부;공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 대역의 선택 가변에 따른 서로 다른 광주파수의 광이 광주파수 채널 분할에 따라 나뉘어서 광섬유로 진행하여 다채널 정보 전달 및 획득을 일으키는 채널 스캔부;광이 광섬유로 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 광섬유로 반사되도록 진단 대상이 위치하는 진단 반사부;광간섭신호를 유도하는 광간섭계부;공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 발진 가변에 따른 광간섭신호에서 시간에 따라 서로 다른 광주파수 별 채널에 해당하는 진단 대상의 광섬유 정보를 스캔하여 측정하는 광측정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 측정 장치는 투과 광대역 가변부에 의한 광대역의 선택 가변과 공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 발진하는 레이저광의 광주파수가 순차적으로 스캐닝하는 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부;상기 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부로부터 전달된 광이 특정 투과 광대역의 선택 가변에 따라 서로 다른 채널 가변을 일으키는 채널 스캔부;상기 채널 스캔부로부터 광이 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 반사되도록 진단 대상이 위치하는 진단 반사부;상기 진단 반사부로부터 반사되어 되돌아 전달된 광의 세기의 변화를 시간별로 전기신호로 변환하는 광검출부;상기 광검출부로부터 전달된 시간별 전기신호의 변화에서 진단 대상의 광주파수별 광의 스펙트럼 정보를 획득하는 광측정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치는 시간에 따라 중심파장이 연속적으로 변화하는 광을 출력하는 광원;상기 광원로부터 전달된 광의 중심파장에 따라 각도를 달리하여 공간상에서 전파되도록 하는 컬러각도 전환부;상기 전파되는 광이 측정하고자 하는 대상물로부터 반사되어 되돌아온 광 세기 신호를 상기 시간에 따라 전기 세기 신호로 변환하는 광검출부;를 포함하고, 상기 광검출부에서 변환된 전기 세기 신호에서 상기 대상물의 거리 정보를 추출함으로써 전파되는 광의 중심파장에 대응하는 전파 각도에 따라 위치하는 대상물의 거리를 측정하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 광원에서 컬러정지하여 출력되는 광이 가지는 파장 선폭에 의하여 원거리 전파 분산에 대응하는 대상물의 횡방향 위치 폭보다, 상기 광원의 컬러천이되어 출력되는 광의 중심파장 변화가 일으키는 각도 변화에 대응하는 원거리 대상물의 횡방향 위치 변화가 더 큰 경우에, 대상물의 횡방향 위치 변화에 따라 더 작은 단위의 횡방향 위치 폭으로 나누어 거리의 구분이 가능한 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 광원에서 전달된 광을 특정 비율로 나누어 주는 광분배부와,기준이 되는 광 신호를 형성하는 기준 반사부와.대상물로부터 반사되어 되돌아온 광 세기 신호를 시간에 따라 전기 세기 신호로 변환하는 광검출부에서 측정된 전기 세기 신호를 분석하여 대상물의 공간 상 정보로 변환시키는 신호 처리부를 더 포함하고,상기 광검출부에서 변환된 전기 세기 신호에서 상기 대상물의 거리 정보를 추출함으로써 전파되는 광의 중심파장에 대응하는 전파 각도에 따라 위치하는 대상물의 거리를 측정하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 광원에서 전달된 광을 특정 비율로 나누어 주는 광분배부와,분배된 광을 특정 포트로 전달하고, 되돌아온 광을 제3의 포트로 전달하는 광순환부1 및 분배된 또다른 광을 특정 포트로 전달하고, 되돌아온 광을 제3의 포트로 전달하는 광순환부2와,기준이 되는 광 신호를 형성하는 기준 반사부와,상기 두 개의 광순환부1,2로부터 전달된 광을 결합시키는 광결합부와,광결합부로부터의 광 세기 신호를 시간에 따라 전기 세기 신호로 변환하는 광검출부에서 측정된 전기 세기 신호를 분석하여 대상물의 공간 상 정보로 변환시키는 신호 처리부를 더 포함하고,상기 광검출부에서 변환된 전기 세기 신호에서 상기 대상물의 거리 정보를 추출함으로써 전파되는 광의 중심파장에 대응하는 전파 각도에 따라 위치하는 대상물의 거리를 측정하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 측정 대상물로부터 반사되어 되돌아온 광과 상기 기준 반사부로부터 되돌아온 광이 가지는 광경로차로 인해 시간차가 발생하고,발생한 시간차로 인해 서로 다른 파장의 광이 동시에 광검출부로 전달되어, 전달된 서로 다른 파장의 광 사이의 간섭 현상을 통해 정보를 계측하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 광원은,광을 발생하고 증폭시키는 광이득부와,상기 광이득부에서 발생한 광 중에서 특정 광주파수 대역을 선택하여 광이 투과하도록 가변하는 투과 광대역 가변부와,상기 특정 광주파수 대역 내의 여러 공진 광주파수 차수들이 각 차수 간의 간격보다 좁은 가변 범위에 걸쳐 변화하도록 가변하는 공진 광주파수 가변부와,상기 광이득부, 투과 광대역 가변부, 공진 광주파수 가변부를 포함하여 특정 투과 광대역 이내의 특정 공진 광주파수의 광이 선택 발진하도록 광공진부를 형성하는 공진 유도부와,상기 투과 광대역 가변부와 공진 광주파수 가변부를 각기 가변 시키는 제어 신호부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제어 신호부에 의하여 투과 광주파수 대역의 선택 가변과 공진 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 스캐닝하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 투과 광대역 가변부에서 광이 통과하도록 선택된 특정 투과 광대역폭이, 광이득부의 광주파수 범위보다는 좁은 정도의 대역 폭인 조건과, 상기 공진 광주파수 가변부의 광주파수 가변 범위보다는 넓은 정도의 대역 폭인 조건을 동시에 만족하여,투과 광대역선택에 의한 광이득 한정 효과에 의하여 레이저광의 가간섭성이 증가하면서도, 여전히 공진 광주파수 가변 범위는 감소하지 않고 유지되는 것을 특징으로 한다.

그리고 선택 발진되는 특정 차수의 공진 광주파수를 가변 범위에 걸쳐 가변하는 소요 시간과,불연속 주기적으로 투과 광대역 가변부에 의해 투과 광대역폭이 상기 공진 광주파수 차수를 선택 가변하는 소요 시간이,서로 교차하여 주기적으로 발생함에 따라, 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 순차적으로 스캐닝하는 것을 특징으로 하는 한다.

그리고 선택 발진되는 특정 차수의 공진 광주파수를 가변 범위에 걸쳐 가변하는 소요 시간보다,상기 공진 광주파수 차수를 포함하는 투과 광대역의 중심광주파수가 연속적으로 가변하는 소요 시간이 더 길어짐에 따라,상기 투과 광대역이 연속적으로 가변하는 광주파수 범위 내에 상기 공진 광주파수 차수가 가변하는 광주파수 범위가 포함되는 것에 의해 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 순차적으로 스캐닝하는 것을 특징으로 한다.

그리고 시간에 따라 중심파장이 연속적으로 변화하는 광을 출력하는 광원의 광을 특정 포트로 전달하고, 되돌아온 광을 제3의 포트로 전달하는 광순환부와,광 세기 신호를 시간에 따라 전기 세기 신호로 변환하는 광검출부에서 측정된 전기 세기 신호를 분석하여 대상물의 공간 상 정보로 변환시키는 신호 처리부를 포함하고,광검출부에서 변환된 전기 세기 신호에서 상기 대상물의 거리 정보를 추출함으로써 전파되는 광의 중심파장에 대응하는 전파 각도에 따라 위치하는 대상물의 거리를 측정하는 것을 특징으로 한다.

