KR100263925B1

KR100263925B1 - Image acquiring system using optical system

Info

Publication number: KR100263925B1
Application number: KR1019970053340A
Authority: KR
Inventors: 박경희
Original assignee: 박태진; 삼성톰슨시에스에프주식회사
Priority date: 1997-10-17
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 2000-08-16
Also published as: KR19990032326A

Abstract

PURPOSE: An image acquired apparatus using an optical system is provided to suitably transmit an image information by using an image acquired apparatus including an optical system which transmits to an image information about a random visibility. CONSTITUTION: An image acquired apparatus includes an optical system(100), an infrared detector(110), an image transformation system(120) and an image outlet system(130). The optical system(100) receives and distributes an infrared that is copied from an observation object(140). The infrared detector(110) receives and concentrates the infrared signal passing through the optical system(130). The infrared detector(110) is classified one-way infrared detector and two-dimension infrared detector. The one-way infrared detector detects only an infrared signal in a predetermined range about a random visibility. The image transformation system(120) restores the image of observation object(140) to the infrared signal. The image outlet system(130) displays the image signal outputting from the image transformation system(120).

Description

Image acquiring system using optical system

본 발명은 광학계를 이용한 영상 획득 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 관측 대상으로부터 복사되는 적외선을 집속하여 임의 시계에 대한 영상을 얻도록 하는 광학계를 이용한 영상 획득 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an image acquisition apparatus using an optical system, and more particularly, to an image acquisition apparatus using an optical system for focusing infrared radiation radiated from an observation target to obtain an image of an arbitrary field of view.

종래의 적외선을 이용한 영상획득 장치는 수직/수평 방향에 모두 주사하기 위해 수평 주사기와 수직 주사기 모두를 영상 획득 장치에 적용하였다. 이러한 주사기에는 갈바노미터(galvanometer)나 회전 다면경이 사용되었는데 회전 다면경의 경우에는 고가이고 장치 사용상의 애로사항이 많았다. 특히 갈바노미터나 회전 다면경을 사용하는 경우 장비의 가격이 높아지는 단점이 있고 그 구성이 복잡하다는 문제점이 있었다.In the conventional image acquisition apparatus using infrared rays, both a horizontal syringe and a vertical syringe are applied to the image acquisition apparatus to scan in both the vertical and horizontal directions. These syringes used galvanometers or rotating facets, which were expensive and had many difficulties in using the device. In particular, when using a galvanometer or a rotating multi-faceted mirror, there is a disadvantage in that the price of the equipment increases and its configuration is complicated.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 수직/수평의 어느 한 방향 검출기 또는 이차원 배열 검출기에 대해 영상 정보를 전달할 수 있는 광학계를 포함한 영상 획득 장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide an image acquisition device including an optical system capable of transferring image information to either a vertical / horizontal direction detector or a two-dimensional array detector.

도 1은 본 발명에 따른 영상 획득 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of an image capturing apparatus according to the present invention.

도 2a는 적외선 검출기의 수직방향 배열을 보인 것이다.Figure 2a shows a vertical arrangement of the infrared detector.

도 2b는 적외선 검출기의 이차원 배열을 보인 것이다.2b shows a two-dimensional array of infrared detectors.

도 3은 도 1에 도시된 적외선 검출기의 구성도이다.3 is a configuration diagram of the infrared detector shown in FIG. 1.

도 4는 도 1에 도시된 적외선 검출기가 단방향으로 배열되어 있는 단방향 적외선 검출기 어레이일 때, 그와 연결되는 광학계의 상세 구성도이다.FIG. 4 is a detailed configuration diagram of an optical system connected to the infrared detector illustrated in FIG. 1 when the infrared detector is arranged in one direction.

도 5는 도 4의 광학장치의 다른 실시예를 도시한 것이다.FIG. 5 illustrates another embodiment of the optical device of FIG. 4.

도 6은 도 1에 도시된 적외선 검출기가 이차원으로 배열되어 있을 때, 그와 연결되는 광학계의 상세 구성도이다.FIG. 6 is a detailed configuration diagram of an optical system connected to the infrared detectors shown in FIG. 1 when they are arranged in two dimensions.

상기 과제를 해결하기 위한, 관측 대상으로부터 복사된 적외선을 이용하여 상기 관측 대상의 영상을 획득하는 영상 획득 장치에서 적외선 검출기로 상기 적외선 신호를 보내는 광학계는, 상기 관측대상으로부터 복사된 적외선을 한 점으로 집속하여 실상을 형성하는 이미저 렌즈군; 및 상기 이미지 렌즈군에서 보내진 상을 상기 적외선 검출기로 전달하여 상기 적외선 검출기의 콜드쉴드효과(Cold Shield Effect)를 향상시키기 위한 릴레이 렌즈군을 구비한다.In order to solve the problem, the optical system for transmitting the infrared signal to the infrared detector in the image acquisition device for obtaining the image of the observation object using the infrared radiation radiated from the observation object, the infrared radiation radiated from the observation object to one point An imager lens group focusing to form a real image; And a relay lens group for transmitting the image sent from the image lens group to the infrared detector to improve a cold shield effect of the infrared detector.

