KR100905441B1 - 영상획득 장비와 레이저 장치의 시선정렬 측정 장치 - Google Patents

영상획득 장비와 레이저 장치의 시선정렬 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영상획득 장비와 레이저 장치의 시선정렬 측정 장치에 있어서, 레이저 측정판; 상기 레이저 장치로부터 출사된 레이저를 통과시켜 상기 레이저 측정판으로 집속하여 안내하는 집속부; 및 상기 레이저 측정판에 입사된 레이저의 영상을 상기 영상획득 장비로 반사시키는 영상 반사부를 포함하는 시선정렬 측정 장치를 개시한다. 상기와 같이 구성된 시선정렬 측정 장치는, 영상획득 장비와 레이저 장치가 설치된 위치에서 시선정렬을 가능하게 하기 때문에 시선정렬이 용이하고, 별도의 표적이나 대상물을 설치하지 않고도 영상획득 장비와 레이저 장치의 시선정렬이 가능하기 때문에 장소에 구애받지 않아 시선정렬에 소요되는 시간과 인력을 절감할 수 있게 된다.
영상획득 장비, 레이저 장치, 시선정렬, LOS, Laser, Camera

Description

영상획득 장비와 레이저 장치의 시선정렬 측정 장치 {MEASUREMENT SYSTEM OF LINE OF SIGHT FOR IMAGE SENSING AND LASER SYSTEM}
본 발명은 열상 장비 등의 영상획득 장비와 레이저 장치를 이용한 관측 및 거리 측정 장비에 관한 것으로서, 특히, 영상획득 장비와 레이저 장치의 시선정렬에 이용되는 시선정렬 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 열상 장비와 같은 영상획득 장비는 주/야간 관측을 위한 것으로서, 군용 장비에 장착되어 주변 관측이나 목표물 추적 등에 이용된다. 또한, 영상획득 장비만 단독으로 사용하기보다는 레이저 장치와 함께 운용되어 관측 대상물까지의 거리를 측정하는데 이용하기도 한다.
영상획득 장비와 레이저 장치를 이용한 주변 관측 및 거리 측정을 위해서는 영상획득 장비와 레이저 장치의 시선정렬이 필수적으로 요구된다.
종래에는 영상획득 장비와 레이저 장치의 시선정렬을 위해 시선정렬용 표적 또는 대상물을 정렬 대상이 되는 장비로부터 수십 미터 거리에 배치하고, 배치된 표적 또는 대상물을 실제로 관측하면서 레이저 장치의 시선과 영상획득 장비의 시선이 일치되는지 여부를 시험하게 된다. 시선이 일치되지 않을 경우에는, 영상획득 장비나 레이저 장치 중 하나의 시선을 조정하여 각각의 시선을 서로 일치시키게 된다.
그러나 표적이나 대상물을 배치하여 영상획득 장비와 레이저 장치의 시선을 정렬하는 종래의 방법은 시선 정렬이 요구되는 시기마다 표적 또는 대상물을 배치해야 하기 때문에 많은 시간과 인력이 소요되는 단점이 있다. 또한, 실사용 중에는 시선정렬이 사실상 불가능하며, 관측하고자 하는 지역에 배치된 상태에서도 시선정렬도를 측정하기에는 많은 어려움이 따르고 있다. 따라서 종래의 영상획득 장비와 레이저 장치의 시선정렬 측정 및 보정을 위해서는 장소의 제약이 따르게 된다.
이에, 본 발명은 영상획득 장비와 레이저 장치를 실사용 중에 있더라도, 장소에 제약받지 않고 시선정렬도 측정을 가능하게 하는 시선정렬 측정 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 영상획득 장비와 레이저 장치의 시선정렬 상태를 수시로 측정하는 것을 가능하게 함으로써 장비의 시선정렬 정확도를 일정하게 유지하는데 기여할 수 있는 시선정렬 측정 장치를 제공하고자 한다.
따라서 본 발명은 영상획득 장비와 레이저 장치의 시선정렬 측정 장치에 있어서,
레이저 측정판;
상기 레이저 장치로부터 출사된 레이저를 통과시켜 상기 레이저 측정판으로 집속하여 안내하는 집속부; 및
상기 레이저 측정판에 입사된 레이저의 영상을 상기 영상획득 장비로 반사시키는 영상 반사부를 포함하는 시선정렬 측정 장치를 개시한다.
