KR100900899B1 - 소화기 사격통제용 복합광학계 - Google Patents

소화기 사격통제용 복합광학계 Download PDF

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윤주홍
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Abstract

본 발명은 개인 소화기(小火器)의 사격통제장치용 복합광학계에 관한 것으로, 표적으로부터 반사된 근적외선 레이저를 사용하는 레이저수신렌즈계와 표적으로부터의 원적외선을 사용하는 열상렌즈계가 복합되며, 상기 레이저 수신렌즈계 및 상기 열상렌즈계는 제1대물렌즈가 포함된 제1광경로를 공통으로 사용할 수 있게 구성되는 제1복합광학계; 및 표적의 가시광선을 사용하는 주간렌즈계와 상기 근적외선 레이저를 송신하는 레이저 송신렌즈계가 복합되며, 상기 주간렌즈계 및 레이저 송신렌즈계는 제2대물렌즈가 포함된 제2광경로를 공통으로 사용할 수 있게 구성되는 제2복합광학계를 포함한다. 이에 의하여, 사격통제장치의 전체적인 부피와 무게를 획기적으로 줄일 수 있고, 2 개의 대물렌즈만이 외부로 노출되는 것이므로 소요되는 렌즈 또는 부품을 절약할 수 있으며, 장비의 손상 가능성이 줄어들게 되고 내구연한도 길어질 수 있다. 나아가 이러한 복합광학계는 소화기에 적용되는 사격통제장비나 조준경의 거리측정기 및 광축 이외의 레이저 조준점이 필요한 장비분야에 널리 적용될 수 있다.
소화기, 사격통제, 조준, 레이저

Description

소화기 사격통제용 복합광학계{COMPLEX OPTICAL SYSTEM FOR SCOPE OF PERSONAL WEAPONS}
본 발명은 개인 소화기(小火器)의 사격통제장치용 복합광학계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 주간렌즈계와 열상렌즈계 및 레이저거리측정기의 송수신렌즈계가 하나의 시스템 내에 복합된 사격통제장치용 복합광학계에 관한 것이다.
일반적으로 사격통제장치의 광학장치는 원거리 목표물을 조준하고 거리를 측정함으로써 탄에 맞는 탄도 궤적을 계산하여 탄이 정확히 목표물을 타격할 수 있도록 주간 및 야간 망원렌즈계와 레이저 거리측정기의 레이저 송수신 렌즈계로 구성된다. 이외에도 사격통제장치에는 장비의 상황이나 문자, 조준점 등을 전시하기 위하여 별도의 전시기가 장착된다.
전통적인 개인 소화기가 화기의 역할이 강조되었다면 미래전에서는 위와같은 사격통제장치를 탑재함으로써 다양한 환경조건에서도 사용될 수 있도록 하면서도 성능을 극대화시키는 것이 관건이다.
항공기나 함정, 전차 등에 장착되는 사격통제장치는 소화기 또는 개인 휴대용 무기 체계에 비하여 무게나 크기 제약을 비교적 덜 받으므로 주간렌즈계, 야간 렌즈계, 레이저 송수신 렌즈계를 각각 독립적으로 구성하였다. 즉, 4개의 렌즈계가 하나의 장치 내에서 독립적으로 구성되는 형태가 된다. 또한, 전시기는 광학장비의 외부에 별도로 마련하여 장비 운용 상황 및 문자, 조준점 등을 전시하였다.
그에 비하여 소화기 또는 개인 휴대용 장비에 적용하는 사격통제장치는 사람이 직접 휴대하고 사용해야 하는 장비이므로, 크기 및 무게에 대한 제약조건이 크다. 따라서, 기존의 설계의 효율성 및 독립성을 보장하는 방식으로 4개의 렌즈계를 독립적으로 구성한다면 제약조건을 만족시킬 수 없게 된다.
