WO2015122619A1 - Distance measurement system using tunable laser and distance modulation and distance measurement method using same - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a distance measurement system using a tunable laser and distance modulation and a distance measurement method using the same, wherein the distance measurement system comprises a laser oscillation part, a diffraction guide, a measurement unit, and a measurement part. The laser oscillation part generates continuous light having different wavelengths. The diffraction guide is disposed to be spaced a predetermined distance apart from the laser oscillation part. The measurement unit includes a measured object reciprocating between a first location spaced a first distance apart from the diffraction guide and a second location spaced a second distance apart from the diffraction guide. The measurement part receives coherent light between the measurement unit and the diffraction guide according to the occurrence of the continuous light.

Description

튜너블 레이저와 거리 변조를 이용한 거리 측정시스템 및 이를 이용한 거리 측정방법Distance measuring system using tunable laser and distance modulation and distance measuring method using same
본 발명은 레이저 및 거리변조를 이용한 거리 측정시스템 및 이를 이용한 거리 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 튜너블 레이저와 센서 거리 변조를 이용하여 정밀도를 향상시킨 거리 측정시스템 및 이를 이용한 거리 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a distance measuring system using a laser and a distance modulation and a distance measuring method using the same, and more particularly to a distance measuring system using a tunable laser and a sensor distance modulation to improve the accuracy and a distance measuring method using the same It is about.
일반적으로 회절격자나 빔스프리터와 레퍼런스 미러(reference mirror)를 이용하여 간섭계를 만들어 coherent light source를 이용하여 거리를 측정하는 방법에 대하여 다수의 기술들이 개시되고 있다. 대표적으로 종래의 마이켈슨 간섭계(Michelson interferometer)를 예로 들 수 있다. 이 경우, 측정 오차와 관련하여 광원의 반파장의 정밀도를 가지는데 이는 reference와 측정물로부터 전달되는 두 광 간의 간섭에 의한 광의 크기가 반파장의 주기함수로 변화하기 때문이다.In general, a number of techniques have been disclosed for measuring the distance using a coherent light source by making an interferometer using a diffraction grating, a beam splitter, and a reference mirror. For example, a conventional Michelson interferometer may be mentioned. In this case, the half-wave precision of the light source is related to the measurement error because the magnitude of the light due to the interference between the reference and the two light beams transmitted from the measurement object is changed to the half-wave periodic function.
따라서, 종래의 측정 방법에서는 측정물의 이동 거리가 짧아지는 경우, 측정 오차가 상대적으로 증가하게 되어 측정의 정밀도가 문제되는 경우가 다수 발생하였다.Therefore, in the conventional measuring method, when the moving distance of the workpiece is shortened, the measurement error is relatively increased, which causes a large number of problems in the accuracy of the measurement.
한편, 튜너블 레이저를 이용한 거리측정과 관련하여, 대한민국 특허출원 제2012-0003401호는 간섭계 및 이를 이용한 광학장치에서 간섭계의 파장판을 제어하면서 튜너블 레이저를 사용하고 주파수 주사 방식을 적용한 기술을 개시하고 있다. 또한, 대한민국 특허출원 제10-2006-0035199호는 레이저를 이용한 전자 거리 측정시 측정하고자하는 시작점과 목표점만을 기준으로 하여, 사용자가 어느 위치에서 측정하여도 측정하고자하는 거리가 간편하게 산출되는 기술을 개시하고 있다.On the other hand, in relation to distance measurement using a tunable laser, Korean Patent Application No. 2012-0003401 discloses a technique using a tunable laser and applying a frequency scanning method while controlling a wavelength plate of an interferometer in an interferometer and an optical device using the same. Doing. In addition, Korean Patent Application No. 10-2006-0035199 discloses a technology in which the distance to be measured is easily calculated based on only the starting point and the target point to be measured when measuring the electronic distance using a laser at any position. Doing.
이와 같이, 튜너블 레이저를 이용한 목표물까지의 거리 측정 방법에 관하여는 다양한 기술이 개발되고 있으나, 측정물이 일정 구간을 반복하여 이동하는 경우, 튜너블 레이저를 이용하여 이를 보다 정밀하게 측정할 수 있는 기술은 현재까지는 개발되고 있지 않으며, 측정의 정밀도 향상을 위한 기술의 필요성이 요구되는 상황이다.As described above, various techniques have been developed regarding a method for measuring a distance to a target using a tunable laser. However, when the measured object is repeatedly moved in a predetermined section, the tunable laser can measure the measurement more precisely. The technology has not been developed so far, and the need for technology to improve the accuracy of the measurement is required.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 튜너블 레이저와 센서 거리 변조를 이용하여 측정물의 이동 거리를 보다 정밀하게 측정할 수 있는 거리 측정시스템에 관한 것이다.Accordingly, the technical problem of the present invention was conceived in this respect, and an object of the present invention relates to a distance measuring system capable of measuring the moving distance of a workpiece more precisely by using a tunable laser and sensor distance modulation.
또한, 본 발명의 다른 목적은 튜너블 레이저와 센서 거리 변조를 이용한 거리 측정방법에 관한 것이다.In addition, another object of the present invention relates to a distance measuring method using a tunable laser and sensor distance modulation.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 거리 측정시스템은 레이저 발진부, 회절가이드, 측정유닛 및 측정부를 포함한다. 상기 레이저 발진부는 파장이 서로 다른 연속광을 발생시킨다. 상기 회절가이드는 상기 레이저 발진부와 소정거리 이격되도록 배치된다. 상기 측정유닛은, 상기 회절가이드로부터 제1 거리만큼 이격된 제1 위치와 상기 회절가이드로부터 제2 거리만큼 이격된 제2 위치 사이를 왕복하는 측정물을 포함한다. 상기 측정부는 상기 연속광의 발생에 따라, 상기 측정유닛과 상기 회절가이드 사이에서 간섭된 광을 수광한다.Distance measuring system using a laser according to an embodiment for realizing the object of the present invention includes a laser oscillator, a diffraction guide, a measuring unit and a measuring unit. The laser oscillator generates continuous light having different wavelengths. The diffraction guide is disposed to be spaced apart from the laser oscillation part by a predetermined distance. The measuring unit includes a measuring object reciprocating between a first position spaced by a first distance from the diffraction guide and a second position spaced by a second distance from the diffraction guide. The measuring unit receives light interfering between the measuring unit and the diffraction guide according to the generation of the continuous light.
일 실시예에서, 상기 레이저 발진부는 연속 튜너블(continuous tunable) 레이저를 발생할 수 있다.In one embodiment, the laser oscillator may generate a continuous tunable laser.
일 실시예에서, 상기 레이저 발진부는, 상기 측정부에서 수광된 광 신호의 시작부가 상기 수광된 광의 파장의 최대값에 위치하도록 상기 발생 광의 파장을 변화시킬 수 있다.In one embodiment, the laser oscillator may change the wavelength of the generated light so that the start of the optical signal received by the measuring unit is located at the maximum value of the wavelength of the received light.