그리고 시간에 따라 중심파장이 연속적으로 변화하는 광을 출력하는 광원에서 전달된 광을 특정 비율로 나누어 주는 광분배부와,광 세기 신호를 시간에 따라 전기 세기 신호로 변환하는 광검출부에서 측정된 전기 세기 신호를 분석하여 대상물의 공간 상 정보로 변환시키는 신호 처리부를 포함하고,상기 광검출부에서 변환된 전기 세기 신호에서 상기 대상물의 거리 정보를 추출함으로써 전파되는 광의 중심파장에 대응하는 전파 각도에 따라 위치하는 대상물의 거리를 측정하는 것을 특징으로 한다.

그리고 측정 대상물로부터 반사되어 되돌아온 광과 기준 반사부로부터 되돌아온 광이 가지는 광경로차로 인해 발생하는 시간차를 측정함으로써 정보를 계측하는 것을 특징으로 한다.

그리고 측정 대상물로부터 반사되어 되돌아온 광과 기준 반사부로부터 되돌아온 광이 가지는 광경로차로 인해 시간차가 발생하고, 시간차에 의해 발생하는 세기 변조된 신호의 위상차이를 측정함으로써 정보를 계측하는 것을 특징으로 한다.

그리고 기준이 되는 광 신호를 형성하는 기준 반사부를 더 포함하고,기준 반사부는 광경로 길이를 맞추어 조정함으로써 기준 광경로차를 보상하는 광경로 변화부와,상기 광경로 변화부로부터 전달된 광을 반사시켜 되돌리는 반사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 광경로차에 의해 발생하는 시간지연이 주기적으로 반복되어 출력되는 레이저의 중심파장 간격 주기 또는 출력되는 펄스 간 간격 주기 또는 출력되는 세기 변조된 신호의 간격 주기보다 길어, 대상과의 거리가 레이저의 가간섭거리보다 가깝고 반사신호의 세기가 잡음신호의 세기보다 높음에도 불구하고 측정이 불가능한 문제를 극복하기 위해, 상기 광경로 변화부를 통해 시간지연을 발생시켜 광경로차에 의해 발생하는 시간지연을 출력되는 레이저의 간격 주기보다 짧게 줄이는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 그리고 그를 이용하는 측정 장치 및 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 채널의 대역 보다 더 넓은 전체 대역에 걸쳐서 발진 레이저 출력의 순차적인 스캐닝이 가능하도록 한 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 제공한다.

둘째, 투과 광주파수 대역의 선택 가변과 공진 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 스캐닝하여 출력 특성을 능동적으로 변화시킬 수 있다.

셋째, 채널의 대역 보다 더 넓은 전체 대역에 걸쳐서 발진 레이저 출력의 순차적인 스캐닝이 가능하도록 하여 출력 특성을 능동적으로 변화시킬 수 있어 효율적인 측정이 가능하도록 한다.

넷째, 특정 좁은 채널 대역 내에서의 광주파수의 스캐닝과 그 스캐닝이 일어나는 채널 대역 자체의 스캐닝을 모두 이중으로 제어함으로써, 채널의 대역 보다 더 넓은 전체 대역에 걸쳐서 발진 레이저 출력의 순차적인 스캐닝이 가능하도록 한다.

다섯째, 시간에 따라 중심파장이 변화하는 컬러천이 레이저(광원)을 이용하여 공간 상 다양하게 위치한 측정 대상물의 전파 각도 별 거리 정보를 효율적으로 획득할 수 있도록 한다.

여섯째, 비기계적인 스캐닝으로 진동과 같은 외부적 노이즈에 의한 성능 열화 및 반복 구동에 따라 수명이 단축되는 문제를 해결할 수 있도록 한다.

일곱째, 기계적 거동 없이 전기 신호에 따라서 전파되는 광의 각도를 변경시켜 정밀한 거리 측정을 하는 비기계적 스캐닝 장치를 낮은 제조 비용으로 구현할 수 있도록 한다.

여덟째, 컬러천이 레이저(광원)의 고정된 파장 선폭에 의해 결정되는 화각 분해능 이상으로 컬러 가변에 의한 화각 스캔이 이루어지도록 하여 화각 제한 문제를 해결할 수 있다.

아홉째, 레이저 컬러천이에 의해 발생하는 각도 변화를 레이저의 파장 선폭으로 인한 분산 각도보다 크게하여 정밀한 거리 측정이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치의 구성도

도 2a내지 도 2c는 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치의 스펙트럼 구성도

도 3a와 도 3b는 투과 광대역 가변부에 의해 선택 발진되는 광주파수 대역 가변 특성 그래프

도 4a와 도 4b는 공진 광주파수 가변부에 의해 선택 발진되는 광주파수 대역 가변 특성 그래프

도 5a 내지 도 5c는 순차가변 원리를 나타낸 그래프

도 6a 내지 도 6c는 연속가변 원리를 나타낸 그래프

도 7은 순차가변 특성 그래프

도 8은 동시가변 특성 그래프

도 9 내지 도 12는 본 발명에 따른 광원 장치를 이용하는 측정 장치의 구성도

도 13은 본 발명에 따른 컬러천이 레이저(광원)의 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치의 구성도

도 14는 본 발명에 따른 분산 각도 특성을 나타낸 구성도

도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 거리 측정 장치의 구성도

도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 거리 측정 장치의 구성도

도 17은 FMCW 원리를 나타낸 구성도

도 18은 균형광 검출 특성 및 이를 위한 거리 측정 장치의 일 예를 나타낸 구성도

도 19는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 거리 측정 장치의 구성도

도 20은 ToF 원리를 나타낸 구성도

도 21은 AMCW 원리를 나타낸 구성도

도 22는 기준 반사부의 상세 구성도

도 23a 내지 도 23c는 광경로차 시간지연에 따른 거리 측정 장치들의 측정 특성을 나타낸 구성도

이하, 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 그리고 그를 이용하는 측정 장치 및 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 그리고 그를 이용하는 측정 장치 및 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치의 구성도이다.

본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 그리고 그를 이용하는 측정 장치는 투과 광주파수 대역의 선택 가변과 공진 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 스캐닝하는 것에 의해 출력 특성을 능동적으로 변화시킬 수 있도록 한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 특정 좁은 채널 대역 내에서의 광주파수의 스캐닝과 그 스캐닝이 일어나는 채널 대역 자체의 스캐닝을 모두 이중으로 제어함으로써, 채널의 대역 보다 더 넓은 전체 대역에 걸쳐서 발진 레이저 출력의 순차적인 스캐닝이 가능하도록 하는 구성을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치는 도 1에서와 같이, 다수의 넓은 광주파수 범위에 걸쳐 광을 발생하고 증폭시키는 광이득부(10)와, 상기 광이득부(10)에서 발생한 광 중에서 특정 광주파수 대역을 선택하여 광이 투과하도록 가변하는 투과 광대역 가변부(30)와, 상기 특정 광주파수 대역 내의 여러 공진 광주파수 차수들이 각 차수 간의 간격보다 좁은 가변 범위에 걸쳐 변화하도록 가변하는 공진 광주파수 가변부(20)와, 상기 광이득부(10), 투과 광대역 가변부(30), 공진 광주파수 가변부(20)를 포함하여 특정 투과 광대역 이내의 특정 공진 광주파수의 광이 선택 발진하도록 광공진부를 형성하는 공진 유도부(40a)(40b)와, 상기 투과 광대역 가변부(30)와 공진 광주파수 가변부(20)를 각기 가변 시키는 제어 신호부(50)를 포함한다.

