KR100694318B1 - 단일 에탈론을 이용한 입자군 속도 측정용 다채널 수신광학계 및 이를 구비하는 입자군 속도 측정 장치 - Google Patents

단일 에탈론을 이용한 입자군 속도 측정용 다채널 수신광학계 및 이를 구비하는 입자군 속도 측정 장치 Download PDF

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KR100694318B1 KR1020050007133A KR20050007133A KR100694318B1 KR 100694318 B1 KR100694318 B1 KR 100694318B1 KR 1020050007133 A KR1020050007133 A KR 1020050007133A KR 20050007133 A KR20050007133 A KR 20050007133A KR 100694318 B1 KR100694318 B1 KR 100694318B1
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Abstract

공기나 먼지 등의 입자군의 속도를 정확히 측정하기 위한 장치를 제공한다.본 발명에 따른 입자군 속도 측정용 다채널 수신 광학계는, 입자군으로부터 산란된 레이저광을 포집하는 산란광 포집 광학계와; 상기 포집된 산란 레이저광을 분할하여 서로 다른 진행 각도를 갖는 복수의 평행광을 출력하는 광분할 광학계와; 서로 다른 진행 각도를 갖는 상기 복수의 평행광을 각각 서로 다른 진행 경로로 투과시키는 단일 에탈론 필터와; 상기 단일 에탈론 필터에 의해 투과된 상기 복수의 평행광을 복수의 점광원으로 집광하는 집광 렌즈와; 상기 집광 렌즈에 의해 집광된 복수의 점광원의 세기를 센싱하는 센서부를 포함한다.
입자군, 속도, 레이저, 에탈론

Description

단일 에탈론을 이용한 입자군 속도 측정용 다채널 수신 광학계 및 이를 구비하는 입자군 속도 측정 장치{Multi-channel optical receiving system using single etalon and Apparatus for measuring particle group velocity having the system}
도 1a는 종래의 금속 증기 필터를 이용한 입자군 속도 측정 장치를 나타내는 개략도이다.
도 1b는 도 1a의 입자군 속도 측정 장치의 속도 측정 원리를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2a는 종래의 다른 예에 따른 입자군 속도 측정 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2b는 도 2a의 입자군 속도 측정 장치의 속도 측정 원리를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 입자군 속도 측정용 다채널 수신 광학계 및 입자군 속도 측정 장치를 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 3의 광분할 광학계를 나타내는 개략도이다.
도 5는 도 3의 입자군 속도 측정용 다채널 수신 광학계의 일부를 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 입자군 속도 측정용 다채널 수신 광학계의 일부를 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 입자군 속도 측정 장치의 단일 에탈론 필터로부터 얻을 수 있는 복수의 투과율 곡선을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 입자군 속도 측정 장치의 측정 원리를 설명하기 위한 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101: 레이저 광원 102: 입자군
103: 산란광 포집 광학계 104: 광분할 광학계
105: 에탈론 필터 106: 집광 렌즈
107: 광파이버 어레이 108: 센서
109: A/D 컨버터 및 컴퓨터 110: 센서부
본 발명은 공기 또는 먼지 등의 입자군의 속도를 측정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입자군에 의해 산란된 레이저광을 이용하여 입자군의 속도를 측정하기 위한 다채널 수신 광학계 및 이를 구비하는 입자군 속도 측정 장 치에 관한 것이다.
최근, 공기나 먼지와 같은 입자군의 속도(예컨대, 바람 속도)를 측정하기 위해, 도플러 효과를 이용하는 방안이 연구되고 있다. 이동하는 공기 등의 입자군에 좁은 파장 폭의 레이저를 발사하면, 이 입자군으로부터 산란된 레이저광은 도플러 효과에 의해 미세한 파장 이동(wavelength shift)을 겪게된다. 대기중에 노출된 먼지나 공기의 입자들은 열에너지에 해당하는 운동에너지를 가지고 있기 때문에, 먼지나 공기에 의해 산란된 레이저광은 넓은 파장폭을 갖게된다. 산란된 레이저광의 파장에 따른 빛의 세기 분포의 형태와 위치는 입자군의 온도와 레이저광의 파장폭, 그리고 입자군의 이동 속도 등에 의하여 결정된다. 특히, 산란된 레이저광의 파장 이동의 크기를 알면, 도플러 이론에 의하여 입자군의 이동 속도를 계산할 수 있다. Z. S. Liu, W. B. Chen, T. L. Zhang, J. W. Hair 및 C. Y. She의 "An incoherent Doppler lidar for gound-based atmospheric wind profiling", Applied Physics B, Vol.64, pp.561(1997)에는, 요오드 분자 필터를 사용하여 대기의 바람을 측정하는 도플러 라이더(Doppler lidar) 장치가 개시되어 있다. 또한, C. Flesia 및 C. L. Korb의 "Theory of the double-edge molecular technique for doppler lidar wind measurement", Applied Optics, Vol.38, pp.432(1999)에는, 2개의 엣지 필터를 사용하여 바람을 측정하는 라이더(lidar) 기술이 개시되어 있다.