이를 위하여, 소형·경량화된 광학계가 활발히 연구되었으나 공통 광학계 개발로 인한 광효율 저하 및 정렬 문제, 광학 배치의 어려움 등으로 인하여 그 기술의 필요성에도 불구하고 실제적인 성과를 거두지는 못하였다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 독립적으로 운용되었던 주간렌즈계, 열상렌즈계, 레이저 거리측정장비, 전시기를 하나의 시스템에 동시에 포함되도록 하고, 이를 개인용 소화기에 적합하도록 소형, 경량화된 복합광학계를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 표적으로부터 반사된 근적외선 레이저를 사용하는 레이저수신렌즈계와 표적으로부터의 원적외선을 사용하는 열상렌즈계가 복합되며, 상기 레이저 수신렌즈계 및 상기 열상렌즈계는 제1대물렌즈가 포함된 제1광경로를 공통으로 사용할 수 있게 구성되는 제1복합광학계; 및 표적의 가시광선을 사용하는 주간렌즈계와 상기 근적외선 레이저를 송신하는 레이저 송신렌즈계가 복합되며, 상기 주간렌즈계 및 레이저 송신렌즈계는 제2대물렌즈가 포함된 제2광경로를 공통으로 사용할 수 있게 구성되는 제2복합광학계를 포함하는 소화기 사격통제용 복합광학계를 개시한다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제1복합광학계는 상기 제1대물렌즈를 통과하는 원적외선과 근적외선을 분리시킬 수 있도록 형성되는 제1대역분리렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제1대역분리렌즈는 상기 원적외선을 투과시키고 근적외선은 반사시킬 수 있도록 게르마늄(Ge) 계열의 평판 렌즈로 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제1대역분리렌즈는 반사된 상기 근적외선이 상기 제2복합광학계의 광경로와 교차한 후 레이저 수신센서에 도달하도록 배치될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 레이저 수신센서는 상기 제2대물렌즈에 인접된 공간에 배치될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제1대물렌즈는 상기 원적외선과 근적외선을 모두 통과시킬 수 있게 갈륨비소(GaAs) 계열로 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제2복합광학계는 상기 제2대물렌즈를 통과한 가시광선을 투과시키고, 레이저 광원부로부터 출력된 근적외선을 상기 제2대물렌즈 방향으로 반사시키는 제2대역분리렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 레이저 광원부로부터 출력된 근적외선은 빔확장기와, 반사경, 및 음의 굴절력을 갖는 렌즈군을 순차적으로 경유하여 상기 제2대역분리렌즈로 도달할 수 있게 구성될 수 있다.
본 발명은 또한, 하우징으로부터 노출되는 제1대물렌즈와 제2대물렌즈; 표적으로부터 반사된 근적외선 레이저를 사용하는 레이저수신렌즈계와 표적으로부터의 원적외선을 사용하는 열상렌즈계가 복합되며, 상기 레이저 수신렌즈계 및 상기 열상렌즈계는 상기 제1대물렌즈가 포함된 제1광경로를 공통으로 사용할 수 있게 구성되는 제1복합광학계; 및 표적의 가시광선을 사용하는 주간렌즈계와 상기 근적외선 레이저를 송신하는 레이저 송신렌즈계가 복합되며, 상기 주간렌즈계 및 레이저 송신렌즈계는 상기 제2대물렌즈가 포함된 제2광경로를 공통으로 사용할 수 있게 구성되는 제1복합광학계를 포함하는 소화기 사격통제장치를 개시한다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 하우징 내에 전시기가 포함될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명과 관련된 소화기 사격통제장치용 복합광학계에 의하면, 장치 내에서 광경로가 상대적으로 짧은 열상렌즈계와 레이저 수신렌즈계의 광경로를 공통시키는 한편, 레이저빔을 정렬시키기 위해 광축상에 렌즈군이 소요되어 상대적으로 광경로가 긴 주간렌즈계와 레이저 송신렌즈계를 공통시킴으로써 사격통제장치의 전체적인 부피와 무게를 획기적으로 줄일 수 있다.
두 개의 대물렌즈만이 외부로 노출되는 것이므로 소요되는 렌즈 또는 부품을 절약할 수 있으며, 장비의 손상 가능성이 줄어들게 되고 내구연한도 길어질 수 있다.