여기서, 상기 제어 신호부(50)에 의하여 투과 광주파수 대역의 선택 가변과 공진 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 스캐닝하는 것이다.

그리고 상기 투과 광대역 가변부(30)에서 광이 통과하도록 선택된 특정 투과 광대역폭이, 광이득부(10)의 광주파수 범위보다는 좁은 정도의 대역 폭인 조건과, 상기 공진 광주파수 가변부(20)의 광주파수 가변 범위보다는 넓은 정도의 대역 폭인 조건을 동시에 만족하여, 투과 광대역선택에 의한 광이득 한정 효과에 의하여 레이저광의 가간섭성이 증가하면서도, 여전히 공진 광주파수 가변 범위는 감소하지 않고 유지되도록 한다.

그리고 공진 유도부(40a)(40b)는 광공진기 구조가 고리형 구조를 이루도록 광섬유 커플러 또는 공간 빔스플리터 등의 추가 광소자에 의하여 공진유도부(40a)(40b)가 배치될 수 있다.

그리고 공진 유도부(40a)(40b)는 광공진기 구조가 선형 구조를 이루도록 광섬유 커플러 또는 부분 반사 거울 등의 추가 광소자에 의하여 공진유도부(40a)(40b)가 배치될 수 있다.

그리고 상기 광공진부는 희토류 도핑 광섬유 증폭기(rare earth-doped fiber amplifier), 유도 라만 광섬유 증폭기(stimulated Raman fiber amplifier) 또는 반도체 광 증폭기(semiconductor optical amplifier)일 수 있다.

그리고 공진 광주파수 가변부(20)는 전광 위상 변조기(electro-optic phase modulator), 전광 광굴절률 조절기(electro-optic refractive index changer) 또는 액정 지연소자(liquid crystal retarder)일 수 있다.

그리고 상기 투과 광대역 가변부(30)는 음향 광학 파장선택 필터(acousto-optic tunable filter) 또는 페브리-페로 파장선택 필터(Fabry-Perot tunable filter)인 것을 특징으로 하는 발진 광주파수

그리고 상기 투과 광대역 가변부(30)는 입사광의 광주파수에 따라 서로 다른 각도를 가지고 분산시키는 회절격자부 및, 상기 회절격자부로부터 전달된 광이 임의의 각도를 가지로 반사됨으로써 특정 광주파수만을 피드백시키는 각도스캔 반사부를 포함할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치의 스펙트럼 구성을 설명하면 다음과 같다.

도 2a내지 도 2c는 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치의 스펙트럼 구성도이다.

도 2a는 광이득부(10)의 광이득 스펙트럼을 나타낸 것으로, 넓은 광주파수 범위에 걸쳐 있어 해당 영역에서 광을 발생시킴과 동시에 증폭시킨다.

도 2b는 투과 광대역 가변부(30)의 광투과 비율 스펙트럼을 나타낸 것으로, 투과 광대역 가변부(30)는 광이득부(10)의 광주파수 범위 중 특정 대역만을 선택하여 투과시키고, 투과 광대역폭은 광이득부(10)의 광주파수 범위보다는 좁은 특성을 갖는다.

도 2c는 공진 유도부(40a)(40b)에 의해 형성되는 광공진부의 공진광주파수 스펙트럼을 나타낸 것으로, 광공진부 길이의 정수배에 반비례하는 공진 광주파수 차수에서만 발진을 허용한다.

도 3a와 도 3b는 투과 광대역 가변부에 의해 선택 발진되는 광주파수 대역 가변 특성 그래프이다.

도 3a는 광주파수 출력 선택 발진을 나타낸 것이고, 도 3b는 투과 광대역 가변부(30)에 의한 선택 발진되는 광주파수 대역 가변을 나타낸 것이다.

(D)선택 발진되는 광주파수는 (A)광이득부, (B)투과 광대역 가변부, (C)광공진부의 공진 광주파수 스펙트럼에 의해 결정된다.

투과 광대역 가변부(30)로 인해 선택되는 투과 광대역은 최소 1개 이상의 공진 광주파수 차수를 포함한다.

투과 광대역 가변부(30) 동작시 광주파수 대역이 변경되고, 이는 즉 선택되는 공진 광주파수 차수의 변경을 의미한다. 따라서, 투과 광대역 가변을 통해 선택 발진되는 레이저 광주파수 대역을 변화시킬 수 있다.

도 4a와 도 4b는 공진 광주파수 가변부에 의해 선택 발진되는 광주파수 대역 가변 특성 그래프이다.

도 4a는 광주파수 출력 선택 발진을 나타낸 것이고, 도 4b는 공진 광주파수 가변부(20)에 의한 선택 발진되는 광주파수 대역 가변을 나타낸 것이다.

공진 광주파수 가변부(20)의 동작시 광공진부의 길이가 변화한다.

광공진부 길이 변화로 인해 공진 광주파수 스펙트럼이 변화하며, 이는 같은 공진 광주파수 차수 자체의 광주파수가 달라짐을 의미한다.

공진 광주파수 차수가 가지는 광주파수가 달라짐에 따라 선택 발진되는 광주파수가 변화한다. 따라서, 공진 광주파수 가변을 통해 선택 발진되는 레이저 광주파수를 변화시킬 수 있다.

공진 광주파수 가변부(20)는, 광공진기의 광경로 길이를 가변시켜 광원의 여러 차수의 종단모드 스펙트럼의 상호 모드 간격을 변화시킴으로써, 광원에서 발진되는 특정 차수의 공진 광주파수를 가변시킨다.

투과 광대역 가변부(30)는, 광투과 및 광손실 스펙트럼 대역을 가변시켜 광원의 여러 차수의 종단모드 스펙트럼 중 특정 차수의 종단모드 대역을 선택함으로써, 광원에서 발진되는 공진 광주파수의 가변 범위보다 더 넓은 정도 대역의 특정 공진 광주파수의 발진 광주파수를 가변시킨다.

도 5a 내지 도 5c는 순차가변 원리를 나타낸 그래프이다.

도 5a는 투과 광대역 가변부(30) 단일 동작시 공진 광주파수 차수 변화만을 유도하는 것을 나타낸 것이다.

도 5b는 공진 광주파수 가변부(20) 단일 동작시 공진 광주파수 스펙트럼 변화 유도를 하고, 동일한 공진 광주파수 차수가 가지는 광주파수 자체가 변화하며, 따라서 연속적으로 광주파수 가변이 발생하는 것을 나타낸 것이다.

도 5c는 투과 광대역 가변부(30)와 공진 광주파수 가변부(20)를 순차적으로 동작할 경우, 공진 광주파수 차수 변화와 광주파수 스펙트럼 변화가 번갈아 발생하는 것을 나타낸 것이다. 따라서, 광주파수 모드를 바꾸어 가며 광주파수 스캔이 가능하다.

도 6a 내지 도 6c는 연속가변 원리를 나타낸 그래프이다.

도 6a는 투과 광대역 가변부(30)를 이용하여 연속적으로 투과 대역을 변화 가능한 것을 나타낸 것이다.