도 1a에는, 종래의 금속 증기 필터를 이용한 입자군 속도 측정 장치(10)가 개략적으로 도시되어 있다. 도 1a를 참조하면, 레이저 광원(11)에서 레이저광이 발사되어 일정 속도(v)로 이동하는 입자군(12)(예컨대, 먼지나 공기 등)에 입사된다. 입사된 레이저광은 입자군(12)에 의해 후방산란되고, 이 산란광은 산란 포집 광학계(13) 및 금속 증기 필터(14)을 통과하여 필터링된다. 필터링된 산란광의 세기는 센서(15)에서 센싱된다. 센싱된 산란광의 세기 신호는 A/D 컨버터(Analog/Digital converter) 및 컴퓨터(16)로 입력된다. 산란광 포집 광학계(13), 필터(14) 및 센서(15)는 입자군 속도 측정용 수신 광학계(50)를 구성한다. 이러한 입자군 속도 측정 장치(10)의 속도 측정 원리는 도 1b의 그래프에 나타나 있다.
도 1b에는, 정지된 입자군에 의해 산란된 레이저광의 세기 분포 곡선(B)과, 소정의 시선 속도(v)로 움직이는 입자군에 의해 산란된 레이저광의 세기 분포 곡선(C)과, 금속 증기 필터(14)의 투과율 곡선(A)이 파장과 관련되어 도시되어 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 입자군이 v의 속도로 움직임에 따라, 산란광은 파장 이동을 겪게 된다. 산란광이 파장 이동을 겪게 되면, 필터링된 산란광은 파장 이동 크기에 따라 다른 투과도를 나타내게 된다. 이에 따라, 센서(15)에 의해 감지된 빛의 세기는 파장 이동의 크기에 따라 변하게 되고, 입자군의 속도(v)는 센서에 의해 감지된 빛의 세기 변화량으로부터 계산된다.
입자군 속도를 측정하는 다른 방안으로, 에탈론(etalon) 필터를 사용하는 방법이 있다. 도 2a는, 에탈론 필터를 사용하는 종래의 입자군 속도 측정 장치(20)의 개략도이며, 도 2b는, 도 2a의 측정 장치(20)의 입자군 속도 측정 원리를 설명하기 위한 그래프이다. 도 2a를 참조하면, 수신 광학계(60) 내의 산란광 포집 광학계 (23)를 통과한 산란광은 렌즈(24)를 통과하면서 평행광이 되어 빔 분할기(25)에서 분할된다. 분할된 산란광은, 각각 다른 파장의 필터링을 수행하는 에탈론 필터들(즉, 에탈론1(26) 및 에탈론2(27))에 의해 필터링되고 각각의 센서(28, 29)로 진행한다. 각 센서(28, 29)에서 센싱된 빛의 세기 신호는 A/D 컨버터 및 컴퓨터(30)로 입력된다.
도 2b를 참조하면, 도면부호 A1 및 A2는 각각 에탈론1(26)과 에탈론2(27)의 투과율 곡선을 나타낸다. 2개의 에탈론 필터(26, 27)는 서로 다른 두께를 가지고 있어서 서로 다른 파장에서 산란광을 투과시킨다. B에서 C로 파장 이동이 일어나면, A1 곡선에 의해 에탈론1(26)을 통과한 빛의 세기는 감소되고, A2 곡선에 의해 에탈론2(27)를 통과한 빛의 세기는 증가하게 된다. 따라서, 증가된 빛이 세기를 감소된 빛의 세기로 나누면 입자군 속도(v)의 변화에 민감한 출력 신호를 얻을 수 있게 된다.
