KR100514972B1 - 복사선 정렬 방법과 정렬 장치 - Google Patents

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비커바이 엘. 파텔
워드 디. 로버슨
존 제이. 도나휴
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Abstract

FLIR/레이저 기반의 표적 및 영상 시스템에서, 관심 영역의 표적을 인식, 검출, 위치 결정 및/또는 추적하는 능력은 IR LOS와 레이저 LOS 사이의 고정 및 동적 정렬 오류를 감소함으로써 상당히 개발되고 있다. 고정 정렬 오류는 개선된 내부 조준 모듈과 대응하는 조준 방법에 의해 감소된다. 동적 정렬 오류는 레이저 에너지와 IR 에너지에 대한 단일 피치를 포함하며 공통 피치/요 어포컬을 이용하는 광전자 서브시스템을 이용하여 감소된다. 시스템 하우징의 세그먼트화된 윈도우는 광학 경로에 들어가는 축에서 벗어난 EMI 양을 상당한 감소시키는 원형 EMI 그리드 패턴을 포함하며, 화상이 디지트화된 후에 IR 화상의 질을 개선하는 데에 개선된 신호 처리 기술이 이용된다.

Description

복사선 정렬 방법과 정렬 장치{METHOD AND APPARATUS OF ALIGNING FIRST RADIATION FROM A FIRST SOURCE WITH SECOND RADIATION FROM A SECOND SOURCE}
본 발명은 결합형 전방 감시 적외선/레이저 센서(combined forward-looking infrared/laser sensor)에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 중간파 전방 감시 적외선(FLIR) 서브시스템과, 레이저 범위 수신기(LRR : laser range receiver) 및 레이저 스폿 추적기(LST : laser spot tracker)를 포함하는 레이저 서브시스템을 결합하는 표적 및 영상 시스템에 관한 것이다.
FLIR 시스템은 적외선(IR) 검출기들의 어레이를 이용하여 특정한 관심 영역(AOI : area of interest)으로부터의 IR 방사에 기초하여 화상을 생성한다. 예를 들어, 군사상의 응용에서, AOI는 탱크, 트럭, 및/또는 기타 군용 차량 또는 군용 하드웨어와 같은 표적들을 포함할 수 있다. 이들 표적은 열을 방사하므로, 일반적으로 그 주변 환경보다 온도가 높다. 따라서, 그들은 FLIR 시스템에 의해 생성되는 IR 화상으로 식별될 수 있다.
FLIR 시스템과 관련하여 레이저를 이용하는 것은 일반적으로 당 분야에 잘 알려져 있다. 예를 들면, FLIR 화상에서 육안으로 확인되는 특정 표적을 지정하는 데 레이저를 이용할 수 있다. 하나의 종래 FLIR/레이저 시스템에서는, 레이저 에너지가 FLIR 화상에서 육안으로 확인되는 표적을 훑고 지나가서 그 표적의 3차원 입체 화상(3-D image)를 생성하는 데 이용된다. 3-D 화상은 또한 표적 인식 및/또는 표적 분류에 이용될 수 있다(미국 특허 제5,345,304호). 다른 종래 FLIR/레이저 시스템에서는, FLIR/레이저 시스템의 호스트 플랫폼으로부터 표적의 범위를 판정하는 데 레이저가 이용된다(미국 특허 제4,771,437호). 또 다른 종래 FLIR/레이저 시스템에서는, 표적들의 상대 위치 및 속도를 판정하는 데 레이저가 이용된다(미국 특허 제4,574,191호). 또한, 레이저 유도 무기를 FLIR 화상에서 육안으로 확인되는 소망의 표적으로 유도하는 데 레이저가 이용되었다.
상기 종래의 FLIR/레이저 시스템들 각각에서는, FLIR/레이저 시스템이 표적들을 정확히 인식, 검출, 소재 파악 및/또는 추적하는 능력은 FLIR/레이저 시스템이 FLIR과 레이저 간에 정확한 정렬을 유지하는 능력에 의해 좌우된다. FLIR 조준선(LOS : line-of-sight)과 레이저 LOS 간에 어떤 고정된 오정렬이 있으면, 레이저 과잉(laser overspill)이 초래된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 과잉은 표적(105)을 빗맞추어 배경을 반사하는 의도하지 않은 양의 레이저 에너지(110)로서 정의된다. 레이저 과잉은 도 2에서 Rerr로 도시된 범위 측정 오류를 발생시키기 쉽다. 범위 정보가 잘못되면 표적 인식, 검출, 소재 파악, 및 속도 정보는 물론 무기 유도 데이터의 정확성이 저감될 것이다.
조준(boresighting)은 소정 시스템의 LOS를 정렬하는 처리를 이름하는 당 분야의 관용 용어이다. 저고도 야간 지형-적외선 항법(LANTIRN : Low Altitude Night Terrain-following Infrared Navigation) 시스템과 같은 종래의 디자인들은 조준 처리를 이용하여 FLIR LOS와 레이저 LOS 간의 고정된 정렬 오류들을 최소화한다. 조준 처리에는 일반적으로 예를 들면 FLIR LOS와 레이저 LOS의 광학적 및/또는 기계적 재정렬이 포함된다. 게다가, 조준 처리는 수동식 또는 자동식일 수 있다. 설명한 바와 같이, 조준 처리는 일반적으로 당 분야에 잘 알려져 있다.
그런데, 유감스럽게도, 예를 들어 FLIR LOS와 레이저 LOS 간의 정렬 오류는 반드시 고정된 오류는 아니다. 군사상의 응용에서, FLIR/레이저 기반 시스템들은 전형적으로 전투기(예를 들면, F-15 또는 F-16)와 같은 움직이는 플랫폼들에 설치된다. 이들 플랫폼에서 FLIR/레이저 기반 시스템들은 큰 기계적인 충격과 진동을 겪게 된다. 이들 힘과 진동은 FLIR LOS 및 레이저 LOS를 제어하는 광학 부품들에 직접적으로 작용한다. 게다가, 피치 축 주위로의 FLIR LOS 및 레이저 LOS의 변위는 시스템 성능(즉, 표적들을 정확히 인식, 검출, 소재 파악 및/또는 추적하는 능력)에 가장 해롭게 작용하는 것으로 보인다.
도 3에 도시된 바와 같이, LANTIRN과 같은 종래의 디자인들은 별도의 FLIR 광학 피치 베어링(205)과 레이저 광학 피치 베어링(210)뿐만 아니라, 별도의 FLIR 애퍼쳐(215)와 레이저 애퍼쳐(220)를 이용한다. 따라서, FLIR/레이저 기반 시스템에 작용하는 상기한 기계적인 힘 및 진동으로 인하여, FLIR LOS 및 레이저 LOS는 서로 독립적으로 피치축 주위로 이동하게 되고, 그 결과 기존의 고정된 정렬 오류 외에 LOS 지터 및 동적인(즉, 계속해서 변화하는) FLIR LOS-레이저 LOS 정렬 오류가 생길 것이다. 상기한 조준 처리는 고정된 정렬 오류를 교정하는 데 이용될 수 있지만, 일반적으로 동적인 정렬 오류를 교정하는 데 대해서는 효과적이지 않다.
그리고, LANTIRN과 같은 종래의 시스템들과 관련된 문제점으로서, LOS 정렬 오류에 상당히 기여할 수 있는 또 다른 문제점은 FLIR 화상들은 짐벌 피치 각도(gimbal pitch angle)의 함수로서 회전축(roll axis) 주위로 회전한다는 사실이다. 이러한 변칙을 보상하기 위하여, LANTIRN과 같은 종래의 디자인들은 FLIR 검출기 어셈블리 전체를 반대 방향으로 회전시킨다. 그러나, FLIR 검출기 어셈블리는 비교적 크기가 크고, 급속하게 변화하는 짐벌 피치 각도에 거슬러서 큰 물체를 회전시키는 데는 많은 단점들이 있다. 맨 처음으로는, 고속 피치 회전을 보상하기에 충분한 응답 시간으로 큰 물체를 반대 방향으로 회전시키는 것이 매우 어렵다. 고속 피치 회전을 보상할 수 없음으로 인하여, 또 다른 FLIR LOS-레이저 LOS 정렬 오류가 생길 수 있다. 두 번째로는, FLIR 검출기 어레이 소자들에 연결되는 배선들이 회전 인터페이스를 통과해야 한다는 것이다. 인터페이스와 인터페이스를 통과하는 배선들을 회전시키는 것은 시스템 신뢰도에 상당한 영향을 미친다.
본 발명은 고정된 정렬 오류들과 다이나믹 정렬 오류들을 포함하는 FLIR LOS와 레이저 LOS 간의 정렬 오류들을 최소화하도록 설계된 전기 광학 서브시스템을 포함하여 보다 정확한 표적 인식, 검출, 위치 및/또는 트래킹 정보를 제공하기 위한 고해상도, 짐벌 중간파(gimbaled mid-wave) FLIR/레이저 기반의 시스템이다. 군용 무기 운송 시스템에 결합하여 사용되는 경우, 이들 성능 향상은 적 포위의 더 긴(즉, 더 안전한) 스탠드오프(standoff) 범위에서 무기를 해체할 수 있는 호스트 플랫폼(host platform)에 대한 생존 가능성이 더 커진다.
또한, 본 발명은 전자 광학 서브시스템의 효과를 지원하고 향상시키는 서브시스템의 능력 및 다수의 다른 서브시스템을 포함한다. 예를 들면, 본 발명은 다수의 중요하고 신규한 화상 처리 및 화상 전처리 기능들이 제공되는 단일의 프로세싱 서브시스템을 포함하며, 상기 기능들은 "데드(dead)" 검출기 셀 대체 기능, 화면 기반 패턴 제거 기능, 2-D 샤프닝 필터(sharpening filter), 다이나믹 범위 제어 기능, 및 고유한 서브화소 디더링(dithering) 프로세스를 사용하는 2× 화상 강조 기능을 포함한다.
본 발명은 새로운 결함 차단 서브시스템을 포함한다. 이 결함 차단 시스템은 다양한 서보 시스템들의 증폭기부들 내에서 발생하는 결함 조건과 서보 시스템들의 서보 모터부 내에서 발생하는 결함 조건들을 구별할 수 있다. 따라서 개인적으로 필요한 정비는 전체 서보 시스템을 제거 및 교체할 필요 없이 서보 시스템의 결함부분만을 제거 및 교체한다.
최종적으로, 본 발명은 새로운 전자기 방해(EMI) 그리드를 포함한다. 이 그리드는 원치 않는 에너지가 시스템에 유입되고 전기 신호가 간섭하는 것을 보다 철저하게 방지한다. 또한, 이 그리드는 시스템에 의해 생성된 원치 않는 에너지가 방사되는 것을 방지함으로써, 근접한 다른 시스템들의 동작에 간섭한다.
본 발명의 목적은 고해상도, FLIR/레이저계 표적 및 영상 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 FLIR LOS와 레이저 LOS 간의 정렬 오류들을 최소화하는 고해상도 FLIR/레이저 기반의 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 FLIR 광학부(optics) 및 레이저 광학부에 대한 공통 애퍼쳐와 단일 피치 베어링을 제공하여 FLIR LOS 및 레이저 LOS 지터로 인한 정렬 오류를 최소화하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 FLIR 검출기 어셈블리와는 다른 디롤 프리즘 광학 기기를 역회전시킴으로써, 피치/요(yaw) 짐벌(gimbal)이 피치축 주위를 회전할 때 회전축(roll axis) 주위를 FLIR 화상을 회전시킴으로써 발생되는 정렬 오류를 최소화하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 시스템 애퍼쳐에 유입되는 IR 에너지로부터 부적절한 전자기 에너지를 필터링함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 FLIR 화질을 더 향상시키는 다수의 신호 처리 기능을 제공함에 있다.
최종적으로, 본 발명의 또 다른 목적은 결함 조건들을 정확하게 분리하고 다른 방법으로 적절하게 기능을 수행하는 하드웨어의 제거 및 교체를 제한하는 결함 검출 처리를 제공함에 있다.
본 발명의 전술된 목적들과 다른 목적들은 AOI(area of interest)로부터 IR(infrared) 에너지를 수신하고 AOI의 IR 화상을 생성하는 FLIR(forward-looking infrared) 광학 서브시스템을 포함하는 표적 및 영상 시스템에 의해 달성된다. 또한, AOI 내의 적어도 하나의 물체를 조사하는 레이저 에너지를 생성하고, 적어도 하나의 물체에 의해 반사된 레이저 에너지를 수신하는 레이저 광학 서브시스템을 포함한다. 더욱이, 레이저 광학 서브시스템과 FLIR 광학 서브시스템은 공통의 피치 베어링을 공유한다.
또한, 본 발명의 전술된 목적들과 다른 목적들은 AOI로부터 IR 에너지를 수신하기 위한 FLIR 광학 시스템과, AOI로부터 수신된 IR 에너지를 이용하여 IR 화상을 생성하기 위한 FLIR 광학 화상기(optical imager)를 포함하는 표적 및 영상 시스템에 의해 달성된다. FLIR 광학 화상기는 FLIR 광학 시스템으로부터 IR 에너지를 수신하도록 배치된다. 또한, 시스템은 레이저 송신기로부터의 레이저 에너지를 AOI 내에 배치된 원하는 표적으로 향하도록 하고, AOI 내의 원하는 표적으로부터 귀환되는 레이저 에너지를 레이저 수신기쪽으로 향하게 하는 레이저 송신기, 레이저 수신기 및 레이저 광을 포함한다. 더욱이, FLIR 광학 시스템과 레이저 광은 공통 피치 베어링을 공유하여, 모든 광학 소자들이 FLIR 광학 시스템과 레이저 광에 의해 공통적으로 공유되는 피치 회전들에 개별적으로 영향을 받게 된다.
또한, 본 발명의 전술된 목적들과 다른 목적들은 IR LOS(line of sight)를 원하는 AOI쪽으로 조향하고, AOI로부터 IR 에너지를 수신하고, IR 에너지를 한 곳에 포커싱하며, AOI의 광화상을 생성하기 위한 FLIR 광학부를 포함하는 표적 및 영상 시스템에 의해 달성된다. 또한, 시스템은 레이저 LOS를 조종하기 위한 레이저 송신기, LRR(laser range receiver), LST(laser spot tracker), 및 레이저 광학부를 포함하여, 상기 전송된 레이저 에너지가 AOI의 적어도 일부를 조사하는데, 이는 레이저 에너지를 수신하고 이 수신된 레이저 에너지를 LRR 및 LST쪽으로 향하게 하기 위한 것이다. 또한, FLIR 광학부 수단 및 레이저 광학부 수단은 하나의 피치 베어링을 공유하고, IR 에너지 및 레이저 에너지는 공통 애퍼쳐를 관통한다.
또한, 본 발명의 전술된 목적들과 다른 목적들은 IR LOS 및 레이저 LOS를 조정하고, IR LOS와 레이저 LOS 간의 LOS 정렬 오류들을 최소화하기 위한 LOS 정정 수단을 포함하는 표적 및 영상 시스템에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 전술된 목적들과 다른 목적들은 서보 모터 및 증폭기를 포함하는 서보 시스템에서 전기적 결함을 차단시키기 위한 결함 차단 수단을 포함하는 표적 및 영상 시스템에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 전술된 목적들과 다른 목적들은 조준용(boresight) 서브시스템을 포함하는 표적 및 영상 시스템에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 전술된 목적들과 다른 목적들은 신호 처리 서브시스템을 포함하는 표적 및 영상 시스템에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 전술된 목적들과 다른 목적들은 IR 및 레이저 에너지가 통과하는 윈도우를 포함하는 하우징(housing) 내에 포함되는 표적 및 영상 시스템에 의해 달성된다.
<실시예>
본 발명은 광전자 서브 시스템, EMI 그리드, 결함 차단 서브 시스템, 및 신호 처리 서브 시스템을 포함하는 표적 및 영상 시스템에 관한 것이다. 광전자 서브 시스템은 고해상도, 짐벌, 중간파(3-5 미크론) 또는 장파(8-12 미크론 서브 시스템) FLIR; 범위 측정을 위한 레이저 범위 수신기(LRR) 및 표적 지정; 및 양의 표적 식별용 레이저 스폿 추적기(LOS)를 포함한다. FLIR 서브 시스템은 또한 2개의 2× 강조된 모드, 4× 및 8× 전자 줌 모드를 갖는 1.2°FOV 및 3.8°FOV를 포함하는 2개의 광학적 시계(FOV)을 제공한다. 본 발명의 다른 중요한 특징들은 FLIR LOS 및 레이저 LOS 사이에 정렬 오류를 동적으로 최소화하기 위해 일반적인 광학 소자들, 차등적인 휘어짐을 최소화하고 조준 기억을 최대화하는 차단된 광 베드, 및 FLIR LOS 및 레이저 LOS 사이에 고정된 정렬 오류를 최소화하는 내부 조준 서브 시스템을 포함한다.
"광(optic)" 및 "광학적(optical)" 이란 단어는 전형적으로는 시야 또는 시선에 관련된 용어이다. 그러나, 본 명세서에서의 "광" 및 "광학적" 이란 용어는 일반적으로 전자기 복사에 넓게 관련되며, 그리고/또는 전자기 복사(즉, IR 에너지 및 레이저 에너지)가 가시적이지 않더라도, 이와 같은 전자기 복사에 민감한 장치에 관련된다.
또한, FLIR 또는 IR 화상이란 단어는 광학적 화상 및 디지털 화상에서 쓰여지는 용어이다. IR 화상이란 단어는 FLIR 광에 의해 발생된 IR 에너지 패턴에 관한 용어이다. 광학적 화상이란 단어는 IR 화상의 전자 표현을 함께 제공하는 아날로그 전자 신호 어레이에 관한 용어이다. 아날로그 전자 신호는 IR 화상의 IR 에너지 패턴에 응답하는 IR 검출기 소자 어레이에 의해 발생된다. 디지털 화상이란 단어는 화소값으로서 알려진 디지털값 어레이에 관련된 용어이다. 또한, 화소값 어레이는 광학적 화상의 디지털 표현을 제공하는데, 여기서 각각의 화소값은 광학적 화상에서의 대응하는 아날로그 신호값에 관련된다. 본 기술 분야의 숙련된 기술자라면 누구라도 광학적 화상 및 디지털 화상이 가시적인 화상이 아니며, 그 대신에 각각은 아날로그 및 디지털 값들 각각의 어레이일 뿐이라는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 본 분야의 숙련된 기술자라면 누구라도 적절한 디스플레이 하드웨어로써 광학적 및 디지털 화상들로부터 가시적 화상이 생성될 수 있다는 것도 역시 이해할 수 있을 것이다.