일 실시예에서, 상기 레이저 발진부는, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이를 왕복하는 측정물이 상기 회절가이드에 가장 근접하게 위치한 상태를 기준가이드라 할 때, 상기 기준가이드의 위치를 변화시켜 상기 측정부에서 수광된 광 신호의 끝단부가 상기 수광된 광의 파장의 최대값에 위치하도록 상기 발생 광의 파장을 변화시킬 수 있다.In an embodiment, the laser oscillator may change the position of the reference guide when the reference guide is a state in which a workpiece reciprocating between the first position and the second position is located closest to the diffraction guide. The wavelength of the generated light may be changed such that an end portion of the optical signal received by the measurement unit is positioned at a maximum value of the wavelength of the received light.
일 실시예에서, 상기 레이저 발진부는, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리 사이의 간격이, 상기 발생 광의 파장의 반파장의 정수배가 되도록 상기 발생 광을 선택할 수 있다.In example embodiments, the laser oscillator may select the generated light such that a distance between the first distance and the second distance is an integer multiple of a half wavelength of the wavelength of the generated light.
일 실시예에서, 상기 측정부에서 수광된 간섭광을 구형파 신호로 변환하는 변환부, 및 상기 구형파로 변환된 간섭광을 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다. The display device may further include a converting unit converting the interference light received by the measuring unit into a square wave signal, and a display unit displaying the interference light converted into the square wave.
일 실시예에서, 상기 측정부는 포토센서(photo detector)일 수 있다. In one embodiment, the measuring unit may be a photo detector.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 거리 측정방법은, 회절가이드로부터 제1 거리만큼 이격된 제1 위치, 및 상기 회절가이드로부터 제2 거리만큼 이격된 제2 위치의 범위 내에서 측정물을 왕복이동한다. 레이저 발진부에서, 상기 회절가이드 및 상기 측정물로 서로 다른 파장의 광을 연속으로 발생한다. 상기 측정물과 상기 회절가이드 사이에서 간섭된 광의 신호를 바탕으로 상기 레이저 발진부에서 발생되는 광의 파장을 변화시킨다. 상기 측정물을 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이에서 이동시키며 상기 간섭된 광의 신호를 바탕으로 상기 레이저 발진부에서 발생되는 광의 파장을 변화시킨다. 상기 측정물의 왕복이동 거리를 측정한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a distance measuring method using a laser, the first position spaced by a first distance from a diffraction guide, and the second spaced apart by a second distance from the diffraction guide. Reciprocate the workpiece within the range of position. In the laser oscillator, light of different wavelengths is continuously generated by the diffraction guide and the measurement object. The wavelength of the light generated by the laser oscillation unit is changed based on the signal of the light interfered between the measurement object and the diffraction guide. The measurement object is moved between the first position and the second position and the wavelength of the light generated by the laser oscillator is changed based on the signal of the interference light. Measure the reciprocating distance of the workpiece.
일 실시예에서, 상기 간섭된 광 신호의 시작부가 상기 간섭된 광의 파장의 최대값에 위치하도록 상기 발생 광의 파장을 증가 또는 감소시킬 수 있다. In one embodiment, the wavelength of the generated light may be increased or decreased such that the beginning of the interfered optical signal is located at the maximum value of the wavelength of the interfered light.
일 실시예에서, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이를 왕복하는 측정물이 상기 회절 가이드에 가장 근접하게 위치한 상태를 기준가이드라 할 때, 상기 기준가이드의 위치를 증가 또는 감소시켜 상기 간섭된 광 신호의 끝단부가 상기 간섭된 광의 파장의 최대값에 위치하도록 상기 발생 광의 파장을 증가 또는 감소시킬 수 있다. In one embodiment, when the reference guide is a state in which a workpiece reciprocating between the first position and the second position is located closest to the diffraction guide, the position of the reference guide is increased or decreased so as to interfere with the interference. The wavelength of the generated light may be increased or decreased such that an end portion of the optical signal is located at a maximum value of the wavelength of the interfering light.
일 실시예에서, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리 사이의 간격이, 상기 발생 광의 파장의 반파장의 정수배가 되도록 상기 발생 광을 선택할 수 있다. In one embodiment, the generated light may be selected such that the interval between the first distance and the second distance is an integer multiple of a half wavelength of the wavelength of the generated light.
일 실시예에서, 상기 측정물의 왕복이동 거리를 측정하는 단계는, 상기 간섭된 광을 구형파 신호로 변환하여 측정물의 이동거리를 판단하는 단계, 및 상기 구형파 신호로 변환된 간섭된 광을 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, measuring the reciprocating distance of the workpiece, converting the interference light into a square wave signal to determine the moving distance of the workpiece, and displaying the interference light converted into the square wave signal It may further include.
본 발명의 실시예들에 의하면, 연속광을 발생하고 이에 대한 간섭 광을 수광하여 측정물의 이동거리를 측정하므로, 하나의 광 또는 불연속 광에 의해 측정물의 이동거리를 측정하는 것과 비교하여 정밀도를 향상시킬 수 있다. According to the embodiments of the present invention, since the moving distance of the workpiece is measured by generating continuous light and receiving interference light, the accuracy is improved compared to measuring the moving distance of the workpiece by one light or discontinuous light. You can.
특히, 연속광의 경우 튜너블 레이저를 이용하여 발생된 광의 파장을 연속적으로 가변하므로, 측정물의 이동거리가 파장의 반파장의 정수배가 되는 광을 용이하게 선택할 수 있으며, 이에 따라 광의 파장으로부터 측정물의 이동거리를 매우 정밀하게 계측할 수 있다. In particular, in the case of continuous light, since the wavelength of the light generated using the tunable laser is continuously varied, it is possible to easily select the light whose moving distance is an integer multiple of the half wavelength of the wavelength, and thus the moving distance of the measuring object from the wavelength of the light. Can be measured very precisely.
또한, 기준가이드를 상기 광 파장의 반파장의 정수배가 되도록 위치를 변경함으로써, 측정물의 이동거리를 보다 정확하게 측정할 수 있다. In addition, by changing the position of the reference guide to be an integer multiple of the half wavelength of the optical wavelength, it is possible to measure the moving distance of the workpiece more accurately.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저를 이용한 거리 측정시스템을 도시한 모식도이다. 1 is a schematic diagram showing a distance measuring system using a laser according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 거리 측정시스템에서 측정물의 위치에 따라 조사된 광의 반사 및 회절 상태를 나타내는 모식도이다. FIG. 2 is a schematic diagram showing the reflection and diffraction states of the irradiated light according to the position of the workpiece in the distance measuring system of FIG. 1.
도 3a는 도 2의 조사된 광의 회절에 따라 측정부에서 측정된 결과를 도시한 그래프이다. 3A is a graph illustrating the results measured by the measuring unit according to diffraction of the irradiated light of FIG. 2.
도 3b는 도 2의 조사된 광의 회절에 따라 측정된 결과 중 측정물의 이동거리(d)에 관한 측정 신호를 반복적으로 도시한 그래프이다. FIG. 3B is a graph repeatedly showing a measurement signal regarding a moving distance d of a workpiece among the results measured according to diffraction of the irradiated light of FIG. 2.
도 4a 및 도 4b는 도 1의 레이저를 이용한 거리 측정시스템을 이용한 거리 측정방법을 도시한 흐름도들이다. 4A and 4B are flowcharts illustrating a distance measuring method using the distance measuring system using the laser of FIG. 1.