도 6b는 공진 광주파수 가변부(20) 단일 동작시에 공진 광주파수 스펙트럼 변화 유도를 하고, 동일한 공진 광주파수 차수가 가지는 광주파수 자체가 변화하며, 따라서 연속적으로 광주파수 가변이 발생하는 것을 나타낸 것이다.

도 6c는 투과 광대역 가변부(30)와 공진 광주파수 가변부(20)를 동시에 동작할 경우, 공진 광주파수 차수 변화와 광주파수 스펙트럼 변화가 동시에 발생하는 것을 나타낸 것이다.

따라서, 공진 광주파수 차수를 바꾸어 가며 광주파수 스캔이 가능하다.

도 7은 순차가변 특성 그래프이다.

선택 발진되는 특정 차수의 공진 광주파수를 가변 범위에 걸쳐 가변하는 소요 시간과, 불연속 주기적으로 투과 광대역 가변부에 의해 투과 광대역폭이 상기 공진 광주파수 차수를 선택 가변하는 소요 시간이, 서로 교차하여 주기적으로 발생함에 따라, 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 순차적으로 스캐닝하는 것을 나타낸 것이다.

순차 가변의 경우, ΔT와

의 크기 차이와 무관하게 각기 가변이 순차적으로 번갈아 발생한다. 즉, 투과 광대역 가변부(30)에 의한 공진 광주파수 차수의 선택 가변이 일어나고, 연이어 공진 광주파수 가변부(20)에 의해 공진 광주파수의 가변이 발생한다.

따라서, 레이저 광주파수가 시간에 따라 순차적으로 스캐닝이 일어나게 된다.

도 8은 동시가변 특성 그래프이다.

선택 발진되는 특정 차수의 공진 광주파수를 가변 범위에 걸쳐 가변하는 소요 시간보다, 상기 공진 광주파수 차수를 포함하는 투과 광대역의 중심광주파수가 연속적으로 가변하는 소요 시간이 더 길어짐에 따라, 상기 투과 광대역이 연속적으로 가변하는 광주파수 범위 내에 상기 공진 광주파수 차수가 가변하는 광주파수 범위가 포함되는 것을 특징으로 하여, 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 순차적으로 스캐닝하는 것을 나타낸 것이다.

동시 가변의 경우 공진 광주파수 차수 선택 가변과 공진 광주파수 가변이 동시에 일어나게 된다.

이때, 공진 광주파수 가변이 일어나는 시간(

)보다 공진 광주파수 차수 선택 가변(ΔT)이 길어짐에 따라 특정 차수의 공진 광주파수의 가변 범위가 연속적으로 가변하고 있는 투과 광대역에 항상 포함되어야 한다.

도 9 내지 도 12는 본 발명에 따른 광원 장치를 이용하는 측정 장치의 구성도이다.

도 9는 본 발명에 따른 광원 장치를 이용하는 영상 장치의 일 예를 나타낸 것으로, 투과 광대역 가변부(30)에 의한 광대역의 선택 가변과 공진 광주파수 가변부(20)에 의한 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 발진하는 레이저광의 광주파수가 순차적으로 스캐닝하는 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부(91)와, 상기 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부(91)로부터 전달된 일부 광이 특정 투과 광대역의 선택 가변에 따라 서로 다른 채널 가변을 일으키는 채널 스캔부(92)와, 상기 채널 스캔부(92)로부터 광이 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 반사되도록 진단 대상이 위치하는 진단 반사부(94)와, 상기 진단 반사부(94)로부터 반사되어 되돌아 전달된 광이 상기 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부(91)로부터 전달된 나머지 일부 광과 서로 간섭이 발생하여 광간섭신호를 유도하는 광간섭계부(93)와, 상기 광간섭계부(93)로부터 전달된 광간섭신호에서 광주파수 선택 발진 가변에 따른 진단 대상의 정보를 획득하는 광측정부(95)를 포함한다.

도 10은 본 발명에 따른 광원 장치를 이용하는 광학 측정 기기 응용(LiDAR)의 예를 나타낸 것으로, 투과 광대역 가변부(30)에 의한 광대역의 선택 가변과 공진 광주파수 가변부(20)에 의한 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 발진하는 레이저광의 광주파수가 순차적으로 스캐닝하는 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부(101)와, 공진 광주파수 가변부(20)에 의한 광주파수 대역의 선택 가변에 따른 회절 반사 또는 분산 반사에 따라 서로 다른 각도로 나뉘어져 공간을 통해 진행하도록 비기계적 방식으로 각도 별 광스캔을 일으키는 채널 스캔부(102)와, 광이 자유공간으로 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 자유공간으로 반사되도록 진단 대상이 원거리에 위치하는 진단 반사부(103)와, 광간섭신호를 유도하는 광간섭계부(104)와, 공진 광주파수 가변부(20)에 의한 광주파수 선택 발진 가변에 따른 광간섭신호에서 시간에 따라 서로 다른 각도 별 채널에 해당하는 진단 대상의 거리, 형상, 거리, 속도 또는 진동 등의 공간 정보를 스캔하여 측정하는 광측정부(105)를 포함한다.

도 11은 본 발명에 따른 광원 장치를 이용하는 광학 측정 기기(WDL, OFDR, fiber optic) 예를 나타낸 것으로, 투과 광대역 가변부(30)에 의한 광대역의 선택 가변과 공진 광주파수 가변부(20)에 의한 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 발진하는 레이저광의 광주파수가 순차적으로 스캐닝하는 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부(111)와, 공진 광주파수 가변부(20)에 의한 광주파수 대역의 선택 가변에 따른 서로 다른 광주파수의 광이 광주파수 채널 분할에 따라 나뉘어서 광섬유로 진행하여 다채널 정보 전달 및 획득을 일으키는 채널 스캔부(112)와, 광이 광섬유로 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 광섬유로 반사되도록 진단 대상이 위치하는 진단 반사부(113)와, 광간섭신호를 유도하는 광간섭계부(114)와, 공진 광주파수 가변부(20)에 의한 광주파수 선택 발진 가변에 따른 광간섭신호에서 시간에 따라 서로 다른 광주파수 별 채널에 해당하는 진단 대상의 거리, 압력, 온도, 인장 또는 진동 등의 광섬유 정보를 스캔하여 측정하는 광측정부(115)를 포함한다.

도 12는 본 발명에 따른 광원 장치를 이용하는 광학 측정 기기의 다른 예를 나타낸 것으로, 투과 광대역 가변부(30)에 의한 광대역의 선택 가변과 공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 발진하는 레이저광의 광주파수가 순차적으로 스캐닝하는 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부(121)와, 상기 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부(121)로부터 전달된 광이 특정 투과 광대역의 선택 가변에 따라 서로 다른 채널 가변을 일으키는 채널 스캔부(122)와, 상기 채널 스캔부(122)로부터 광이 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 반사되도록 진단 대상이 위치하는 진단 반사부(123)와, 상기 진단 반사부(123)로부터 반사되어 되돌아 전달된 광의 세기의 변화를 시간별로 전기신호로 변환하는 광검출부(124)와, 상기 광검출부(124)로부터 전달된 시간별 전기신호의 변화에서 진단 대상의 광주파수별 광의 스펙트럼 정보를 획득하는 광측정부(125)를 포함한다.

이하에서, 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 13은 본 발명에 따른 컬러천이 레이저(광원)의 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치의 구성도이다.

