KR100919834B1 - 열상 장비 검출기 보호 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열상 장비가 강한 에너지에 노출되었을 때 셔터를 자동으로 개폐함으로써 열상 장비 검출기를 보호하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 열상 장비 검출기가 강한 에너지에 노출되었을 때 발생하는 픽셀의 손상을 감소함으로써 상기 검출기의 고장 간 평균시간(Mean Time Between Failure)을 연장할 수 있다.

Description

열상 장비 검출기 보호 방법 및 장치{THE APPARATUS AND METHOD FOR PROTECTING DETECTOR OF THERMAL IMAGE SYSTEM}

본 발명은 열상 장비에 관한 것으로서, 특히 열상 장비가 강한 에너지에 노출되었을 때 열상 장비 검출기를 보호하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 모든 물체는 절대 온도 0도(섭씨 -273.16도) 이상에서 복사 에너지를 방출한다. 열상 장비(Thermal Image System)는 소정의 물체로부터 방출되는 복사 에너지에 의해 발생하는 물체와 물체의 주변 배경 간의 온도 차이를 검출한다. 그리고 상기 검출된 온도 차이에 의해 물체의 영상 신호를 구성하고, 상기 구성된 영상 신호에 의해 물체의 형상을 모니터 할 수 있도록 구현된 시스템을 말한다.

상기 열상 장비는 물체의 온도와 주변 온도의 차이를 검출하는 시스템이므로 야간에도 관측이 가능하여 군용으로는 야간 감시용 및 야간 작전용으로 사용되고 있으며, 민간용 및 산업용으로는 야간 감시, 작동 중인 전자 시스템의 비파괴검사 혹은 의료 진단 등 다양한 용도로 사용되고 있다. 즉, 건물의 열 손실 탐지, 탱크 내부의 저장량 측정, 송전 선로의 결함 확인, 침입자 탐지 등에 많이 이용되고 있다.

최근에는 인쇄 회로 기판의 검사와 분석, 위성에 의한 기상 관측, 소방관들의 화재 진압 및 인명 구조, 신경외과 진단용 의료기 등에도 적용되고 있고 점차 그 응용 범위가 확대되어 가고 있다.

한편, 열상 장비는 온도 차를 검출하기 위한 열 영상 검출기를 구비한다. 상기 열 영상 검출기는 픽셀 단위로 온도를 검출하는 다수의 픽셀 검출기들로 구성되며, 각각의 픽셀 검출기로부터 검출된 정보를 통해 열 영상을 재구성한다. 그런데 각각의 픽셀 검출기들은 균일한 특성을 가져야만 동일한 온도에 대하여 동일한 정보를 검출할 수 있으나, 각각의 픽셀 검출기들 간에 감도 오차가 존재하게 된다. 따라서, 열상 장비는 사용 전에 각 픽셀 검출기 간의 감도 오차를 보정하는 것이 필요하다.

비 냉각 열상 장비를 운용할 때 태양과 같은 강한 에너지에 노출되게 되면 열상 장비의 검출기가 포화(Saturation)된다. 이 경우, 상기 검출기는 제조사나 검출기의 재질에 따라 회복되는 시간의 차이가 있지만 최소 1개월 이상 잔상을 가지게 된다. 이는 운용 중인 열상 장비의 성능을 떨어트리는 요인이 된다. 기존의 열상 장비는 태양 에너지 보호(Sun Burn Protecting) 기능이 구현되어 있지 않아 사용자의 주의가 요구되었다. 사용자의 부주의로 열상 장비의 검출기가 강한 에너지에 노출되었을 경우 정비를 받거나 검출기를 교체해야 하는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 열상 장비의 검출기가 태양과 같은 강한 에너지에 노출되었을 때, 검출기의 손상을 방지하기 위한 방안이 절실히 요구된다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열상 장비가 강한 에너지에 노출되었을 때 상기 열상 장비에 구비된 적외선 검출기를 보호하기 위한 방법 및 이를 지원하는 비냉각 열상 장치를 제공한다.