도 5a 및 도 5b는 도 4a 및 도 4b의 레이저를 이용한 거리 측정방법을 통한 거리 측정의 결과의 일 예를 도시한 그래프이다. 5A and 5B are graphs showing examples of results of distance measurement through the distance measuring method using the laser of FIGS. 4A and 4B.
도 6a 및 도 6b는 도 4a 및 도 4b의 레이저를 이용한 거리 측정방법을 통한 거리 측정의 결과의 다른 예를 도시한 그래프이다. 6A and 6B are graphs illustrating another example of results of distance measurement through the distance measuring method using the laser of FIGS. 4A and 4B.
도 7은 도 4a 및 도 4b의 레이저를 이용한 거리 측정방법을 통한 실험 결과를 나타낸 그래프이다. 7 is a graph showing the results of experiments using the distance measuring method using the laser of FIGS. 4A and 4B.
* 부호의 설명* Explanation of the sign
10 : 거리 측정시스템 100 : 레이저 발진부10: distance measuring system 100: laser oscillator
200 : 베이스부 300 ; 회절 가이드200: base portion 300; Diffraction guide
400 : 측정유닛 401 : 기준 가이드400: measuring unit 401: reference guide
401, 402 : 측정물의 위치 변화 500 : 측정부401, 402: change in position of the workpiece 500: measuring unit
510 : 변환부 520 : 표시부510: converter 520: display unit
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. As the inventive concept allows for various changes and numerous modifications, the embodiments will be described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In this application, the terms "comprise" or "consist of" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저를 이용한 거리 측정시스템을 도시한 모식도이다. 1 is a schematic diagram showing a distance measuring system using a laser according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 레이저를 이용한 거리 측정시스템(10)은 레이저 발진부(100), 베이스부(200), 회절가이드(300), 측정유닛(400), 측정부(500), 변환부(510) 및 표시부(520)를 포함하며, 상기 측정유닛(400)은 소정의 위치 사이를 왕복하는 측정물을 포함한다. Referring to FIG. 1, the distance measuring system 10 using the laser according to the present embodiment includes a laser oscillation unit 100, a base unit 200, a diffraction guide 300, a measurement unit 400, and a measurement unit 500. And a converting unit 510 and a display unit 520, and the measuring unit 400 includes a measuring object reciprocating between predetermined positions.
상기 레이저 발진부(100)는 튜너블 레이저(tunable laser), 즉 연속 튜너블 레이저(continuous tunable laser)를 발생하여 상기 회절가이드(300) 및 상기 측정물(400)로 조사한다. 이 경우, 상기 레이저 발진부(100)에서 발생되는 튜너블 레이저는 파장이 연속적으로 가변하는 레이저 광을 의미하며, 상기 파장이 연속적으로 가변하는 레이저 광은 제어부(미도시)의 조절에 따라 연속적으로 발생하게 된다. 이하에서는, 상기 레이저 발진부(100)에서 발생시키는 광을 발생 광이라 한다. The laser oscillator 100 generates a tunable laser, that is, a continuous tunable laser, and irradiates the diffraction guide 300 and the measurement object 400. In this case, the tunable laser generated by the laser oscillator 100 means laser light of which the wavelength is continuously variable, and the laser light of which the wavelength is continuously variable is continuously generated under the control of a controller (not shown). Done. Hereinafter, the light generated by the laser oscillator 100 is referred to as generated light.
즉, 상기 레이저 발진부(100)는 연속적으로 변화하는 파장을 갖는 광을 연속적으로 발생하여 상기 회절가이드(300) 및 상기 측정유닛(400)으로 조사한다. That is, the laser oscillator 100 continuously generates light having a continuously changing wavelength and irradiates the diffraction guide 300 and the measuring unit 400.
이 경우, 상기 레이저 발진부(100)에서 발생하는 연속적인 파장의 광에 대하여 후술할 상기 측정부(500)도 연속되어 간섭광을 수신하게 되며, 상기 변환부(510) 및 상기 표시부(520)도 연속되어 수신되는 간섭광을 연속적으로 변환 및 표시하게 된다.In this case, the measurement unit 500 to be described later with respect to the light of the continuous wavelength generated by the laser oscillator 100 also receives the interference light, the conversion unit 510 and the display unit 520 also Interference light received continuously is continuously converted and displayed.
즉, 이하에서 간섭광이란 상기 측정물이 소정 위치에서 이동함에 따라 간섭된 광으로, 상기 측정부(500)에서 상기 간섭된 광을 수광한 것(수광된 광)을 의미한다.That is, the interference light hereinafter refers to light that is interfered as the measurement object moves at a predetermined position, and means that the measurement unit 500 receives the interference light (received light).
상기 베이스부(200)는 상기 레이저 발진부(100)와 상기 회절가이드(300) 사이의 공간으로, 상기 베이스부(200)를 통해 상기 레이저 발진부(100)로부터 발생된 광이 상기 회절가이드(300) 및 상기 측정유닛(400)으로 조사되고, 상기 회절가이드(300) 및 상기 측정유닛(400) 사이에서 간섭된 간섭광은 상기 베이스부(200)를 통과하여 상기 측정부(500)로 제공된다. The base portion 200 is a space between the laser oscillation portion 100 and the diffraction guide 300, the light generated from the laser oscillation portion 100 through the base portion 200 is the diffraction guide 300. And the interference light irradiated to the measuring unit 400 and interfered between the diffraction guide 300 and the measuring unit 400 passes through the base part 200 and is provided to the measuring unit 500.
이 경우, 상기 측정유닛(400)은 측정물을 포함하므로, 상기 간섭광은 상기 회절가이드(300)와 상기 측정물 사이에서 간섭된 광에 해당된다.In this case, since the measuring unit 400 includes a measurement object, the interference light corresponds to light interfering between the diffraction guide 300 and the measurement object.
상기 회절가이드(300)는 상기 베이스부(200)의 끝단에 배치되며, 복수의 슬릿들(slit)이 소정거리 이격되며 배치된다.The diffraction guide 300 is disposed at the end of the base portion 200, the plurality of slits (slit) are arranged at a predetermined distance apart.
그리하여, 상기 레이저 발진부(100)에서 발생된 광의 일부는 상기 회절가이드(300)의 슬릿들에서 1차적으로 반사되어 상기 베이스부(200)를 통과하며, 나머지 광은 상기 회절가이드(300)의 슬릿들 사이를 통과하여 상기 측정유닛(400)으로 제공되고, 각각 상기 측정물에서 2차적으로 반사되어 상기 베이스부(200)를 통과한다.Thus, part of the light generated by the laser oscillator 100 is primarily reflected by the slits of the diffraction guide 300 and passes through the base part 200, and the remaining light is slit of the diffraction guide 300. Passing between the two is provided to the measuring unit 400, each of which is reflected by the second object to pass through the base portion 200.
상기 측정유닛(400)은 측정물을 포함한다.The measuring unit 400 includes a measuring object.
