일반기술

원격 대기분석 시스템의 송,수신 겸용 광학장치

◦ 발명은 원격 대기분석시스템(LIDAR)의 송·수신 겸용 광학 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 기존의 LIDAR 시스템에서 두 개로 나뉘어져 있는 송신광학계와 수신광학계를 하나의 망원경으로 통합함으로써 시스템을 경량 및 간소화시켰으며, 복잡한 광학계를 사용하지 않음으로써 레이저에 의하여 산란되는 신호 유도 잡음을 발생시키지 않게 하여 즉, 레이저의 광측과 수신 망원경의 광축을 가까이 둠으로써 LIDAR 시스템의 중요한 사양중에 하나인 측정범위(dynamic range)를 향상시킨 것이다. ◦ 일반적으로, LIDAR 시스템은 도 4에서와 같이 두 개의 각기 다른 송신 망원경과 수신 망원경이 사용된다. 레이저 발산각을 줄이기 위하여 송신장치에 송신 망원경이 필요하고 후방산란 신호를 획득하기 위하여 수신장치에는 수신 망원경이 필요하다. 따라서, 이와 같이 종래의 LIDAR 장치는 송신광학계와 수신광학계가 분리형으로 되어 있어서 두 광축간의 거리가 존재하여 근거리 신호를 얻는데 어려움이 있으며 또한, 도 3에서와 같이 종래의 일체형의 경우 편광 광분해기(21)나 入 /4 파장판(20)에서 산란되는 신호에 의하여 센서[PMT(Photomultiplier Tube)]에 신호유도 잡음이 발생하는 문제점이 있었다.◦ 본 발명은 상기와 같은 종래에 두 개로 나누어져 있는 송신 망원경과 수신 망원경을 하나의 망원경으로 통합한 것으로 레이저를 보내는 광경로와 받는 광경로가 일치하는 부분에서 특수한 디자인의 광학계를 설치하여야 한다. 즉, 이 광학계는 레이저에 의한 산란을 최소화하여야 하며(센서에서 생기는 신호유도 잡음을 방지하기 위하여), 편광을 유지하도록 설게되어야 하고 레이저의 투과도가 90%이상, 산란광의 반사도가 80%이상 되어 효율을 극대화 시킬 수 있는 조건을 만족하여야 한다.◦ 본 발명은 1) 작은 구멍이 뚫린 거울을 사용할 경우 송·수신 망원경을 하나의 망원경으로 간소화시킬 수 있는 장치이며, 2) 송신망원경과 수신망원경의 광축간의 거리를 좁히고, 송신망원경의 마운트에 의하여 가리는(blocking) 부분이 없기 때문에 근거리 측정이 유리하여 측정범위를 높일 수 있으며, 3) 종래의 단일망원경을 사용하는 라이다 시스템과는 달리 편광라이다 시스템에 응용이 가능하며, 4) 구멍대신에 구멍과 같은 크기의 이색성 거울을 사용할경우 여러 파장을 동시에 대기로 조사할 수 없다는 단점을 극복할 수 있다. 5) 시스템이 한 몸체로 되어 있기 때문에 독립된 망원경을 사용할 경우에 비하여 적은수의 마운트가 사용되어 정렬상태가 광학적으로 안정적이고, 송신부 주위에 생기는 열요동효과에 의한 정렬이 깨어짐을 없앨 수 있어서 라이다 신호가 망원경의 시계를 벗어나는 현상을 방지할 수 있다.