이때, 상기 집속부는,
출사된 레이저를 상기 레이저 측정판 방향으로 반사시키는 레이저 반사 거울;
상기 레이저 반사 거울에 의해 반사된 레이저를 집중시키는 집속 렌즈; 및
상기 집속 렌즈와 상기 레이저 측정판 사이에 배치되고, 상기 집속 렌즈에 의해 집중되는 레이저를 통과시키는 핀 홀을 포함하는 핀 홀 부재를 구비할 수 있다.
또한, 상기 영상 반사부는,
상기 레이저 측정판에 대면하게 배치된 곡률 반사 거울; 및
상기 곡률 반사 거울에 비친 영상을 상기 영상획득 장비로 반사시키는 영상 반사 거울을 포함할 수 있다.
아울러, 상기 시선정렬 측정 장치는 내부에 상기 레이저 측정판, 집속부 및 영상 반사부가 각각 설치된 경통을 더 구비하고,
상기 집속부는 출사된 레이저를 상기 레이저 측정판 방향으로 반사시키는 레이저 반사 거울과, 상기 레이저 반사 거울에 의해 반사된 레이저를 상기 핀 홀에 집중시키는 집속 렌즈와, 상기 집속 렌즈와 상기 레이저 측정판 사이에 배치되며 상기 핀 홀이 형성된 핀 홀 부재를 포함하고,
상기 영상 반사부는 상기 레이저 측정판에 대면하게 배치된 곡률 반사 거울과, 상기 곡률 반사 거울에 비친 영상을 상기 영상획득 장비로 반사시키는 영상 반사 거울을 포함하며,
상기 곡률 반사 거울은 상기 집속 렌즈의 둘레에 배치될 수 있다.
상기와 같이 구성된 시선정렬 측정 장치는, 영상획득 장비와 레이저 장치가 설치된 위치에서도 시선정렬을 가능하게 하기 때문에, 시선정렬이 용이한 장점이 있다. 또한, 별도의 표적이나 대상물을 설치하지 않고도 영상획득 장비와 레이저 장치의 시선정렬이 가능하기 때문에, 장소의 제약이 없고, 시선정렬에 소요되는 시간과 인력을 절감할 수 있게 된다. 더욱이, 영상획득 장비와 레이저 장치의 시선정렬이 용이한 만큼, 수시로 관련 장비의 시선정렬도를 측정하여 일정 수준 이상의 시선정렬 정확도를 유지하는데 기여할 수 있다.
또한, 종래의 영상획득 장비와 레이저 장치의 시선정렬을 위해서는 레이저의 중심위치 측정을 위한 위치센서 등이 요구되었지만, 본 발명에 따른 시선정렬 측정 장치는 핀 홀을 이용하여 레이저의 시선을 일정한 위치에 정렬한 상태에서 시선정렬 측정이 이루어지기 때문에, 시선정렬 측정 장치를 간소화하면서, 내구성과 정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 영상획득 장비(13; 도 2에 도시됨)와 레이저 장치(11; 도 2에 도시됨)의 시선정렬 측정 장치(100)를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 시선정렬 측정 장치(100)는 레이저 측정판(111), 집속부, 영상 반사부를 포함하는 구성이다. 이때, 상기 시선정렬 측정 장치(100)는 경통(101)을 구비할 수 있으며, 상기 레이저 측정판(111), 집속부, 영상 반사부는 상기 경통(101)의 내부에 설치됨이 바람직하다. 상기 경통(101)을 구비함으로써, 상기 시선정렬 측정 장치(100)는 하나의 모듈 형태로 제작될 수 있다.
상기 레이저 측정판(111)은 상기 레이저 장치(11)로부터 출사된 레이저의 위치를 검출함으로써, 상기 레이저 장치(11)의 시선을 검출하게 된다. 즉, 상기 레이저 장치(11)로부터 출사된 레이저가 상기 레이저 측정판(111) 상의 특정 지점을 지시하게 되며, 이를 통해 상기 레이저 장치(11)의 시선을 확인할 수 있는 것이다.