본 실시예에서 상기 측정물은 상기 회절가이드(300)로부터 제1 거리(L) 만큼 이격된 제1 위치와, 상기 회절가이드(300)로부터 제2 거리(L+d) 만큼 이격된 제2 위치 사이를 왕복하며 위치하게 된다. 즉, 상기 측정물은 이동거리(d)만큼 왕복 이동하게 된다.In the present embodiment, the measurement object is a first position spaced apart from the diffraction guide 300 by a first distance L, and a second position spaced apart from the diffraction guide 300 by a second distance L + d. It will be located to and from each other. That is, the measurement object is reciprocated by the movement distance d.
이 경우, 후술하겠으나, 상기 측정물은 상기 레이저 발진부(100)에서 발생되는 광의 파장에 따라 상기 회절가이드(300)와의 이격 거리가 다르게 위치하게 된다. 즉, 상기 제1 거리(L)도 가변적일 수 있다. In this case, as will be described later, the measured object is positioned differently from the diffraction guide 300 according to the wavelength of the light generated by the laser oscillator 100. That is, the first distance L may also be variable.
한편, 본 실시예에서 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이를 왕복하는 상기 측정물이 상기 회절가이드(300)에 가장 근접하게 위치한 상태를 기준가이드(401)라고 정의할 수 있다. 물론, 상기 기준가이드(401)도 상기 제1 거리(L)가 가변적임에 따라 가변된다. Meanwhile, in the present embodiment, the reference guide 401 may be defined as a state in which the measured object reciprocating between the first position and the second position is located closest to the diffraction guide 300. Of course, the reference guide 401 also varies as the first distance L is variable.
본 실시예에서는 상기 측정물이 이동되는 상기 이동거리(d)를 측정하게 된다.In this embodiment, the moving distance (d) in which the measured object is moved is measured.
한편, 상기 레이저 발진부(100)에서 발생된 광 중 상기 회절가이드(300)의 슬릿들 사이를 통과한 광은 상기 측정물에서 반사되어 상기 베이스부(200)로 제공된다. 그리하여, 상기 베이스부(200)에서는 상기 회절가이드(300)에서 반사된 광과 상기 측정물에서 각각 반사된 광이 서로 간섭되어 간섭광들이 발생하게 된다. Meanwhile, the light passing between the slits of the diffraction guide 300 among the light generated by the laser oscillator 100 is reflected by the measurement object and provided to the base 200. Thus, in the base part 200, the light reflected from the diffraction guide 300 and the light reflected from the measurement object interfere with each other to generate interference light.
상기 측정부(500)는 상기 회절가이드(300)에서 반사된 광과 상기 측정물(402)에서 반사된 광이 서로 간섭된 간섭광을 수광한다. The measurement unit 500 receives interference light in which the light reflected by the diffraction guide 300 and the light reflected by the measurement object 402 interfere with each other.
이 경우, 상기 측정부(500)는, 예를 들어, 포토센서(photo detector)일 수 있다. In this case, the measuring unit 500 may be, for example, a photo detector.
이렇게 상기 측정부(500)에서 수광된 상기 간섭광들은 상기 변환부(510)로 제공되어, 상기 변환부(510)에서는 상기 간섭광들을 각각 구형파 신호로 변환한다. 이 경우, 상기 변환부(510)에서 간섭광들을 구형파 신호로 변환하는 식은 공지의 기술이므로 상세한 설명을 생략한다. The interference light received by the measurement unit 500 is provided to the conversion unit 510, and the conversion unit 510 converts the interference light into square wave signals, respectively. In this case, since the conversion unit 510 converts the interference light into the square wave signal, a detailed description thereof will be omitted.
상기 표시부(520)는 상기 변환부(510)에서 구형파 신호로 변환된 결과를 표시하며, 이에 따라, 상기 측정물의 왕복이동거리(d)를 판단할 수 있다. 이 경우, 구체적인 판단방법은 후술하여 설명한다.The display unit 520 displays a result of converting the square wave signal by the conversion unit 510, and accordingly, determines the reciprocating distance d of the measurement object. In this case, a specific judgment method will be described later.
도 2는 도 1의 거리 측정시스템에서 측정물의 위치에 따라 조사된 광의 반사 및 회절 상태를 나타내는 모식도이다. 도 3a는 도 2의 조사된 광의 회절에 따라 측정부에서 측정된 결과를 도시한 그래프이다. 도 3b는 도 2의 조사된 광의 회절에 따라 측정된 결과 중 측정물의 이동거리(d)에 관한 측정 신호를 반복적으로 도시한 그래프이다. FIG. 2 is a schematic diagram showing the reflection and diffraction states of the irradiated light according to the position of the workpiece in the distance measuring system of FIG. 1. 3A is a graph illustrating the results measured by the measuring unit according to diffraction of the irradiated light of FIG. 2. FIG. 3B is a graph repeatedly showing a measurement signal regarding a moving distance d of a workpiece among the results measured according to diffraction of the irradiated light of FIG. 2.
도 2를 참조하면, 상기 레이저 발진부(100)에서 발생된 광의 일부는 상기 회절가이드(300)에서 반사된 제1 반사광(①)으로 상기 베이스부(200)로 제공되고, 상기 회절가이드(300)를 통과하여 상기 기준가이드(401, 즉 제1 위치에 있는 측정물)에서 반사된 제2 반사광(②)도 상기 베이스부(200)로 제공되며, 상기 회절가이드(300)를 통과하여 상기 제2 위치에 있는 측정물(402)에서 반사된 제3 반사광(③)도 상기 베이스부(200)로 제공된다.Referring to FIG. 2, a portion of the light generated by the laser oscillator 100 is provided to the base 200 as the first reflected light ① reflected from the diffraction guide 300, and the diffraction guide 300 is provided. The second reflected light (②) reflected from the reference guide 401 (that is, the measured object at the first position) through the second part is also provided to the base part 200, and passes through the diffraction guide 300 to the second reflected light (②). The third reflected light ③ reflected from the measurement object 402 at the position is also provided to the base part 200.
이하에서는, 상기 측정물은 제1 위치 및 제2 위치 사이를 왕복하므로 설명의 편의상 제1 위치에 위치한 경우와 제2 위치에 위치한 경우의 두 가지에 대하여 상술한다. In the following description, the measurement object reciprocates between the first position and the second position, and thus, for convenience of description, two kinds of cases in which the measurement object is positioned in the first position and in the second position will be described in detail.
이 경우, 도 2의 (A)를 참조하면, 상기 회절가이드(300)와 상기 측정물(401) 사이의 이격거리(L)가 상기 레이저 발진부(100)에서 발생된 광의 반파장과 동일하다면(L=λ/2), 상기 제1 반사광(①)과 상기 제2 반사광(②)이 간섭된 간섭광은 반사광(reflection)을 형성하게 된다.In this case, referring to FIG. 2A, if the separation distance L between the diffraction guide 300 and the measurement object 401 is the same as the half wavelength of the light generated by the laser oscillator 100 ( L = λ / 2), and the interference light interfering with the first reflected light ① and the second reflected light ② forms a reflection.
마찬가지로, 상기 측정물의 이동거리(d)가 상기 레이저 발진부(100)에서 발생된 광의 반파장과 동일하다면(L=λ/2), 상기 제1 반사광(①)과 상기 제3 반사광(③)이 간섭된 간섭광은 반사광(reflection)을 형성하게 된다. Similarly, if the moving distance d of the measurement object is equal to the half wavelength of the light generated by the laser oscillator 100 (L = λ / 2), the first reflected light ① and the third reflected light ③ are Interfered interference light forms reflection.