광전자 서브 시스템
본 발명의 양호한 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, (도시되지 않은) 분할된 표적 획득 윈도우에 인가되며, 통상의 피치/요 짐벌 어포컬(401)에 의해 집중된다. 동일 개구가 레이저 에너지 뿐만 아니라 IR 에너지를 전달하고/또는 수신하는데 이용되기 때문에, 공통 피치/요 짐벌 어포컬(401), 또는 공통 애퍼쳐는 "공통"으로서 지칭된다. 공통 애퍼쳐(401)는 사실상 도 5a에 도시된 바와 같이, 하나의 양의 렌즈(401a) 및 두 개의 음의 렌즈(401b)를 구비하는 렌즈 세트이다. 이러한 렌즈 세트는 IR 에너지 및 레이저 에너지 모두에 대한 굴절률을 같게 하여, IR 에너지 및 레이저 에너지 모두에 대해 하나의 애퍼쳐를 이용할 수 있게 한다. 레이저 에너지 및 IR 에너지 모두에 대한 하나의 애퍼쳐를 갖게 하면, FLIR LOS 및 레이저 LOS 사이의 고정되고 동적인 정렬 오류 모두를 현저하게 감소시킨다.
공통 애퍼쳐(401)는 그것이 시스템에 진입하고 그것을 회전 미러(403)를 향해 배향시킴에 따라 IR 에너지 빔의 직경을 감소시킨다. 다음에 회전 미러(403)는 피치-축 중심선(405) 아래에 IR 에너지 빔을 배향시킨다. 다음에, 회전 미러(406)는 FLIR 릴레이/FOV 어셈블리(407) 내에 위치된 다이크로익(Dichroic) D1을 마주치는 시스템 종축에 평행한 레이저 에너지 및 IR 에너지를 재배향시킨다. 다이크로익 D1은 스펙트럼 내용에 기초하여 입사 에너지를 분리한다. 다이크로익 D1은 ∼2.7 미크론 이상인 파장을 갖는 에너지(예를 들어, IR 에너지)를 전달함으로써, 그리고 ∼2.0 미크론보다 짧은 파장을 갖는 에너지(예를 들어, 레이저 에너지)를 반사함으로써 이것을 달성한다.
FLIR 릴레이/FOV 어셈블리(407)는 다수의 고정된 렌즈(411a 및 411b), 및 다수의 이동가능 렌즈(412a 및 412b)를 포함한다. 이러한 렌즈는 이하 상세하게 설명되는 바와 같이, FLIR 릴레이/FOV 어셈블리(407)가 협 FOV(NFOV) 모드 또는 광 FOV(WFOV) 모드에 각각 있게 되는지에 따라 IR 빔 직경을 감소시키거나 증가시키도록 IR 에너지에 작용한다. 다음에 IR 에너지는 다이크로익 D1과 같이 동일한 방식으로 IR 에너지를 전달하는 다이크로익 D2를 통해 전달된다.
다음 IR 에너지는 디롤 어셈블리(413)를 만난다. 디롤 어셈블리(413)는 디롤 프리즘(414) 및 디롤 프리즘(414)을 회전시키기 위한 서보 모터(도시하지 않음)를 포함한다. 디롤 프리즘(414)은 내부적으로 홀수번, 예를 들어 세번 IR 빔을 반사하고, IR 에너지로 하여금 그것이 디롤 프리즘(414)에 진입하는 동일 방향으로 디롤 프리즘(414)을 빠져 나가게 한다. 디롤 프리즘(414)이 IR 광 빔에 의해 정의된 축 근처에서, 서보 모터에 의해 회전되는 경우, 상기 설명된 바와 같이, 피치각의 변화에 의해 유발된 FLIR 화상의 회전을 대항하기 위해 2:1의 비율(예를 들어, +22.5도의 디롤 프리즘(414) 회전이 -45도의 IR 화상 회전을 초래)로 역-회전하는 FLIR 화상의 효과를 가진다. 이는 중복-효과(doubling-effect)로서 지칭된다. 디롤 프리즘(414)이 이하 상세히 설명된다.
다음 FSM 어셈블리(416) 내에 포함된 고속 조향 미러(fast steering mirror : FSM , 415)가 FLIR 화상기/포커스 어셈블리(417)에 위치한 다이크로익 D3를 통해 IR 에너지 빔을 반사한다. FSM(415)는 정교한 LOS 안정 및 짐벌 스캐닝 및 그라운드 러쉬 광 흐름에 연관된 운동 유도된 화상 흐림의 제거용으로 사용된다. FSM(415)은 또한 이하 더 상세하게 설명된다.
FLIR 화상기/포커스 어셈블리(417)는 온도 및 고도의 변화에 대해 포커스의 변화를 보상하기 위해 선형 방위각에 따라 해석하는 화상기 어포컬(419)을 포함한다. 따라서, 화상기 어포컬(419)은 온도 및 고도의 범위에 대해 IR 에너지의 포커스를 조절할 수 있다.
FLIR 화상기/포커스 어셈블리(417)는 FLIR 검출기/냉각기 어셈블리(417)에 연결된다. FLIR 검출 및 화상을 용이하게 하기 위해, 렌즈(425a 및 425b)를 구비하는 렌즈 세트는 그것이 FLIR 화상기/포커스 어셈블리, FLIR 검출기/냉각기 어셈블리 인터페이스를 통해 이동함에 따라 IR 에너지를 콜리메이트한다. IR 에너지를 콜리메이팅함으로써, IR 화상은 FLIR 화상기/포커스 어셈블리(417) 및 FLIR 검출기/냉각기 어셈블리(427) 사이의 소규모 정렬 오류에 훨씬 덜 민감하다.
상기 언급된 바와 같이, FLIR 릴레이/FOV 어셈블리(407)는 관심 영역에 대한 NFOV 및 WFOV 모두를 제공한다. NFOV 모드에서, FLIR 릴레이/FOV 어셈블리(407)는 도 5a에 도시된 바와 같이, 제1 세트의 렌즈(501) 및 제2 세트의 렌즈(502)를 사용한다. 제1 렌즈 세트(501) 및 제2 렌즈 세트(502)는 도 4에서 단일 렌즈(411a 및 411b)로서 나타남을 주목해야 한다. 제1 렌즈 세트(501) 및 제2 렌즈 세트(502) 모두는 색지움 이중 렌즈(achromatic doublets)(즉, 양 및 음의 렌즈쌍)를 나타내고, 그들 모두는 IR 광 경로에 대해 고정된다. 개별적으로, 제1 렌즈 세트(501)는 IR 에너지를 포커싱하고; 제2 렌즈 세트(502)는 IR 에너지를 재콜리메이트한다. 제1 렌즈 세트(501) 및 제2 렌즈 세트(502)는 서로 최대 어포컬 확대 및 그러므로 최소 FOV를 제공한다. NFOV 모드시에는 FLIR 릴레이/FOV 어셈블리(407)에 이동하는 어떠한 광 소자도 없음을 주목한다. 이동하는 광학 소자는 정렬 오류를 더욱 유발하기 쉽고, NFOV에서, 조준 유지 및 보전이 가장 치명적이다.
WFOV 모드에서, FLIR 릴레이/FOV 어셈블리(407)는 도 5b에 도시된 바와 같이, 단일 렌즈(412a) 및 제3 렌즈 세트(504) 뿐만 아니라, 상기 기술된 제1 렌즈 세트(501) 및 제2 렌즈 세트(502)를 사용한다. 제3 렌즈 세트(504)는 도 4에서 단일 렌즈(412b)로서 나타남을 주목해야 한다. 제1 렌즈 세트(501) 및 제2 렌즈 세트(502)와는 달리, 단일 렌즈(412a) 및 제3 렌즈 세트(504)는 FLIR 광학 경로에 대해 고정된다. 대신에, 그것들은 FLIR 릴레이/FOV 어셈블리(407)가 WFOV 모드로 변환할 때 FLIR 광 경로로 회전되고 FLIR 릴레이/FOV 어셈블리(407)가 NFOV 모드로 역변환할 때 FLIR 광 경로를 벗어나서 회전된다. 단일 렌즈(412a) 및 제3 렌즈 세트(504)는 WFOV 스위치(도시하지 않음)에 의해 FLIR 광 경로로 그리고 경로를 벗어나서 회전된다. 상기 기술된 고정 렌즈와 함께, 단일 렌즈(412a) 및 제3 렌즈 세트(504)는 최소 어포컬 확대를 생성하여 큰 FOV를 초래한다.
실 입사 동공 및 실 출사 동공이 NFOV 모드 및 WFOV 모드 모두에서 발생되도록 고정 렌즈 및 회전 렌즈 모두는 IR 광학 경로에 따라 중간 포커스면 근처에 위치된다. 차례로, 이는 시스템이 2.0 미크론 파장 함수를 초래함이 없이 NFOV 모드 또는 WFOV 모드에서 동작하든 피치/요 짐벌 어셈블리(460)에서 동일한 공통 애퍼쳐를 통해 IR 에너지가 이동할 수 있게 한다.
도 4는 또한 레이저 에너지에 대한 광학 경로를 도시한다. 레이저 에너지의 전송 동안에, 콜리메이트된 레이저 에너지는 레이저 전송기(450)를 빠져나와 보상기 어셈블리(452)로 진입한다. 보상기 어셈블리는 보상기 유닛(454) 및 한 쌍의 리슬리 프리즘(Risley prisms) R1을 포함한다. 보상기 유닛(454)은 입사 레이저 빔의 직교 편파 상태들 간의 위상 관계를 조정하며, 그 목적은 상술된 바와 같이, 디롤 프리즘(414)이 회전됨에 따라 충분한 양의 레이저 에너지가 디롤 프리즘(deroll prisms)(414)으로서 빔 분리 큐브(470)를 통해 전송되는 것을 보장하는 것이다. 그 다음, 콜레메이트된 레이저 에너지는 보상기 유닛(454)으로부터 레이저 LOS를 조종하는데 사용되는 리슬리 프리즘 R1을 통해 통과한다. 보상기 어셈블리(452)는 이하에 더 상세히 설명될 것이다.
레이저 에너지는 보상기 어셈블리(452)를 빠져나와, FSM(415)을 따라 다이크로익 D3에 의해 반사된다. 상술된 바와 같이, FSM(415)은 레이저 LOS 및 FLIR LOS 모두의 지터를 최소화시키며, 레이저 에너지가 소정의 표적으로 정확히 향하는 것을 보장하는데 더욱 도움이 된다.
그 다음, 레이저 에너지는 디롤 프리즘(414)으로 통과하는데, 이는, 상술된 바와 같이, IR 에너지에서와 같이 내부로 반사된다. 디롤 프리즘(414)을 빠져나온 후에, 레이저 에너지는 결합된 광학 어셈블리(COA)(456) 및 레이저 릴레이/포커스 어셈블리(458)를 통해 다이크로익 D2에 의해 반사된다. 결국, 레이저 에너지는 이 레이저 에너지를 공통 피치축을 따라, 공통 애퍼쳐(401)를 통해, 그리고 소정의 표적 방향으로 레이저 에너지를 차례로 향하는 피치/요 짐벌 어셈블리(460)로 반사시키는 다이크로익 D1과 접한다.
소정의 표적으로부터 복귀하는 레이저 에너지는, 공통 애퍼쳐(401)를 통과하기 전에 세그먼트된 윈도우(도시되지 않음)을 통해 센서로 진입한다. 이 때, 상기는 레이저 릴레이/포커스 어셈블리(458)를 통해 그리고 COA(456)로 레이저 에너지를 반사시키는 D1에 도달할 때까지 IR 에너지와 동일한 광학 경로(즉, 공통 피치축을 따라)를 따른다. 그 다음, COA(456)는 LST/LRR 스위치(LRS)(466)에 따라 복귀 레이저 에너지를 레이저 범위 수신기(LRR)(462) 또는 레이저 스폿 추적기(LST)(464)중 하나로 다시 향하게 한다.
지금부터, 레이저 전송기(450), 보상기 어셈블리(452), COA(456), LRR(462), LST(464), 및 레이저 릴레이/포커스 어셈블리(458)를 포함하는 레이저 서브시스템 구성요소가 보다 상세히 설명될 것이다.
바람직한 실시예에서, 레이저 전송기(450)는 다이오드-펌프 고체 ND:YAG 레이저이다. 다이오드 펌프된 전송기는, 다이오드 펌프 전송기가 보다 신뢰성이 있고, 전력을 덜 필요로 하고, 보다 긴 수명을 가지므로 동일한 광 출력 전력을 갖는 플래쉬램프 펌프 레이저를 능가하여 바람직하다. 레이저 전송기(450)는 광 파라메트릭 발진기를 사용하여 1.064㎛ 전술 파장 이외에 1.57㎛ 훈련 파장을 발생시킨다. 레이저 전송기(450)의 출력이 레이저 출력 포트에서 측정된 9㎜-mrad보다 양질(즉, 밝기)의 빔을 갖고, 또한 1.064㎛에서 90mJ 및 1.57㎛에서 26mJ보다 크게 전송할 수 있다. 더욱이, 레이저 전송기 출력은 펄스 주기간 변조(PIM) 코드에 의해 또는 20㎐까지의 펄스 반복 주파수(PRF), 20㎱의 펄스 폭으로 구동된다.
LRR(462)은 1.064㎛ 전술 파장 및 1.57㎛ 훈련 파장 모두에 응답하는 저잡음 InGaAs 수신기로 구성된다. LRR(462)은 레이저로부터 멀리 떨어져 배치되고 그 타이밍 회로에 대한 트리거로서 유출(outgoing) 레이저 펄스의 저레벨 후방 산란을 사용한다. LRR(462)은 유출 레이저 에너지가 LRR(462)로 반사적으로 반사하지 못하도록 레이저 전송기(450)로부터 멀리 떨어져 배치되고 편파는 COA(456)에 의해 격리된다. 유출 레이저 펄스의 에너지 레벨은 복귀 레이저 펄스의 에너지 레벨보다 큰 다승의 크기이다. 그리고, 유출 레이저 펄스의 에너지, 또는 심지어는 매우 작은 퍼센트의 유출 레이저 에너지가 LRR(462)로 반사하면, LRR은 포화되고 제때에 복귀 펄스를 검출할 수 없을 것이다. LRR(462)은 +/- 3m의 정확성으로 약 0.25 전술 마일에서 약 20 전술 마일보다 큰 값까지의 범위일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, LST(464)는 4각형 셀 실리콘 검출기를 사용하여 레이저 스폿 추적을 획득한다.
레이저 릴레이/포커스 어셈블리(458)는 두가지 기능을 제공한다. 첫번째로, 다이크로익 D1 및 COA(456) 간의 전송되어 수신된 에너지를 광학적으로 릴레이시킨다. 두번째로, 포커스 렌즈 FL3 세트를 병진시킴으로써 온도 및 고도 전체에 걸쳐 레이저 에너지 포커스를 유지한다. 레이저 릴레이/포커스 어셈블리(458)는 모터 구동된 리드 나사를 사용하여 선형 베어링을 따라 그리고 전위차계로 위치 피드백을 모니터함으로써 포커스 렌즈 세트 FL3를 병진시킨다. 레이저 에너지는 레이저 릴레이/포커스 어셈블리 하우징으로 내장된 진공 셀(도시되지 않음) 내부에 실제로 포커싱된다. 레이저 에너지는 진공 셀 윈도우(468) 세트를 통해 진공 셀로 및 진공셀로부터 통과한다.
보상기 어셈블리(452)는, 상술된 바와 같이, 한 쌍의 리슬리 프리즘 R1 및 보상기 유닛(454)를 포함하고, 3가지의 주요 기능을 수행한다. 첫번째로, 보상기 어셈블리(452)는 레이저-대-FLIR 조준을 조정하기 위해 레이저 LOS를 시프트시킬 수 있다. 두번째로, 보상기 어셈블리(452)는 디롤 프리즘(414)에 의해 도입된 섭동을 보상하기 위하여 레이저 에너지의 편파를 조정할 수 있다. 세번째로, 보상기 어셈블리는, 이하에 보다 상세히 설명될 바와 같이, 내부 조준 프로시져 동안에 레이저 에너지의 세기를 변경하기 위해 레이저 에너지의 편파를 조정할 수 있다. 태스크는 보상기 유닛(454)에 의해 달성된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 보상기 유닛(454)은 디롤 각도를 모니터하는 마이크로프로세서 기반의 회로(도시되지 않음)의 제어 하에서 디롤 각도(즉, 디롤 프리즘(414)의 각도)의 기능으로서 각각 회전되는 두개의 광 파형판, 즉, λ/4 파형판(605) 및 λ/2 파형판(610)을 포함한다. λ/4 파형판(605) 및 λ/2 파형판(610) 모두는 동일한 볼-베어링-지지되어, 기어-구동된 하우징에 각각 장착되고, 각각은 서보 모터 및 위치 피드백 리졸버(resolver)로 구성된 그 자체 구동 메카니즘을 갖는다.
도 6은 유출 레이저 빔(615)이, 레이저 전송기(450)를 벗어날 때 선형적으로 편파되는 것을 도시한다. 그러나, 레이저 빔은, 디롤 프리즘(414)을 빠져나올 때 선형적으로 편파된다는 것을 보장하기 위해서, λ/4 파형판(605)은 레이저 빔 편파의 타원형을 변화시키도록 회전될 수 있고, λ/2 파형판(610)은 타원 배향을 번갈아 회전시키도록 회전될 수 있다. 레이저 빔은, 디롤 프리즘(414)를 빠져나올 때 선형적으로 편파된다는 것을 보장함으로써, 레이저 빔은, 편파 빔 분리기 큐브(470)를 통과할 때 선형적으로 편파되어, 전송된 레이저 빔의 에너지 레벨은 소정의 표적을 조사하는데 충분할 것이라는 것을 보장할 것이다. 레이저 빔이 λ/4 파형판(605) 및 λ/2 파형판(610)에 접하는 순서가 중요하다는 것을 알아야 한다.
COA(456)는 복귀 레이저 에너지 빔을 LRR(462) 또는 LST(464)로 방향을 돌리는 전자 기계/광 기계식 어셈블리이다. COA(456)는 또한 적절한 레이저-대-LRR 조준(boresight) 및 적절한 레이저-대-LST 조준을 유지하게 한다.
레이저 에너지가 소정의 표적으로부터 시스템으로 복귀할 때, 이것은 임의로 분극된다. COA(456)에서, 임의로 분극된 레이저 에너지가 분극 빔 스플리터(polarizing beamsplitter)(470)에 의해 λ/2 파형판(wave plate)(466)으로 방향이 돌려진다. 바람직한 실시예에서, λ/2 파형판(466)은 레이저 에너지의 극성을 회전시켜 레이저 에너지가 LRR 검출기, LST 검출기를 위해 조절되거나, 또는 동일물 사이에서 분할된다. 그러므로, λ/2 파형판(466)은 LRR/LST 스위치의 역할을 한다.