나아가 이러한 복합광학계는 소화기에 적용되는 사격통제장비나 조준경의 거리측정기 및 광축 이외의 레이저 조준점이 필요한 장비분야에 널리 적용될 수 있다.
이하, 본 발명과 관련된 소화기 사격통제용 복합광학계를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명과 관련된 소화기 사격통제장치의 전체 구성을 개략적으로 보인 개념도이고, 도 2는 도 1의 장치에 포함된 제1복합광학계를 분리하여 보인 개념 도이고, 도 3은 도 1의 장치에 포함된 제2복합광학계를 분리하여 보인 개념도이다.
도 1에 도시된 것과 같이, 소화기 사격통제장치는 제1복합광학계(20)와 제2복합광학계(50)로 구성된 사격통제용 복합광학계(10)가 전시기(80)와 함께 하나의 하우징(1) 내에 수용되어 있는 구성으로 되어 있다.
보다 상세히 설명하면, 복합광학계(10)는 전체적으로 4개의 렌즈계(30,40,60,70), 즉, 열상렌즈계(30), 레이저 수신렌즈계(40), 레이저 송신렌즈계(60), 및 주간렌즈계(70)를 포함하고 있다. 이중 레이저 수신렌즈계(40)와 열상렌즈계(30)가 복합되어 제2복합광학계(50)를 이루고, 주간렌즈계(70)와 레이저 송신렌즈계(60)가 복합되어 제2복합광학계(50)를 이루고 있다. 이들 4개의 렌즈계(30,40,60,70)는 기능적으로는 상호 독립되어 있으나 장치면에 있어서는 일부 요소들을 공유함으로써 전체 장치의 부피와 무게를 효과적으로 줄이고 있다.
열상렌즈계(30)는 표적으로부터의 원적외선(8~12㎛)을 이용하여 영상을 생성한다. 레이저 송수신렌즈계(60,40)는 표적에 출력하여 반사된 근적외선 레이저(0.7~1.5㎛)를 이용하여 표적에 대한 거리를 측정한다. 그리고, 주간렌즈계(70)는 표적으로부터의 가시광선(0.45~0.7㎛)을 이용하여 영상을 생성한다.
열상렌즈계(30)와 레이저 수신렌즈계(40)는 센서를 이용하여 원적외선과 근적외선을 감지하는 방식이므로 하우징(1) 내에서의 광경로를 상대적으로 짧게 구현할 수 있다. 한편, 레이저 수신렌즈계(40)는 렌즈를 통과하는 길이가 짧을수록 노이즈의 영향을 덜 받는 특성이 있다. 따라서, 레이저 수신렌즈계(40)는 광경로가 접안렌즈(71)까지 이르는 주간렌즈계(70)보다는 열상렌즈계(30)와 복합시키는 것이 효율을 증대시킬 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 열상렌즈계(30)와 레이저 수신렌즈계(40)는 제1대물렌즈(33)를 포함하는 제1광경로(L1)를 공통으로 사용한다. 제1대물렌즈(33)는 원적외선과 근적외선의 파장대역을 모두 통과시킬 수 있는 재질로 구성될 수 있으며, 본 실시예에서는 갈륨비소(GaAs) 계열이 사용되었다.
제1대물렌즈(33)를 통과한 원적외선과 근적외선은 제1대역분리렌즈(42)에 의하여 분리된다. 제1대역분리렌즈(42)는 원적외선을 투과시키는 한편 근적외선은 반사킬 수 있도록 게르마늄(Ge) 계열의 평판 렌즈로 형성된다. 이러한 게르마늄 계열의 제1대역분리렌즈(42)에 의하여 원적외선과 근적외선을 90% 이상의 효율로 분리시킬 수 있다. 결과적으로 공통광학계를 사용함에도 광 효율적인 측면에서 성능저하 가능성 문제를 극복할 수 있다.