상기 광학계는, 상기 관측대상에 대해 소정 각도의 시계를 확보하여 그 시계안에 있는 관측대상의 일부로부터의 적외선을 통과시키며, 노딩(nodding)하면서 상기 관측대상의 전 부분의 적외선 신호를 차례로 통과시키는 주사거울을 더 구비함이 바람직하다.The optical system scans a predetermined angle of view with respect to the observation object, passes infrared rays from a part of the observation object in the field of view, and passes infrared signals from all parts of the observation object in sequence while nodding. It is preferable to further provide a mirror.

상기 주사거울은, 상기 적외선 검출기의 검출 특성을 위해 주변 복사원을 차단하는 출사동(exit pupil)인 콜드 쉴드(cold shield)와 쌍(conjugate)의 관계로 배치되는 입사동(entrance pupil)임이 바람직하다.The scanning mirror is preferably an entrance pupil disposed in a pair with a cold shield, which is an exit pupil, which blocks an ambient radiation source for detection characteristics of the infrared detector. Do.

상기 주사거울은, 상기 이미저 렌즈군과의 거리가 56.876mm임이 바람직하다.It is preferable that the scanning mirror has a distance of 56.876 mm from the imager lens group.

상기 이미저 렌즈군과 릴레이 렌즈군의 중간 초점면에 위치하여 관측대상 이외에서 복사되는 잡음 에너지를 차단하는 시계 조리개를 더 구비함이 바람직하다.It is preferable to further include a clock stop positioned at an intermediate focal plane of the imager lens group and the relay lens group to block noise energy radiated outside the observation target.

상기 이미저 렌즈군은, 게르마늄 소자의 된 적어도 2개의 렌즈로 이뤄짐이 바람직하다.The imager lens group preferably consists of at least two lenses of germanium elements.

상기 이미저 렌즈군은, 한 면의 곡률 반경이 -355.55(상기 관측 대상쪽에 중심을 둔)mm이고 다른 한 면의 곡률 반경은 425.70(상기 적외선 검출기쪽에 중심을 둔)mm이며, 두께는 5.5mm인 제1이미저 렌즈; 상기 제1이미저 렌즈와 4.2mm 떨어져 위치하고, 한 면의 곡률 반경이 -206.80mm이고 다른 한 면의 곡률 반경은 -103.33mm이며, 두께는 6.5mm인 제2이미저 렌즈; 및 상기 제2이미저 렌즈와 0.5mm 떨어져 위치하고, 한 면의 곡률 반경이 79.42mm이고 다른 한 면의 곡률 반경은 119.95mm이며, 두께는 6.5mm인 제3이미저 렌즈를 구비함이 바람직하다.In the imager lens group, the radius of curvature of one side is -355.55 mm (centered on the observation side) and the radius of curvature of the other side is 425.70 mm (centered on the infrared detector side), and the thickness is 5.5 mm. A first imager lens; A second imager lens positioned 4.2 mm away from the first imager lens, having a radius of curvature of one side of -206.80 mm, a radius of curvature of the other side of -103.33 mm, and a thickness of 6.5 mm; And a third imager lens positioned 0.5 mm apart from the second imager lens, having a radius of curvature of one surface of 79.42 mm, a radius of curvature of the other surface of 119.95 mm, and having a thickness of 6.5 mm.

상기 릴레이 렌즈군은, 게르마늄 소자의 된 적어도 2개의 렌즈로 이뤄짐이 바람직하다.The relay lens group preferably consists of at least two lenses of germanium elements.

상기 릴레이 렌즈군은, 상기 제2이미저 렌즈로부터 144.565mm 거리에 위치하고, 한 면의 곡률 반경이 -261.94mm이고 다른 한 면의 곡률 반경은 -131.35mm이며, 두께는 4.5mm인 제1릴레이 렌즈; 상기 제1릴레이 렌즈와 0.5mm 떨어져 위치하고, 한 면의 곡률 반경이 62.69mm이고 다른 한 면의 곡률 반경은 79.33mm이며, 두께는 4.5mm인 제2릴레이 렌즈; 및 상기 제2릴레이 렌즈와 0.5mm 떨어져 위치하고, 한 면의 곡률 반경이 25.60mm이고 다른 한 면의 곡률 반경은 19.96mm이며, 두께는 8.6mm인 제3릴레이 렌즈를 구비함이 바람직하다.The relay lens group is located at a distance of 144.565 mm from the second imager lens, and has a radius of curvature of one side of -261.94 mm, a radius of curvature of another side of -131.35 mm, and a thickness of 4.5 mm of a first relay lens. ; A second relay lens positioned 0.5 mm apart from the first relay lens and having a radius of curvature of one surface of 62.69 mm and a radius of curvature of another surface of 79.33 mm and a thickness of 4.5 mm; And a third relay lens positioned 0.5 mm apart from the second relay lens, having a radius of curvature of one surface of 25.60 mm, and a radius of curvature of another surface of 19.96 mm and a thickness of 8.6 mm.

상기 적외선 검출기는, 상기 제3릴레이 렌즈로부터 2.5mm 떨어져 위치하고, 상기 릴레이 렌즈군을 통해 집속된 적외선 신호가 통과되는 게르마늄 재질의 윈도우; 상기 윈도우로부터 2.5mm 떨어져 위치하고, 검출 특성을 최적화 하기 위해 주변의 복사원으로부터의 신호를 차단하는 콜드 쉴드(cold shield); 및 상기 콜드 쉴드로부터 19.054mm 떨어져 위치하고, 실제 적외선 신호를 검출하는 검출부를 구비함이 바람직하다.The infrared detector may include a germanium window positioned 2.5 mm away from the third relay lens and configured to pass an infrared signal focused through the relay lens group; A cold shield, 2.5 mm away from the window, for shielding signals from surrounding radiation sources to optimize detection characteristics; And a detection unit located 19.054 mm away from the cold shield and detecting an actual infrared signal.