그러나, 종래의 장치들에 따르면, 1개 또는 2개의 금속 증기 필터 또는 에탈론 필터를 이용하기 때문에 광학적인 신호의 요동에 의해 출력 신호가 선형적으로 변화한다. 특히, 두께가 다른 2개의 에탈론 필터를 이용하는 경우, 레이저 파장보다 휠씬 작은 범위에서 에탈론의 두께를 조절하여야 하기 때문에, 에탈론 필터와 이를 제어하는 시스템은 복잡하며 매우 고가이다. 또한, 1개 또는 2개의 에탈론 필터로는, 온도나 기계적인 진동으로 인해 산란광의 파장 이동의 크기를 정확히 측정하기가 어렵다. 따라서, 입자군 속도 측정 분해능에 한계가 있다. 파장 이동의 크 기를 더 정확하게 측정하기 위해서는 보다 많은 고가의 에탈론 필터가 필요한데, 이는 입자군 속도 측정 장치의 제조 비용을 증가시키는 요인이 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 저렴한 제조 비용으로 입자군의 속도를 정확히 측정하기 위한 다채널 입자군 속도 측정용 수신 광학계를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기 다채널 입자군 속도 측정용 수신 광학계를 구비하는 입자군 속도 측정 장치를 제공하는 데에 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 입자군 속도 측정용 다채널 수신 광학계는, 하나의 에탈론을 사용하여 입자군에 의해 산란된 레이저광을 여러 파장에서(즉, 다채널로) 필터링한다. 이를 위해, 본 발명에 따른 입자군 속도 측정용 다채널 수신 광학계는, 입자군으로부터 산란된 레이저광을 포집하는 산란광 포집 광학계와; 상기 포집된 산란 레이저광을 분할하여 서로 다른 진행 각도를 갖는 복수의 평행광을 출력하는 광분할 광학계와; 서로 다른 진행 각도를 갖는 상기 복수의 평행광을 각각 서로 다른 진행 경로로 투과시키는 단일 에탈론 필터와; 상기 단일 에탈론 필터에 의해 투과된 상기 복수의 평행광을 복수의 점광원으로 집광하는 집광 렌즈와; 상기 집광 렌즈에 의해 집광된 복수의 점광원의 세기 를 센싱하는 센서부를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 광분할 광학계는, 상기 산란광 포집 광학계에 의해 포집된 산란 레이저광을 동일한 에너지를 갖는 복수의 광으로 분할하는 빔 분할기와; 상기 빔 분할기에 의해 분할된 복수의 광을 집광하는 복수의 제1 렌즈와; 상기 복수의 제1 렌즈에 의해 집광된 복수의 광을 전송하는 복수의 광화이버와; 상기 복수의 광화이버에 의해 전송된 상기 복수의 광을 서로 다른 각도의 평행광으로 바꾸는 제2 렌즈를 포함한다. 상기 광분할 광학계는, 상기 포집된 산란 레이저광을 평행광으로 만들어 상기 빔분할기에 입사시키는 렌즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 산란광 포집 광학계로는 망원경 또는 렌즈를 사용할 수 있다. 상기 산란광 포집 광학계로부터 원거리에 위치한 입자군의 속도를 측정할 경우에는, 상기 산란광 포집 광학계로 망원경을 사용할 수 있다. 근거리에 위치한 입자군의 속도를 측정할 경우에는, 상기 산란광 포집 광학계로 렌즈를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 센서부는, 상기 집광 렌즈에 의해 집광된 상기 복수의 점광원을 전송하는 광화이버 어레이와, 상기 광화이버 어레이에 의해 전송된 복수의 점광원의 세기를 센싱하는 복수의 센서를 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 센서부는, 별도의 광화이버 어레이를 구비하지 않을 수 있다. 즉, 상기 센서부는, 상기 집광 렌즈에 의해 집광된 상기 복수의 점광원을 수신하는 수광부를 구비한 어레이 센서(arrayed sensor)로 이루어질 수도 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 입자군 속도 측정 장치는, 입자군에 레이저광을 발사하는 레이저 광원과; 상기 입자군으로부터 산란된 레이저광을 포집하는 산란광 포집 광학계와; 상기 포집된 산란 레이저광을 분할하여 서로 다른 진행 각도를 갖는 복수의 평행광을 출력하는 광분할 광학계와; 서로 다른 진행 각도를 갖는 상기 복수의 평행광을 각각 서로 다른 진행 경로로 투과시키는 단일 에탈론 필터와; 상기 단일 에탈론 필터에 의해 투과된 상기 복수의 평행광을 복수의 점광원으로 집광하는 집광 렌즈와; 상기 집광 렌즈에 의해 집광된 복수의 점광원의 세기를 센싱하는 센서부와; 상기 센서부에 의해 센싱된 상기 복수의 점광원의 세기를 디지탈 신호로 바꾸어 입자군 속도를 결정하는 A/D 컨버터 및 컴퓨터를 포함한다.