제1대역분리렌즈(42)를 투과한 원적외선은 다시 Ge 렌즈(32)를 통하여 노이즈를 제거한 뒤 열상센서(31)로 입사된다.
반면, 도 1과 같이, 제1대역분리렌즈(42)로부터 반사된 근적외선 레이저는 주간렌즈계(70)를 수직으로 교차한 뒤 레이저 수신센서(41)에 도달되도록 구성되어 있다. 이렇게 레이저 수신렌즈계(40)가 열상렌즈계(30)와 광경로를 같이 하면서도 제2복합광학계(50)의 공간을 활용하는 것이므로, 부품 배치를 위한 공간의 확보를 용이하게 하고, 장치 전체의 부피를 효과적으로 줄일 수 있게 된다. 도 1에서는 레이저 수신센서(41)를 제2대물렌즈(73)에 인접된 빈 공간에 배치시킴으로써, 공간 활용을 극대화하여 사격통제장치의 전체적인 높이를 포함하여 전체적인 크기 및 부 피를 획기적으로 줄일 수 있으며 바닥면 등의 남는 공간을 활용할 수 있음을 보이고 있다. 이외에도 레이저 수신센서(41)는 주간렌즈계(70) 상의 다른 공간으로 배치되는 것도 가능하다.
제2복합광학계(50)를 이루는 주간렌즈계(70)와 레이저 송신렌즈계(60)는 제2대물렌즈(73)를 포함하는 제2광경로(L2)를 공통으로 사용한다. 제2대물렌즈(73)를 통과한 가시광선과 레이저 광원부(61)로부터 출력된 근적외선 레이저를 분리시킬 수 있도록 제2광경로(L2)의 끝단에는 제2대역분리렌즈(66)가 장착된다. 제2대역분리렌즈(66)는 근적외선 레이저는 반사시키고 가시광선은 투과시킬 수 있는 재질로 형성된다.
제2대물렌즈(73)를 통과한 가시광선은 제2대역분리렌즈(66)를 통과한 후, 조준을 위한 그리드를 형성하는 망선(82), 광속분리기(81), 릴레이 렌즈(72) 및 접안렌즈(71)를 순차적으로 통과한 후 눈에 도달하게 된다.
전시기(80)는 열상센서(31)에 의하여 생성된 영상과 레이저 수신센서(41)에 의하여 측정된 정보를 주간 영상과 융합해준다.
릴레이 렌즈(72)는 광속 분리기(81)로부터 접안렌즈(71)에 이르기까지 광이 퍼지는 것을 방지하고 일정한 상태를 유지하도록 한다.
레이저 송신렌즈계(60)는 레이저 광원부(61), 빔확장기(62,63), 반사경(64), 음굴절률 렌즈군(65)을 포함한다.
빔확장기(62,63)는 레이저 광원부(61)로부터 생성된 근적외선 레이저가 반사경(64)에 한 점으로 형성되도록 조절시켜 전달한다.
빔확장기(62,63)를 통과한 근적외선 레이저가 제2대역분리렌즈(66)로 향할 수 있도록 반사경(64)이 설치된다. 반사경(64)에서 반사된 레이저는 제2대역분리렌즈(66)에서 다시 반사된다. 이 과정에서 레이저의 광경로를 줄이고 제2대역분리렌즈(66)에서 입사될 레이저를 최적화시킬 수 있도록 반사경(64)과 제2대역분리렌즈(66) 사이에는 음굴절률 렌즈군(65)이 포함되었다. 이러한 음굴절률 렌즈군(65)은 레이저 송신렌즈계(60)와 주간렌즈계(70) 사이의 공간을 절약할 수 있으며, 광 효율의 저하를 최소화시킨다.
이와 같이, 제2복합광학계(50)는 주간렌즈계(70)와 레이저 송신렌즈계(60)를 같이 사용함으로써 레이저 정렬을 용이하게 해주는 장점이 있으며, 음의 굴절능을 가진 렌즈로 연결하며 광경로 길이를 단축시켜 효율을 증대시킬 수 있다.