본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치는 시간에 따라 중심파장이 변화하는 컬러천이 레이저(광원)를 이용하여 공간 상 다양하게 위치한 측정 대상물의 전파 각도 별 거리 정보를 획득할 수 있도록 한 것이다.

이를 위하여, 본 발명은 컬러천이 레이저부의 고정된 파장 선폭에 의해 결정되는 화각 분해능 이상으로 컬러 가변에 의한 화각 스캔이 이루어지도록 하여 화각 제한 문제를 해결하기 위한 구성을 포함할 수 있다.

본 발명은 레이저 컬러천이에 의해 발생하는 각도 변화를 레이저의 파장 선폭으로 인한 분산 각도보다 크게하여 정밀한 거리 측정이 가능하도록 하는 구성을 포함할 수 있다.

컬러천이 레이저는 시간에 따라 중심파장이 변화하는 레이저 광원으로, 주로 주파수 영역 광 결맞음 프로파일로미터(frequency-domain optical coherence profilometry), 광 결맞음 단층 영상(optical coherence tomography) 등 표면 형상 또는 단층과 같은 짧은 근거리 측정 기술에 이용되어 왔다.

본 발명은 컬러천이 레이저를 입사되는 광의 컬러를 뜻하는 중심 파장만 의존하여 전파되는 광의 각도가 수동적으로 바꾸는 소자를 적용하는 것으로, 파장 영역(wavelength-domain)을 각도 영역(angular-domain)으로 전환이 가능하며 이는 색분산소자를 기반으로 구현 가능하다.

색분산소자는 프리즘, 회절격자와 같은 수동소자(passive component)로, 전광 편향기나 음향 광학 편향기와 같은 능동소자(active component)에 비해 추가적인 전기 신호가 필요하지 않고 경제적으로 구현 가능하다는 장점을 지닌다.

따라서, 공간 상 다양하게 위치한 측정 대상물의 전파 각도 별 거리 정보를 획득하기 위해서는, 수동적 전파 각도 스캐닝 소자를 기반으로 원거리 물체의 거리 정보를 확보 가능한 컬러천이 레이저를 이용한 천이 파장 별 각도 변화 거리 측정 기술을 활용할 수 있다.

이하의 설명에서 컬러천이 레이저(광원)는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치를 기본 구조로 한다.

본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치는 도 13에서와 같이, 시간에 따라 중심파장이 연속적으로 변화하여 출력하는 컬러천이 레이저부(130)와, 상기 컬러천이 레이저부(130)로부터 전달된 광의 중심파장에 따라 각도를 달리하여 공간상에서 전파되도록 하는 컬러각도 전환부(140)와, 상기 전파되는 광이 측정하고자 하는 대상물로부터 반사되어 되돌아온 광 세기 신호를 상기 시간에 따라 전기 세기 신호로 변환하는 광검출부(150)를 포함하고, 상기 광검출부(150)에서 변환된 전기 세기 신호에서 상기 대상물의 거리 정보를 추출함으로써 전파되는 광의 중심파장에 대응하는 전파 각도에 따라 위치하는 대상물의 거리를 측정하는 것이다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치의 분산 각도 특성은 다음과 같다.

도 14는 본 발명에 따른 분산 각도 특성을 나타낸 구성도이다.

본 발명에 따른 컬러천이 레이저의 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치는 컬러천이 레이저부(130)에서 컬러정지하여 출력되는 광이 가지는 파장 선폭에 의하여 원거리 전파 분산에 대응하는 대상물의 횡방향 위치 폭보다, 상기 컬러천이 레이저부(130)의 컬러천이되어 출력되는 광의 중심파장 변화가 일으키는 각도 변화에 대응하는 원거리 대상물의 횡방향 위치 변화가 더 큰 경우에, 대상물의 횡방향 위치 변화에 따라 더 작은 단위의 횡방향 위치 폭으로 나누어 거리의 구분이 가능하다.

레이저의 파장 선폭(

)으로 인해 분산 각도(

)를 갖는다. 레이저 컬러천이(

)에 의해 발생하는 각도 변화(

)는 분산 각도보다 더 커야 한다.(

)

도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 거리 측정 장치의 구성도이다.

도 15는 본 발명에 따른 거리 측정 장치를 FMCW 마이켈슨 구조에 적용한 것으로, 시간에 따라 중심파장이 연속적으로 변화하여 출력하는 컬러천이 레이저부(130)와, 컬러천이 레이저부(130)에서 전달된 광을 특정 비율로 나누어 주는 광분배부(160)와, 광의 중심파장에 따라 각도를 달리하여 공간상에서 전파되도록 하는 컬러각도 전환부(140)와, 기준이 되는 광 신호를 형성하는 기준 반사부(180)와, 대상물로부터 반사되어 되돌아온 광 세기 신호를 시간에 따라 전기 세기 신호로 변환하는 광검출부(150)와, 측정된 전기 세기 신호를 분석하여 대상물의 공간 상 정보로 변환시키는 신호 처리부(170)를 포함하고, 상기 광검출부(150)에서 변환된 전기 세기 신호에서 상기 대상물의 거리 정보를 추출함으로써 전파되는 광의 중심파장에 대응하는 전파 각도에 따라 위치하는 대상물의 거리를 측정하는 것이다.

도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 거리 측정 장치의 구성도이다.

도 16은 본 발명에 따른 거리 측정 장치를 FMCW 마하젠더 구조에 적용한 것으로, 시간에 따라 중심파장이 연속적으로 변화하여 출력하는 컬러천이 레이저부(130)와, 컬러천이 레이저부(130)에서 전달된 광을 특정 비율로 나누어 주는 광분배부(160)와, 분배된 광을 특정 포트로 전달하고, 되돌아온 광을 제3의 포트로 전달하는 광순환부1(161)와, 분배된 또다른 광을 특정 포트로 전달하고, 되돌아온 광을 제3의 포트로 전달하는 광순환부2(162)와, 광의 중심파장에 따라 각도를 달리하여 공간상에서 전파되도록 하는 컬러각도 전환부(140)와, 기준이 되는 광 신호를 형성하는 기준 반사부(180)와, 상기 두 개의 광순환부1,2(161)(162)로부터 전달된 광을 결합시키는 광결합부(164)와, 광결합부(164)로부터의 광 세기 신호를 시간에 따라 전기 세기 신호로 변환하는 광검출부(150)와, 측정된 전기 세기 신호를 분석하여 대상물의 공간 상 정보로 변환시키는 신호 처리부(170)를 포함하고, 상기 광검출부(150)에서 변환된 전기 세기 신호에서 상기 대상물의 거리 정보를 추출함으로써 전파되는 광의 중심파장에 대응하는 전파 각도에 따라 위치하는 대상물의 거리를 측정하는 것이다.

도 17은 FMCW 원리를 나타낸 구성도이다.

대상물로부터 반사되어 되돌아온 광과 상기 기준 반사부(180)로부터 되돌아온 광이 가지는 광경로차로 인해 시간차가 발생하고, 발생한 시간차로 인해 서로 다른 파장의 광이 동시에 광검출부(150)로 전달되며, 전달된 서로 다른 파장의 광 사이의 간섭 현상을 통해 정보를 계측할 수 있다.

즉, 레이저의 중심파장이 주기적으로 변화하며 출력되며, 기준 반사단과 물체로부터 반사되어 돌아온 신호가 시간차 (

)를 갖는다.