상기 과제를 해결하기 위한, 관측 대상으로부터 복사된 적외선을 이용하여 상기 관측 대상의 영상을 획득하는 영상 획득 장치에서 적외선 검출기로 상기 적외선 신호를 보내는 광학계는, 상기 관측대상으로부터 복사된 적외선을 한 점으로 집속하여 실상을 형성하는 이미저 렌즈군; 상기 이미저 렌즈군에서 보내진 상을 상기 적외선 검출기로 전달하여 상기 적외선 검출기의 콜드 쉴드 효과를 향상시키기 위한 릴레이 렌즈군; 및 상기 주사거울과 상기 이미저 렌즈군 사이 또는 상기 이미저 렌즈군과 상기 릴레이 렌즈군 사이 또는 상기 주사거울과 상기 이미저 렌즈군 사이 및 상기 이미저 렌즈군과 상기 릴레이 렌즈군 사이에 삽입되어 광의 경로를 바꿔주는 반사경을 구비함이 바람직하다.In order to solve the problem, the optical system for transmitting the infrared signal to the infrared detector in the image acquisition device for obtaining the image of the observation object using the infrared radiation radiated from the observation object, the infrared radiation radiated from the observation object to one point An imager lens group focusing to form a real image; A relay lens group for transmitting an image sent from the imager lens group to the infrared detector to improve a cold shield effect of the infrared detector; And inserted between the scanning mirror and the imager lens group or between the imager lens group and the relay lens group or between the scanning mirror and the imager lens group and between the imager lens group and the relay lens group. It is desirable to have a reflector that changes the path.

상기 적외선 검출기는, 이차원으로 배열되어 관측대상 전 부분으로부터 복사되는 적외선 신호를 검출하는 검출기임이 바람직하다.The infrared detector is preferably a detector that detects an infrared signal that is arranged in two dimensions and radiated from all portions to be observed.

상기 관측대상에 대해 소정 각도의 시계를 확보하여 그 시계안에 있는 관측대상의 일부로부터의 적외선만을 통과시키며, 노딩(nodding)하면서 상기 물체의 전 부분의 적외선 신호를 차례로 통과시키는 주사거울을 더 구비함이 바람직하다.It is further provided with a scanning mirror which secures a field of view at a predetermined angle with respect to the object of observation and passes only infrared rays from a part of the object of observation within the field of vision, and passes infrared signals of all parts of the object in sequence while nodding. This is preferable.

상기 적외선 검출기는, 수평 또는 수직의 한 방향으로 배열되어 소정의 제한된 시계내의 적외선 신호를 검출하는 검출기임이 바람직하다.The infrared detector is preferably a detector that is arranged in one direction, horizontal or vertical, to detect infrared signals within a predetermined limited field of view.

상기 이미저 렌즈군과 상기 릴레이 렌즈군 사이의 중간 초면(광 초점이 맞춰지는 부분)에 위치하여 관측 범위 밖에서 복사되는 잡음 에너지를 차단하고, 나르시서스 효과(Narcissus effect)를 최소화 하는 필드 조리개(field stop)를 더 구비함이 바람직하다.Field stop located in the middle surface (part of the optical focus) between the imager lens group and the relay lens group to block the noise energy radiated outside the observation range, and to minimize the Narcissus effect (field stop) It is preferable to further have a).

상기 과제를 해결하기 위한, 관측 대상으로부터 복사된 적외선을 이용하여 상기 관측 대상의 영상을 획득하는 영상 획득 장치는, 상기 관측대상으로부터 복사된 적외선을 한 점으로 집속하여 실상을 형성하는 이미저 렌즈군 및 상기 이미지 렌즈군에서 보내진 상을 상기 적외선 검출기로 전달하여 상기 적외선 검출기의 콜드쉴드효과(Cold Shield Effect)를 향상시키기 위한 릴레이 렌즈군을 구비하여 상기 관측 대상으로부터 복사된 적외선을 집산하는 광학계; 이차원으로 배열되어 관측대상 전 부분으로부터 복사되는 적외선 신호를 상기 광학계로부터 전달받아 검출하는 적외선 검출기; 상기 적외선 검출기에서 보낸 신호로부터 물체의 상을 영상으로 복원하는 영상 변환기; 및 상기 영상 변환기로부터의 영상을 출력하는 영상 출력기를 구비한다.In order to solve the above-mentioned problems, an image acquisition device for acquiring an image of the observation target using infrared radiation radiated from an observation target includes an imager lens group that focuses the infrared radiation radiated from the observation target to one point to form a real image. And an optical system configured to transfer an image sent from the image lens group to the infrared detector to collect infrared rays radiated from the object to be observed, including a relay lens group for improving a cold shield effect of the infrared detector. An infrared detector arranged in two dimensions and receiving an infrared signal radiated from all parts of the observation object from the optical system; An image converter for restoring an image of an object to an image from the signal sent from the infrared detector; And an image output unit configured to output an image from the image converter.