λ/2 파형판(466)이 레이저 에너지를 분극화시킨 후, 한 쌍의 리슬리 프리즘 R1과 동일한 한 쌍의 리슬리 프리즘 R2가 레이저 LOS를 COA(456) 내에서 쉬프트하기 위해서 사용되고, 그것에 의해 레이저-대-LRR 또는 레이저-대-LST 조준을 조절한다. 리슬리 쌍 R1 및 λ/2 파형판(466) 모두는 서보 모터 및 위치 피드백 리졸버(position feedback resolver)를 포함하는 고유한 구동 메커니즘을 갖는다.
한 쌍의 리슬리 프리즘 R2를 통과한 후, 레이저 에너지는 분극 빔 스플리터(472)를 만난다. 분극 빔 스플리터(472)는 레이저 에너지를 LRR(462), LST(464), 또는 λ/2 파형판(466)의 회전 상태에 의존하는 양쪽 모두로 방향을 돌린다(즉, LRR/LST 스위치).
레이저 LOS 및 FLIR LOS를 안정시키고, 정정 및 제어하기 위해서, 본 발명은 LOS/서보 서브시스템을 사용한다. LOS/서보 서브시스템은 FLIR LOS 및 레이저 LOS 모두를 위해 다이내믹 지터를 최소화시키도록 한다. 도 7은 6-축 짐벌 어셈블리(705), 다수의 단일, 2상 및 3상 서보 모터(710), 파워 증폭기(715), 다양한 레이트 및 위치 센서(720), 디지털 인터페이스(725), 및 디지털 프로세서(730)를 포함하는 LOS/서보 서브시스템의 블록도이다.
6-축 짐벌 어셈블리(705)는 피치/요(pitch/yaw) 짐벌 어셈블리(460), 롤(roll) 짐벌(도시되지 않음), 디롤(deroll) 어셈블리(413), 및 FSM(415)을 포함한다. 피치/요 짐벌 어셈블리(460), 디롤 어셈블리(413), 및 FSM(415)은 롤 짐벌에 의해 지지되는 패시브 차단 광 베드(passively isolated optical bed)(490) 상에 모두 탑재된다. 차단 광 베드(490)는 고주파 진동을 약하게 하고 구조상 휨(bending)을 최소로하고(즉, 저주파 내지 중간 주파수 진동), 모든 것은 LOS 및 다이내믹 정렬 오류에 상당히 기여할지도 모른다.
피치/요 짐벌 어셈블리(460)는, 도 5a 및 8에 도시된 바와 같이, 차례로, 렌즈들(401a, 401b, 및 401c)의 세트를 포함하는 내부 짐벌(즉, 요 짐벌) 및 짐벌 미러(403)를 포함한다. 렌즈들(401a, 401b 및 401c)을 포함하는 렌즈 세트가 도 4에서 단일 렌즈(401)로 도시됨에 주목한다. 렌즈들(401a, 401b 및 401c)은 공통 피치/요 어포컬(즉, 상기 언급된 공통 애퍼쳐)을 메우기 위한 광학 소자들이다. 내부 짐벌은 요 축에 대해 제한 회전 이동을 제공한다(대략 5°). 피치/요 짐벌 어셈블리(460)는 또한 외부 짐벌(즉, 피치 짐벌)을 갖고, 네 번째 렌즈(815)를 포함한다. 외부 짐벌은 피치 축(405)에 대해서 완전 360°회전을 제공한다. 게다가, 피치/요 짐벌 어셈블리(460) 및 호스트 플랫폼 사이에는 단지 하나의 피치 축만 있어, 그 결과, 레이저 광학 및 FLIR 광학을 위한 공통 세트 피치 베어링이 있다. 피치/요 짐벌 어셈블리(460)는 두 개의 독립 서보 모터(도시되지 않음)를 이용한다.
롤 짐벌 및 디롤 어셈블리(413)는 각각 LOS 포인팅 및 화상의 안정을 제공한다. 특히, 디롤 어셈블리(413)는 시스템이 롤 축에 대해 회전하고/또는 짐벌 어셈블리가 피치 축에 대해 회전함으로써 FLIR 화상에 대한 뛰어난 롤 안정 및 수평 안정을 제공한다. 화상 디롤은 실제로, 낮은-마찰(low-friction), 프리로드된(preloaded), 이중의 베어링 상에서 회전하는 실린더 하우징 내에 탑재된, 디롤 프리즘(414)에 의해 이루어진다. 회전 어셈블리는 직접-구동, 팬케이크 토크 모터(pancake torque motor)에 의해 구동되고, 위치는 모터와 같은 축에 탑재된 팬케이크 리졸버를 통해 감지된다.
FSM 어셈블리(416)는 위치 프로브 전자부품(930) 및 전자 기계 어셈블리(900)로 구성된다. FSM 전자 기계 어셈블리(900)는 도 9에서 도시된 바와 같이 피치 축(910) 및 요 축(915)에 대해 FSM(415)을 회전하는 전기 기계 장치이다(U.S. 특허 제 5,550,669 참조). 바람직한 실시예에서, FSM(900)은 FLIR LOS 및 레이저 LOS에 대해 뛰어난 안정을 제공한다. 이것은 IMU(720)를 사용하여 피치 및 요 짐벌 운동을 측정하고 FSM 위치 서보 모터(917)에 위치 정정 명령을 적용함으로써 이루어진다. FSM 서보 모터 위치 명령은, 차례로, FSM 서보 전자 어셈블리(920)에 의해 제어된다. FSM 위치 피드백은 위치 프로브의 세트(925) 및 위치 프로브 전자 어셈블리(930)에 의해 제공된다.
LOS 제어 센서(720)는 LOS 제어 프로세서(730) 내에 있는 LOS 제어 소프트웨어에 디지털 정보를 제공한다. LOS 제어 프로세서는 FLIR LOS 및 레이저 LOS 모두를 제어하기 위해서 LOS 제어 신호를 발생시킨다. LOS 제어 센서(720)는 디지털 롤 레이트 정보를 제공하는 각도 롤 레이트 센서(angular roll rate sensor); 짐벌 각도 위치(gimbal angle position)을 제공하는 리졸버; FSM(415)에 위치 정보를 제공하는 위치 프로브; 및 관성 측정 유닛(IMU) 어셈블리(도시되지 않음)를 포함한다. IMU 어셈블리는 3-축 광-섬유 자이로(fiber-optic gyro: FOG) 및 3-축 가속도계(accelerometer)로 구성된다. IMU는, 관성 각도 레이트(inertial angular rate)의 함수로서, 증분 각도 정보(incremental angle information), 및 관성 선형 가속의 함수로서, 증분 속도 정보를 제공한다.
LOS 서보 서브시스템이 동적 정렬 오류를 최소화하는 동안, 본 발명은, 도 4에서 도시된 바와 같이, 조준의 다양한 내부 라인들 사이에서 고정 정렬 오류를 최소화하기 위해서 내부 조준 모듈(boresight module: BM)(474)을 포함한다. BM(474)는 피치/요 짐벌 어셈블리(460)에 광학적으로 접속되고, 조준 제어 알고리즘과 더불어 서로간의 내부 조준(internal line of sight)을 위해 사용된다. 내부 조준선은 FLIR NFOV LOS, FLIR WFOV LOS, 레이저 전송기 LOS, LRR LOS, 및 LST LOS를 포함한다.
도10에는 BM(474)이 보다 상세히 도시되어 있다. 하우징(476)에 포함된 BM(474)은 IR 및 레이저 에너지가 통과하는 애퍼쳐 윈도우(1005)를 포함한다. BM(474)은 1차 미러 및 한 세트의 2차 미러(1006 및 1007)를 각각 포함하는 카세그레인(Cassegrain) 광학 시스템도 역시 포함한다. 또한, BM(474)은 레티클(1010), 레이저 에너지가 레티클(1010) 내의 임의의 개구(opening)를 통과하지 못하게 하는 레이저 필터(1025), IR/가시광원(1015), 레이저 검출기(1020), 및 레이저원(1030)을 포함한다.
이하에 보다 상세히 설명되는 FLIR LOS 정렬 절차 동안에, IR/가시광원(1015)는 확산기(1016), 디크로익(1017), 및 광학 렌즈(1018)을 통과하는 IR 에너지 및 가시광 에너지 양쪽 모두를 방출한다. 그 다음, 에너지는 레티클(1010)를 관통하여 제2 디크로익(1019)으로부터 반사된다. 여기서, 1차 및 2차 미러들(1006 및 1007)에 의해 BM(474)의 바깥으로 향한다.
이하에 보다 상세히 설명되는 레이저 LOS 정렬 절차 동안에, 레이저 전송기(45)으로부터의 레이저 에너지는 1차 및 2차 미러들(1006 및 1007)에 의해 BM(474)으로 향한다. 그 다음, 레이저 에너지는 레티클(1010)을 관통하여 다이로익(1019) 및 광학 렌즈(1024)를 경유해 레이저 검출기(1020)으로 들어간다.
LRR 및 LST 조준 절차 동안에, 레이저원(1030)은 광학 렌즈(1031)을 통과하는 레이저 에너지를 방사한다. 그 다음, 다이로익(1017)로부터 반사된 레이저 에너지는 광학 렌즈(1018)을 관통하고 제2 다이로익(1019)로부터 반사되어 레티클(1010)을 관통하고 BM(474) 밖으로 나온다. 양호한 실시예에서, 레이저원(1030)은 레이저 방출 다이오드(LED)이다.
레티클(1010)은 도11에 도시된 바와 같이, 레티클 패턴(1100)을 포함한다. 레티클 패턴(1100)은, 다양한 LOS 정렬 절차 동안에 레이저나 IR 에너지가 통과하게 되는 복수의 특별하게 생긴 개구를 포함한다. 도11에 도시된 바와 같이, 다양한 개구들은 1064 마이크로라디안 원형 영역 주변에 대칭적으로 배열된다. 이 원형 영역의 중심에는 레티클 패턴(1100)의 중심과 동일한 중심을 두고 있는 60 마이크로라디안 홀이 있다.
레티클 패턴(1100) 내의 제1 세트의 개구는 5개의 8각형 형상의 개구(1105a-e)를 포함한다. 이들 개구는 FLIR LOS 정렬 절차 동안에 IR 에너지가 레티클(1010)을 통과하도록 해준다. 이하에 설명되는 바와 같이, 제1의 4개 개구(1105a-d)는 FLIR 포커스면 어레이의 중심에 관하여 FLIR을 대칭적으로 정렬하기 위해 사용된다. 제5 개구(1105e)는 FLIR 포커스면 어레이에 관하여 FLIR LOS를 회전적으로 정렬하는데 사용된다.
레티클 패턴(1100)은 복수의 장기판형의 개구(1110)를 가진다. 장기판형 개구들은 특별한 신호 처리 소프트웨어와 연계하여 사용된다. 차례로, 이 소프트웨어는 FLIR 정렬 절차 이전에 FLIR 화상을 포커싱하기 위한 절차를 제어한다. 작은 장기판형 개구들이 NFOV FLIR 화상을 포커싱하기 위해 사용되는 반면, 더 큰 장기판형 개구들은 WFOV FLIR 화상을 포커싱하기 위해 특별히 사용된다. 장기판형 개구를 사용하는 신호 처리 소프트웨어는 이하에 보다 상세히 설명될 것이다.
마지막으로, 레티클 패턴(1100)은 4개의 쐐기형 개구(1115)를 포함한다. 상술한 8각형 개구와는 달리, 쐐기형 개구(1115)는 레이저 LOS 정렬 절차 동안에 레이저 전송기(450)으로부터의 레이저 에너지가 레티클(1010)을 통과할 수 있도록 허용한다.
FLIR LOS, 레이저 전송기 LOS, 및 그 다음으로 LRR LOS와 LST LOS를 조준하기 위한 방법이 도 12를 참조하여 이하에 보다 상세히 기술될 것이다. 시작하기 위해, 블록(1205)에 따라 조준 명령이 발생된다. 그 다음, 피치 짐벌이 블록(1210)에 도시된 바와 같이 165°회전한다. 피치 짐벌을 165°회전시킴으로써, BM(474)는 FLIR 광학 경로와 레이저 광학 경로의 통합부가 된다. 그 다음, 조준 절차 동안에 다양한 IR 및 레이저 광학부를 차례로 이동시키는 서보 모터를 제어하는 신호 처리 루틴이 블록(1215)에 따라 기동된다. 그 다음, NFOV FLIR 화상 및 WFOV FLIR 화상이 각각 블록(1220 및 1225)에 따라 FLIR 검출기/쿨러 어셈블리(427)의 포커스면 어레이(480) 상에 포커싱된다. NFOV FLIR 화상 및 WFOV FLIR 화상이 일단 포커싱되면, 블록(1230)에 따라 FLIR LOS 정렬 절차가 개시된다. FLIR LOS는, IR/가시광원(1015), 레티클 패턴(1100), 보다 구체적으로는 상술한 바와 같은 레티클 패턴(1100) 내의 8각형 개구(1105a-e)를 사용하여 포커스면 어레이(480)의 중심과 정렬된다. FLIR LOS 정렬 절차는 먼저 IR/가시광원(1015)를 조사함으로써 이루어진다. IR 및 가시광 에너지는 레티클 패턴(1100) 내의 5개의 8각형 개구(1105a-e)를 통과한다. 5개의 8각형 개구(1105a-e) 각각을 통과하는 에너지는 포커스면 어레이(480) 상의 5개의 대응하는 영역이 조사되도록 할 것이다. 롤 서보(roll servo)가 잠긴 채, 앞서 언급한 신호 처리 루틴은 피치 및 요 서보에게 명령하여, 제1의 4개 8각형 개구(1105a-d)에 대응하는 제1의 4개 조사된 영역들이 포커스면 어레이(480)의 중심 주위에서 대칭적으로 위치할 때까지, 피치 및 요 짐벌을 회전시키게 한다. 그 다음, 피치 및 요 서보가 그들의 위치를 유지하게 하여, 신호 처리 루틴 및 디롤 서보는, 포커스면 어레이(480)에 관하여 레티클 패턴(1100)의 롤 정렬을 수행하여 BSM에 대한 FLIR LOS의 정렬을 완료하기 위해, 제5의 8각형 개구(1105e)에 대응하는 포커스면 어레이(480) 상의 제5의 조사된 영역을 사용한다.
일단 FLIR LOS가 정렬되면, 레이저 LOS는 블록(1235)에 의해 도시된 바와 같이 정렬된다. 레이저 LOS를 정렬하기 위해, 레이저 전송기(450)은 20Hz의 공칭 속도로 계속적인 펄스 스트림을 발생시킨다. 상술한 바와 같이 레이저 필터(1025)는 레이저 전송기(450)으로부터의 레이저 에너지가 레티클 패턴(1100) 내의 어떤 개구, 특히, 60°쐐기형 개구(1115)와 레티클 패턴(1100)의 중심에 있는 60 마이크로라디안 홀을 통과할 수 있도록 허용한다. 레이저 전송기(450)이 전송을 개시할 때, 레이저 스폿은 도 13의 위치(1305)에 의해 도시된 바와 같이, 4개의 쐐기형 개구(1115) 중 하나와 일치하지 않을 수도 있다. 레이저 스폿을 4개의 쐐기형 개구(1115) 중 하나와 정렬하기 위해, 조준 알고리즘은 한 쌍의 리슬리 프리즘(R1)이 레이저 스폿을 탐색 패턴(1310) 내의 다른 위치로 움직이도록 명령한다. 결국, 레이저 스폿은 위치(1315)에 도시된 바와 같이, 쐐기형 개구(1115) 중 하나와 일치할 것이다. 따라서, 이는 결과적으로 레이저 검출기(1020)에 의한 검출로 이어질 것이다. 그 다음, 조준 알고리즘은 리슬리 쌍(R1)에게 명령하여 레이저 스폿을 위치(1320)으로 도시된 위치와 같이 대응하는 쐐기형 개구의 가장 가까운 방사상의 에지로 움직이도록 한다. 방사상의 에지의 각도에 기초하여, 조준 알고리즘은 레티클 패턴(1100)의 중심에 있는 60 마이크로라디안 홀에 도달하기 위해 레이저 스폿이 이동해야 할 방향을 결정할 수 있다. 도 13에서, 레이저 스폿의 이동 방향은 레이저 스폿 위치(1320, 1325, 및 1330)에 의해 순서대로 도시되어 있다.
레이저 스폿이 대응하는 쐐기형 개구의 안쪽 가장자리에 도달할 때, 이는 대략 레티클 패턴(1100)의 500 마이크로라디안에 해당할 것이다. 조준 알고리즘은 도 14a 내지 14F에 도시된 바와 같이 복수의 가능한 장방형 그리드 패턴 중 하나에 따라 복수의 그리드 위치로 레이저 스폿을 이동하도록 리슬리 쌍 R1에 명령하며, 각각의 장방형 그리드 패턴은 최중심에서 60 마이크로라디안 홀을 포함하여 레티클 패턴(1100)의 중심에서 1064 마이크로라디안 원형 영역의 일부를 둘러싼다. 사용된 특정 그리드 패턴은 레티클 패턴(1100)의 중심쪽으로 레이저 스폿을 이동시키는 가이드로서 사용되는 방사형 에지의 각도에 따른다. 상기 예에서, 레이저 스폿은 그것이 쐐기형 개구(1350)의 내부 에지에 도달될 때 도 14a에 도시된 바와 같이 위치(1405)에 위치되도록 쐐기형 개구(1350)의 하부 에지를 따라 레티클의 중심쪽으로 이동된다. 그 결과, 도 14a에 도시된 장방형 그리드 패턴이 레티클 패턴(1100)의 중심에 대해 레이저 스폿의 정렬을 미세 조정하는 가이드로서 사용된다.
리슬리 쌍 R1이 예를 들어 도 14a에 도시된 그리드 패턴과 관련된 각각의 그리드 패턴 위치로 레이저 스폿을 이동시키기 전에, 조준 알고리즘은 BSM으로 전달되는 레이저 에너지의 양을 감쇄하도록 편광 보상기(454)에 명령한다. 레이저 에너지는 포커싱된 레이저 에너지가 레티클을 손상시키는 것을 방지하고 레이저 검출기(1020)에 의해 검출가능한 범위 내에 있도록 감쇄된다. 레이저 에너지 감쇄후, 리슬리 쌍 R1은 레이저 스폿을 각각의 그리드 패턴 위치로 이동시킨다. 레이저 검출기(1020)에 의해 검출된, 최대 레이저 에너지 검출에 대응하는 위치는 최상 레이저 LOS 조준 정렬 위치로 확인된다.
포커스면 어레이(480) 상에 조사된 화상은 그 후 블록(1237)에 따라 180도 회전된다. 이것은 디롤 프리즘(deroll prism, 90) 각도를 회전시킴으로써 달성된다. 블록(1230)에 따라, FLIR 정렬 절차 및 블록(1235)에 따라, 레이저 LOS 정렬 절차가 반복된다. 이러한 절차를 반복함으로써, 조준 알고리즘은 IR 에머지 및 레이저 에너지가 부분적으로 상이한 광 경로를 따라 이동한다는 사실로 인해 FLIR LOS와 레이저 LOS 사이의 정렬 오류를 보정한다.