시간차에 의해 두 신호 사이에 간섭이 발생하며, 간섭 주파수 (

)를 측정함으로써 물체까지의 거리를 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서 컬러천이 레이저부(130)는 외부 공진기 다이오드 레이저 또는 반송파 이송되는 반도체 레이저 또는 희소 금속 도핑 광섬유를 기반으로 할 수 있고, 이로 제한되지 않는다.

도 18은 균형광 검출 특성 및 이를 위한 거리 측정 장치의 일 예를 나타낸 구성도이다.

도 18에서와 같이, 광분배부를 통과한 광신호는 서로 위상이 180도 다른 두 개의 신호로 나누어지고, 균형광 검출부에서는 두 신호를 서로 다른 두 개의 광검출기로 측정하며, 이 때 균형광 검출부에서 공통으로 가지고 있는 전기적 노이즈에 대한 억제가 이루어진다.

도 19는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 거리 측정 장치의 구성도이다.

도 19는 ToF, AMCW 전기신호 기준으로 거리 측정 장치를 나타낸 것으로, 시간에 따라 중심파장이 연속적으로 변화하여 출력하는 컬러천이 레이저부(130)와, 광을 특정 포트로 전달하고, 되돌아온 광을 제3의 포트로 전달하는 광순환부(190)와, 광의 중심파장에 따라 각도를 달리하여 공간상에서 전파되도록 하는 컬러각도 전환부(140)와, 광순환부(190)로부터의 광 세기 신호를 시간에 따라 전기 세기 신호로 변환하는 광검출부(150)와, 측정된 전기 세기 신호를 분석하여 대상물의 공간 상 정보로 변환시키는 신호 처리부(170)를 포함하고, 상기 광검출부(150)에서 변환된 전기 세기 신호에서 대상물의 거리 정보를 추출함으로써 전파되는 광의 중심파장에 대응하는 전파 각도에 따라 위치하는 대상물의 거리를 측정하는 것이다.

도 15를 참고하여 ToF, AMCW 광신호 기준으로 거리 측정 장치를 설명하면, 전달된 광을 특정 비율로 나누어 주는 광분배부와, 측정된 전기 세기 신호를 분석하여 대상물의 공간 상 정보로 변환시키는 신호 처리부를 포함하고, 광검출부에서 변환된 전기 세기 신호에서 대상물의 거리 정보를 추출함으로써 전파되는 광의 중심파장에 대응하는 전파 각도에 따라 위치하는 대상물의 거리를 측정하는 것으로 설명할 수 있다.

도 20은 ToF 원리를 나타낸 구성도이다.

레이저의 중심파장이 주기적으로 변화하며 출력됨과 동시에 세기 또한 펄스 형태로 변조되어 출력된다. 기준 반사단과 물체로부터 반사되어 돌아온 신호가 시간차 (

)를 지니며, 이를 통해 물체와의 거리를 측정하는 것이다.

즉, 측정 대상물로부터 반사되어 되돌아온 광과 기준 반사부로부터 되돌아온 광이 가지는 광경로차로 인해 발생하는 시간차를 측정함으로써 정보를 계측하는 것이다.

ToF 구조의 거리 측정 장치에서 컬러천이 레이저부는 모드 잠금 파장가변 레이저 또는 세기 변조기를 포함하는 파장가변 레이저일 수 있고, 이로 제한되지 않는다.

도 21은 AMCW 원리를 나타낸 구성도이다.

측정 대상물로부터 반사되어 되돌아온 광과 기준 반사부로부터 되돌아온 광이 가지는 광경로차로 인해 발생하는 시간차가 발생하고, 시간차에 의해 발생하는 세기 변조된 신호의 위상차이를 측정함으로써 정보를 계측하는 것이다.

AMCW 구조의 거리 측정 장치에서 컬러천이 레이저부는 모드 잠금 파장가변 레이저 또는 세기 변조기를 포함하는 파장가변 레이저일 수 있고, 이로 제한되지 않는다.

도 22는 기준 반사부의 상세 구성도이다.

기준 반사부는 광경로 길이를 맞추어 조정함으로써 기준 광경로차를 보상하는 광경로 변화부(180a)와, 상기 광경로 변화부(180a)로부터 전달된 광을 반사시켜 되돌리는 반사부(180b)를 포함하는 것이다.

광경로 변화부(180a)는 사전에 미리 알고 있는 시간지연을 발생시켜 기준 광경로차를 보상하는 광경로차 소자이다.

도 23a 내지 도 23c는 광경로차 시간지연에 따른 거리 측정 장치들의 측정 특성을 나타낸 구성도이다.

도 23a는 FMCW 구조의 거리 측정 장치, 도 23b는 ToF 구조의 거리 측정 장치, 도 23c는 AMCW 구조의 거리 측정 장치의 광경로차 시간지연이 간격주기보다 클때의 특성을 나타낸 것이다.

레이저의 반복주기(

)보다 광경로차에 의한 실제 지연시간(

)이 커지면 대상까지의 거리가 레이저의 가간섭거리보다 짧고 반사신호 세기가 잡음신호의 세기보다 크더라도 거리측정 불가하다.

광경로 변화부는 가간섭거리를 최대한 활용할 수 있도록 광경로차를 추가하여 보상시간 (

을 제공하고, 보상시간으로 인해 보상 시간지연(

)이 실제 지연시간보다 감소하여 측정 가능하도록 한다.

즉, 광경로차에 의해 발생하는 시간지연이 주기적으로 반복되어 출력되는 레이저의 중심파장 간격 주기 또는 출력되는 펄스 간 간격 주기 또는 출력되는 세기 변조된 신호의 간격 주기보다 길어, 대상과의 거리가 레이저의 가간섭거리보다 가깝고 반사신호의 세기가 잡음신호의 세기보다 높음에도 불구하고 측정이 불가능한 문제를 극복하기 위해, 상기 광경로 변화부를 통해 의도적으로 시간지연을 발생시킴으로써 광경로차에 의해 발생하는 시간지연을 출력되는 레이저의 간격 주기보다 짧게 줄임으로써 해결하는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 및 그를 이용하는 측정 장치는 투과 광주파수 대역의 선택 가변과 공진 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 스캐닝하는 것에 의해 출력 특성을 능동적으로 변화시킬 수 있도록 한 것이다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치는 컬러천이 레이저(광원)의 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치는 시간에 따라 중심파장이 변화하는 컬러천이 레이저를 이용하여 공간 상 다양하게 위치한 측정 대상물의 전파 각도 별 거리 정보를 획득할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 레이저 광원 및 측정 장치에 관한 것으로, 채널의 대역 보다 더 넓은 전체 대역에 걸쳐서 발진 레이저 출력의 순차적인 스캐닝이 가능하도록 한 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 및 그를 이용하는 측정 장치에 관한 것이다.

본 발명은 컬러천이 레이저(광원)의 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치는 시간에 따라 중심파장이 변화하는 컬러천이 레이저를 이용하여 공간 상 다양하게 위치한 측정 대상물의 전파 각도 별 거리 정보를 획득할 수 있도록 한 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치에 관한 것이다.