상기 과제를 해결하기 위한, 관측 대상으로부터 복사된 적외선을 이용하여 상기 관측 대상의 영상을 획득하는 영상 획득 장치는, 상기 관측대상에 대해 소정 각도의 시계를 확보하여 그 시계안에 있는 관측대상의 일부로부터의 적외선을 통과시키며, 노딩(nodding)하면서 상기 관측대상의 전 부분의 적외선 신호를 차례로 통과시키는 주사거울, 상기 관측대상으로부터 복사된 적외선을 한 점으로 집속하여 실상을 형성하는 이미저 렌즈군 및 상기 이미지 렌즈군에서 보내진 상을 상기 적외선 검출기로 전달하여 상기 적외선 검출기의 콜드쉴드효과(Cold Shield Effect)를 향상시키기 위한 릴레이 렌즈군을 구비하여 상기 관측 대상으로부터 복사된 적외선을 집산하는 광학계; 수평 또는 수직의 한 방향으로 배열되어 상기 광학계로부터 소정의 제한된 시계내의 적외선 신호를 전달받아 검출하는 적외선 검출기; 상기 적외선 검출기에서 보낸 신호로부터 물체의 상을 영상으로 복원하는 영상 변환기; 및 상기 영상 변환기로부터의 영상을 출력하는 영상 출력기를 구비한다.In order to solve the problem, an image acquisition device for acquiring an image of the observation target using infrared radiation radiated from the observation target, secures a clock of a predetermined angle with respect to the observation target, An imager lens group that passes through infrared rays, and passes through an infrared signal of all parts of the object to be observed while nodding, an imager lens group focusing infrared radiation radiated from the object to form a real image An optical system for collecting infrared rays radiated from the object to be observed, having a relay lens group for transmitting an image sent from an image lens group to the infrared detector to improve a cold shield effect of the infrared detector; An infrared detector arranged in one horizontal or vertical direction and receiving and detecting an infrared signal within a predetermined limited field of view from the optical system; An image converter for restoring an image of an object to an image from the signal sent from the infrared detector; And an image output unit configured to output an image from the image converter.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 영상 획득 장치의 구성을 설명하기 위한 것으로서, 영상 획득 장치는, 광학계(100), 적외선 검출기(110), 영상 변환기(120) 및 영상 출력기(130)를 구비한다. 여기서, 광학계(100)는 관측 대상(140)으로부터 복사된 적외선을 집산한다. 이 때 광학계(100)가 처리할 수 있는 적외선의 파장범위는 7~11㎛이고 한 번에 25도 시계안의 적외선 신호를 통과시킨다. 광학계(100)를 통한 적외선 신호는 적외선 검출기(110)에 집속된다. 적외선 검출기(110)는 수직 또는 수평의 한 방향으로 배열된 단방향 적외선 검출기 및 이차원 적외선 검출기로 분류할 수 있다. 일차원 적외선 검출기(110)는 한 방향으로 배치되어 소정의 제한된 시계내의 적외선 신호만을 검출한다. 도 2a는 수직방향으로 배열된 280x4 단방향 적외선 검출기를 보인다. 여기서 적외선 검출기 소자는 수평방향으로 4개씩 수직방향으로 280개가 배열되어 있다. 도 2b는 이차원 배열 검출기를 보인것으로서, 320x240, 즉 수평방향으로 320개, 수직 방향으로 240개의 검출기가 배열되어 있다. 이차원 적외선 검출기는 이차원으로 배열되어 시계 제한을 받지 않고 관측대상(140) 전 부분으로부터 복사되는 모든 적외선 신호를 검출한다. 적외선 검출기(110)는 보통 광학계의 초점면(focal plane)에 놓이는 어레이형이기 때문에 FPA(Focal Plane Array)라고 한다. 영상 변환기(120)는, 적외선 검출기(110)에서 검출되어 출력한 적외선 신호로부터 관측대상의 상을 영상으로 복원한다. 영상 출력기(130)는 영상 변환기(120)로부터 출력된 영상 신호를 디스플레이한다.1 is for explaining the configuration of an image acquisition device according to the present invention, the image acquisition device includes an optical system 100, an infrared detector 110, an image converter 120 and an image outputter 130. Here, the optical system 100 collects infrared rays radiated from the observation target 140. At this time, the wavelength range of the infrared ray which the optical system 100 can process is 7-11 micrometers, and passes an infrared signal in a 25 degree clock at a time. The infrared signal through the optical system 100 is focused on the infrared detector 110. The infrared detector 110 may be classified into a unidirectional infrared detector and a two-dimensional infrared detector arranged in one direction of vertical or horizontal. The one-dimensional infrared detector 110 is disposed in one direction to detect only infrared signals within a predetermined limited field of view. Figure 2a shows a 280x4 unidirectional infrared detector arranged vertically. Here, 280 infrared detector elements are arranged in the vertical direction by four in the horizontal direction. 2b shows a two-dimensional array detector, in which 320 x 240, i.e. 320 detectors in the horizontal direction and 240 detectors in the vertical direction are arranged. The two-dimensional infrared detector is arranged in two dimensions to detect all infrared signals radiated from all parts of the observation object 140 without being limited by the field of view. The infrared detector 110 is commonly referred to as FPA (Focal Plane Array) because it is an array type placed on a focal plane of an optical system. The image converter 120 restores the image of the observation object to an image from the infrared signal detected and output by the infrared detector 110. The image outputter 130 displays the image signal output from the image converter 120.