IR 에너지가 레티클 패턴(1100)의 중심에서 60 마이크로라디안 홀 주위에 대칭적으로 위치된 8각형 개구(1105)를 통과하기 때문에, 60 마이크로라디안 홀에 대한 레이저 LOS의 정렬이 FLIR LOS와 레이저 LOS 사이에 정밀한 정렬이 달성된다. 상술된 레이저 LOS 대 FLIR LOS 조준 알고리즘은 120 마이크로라디안 이하의 레이저 빔 차를 갖는 42 마이크로라디안 내에서 정확하다.
결국, LRR(462) 및 LST(464)가 각각 블록(1240) 및 블록(1245)에 따라 정렬된다. LRR(462) 및 LST(464)를 정렬하기 위해, 레이저 송신기(450)은 턴오프되고 레이저 다이오드(1030)은 턴온된다. 레이저 다이오드(1030)에 의해 방출된 레이저 에너지는 레티클 패턴(1100)의 중심에 위치된 60 마이크로라디안 홀을 통해 전달된다. 그 후, 레이저 다이오드(1030)으로부터 에너지가 레이저 광 경로를 따라 COA(456)로 전달된다. COA (456)은 레이저 에너지를 LRR(462)로 전달한다. LRR LOS는 한 쌍의 리슬리 프리즘(466)을 회전시킴으로써 정렬된다. COA(456)은 레이저 에너지를 LST(464)로 전달하여 LST LOS가 유사하게 정렬된다.
대안적인 실시예에서, 도 15에 도시된 바와 같이, 전자 광학 서브시스템은 결합형 LST/LRR 어셈블리(1505)를 사용한다. LST 및 LRR이 결합형 유닛의 일부인 경우, 레이저 리턴 에너지를 LRR 및 LST로 교대로 전달할 필요가 없다. 그러므로, 대안적 실시예에서, COA(456)는 상당히 간단화된다. 특히, LRR/LST 스위치(466), BSC(472) 및 2개의 미러가 제거되어 COA(456)의 복잡성을 감소시킨다. 게다가, LRR과 LST를 결합함으로써 더이상 LRR 및 LST를 각각 조준할 필요가 없게 된다. 또한, LRR 및 LST를 결합하고 LRR/LST 스위치(466), BSC(472) 및 2개의 상술된 미러를 제거함으로써, 텔레비젼 카메라(1510)용으로 유효한 부가 공간이 존재하며, 이 공간은 AOI의 근사한 IR 화상을 제공하는데 사용될 수 있다.
도 16은 결합형 LRR/LST 어셈블리(1505)의 구성을 도시한다. LST는 양호하게는 쿼드-셀, 감광성 소자이며, 각각의 셀은 대응하는 셀을 조사하는 레이저 에너지량에 각각 비례하는 전기 신호(1605a 내지 1605d)를 출력한다. 쿼드-셀 LST는 일반적으로 본 기술 분야의 숙련자에게 공지되어 있다. LRR(1610)은 고 임피던스 버퍼 영역(1615a 및 1615b)의 교점부에서 쿼드-셀 소자의 중심에 직접 배치된 핀 다이오드이며 서로로부터 쿼드-셀을 분리한다. 집적형 LRR 핀 다이오드를 갖는 LST 쿼드-셀은 하이브리드 내에 내장된다. LST 및 LRR 센서용의 사전 및 후 증폭 회로는 이러한 하이브리드와 동일한 위치 배치된다.
세그먼트된 윈도우 & EMI 그리드
양호한 실시예에서, 상술된 광학 전기 서브시스템은 포드 어셈블리(pod assembly) 내에 내장되며 그것의 전방부(덮개)는 도 17에 도시되어 있다. 포드 어셈블리는 호스트 플랫폼에 접속된다. 예를 들어, 포드 어셈블리는 F-15, F-16 또는 F-18과 같은 전술 항공기의 날개 상의 목표탑(pylon)으로부터 부착될 수도 있다. 덮개 어셈블리는 물리적으로 상술된 광 전자 장비를 보호하지만, 레이저 에너지 및 IR 에너지는 세그먼티드 윈도우(1705)를 통해 덮개 어셈블리로/로부터 전달된다.
윈도우는 4개의 세그먼트 또는 패널(1705a 내지 1705d)을 가진다. 세그먼트는 시스템의 항공 광학 성능을 최적화하도록 설계된다. 예를 들면, 이러한 세그먼트 또는 패널은 상기 기술한 광전자 센서로 반사되는 에너지를 감소시키거나 반사되지 못하도록 한다. 또한, 패널은 고도 20,000에서의 0°와 20°의 임무 임계 피치각에서 모듈러 전송 함수(MTF) 대 짐벌각을 최적화한다. 더욱이, 윈도우 패널은 또한 35°부터 -155°까지의 피치, 360°의 롤, 및 ±5°의 요(jaw)에서 주사하는 센서를 지원한다. 또한, 세그먼트된 윈도우는 슈라우드 팔로워(shroud follwer) 대신에 사용되며, 이것은 더 많은 하드웨어를 필요로하고, 더 큰 레이다 횡단면(RCS)과 공기 역학상의 항력 계수를 나타낸다.
4개의 윈도우 패널은 기판 재료와 전자기 간섭 코팅, 내구 역반사(DAR) 코팅, 및 내부 역반사(IAR) 코팅 등 3개의 필수 코팅으로 구성된다. 다수의 다른 물질들을 기판으로서 이용할 수 있다. 예를 들면, "클리어트랜(Cleartran)"(다중 스펙트럼의 황화 아연)을 이러한 목적에 주로 이용한다. 이것은 양호한 다중 스펙트럼의 특성을 나타내지만 큰 내구력을 가진 것은 아니다. 반면에, 사파이어는 큰 내구력을 가지고 중간파장 범위(예를 들면 3∼4.5 마이크론)에서 양호한 전도성을 나타낸다. 그래서, 양호한 실시예에서는 사파이어가 기판 재료로 이용된다.
상기 언급한 각 패널들은 또한 EMI 그리드를 포함한다. 일반적으로, EMI 그리드는 동작 환경에서 존재할 수도 있는 전자기장을 확대시키는 센서 및 센서 전자의 노출을 감소시킨다. 예를 들면, EMI 그리드는 시스템 전자(예를 들면, IMU, FLIR 아날로그 전자, FSM 프로브)에 미치는 전자기 에너지 - 여기에서 전자기 에너지는 호스트 플랫폼(예를 들면 F-16, F-18)에 위치한 소스(예를 들면 레이다)로부터 발산됨 - 의 영향을 최소화하거나 제거하는데 이용될 수 있는데, 이것은 이런 형의 방사에서는 영향을 받기 쉽다. 그리드는 또한 호스트 플랫폼에 위치한 전자에 반대로 영향을 미치는 포드 어셈블리 내에 위치한 전자로부터 전자기 에너지를 최소화시킬 수 있다.
일반적으로, EMI 그리드는 기술계의 숙련자들에게는 잘 알려져 있다. 그러나 종래 EMI 그리드는 정방 또는 양극(동심의)형을 이용한다. 이들 종래 EMI 그리드형들은 FLIR 화상에 용납할 수 없는 아티팩트(artifact)를 발생시킨다. 예를 들면, 정방형 그리드는 축 이탈 광원으로부터 방사되는 에너지를 4개의 선을 따라서 집중시키고 종종 도 18에 도시된 것처럼 에너지 아티팩트(1800)을 생성한다. 이 에너지는 도시된 것처럼 FLIR 화상에 나타나고, 이는 허용될 수 없다.
양호한 실시예에서, 원들의 배열을 포함하는 EMI 그리드형은 도 19에 도시된 것처럼 이용된다. 이러한 EMI 그리드형은 특정 축을 따르는 것보다 표유(stray) 광 에너지를 방사상으로 전도하거나 분산시킴으로써 FLIR 상의 원치 않는 광 에너지 아티팩트를 감소하거나 제거한다. 도 19의 배열에서, 각 원은 5 마이크로미터의 선폭 과 320 마이크로미터의 지름을 가지는 것이 바람직하다. 반복 옵셋(예를 들면, 두개의 근접하는 원들의 중앙간의 거리)은 원 접점에서 원형선의 100 퍼센트 중복인 경우에 315 마이크로미터이다.
상기 기술한 특정 EMI 그리드의 치수는 단지 EMI 그리드의 하나의 실시예를 표시한다. 본 분야의 보통의 기술을 가진 사람들은 상기 기술된 EMI 그리드형의 의도된 범주를 초과하지 않고 다른 수치들을 적용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 EMI 그리드는 종래 기술과 거의 동일한 방식으로 세그먼트된 윈도우 패널에 부착된다. 첫째로, 3개의 금속층, 즉 내부 부착층, 중간 전도층, 및 외부 보호층이 윈도우에 부여된다. 각 층에 다른 금속을 이용할 수 있다. 그러나, 전형적으로 크롬이 내부층으로, 금이 중간층으로, 티타늄이 외부층으로 이용된다. "마스크"는 윈도우 재료위에 위치되고 그리고나서 자외선광에 노광된다. 자외선광은 마스크로부터 보호되지 않은 지역의 금속층을 제거한다. 마스크를 제거한 후, EMI 그리드는 윈도우에 첨부된다.
결함 차단(fault isolation)
전자-광학 서브시스템은 다수의 서보(servo) 시스템을 포함한다. 각 서보 시스템은 하나 또는 그 이상의 증폭기 및 단상(single phase), 2상(dual phase) 또는 3상(three phase) 서보 모터를 포함한다. 이 서보 시스템들은 전자-광학 서브시스템에서 다양한 렌즈, 프리즘, 미러 및 웨이브플레이트(waveplate)를 회전 및/또는 병진시키는데 필요한 전력 및 기계적인 힘을 제공한다. 서보 시스템은 2상, 브러쉬리스(brushless) DC 모터 및 PWM(pulse width modulation) 증폭기 서보 시스템들(즉, 피치(pitch) 서보 시스템 및 디롤(deroll) 서보 시스템)을 포함한다. 또한, 3상, 브러쉬리스 DC 모터, PWM 증폭기 서보 시스템(즉, 롤(roll) 서보 시스템)도 포함된다. 몇몇 단상 모터, 선형 증폭기 서보 시스템(즉, 여러가지 레이저 및 FLIR 포커싱 어셈블리 서보 시스템, 열적 참조(thermal reference) 서보 시스템, FSM 서보 시스템, 리슬리 프리즘 서보 시스템, 요(yaw) 서보 시스템 그리고 제어, 입구 및 출구 기류(inlet and exit airflow) 서보 시스템)들이 더 포함된다.
상술된 서보 시스템들중 어느 하나에서의 결함 조건의 존재를 탐지하기 위하여, 본 발명은 결함 조건이 주어진 서보 시스템의 증폭기부에서 발생했는지 또는 주어진 서보 시스템의 모터부에서 발생했는지를 결정할 수 있는 결함 차단 능력을 제공한다. 결함을 주어진 서보 시스템의 증폭기부 또는 모터부에 격리함으로써, 전체 서브 시스템을 제거 및/또는 교환할 필요가 없어진다. 대신에, 결함 조건을 포함하고 있는 증폭기 또는 모터부만 제거 및/또는 교환될 필요가 있다. 종래 기술은 회로의 내부 및 외부의 부하를 스위칭하기 위한 테스트 부하 및 수단을 요구하였다. 이 기술은 테스트 부하를 요구하지 않는다.
도 20은 2상, 브러쉬리스 DC 모터, PWM 증폭기 서보 시스템 회로(2000)의 개략도이다. 보통의 조건하에서, 회로(2000)은 2상 모터 샤프트(shaft)의 회전을 제어하는 2상 모터 M의 권선을 통한 전류의 정류(commutation)를 제어한다. 보다 구체적으로는, 2상 ,브러쉬리스 DC 모터, PWM 증폭기 서보 시스템 회로(2000)는 두 대의 PWM 증폭기 A 및 B를 포함한다. 이 증폭기 A 및 B의 각각은 두 개의 상위 구동 트랜지스터 T1 및 T2와 두 개의 하위 구동 트랜지스터 T3 및 T4를 구비하고 있다. 2상 모터 M의 샤프트가 회전하도록 하는 모터 권선을 통한 전류를 정류하기 위하여, 당업자는 각 증폭기의 상위 구동 트랜지스터를 동일한 증폭기의 다른 편에 위치한 하위 구동 트랜지스터와 쌍을 이루는 것이 필요하다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 예를 들어, 증폭기 A에서, 트랜지스터 T1은 트랜지스터 T4와 쌍이 되고, 트랜지스터 T2는 트랜지스터 T3과 쌍이 이루어 질 것이다. 유사하게, 증폭기 B에서, 트랜지스터 T1은 트랜지스터 T4와 쌍이 되고, 트랜지스터 T2는 트랜지스터 T3과 쌍이 이루어 질 것이다. 다음, 상보 스위칭(complimentary switching)이라 알려진 방법대로 증폭기 A에서 먼저, 다음에 증폭기 B에서 구동 트랜지스터의 각 쌍을 교대로 활성화함으로써, 2상 모터, PWM 증폭기 서보 시스템 회로(2000)는 모터 M의 샤프트에 일정한 토크(torque)를 유지할 수 있다.
2상 모터, PWM 증폭기 서보 시스템 회로(2000)은 또한 제어 회로(2005)를 포함한다. 제어 회로(2005)는 표준 귀환 구조를 사용하여 부하 전류를 제어하기 위하여 특히 상보 스위칭 프로세스의 타이밍을 제어한다. 본 발명에 있어서, 제어 회로(2005)는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)로 구현된다. 그러나, 당업자는 제어 회로(2005)는 본 발명의 취지를 벗어남이 없이 다른 형태의 로직을 사용하여 구현될 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
게다가, 2상 모터, PWM 증폭기 서보 시스템 회로(2000)의 각 증폭기 A 및 B는 두 개의 상위 전류 감지 저항 R1 및 R2를 포함한다. 상위 전류 감지 저항 R1 및 R2는 상위 구동 트랜지스터 T1 및 T4를 통하여 흐르는 전류량을 모니터링한다. 또한, 각 증폭기 A 및 B는 하부 전류 감지 저항기 RO를 포함한다. 하부 전류 감지 저항기 RO는 하부 구동 트랜지스터 T3 및 T4를 통해 흐르는 전류를 감지하는 데에 사용된다. 본 발명에서 주목해야할 것은 증폭기 A 및 B는 절연된 게이트 바이폴라 트랜지스터 IGBT를 포함한다는 것이다. IGBT를 부분적으로 이용하면, 당 기술에 숙련된자는 이해할 수 있는 바와 같이, 270V의 전원 Vcc가 주어졌을 때 제어 회로(2005)의 설계를 단순화하기 때문에 이 IGBT를 이용한다. 그러나, 당 기술에 숙련된자는 MOSFET 및 바이폴라 트랜지스터와 같은 고체 스위치를 사용할 수 있다는 것 또한 쉽게 인식할 것이다.
일반적으로, 2상, PWM 증폭기 서보 시스템 결함 차단 프로세스는 다음과 같이 동작된다. 트랜지스터 쌍들의 상보 스위칭이 디스에이블된다. 제어 회로(2005)는 한 쌍의 구동 트랜지스터, 예를 들면 증폭기 A의 T1 및 T4를 활성화한다. 제어 회로(2005)는 이 구동 트랜지스터 쌍을 비활성화시킬 것이고, 다음으로, 증폭기 A의 T2 및 T3, 증폭기 B의 T1 및 T4, 및 증폭기 B의 T2 및 T3의 다른 구동 트랜지스터 쌍들 각각을 활성화 및 비활성화할 것이다. 정상 동작 상태 (즉, 현재 결함 조건이 존재하지 상태) 하에서, 각 구동 트랜지스터 쌍의 활성화는 특정량의 전류가 대응하는 상부 전류 감지 저항기 R1 또는 R2, 대응하는 상부 구동 트랜지스터 T1 또는 T2, 대응하는 서보 모터 권선, 대응하는 하부 구동 트랜지스터 T3 또는 T4, 및 하부 전류 감지 저항기 RO를 통해 흐르게 할 것이다. 실제로, 결함 조건이 없으면, 알려진 전압 강하가 항상 상부 전류 감지 저항기 R1 또는 R2 및 하부 전류 감지 저항기 RO 양단에 나타난다. 그러나, 결함 조건이 존재하면, 상부 전류 감지 저항기 R1 또는 R2, 및/또는 하부 전류 감지 저항기 RO를 통해 흐르는 전류량은 크게 영향을 받을 것이다. 상술한 구동 트랜지스터 쌍들 각각이 활성화될 때 이 저항기들을 통해 흐르는 전류량을 모니터함으로써, 이하에서 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 다음의 싱글 포인트 결함 조건들: 모터 권선 단락, 모터 권선 개방, 증폭기 단락, 모터 권선 단락-접지, 증폭기 개방이 차단될 수 있다.
도 21은 본 발명의 양호한 실시예에 따라, 2상 모터, PWM 증폭기 결함 차단 프로세스의 단계를 나타내는 흐름도이다. 도 21에 따르면, 제어 회로(2005)는 블록(2101)으로 나타낸 바와 같은 상보 스위칭을 디스에이블함으로써 프로세스를 시작한다. 상보 스위칭이 디스에이블되었으면, 제어 회로(2005)는 결함 차단 목적으로 구동 트랜지스터 쌍들을 활성화 및 비활성화하는데 대하여 자유롭다.