상기 영상획득 장비(13)는 상기 레이저 측정판(111)의 영상을 검출하며, 상기 레이저 측정판(111) 상에서 레이저가 지시하는 지점을 상기 영상획득 장비(13)를 통해 검출하여 측정된 좌표(이하, '측정 좌표'라 함)와, 실제로 상기 레이저 측정판(111) 상에서의 좌표(이하, '기준 좌표'라 함)를 비교함으로써, 상기 영상획득 장비(13)와 레이저 장치(11)의 시선정렬도를 측정할 수 있게 된다. 상기 기준 좌표로부터 상기 측정 좌표가 어긋난 정도에 따라 상기 영상획득 장비(13)와 레이저 장치(11)의 시선을 재조정할 수 있다. 이때, 상기 기준 좌표와 측정 좌표 사이의 어긋남 정도에 대한 허용치는 상기 영상획득 장비(13)와 레이저 장치(11)의 운용자 또는 제조 업자가 요구하는 시선정렬 정확도에 따라 다양하게 설정할 수 있을 것이다.
한편, 상기 집속부는 핀 홀(127)을 이용하여 상기 레이저 장치(11)로부터 출사된 레이저를 한 지점에 집중시킴으로써, 시선정렬 측정시, 상기 레이저 측정판(111) 상에 레이저로 지시되는 지점을 항상 일정하게 유지할 수 있다. 즉, 상기 핀 홀(127)을 통해서만 레이저가 입사됨으로써, 상기 기준 좌표는 시선정렬 측정의 시기나 횟수와 관계없이 일정하게 유지될 수 있는 것이다.
상기 집속부는, 레이저 반사 거울(121), 집속 렌즈(123), 핀 홀 부재(125)를 포함하며, 상기 핀 홀(127)은 상기 핀 홀 부재(125)에 형성되어 있다. 상기 레이저 반사 거울(121)은 상기 레이저 장치(11)로부터 상기 경통(101)의 입사구(113)를 통해 입사된 레이저를 상기 레이저 측정판(111) 방향으로 반사시키게 된다. 상기 레이저 반사 거울(121)에 의해 반사된 레이저는 상기 집속 렌즈(123)와 핀 홀(127)을 순차적으로 통과하여 상기 레이저 측정판(111)으로 입사된다.
상기 집속 렌즈(123)를 통해 상기 레이저 반사 거울(121)에 의해 반사된 레이저가 상기 레이저 측정판(111) 상의 한 점에 집중되며, 상기 핀 홀(127)은 상기 집속 렌즈(123)에 의해 집중된 레이저가 상기 레이저 측정판(111)에 입사되는 위치를 설정하게 된다. 따라서 상기 핀 홀 부재(125)는 상기 집속 렌즈(123)와 레이저 측정판(111) 사이에 배치되며, 상기 레이저 측정판(111) 상에서 레이저가 한 점에 집중되게 하기 위해서 상기 핀 홀 부재(125)는 가급적 상기 레이저 측정판(111)에 인접하게 설치되어야 함은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
상기 레이저 장치(11)로부터 출사된 레이저는 상기 집속부를 통과하면서, 상기 레이저 측정판(111) 상의 특정 지점을 지시하게 되며, 상기 집속부를 통과한 레이저가 지시하는 지점의 좌표는. 앞서 언급한 바 있는 기준 좌표로 설정된다.
결국, 상기 집속부는 출사된 레이저를 한 점으로 집중하여 시선정렬 측정의 정확도를 향상시키고자 한 것이며, 상기 핀 홀(125)을 이용하여 상기 레이저 장치(11)의 시선을 특정 지점에 위치시킴으로써, 시선정렬 측정 및 측정 후 시선 보정에서의 기준점을 제공하게 된다.
상기 영상 반사부는 상기 레이저 측정판(111)의 영상을 상기 영상획득 장비(13)로 반사시키기 위한 것으로서, 곡률 반사 거울(131)과 영상 반사 거울(133)을 포함한다.
상기 곡률 반사 거울(131)은 상기 레이저 측정판(111)과 대면하게 설치되며, 상기 레이저 측정판(111) 상에서 한 점에 집속된 레이저의 영상을 상기 영상 반사 거울(133)로 반사시키며, 상기 영상 반사 거울(133)은 상기 곡률 반사 거울(131)에 의해 반사된 영상을 상기 영상획득 장비(13)로 반사시키게 된다. 결국, 상기 영상획득 장비(13)는 상기 곡률 반사 거울(131)과 영상 반사 거울(133)을 통해 상기 레이저 측정판의 영상을 검출할 수 있게 된다.