도 3은 도 1에 도시된 한 개의 적외선 검출기(110)의 구성도로서, 적외선 검출기(110)는 윈도우(300), 콜드 쉴드(cold shield)(310) 및 검출부(320)로 구성된다. 윈도우(300)는 광학계(110)를 통해 집속된 적외선 신호가 통과되는 게르마늄 재질의 밀봉용 창이다. 콜드 쉴드(310)는 원하는 적외선 검출 특성을 최적화 하기 위해 주변의 복사원으로부터의 발생되는 복사 신호를 차단하는 역할을 가진다. 검출부(320)는 실제 적외선 신호를 검출하여 도 1의 영상 변환부(120)로 출력한다.3 is a configuration diagram of one infrared detector 110 illustrated in FIG. 1, and the infrared detector 110 includes a window 300, a cold shield 310, and a detector 320. The window 300 is a sealing window made of germanium material through which an infrared signal focused through the optical system 110 passes. The cold shield 310 serves to block radiation signals generated from surrounding radiation sources in order to optimize desired infrared detection characteristics. The detector 320 detects the actual infrared signal and outputs the infrared signal to the image converter 120 of FIG. 1.

도 4는 도 1에 도시된 적외선 검출기(110)가 단방향으로 배열되어 있는 단방향 적외선 검출기 어레이일 때, 그와 연결되는 광학계(100)의 상세 구성도로서, 광학계(100)는 주사거울(300), 이미저 렌즈군(410) 및 릴레이 렌즈군(420)을 구비한다. 여기서 주사거울(400)은 적외선 검출기(110)의 배열 모양에 종속되어 위치하며, 관측대상(140)으로부터 복사되는 적외선 신호를 적외선 검출기(110)의 윈도우(300)에 맞춰 주사한다. 즉, 주사거울(400)은 적외선 검출기(110)의 콜드 쉴드(310)와 쌍(conjugate)의 관계가 되어 배치되며, 이 때 주사거울(400)은 입사동(entrance pupil), 콜드 쉴드(310)는 출사동(exit pupil)으로서의 역할을 하게된다. 주사거울(400)은 관측대상(140)에 대해 소정 각도(여기서는 25도)의 시계를 확보하여 그 시계안에 있는 적외선만을 통과시키며, 노딩(nodding)하면서 상기 물체의 전 부분의 적외선 신호를 나누어 통과시킨다. 주사거울(400)의 노딩(nodding)은 갈바노미터 및 모터에 연결되어 일정 각도내에서 이뤄진다.4 is a detailed configuration diagram of the optical system 100 connected thereto when the infrared detector 110 illustrated in FIG. 1 is arranged in a unidirectional direction, and the optical system 100 includes a scanning mirror 300. And an imager lens group 410 and a relay lens group 420. The scanning mirror 400 is positioned depending on the arrangement of the infrared detector 110, and scans the infrared signal radiated from the observation object 140 in accordance with the window 300 of the infrared detector 110. That is, the scanning mirror 400 is disposed in a pair relationship with the cold shield 310 of the infrared detector 110, in which case the scanning mirror 400 is an entrance pupil and a cold shield 310. ) Acts as an exit pupil. The scanning mirror 400 secures a field of view of the object 140 at a predetermined angle (25 degrees in this case) and passes only the infrared rays within the field of view, and splits the infrared signals of all parts of the object while passing through them. Let it be. Nodding of the scanning mirror 400 is connected to the galvanometer and the motor to be made within a predetermined angle.

두 개 이상의 이미저 렌즈로 구성된 이미저 렌즈군(410)은 포지티브(+) 파워를 가지는 렌즈군으로, 주사거울을 통해 관측대상(140)에서 복사된 적외선을 한 점으로 집속하여 상면을 형성한다. 이미저 렌즈군(410)을 구성하는 렌즈중 2장(411, 412)은 네가티브(-) 파워를 가지며, 나머지 한 장(413)은 포지티브 파워를 갖는다. 이 렌즈들은 모두 게르마늄(Ge)으로 만들어져 교정되지 않은 구면 수차(uncorrected spherical aberration)를 가지며, 전체적으로 포지티브 파워를 가져 다음에 배열된 릴레이 렌즈군(420)을 위한 실상을 형성한다. 제1이미저 렌즈(411)는 상기 주사거울과의 거리가 56.876mm만큼 떨어져 있고, 한 면의 곡률 반경이 -355.55('-'는 곡률 반경의 중심이 관측 대상(140)쪽에 있음을 나타냄)mm이고 다른 한 면의 곡률 반경은 425.70(곡률 반경의 중심이 적외선 검출기(110)쪽에 있음을 나타냄)mm이며, 두께는 5.5mm인 게르마늄 재질의 렌즈이다. 제2이미저 렌즈(412)는 제1이미저 렌즈(411)와 4.2mm 떨어져 위치하고, 한 면의 곡률 반경이 -206.80mm이고 다른 한 면의 곡률 반경은 -103.33mm이며, 두께는 6.5mm인 게르마늄 재질의 렌즈이다. 제3이미저 렌즈(413)는 상기 제2이미저 렌즈(412)와 0.5mm 떨어져 위치하고, 한 면의 곡률 반경이 79.42mm이고 다른 한 면의 곡률 반경은 119.95mm이며, 두께는 6.5mm인 게르마늄 재질의 렌즈이다.The imager lens group 410 composed of two or more imager lenses is a lens group having positive (+) power, and forms an image surface by focusing infrared rays radiated from the object 140 through a scanning mirror at one point. . Of the lenses constituting the imager lens group 410, two sheets 411 and 412 have negative (-) power, and the other sheet 413 has a positive power. These lenses are all made of germanium (Ge) and have uncorrected spherical aberration, and have a positive power as a whole to form a real image for the next relay lens group 420 arranged. The first imager lens 411 has a distance of 56.876 mm from the scanning mirror and a radius of curvature of one surface is -355.55 ('-' indicates that the center of the radius of curvature is toward the observation object 140). The radius of curvature of the other side is 425.70 mm (indicating that the center of the radius of curvature is on the infrared detector 110 side) mm and the thickness of the germanium material is 5.5 mm. The second imager lens 412 is 4.2 mm away from the first imager lens 411, the radius of curvature of one side is -206.80mm, the radius of curvature of the other side is -103.33mm, and the thickness is 6.5mm. Germanium lens. The third imager lens 413 is 0.5 mm apart from the second imager lens 412, and the radius of curvature of one side is 79.42 mm, the radius of curvature of the other side is 119.95 mm, and the thickness is 6.5 mm. It is a lens of the material.