Claims

광을 발생하고 증폭시키는 광이득부;

상기 광이득부에서 발생한 광 중에서 특정 광주파수 대역을 선택하여 광이 투과하도록 가변하는 투과 광대역 가변부;

상기 특정 광주파수 대역 내의 여러 공진 광주파수 차수들이 각 차수 간의 간격보다 좁은 가변 범위에 걸쳐 변화하도록 가변하는 공진 광주파수 가변부;

상기 광이득부, 투과 광대역 가변부, 공진 광주파수 가변부를 포함하여 특정 투과 광대역 이내의 특정 공진 광주파수의 광이 선택 발진하도록 광공진부를 형성하는 공진 유도부;

상기 투과 광대역 가변부와 공진 광주파수 가변부를 각기 가변 시키는 제어 신호부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제어 신호부에 의하여 투과 광주파수 대역의 선택 가변과 공진 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 스캐닝하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 투과 광대역 가변부에서 광이 통과하도록 선택된 특정 투과 광대역폭이,

광이득부의 광주파수 범위보다는 좁은 정도의 대역 폭인 조건과, 상기 공진 광주파수 가변부의 광주파수 가변 범위보다는 넓은 정도의 대역 폭인 조건을 동시에 만족하여,

투과 광대역선택에 의한 광이득 한정 효과에 의하여 레이저광의 가간섭성이 증가하면서도, 여전히 공진 광주파수 가변 범위는 감소하지 않고 유지되는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치.
제 1 항에 있어서, 선택 발진되는 특정 차수의 공진 광주파수를 가변 범위에 걸쳐 가변하는 소요 시간과,

불연속 주기적으로 투과 광대역 가변부에 의해 투과 광대역폭이 상기 공진 광주파수 차수를 선택 가변하는 소요 시간이,

서로 교차하여 주기적으로 발생함에 따라, 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 순차적으로 스캐닝하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치.
제 1 항에 있어서, 선택 발진되는 특정 차수의 공진 광주파수를 가변 범위에 걸쳐 가변하는 소요 시간보다,

상기 공진 광주파수 차수를 포함하는 투과 광대역의 중심광주파수가 연속적으로 가변하는 소요 시간이 더 길어짐에 따라,

상기 투과 광대역이 연속적으로 가변하는 광주파수 범위 내에 상기 공진 광주파수 차수가 가변하는 광주파수 범위가 포함되는 것에 의해 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 순차적으로 스캐닝하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 공진 광주파수 가변부는,

광공진기의 광경로 길이를 가변시켜 광원의 여러 차수의 종단모드 스펙트럼의 상호 모드 간격을 변화시킴으로써, 광원에서 발진되는 특정 차수의 공진 광주파수를 가변시키는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 투과 광대역 가변부는,

광투과 및 광손실 스펙트럼 대역을 가변시켜 광원의 여러 차수의 종단모드 스펙트럼 중 특정 차수의 종단모드 대역을 선택함으로써, 광원에서 발진되는 공진 광주파수의 가변 범위보다 더 넓은 정도 대역의 특정 공진 광주파수의 발진 광주파수를 가변시키는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 투과 광대역 가변부는,

입사광의 광주파수에 따라 서로 다른 각도를 가지고 분산시키는 회절격자부와,

상기 회절격자부로부터 전달된 광이 임의의 각도를 가지로 반사됨으로써 특정 광주파수만을 피드백시키는 각도스캔 반사부로 구성되는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치.
투과 광대역 가변부에 의한 광대역의 선택 가변과 공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 발진하는 레이저광의 광주파수가 순차적으로 스캐닝하는 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부;

상기 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부로부터 전달된 일부 광이 특정 투과 광대역의 선택 가변에 따라 서로 다른 채널 가변을 일으키는 채널 스캔부;

상기 채널 스캔부로부터 광이 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 반사되도록 진단 대상이 위치하는 진단 반사부;

상기 진단 반사부로부터 반사되어 되돌아 전달된 광이 상기 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부로부터 전달된 나머지 일부 광과 서로 간섭이 발생하여 광간섭신호를 유도하는 광간섭계부;

상기 광간섭계부로부터 전달된 광간섭신호에서 광주파수 선택 발진 가변에 따른 진단 대상의 정보를 획득하는 광측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 측정 장치.
투과 광대역 가변부에 의한 광대역의 선택 가변과 공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 발진하는 레이저광의 광주파수가 순차적으로 스캐닝하는 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부;

공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 대역의 선택 가변에 따른 회절 반사 또는 분산 반사에 따라 서로 다른 각도로 나뉘어져 공간을 통해 진행하도록 비기계적 방식으로 각도 별 광스캔을 일으키는 채널 스캔부;

광이 자유공간으로 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 자유공간으로 반사되도록 진단 대상이 원거리에 위치하는 진단 반사부;

광간섭신호를 유도하는 광간섭계부;

공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 발진 가변에 따른 광간섭신호에서 시간에 따라 서로 다른 각도 별 채널에 해당하는 진단 대상의 공간 정보를 스캔하여 측정하는 광측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 측정 장치.
투과 광대역 가변부에 의한 광대역의 선택 가변과 공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 발진하는 레이저광의 광주파수가 순차적으로 스캐닝하는 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부;

공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 대역의 선택 가변에 따른 서로 다른 광주파수의 광이 광주파수 채널 분할에 따라 나뉘어서 광섬유로 진행하여 다채널 정보 전달 및 획득을 일으키는 채널 스캔부;

광이 광섬유로 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 광섬유로 반사되도록 진단 대상이 위치하는 진단 반사부;

광간섭신호를 유도하는 광간섭계부;

공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 발진 가변에 따른 광간섭신호에서 시간에 따라 서로 다른 광주파수 별 채널에 해당하는 진단 대상의 광섬유 정보를 스캔하여 측정하는 광측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 측정 장치.
투과 광대역 가변부에 의한 광대역의 선택 가변과 공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 발진하는 레이저광의 광주파수가 순차적으로 스캐닝하는 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부;

상기 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부로부터 전달된 광이 특정 투과 광대역의 선택 가변에 따라 서로 다른 채널 가변을 일으키는 채널 스캔부;

상기 채널 스캔부로부터 광이 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 반사되도록 진단 대상이 위치하는 진단 반사부;

상기 진단 반사부로부터 반사되어 되돌아 전달된 광의 세기의 변화를 시간별로 전기신호로 변환하는 광검출부;

상기 광검출부로부터 전달된 시간별 전기신호의 변화에서 진단 대상의 광주파수별 광의 스펙트럼 정보를 획득하는 광측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 측정 장치.
시간에 따라 중심파장이 연속적으로 변화하는 광을 출력하는 광원;

상기 광원로부터 전달된 광의 중심파장에 따라 각도를 달리하여 공간상에서 전파되도록 하는 컬러각도 전환부;

상기 전파되는 광이 측정하고자 하는 대상물로부터 반사되어 되돌아온 광 세기 신호를 상기 시간에 따라 전기 세기 신호로 변환하는 광검출부;를 포함하고,

상기 광검출부에서 변환된 전기 세기 신호에서 상기 대상물의 거리 정보를 추출함으로써 전파되는 광의 중심파장에 대응하는 전파 각도에 따라 위치하는 대상물의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 광원에서 컬러정지하여 출력되는 광이 가지는 파장 선폭에 의하여 원거리 전파 분산에 대응하는 대상물의 횡방향 위치 폭보다,

상기 광원의 컬러천이되어 출력되는 광의 중심파장 변화가 일으키는 각도 변화에 대응하는 원거리 대상물의 횡방향 위치 변화가 더 큰 경우에,

대상물의 횡방향 위치 변화에 따라 더 작은 단위의 횡방향 위치 폭으로 나누어 거리의 구분이 가능한 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 광원에서 전달된 광을 특정 비율로 나누어 주는 광분배부와,

기준이 되는 광 신호를 형성하는 기준 반사부와.