반면, 도 2의 (B)를 참조하면, 상기 측정물의 이동거리(d)가 상기 레이저 발진부(100)에서 발생된 광의 1/4파장과 동일하다면(L=λ/4), 상기 제1 반사광(①)과 상기 제3 반사광(③)이 간섭된 간섭광은 회절광(diffraction)을 형성하게 된다. On the other hand, referring to FIG. 2B, if the moving distance d of the measurement object is equal to 1/4 wavelength of the light generated by the laser oscillator 100 (L = λ / 4), the first reflected light (1) and the interference light interfering with the third reflected light (③) form a diffraction light (diffraction).
이 경우, 상기 측정물의 이동거리(d)가 상기 레이저 발진부(100)에서 발생된 광의 1/2파장의 n배(n은 정수)가 아닌 경우라면 상기 제1 반사광(①)과 상기 제3 반사광(③)이 간섭된 간섭광은 모두 회절광(diffraction)을 형성하게 된다. In this case, when the moving distance d of the measurement object is not n times (n is an integer) of 1/2 wavelength of the light generated by the laser oscillator 100, the first reflected light ① and the third reflected light All interference light interfered with (③) forms diffraction light.
한편, 상기 측정부(500)에서 수광된 상기 제1 반사광(①)과 상기 제2 반사광(②)이 간섭된 간섭광, 또는 상기 제1 반사광(①)과 상기 제3 반사광(③)이 간섭된 간섭광이 상기 변환부(510)에서 구형파 신호로 변환되면, 도 3a에 도시된 바와 같은 구형파의 그래프로 도시된다. On the other hand, the interference light interfered with the first reflected light (①) and the second reflected light (②) received by the measuring unit 500, or the first reflected light (①) and the third reflected light (③) interference When the interfering light is converted into a square wave signal by the conversion unit 510, it is shown as a graph of the square wave as shown in FIG. 3A.
즉, 도 3a에 도시된 구형파에서, 파장의 피크값 사이는 상기 레이저 발진부(100)에서 발생한 광의 1/2파장에 해당되며, 상기 회절가이드(300)로부터 제1 위치에 위치한 상기 측정물까지의 제1 거리(L)는 상기 구형파의 피크 개수를 통해 파악할 수 있다. 마찬가지로, 상기 기준가이드(401)에서 상기 측정물의 이동거리(d)도 상기 구형파의 피크 개수를 통해 파악할 수 있다. That is, in the square wave shown in FIG. 3A, the peak value of the wavelength corresponds to one-half wavelength of the light generated by the laser oscillator 100, and from the diffraction guide 300 to the measurement object located at the first position. The first distance L may be determined through the number of peaks of the square wave. Similarly, the moving distance d of the workpiece in the reference guide 401 can also be determined through the number of peaks of the square wave.
다만, 도 3a에서는 상기 레이저 발진부(100)에서 발생한 광의 피크값과 상기 제1 거리(L) 및 상기 이동거리(d)가 서로 일치하지 않으므로, 상기 제1 거리(L) 및 상기 이동거리(d)를 정확하게 계측하기는 어렵다. However, in FIG. 3A, since the peak value of the light generated by the laser oscillator 100 and the first distance L and the moving distance d do not coincide with each other, the first distance L and the moving distance d ) Is difficult to measure accurately.
즉, 도 3b를 참조하면, 상기 측정물의 이동거리(d)에 관한 계측 결과는 시작신호는 물론 끝신호도 피크 값에 위치하지 않으므로, 서로 일치하지 않아 상기 제1 거리(L) 및 상기 이동거리(d)의 정확한 계측이 어렵다. That is, referring to FIG. 3B, since the measurement result regarding the movement distance d of the measurement object is not located at the peak value as well as the start signal, the first distance L and the movement distance do not coincide with each other. Accurate measurement of (d) is difficult.
따라서, 본 실시예에서와 같이, 상기 레이저 발진부(100)에서 발생한 광을 연속적으로 변화시켜 상기 광의 파장을 변화시키면서, 상기 발생된 광의 파장의 피크값과 상기 제1 거리(L) 및 상기 이동거리(d)가 일치하는 광의 파장을 선택하면, 상기 광의 파장으로부터 상기 제1 거리(L) 및 상기 이동거리(d)를 정확하게 계측할 수 있다. Accordingly, as in the present embodiment, while changing the wavelength of the light by continuously changing the light generated by the laser oscillator 100, the peak value of the wavelength of the generated light and the first distance (L) and the moving distance When the wavelength of the light (d) coincides with each other, the first distance L and the movement distance d can be accurately measured from the wavelength of the light.
이러한 본 실시예에 의한 거리 측정방법에 대하여는 이하에서 상술한다. The distance measuring method according to the present embodiment will be described in detail below.
도 4a 및 도 4b는 도 1의 레이저를 이용한 거리 측정시스템을 이용한 거리 측정방법을 도시한 흐름도들이다. 도 5a 및 도 5b는 도 4a 및 도 4b의 레이저를 이용한 거리 측정방법을 통한 거리 측정의 결과의 일 예를 도시한 그래프이다. 도 6a 및 도 6b는 도 4a 및 도 4b의 레이저를 이용한 거리 측정방법을 통한 거리 측정의 결과의 다른 예를 도시한 그래프이다. 4A and 4B are flowcharts illustrating a distance measuring method using the distance measuring system using the laser of FIG. 1. 5A and 5B are graphs showing examples of results of distance measurement through the distance measuring method using the laser of FIGS. 4A and 4B. 6A and 6B are graphs illustrating another example of results of distance measurement through the distance measuring method using the laser of FIGS. 4A and 4B.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 레이저를 이용한 거리 측정방법에서는, 우선 상기 측정물을 제1 위치(401)에서 제2 위치(402)의 사이에서 이동거리(d)를 유지하며 왕복 이동시킨다(단계 S10). 4A and 4B, in the distance measuring method using the laser, first, the measurement object is reciprocated while maintaining the moving distance d between the first position 401 and the second position 402. (Step S10).
이 후, 상기 레이저 발진부(100)에서 조사되는 광의 파장을 바꾸어 상기 회절가이드 및 상기 측정물로 서로 다른 파장의 광을 연속적으로 발생한다(단계 S20). Thereafter, the wavelength of the light irradiated from the laser oscillator 100 is changed to continuously generate light having different wavelengths from the diffraction guide and the measurement object (step S20).
이 후, 상기 레이저 발진부(100)에서는 상기 회절가이드(300) 및 상기 측정물 사이에서 간섭된 광의 신호를 바탕으로 상기 레이저 발진부(100)에서 발생하는 광의 파장을 변화시킨다(단계 S30). Thereafter, the laser oscillator 100 changes the wavelength of the light generated by the laser oscillator 100 based on the signal of the light interfered between the diffraction guide 300 and the measurement object (step S30).
상기 간섭된 광의 신호는 일정한 주기를 갖는 파형으로 표시되는데, 상기 간섭된 광의 신호의 파형의 시작부가 상기 간섭된 광의 파장의 최대값에 위치하도록 상기 레이저 발진부(100)는 상기 발생 광의 파장을 증가 또는 감소시킨다. The signal of the interference light is represented by a waveform having a constant period, the laser oscillator 100 increases the wavelength of the generated light so that the beginning of the waveform of the signal of the interference light is located at the maximum value of the wavelength of the interference light; Decrease.