한편, 상기 레이저 장치(11)로부터 출사된 레이저는 상기 곡률 반사 거울(131)과 영상 반사 거울(133)을 지나서 상기 레이저 측정판(111)으로 진행되는데, 이러한 레이저 진행 경로에서 상기 곡률 반사 거울(131)과 영상 반사 거울(133)이 장애가 되지 않도록 해야 할 것이다. 따라서 상기 곡률 반사 거울(131)은 상기 집속 렌즈(123)의 둘레에 배치되어 있고, 상기 영상 반사 거울(133)에는 관통홀(135)이 형성되어 있다. 또한, 상기 영상 반사 거울(133)의 관통홀(135)은 상기 레이저 측정판(111), 구체적으로는 상기 레이저 측정판(111)에 입사된 레이저의 영상을 상기 곡률 반사 거울로 통과시키게 된다.
도 2와 도 3은 상기 시선정렬 측정 장치(100)를 이용하여 레이저 장치(11)와 영상획득 장비(13)의 시선정렬도를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
우선, 도 2를 참조하면, 상기 레이저 장치(11)로부터 출사된 레이저는 상기 레이저 장치(11)의 시선 방향을 따라 진행하며, 상기 경통(101)의 입사구(113)를 통해 입사되어 상기 레이저 반사 거울(121)에 의해 반사되어 상기 집속 렌즈(123)와 핀 홀(127)을 통해 상기 레이저 측정판(111) 상의 특정 지점으로 입사된다. 앞서 언급한 바와 같이, 출사된 레이저는 상기 핀 홀(127)을 통해서만 상기 레이저 측정판(111)에 입사될 수 있으므로, 상기 레이저 장치(11)의 시선은 상기 시선정렬 측정 장치(100)를 이용한 시선정렬도 측정 및 시선 보정 과정에서 기준점이 된다.
도 3을 참조하면, 상기 레이저 측정판(111)에 레이저가 입사된 영상은 상기 곡률 반사 거울(131)과 영상 반사 거울(133)에 의해 반사되어 출사구(115)를 통해 진행하며, 상기 영상획득 장비(13)는 상기 출사구(115)를 통해 상기 레이저 측정판(111)의 영상을 획득하게 된다. 한편, 상기 레이저 측정판(111)으로 입사되는 레이저와 상기 레이저 측정판(111)의 영상은 모두 상기 영상 반사 거울(133)의 관통홀(135)을 통해 진행함은 앞서 언급한 바 있다.
한편, 도 3에서 '핀 홀 중심 절대 위치 값'이라 함은 상기 레이저 측정판(111) 상에서 레이저가 입사된 지점의 좌표값을 의미하는 것으로서, 앞서 언급한 기준 좌표에 해당한다. 아울러, '레이저 빔 중심 절대위치 값'이라 함은 상기 영상획득 장비(13)를 통해 검출된 상기 레이저 측정판(111)의 영상에서 레이저가 입사된 지점의 좌표값을 의미하는 것으로서, 앞서 언급한 측정 좌표에 해당한다.
상기 기준 좌표와 측정 좌표가 출력되면, 이를 비교하여 상기 영상획득 장비(13)와 레이저 장치(11)의 시선정렬도를 확인할 수 있다. 만약, 상기 기준 좌표와 측정 좌표가 서로 일치된다면, 상기 영상획득 장비(13)와 레이저 장치(11)의 시선정렬이 정확하게 이루어진 것이다. 상기 기준 좌표와 측정 좌표가 서로 어긋난다면 그 어긋난 정도가 허용치를 초과하는지 여부를 판단하여, 필요에 따라 상기 영상획득 장비(13)의 시선을 조정하여 상기 측정 좌표를 상기 기준 좌표에 일치시키는 시선 보정을 실시하게 된다. 이때, 상기 기준 좌표와 측정 좌표의 어긋난 정도에 대한 허용치는 장비 운용자 또는 제작 업자가 요구하는 정확도, 장비의 사양 등의 조건에 따라 적절하게 설정할 수 있음은 앞서 언급한 바 있다.