상기 센서부에 의해 센싱되는 상기 복수의 점광원은, 상기 에탈론 필터 내의 서로 다른 광학적 경로를 통해 투과된 빛이다. 즉, 상기 복수의 점광원은 서로 다른 파장에서 필터링된 빛이다. 따라서, 하나의 에탈론 필터를 사용하면서도, 복수의 파장에서(즉, 다채널로) 파장 이동에 따른 투과도의 변화(이에 따른, 빛의 세기 변화)를 센싱할 수 있게 된다. 결국, 종래의 방식에 비하여, 입자군 속도에 따른 파장 이동의 크기를 정확히 측정할 수 있게 되고, 이에 따라 입자군의 속도도 정확히 측정할 수 있게 된다.
본 발명은, 복수의 에탈론 필터를 사용하여 각각의 에탈론 필터에서의 투과도 변화를 센싱하는 방식보다 더 유리하다. 왜냐하면, 본 발명에서는 하나의 에탈론 필터를 사용함으로써 비용을 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 서로 다른 에탈론의 미세한 두께 차이를 고려할 필요도 없기 때문이다. 또한, 여러 개의 에탈론 필터를 사용함으로써 발생되는 기계적 또는 광학적 요동의 증대를 방지할 수 있기 때문에, 입자군 속도를 보다 더 정확히 측정할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 입자군 속도 측정용 다채널 수신 광학계 및 입자군 속도 측정 장치(100)를 나타내는 개략도이다. 도 3을 참조하면, 입자군 속도 측정 장치(100)는, 레이저 광원(101), 산란광 포집 광학계(103), 광분할 광학계(104), 단일 에탈론 필터(105), 집광 렌즈(106), 센서부(110) 및 A/D 컨버터 및 컴퓨터(109)를 포함한다. 여기서, 산란광 포집 광학계(102), 광분할 광학계(104), 하나의 에탈론 필터(105), 집광 렌즈(106) 및 센서부(110)는, 입자군 속도를 측정하기 위해 사용되는 다채널 수신 광학계를 이룬다. 상기 센서부(110) 구성의 일례로서, 광화이버 어레이(107)와 각각의 광화이버에 연결된 센서(108)를 고려할 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다.
움직이는 입자군(102)의 시선 속도(v)를 측정하기 위해, 먼저 레이저 광원(101)으로부터 입자군(102)을 향해 레이저광이 발사된다. 입자군에 입사된 레이저광은 산란되어, 산란광 포집 광학계(103)로 들어간다. 산란광 포집 광학계(103)는, 입자군(102)으로부터 산란된 레이저광을 모으는 역할을 한다. 상기 산란광 포집 광학계(103)로는, 입자군(102)이 원거리에 있을 경우에는 망원경을 사용하고, 입자군(102)이 근거리에 있을 경우에는 렌즈를 사용하는 것이 바람직하다. 전자의 경우에는 산란 레이저광이 망원경으로 평행하게 입사하여 모아지고, 후자의 경우에는 렌즈의 초점면에 입자군을 배치시키면 산란 레이저광이 렌즈를 통과하여 평행광이 된다.
산란광 포집 광학계(103)에 의해 포집된 산란 레이저광은, 광분할 광학계(104)로 들어간다. 이 광분할 광학계(104)는 상기 포집된 산란 레이저광을 분할하여 서로 다른 진행 각도를 갖는 복수의 평행광으로 만드는 역할을 한다. 즉, 상기 광분할 광학계(104)에서는 광분할에 의해서 복수의 평행광을 출력하며, 이 복수의 평행광은 에탈론 필터(105) 내에서 서로 다른 진행 경로로 투과될 수 있도록 서로 다른 진행 각도를 갖는다. 광분할 광학계(104)의 내부 구성의 일례가 도 4에 도시되어 있다.