대상물로부터 반사되어 되돌아온 광 세기 신호를 시간에 따라 전기 세기 신호로 변환하는 광검출부에서 측정된 전기 세기 신호를 분석하여 대상물의 공간 상 정보로 변환시키는 신호 처리부를 더 포함하고,

상기 광검출부에서 변환된 전기 세기 신호에서 상기 대상물의 거리 정보를 추출함으로써 전파되는 광의 중심파장에 대응하는 전파 각도에 따라 위치하는 대상물의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 광원에서 전달된 광을 특정 비율로 나누어 주는 광분배부와,

분배된 광을 특정 포트로 전달하고, 되돌아온 광을 제3의 포트로 전달하는 광순환부1 및 분배된 또다른 광을 특정 포트로 전달하고, 되돌아온 광을 제3의 포트로 전달하는 광순환부2와,

기준이 되는 광 신호를 형성하는 기준 반사부와,

상기 두 개의 광순환부1,2로부터 전달된 광을 결합시키는 광결합부와,

광결합부로부터의 광 세기 신호를 시간에 따라 전기 세기 신호로 변환하는 광검출부에서 측정된 전기 세기 신호를 분석하여 대상물의 공간 상 정보로 변환시키는 신호 처리부를 더 포함하고,

상기 광검출부에서 변환된 전기 세기 신호에서 상기 대상물의 거리 정보를 추출함으로써 전파되는 광의 중심파장에 대응하는 전파 각도에 따라 위치하는 대상물의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 측정 대상물로부터 반사되어 되돌아온 광과 상기 기준 반사부로부터 되돌아온 광이 가지는 광경로차로 인해 시간차가 발생하고,

발생한 시간차로 인해 서로 다른 파장의 광이 동시에 광검출부로 전달되어, 전달된 서로 다른 파장의 광 사이의 간섭 현상을 통해 정보를 계측하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치.
제 13 항에 있어서, 상기 광원은,

광을 발생하고 증폭시키는 광이득부와,

상기 광이득부에서 발생한 광 중에서 특정 광주파수 대역을 선택하여 광이 투과하도록 가변하는 투과 광대역 가변부와,

상기 특정 광주파수 대역 내의 여러 공진 광주파수 차수들이 각 차수 간의 간격보다 좁은 가변 범위에 걸쳐 변화하도록 가변하는 공진 광주파수 가변부와,

상기 광이득부, 투과 광대역 가변부, 공진 광주파수 가변부를 포함하여 특정 투과 광대역 이내의 특정 공진 광주파수의 광이 선택 발진하도록 광공진부를 형성하는 공진 유도부와,

상기 투과 광대역 가변부와 공진 광주파수 가변부를 각기 가변 시키는 제어 신호부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치.
제 18 항에 있어서, 상기 제어 신호부에 의하여 투과 광주파수 대역의 선택 가변과 공진 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 스캐닝하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치.
제 18 항에 있어서, 상기 투과 광대역 가변부에서 광이 통과하도록 선택된 특정 투과 광대역폭이,

광이득부의 광주파수 범위보다는 좁은 정도의 대역 폭인 조건과, 상기 공진 광주파수 가변부의 광주파수 가변 범위보다는 넓은 정도의 대역 폭인 조건을 동시에 만족하여,

투과 광대역선택에 의한 광이득 한정 효과에 의하여 레이저광의 가간섭성이 증가하면서도, 여전히 공진 광주파수 가변 범위는 감소하지 않고 유지되는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치.
제 18 항에 있어서, 선택 발진되는 특정 차수의 공진 광주파수를 가변 범위에 걸쳐 가변하는 소요 시간과,

불연속 주기적으로 투과 광대역 가변부에 의해 투과 광대역폭이 상기 공진 광주파수 차수를 선택 가변하는 소요 시간이,

서로 교차하여 주기적으로 발생함에 따라, 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 순차적으로 스캐닝하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치.
제 18 항에 있어서, 선택 발진되는 특정 차수의 공진 광주파수를 가변 범위에 걸쳐 가변하는 소요 시간보다,

상기 공진 광주파수 차수를 포함하는 투과 광대역의 중심광주파수가 연속적으로 가변하는 소요 시간이 더 길어짐에 따라,

상기 투과 광대역이 연속적으로 가변하는 광주파수 범위 내에 상기 공진 광주파수 차수가 가변하는 광주파수 범위가 포함되는 것에 의해 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 순차적으로 스캐닝하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치.
제 13 항에 있어서, 시간에 따라 중심파장이 연속적으로 변화하는 광을 출력하는 광원의 광을 특정 포트로 전달하고, 되돌아온 광을 제3의 포트로 전달하는 광순환부와,

광 세기 신호를 시간에 따라 전기 세기 신호로 변환하는 광검출부에서 측정된 전기 세기 신호를 분석하여 대상물의 공간 상 정보로 변환시키는 신호 처리부를 포함하고,

광검출부에서 변환된 전기 세기 신호에서 상기 대상물의 거리 정보를 추출함으로써 전파되는 광의 중심파장에 대응하는 전파 각도에 따라 위치하는 대상물의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치.
제 13 항에 있어서, 시간에 따라 중심파장이 연속적으로 변화하는 광을 출력하는 광원에서 전달된 광을 특정 비율로 나누어 주는 광분배부와,

광 세기 신호를 시간에 따라 전기 세기 신호로 변환하는 광검출부에서 측정된 전기 세기 신호를 분석하여 대상물의 공간 상 정보로 변환시키는 신호 처리부를 포함하고,

상기 광검출부에서 변환된 전기 세기 신호에서 상기 대상물의 거리 정보를 추출함으로써 전파되는 광의 중심파장에 대응하는 전파 각도에 따라 위치하는 대상물의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치.
제 23 항 또는 제 24 항에 있어서, 측정 대상물로부터 반사되어 되돌아온 광과 기준 반사부로부터 되돌아온 광이 가지는 광경로차로 인해 발생하는 시간차를 측정함으로써 정보를 계측하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치.
제 23 항 또는 제 24 항에 있어서, 측정 대상물로부터 반사되어 되돌아온 광과 기준 반사부로부터 되돌아온 광이 가지는 광경로차로 인해 시간차가 발생하고,

시간차에 의해 발생하는 세기 변조된 신호의 위상차이를 측정함으로써 정보를 계측하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치.
제 13 항에 있어서, 기준이 되는 광 신호를 형성하는 기준 반사부를 더 포함하고,

기준 반사부는 광경로 길이를 맞추어 조정함으로써 기준 광경로차를 보상하는 광경로 변화부와,

상기 광경로 변화부로부터 전달된 광을 반사시켜 되돌리는 반사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치.
제 27 항에 있어서, 광경로차에 의해 발생하는 시간지연이 주기적으로 반복되어 출력되는 레이저의 중심파장 간격 주기 또는 출력되는 펄스 간 간격 주기 또는 출력되는 세기 변조된 신호의 간격 주기보다 길어,

대상과의 거리가 레이저의 가간섭거리보다 가깝고 반사신호의 세기가 잡음신호의 세기보다 높음에도 불구하고 측정이 불가능한 문제를 극복하기 위해,

상기 광경로 변화부를 통해 시간지연을 발생시켜 광경로차에 의해 발생하는 시간지연을 출력되는 레이저의 간격 주기보다 짧게 줄이는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 중심파장 별 전파 각도 전환을 이용하는 대상물의 각도에 따른 거리 측정 장치.