상보 스위칭이 디스에이블된 다음, 제어 회로(2005)는 블록(2015)에 의해 나타낸 바와 같이 양의 전류 명령 +I를 발생시킨다. 양의 전류 명령은 구동 트랜지스터 T1 및 T4를 포함하는 트랜지스터 쌍을 활성화한다. 제어 회로(2005)는 상부 전류 감지 저항기 R1을 흐르는 전류의 크기가 정상인지 또는 정상량을 초과하는지, 즉, 판단 블록(2110)에 의해 나타낸 바와 같이, 선정된 임계값을 초과하는지를 결정한다. 상부 전류 감지 저항기 R1을 흐르는 전류의 크기가 과도하면, 판단 블록(2110)의 "예" 경로에 따라서, 제어 회로(2005)는 하부 전류 감지 저항기 RO을 통해 흐르는 전류의 크기가 판단 블록(2112)에 의해 나타낸 바와 같이 0인지를 결정한다. 하부 전류 감지 저항기 RO을 흐르는 전류가 0이면, 판단 블록(2112)의 "예스" 경로에 따라, 제어 회로(2005)는 블록(2113)에 의해 나타낸 바와 같이, 증폭기 "셧 다운(SHUTDOWN)" 명령을 발생시킬 것이다. 제어 회로(2005)가 전류량이 0인 것으로 결정하였기 때문에, 결함 조건은 블록(2114)에 의해 나타낸 것과 같이 모터 권선 단락-접지와 같이 식별된다. 제어 회로(2005)가 하부 전류 감지 저항기를 흐르는 전류가 0인 것으로 결정하면, 판단 블록(2112)의 "아니오" 경로에 따라서, 제어 논리(2005)는 블록(2115)에 의해 나타낸 바와 같이 증폭기 "셧 다운" 명령을 발생시키지 않을 것이다. 그러나, 상부 전류 감지 저항기 R1을 통해 흐르는 과도한 전류량을 야기시키는 결함 조건이 모터 권선의 단락 또는 증폭기의 단락으로 인한 것이라는 것은 결정되지 않고 있다. 따라서, 제어 회로는 블록(2120)에 의해 나타낸 바와 같이 음의 전류 명령 -I를 발생시키는데, 이는 구동 트랜지스터 T2 및 T3를 포함하는 트랜지스터 쌍을 활성화한다. 제어 회로(2005)는 현재 상부 전류 감지 저항기 R2를 통해 흐르는 전류의 크기가 과도한지, 즉, 판단 블록(2125)에 의해 나타낸 바와 같이 선정된 임계값을 초과하는지의 여부를 결정한다. 상부 전류 감지 저항기 R2를 흐르는 전류량이 임계값을 초과하면, 판단 블록(2125)의 "예" 경로에 따라서, 제어 회로(2005)는 다시 한번 블록(2130)에 의해 나타낸 바와 같이 증폭기 "셧 다운" 명령을 발생시킬 것이다. 과도한 전류량이 상부 전류 저항기 R1 및 R2 양자를 통해 흐르기 대문에, 결함 조건은 단계(2135)에 의해 설명한 바와 같이 서보 모터 권선 단락으로서 식별된다. 그러나, 상부 전류 감지 저항기 R2를 통해 흐르는 전류의 크기가 선정된 임계값을 초과하지 않으면, 즉, 상부 전류 감지 저항기들 중의 하나의 감지 저항기만이 과도한 량의 전류를 받아들이면, 결함 조건은 단계(2140)에 의해 설명한 바와 같이 증폭기 단락으로서 식별된다.
블록(2105)에 따라 양의 전류 명령 +I를 생성한 후, 블록(2110) 밖의 "아니오" 경로에 따라, 제어 회로(2005)가 상부 전류 감지 저항기(R1)를 통해 흐르는 전류량이 선정된 임계치를 초과하지 않는 것으로 판정하는 경우, 제어 회로(2005)는 판단 블록(2145)에 나타난 바와 같이 하부 전류 감지 저항기(R0)를 통해 흐르는 전류량이 0인지를 판정한다. 하부 전류 감지 저항기(R0)를 통해 흐르는 전류량이 0인 경우, 제어 회로(2005)는 블록(2150)에 나타난 바와 같이 음의 전류 명령 -I를 생성하며, 판단 블록(2155)에 나타난 바와 같이 상부 전류 감지 저항기(R2)를 통해 흐르는 전류량이 선정된 임계치를 초과하는지를 판정한다. 블록(2155) 밖의 "예" 경로를 따라, 상부 전류 감지 저항기(R2)를 통해 흐르는 전류량이 선정된 임계치를 초과하는 경우, 제어 회로(2005)는 블록(2160)에 나타난 바와 같이 증폭기 폐쇄 명령을 생성할 것이다. 초과량의 전류가 상부 전류 감지 저항기 중 하나, 즉 R2에 의해서만 검출되었기 때문에, 단계(2165)에 나타난 바와 같이 결함 상황은 증폭기 단락으로서 식별된다.
그러나, 판단 블록(2155) 밖의 "아니오" 경로를 따라, 상부 전류 감지 저항기(R2)를 통해 흐르는 전류량이 선정된 임계치를 초과하지 않는 경우, 제어 회로(2005)는 판단 블록(2170)에 나타난 바와 같이 하부 전류 감지 저항기를 통해 흐르는 전류량이 0인지를 판정할 것이다. 하부 전류 감지 저항기(R0)를 통하여 흐르는 전류량이 0인 경우, 즉 T1 및 T4가 활성화되고 T2 및 T3가 활성화되면, R1 및 R2는 둘 다 정상량의 전류를 얻고, R0는 전류를 얻지 못하는 경우, 단계(2175)에 나타난 바와 같이, 결함 상황은 모터 회전 개방 회로로서 식별될 것이다. 판단 블록(2170) 밖의 "아니오" 경로를 따라, 하부 전류 감지 저항기(R0)를 통해 흐르는 전류량이 0이 아닌 경우, 즉 TI 및 T4이 활성화될 때에만, R1 및 R2는 정상량의 전류를 얻고, R0은 전류를 얻지 못하는 경우, 결함 상황은 단계(2180)로 나타나는 바와 같이, 증폭기 개방 회로로서 식별된다.
그러나, 판단 블록(2145) 밖의 "아니오" 경로를 따라, 하부 전류 감지 저항기(R0)를 통해 흐르는 전류량이 0이 아닌 경우, 제어 회로(2005)는 블록(2185)에 나타난 바와 같이 음의 전류 명령 -I를 생성하며, 이는 구동 트랜지스터(T2 및 T3)로 구성된 트랜지스터 쌍을 활성화시킬 것이다. 그 다음, 제어 회로(2005)는 판단 블록(2190)에 나타난 바와 같이 상부 전류 감지 저항기(R2)를 통해 흐르는 전류량이 선정된 임계치를 초과하는지를 판정한다. 판단 블록(2190) 밖의 "예" 경로를 따라, 상부 전류 감지 저항기(R2)를 통해 흐르는 전류량이 임계치를 초과하는 경우, 즉 초과량의 전류가 상부 전류 감지 저항기 중 하나만을 통해 흐르는 경우, 제어 회로(2005)는 블록(2160)에 나타난 바와 같이 증폭기 폐쇄 명령을 생성하고, 단계(2165)에 나타난 바와 같이 결함 상황은 증폭기 단락으로서 식별될 것이다.
그러나, 판단 블록(2190) 밖의 "아니오" 경로를 따라, 상부 전류 감지 저항기(R2)를 통해 흐르는 전류량이 선정된 임계치를 초과하지 않는 경우, 제어 회로(2005)는 판단 블록(2195)에 나타난 바와 같이 하부 전류 감지 저항기(R0)를 통해 흐르는 전류량이 0인지를 판정한다. 판단 블록(2195) 밖의 "예" 경로를 따라, 하부 전류 감지 저항기(R0)를 통해 흐르는 전류량이 0인 경우, 즉 T2 및 T3가 활성화될 때에만, R1 및 R2가 정상량의 전류를 얻고, R0는 전류를 얻지 못하는 경우, 결함 조건은 단계(2180)에 나타난 바와 같이 증폭기 개방 회로로서 식별된다. 판단 블록(2195) 밖의 "아니오" 경로를 따라, 하부 전류 감지 저항기(R0)를 통해 흐르는 전류량이 0이 아닌 경우, 즉 구동 트랜지스터 쌍 중 하나가 활성화된 때, R1 및 R2는 정상량의 전류를 얻고, R0는 0이 아닌 경우, 제어 회로(2005)는 단계(2199)에 나타난 바와 같이 단일 포인트의 결함 상황이 식별되지 않았음을 지시할 것이다.
전술한 결함 차단 프로세스는 2상 모터인 PWM 증폭기 서보 시스템의 한 위상에만 속하기 때문에, 전술한 결함 차단 프로세스는 제2 위상에 대해서만 반복된다 (즉, 모터의 제2 위상과 제2 증폭기 사이의 결함을 분리하기 위해서 반복됨). 실제로, 3상 이상의 서보 시스템이 채용된 경우, 전술한 프로세스는 위상의 수만큼 반복될 수 있다. 표 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2상 PWM 증폭기 결함 차단 프로세스를 요약한 것이다.
+V -V 결함 상황
폐쇄 증폭기 단락
폐쇄 증폭기 단락
폐쇄 폐쇄 모터 회전 단락
R0에 전류 없음 증폭기 개방 회로
R0에 전류 없음 증폭기 개방 회로
R0에 전류 없음 R0에 전류 없음 모터 개방 회로
도 22는 3상 모터, PWM 증폭기 서보 시스템 회로(2200)를 나타내는 도면이다. 3상 모터, PWM 증폭기 서보 시스템 회로(2200)는 상부 구동 트랜지스터(T1)와 하부 구동 트랜지스터(T4)를 포함하는 위상 구동기(A); 상부 구동 트랜지스터(T2)와 하부 구동 트랜지스터(T5)를 포함하는 위상 구동기(B); 및 상부 구동 트랜지스터(T3)와 하부 구동 트랜지스터(T6)를 포함하는 위상 구동기(C)를 구비한 PWM 증폭기를 사용한다. 구동 트랜지스터는 IGBT라는 점을 주목하는 것이 중요하다. 그러나, 다시 한번 본 기술 분야의 전문가는 MOSFET 및 바이폴라 트랜지스터와 같은 다른 고체 스위치가 사용될 수 있다는 것을 알 것이다. 3상 모터, PWM 증폭기 서보 시스템 회로(2200)는 또한 구동 트랜지스터 쌍, 즉 T1 및 T5, T1 및 T6, T2 및 T6, 및 T2 및 T4, T3 및 T4, 및 T3 및 T5의 구동을 제어하는 제어 논리(2205)를 사용한다. 본 기술 분야의 전문가는 상기 구동 트랜지스터 쌍을 구동시켜 3상 모터(M)의 3개의 권선(MA, MB, MC) 각각을 통하는 전류를 제어한다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 상기 구동 트랜지스터 쌍 각각을 적절히 구동시킴으로써 제어 논리(2205)는 3상 모터(M)의 샤프트상에 일정한 토크를 유지할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 제어 논리(2205)는 소프트웨어에 의해 제어된다. 따라서, 제어 논리(2205)는 본 기술 분야에서 홀 또는 위상 엔코더 피드백 코드로도 일컫는 연산 코드열을 소프트웨어로부터 수신한다. 각각의 홀 코드는 제어 논리(2205)가 적절한 구동 트랜지스터 제어 라인(1-6)을 활성화시키도록 한다. 예컨대, 구동 트랜지스터 T1 및 T5를 포함하는 트랜지스터 쌍을 구동시키기 위한 홀 코드는 제어 논리(2205)가 모터 샤프트의 실제 위치에 관계없이 트랜지스터 제어 라인(1, 5)을 활성화하도록 한다.
전술한 2상 모터, PWM 증폭기 서보 결함 차단 과정과 마찬가지로, 본 발명에 따른 3상 모터, PWM 증폭기 서보 결함 차단 과정은 결함 차단을 위하여 기존의 서보 시스템 회로(2200) 하드웨어를 사용한다. 따라서, 3상 모터, PWM 증폭기 서보 시스템 회로(2200)는 또한 3개의 상부 전류 감지 저항기(RA, RB, RC) 및 하부 전류 감지 저항기(ROUT)를 포함한다. 일반적으로, 결함 차단은 서보 시스템에 공지된 양의 소스 전압(VCC)을 인가한 후 상부 전류 감지 저항기(RA, RB, RC ) 및/또는 하부 전류 감지 저항기(ROUT)를 통해 흐르는 전류량을 분석하여 단일점 결함 상태를 차단함으로써 달성된다. 3상 모터, PWM 증폭기 서보 시스템 결함 차단 과정은 다음과 같은 단일점 결함 상태, 즉 모터 권선의 단선, 모터 권선의 라인간 단락, 모터 권선의 라인-접지간 단락, 증폭기 구동 트랜지스터 단선, 증폭기 구동 트랜지스터 단락 및 증폭기 출력 본딩 와이어 단선을 차단할 수 있다.
도 23a 및 23B는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 모터, PWM 증폭기 결함 차단 과정의 상세한 단계를 나타내는 흐름도이다. 도 23a에 따르면, 제어 논리(2205)는, 블록 2305에 도시된 바와 같이, 모터 권선을 통하는 전류의 정류를 제어하는 데 사용될 수도 있는 홀 코드들을 무시하고 원하는 구동 트랜지스터 쌍(예컨대 상부 구동 트랜지스터 T1 및 하부 구동 트랜지스터 T5)에 대응하는 홀 코드를 생성함으로써 시작된다. 홀 코드는, 블록 2310에 도시된 바와 같이, 제어 논리(2205)가 원하는 구동 트랜지스터 쌍에 대응하는 적절한 트랜지스터 제어 라인(예컨대 트랜지스터 제어 라인 1 및 5)을 활성화시키도록 한다.
그 다음, 제어 논리(2205)는, 판단 블록(2315)에 도시된 바와 같이, 대응하는 상부 전류 감지 저항기를 통해 흐르는 전류(예컨대 상부 전류 감지 저항기 RA, RB 또는 RC를 통해 흐르는 각각의 전류 IA, IB 또는 IC )의 크기가 선정된 임계치(T)를 초과하는지의 여부를 판정해야 하는데, 여기서 임계치(T)는 초과 전류량일 수도 있는 값을 나타낸다. 상부 전류 감지 저항기가 판단 블록(2315)의 "예" 경로를 따라 초과 전류량을 갖는 것으로 분기되는 경우, 제어 논리(2205)는 블록(2317)에 도시된 바와 같이 "셧 다운" 명령을 생성하고, 블록(2320)에 도시된 바와 같이 적절한 상태 플래그를 설정하여, 현재의 구동 트랜지스터 쌍(예컨대 T1 및 T5)의 구동이 과전류 상태를 유발했다는 것을 지시한다.
그러나, 판단 블록 2315의 "아니오" 경로를 따라 현재의 구동 트랜지스터 쌍의 구동이 "셧 다운"을 유발하지 않은 경우에는, 제어 논리(2205)는 판단 블록 2325에 도시된 바와 같이 구동 트랜지스터 쌍의 구동이 "무 전류(NO CURRENT)" 상태(즉 출력 저항기 ROUT를 통해 흐르는 전류가 0인 상태)를 유발하였는지를 판정한다. 판단 블록(2325)의 "예" 경로를 따라 구동 트랜지스터 쌍의 구동이 "무 전류" 상태를 유발한 경우, 제어 논리(2205)는 블록(2330)에 도시된 바와 같이 적절한 상태 플래그를 설정하게 된다.
다음 단계는 판단 블록(2335)에 도시된 바와 같이 전술한 6개의 구동 트랜지스터 쌍 모두가 구동되었는지를 판정하는 것이다. 판단 블록(2335)의 "아니오" 경로를 따라 6개의 구동 트랜지스터 쌍 모두가 구동되지 않은 경우에는, 제어 논리(2205)는 원하는 다음 구동 트랜지스터 쌍을 구동시키기 위하여 다른 홀 코드를 생성하게 된다. 판단 블록(2335)의 "예" 경로를 따라 6개의 구동 트랜지스터 쌍 모두가 구동된 경우에는, 상태 플래그는 전술한 바와 같이 결함 상태를 차단하는 데 필요한 모든 정보를 갖게 된다.
6개의 구동 트랜지스터 쌍 모두가 구동된 후에, 상태 플래그는, 판단 블록(2340)에 도시된 바와 같이, 2개의 구동 트랜지스터 쌍이 구동되었을 때 증폭기 "셧 다운"이 발생되었고, 구동된 2개의 구동 트랜지스터 쌍이 동일한 상부 또는 동일한 하부 구동 트랜지스터를 포함한다는 것을 지시할 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜지스터 쌍은 구동 트랜지스터(T1, T5)를 포함하는 트랜지스터 쌍인 반면, 제2 트랜지스터 쌍은 구동 트랜지스터(T1, T6)를 포함하는 트랜지스터 쌍일 수 있으며, 양 구동 트랜지스터 쌍은 위상 구동기(A)로부터의 상부 구동 트랜지스터(T1)를 포함한다. 만일 상태 플래그가 이러한 상태가 발생했음을 표시하면, 판단 블록(2340)으로부터의 "예" 경로를 따라, 블록(2345)에 예시한 바와 같이, 증폭기 단락으로서의 결함 상태가 식별될 것이다. 보다 구체적으로, 결함 차단 처리는 결함 상태를 일으키는 구동 트랜지스터, 예를 들어 상기한 실시예에서는 구동 트랜지스터(T1)를 식별할 것이다.
그러나, 만일 상태 플래그가 이러한 상태가 발생했음을 표시하지 않으면, 판단 블록(2340)으로부터의 "아니오" 경로를 따라, 판단 블록(2350)에 의해 예시한 바와 같이, 상태 플래그는 두 개의 구동 트랜지스터 쌍들이 활성화되었을 때 "셧다운"이 발생했음을 표시하고, 동일한 두 개의 위상 구동기가 양 경우에 수반되었음을 표시할 수 있다. 예를 들어, 상태 플래그는, 구동 트랜지스터(T1, T5)를 포함하는 트랜지스터 쌍의 활성화 도중에 "셧다운"이 발생했음을 표시할 수 있고, 구동 트랜지스터(T2, T4)를 포함하는 트랜지스터 쌍의 활성화 도중에 "셧다운"이 발생했음을 표시할 수 있다. 이러한 예에서는, 위상 구동기(A, B)에만 영향을 미친다. 만일 스태그 플래그가 이러한 상태가 발생했음을 표시하면, 판단 블록(2350)의 "예" 경로에 따라, 블록(2355)에 의해 예시한 바와 같이, 모터 권선 단락으로서의 결함이 식별될 것이다. 보다 구체적으로, 결함 차단 처리는 상기한 예에서의 모터 권선 MA-MB와 같은 결함 상태를 일으키는 모터 권선을 식별할 것이다.
만일 상태 플래그가 판단 블록(2350)에 식별된 상태가 존재함을 표시하지 않으면, 판단 블록(2350)으로부터의 "아니오" 경로를 따라, 판단 블록(2360)에 예시한 바와 같이, 상태 플래그는 네 개의 구동 트랜지스터 쌍들이 활성화되었을 때 셧다운이 발생했음을 표시할 것이며, 여기서 영향을 받은 네 개의 모든 구동 트랜지스터 쌍들은 공통 위상 구동기를 수반한다. 예를 들어, 상태 플래그는 구동 트랜지스터(T1 및 T5, T1 및 T6, T2 및 T4, T3 및 T4)를 포함하는 트랜지스터 쌍들의 활성화 도중에 셧다운이 발생했음을 표시할 수 있다. 이 예에서는, 상부 구동 트랜지스터(T1) 또는 하부 구동 트랜지스터(T4)를 수반하며, 이들은 위상 구동기(A)를 수반한다. 만일 상태 플래그가 이러한 상태가 발생했음을 표시하면, 판단 블록(2360)으로부터의 "예" 경로에 따라, 블록(2365)에 의해 예시한 바와 같이, 모터 권선-접지 단락 회로로서의 결함 상태가 식별될 수 있다. 보다 구체적으로, 결함 차단 처리는 상기한 예에서의 위상 구동기(A)와 같이 결함 상태를 일으키는 위상 구동기를 식별할 수 있다.