도 4는 도 3의 광분할 광학계(104)를 나타내는 개략도이다. 도 4를 참조하면, 빛을 균등하게 분할하기 전에 평행광을 만들기 위해 산란 레이저광을 렌즈(140)에 통과시킨다. 그러나, 근거리의 입자군 속도 측정에서와 같이 산란광 포집 광학계(103)에서 이미 평행광이 만들어진 경우에는, 상기 렌즈(140)는 필요없게 된다. 렌즈(140)에 의해 평행광이 된 산란 레이저광은 복수의 빔 분할기(141, 241, 341,...,(n-2)41, (n-1)41, n41)에 의해 동일한 에너지를 갖는 복수의 광으로 분할된다. 예를 들어, n개의 평행광으로 분할할 경우, 투과율이 1/n인 빔 분할기(141), 반사율이 1/(n-1)인 빔 분할기(241), 반사율이 1/(n-2)인 빔 분할기(341), 그리고 최종적으로 반사율이 1/2인 빔 분할기((n-1)41) 및 반사율이 1인 빔 분할기(n41)를 사용할 수 있다. 빔 분할기(141,...,n41)에 의해서 분할된 복수의 광은 복수의 제1 렌즈(142)에 의해서 각각 집광되고, 복수의 광화이버(143)에 의해서 전송되어 제2 렌즈(144)의 초점면에 1차원적으로 정렬된다. 제2 렌즈(144)는, 광화이버(143)에 의해 1차원적으로 정렬된 복수의 광원으로부터 서로 다른 진행 각도를 갖는 복수의 평행광을 만든다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2 렌즈(144)에 의해 형성된 복수의 평행광은, 서로 다른 진행 각도를 갖고 있기 때문에, 에탈론 필터(105)를 통과하면서 서로 다 른 진행 경로를 따르게 된다. 이에 따라, 에탈론 필터(105)에 입사되는 각각의 평행광은 같은 파장 분포를 갖고 있지만, 각각의 평행광에 대한 에탈론 필터(105)의 광학적 두께(optical path length)는 달라지게 된다. 그런데, 에탈론 필터(105)는 광학적 두께에 따라 정해지는 특정한 파장의 빛만을 투과시키는 특성을 가지고 있다. 따라서, 에탈론 필터(105)을 통과한 각각의 평행광은 서로 다른 투과도를 나타내게 되어, 서로 다른 빛의 세기를 갖게 된다. 즉, 서로 다른 각도로 에탈론 필터(105)에 입사되는 복수의 평행광은, 서로 다른 파장에서 필터링되어 서로 다른 파장의 빛으로 출력된다.
에탈론 필터(105)에 의해 투과된 복수의 평행광은, 집광 렌즈(106)에 의해 집광되어 복수의 점광원으로 모아진다. 이 복수의 점광원은 광화이버 어레이(107)에 의해 각각의 센서(108)로 전송된다. 각각의 센서(108)에서는 각각의 광화이버를 통과한 빛을 센싱하여 전기적 신호로 바꾸어준다. 이 전기전 신호는 센서(108)와 연결된 A/D 컨버터 및 컴퓨터(도 3의 도면부호 109 참조)로 전송되어 디지탈 신호로 변환되고, 각각의 빛의 세기 및 파장 이동의 크기 등이 계산된다.
에탈론 필터(105)에 의해 투과된 복수의 평행광을 센싱하기 위한 다른 방안으로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 별도의 광화이버 어레이 없이, 어레이 센서(arrayed sensor; 110')를 사용할 수도 있다. 도 6을 참조하면, 집광 렌즈에 의해 집광된 복수의 점광원은, 어레이 센서(110')의 수광부(112)에 수신되어 센싱된다. 센싱된 상기 복수의 점광원은 전기적 신호로 바뀌어 A/D 컨버터 및 컴퓨터(109)로 전송된다.