본 발명은 비 냉각 열상 장비에서 적외선 검출기를 보호하기 위한 방법에 있어서, 상기 비 냉각 열상 장비가 보호 모드로 설정되어 있을 시, 상기 적외선 검출기로부터 출력되는 전기적 신호로부터 픽셀 단위로 전압을 측정하는 과정과, 상기 픽셀 단위로 측정된 전압들 중 미리 설정된 측정 범위를 벗어난 전압을 가지는 픽셀의 개수가 임계치 이상일 경우 셔터를 폐쇄하는 과정을 포함하는 적외선 검출기 보호 방법을 제안한다.

또한, 본 발명은 비 냉각 열상 장비에 있어서, 적외선 광학계에 의해 검출된 적외선 신호를 전기적 신호로 변환하고, 상기 변환된 전기적 신호로부터 픽셀 단위로 전압을 측정하는 적외선 검출기와, 상기 비 냉각 열상 장비가 보호 모드로 설정되어 있을 시 상기 픽셀 단위로 측정된 전압들 중 미리 설정된 측정 범위를 벗어난 전압을 가지는 픽셀의 개수가 임계치 이상일 경우 셔터를 폐쇄하도록 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 의해 상기 셔터를 폐쇄하는 셔터 구동부를 포함하는 비 냉각 열상 장비를 제안한다.

본 발명은 비 냉각 열상 장비 운용 시에 사용자의 실수로 인하여 태양과 같은 강한 에너지에 노출되었을 때 상기 열상 장비의 검출기를 손상시키지 않고 안전하게 보호할 수 있다.

또한, 본 발명은 열상 장비의 검출기가 강한 에너지에 노출되었을 때 발생하는 픽셀의 손상을 감소시킴으로써 상기 검출기의 고장 간 평균시간(Mean Time Between Failure)을 연장할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예가 적용되는 열상 장비의 블록도;

도 2는 적외선 검출기의 출력 히스토그램;

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 적외선 검출기 보호 방법의 흐름도.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은 열상 장비가 태양과 같은 강한 에너지에 노출되었을 때 상기 열상 장비의 검출기를 보호하기 위한 방법 및 장치를 제안한다. 따라서 후술될 본 발명의 실시 예에서는 열상 장비의 검출기 보호 방법 및 장치에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예가 적용되는 열상 장비의 블록도를 도시하고 있다.

도 1을 참조하면, 열상 장비(100)는 적외선 광학계(102), 적외선 검출기(104), 신호 처리부(106), 재현 장치(108), 제어부(110), 셔터 구동부(112)를 포함한다. 이하 설명에서는 상기 열상 장비(100)의 동작에 있어서 본 발명의 내용과 관련 없는 부분에 대해서는 생략하도록 한다.

상기 적외선 광학계(102)는 연속적으로 배율을 변화할 수 있도록 광학적 배율 변화를 가지면서 표적에서 방출되는 적외선 에너지를 적외선 검출기(104) 면에 집속(集束)시키는 역할을 한다. 일반적으로, 열상 장비(100)의 적외선 광학계(102)는 흑색을 띄고 있다. 우리가 파란색 물체를 본다는 것은 파란색 외의 다른 파장의 색은 모두 흡수되고 파란색 파장만을 반사하거나 투과시키는 물체를 보는 것이다. 따라서 열상 장비의 광학 렌즈는 대부분의 가시광선은 흡수시키고 특정 적외선 대역을 잘 투과시키는 렌즈 재질을 사용하게 된다. 열상 장비에 많이 사용되는 흑색의 렌즈는 주로 게르마늄이나 실리콘 렌즈이다. 이는 재질 특성상 적외선을 잘 투과시키고 그 외의 빛은 대부분 흡수하는 특성을 가지고 있다.

따라서 상기 적외선 광학계(102)는 피사체로 인한 광학 신호를 입력으로 하여 상기 광학 신호가 가지는 특정 파장의 적외선 신호만을 투과시키고 나머지 파장의 신호를 흡수한다. 상기 투과된 적외선 신호는 상기 적외선 검출기(104)로 제공된다.