즉, 상기 레이저 발진부(100)에서는 서로 다른 파장을 갖는 광을 연속적으로 발생시켜 상기 회절가이드(300) 및 상기 측정유닛(400)으로 조사한다. That is, the laser oscillator 100 continuously generates light having different wavelengths and irradiates the diffraction guide 300 and the measurement unit 400.
도 5a를 참조하면, 상기 발생광의 파장을 변화시켜가면서, 도 5a에 도시된 바와 같이 간섭광의 파형(도 5a에서 이동거리(d)에 해당되는 파형)의 시작부가 상기 간섭광의 파장의 최대값에 위치하도록 상기 발생 광의 파장을 증가 또는 감소시킨다. Referring to FIG. 5A, while the wavelength of the generated light is changed, the beginning of the waveform of the interference light (waveform corresponding to the moving distance d in FIG. 5A) as shown in FIG. 5A is applied to the maximum value of the wavelength of the interference light. Increase or decrease the wavelength of the generated light to locate.
이 후, 상기 측정물을 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이에서 이동시키며, 상기 간섭된 광의 신호를 바탕으로 레이저 발진부에서 발생되는 광의 파장을 추가로 변화시킨다(단계 S40). Thereafter, the measurement object is moved between the first position and the second position, and the wavelength of the light generated by the laser oscillator is further changed based on the signal of the interfered light (step S40).
즉, 상기 기준가이드(401)의 위치를 증가 또는 감소시켜 상기 간섭된 광 신호의 끝단부도 상기 간섭된 광의 파장의 최대값에 위치하도록 상기 레이저 발진부(100)에서 발생되는 발생광의 파장을 증가 또는 감소시킨다. That is, the wavelength of the generated light generated by the laser oscillator 100 is increased or decreased by increasing or decreasing the position of the reference guide 401 so that the end of the interfering optical signal is also located at the maximum value of the wavelength of the interfering light. Let's do it.
도 5a 및 도 5b를 다시 참조하면, 상기 간섭광의 파형의 시작부가 상기 간섭광의 파장의 최대값에 해당되는 발생광은 선택되었으나, 상기 간섭광의 파형의 끝단부는 상기 간섭광의 파장의 최대값에 위치하지는 않는다. Referring again to FIGS. 5A and 5B, the generated light at which the beginning of the waveform of the interference light corresponds to the maximum value of the wavelength of the interference light is selected, but the end of the waveform of the interference light is not located at the maximum value of the wavelength of the interference light. Do not.
이에 따라, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 기준가이드(401)의 위치를 증가 또는 감소시키면서, 상기 간섭된 광 신호의 시작부는 물론, 상기 간섭된 광 신호의 끝단부도 상기 간섭된 광의 파장의 최대값에 위치하도록 상기 레이저 발진부(100)에서 발생되는 발생광의 파장을 증가 또는 감소시킨다. Accordingly, as shown in FIGS. 6A and 6B, while increasing or decreasing the position of the reference guide 401, not only the beginning of the interfering optical signal but also the end of the interfering optical signal may be The wavelength of the generated light generated by the laser oscillator 100 is increased or decreased to be located at the maximum value of the wavelength.
그리하여, 상기 측정물의 이동거리(d), 즉 제1 거리와 제2 거리 사이의 간격이, 상기 레이저 발진부(100)에서 발생되는 발생 광의 파장의 반파장의 정수배가 되도록(d=(λ/2)*n) 상기 레이저 발진부(100)에서 발생되는 광을 선택한다. Thus, the movement distance d of the workpiece, that is, the distance between the first distance and the second distance, is an integer multiple of the half wavelength of the wavelength of generated light generated by the laser oscillator 100 (d = (λ / 2) n) the light generated by the laser oscillator 100 is selected.
도 6a 및 도 6b에서는 상기 이동거리가 반파장의 3배(d=(λ/2)*3)가 되도록 광의 파장이 선택(튜닝)된 예를 도시하였다. 6A and 6B show an example in which the wavelength of light is selected (tuned) so that the moving distance is three times the half wavelength (d = (λ / 2) * 3).
보다 구체적으로, 상기 튜닝광의 파장은 증가 또는 감소시킬 수 있으며(단계 S41), 상기 튜닝광의 파장을 증가하는 경우 기준가이드(401)의 위치를 증가시킨다(단계 S42). 이와 달리 상기 튜닝광의 파장을 감소하는 경우 상기 기준가이드(401)의 위치도 감소시킨다(단계 S43). 그리하여, 상기 간섭된 광 신호의 끝단부는 물론이고 상기 간섭된 광 신호의 시작부도 상기 간섭된 광의 파장의 최대값에 위치하는 발생광을 선택할 수 있게 된다. More specifically, the wavelength of the tuning light can be increased or decreased (step S41), and when the wavelength of the tuning light is increased, the position of the reference guide 401 is increased (step S42). In contrast, when the wavelength of the tuning light is reduced, the position of the reference guide 401 is also reduced (step S43). Thus, the end of the interfering light signal as well as the start of the interfering light signal can select the generated light located at the maximum value of the wavelength of the interfering light.
이와 같이, 상기 튜닝광의 파장의 증가 또는 감소에 따라 상기 기준가이드의 위치를 증가 또는 감소시키면서, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리 사이의 간격이 상기 발생광의 파장의 반파장의 정수배가 되는지 판단한다(단계 S34). In this way, while increasing or decreasing the position of the reference guide according to the increase or decrease of the wavelength of the tuning light, it is determined whether the interval between the first distance and the second distance is an integer multiple of the half wavelength of the wavelength of the generated light ( Step S34).
그리하여, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 선택된 광의 피크값이 상기 이동거리(d)의 시작 및 끝단 모두에 위치하는 구형파가 형성되며, 이에 따라 상기 이동거리(d)가 선택된 광의 반파장의 몇 배가 되는지를 보다 정확하게 계측할 수 있게 된다. Thus, as shown in Fig. 6B, a square wave is formed in which the peak value of the selected light is located at both the start and the end of the moving distance d, so that the moving distance d is several times the half wavelength of the selected light. It will be able to measure more accurately.
이후, 상기와 같은 조건을 만족하는 발생광이 선택되면 상기 측정물(402)의 이동거리(d)는 상기 발생광의 파장으로부터 바로 측정이 가능하게 된다(단계 S50). Thereafter, when the generated light satisfying the above conditions is selected, the moving distance d of the measurement object 402 can be measured directly from the wavelength of the generated light (step S50).