만일 상태 플래그가 판단 블록(2360)에서 식별된 상태가 존재함을 표시하지 않으면, 판단 블록(2360)으로부터의 "아니오" 경로에 따라, 판단 블록(2370)에 의해 예시한 바와 같이, 상태 플래그는 두 개의 구동 트랜지스터 쌍들의 활성화 도중에 "무 전류" 상태가 발생했음을 표시할 수 있으며, 여기서 두 개의 영향받은 구동 트랜지스터 쌍들은 동일한 상부 구동 트랜지스터 또는 동일한 하부 구동 트랜지스터를 수반한다. 예를 들어, 상태 플래그는, 구동 트랜지스터(T1, T5)를 포함하는 트랜지스터 쌍의 활성화 도중과 구동 트랜지스터(T1, T6)를 포함하는 트랜지스터 쌍의 활성화 도중에 "무 전류" 상태가 발생했음을 표시할 수 있다. 이 예에서, 영향을 받은 양 구동 트랜지스터 쌍들은 상부 구동 트랜지스터(T1)를 수반한다. 만일 상태 플래그가 이러한 상태가 발생했음을 표시하면, 판단 블록(2370)으로부터의 "예" 경로를 따라, 블록(2375)에 의해 예시한 바와 같이, 증폭기 개방 회로로서의 결함 상태가 식별될 수 있다. 보다 구체적으로, 결함 차단 처리는 상기한 예에서의 구동 트랜지스터(T1)와 같이 결함 상태를 일으키는 구동 트랜지스터를 식별할 수 있다.
만일 상태 플래그(2370)에서 식별된 조건이 존재하는지를 표시하지 않는다면, 판단 블록(2370)의 "아니오" 경로에 따라서, 상태 플래그는 4개의 구동 트랜지스터 쌍들의 활성화 동안에 "무 전류" 조건이 발생한 것을 나타낼 수 있으며, 4개의 모든 구동 트랜지스터 쌍은 공통 위상 구동기를 포함한다. 예를 들어, 상태 플래그는 "무 전류" 조건이 구동 트랜지스터 쌍들 T1 및 T5, T1 및 T6, T2 및 T4, T3 및 T4의 활성화 동안에 발생한 것을 나타낼 수 있다. 이러한 예에서, 위상 구동기(A)는 4개의 모든 구동 트랜지스터 쌍들에 대해 공통이다. 만일 상태 플래그가 이러한 조건이 발생하였음을 나타낸다면, 판단 블록(2380)의 "예" 경로에 따라서, 결함 조건이 블록(2385)에 도시된 바와 같이 모터 권선 개방 회로로서 식별될 수 있다. 특히, 결함 차단 프로세스는 상기 예에서 모터 권선(MA)와 같은 결함 조건이 발생한 모터 권선을 식별할 수 있다.
만일 상태 플래그가 판단 블록(2380)에서 식별된 조건이 조건이 존재하는 것을 나타내지 않는다면, 판단 블록(2380)의 "아니오" 경로에 따라서, 블록(2390)에 도시된 바와 같이, 결함 차단 프로세스가 차단된 단일 지점 결함 조건이 없음을 나타낼 것이다.
표 2는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 3상 모터, PWM 증폭기 결함 차단 프로세스를 요약하고 있으며, 여기서, "SD"는 "셧 다운"을 나타내고, "NC"는 "무 전류" 조건을 나타낸다. 3상 모터, PWM 증폭기 서보 시스템 회로(2200)는 "WYE" 구성에 연결된다. 그러나, 본 기술 분야에 숙련된 당업자라면 유사한 결함 차단 프로세스가 "DELTA" 접속에 대해 구현될 수 있으며, 3상 모터, PWM 증폭기 서보 제어 회로 등이 본 발명의 본질 내에서 고려된다.
A→B A→C B→C B→A C→A C→B 결함 조건
SD SD T4 (AMP A) 단락
SD SD T1 (AMP A) 단락
SD SD T5 (AMP B) 단락
SD SD T2 (AMP B) 단락
SD SD T6 (AMP C) 단락
SD SD T3 (AMP C) 단락
SD SD 모터 권선 MA-MB 단락
SD SD 모터 권선 MB-MC 단락
SD SD 모터 권선 MC-MA단락
SD SD SD SD 모터 MA- 접지 단락
SD SD SD SD 모터 MB- 접지 단락
SD SD SD SD 모터 MC- 접지 단락
NC NC T1 (AMP A) 개방 회로
NC NC T2 (AMP B) 개방 회로
NC NC T3 (AMP C) 개방 회로
NC NC T4 (AMP A) 개방 회로
NC NC T5 (AMP B) 개방 회로
NC NC T6 (AMP C) 개방 회로
NC NC NC NC WYE 모터 권선 MA개방
NC NC NC NC WYE 모터 권선 MB개방
NC NC NC NC WYE 모터 권선 MC 개방
도 24는 단상 모터, 선형 증폭기 서보 시스템 회로(2400)를 도시한 도면이다. 통상의 동작 조건 하에서, 단상 모터, 선형 증폭기 서보 시스템 회로(2400)는 신호 위상 모터(MS)를 위한 샤프트의 회전을 차례로 제어하는 단상 권선을 통해 전류의 정류를 제어한다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 단상 모터, 선형 증폭기 서보 시스템 회로(2400)는 모놀리식 듀얼 파워 연산 증폭기를 포함하는 단일 전원, 선형 트랜스컨덕턴스 브릿지 증폭기 구성을 채용한다. 보다 상세하게는, 그 구성에서 전원 VL을 포함하며, 여기서 VL은 바람직한 실시예에서는 +28 볼트가 된다. 전원 VL은 양방향 부하 전류 ILOAD가 단상 모터 Ms의 권선을 통해서 흐르도록 하고, 여기서 부하 전류 ILOAD는 연산 증폭기 A와 연산 증폭기 B의 입력에서 인가된느 전압량에 선형적으로 비례한다.
단상 모터, 선형 증폭기 서보 시스템 회로(2400)는 다음과 같이 동작한다. 증폭기 A의 출력 전압 및 공급 전압은 (예를 들면, +28 볼트로) 동일하고, 증폭기 B의 출력 전압은 0 볼트이며, 부하 전류 ILOAD는 최대의 양의 값을 가진다. 증폭기 B의 출력 전압과 공급 전압이 동일하고 증폭기 A의 출력 전압이 0 볼트일 때, 부하 전류 I LOAD는 최대 음의 값이 된다. 논리적으로 부하 전류 ILOAD는, 증폭기 A와 증폭기 B의 출력 전압이 같을 때 (예를 들어, 증폭기 A의 출력과 증폭기 B의 출력이 모두 VL/2 볼트로 같을 때) 제로이다. 또한, 단상 모터 MS에 걸리는 전압은 0 볼트와 +VL 볼트 사이에서 변화하므로, 부하 전류 ILOAD는 이 전압에 응답하여 선형적으로 변화할 것이다. 따라서, 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진자들은, 단상 모터, 선형 증폭기 서보 시스템 회로(2400)가 전압 명령의 진폭 (예를 들어, 연산 증폭기 A와 연산 증폭기 B의 입력에 인가되는 전압의 양)을 변화시킴으로써 서보 모터 MS의 샤프트로 인가되는 토크의 양을 선형적으로 변화시킬 수 있다는 것을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
각각의 선형 증폭기 A와 B는, 도 24에서, (도시되지 않은) 상부 구동 트랜지스터 및 (도시되지 않은) 하부 구동 트랜지스터를 포함하며, 이들은 도 20에 도시된 상부 및 하부 구동 트랜지스터와 상당히 유사하다. 따라서, 선형 증폭기 A의 상부 구동 트랜지스터는 먼저 단상 모터 MS를 통해서 양의 부하 전류 ILOAD를 발생시키고, 반면에 선형 증폭기 B의 하부 구동 트랜지스터는 양의 부하 전류 ILOAD를 싱크한다. 이와 유사하게, 선형 증폭기 B의 상부 구동 트랜지스터는 먼저 단상 모터 MS에 대한 음의 부하 전류 ILOAD를 발생시키고, 반면에 증폭기 A의 하부 구동 트랜지스터의 음의 부하 전류 ILOAD를 싱크한다.
PWM 증폭기 서보 어셈블리 제어 회로(2000 및 2200)와는 달리, 단상 모터, 선형 증폭기 서보 회로(2400)는 공급 전류 IS의 양 (예를 들어, 연산 증폭기 A와 B로 인가되는 전류의 양)에 비례하는 전압 VS를 발생하는 아날로그 공급 전류 감지 증폭기 (2410); 복귀 전류 ±IR (예를 들어, +IR 또는 -IR)의 양에 비례하는 전압 VR을 발생하는 아날로그 복귀 전류 감지 증폭기(2415); 및 단상 서보 모터 MS의 권선과 평행하게 접속된 분류 저항(shunt resistor)를 포함하고, 여기서, 분류 저항은 비교적 큰 임피던스 값을 가진다. 이러한 추가 구성 소자들은 다음의 한지점의 결함 조건들: 모터 권선의 개방 회로, 모터 권선의 라인-라인 단락, 모터 권선의 라인-접지 단락, 증폭기 구동 트랜지스터의 개방 회로, 증폭기 단락 회로 및 증폭기 출력 밴드 와이어 개방 회로를 검출하여 격리한다.
도 25는 단상 모터, 선형 증폭기 서보 결함 차단 프로세스의 상세한 단계를 도시한 플로우챠트이다. 도 25에 따라서, 제어 회로(2405)는 블록 (2510)에 도시된 바와 같이, 소정의 양의 전압량을 발생함으로써 처리 과정을 시작한다. 이 전압은 가산기(2420)과 가산기(2425)로 인가된다. 바람직한 실시예에서, 발생된 전압의 양은, 증폭기 A에 대한 입력 전압이 + VL 볼트 이하가 되고 증폭기 B에 대한 입력 전압이 + VL 볼트보다 상당히 작아지도록, [예를 들어, 가산기(2420 및 2425)에 대한 기준 전압 레벨인] VL/2 볼트 이하가 된다. 이것은 통상의 동작 조건하에서는 도 24에 예시된 바와 같이, 단상 모터의 권선을 통해서 정의 부하 전류 ILODE를 발생시킨다. 이어서, 블록(2515)으로 예시한 바와 같이, 복귀 전류 +IR이 측정된다.
제어 회로(2405)는 블록(2520)으로 예시한 바와 같이, 소정양의 부 전압을 발생시킨다. 부 전압은 가산기(2420) 및 가산기(2425)에 동일하게 인가된다. 증폭기 B는 +VL 볼트 바로 이하의 입력 전압을 수신하고, 증폭기A는 +VL 볼트 미만의 입력 전압을 수신한다. 이것은 통상의 동작 조건하에서는 단상 모터 권선을 통하여 부의 부하 전류 ILODE를 발생시킨다. 복귀 전류 -IR이 블록(2525)로 도시된 바와 같이 측정된다.
제어 회로(2405)는 판단 블록(2530)으로 예시한 바와 같이, 복귀 전류 +IR의 크기 및 복귀 전류 -IR의 크기 양자가 복귀 전류 IEXP의 소정량 미만인지를 판단한다. 여기서, 복귀 전류의 예상량 IEXP은 제공된 결함 조건이 없을 때 예상될 수 있는 복귀 전류의 양과 동일하다. +IR 및 -IR의 크기가 양자 모두 예상되는 복귀 전류의 예상량 IEXP의 크기 미만이면, 판단 블록(2530)으로부터의 "예" 경로에 따라, 결함 조건은 블록(2535)으로 예시되어 있는 바와 같이 모터 권선의 개방 회로로 판명될 수 있다. 복귀 전류 +IR의 크기 및 복귀 전류 -IR의 크기는 모터 권선의 개방 회로 조건에 의해서 전류가 모터Ms의 저항 부하와 비교하여 큰 저항값(즉, 바람직한 실시예에서는 1400오옴)을 가진 분로 저항기(2430)를 통해서 흐르는 대신에 통상 모터 권선을 통해서 전류가 흐르므로 IEXP 미만이다. 결과적으로, 분로 전류 ISH0UNT로 인하여 분로 저항(2430)양단에서 큰 전압 강하가 발생된다. 분로 저항(2430) 양단의 큰 전압 강하는 분로 전류가 아니라면 아날로그 전류 감지 증폭기(2415)의 입력 양단에서 발생되는 전압 강하를 감소시킨다. 따라서, 이것은 복귀 전류 +IR 및 -IR의 크기를 감소시키므로, 복귀 전류 +IR의 크기 및 복귀 전류 -IR의 크기는 복귀 전류의 예상량 IEXP의 크기 미만이다.
그러나, 복귀 전류 +IR의 크기 및 복귀 전류 -IR의 크기가 복귀 전류의 예상량 IEXP의 크기 미만이 아닌 경우, 판단 블록(2530)으로부터의 "아니오"경로에 따라, 제어 회로(2405)가 복귀 전류 +IR의 크기 및 복귀 전류 -IR의 크기가 모두 IEXP와 동일한지를 판정하고, 동시에 판단 블록(2540)에 예시된 바와 같이, 모터축의 움직임이 없었는지 혹은 비정상의 모터축의 움직임이 있었는지를 판단한다. 이들 조건이 "예" 이면, 판단 블록(2540)으로부터의 "예"경로에 따라, 블록(2545)에 예시된 바와 같이 결함 조건은 모터 권선의 라인-라인 단락 회로로서 판명된다.
그러나, 복귀 전류 +IR의 크기 및 복귀 전류 -IR의 크기가 복귀 전류의 예상량 IEXP의 크기와 동일하지 않고, 모터축의 회전이 있고, 및/또는 비정상의 축의 회전이 없는 경우, 판단 블록(2540)으로부터의 "아니오"경로에 따라, 제어 회로(2405)가 복귀 전류 +IR의 크기 및 복귀 전류 -IR의 크기가 모두 제로인지를 판정하고, 동시에 제어 회로(2405)는 판단 블록(2550)에 예시된 바와 같이, 공급 전류 Is의 크기가 복귀 전류의 양과 동일하지 않은지(즉, Is가 제로가 아닌지)를 판정한다. 이들 조건이 "예" 이면, 판단 블록(2550)으로부터의 "예" 경로에 따라, 블록(2555)에 예시된 바와 같이 결함 조건은 모터 권선의 라인-접지 단락 회로로서 판명된다.
그러나, 복귀 전류 +IR의 크기 및 복귀 전류 -IR의 크기가 제로와 동일하지 않고, 및/또는 공급 전류 Is의 크기가 제로와 동일하면, 판단 블록(2550)으로부터의 "아니오"경로에 따라, 제어 회로(2405)가 복귀 전류 +IR의 크기가 IEXP의 크기와 동일하고, 복귀 전류 -IR의 크기가 제로와 동일한지, 또는 판단 블록(2560)에 예시된 바와 같이, 복귀 전류 -IR의 크기가 IEXP의 크기와 동일하고, 복귀 전류 +IR 의 크기가 제로와 동일한지를 판정한다. 이들 조건중 어느 하나가 "예"이면, 판단 블록(2560)의 "예" 경로에 따라, 결함 조건은 블록(2565)로 예시된 바와 같이, 증폭기 구동 트랜지스터 개방 회로로서 판명된다.
그러나, 복귀 전류 +IR의 크기가 IEXP의 크기와 동일하지 않고 복귀 전류 -IR의 크기가 제로와 동일하고, 또는 복귀 전류 -IR의 크기가 IEXP의 크기와 동일하지 않고, +IR의 크기가 제로와 동일한 경우, 제어 회로(2405)가 복귀 전류 +IR의 크기가 복귀 전류의 예상량 Iexp의 양과 동일하고, 복귀 전류 -IR의 크기가 소정의 복귀 전류의 최대량 IMAX보다 큰지, 또는 블록(2570)에 도시된 바와 같이 복귀 전류 -IR의 크기가 IEXP와 동일하고 복귀 전류의 소정의 최대량 IMAX보다 큰지를 판정한다. 이들 조건이 "예" 이면, 판단 블록(2570)으로부터의 "예"경로에 따라, 블록(2575)에 예시된 바와 같이 결함 조건은 증폭기 구동 트랜지스터 단락 회로로서 판명된다. 게다가, 제어 회로(2405)는 방지 증폭기 "셧 다운" 명령을 낸다.
그러나, 복귀 전류 +IR의 크기가 IEXP의 크기와 동일하지 않고, 및/또는 복귀 전류 -IR의 크기가 IMAX보다 큰 경우에, 또는 복귀 전류 -IR의 크기가 I EXP의 크기와 동일하지 않고, 및/또는 복귀 전류 +IR의 크기가 IMAX보다 큰 경우에, 판단 블록(2570)의 "아니오"경로에 따라, 제어 회로(2405)가 복귀 전류 +IR의 크기 및 복귀 전류 -IR의 크기가 모두 제로인지를 판정하고, 및 판단 블록(2580)에 도시된 바와 같이, 공급 전류 IS가 제로인지를 판정한다. 이들 조건이 "예" 이면, 판단 블록(2580)으로부터의 "예"경로에 따라, 블록(2585)에 예시된 바와 같이 결함 조건은 증폭기 출력 결합 배선 개방 회로로서 판명된다.
마지막으로, 복귀 전류 +IR의 크기 및 복귀 전류 -IR의 크기가 0이 아니고, 및/또는 공급 전류 IS가 0이 아닌 경우에, 판단 블록(2580)으로부터의 "아니오"경로에 따라, 블록(2595)에 예시된 바와 같이, 한 지점의 결함 조건이 아닌것으로 판정된다. 주목해야 할 점은 단계(2530) 내지 단계(2585)가 실행되는 순서를 변화시키는 유사한 과정이 본 발명의 영역내에서 고려될 수 있다는 것이다.
표 3은 단상 모터의 결함 차단 함수 및 선형 증폭기 서보 결함 차단 능력을 요약한 것이다.
+IR -IR IS 오류 조건 :
< IEXP < IEXP -- 모터 권선의 개방
= IEXP = IEXP -- 모터 권선의 라인-라인 단락
= 0 = 0 ≠ 0 모터 권선의 라인-접지 단락
= IEXP = 0 = 0 = IEXP -- -- 증폭기의 구동 트랜지스터 개방
= IEXP > IMAX > IMAX = IEXP -- -- 증폭기의 구동 트랜지스터 단락
= 0 = 0 = 0 증폭기의 출력 밴드 와이어 개방
본 발명의 양호한 실시예에서, 상술한 3개의 서보 시스템 회로 즉, 2상 모터 PWM 증폭기 서보 회로(2000), 3상 모터 PWM 증폭기 서보 시스템 회로(2200), 및 단상 모터 선형 증폭기 서보 시스템 회로(2400)가 트랜스컨덕턴스(transconductance) 장치로서 설명된다. 트랜스컨덕턴스 장치는 전류 제어 장치이며, 여기서 부하 전류(즉, 모터 권선을 통해 흐르는 전류)는 음 피드백 신호로서 이용되어 입력 전압 명령을 제어한다. 당업자라면 3개의 서보 시스템 회로가 전압 제어 장치보다는 전류 제어 장치로서 구현됨을 알 수 있으나, 그러한 사실이 상술한 결함 차단 처리에 영향을 주지는 않을 것이다.