도 4는 주간렌즈계, 열상렌즈계 및 레이저 송수신렌즈계를 독립적으로 사용하는 경우와 본 발명과 같이 복합적으로 구성한 장치의 전면창을 비교하기 위하여 보인 도면들이다. 즉, 도 4(a)와 같이, 종래의 방식에 의한 경우, 주간렌즈계, 열상렌즈계 및 레이저 송수신렌즈계가 사용하는 4개의 윈도우(3,4,5,6)가 모두 사용됨에 반해, 도 4(b)와 같이, 본 발명과 관련된 복합광학계에 의하는 경우, 2개의 대물렌즈(33,73)만이 사용되는 것이므로 그만큼 장치의 부피와 함께 소요되는 부품의 수를 줄임으로써 무게까지 줄이는 것이므로 개인용의 화기에 탑재가 용이하다.
상기와 같이 설명된 소화기 사격통제용 복합광학계 및 이를 구비한 사격통제장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용되지 않는다. 상기 실시예들은 당업자에 의하여 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 소화기 사격통제장치의 전체 구성을 개략적으로 보인 개념도
도 2는 도 1의 장치에 포함된 제1복합광학계를 분리하여 보인 개념도
도 3은 도 1의 장치에 포함된 제2복합광학계를 분리하여 보인 개념도
도 4는 주간렌즈계, 열상렌즈계 및 레이저 송수신렌즈계를 독립적으로 사용하는 경우와 본 발명과 같이 복합적으로 구성한 장치의 전면창을 비교하기 위하여 보인 도면들
**도면중 주요부분에 대한 부호의 설명**
10: 복합광학계 20: 제1복합광학계
30: 열상렌즈계 33: 제1대물렌즈
40: 레이저 수신렌즈계 41: 레이저 수신센서
42: 제1대역분리렌즈 50: 제2복합광학계
60: 레이저 송신렌즈계 61: 레이저 광원부
62,63: 빔확장기 64: 반사경
65: 음굴절률 렌즈군 66: 제2대역분리렌즈
70: 주간렌즈계 71: 접안렌즈
72: 릴레이 렌즈 73: 제2대물렌즈
80: 전시기 L1: 제1광경로
L2: 제2광경로

Claims (6)

  1. 표적으로부터 반사된 근적외선 레이저를 사용하는 레이저수신렌즈계와 표적으로부터의 원적외선을 사용하는 열상렌즈계가 복합되며, 상기 레이저 수신렌즈계 및 상기 열상렌즈계는 제1대물렌즈가 포함된 제1광경로를 공통으로 사용할 수 있게 구성되는 제1복합광학계; 및
    표적의 가시광선을 사용하는 주간렌즈계와 상기 근적외선 레이저를 송신하는 레이저 송신렌즈계가 복합되며, 상기 주간렌즈계 및 레이저 송신렌즈계는 제2대물렌즈가 포함된 제2광경로를 공통으로 사용할 수 있게 구성되는 제2복합광학계를 포함하는 소화기 사격통제용 복합광학계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1복합광학계는 상기 제1대물렌즈를 통과하는 원적외선과 근적외선을 분리시킬 수 있도록 형성되는 제1대역분리렌즈를 포함하는 소화기 사격통제용 복합광학계.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1대역분리렌즈는 상기 원적외선을 투과시키고 근적외선은 반사시킬 수 있도록 게르마늄(Ge) 계열의 평판 렌즈로 형성되는 것을 특징으로 하는 소화기 사격통제용 복합광학계.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1대역분리렌즈는 반사된 상기 근적외선이 상기 제2복합광학계의 광경로와 교차한 후 레이저 수신센서에 도달하도록 배치된 것을 특징으로 하는 소화기 사격 통제용 복합광학계.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 레이저 수신센서는 상기 제2대물렌즈에 인접된 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 소화기 사격 통제용 복합광학계.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1대물렌즈는 상기 원적외선과 근적외선을 모두 통과시킬 수 있게 갈륨비소(GaAs) 계열로 형성되는 것을 특징으로 하는 소화기 사격통제용 복합광학계.
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