두 개 이상의 릴레이 렌즈로 구성된 릴레이 렌즈군(420)은 약 2.3배의 배율을 가지는 포지티브 파워를 내는 렌즈군으로 이미저 렌즈군(410)에 의해 집속된 빛을 적외선 검출기(110)로 전달하는 역할을 한다. 특히, 릴레이 렌즈군(420)은 적외선 검출기 내부의 콜드 쉴드(310) 효과가 거의 100%가 되도록 지원하는 역할을 한다. 이 때 적외선 검출기(110)의 콜드 쉴드(310)가 전체 광학계(100)의 구경 조리개(aperture stop)가 되도록 광학계가 구성되면 콜드 쉴드(310)가 주변 복사원을 보다 효과적으로 차단하게 되어 검출부(320)의 적외선 검출 효율이 최대로 높아질 수 있다. 릴레이 렌즈군(420) 또한 3장의 게르마늄 재질의 렌즈를 사용하여 구성한다. 릴레이 렌즈군(420)을 구성하는 렌즈중 2장(421, 422)은 네가티브(-) 파워를 가지며, 나머지 한 장(423)은 포지티브 파워를 갖는다. 제1릴레이 렌즈(421)는 이미저 렌즈군(410)으로부터 144.565mm 거리에 위치하고, 한 면의 곡률 반경이 -261.94mm이고 다른 한 면의 곡률 반경은 -131.35mm이며, 두께는 4.5mm인 게르마늄 재질의 렌즈이다. 제2릴레이 렌즈(422)는 제1릴레이 렌즈(421)와 0.5mm 떨어져 위치하고, 한 면의 곡률 반경이 62.69mm이고 다른 한 면의 곡률 반경은 79.33mm이며, 두께는 4.5mm인 게르마늄 재질의 렌즈이다. 제3릴레이 렌즈(423)는 제2릴레이 렌즈(422)와 0.5mm 떨어져 위치하고, 한 면의 곡률 반경이 25.60mm이고 다른 한 면의 곡률 반경은 19.96mm이며, 두께는 8.6mm인 게르마늄 재질의 렌즈이다.The relay lens group 420 including two or more relay lenses is a positive power lens group having a magnification of about 2.3 times, and transmits the light focused by the imager lens group 410 to the infrared detector 110. Do it. In particular, the relay lens group 420 serves to support the effect of the cold shield 310 inside the infrared detector to be almost 100%. At this time, if the optical system is configured such that the cold shield 310 of the infrared detector 110 becomes the aperture stop of the entire optical system 100, the cold shield 310 more effectively blocks the surrounding radiation source, thereby detecting the detection unit 320. Infrared detection efficiency can be maximized. The relay lens group 420 is also configured by using three germanium lenses. Of the lenses constituting the relay lens group 420, two sheets 421 and 422 have negative (-) power, and the other sheet 423 has a positive power. The first relay lens 421 is located 144.565 mm from the imager lens group 410, the radius of curvature of one side is -261.94mm, the radius of curvature of the other side is -131.35mm, 4.5mm thick germanium It is a lens of the material. The second relay lens 422 is located 0.5 mm apart from the first relay lens 421 and has a radius of curvature of 62.69 mm on one side and a curvature radius of 79.33 mm on the other side and a thickness of 4.5 mm. to be. The third relay lens 423 is 0.5 mm away from the second relay lens 422, and the radius of curvature of one side is 25.60 mm, the radius of curvature of the other side is 19.96 mm, and the thickness of the germanium material is 8.6 mm. to be.

이미저 렌즈군(410) 및 릴레이 렌즈군(420)이 상술한 바와 같이 설계될 때, 적외선 검출기(110)의 윈도우(300)는 제3릴레이 렌즈(423)로부터 2.5mm 떨어져 위치하고, 릴레이 렌즈군(420)을 통해 집속된 적외선 신호가 통과되는 게르마늄 재질로 설계된다. 콜드 쉴드(310)는 윈도우(300)로부터 2.5mm 떨어져 위치한다. 검출부(320)는 콜드 쉴드(310)로부터 19.054mm 떨어져 위치하는 것이 바람직하다.When the imager lens group 410 and the relay lens group 420 are designed as described above, the window 300 of the infrared detector 110 is located 2.5 mm away from the third relay lens 423 and the relay lens group A germanium material through which the focused infrared signal is passed through 420 is designed. The cold shield 310 is located 2.5 mm away from the window 300. The detector 320 is preferably located 19.054 mm away from the cold shield 310.