도 7 및 도 8의 그래프를 참조하여, 본 발명의 입자군 속도 측정 원리를 설명한다. 도 7은 도 3의 입자군 속도 측정 장치(100)의 단일 에탈론 필터(105)로부터 얻을 수 있는 복수의 투과율 곡선을 나타내는 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 에탈론 필터(105)에 입사되는 복수의 평행광의 입사 각도가 달라짐에 따라, 서로 다른 파장에서 투과율 곡선(a1, a2, a3,..., a(n-2), a(n-1), an)을 나타내게 된다. 따라서, 서로 다른 진행 각도로 단일 에탈론 필터(105)를 투과한 각각의 빛은 다른 파장에서 필터링되는 효과를 얻게 된다. 또한, 여러 파장에서 산란광을 수신하게 되므로, 산란광의 전체적인 모양과 크기를 직접 측정할 수도 있다. 특히, 이러한 다채널 필터링에 의해, 산란광의 빛의 세기 곡선(B)에서의 선폭 확대 효과(B1)와 산란 효과(B2)를 구별할 수 있게 된다. 이를 통해, 입자군의 온도 측정도 가능하게 된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 입자군이 일정한 시선 속도로 움직임에 따라 B곡선에서 C곡선으로 파장이동이 발생하면, 도 3의 입자군 속도 측정장치에 의해, 좁은 폭의 여러 파장에서(다채널로) C곡선의 산란광을 필터링하게 된다. 이에 따라, 각 파장에서의 투과도 변화(및 이에 따른 빛의 세기 변화)를 센싱할 수 있게 되어, 보다 정확한 파장 이동 크기를 얻을 수 있게 된다. 결국, 추가적인 기계적 광학적 요동 없이, 입자군의 속도를 보다 정확하게 측정할 수 있게 된다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 또한, 본 발명은 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 단일 에탈론 필터를 사용하여 서로 다른 진행 각도를 갖는 복수의 평행광을 필터링함으로써, 입자군의 속도를 정확히 측정할 수 있고, 장치의 제조 비용을 현저하게 절감시킬 수 있게 된다.
또한, 여러 파장에서 산란광의 투과도를 얻을 수 있기 때문에, 파장에 따른 산란광의 세기를 측정할 수 있고 이에 따라 입자군의 온도 측정도 가능하게 된다.

Claims (7)

  1. 입자군으로부터 산란된 레이저광을 포집하는 산란광 포집 광학계;
    상기 포집된 산란 레이저광을 분할하여 서로 다른 진행 각도를 갖는 복수의 평행광을 출력하는 광분할 광학계;
    서로 다른 진행 각도를 갖는 상기 복수의 평행광을 각각 서로 다른 진행 경로로 투과시키는 단일 에탈론 필터;
    상기 단일 에탈론 필터에 의해 투과된 상기 복수의 평행광을 복수의 점광원으로 집광하는 집광 렌즈; 및
    상기 집광 렌즈에 의해 집광된 복수의 점광원의 세기를 센싱하는 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자군 속도 측정용 수신 광학계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광분할 광학계는, 상기 산란광 포집 광학계에 의해 포집된 산란 레이저광을 동일한 에너지를 갖는 복수의 광으로 분할하는 빔 분할기;
    상기 빔 분할기에 의해 분할된 복수의 광을 집광하는 복수의 제1 렌즈;
    상기 복수의 제1 렌즈에 의해 집광된 복수의 광을 전송하는 복수의 광화이버;
    상기 복수의 광화이버에 의해 전송된 상기 복수의 광을 서로 다른 각도의 평행광으로 바꾸는 제2 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자군 속도 측정용 수 신 광학계.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광분할 광학계는, 상기 포집된 산란 레이저광을 평행광으로 만들어 상기 빔분할기에 입사시키는 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자군 속도 측정용 수신 광학계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산란광 포집 광학계로는 망원경 또는 렌즈를 사용하는 것을 특징으로 하는 입자군 속도 측정용 수신 광학계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는, 상기 집광 렌즈에 의해 집광된 상기 복수의 점광원을 전송하는 광화이버 어레이와, 상기 광화이버 어레이에 의해 전송된 복수의 점광원의 세기를 센싱하는 복수의 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자군 속도 측정용 수신 광학계.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는, 상기 집광 렌즈에 의해 집광된 상기 복수의 점광원을 수신하는 수광부를 구비한 어레이 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자군 속도 측정 용 수신 광학계.
  7. 입자군에 레이저광을 발사하는 레이저 광원;
    상기 입자군으로부터 산란된 레이저광을 포집하는 산란광 포집 광학계;
    상기 포집된 산란 레이저광을 분할하여 서로 다른 진행 각도를 갖는 복수의 평행광을 출력하는 광분할 광학계;
    서로 다른 진행 각도를 갖는 상기 복수의 평행광을 각각 서로 다른 진행 경로로 투과시키는 단일 에탈론 필터;
    상기 단일 에탈론 필터에 의해 투과된 상기 복수의 평행광을 복수의 점광원으로 집광하는 집광 렌즈;
    상기 집광 렌즈에 의해 집광된 복수의 점광원의 세기를 센싱하는 센서부;
    상기 센서부에 의해 센싱된 상기 복수의 점광원의 세기를 디지탈 신호로 바꾸어 입자군 속도를 결정하는 A/D 컨버터 및 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자군 속도 측정 장치.
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