A Study of the Optical System of a Time-of-flight Laser Distance Sensor for a Long Distance with Minimized Divergence Beam Angle

In this paper, a study is conducted on the design of an optical system of a time-of-flight (TOF) laser distance sensor that can measure long distances by minimizing beam divergence. When measuring a long distance, the amount of light on the object's surface decreases as the distance increases, due to the diffusion angle of the laser beam, and thus the beam at the sensor also decreases, causing measurement errors. In general, a cylindrical lens is used to reduce the divergence beam angle. However, an optical system using a cylindrical lens has the problem of degraded performance due to the difficulty with assembly tolerance, as well as the problem of the increased size of the optical system, and thus the use of aspherical lenses has been increasing recently. Therefore, in this study, the optical efficiencies and assembly tolerances of optical systems using respectively a cylindrical lens and an aspherical lens are compared and analyzed.

빔 확산각 최소화를 통한 장거리 측정용 ToF 레이저 거리센서 광학계 설계 연구

본 논문에서는 빔 확산각 최소화를 통해 장거리에서 측정이 가능하도록 한 ToF 레이저 거리센서 광학계 설계에 대한 연구를 진행하였다. 거리센서는 장거리 측정 시 거리가 멀어질수록 레이저 빔의 확산각으로 인해 물체 표면에 도달하는 빔의 광량이 급격히 저하되며, 이로 인해 센서에 수신되는 광량도 감소되어 측정이 되지 않거나 측정 오차가 발생하게 된다. 일반적으로 빔 확산각을 최소화하는 광학계로 실린더 렌즈가 사용된다. 그러나 실린더 렌즈를 이용한 광학계는 광학계 크기가 커지는 문제뿐만 아니라 조립 공차의 어려움으로 인해 성능이 저하된다는 문제점이 있어 최근 비구면 렌즈를 사용하는 추세가 증가하고 있다. 따라서 본 연구에서는 실린더 렌즈를 이용한 광학계와 비구면 렌즈를 이용한 광학계의 광효율과 조립공차를 비교 분석하고자 한다.