신호 처리
본 발명은 화상 디스플레이에서 관측자의 시각으로의 인터페이스외에도 FLIR 화질을 향상시키도록 설계된 다수의 신호 처리 기술을 제공한다. FLIR 화질 및 화상의 외관을 개선함에 의해, 본 발명은 AOI 및 그 AOI내의 의도된 표적을 더욱 정확하게 묘사하며, 이 묘사를 더욱 안전한 독립 범위에서 할 수 있다. 도 26에 도시된 것처럼, 신호 처리 기술은 2D 콘트라스트 필터(2605), 쌍일차(bilinear) 보간 공정(BLI)(2605), 동적 범위 제어 필터(2615), 서브화소 디더링 처리(2620), 및 FLIR 포커싱 기술(2625)과 같은 상술한 FLIR-레이저 조준 처리 동안 사용되는 다수의 화상 처리 기능을 포함한다. 또한, 신호 처리 기술은 노치(Notch) 필터 기능(2630), 아날로그-디지탈 변환 기능(2635), 화소 또는 검출기 소자 값 이득 및 레벨 보정 기능(2640), 데드 셀 교환 기능(2645), 및 아날로그-디지탈 변환기(ADC) 오프셋 패턴 제거 기능(2650)과 같은 다수의 화상 전처리 기능을 포함한다.
화상 전처리 기능부터 시작하자면, 노치 필터(2605)는 항반사 코팅을 갖는 글래스로 제조된 광학 필터이다. 노치 필터(2605)는 IR 신호가 FPA(2607)에 초점을 잡기 이전에 IR 신호로부터 잡음 신호를 제거하도록 설계된다. 특히, 노치 필터(2605)는 분위기 방사에 의해 야기된 중간파 범위(즉, 4.2 내지 5.55 ㎛)에서 잡음 신호를 제거하도록 설계된다. 이러한 주파수 범위는 당업자에게는 종종 분위기 흡수 대역 또는 CO2 흡수 대역으로 칭해진다. 노치 필터(2605)만 아니라면, 이러한 분위기 잡음 신호는 IR 신호를 열화시키고 IR 화상 품질을 낮출 것이다.
노치 필터(2605)는 FLIR 검출기/쿨러 어셈블리(427)에 위치된다. 노치 필터는 일반적으로 당해 기술분야에서 공지되어 있으며, 보통 FPA 콜드(cold) 필터를 따라 제조된다.
일단 IR 화상이 FPA(2607)로 포커스되면, 각각의 검출기 소자의 아날로그 값(즉, 광 화상)은 디지탈화되고, 그 후, 각각의 검출기 소자 값은 화소 또는 화소값으로 칭한다. 각각의 검출기 소자의 디지탈화는 4개의 아날로그-디지탈 변환기(ADCs)(2635)에 의해 완성되나, 당업자라면 4개 이하 또는 4개 이상의 ADCs가 이용될 수 있음을 알 것이다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 각각의 검출기 소자는 12비트 화소값으로 변환된다.
화상 데이터의 각각의 프레임에 대해, 12비트 화소값은 다수의 화상 전처리 기술을 거치게 된다. 제1 화상 전처리 기술은 이득 및 오프셋 보정 처리(2640)이다. 이득 및 오프셋 보정 프로세스(2640)의 목적은 각각의 화소를 보정함에 의해 광 화상로부터 특정 잡음 성분을 제거하는 것이다. 각각의 화소를 보정함에 의해 제거되는 잡음 성분은 한 검출기 소자로부터 다음 검출기 소자로 이득 및 오프셋을 변이함에 의해 야기된다. 이러한 이득 및 오프셋 변이는 상술한 디지탈화 공정 동안 대응하는 화소값으로 넘겨진다. 보정은 각각의 검출기 소자로 핫 레퍼런스(hot reference) 및 콜드 레퍼런스(cold reference)를 인가하고 필요하다면 각각의 화소에 대한 이득 계수 및 오프셋 계수를 조절함에 의해 수행되어, 각각의 화소는 핫 레퍼런스에 응답하고 콜드 레퍼런스에 응답하는 동일값을 반영한다. 핫 레퍼런스 및 콜드 레퍼런스에 응답하는 각각의 화소 값을 보정하는 공정은 일반적으로 당업계에 공지된다.
다음 화상 전처리 기술은 "데드" 셀 교환 공정(2645)이다. 이 공정의 목적은 "데드" 셀(즉, 적절히 응답하지 않는 검출기 소자)의 리스트를 유지하고, 각각의 "데드" 셀에 대응하는 화소값을 최적값으로 대체하는 것이다. 최적값은 "데드" 셀에 대응하는 화소에 접하는 화소의 값을 평균하여 얻어진다. 적절하게 기능하는 검출기 소자에 대응하는 이웃 화소만이 최적값을 얻기 위해 이용된다.
신호 처리 서브시스템은 임의수의 공지된 기준을 적용함에 의해 어떤 검출기 소자가 "데드" 상태인지를 결정한다. 예를 들면, 각각의 검출기 소자의 열적 응답은 기대된 응답에 대비될 것이다. 실제 응답이 기대치보다 훨씬 크거나 적은 경우, 대응된 검출기 소자는 아마도 적절히 기능하지 못할 것이다. 검출기 소자가 적절히 기능하지 않는지를 정하는데 종종 이용되는 다른 기준으로는 검출기 소자의 디지탈 응답이 대기 상태인가 또는 플리커로 보이는가 이다. 플리커링 또는 지터(jittery) 응답은 아마도 대응된 검출기 소자가 적절히 기능하지 못함을 나타낸다. 또 다른 기준은 주어진 검출기 소자의 실제 응답을 검출기 소자의 전체의 응답으로부터 취해진 평균값과 비교하는 것이다. 평균 응답과는 실제적으로 상이한 응답은 아마도 대응하는 검출기 소자가 적절히 기능하지 못함을 표시한다. 또한, 주어진 검출기 소자의 동적 범위가 제한되지 않는다면, 이는 아마도 검출기 소자가 적절히 기능하지 못함을 표시한다. 당업자라면 이러한 기준의 리스트가 독점적이지 않고, 다른 기준은 "데드" 검출기 소자를 식별하는데 유사하게 사용될 것임을 이해할 것이다. 일반적으로, "데드" 셀을을 대체하는 공정은 공지 기술이다.
다음 신호 전처리 기술은 ADC 오프셋 패턴 제거 기능(2650)이다. FPA(2607)은 도 26에 도시된 것처럼 4개의 출력 라인을 갖는다. 이러한 출력 라인 각각은 개별 ADC(2635)로 접속된다. 상술한 것처럼, ADC는 검출기 소자과 연관된 아날로그 전압 레벨을 12비트 화소값으로 변환시킨다. 더욱이, 4개의 ADC 각각은 FPA(3607)의 매 4열에 대해 전압 레벨을 변환하는데 특정하게 응답한다. 예를 들면, 제1 ADC는 열 1, 5, 9, ..., 477의 검출기 소자와 연관된 아날로그 전압을 변환시키고, 제2 ADC는 열 2, 6, 10,..., 478의 검출기 소자와 연관된 아날로그 전압을 변환시키며, 제3 ADC는 열 3, 7, 11, ..., 479의 검출기 소자와 연관된 아날로그 전압을 변환시키고, 제4 ADC는 열 4, 8, 12, .., 480의 검출기 소자와 연관된 아날로그 전압을 변환시킨다. 또한, ADC는 고도로 민감하며, 이들은 특히 주위 온도로 변하는 시간에 대해 유동하는 경향이 있다 . 그러나, 임의의 ADC가 유동유동 경우, 다른 3개의 ADC와는 독립적인 경향이다. 한 ADC가 다른 3개에 비해 유동하는 경우, 바람직하지 않은 오프셋 또는 바이어스가 디지탈 화상의 매 4 열마다 나타난다. 이러한 오프셋 또는 바이어스는 ADC 오프셋 패턴으로 칭한다.
ADC 오프셋 패턴 제거 기능(2650)의 목적은 영향을 받은 화소값들을 조정함으로써 디지털 화상으로부터 이러한 오프셋 또는 바이어스를 제거하는 것이다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 영향을 받은 화소값들을 조정하는 이러한 처리 공정은 다음에 따라 달성된다. 화상 데이터의 각 프레임에 대해, 4개의 히스토그램 2660, 2665, 2670 및 2675가 생성된다. 각 히스토그램의 내용은 4개의 ADC중 하나에 대응하여 생성된 화소값에 기초된다. 따라서, 각 히스토그램은 120칼럼의 화소값을 반영하고, 각 칼럼은 480 화소값을 포함한다. 화상 데이터의 각 프레임에 대해, 신호 처리 소프트웨어 2680은 히스토그램들 중 하나에 대해 평균 화소값 H1, H2, H3, 또는 H4를 선택적으로 계산한다. 단지 100분의 20 화소값과 백분의 80 화소값 사이의 화소값이 평균 화소값을 계산하기 위하여 사용된다. 화상 데이터의 각 프레임에 대해, 신호 처리 소프트웨어는 4개의 개별적 히스토그램 평균 H1, H2, H3 , 또는 H4 모두에 기초한 전체 화소 값 평균 HBAR을 또한 계산한다. HBAR-H 1, HBAR-H2, HBAR-H3, 및 HBAR-H4를 평균하는 HBAR과 각 개별적 히스토그램사이의 차이는 존재하고 대응하는 화소 오프셋 계수들로부터 더해지거나 감해진다.
이미 언급된 바와 같이, 화상 처리 기증들의 수는 특성 및 디지털 화상의 디스플레이 대 눈 인터페이스를 향상시키기 위하여 본 발명에 의해 사용된다. 이들 화상 처리 기능들의 제1 은 2D 샤프닝 필터(2605)이다. 2D 샤프닝 필터(2605)는 에지 강조를 위해 사용된다(즉, 고주파 화상 데이터를 강조시키기 위하여). 일반적으로, 에지 강조는 화소 입력 화상 당 12비트의 저역 필터 동작을 실행함으로써 달성되고, 따라서, 저역 화상이 생성된다. 입력 화상으로부터 저역 화상을 감함으로써, 고역 화상이 생성된다. 이때, 저역 및 고역 화상들의 상대적 이득은 향상된 화상을 형성하기 위하여 2개의 화상들을 집적하기 전에 조정된다.
도 27은 다음과 같이 동작하는 2D 샤프닝 필터(2700)의 양호한 실시예를 도시한다. 2D 샤프닝 필터(2700)는 저역 필터 동작(2705)으로 480×480 화소 입력 화상내의 각각의 화소들에 영향을 받음으로써 저역 화상을 발생한다. 저역 화상은 저주파 화상 데이터를 포함함에 따라서 다소 흐릿하게 나타난다. 저역 필터 동작은 3×3 나선 처리이고, 입력 화상 내의 각 화소는 평균 화소값으로 대체된다. 입력 화상 내에 주어진 임의의 화소에 대해, 화소에 대한 평균 화소값이 화소의 값과 각 인접한 화소의 값을 더함으로써 계산되고, 그런 다음 합을 유도하기 위해 사용된 화소들의 수에 의해 합이 분할된다. 입력 화상의 외부 에지 상에 위치되지 않은 모든 화소들에 대해, 각 합산 동작은 9개의 화소들을 포함해야 한다. 평균 동작에 대한 1개의 화소는 8개의 인접한 화소들을 더함으로써 실행된다. 이러한 평균 동작은 입력 화상에서 각각 및 모든 화소값에 대해 반복된다.
2D 샤프닝 필터(2700)는 입력 화상에서 각 화소값을 감함으로서 고역 화상을 발생한다. 감산 동작은 가산기(2710)에 의해 나타내어진다. 이러한 감산 동작의 결과로서 발생된 고역 화상은 입력 화상으로부터 고주파 화상 데이터를 포함한다.
또한, 2D 샤프닝 필터(2700)는 화상 콘트라스트 측정치(2715)를 생성한다. 콘트라스트 측정치(2715)는 입력 화상의 각 행을 따라 인접한 화소값들 사이의 차를 계산함으로써 발생된다. 콘트라스트(2715)는 모든 차이값들을 합산함으로써 유도된다. 예를 들어, 흰색 모두 또는 검정색 입력 화상 모두(즉, 거의 독점적인 저주파 성분을 포함하는 입력 화상)는 매우 낮은 콘트라스트를 초래할 것이다. 그러나, 장기판형 패턴을 반영하는 입력 화상[여기에서 모든 다른 화소가 선택적으로 검정 및 희색(즉, 크고 높은 주파수 내용을 포함하는 입력 화상)임]이 매우 큰 콘트라스트 화상을 초래할 것이다.
그런 다음, 2D 샤프닝 필터(2700)는 고역 화상(2725)의 이득 레벨 GH에 대한 저역 화상(2720)의 이득 레벨 GL, 을 조정하거나 또는 거꾸로 이득 레벨을 조정한다. 낮은 콘트라스트 측정치를 이용하는 입력 화상은 일반적으로 비교적 낮은 신호 대 잡음비(SNR)를 나타낸다. 고주파 잡음에 매입된 화상 항목을 강조하기 위하여, 비 GL/GH는 증가될 것이다. 이러한 것은 신호의 이득 레벨을 올리고 잡음의 이득 레벨을 낮추는 효과를 가져온다. 조정된 이득 레벨 GL 및 GH는 각각 저역 화상 및 고역 화상 내의 각 화소로 인가된다. 높은 콘트라스트 측정치로 이용하는 입력 화상은 일반적으로 더 높은 SNR을 나타낸다. 화질을 향상시키기 위하여, GL/GH 비가 감소된다. 이러한 것은 입력 화상 내에 이미 존재하는 고주파 신호를 더욱 강조하는 효과를 가져온다. 다시, 조정된 이득 레벨 GL 및 GH는 저역 화상내의 각 화소 및 고역 화상 내의 각 화소에 각각 인가된다. 매우 낮은 콘트라스트 측정치 극단과 매우 높은 대조 측정 극단사이의 콘트라스트 측정치를 갖는 입력 화상에 대해, GL/GH 비의 조정은 콘트라스트 측정치와 이득 레벨사이의 관계를 설정하는 다항식 곡선에 기초된다. 본 발명의 양호한 실시예에서, GL/GH 비를 조정하기 위해 사용된 다항식 곡선은 룩업 테이블을 통해 구현된다. 그러나, 본 기술에 숙련된 자는 다항식 곡선이 수학식을 통해 용이하게 구현될 수 있다는 것을 즉시 이해할 것이다.
그런 다음, 2D 샤프닝 필터는 지금 조정된 고역 화상 내의 대응하는 화소와 함께 지금 조정된 저역 화상 내의 각 화소를 더함으로써 강조된 화상을 생성한다. 추가 동작은 가산기(2730)에 의해 재표시된다.
본 발명에 의해 사용된 제2 화상 처리 기능은 쌍일차 보간이다. 쌍일차 보간은 화상을 수평적 수직적으로 시프트하기 위하여 사용된다. 화상을 회전하기 위하여 그리고 전자 줌을 제공하기 위하여 사용된다. 쌍일차 보간은 일반적으로 본 기술에서 잘 공지된다.
본 발명에 사용된 제3 화상 기능은 동적 범위 제어 기능(2615)이다. 이전 기술 시스템에서, LANTIRN과 같은 적응성 비선형 매핑은 IR 화상을 강조하기 위해 사용된다. 비선형 매핑 계획은 중간 크기에서 중심이 있는 가우시안 분포이거나 플랫 분포를 사용한다. 그러나, 대부분 "눈에 만족스러움(eye-pleasing)" 밀도 분배는 힌색 상에 검정색을 강조하는 것으로 보여진다. 인가의 눈은 회색 레벨에서 변하는 것에 대해 더 민감하다. 따라서, 중간 크기에서 중심이 있는 플랫 분포 및 가우시안 분포는 대부분 일반적으로 "눈에 만족스러움"을 생성하지 못한다.
반대로, 본 발명이 화소 화상 데이터 당 12비트를 처리함에 따라 히스토그램 분포의 중심은 도 28에 도시된 바와 같이 중간 크기에서 중심되어지지 않는다. 대신에, 본 발명은 레일리 분포를 사용한다. 레일리 분포의 중심은 더 어두운 강도를 강조하기 위하여 더 밝은 강도를 강조하기 위하여 히스토그램의 동적 범위 중 한 단으로 시프트된다(즉, 포화를 줄이기 위하여).
본 발명은 표준 화소 당 8비트, RS-170 비디오 디스플레이 장치를 권장하기 위하여 화소 IR 화상(4096 양자값)당 12비트를 화소(256 양자값) 화상으로 재매핑한다. 재매핑 처리에 의해 야기된 화상 해상도를 실제적으로 줄이기 위하여, 본 발명은 룩업 테이블을 사용하여 비균일한 방법으로 12비트 화상을 1비트 화상으로 재매핑한다. 도 29에 도시된 바와 같이, 본 발명은 특히, 고농도의 화상 데이터가 있는 동적 범위의 이들 부분에서 12비트 화상 분포의 확실한 영역을 넘어 1:1 매핑 계획, 및 화상 해상도의 고레벨을 유지한다. 동시에, 본 발명은 화상 데이터가 덜 집중되는 동적 범위의 다른 부분에 대해 화상 해상도 레벨을 감소시킨다. 이것은 화소 표시 장치마다 8비트씩 부과되는 제한에도 불구하고 전체 화상 해상도를 최대화시키는 효과를 갖는다.
다른 제4 화상 처리 기능은 부화소 디더링 기능이다. 본 발명에서, FPA(2630)은 512×512 주시(staring) 어레이이다. 그러나, 주시 어레이 중 단지 480×480 부분만이 IR 화상을 발생시키는데 사용되는데, 왜냐하면 표준 RS-170 표시 장치가 화상 데이터의 단지 480 라인을 주사할 수 있기 때문이다. 어떤 경우에는, FPA(2630)은 어레이의 훨씬 작은 부분이 판독되는 것을 가능하게 하는 윈도잉 모드를 갖는다. 예를 들어, 240×240 화상은 480×480 화상을 판독하는데 필요한 시간량의 약 1/4내에서 판독될 수 있다. FPA 능력과 FSM(415)의 장점을 갖고 있는 본 발명은 2× 강조된 화상 모드를 제공한다. 보다 특정적으로, RS-170 비디오를 생성하는데 있어서, 본 발명은 횡방향 그리고 아래로 내려가는 방향으로 중심-중심 검출기 간격의 1/2로 FPA의 LOS를 디더링하는데 FSM 415를 사용하여, 240×240 화상에 기초하는 강조된 480×480 화상을 달성한다.