상술한 본 발명의 광학계(100)에서는, 적외선 검출기(110)의 콜드 쉴드(310)와 주사거울(400)을 광학적 한 쌍(conjugate)의 관계에 놓고 전체 시스템 조립 및 구성시 그 관계를 기준으로 위치를 결정 및 조정한다. 광학계(100)를 구성하는 구성요소들의 설계 규격을 아래 표 1에 보인다.In the optical system 100 of the present invention described above, the cold shield 310 and the scanning mirror 400 of the infrared detector 110 are placed in a pair of optical conjugates, based on the relationship when the entire system is assembled and configured. Determine and adjust your location. Design specifications of the components constituting the optical system 100 are shown in Table 1 below.

렌즈lens 면if 곡률 반경 (M)Radius of curvature (m) 거리 (mm)Distance (mm) 두께(mm)Thickness (mm) 재질material 주사거울Injection mirror

56.876 from first imager lens First imager lens One -355.55 4.2 5.5 Ge

First imager lens

2 425.70 Second imager lens One -206.80 0.5 6.5 Ge Second imager lens 2 -104.33 Third imager lens One 79.42 144.565 6.5 Ge

Third imager lens

2 119.95 First relay lens One -261.94 0.5 4.5 Ge First relay lens 2 -131.35 2nd relay lens One 62.69 0.5 4.5 Ge

2nd relay lens

2 79.33 Third relay lens One 25.60 10.088 8.6 Ge

Third relay lens

2 19.96 Window of infrared detector

2.5 Cold Shield of Infrared Detector

3.12 Detection surface of the infrared detector

19.054

도 5는 도 4의 광학장치(100)의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 여기서 광학 장치(100)의 기본 구성은 도 4와 같다. 이미저 렌즈군(410)과 릴레이 렌즈군(420) 사이의 중간 초면에 놓인 시계 조리개(field aperture)(500)는, 관측 범위 밖에서 복사되는 불필요한 에너지를 차단할 수 있고 또한 적외선을 통과시키는 광학계에 치명적인 나르시서스 효과(Narcissus Effect)를 최소화 하는 기능을 가진다. 반사경(510)은, 광학계 전체 길이가 너무 길어지는 경우에 주사거울(400)과 이미저 렌즈군(410) 사이 또는 이미저 렌즈군(410)과 릴레이 렌즈군(420) 사이 또는 상술한 두 곳 모두에 삽입되어 광의 경로를 바꿔준다. 따라서, 반사경(510)의 위치를 적당한 방향으로 바꾸어 광학계(100)가 포함된 시스템의 기구 구조 및 공간 배치를 원하는 대로 할 수 있게 한다.FIG. 5 illustrates another embodiment of the optical device 100 of FIG. 4, where the basic configuration of the optical device 100 is the same as that of FIG. 4. The field aperture 500 placed in the middle plane between the imager lens group 410 and the relay lens group 420 can block unwanted energy radiated outside the viewing range and is critical for the optical system to pass infrared rays. Has the ability to minimize the Narcissus Effect. The reflector 510 is provided between the scanning mirror 400 and the imager lens group 410 or between the imager lens group 410 and the relay lens group 420 when the total length of the optical system becomes too long, or the two places described above. It is inserted in all and changes the path of light. Accordingly, the position of the reflector 510 is changed in an appropriate direction so that the mechanical structure and the spatial arrangement of the system including the optical system 100 can be made as desired.

도 6은 도 1에 도시된 적외선 검출기(110)가 이차원으로 배열되어 있을 때, 그와 연결되는 광학계(100)의 상세 구성도를 도시한 것으로서, 광학계(100)는 이미저 렌즈군(600) 및 릴레이 렌즈군(610)으로 구성된다. 여기서 이차원 적외선 검출기는 이차원으로 배열되어 시계 제한을 받지 않고 관측대상 전 부분으로부터 복사되는 적외선을 검출하는 적외선 검출기이므로 도 4에서와 같이 시계를 제한하는 주사거울(400)이 필요하지 않다. 여기서의 이미저 렌즈군(600) 및 릴레이 렌즈군(610)의 구성 및 기능은 도 3에서의 이미지 렌즈군(410) 및 릴레이 렌즈군(420)과 동일하므로 그 설명을 생략한다.FIG. 6 is a detailed block diagram of the optical system 100 connected thereto when the infrared detector 110 shown in FIG. 1 is arranged in two dimensions, and the optical system 100 includes an imager lens group 600. And a relay lens group 610. Since the two-dimensional infrared detector is an infrared detector arranged in two dimensions to detect infrared radiation radiated from all parts of the observation target without being limited by the clock, a scanning mirror 400 for limiting the clock is not required as shown in FIG. 4. Since the configuration and function of the imager lens group 600 and the relay lens group 610 are the same as those of the image lens group 410 and the relay lens group 420 in FIG. 3, description thereof will be omitted.