예를 들어, 도 5a 및 도 5b를 다시 참조하면, 튜너블 레이저의 파장을 매우 미세하게 증가시켜 제1 거리(L)의 끝부분의 신호가 간섭 신호의 피크에 오는 경우의 파장을 λ1이라 한다. 이 때, 제1 거리(L)의 길이에 따라 발생광 파장이 Δλ만큼 증가되었어도 제1 거리(L)의 끝신호는 Δλ의 정수배 만큼 변화된 상황이다. 즉, 상기 제1 거리(L)가 (100~101)*λ/2 범위라고 하고 발생광 파장이 Δλ만큼 증가되면 상기 제1 거리(L)는 100*Δλ/2 만큼 이동하게 되며 결국 상기 제1 거리(L)는 100*λ1/2가 된다. For example, referring back to FIGS. 5A and 5B, the wavelength of the tunable laser is increased very finely so that the wavelength when the signal at the end of the first distance L comes to the peak of the interference signal is λ 1 . do. At this time, even if the generated light wavelength increases by Δλ according to the length of the first distance L, the end signal of the first distance L is changed by an integer multiple of Δλ. That is, when the first distance L is in the range of (100 to 101) * λ / 2 and the generated light wavelength is increased by Δλ, the first distance L is moved by 100 * Δλ / 2 and eventually the first One distance L is 100 * λ 1/2 .
이 후, 상기 이동거리(d) 구간의 시작 신호를 상기 간섭 신호의 피크로 유지하면서 상기 이동거리(d) 구간의 끝 신호를 상기 간섭 신호의 피크에 위치시키는 것이며 이를 위해서는 상기 발생광의 파장을 변화시켜야 하며 상기 제1 거리(L)도 변화시켜야 한다. 이 때, 상기 도 5b를 참조하면 상기 이동거리(d) 구간은 세 개의 반복적인 구간이므로 실질적으로 상기 이동거리(d) 구간은 상기 발생광 파장의 2.5 주기에서 3 주기 사이에서 왕복하는 것을 확인할 수 있다. Thereafter, while keeping the start signal of the moving distance d section as the peak of the interference signal, the end signal of the moving distance d section is positioned at the peak of the interference signal. The first distance L must also be changed. In this case, referring to FIG. 5B, since the moving distance d is three repetitive sections, the moving distance d may be reciprocated between 2.5 and 3 cycles of the generated light wavelength. have.
따라서, 상기 이동거리(d) 구간을 상기 발생광 파장의 3 주기로 맞추기 위해서는 상기 발생광 파장을 감소시켜야 하며, 상기 발생광 파장의 2.5 주기로 맞추기 위해서는 상기 발생광 파장을 증가시켜야 하는데, 3주기에 더 근접하므로, 상기 발생광 파장을 감소시키는 것이 추천된다. Therefore, the wavelength of the generated light must be reduced to adjust the moving distance d section to three periods of the generated light wavelength, and the wavelength of the generated light must be increased to adjust the period of the generated light wavelength to 2.5 periods. As it is close, it is recommended to reduce the generated light wavelength.
다만, 상기와 같이 발생광 파장을 감소시키면, 도 5a에서 유추되듯이 상기 제1 거리(L)의 끝 신호가 간섭신호의 피크에서 벗어나게 된다. 따라서, 상기 발생광 파장의 주기를 줄이는 경우 상기 제1 거리(L)도 동시에 줄여야 상기 제1 거리(L)의 끝 신호가 간섭신호의 피크를 벗어나지 않게 된다. However, if the wavelength of the generated light is reduced as described above, the end signal of the first distance L is out of the peak of the interference signal as inferred in FIG. 5A. Therefore, when the period of the generated light wavelength is reduced, the first distance L must be simultaneously reduced so that the end signal of the first distance L does not deviate from the peak of the interference signal.
즉, 앞에서 예시한 바와 같이 상기 발생광 파장을 λ1에서 Δλ1만큼 줄였다면 상기 제1 거리(L)은 L1=L-100*Δλ1 만큼 줄여야 상기 간섭신호의 피크를 벗어나지 않게 된다. 이와 같이 상기 제1 거리(L)를 연속적으로 줄여 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 상기 이동거리(d)가 간섭 신호의 피크에 위치하는 경우 상기 제1 거리(L)는 상기 발생광 파장의 반파장의 정수배(도 5b에서는 3배)가 되며, 이 때 상기 이동거리(d)를 측정할 수 있게 된다. That is, as described above, when the generated light wavelength is reduced by λ 1 to Δλ 1, the first distance L should be reduced by L 1 = L-100 * Δλ 1 so as not to deviate from the peak of the interference signal. As described above, as the first distance L is continuously reduced, the first distance L is the generated light wavelength when the movement distance d is located at the peak of the interference signal, as shown in FIGS. 6A and 6B. It becomes an integer multiple of the half wavelength of (3 times in Fig. 5b), at which time the moving distance (d) can be measured.
도 7은 도 4a 및 도 4b의 레이저를 이용한 거리 측정방법을 통한 실험 결과를 나타낸 그래프이다. 7 is a graph showing the results of experiments using the distance measuring method using the laser of FIGS. 4A and 4B.
도 7에서는, 상기에서 상세히 설명한 레이저를 이용한 거리 측정방법을 통해 상기 발생광의 파장 및 상기 제1 거리의 변화를 통해, 발생광의 파장과 이에 따른 상기 측정부(500)에서 측정된 신호가 상기 이동거리(d)의 시작점은 상기 파장의 상승 피크(top peak)에 위치하고, 상기 이동거리(d)의 끝나는 점은 상기 파장의 하강 피크(bottom peak)에 위치한 결과의 예를 나타내었다. In FIG. 7, the wavelength of the generated light and the signal measured by the measurement unit 500 according to the wavelength of the generated light and the change of the first distance through the distance measuring method using the laser described in detail above are the moving distance. The starting point of (d) is located at the top peak of the wavelength, and the ending point of the moving distance d shows an example of the result located at the bottom peak of the wavelength.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 연속광을 발생하고 이에 대한 간섭 광을 수광하여 측정물의 이동거리를 측정하므로, 하나의 광 또는 불연속 광에 의해 측정물의 이동거리를 측정하는 것과 비교하여 정밀도를 향상시킬 수 있다. According to the embodiments of the present invention as described above, since the moving distance of the workpiece is measured by generating continuous light and receiving the interference light, compared with measuring the moving distance of the workpiece by one light or discontinuous light. The precision can be improved.
특히, 연속광의 경우 튜너블 레이저를 이용하여 발생된 광의 파장을 연속적으로 가변하므로, 측정물의 이동거리가 파장의 반파장의 정수배가 되는 광을 용이하게 선택할 수 있으며, 이에 따라 광의 파장으로부터 측정물의 이동거리를 매우 정밀하게 계측할 수 있다. In particular, in the case of continuous light, since the wavelength of the light generated using the tunable laser is continuously varied, it is possible to easily select the light whose moving distance is an integer multiple of the half wavelength of the wavelength, and thus the moving distance of the measuring object from the wavelength of the light. Can be measured very precisely.
또한, 기준가이드를 상기 광 파장의 반파장의 정수배가 되도록 위치를 변경함으로써, 측정물의 이동거리를 보다 정확하게 측정할 수 있다. In addition, by changing the position of the reference guide to be an integer multiple of the half wavelength of the optical wavelength, it is possible to measure the moving distance of the workpiece more accurately.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.
본 발명에 따른 레이저를 이용한 거리 측정시스템 및 이를 이용한 거리 측정방법은 측정물의 거리 측정에 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다. The distance measuring system using the laser and the distance measuring method using the same according to the present invention have industrial applicability that can be used to measure the distance of a workpiece.