RS-170 비디오 데이터를 생성하기 위해 화상 데이터를 인터레이싱하기 위한 종래의 방법은 전형적으로 화상의 손실을 일으킨다. 예를 들어, 도 30에 도시된 것과 같은 한가지 이러한 기술은 "홀수" 비디오 필드를 생성하기 위해 짝수번째 검출기 행을 폐기하고, "홀수"번째 검출기 행은 "짝수" 비디오 필드를 생성하는데 있어서 폐기된다. 이 기술은 화상 데이터의 반이 폐기되기 때문에 감지 감도의 손실을 일으킨다. 또 하나의 종래의 기술은 "짝수" 및 "홀수" 비디오 필드를 생성하기 위해, 도 31에 도시된 것과 같이, 행을 평균하는 것을 포함한다. 이 기술은 수직 해상도의 손실을 일으킨다.
본 발명에서, FPA 2630은 도 32에 도시된 240×240 화상을 사용하고, 도 33에 도시된 것과 같이, 위치 1a, 2a, . . .240a에서 화상을 통합한다. 제1 단계 명령은 다음에 FSM 415를 위한 기존의 피드백 제어 명령에 부가된다. 이 단계 명령은 FSM 415로 하여금 FPA 2630의 LOS를 중심-중심 검출기 간격의 1/2만큼 우측으로 디더링하게 한다. 이것은 도 33에 도시된 것과 같이, 위치 1b, 2b, . . .240b에서의 화소값에 기초하는 새로운 240×240 화상을 발생시킨다. 이 화상은 통합되고 위치 1b, 2b, . . .240b에서의 화소값은 초기 240×240 화상으로부터 위치 1a, 2a, . . .240a에서의 화소값으로 인터리브되어, 제1의 240(수직)×480(수평) 화상을 산출한다. 이 제1 240×480 화상은 "홀수" 비디오 필드를 나타낸다.
제2 단계 명령은 FSM(415)로 하여금 FPA(2630)의 LOS를 중심-중심 검출기 간격의 1/2만큼 좌측으로 디더링하고 중심-중심 검출기 간격의 1/2만큼 아래로 디더링하게 하여, FPA의 LOS는 이제 도 33에 도시된 것과 같이, 위치 1c, 2c, . . . 240c에 있게 된다. 이 화상을 통합한 이후에, 또 다른 단계 명령은 FSM(415)로 하여금 FPA(2630)의 LOS를 중심-중심 검출기 간격의 1/2만큼 우측으로 다시 한번 디더링하게 하여, FPA(2630)의 LOS는 도 33에 도시된 바와 같이, 위치 1d, 2d, . . .240d에 있게 된다. 이 화상은 이제 통합되고 위치 1d, 2d, . . .240d에서의 화소값은 위치 1c, 2c, . . .240c에서의 화소값으로 인터리브되어, 제2의 240(수직)×480(수평) 화상을 산출한다. 이 제2의 240×480 화상은 "짝수" 비디오 필드를 나타낸다. "홀수" 및 "짝수" 비디오 필드는 다음에 인터리브되어, 원래의 240×240 화상의 480×480의 강조된 화상을 산출한다. 본 기술에 숙련된 자는 강조된 화상이 원래의 240×240 윈도우의 2× 강조된 화상이라는 것을 용이하게 이해할 것이다.
FLIR 포커싱 처리와 같은 다른 화상 처리 기능은 상술한 FLIR-레이저 조준과 같은 그러한 서브시스템을 지원한다. 도 11을 다시 참조하면, 조준 레티클 패턴(1100)은 많은 장기판형 패턴을 포함한다. 3개의 2085 마이크로라디안 패턴은 WFOV에 대한 FLIR 포커싱 공정과 연관되며, 4개의 작은 700 마이크로라디안 패턴은 NFOV에 대한 FLIR 포커싱 공정과 연관된다. 도 12에서 확인된 WFOV 및 NFOV 포커싱 공정 동안, BSM내의 IR 소스(1015)는 대응된 장기판형 패턴으로 FPA(2630)을 조명한다. FPA(2630) 상에 조명된 장기판형 무늬의 폭은 검출기 소자의 폭보다 작아야 하며(즉, 무늬-무늬 간격은 화소-화소 간격보다 작아야 함), 당업자에게 공지된 것처럼 장기판형 패턴과 화소 사이는 랜덤 위상 관계가 있다. FLIR 포커싱 렌즈가 조절될 때마다 장기판형 패턴에 의해 조명된 이들 화소의 값들을 기준으로 다수의 콘트라스트 측정이 수행된다. 최적의 결과를 가져오는 FLIR 포커싱 렌즈의 위치는 최고 콘트라스트 측정에 대응한다. FLIR 포커싱 공정은 아래에 상세히 설명된다.
도 34는 FLIR 포커싱 공정의 상세 단계를 도시하는 흐름도이다. 상술한 것처럼 FLIR 포커싱 공정(즉, NFOV 또는 WFOV FLIR 포커싱 공정)은 IR 소스(1015)가 블록(3405)에 도시된 것처럼 대응 장기판형 패턴으로 FPA(2630)를 조명할 때 시작한다. 장기판형 패턴에 의해 조명된 이들 화소에 대한 화소값은 블록(3410)에 의해 도시된 것처럼 기록된다. 콘트라스트 측정이 블록(3415)로 도시된 것처럼 상술한 화소 값을 이용하여 최대 기록 화소값과 최소 기록 화소값 사이의 차이를 계산함에 의해 계산된다. FLIR 포커싱 렌즈는 블록(3420)에 도시된 것처럼 증가 방식으로 변조(즉, 변환)된다. 추가 콘트라스트 측정이 필요한 경우, 판단 블록(3425)에서의 "예" 경로에 따라, 추가 화소 값이 기록되고, 추가 콘트라스트 측정이 계산된다. 그러나, 추가 콘트라스트 측정이 필요하지 않다면, 판단 블록(3425)의 "아니오" 경로에 따라, 변조 데이터는 블록(3430)으로 도시된 것처럼, 좌표 기입(즉, 콘트라스트 측정 대 FLIR 포커싱 렌즈 위치)되고, 변조 데이터 포인트는 블록(3435)로 도시된 것처럼, 최적 다항식 곡선에 의해 접속된다. 다음으로 블록(3435)로 도시된 것처럼, 최대 변조 포인트가 결정(즉, 다항식 곡선의 최대치)되는데, 최대 변조 포인트는 최적 FLIR 화상 포커스에 대응하는 FLIR 렌즈 위치를 표시한다.
이러한 처리는 명백하고 더욱 가시적으로 정확한 화상을 제공할 뿐만 아니라 더욱 엄밀한 조준 처리를 촉진하고, 궁극적으로는 더욱 엄밀한 FLIR-레이저 LOS를 제공한다. 또한, 상술한 것처럼, 장기판형 패턴과 화소 사이의 랜덤 위상 관계가 없다면, 기록된 화소값들은 장기판형 패턴에 대한 고정된 에일리어스(alias)를 반영할 것이고, FLIR 포커싱 렌즈를 변조함은 기록된 화소값의 콘트라스트 레벨에 영향을 주지 않는다.
본 발명은 양호한 실시예를 참조로 설명된다. 그러나, 당업자에게는 상술한 것과는 다른 특정 형태로 본 발명을 구현하는 것이 가능하며, 이는 본 발명의 기술 사상으로부터 벗어나지 않고 가능하다. 상술한 양호한 실시예는 단지 예를 든 것 뿐으로, 어떠한 경우라도 제약적으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 범위는 상술한 설명보다는 첨부된 특허 청구 범위에 의해 주어지고, 청구 범위내에 해당하는 모든 변형물 및 균등물은 그 안에 포함되는 것이다.
도 1은 레이저 과잉(overspill)의 개념을 도시한 도면.
도 2는 레이저 과잉에 기인한 범위 측정 오류의 개념을 도시한 도면.
도 3은 종래 기술에 따른 FLIR/레이저 시스템의 광학적 설계를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 양호한 실시예의 광전기 서브 시스템을 도시한 도면.
도 5a는 NFOV 모드에서 FLIR 릴레이/FOV 어셈블리의 광학적 구조를 도시한 도면.
도 5b는 WFOV 모드에서 FLIR 릴레이/FOV 어셈블리의 광학적 구조를 도시한 도면.
도 6은 레이저 보상기 유닛에서 레이저 에너지의 편광을 도시한 도면.
도 7은 LOS/서보 서브 시스템의 블록도.
도 8은 피치/요 짐블 어셈블리에서 통상의 피치/요 어포컬 및 짐블 미러의 광학적 구조를 도시한 도면.
도 9은 빠른 조향 미러 어셈블리를 도시한 도면.
도 10은 조준 모듈을 도시한 도면.
도 11은 조준 레티클 패턴을 도시한 도면.
도 12는 조준 프로세스의 블록도.
도 13은 레이저 스팟을 정렬하기 위해 사용된 조준 레티클 패턴부를 도시한 도면.
도 14a 내지 14f는 레이저 스팟을 정렬하기 위해 사용된 그리드 패턴을 도시한 도면.
도 15는 결합된 LST/LRR을 사용하는 본 발명의 대체 실시예를 도시한 도면.
도 16은 결합된 LST/LRR을 도시한 도면.
도 17은 분할된 윈도우를 도시한 도면.
도 18은 종래 기술에 따른 EMI 그리드가 사용될 때 FLIR 화상과 간섭하는 전형적인 가공 에너지를 도시한 도면.
도 19는 본 발명에 따라서 EMI 그리드의 양호 실시예의 양호한 실시예를 도시한 도면.
도 20은 중상 모터, PWM 증폭기 서보 시스템의 다이어그램.
도 21은 중상 모터, PWM 증폭기 서보 결함 차단 프로세스를 묘사하는 플로우챠트.
도 22는 3상 모터, PWM 증폭기 서보 시스템의 다이어그램.
도 23a 및 23b는 3상 모터, PWM 증폭기 서보 결함 차단 프로세스를 묘사하는 플로우챠트들.
도 24는 단상 모터, 선형 증폭기 서보 시스템의 다이어그램.
도 25는 단상 모터, 선형 증폭기 결함 차단 프로세스를 묘사하는 플로우챠트.
도 26은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 신호 처리 기능을 도시하는 블록도.
도 27은 민감한 2D 샤프닝 필터를 도시한 도면.
도 28은 상대적으로 어두운 강도들을 강조하기 위해 화소 화상 데이터의 동적 범위를 상대적으로 밝은 강도에 대해 재매핑하는 처리를 도시하는 도면.
도 29는 비균일한 동적 범위 재매핑 구조를 도시하는 도면.
도 30은 종래 기술에 따라서 짝 비디오 필드 및 홀 비디오 필드를 생성하는 방법을 도시한 도면.
도 31은 종래 기술에 따라서 짝 비디오 필드 및 홀 비디오 필드를 생성하는 방법을 도시한 도면.
도 32는 더 큰 디지털 화상 내의 240 × 240 화소 윈도우를 도시한 도면.
도 33은 본 발명의 양호한 실시예에 따라서 짝 비디오 필드 및 홀 비디오 필드를 생성하는 방법을 도시한 도면.
도 34는 FLIR 화상을 포커싱하는 방법을 도시한 플로우챠트.

Claims (20)

  1. 레티클 패턴을 이용하여 제1 광원으로부터의 제1 복사선과 제2 광원으로부터의 제2 복사선을 정렬시키는 방법으로서,
    상기 제1 복사선을 상기 레티클 패턴에 있는 다수의 개구들 - 상기 다수의 개구들은 중앙에 위치한 개구와 방사상으로 떨어져 있음 - 과 정렬시키는 단계;
    상기 제2 복사선을, 상기 레티클 패턴의 방사상 개구 -상기 방사상 개구는 상기 중앙에 위치한 개구를 향하여 방사상으로 내측으로 돌출된 측면 에지를 가짐- 를 통하여 투사시키는 단계;
    상기 제2 복사선의 경로가 상기 방사상 개구의 측면 에지와 일치할 때까지 상기 제2 복사선의 경로를 병진시키는 단계; 및
    상기 경로를 상기 측면 에지를 따라 상기 중앙에 위치한 개구를 향하여 병진시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경로를 다수의 그리드 위치에 따라 병진시키는 단계; 및
    상기 경로를 상기 중앙에 위치한 개구를 통과하는 에너지의 검출량이 피크가 되는 그리드 위치에 따라 정렬하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 복사선이 적외선인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 복사선이 레이저 광선인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 복사선이 통과하는 다수의 개구들은 상기 중앙에 위치한 개구로부터 동일한 거리에 위치하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 전방 감시 적외선(FLIR)/레이저 기반의 광학적 영상 시스템에서 적외선 조준선(LOS)을 레이저 LOS와 정렬하는 방법으로서,
    적외선 에너지원으로부터의 적외선(IR) 에너지를 레티클 패턴을 통하여 포커스면 어레이 상에 투사시키는 단계;
    상기 적외선 LOS를 상기 레티클 패턴의 다수의 주변 개구들 -상기 주변 개구들은 중앙에 위치한 개구로부터 동일한 거리에 위치함- 을 통과하는 적외선의 에너지가 최대량이 되도록 정렬시키는 단계;
    레이저 전송기로부터의 레이저 에너지를 상기 레티클 패턴에서 다수의 쐐기(wedge) 형상의 개구들 - 상기 쐐기 형상의 개구들 각각은 상기 중앙에 위치한 개구를 향하여 방사상으로 내측으로 돌출된 측면 에지를 가짐 - 중 하나의 개구를 통하여 투사시키는 단계;
    상기 레이저 LOS를 상기 레이저 LOS가 하나의 측면 에지와 일치할 때까지 병진시키는 단계;
    상기 레이저 LOS를 상기 측면 에지를 따라 상기 중앙에 위치한 개구를 향하여 병진시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 레이저 LOS를 다수의 그리드 위치에 따라 병진시키는 단계, 및
    상기 중앙에 위치한 개구를 통해 레이저 에너지의 검출량이 피크가 되는 그리드 위치에 따라 상기 레이저 LOS를 정렬시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 IR 에너지를 포커싱하는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 IR 에너지를 포커싱하는 단계는,
    IR 에너지를 상기 레티클 패턴의 정방형 개구들의 어레이를 통해 투사하여, 고주파 테스트 패턴이 상기 포커스면 어레이에 나타나도록 하는 단계,
    IR 에너지 광학 포커스 소자를 복수회 조정하는 단계,
    상기 광학 포커스 소자를 조정한 후 마다 상기 고주파 테스트 패턴에 대한 콘트라스트 측정치를 생성하는 단계, 및
    피크 콘트라스트 측정치의 함수로서 상기 IR 에너지를 포커싱하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 고주파 테스트 패턴은 명암의 정방형이 서로 교대로 배열된 어레이를 포함하는 장기판형 패턴인 방법.
  11. 적어도 2개의 에너지원을 사용하는 광학 시스템에서 제1 에너지원을 제2 에너지원과 정렬시키기 위한 장치로서,
    레티클 패턴의 다수의 개구가 중앙에 위치한 개구와 동일한 거리만큼 떨어져 있도록 상기 제1 에너지원을 상기 레티클 패턴의 다수의 개구에 정렬시키는 수단,
    상기 제2 에너지원으로부터의 에너지를 상기 레티클 패턴의 개구를 통해 투사하기 위한 수단 - 상기 개구는 상기 중앙에 위치한 개구를 향해 방사상으로 내측으로 돌출된 측면 에지들을 가짐 -,
    상기 제2 에너지원으로부터의 에너지를 측면 에지와 일치될 때까지 병진시키기 위한 수단, 및
    상기 에너지를 상기 측면 에지를 따라 상기 중앙에 위치한 개구를 향해 병진시키기 위한 수단을 포함하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 에너지의 경로를 다수의 그리드 위치에 따라 병진시키기 위한 수단, 및
    상기 중앙에 위치한 개구를 통해 에너지 검출량이 피크가 되는 그리드 위치에 따라 상기 경로를 정렬시키기 위한 수단을 더 포함하는 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제1 에너지원은 적외선 에너지원인 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제2 에너지원은 레이저 전송기인 장치.
  15. 전방 감시 적외선(FLIR)/레이저 기반의 광학 영상 시스템에서 IR 조준선 (LOS)과 레이저 LOS를 조준하기 위한 장치로서,
    적외선(IR) 에너지를 레티클 패턴을 통해 포커스면 어레이에 투사하기 위한 IR 에너지원 수단,
    최대량의 IR 에너지가 상기 레티클 패턴의 다수의 주변 개구 - 상기 주변 개구들은 중앙에 위치한 개구로부터 동일한 거리 만큼 떨어져 있음 - 를 통과할 수 있도록 상기 IR LOS를 정렬시키기 위한 IR 광학 수단,
    레이저 에너지를 상기 레티클 패턴의 다수의 쐐기형 개구 - 상기 쐐기형 개구들 각각은 상기 중앙에 위치한 개구를 향해 내측 방사 방향으로 돌출된 측면 에지들을 가짐 - 중 하나의 개구를 통해 투사시키기 위한 레이저 전송기 수단,
    상기 레이저 LOS가 측면 에지와 일치될 때까지 상기 레이저 LOS를 병진시키기 위한 레이저 광학 수단, 및
    상기 레이저 LOS를 상기 측면 에지를 따라 상기 중앙에 위치한 개구를 향해 병진시키기 위한 레이저 광학 수단을 포함하는 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 레이저 LOS가 상기 하나의 쐐기형 개구의 내측 에지와 일치될 때까지 상기 레이저 LOS를 상기 측면 에지를 따라 병진시키기 위한 제1 레이저 광학장치,
    상기 레이저 LOS를 다수의 그리드 위치에 따라 병진시키기 위한 제2 레이저 광학장치, 및
    상기 중앙에 위치한 개구를 통해 레이저 에너지 검출량이 피크가 되는 그리드 위치에 따라 상기 레이저 LOS를 정렬시키기 위한 수단을 더 포함하는 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 레이저 LOS를 병진시키기 위한 레이저 광학 수단은 한쌍의 리슬리(Risley) 프리즘을 포함하는 장치.
  18. 제15항에 있어서, 상기 IR 에너지를 포커싱하기 위한 수단을 더 포함하는 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 IR 에너지를 포커싱하기 위한 수단은,
    IR 에너지를 상기 레티클 패턴의 정방형 개구들의 어레이를 통해 투사하여 고주파 테스트 패턴이 상기 포커스면 어레이에 나타나도록 하기 위한 IR 에너지원 수단,
    IR 에너지 광학 포커스 소자를 복수회 조정하기 위한 수단,
    상기 광학 포커스 소자를 조정한 후 마다 상기 고주파 테스트 패턴에 대한 콘트라스트 측정치를 생성하기 위한 수단, 및
    피크 콘트라스트 측정치의 함수로서 상기 IR 에너지를 포커싱하기 위한 수단을 포함하는 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 고주파 테스트 패턴은 명암의 정방형이 서로 교대로 배열된 어레이를 포함하는 장기판형 패턴인 장치.
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