적외선 검출기(110)가 이차원으로 배열되어 있을 때, 광학계(100)의 길이가 매우 길어지는 경우, 주사거울을 제외한 도 5와 같은 구성이 동일하게 적용될 수 있다.When the infrared detector 110 is arranged in two dimensions, when the length of the optical system 100 is very long, the same configuration as in FIG. 5 except for the scanning mirror may be applied.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 광학계(100)는 관측 대상(140)으로부터의 복사 에너지를 적외선 검출기(110)에 집속시키는 역할을 한다. 이 때 적외선 검출기(110)가 제한된 시계를 갖도록 배치되어 있으면, 주사거울(400)을 사용하여 원하는 시계의 영상을 적외선 검출기(110)에 집속시켜 실시간 영상을 획득할 수 있게한다. 그리고 주사거울(400)과 적외선 검출기(110)의 콜드 쉴드(310)를 한쌍(conjugate)의 관계로 놓아 주사거울(400)은 광학계(100)의 입사동이 되게하고 콜드 쉴드(310)는 출사동이 되게 하여 광학게(100) 구성 및 조립시 이를 기준으로 배치를 조정하여 광학계(100) 각 구성 요소의 위치를 결정할 수 있다. 또한 릴레이 렌즈군(420)을 사용하여 적외선 검출기(110)의 콜드 쉴드 효과를 최대화함으로써 적외선 검출기(110)의 검출도(detectivity)를 향상시켜 저잡음 영상획득 장치를 구현 할 수 있다.As described above, the optical system 100 of the present invention focuses the radiant energy from the observation target 140 on the infrared detector 110. At this time, if the infrared detector 110 is arranged to have a limited field of view, the scanning mirror 400 is used to focus the image of the desired field of view on the infrared detector 110 to obtain a real-time image. The cold mirror 310 of the scanning mirror 400 and the infrared detector 110 are placed in a pair so that the scanning mirror 400 is an entrance pupil of the optical system 100 and the cold shield 310 is an exit pupil. The position of each component of the optical system 100 may be determined by adjusting the arrangement based on the configuration and assembling the optical crab 100. In addition, by using the relay lens group 420 to maximize the cold shielding effect of the infrared detector 110, it is possible to implement a low noise image acquisition device by improving the detection (detectivity) of the infrared detector 110.

본 발명에 의하면 임의 시계의 영상 정보를 전달할 수 있는 광학계를 포함한 영상 획득 장치를 사용하여 수직/수평의 어느 한 방향 검출기 또는 이차원 배열 검출기에 대해 알맞는 영상 정보를 전달할 수 있다.According to the present invention, suitable image information can be delivered to a vertical or horizontal directional detector or a two-dimensional array detector using an image acquisition device including an optical system capable of transmitting image information of an arbitrary field of view.

Claims

In the optical system for transmitting the infrared signal to the infrared detector in the image acquisition device for obtaining the image of the observation object using the infrared radiation radiated from the observation object,

The infrared radiation radiated from the subject is focused to one point to form a real image, the radius of curvature of one side is -355.55 (centered on the subject) and the radius of curvature of the other side is 425.70 (at the infrared detector side). The first imager lens having a thickness of 5.5 mm and a distance of 4.2 mm from the first imager lens, the radius of curvature of one side is -206.80 mm, and the radius of curvature of the other side is -103.33 mm. A second imager lens having a thickness of 6.5 mm; And a third imager lens positioned 0.5 mm apart from the second imager lens and having a radius of curvature of one side of 79.42 mm and a radius of curvature of the other side of 119.95 mm and a thickness of 6.5 mm. ;

A relay lens group for transmitting an image sent from the imager lens group to an infrared detector to improve a cold shield effect of the infrared detector; And

And a clock stop positioned at an intermediate focal plane of the imager lens group and the relay lens group to block noise energy radiated outside the observation target.

The method of claim 1,

It further comprises a scanning mirror to secure a field of view at a predetermined angle with respect to the observation object and to pass infrared rays from a part of the observation object in the field of view, and to pass infrared signals of all parts of the observation object in sequence while nodding. Optical system characterized in that.

The method of claim 2, wherein the injection mirror,

And an entrance pupil arranged in a pair relationship with a cold shield, which is an exit pupil, which blocks an ambient radiation source for the detection characteristic of the infrared detector.

The method of claim 2, wherein the injection mirror,

And an optical system having a distance of 56.876 mm from the imager lens group.

The method of claim 1, wherein the imager lens group,

An optical system comprising at least two elements of germanium elements.

The method of claim 1, wherein the relay lens group,

An optical system comprising at least two lenses of germanium elements.

The method of claim 1, wherein the relay lens group,

A first relay lens positioned at a distance of 144.565 mm from the second imager lens, having a radius of curvature of one surface of -261.94 mm, a radius of curvature of the other surface of -131.35 mm, and a thickness of 4.5 mm;

A second relay lens positioned 0.5 mm apart from the first relay lens and having a radius of curvature of one surface of 62.69 mm and a radius of curvature of another surface of 79.33 mm and a thickness of 4.5 mm; And

Optical system, characterized in that it comprises a third relay lens 0.5mm apart from the second relay lens, the radius of curvature of one side is 25.60mm, the radius of curvature of the other side is 19.96mm, the thickness is 8.6mm.

The method of claim 1, wherein the infrared detector,

A germanium window positioned 2.5 mm away from the third relay lens and configured to pass an infrared signal focused through the relay lens group;

A cold shield, 2.5 mm away from the window, for shielding signals from surrounding radiation sources to optimize detection characteristics; And

19.054mm away from the cold shield, the optical system, characterized in that it comprises a detection unit for detecting the actual infrared signal.