Claims (12)

  1. 파장이 서로 다른 연속광을 발생시키는 레이저 발진부;A laser oscillator for generating continuous light having different wavelengths;
    상기 레이저 발진부와 소정거리 이격되도록 배치된 회절가이드;A diffraction guide arranged to be spaced apart from the laser oscillation part by a predetermined distance;
    상기 회절가이드로부터 제1 거리만큼 이격된 제1 위치와, 상기 회절가이드로부터 제2 거리만큼 이격된 제2 위치 사이를 왕복하는 측정물을 포함하는 측정유닛; 및A measuring unit including a measurement object reciprocating between a first position spaced apart from the diffraction guide by a first distance and a second position spaced apart from the diffraction guide by a second distance; And
    상기 연속광의 발생에 따라, 상기 측정유닛과 상기 회절가이드 사이에서 간섭된 광을 수광하는 측정부를 포함하는 레이저를 이용한 거리 측정시스템. According to the generation of the continuous light, the distance measuring system using a laser including a measuring unit for receiving the interference light between the measuring unit and the diffraction guide.
  2. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 레이저 발진부는 연속 튜너블(continuous tunable) 레이저를 발생하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 거리 측정시스템. The laser oscillator is a distance measuring system using a laser, characterized in that for generating a continuous tunable (tunable) laser.
  3. 제2항에 있어서, 상기 레이저 발진부는,The laser oscillator of claim 2, wherein the laser oscillator
    상기 측정부에서 수광된 광 신호의 시작부가 상기 수광된 광의 파장의 최대값에 위치하도록 상기 발생 광의 파장을 변화시키는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 거리 측정시스템. And the wavelength of the generated light is changed so that the start of the optical signal received by the measuring unit is located at the maximum value of the wavelength of the received light.
  4. 제3항에 있어서, 상기 레이저 발진부는, The method of claim 3, wherein the laser oscillator,
    상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이를 왕복하는 측정물이 상기 회절가이드에 가장 근접하게 위치한 상태를 기준가이드라 할 때, When the reference guide is a state in which the workpiece reciprocating between the first position and the second position is located closest to the diffraction guide,
    상기 기준가이드의 위치를 변화시켜 상기 측정부에서 수광된 광 신호의 끝단부가 상기 수광된 광의 파장의 최대값에 위치하도록 상기 발생 광의 파장을 변화시키는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 거리 측정시스템. And changing the wavelength of the generated light such that the end of the optical signal received by the measuring unit is positioned at the maximum value of the wavelength of the received light by changing the position of the reference guide.
  5. 제4항에 있어서, 상기 레이저 발진부는, The method of claim 4, wherein the laser oscillator,
    상기 제1 거리와 상기 제2 거리 사이의 간격이, 상기 발생 광의 파장의 반파장의 정수배가 되도록 상기 발생 광을 선택하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 거리 측정시스템. And the generated light is selected such that the interval between the first distance and the second distance is an integer multiple of a half wavelength of the wavelength of the generated light.
  6. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 측정부에서 수광된 간섭광을 구형파 신호로 변환하는 변환부; 및A converting unit converting the interference light received by the measuring unit into a square wave signal; And
    상기 구형파로 변환된 간섭광을 표시하는 표시부를 더 포함하는 레이저를 이용한 거리 측정시스템. And a display unit for displaying the interference light converted into the square wave.
  7. 제6항에 있어서, The method of claim 6,
    상기 측정부는 포토센서(photo detector)인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 거리 측정시스템. The measuring unit is a distance measuring system using a laser, characterized in that the photo detector (photo detector).
  8. 회절가이드로부터 제1 거리만큼 이격된 제1 위치, 및 상기 회절가이드로부터 제2 거리만큼 이격된 제2 위치의 범위 내에서 측정물을 왕복이동하는 단계(1);Reciprocating (1) the workpiece within a range of a first position spaced apart from the diffraction guide by a first distance and a second position spaced apart from the diffraction guide by a second distance;
    레이저 발진부에서, 상기 회절가이드 및 상기 측정물로 서로 다른 파장의 광을 연속으로 발생하는 단계(2); In the laser oscillator, continuously generating (2) light having a different wavelength to the diffraction guide and the measurement object;
    상기 측정물과 상기 회절가이드 사이에서 간섭된 광의 신호를 바탕으로 상기 레이저 발진부에서 발생되는 광의 파장을 변화시키는 단계(3); Changing (3) the wavelength of light generated by the laser oscillator based on the signal of the light interfered between the measurement object and the diffraction guide;
    상기 측정물을 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이에서 이동시키며 상기 간섭된 광의 신호를 바탕으로 상기 레이저 발진부에서 발생되는 광의 파장을 변화시키는 단계(4); 및 Moving (4) the measurement object between the first position and the second position and changing a wavelength of light generated by the laser oscillator based on the signal of the interfered light; And
    상기 측정물의 왕복이동 거리를 측정하는 단계(5)를 포함하는 레이저를 이용한 거리 측정방법. Distance measuring method using a laser comprising the step (5) of measuring the reciprocating distance of the workpiece.
  9. 제8항에 있어서, 상기 (3) 단계에서, The method according to claim 8, wherein in the step (3),
    상기 간섭된 광 신호의 시작부가 상기 간섭된 광의 파장의 최대값에 위치하도록 상기 발생 광의 파장을 증가 또는 감소시키는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 거리 측정방법. And increasing or decreasing the wavelength of the generated light such that a start of the interfering optical signal is located at a maximum value of the wavelength of the interfering light.
  10. 제9항에 있어서, 상기 (4) 단계에서, The method of claim 9, wherein in step (4),
    상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이를 왕복하는 측정물이 상기 회절 가이드에 가장 근접하게 위치한 상태를 기준가이드라 할 때, When the reference guide is a state in which the workpiece reciprocating between the first position and the second position is located closest to the diffraction guide,
    상기 기준가이드의 위치를 증가 또는 감소시켜 상기 간섭된 광 신호의 끝단부가 상기 간섭된 광의 파장의 최대값에 위치하도록 상기 발생 광의 파장을 증가 또는 감소시키는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 거리 측정방법. And increasing or decreasing the position of the reference guide to increase or decrease the wavelength of the generated light such that an end portion of the interfering optical signal is positioned at a maximum value of the wavelength of the interfering light.
  11. 제10항에 있어서, 상기 (4) 단계에서, The method of claim 10, wherein in step (4),
    상기 제1 거리와 상기 제2 거리 사이의 간격이, 상기 발생 광의 파장의 반파장의 정수배가 되도록 상기 발생 광을 선택하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 거리 측정방법. And the generated light is selected such that the interval between the first distance and the second distance is an integer multiple of a half wavelength of the wavelength of the generated light.
  12. 제11항에 있어서, 상기 측정물의 왕복이동 거리를 측정하는 단계는, The method of claim 11, wherein the measuring the reciprocating distance of the workpiece,
    상기 간섭된 광을 구형파 신호로 변환하여 측정물의 이동거리를 판단하는 단계; 및Converting the interfered light into a square wave signal to determine a moving distance of a workpiece; And
    상기 구형파 신호로 변환된 간섭된 광을 표시하는 단계를 더 포함하는 레이저를 이용한 거리 측정방법. And displaying the interfered light converted into the square wave signal.
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