이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
예를 들어, 본 발명의 구체적인 실시 예에서는, 레이저 장치로부터 출사된 레이저가 레이저 반사 거울에 의해 레이저 장치의 시선 방향에 대하여 90도 방향으로 반사되며, 레이저 반사 거울에 의해 반사된 레이저가 레이저 측정판에 입사되는 형태로 배치된 시선정렬 측정 장치를 예시하고 있다. 그러나 레이저 측정판을 레이저 장치의 시선 상에 배치하여, 레이저 반사 거울을 제거하고 집속 렌즈의 위치를 조정할 수 있다. 또한, 레이저 측정판이 레이저 장치의 시선 상에 배치된다면, 레이저 측정판의 영상을 영상 반사 거울 방향으로 비출수 있도록 곡률 반사 거울의 위치 또한 조정되어야 할 것이다.
즉, 본 발명은 핀 홀을 포함하는 집속부를 이용하여 레이저 측정판에 입사되는 레이저의 입사 위치를 설정하고, 영상획득 장비가 영상 반사부를 통해 레이저가 입사된 레이저 측정판의 영상을 획득하여 획득된 영상과 레이저 측정판에 레이저가 실제로 입사된 위치를 비교하여 시선정렬도를 측정하는 것이며, 레이저 또는 영상 반사 거울, 집속 렌즈, 핀 홀 부재 등의 배치는 다양하게 변경될 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 구체적인 실시 예에서는 핀 홀을 이용하여 레이저 측정판으로 입사되는 레이저의 위치를 설정하는 구성을 예시하고 있지만, 핀 홀을 사용하지 않더라도 레이저 측정판에서 레이저가 지시하는 지점의 좌표와 영상획득 장비를 통해 검출되는 레이저 입사 지점의 좌표를 검출할 수 있다면, 상기 핀 홀을 반드시 사용할 필요는 없을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 영상획득 장비와 레이저 장치의 시선정렬 측정 장치를 나타내는 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 시선정렬 측정 장치로 레이저를 방사하는 모습을 설명하기 위한 도면,
도 3은 도 1에 도시된 시선정렬 측정 장치에 방사된 레이저의 영상을 획득하는 모습을 설명하기 위한 도면.

Claims (4)

  1. 영상획득 장비와 레이저 장치의 시선정렬 측정 장치에 있어서,
    레이저 측정판;
    상기 레이저 장치로부터 출사된 레이저를 통과시켜 상기 레이저 측정판으로 집속하여 안내하는 집속부; 및
    상기 레이저 측정판에 입사된 레이저의 영상을 상기 영상획득 장비로 반사시키는 영상 반사부를 포함함을 특징으로 하는 시선정렬 측정 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 집속부는,
    출사된 레이저를 상기 레이저 측정판 방향으로 반사시키는 레이저 반사 거울;
    상기 레이저 반사 거울에 의해 반사된 레이저를 집중시키는 집속 렌즈; 및
    상기 집속 렌즈와 상기 레이저 측정판 사이에 배치되고, 상기 집속 렌즈에 의해 집중되는 레이저를 통과시키는 핀 홀을 포함하는 핀 홀 부재를 구비함을 특징으로 하는 시선정렬 측정 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 영상 반사부는,
    상기 레이저 측정판에 대면하게 배치된 곡률 반사 거울; 및
    상기 곡률 반사 거울에 비친 영상을 상기 영상획득 장비로 반사시키는 영상 반사 거울을 포함함을 특징으로 하는 시선정렬 측정 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    내부에 상기 레이저 측정판, 집속부 및 영상 반사부가 각각 설치된 경통을 더 구비하고,
    상기 집속부는 출사된 레이저를 상기 레이저 측정판 방향으로 반사시키는 레이저 반사 거울과, 상기 레이저 반사 거울에 의해 반사된 레이저를 상기 핀 홀에 집중시키는 집속 렌즈와, 상기 집속 렌즈와 상기 레이저 측정판 사이에 배치되며 상기 핀 홀이 형성된 핀 홀 부재를 포함하고,
    상기 영상 반사부는 상기 레이저 측정판에 대면하게 배치된 곡률 반사 거울과, 상기 곡률 반사 거울에 비친 영상을 상기 영상획득 장비로 반사시키는 영상 반사 거울을 포함하며,
    상기 곡률 반사 거울은 상기 집속 렌즈의 둘레에 배치됨을 특징으로 하는 시선정렬 측정 장치.
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