상기 적외선 검출기(104)는 상기 적외선 광학계(102)를 통해 입사되는 물체(또는 피사체)의 적외선을 감지하는 장치로써 물체의 적외선 에너지 차이를 전기적 신호로 바꾸어 주는 역할을 한다. 즉, 상기 적외선 검출기(104)는 상기 적외선 광학계(102)를 통해 입사되는 적외선과 반응하여 전압 또는 전류를 발생시킨다. 상기 적외선 검출기(104)는 상기 열상 장비(100)의 핵심이 되는 부품으로 크게 비냉각형의 열형 검출기와 냉각형의 양자 검출기가 있다. 본 발명의 바람직한 실시 예는 비냉각형인 열형 검출기를 구비한 열상 장비를 운용하는 경우에 적용된다. 비냉각형의 열형 검출기는 상온에서 성능 발휘가 가능한 광 반도체를 사용하므로 냉각 장치가 필요 없다. 그리고 상기 비냉각형의 열형 검출기를 구비하는 열상 장비를 비 냉각 열상 장비라 칭한다.

상기 적외선 검출기(104)는 픽셀 단위로 온도를 검출하는 다수의 픽셀 검출기들로 구성되며, 각각의 픽셀 검출기로부터 검출된 정보를 통해 열 영상이 재구성되는 것이다.

상기 신호 처리부(106)는 상기 적외선 검출기(104)로부터 얻은 전기적 신호를 신호 처리하여 모니터 등의 재현 장치(108)로 공급하는 역할을 수행한다. 또한 상기 신호 처리부(106)는 상기 픽셀 검출기간의 감도 오차를 보상함으로써 모니터에 깨끗한 영상이 구현되도록 한다. 그런데, 비냉각 열상 장비가 태양과 같은 강한 에너지에 노출될 경우, 상기 적외선 검출기의 픽셀이 포화되는 현상이 발생한다.

도 2는 적외선 검출기의 출력 히스토그램을 도시하고 있다.

도 2를 참조하면, 첫 번째 그래프는 통상적인 운용 환경에서 적외선 검출기의 출력 전압에 따른 픽셀 분포를 나타내고 있다. 반면, 두 번째 그래프는 적외선 검출기가 강한 에너지에 노출되었을 때 상기 검출기의 출력이 포화되는 픽셀이 나타나는 현상을 나타내고 있다. 상기 적외선 검출기의 픽셀이 포화되면 잔상을 남기게 되어 열상 장비의 성능을 떨어트린다.

상기 제어부(110)는 상기 적외선 검출기(104)의 출력을 실시간으로 모니터링 한 후 출력 전압을 계산한다. 상기 적외선 검출기(104)로부터 출력되는 미리 설정된 전압 범위를 벗어나는 픽셀의 개수가 임계치 이상 존재하는 경우, 상기 제어부(110)는 셔터 구동부(112)를 제어하여 셔터(미도시)를 동작시킨다. 상기 미리 설정된 전압 범위를 벗어나는 픽셀은 상기 적외선 검출기(104)가 강한 에너지에 노출되어 포화된 픽셀을 의미한다. 본 발명의 바람직한 실시 예에서, 상기 검출기의 출력 전압이 1 ~ 4.2V 범위를 벗어나는 픽셀이 25개 이상 존재할 때, 상기 제어부(110)는 상기 셔터 구동부(112)를 제어한다. 상기 출력 전압의 범위 및 픽셀의 개수는 실험 및 시뮬레이션 등을 통하여 최적화된 값이 사용자에 의해 임의로 설정될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.

상기 셔터 구동부(112)는 상기 제어부(110)의 제어에 의해 셔터를 개폐하는 동작을 수행한다. 즉, 상기 제어부(110)는 상기 적외선 검출기의 출력 전압을 실시간으로 모니터링 한 후, 1 ~ 4.2V 범위를 벗어나는 픽셀을 25개 이상 감지하면, 상기 셔터 구동부(112)를 제어하여 셔터를 개방(open)한다. 그 후 상기 제어부(110)로부터 감지되는 픽셀의 수가 25개 미만으로 감소하면, 상기 제어부(110)는 상기 셔터 구동부(112)를 제어하여 셔터를 폐쇄(close)한다. 상기 제어부(110)는 상기 적외선 검출기(104)의 출력값을 실시간으로 감지하여 셔터를 동작함으로써, 상기 적외선 검출기(104)가 태양과 같은 강한 에너지를 흡수하지 않고 정상적으로 동작하도록 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열상 장비가 군용 장비에 사용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 상기 군용 장비에 사용되는 열상 장비로는 주로 근거리 대인 관측용 및 개인화기 조준경 등이 있다. 상기 열상 장비가 군용 장비로 사용되는 경우, 즉 전투 모드일 때 셔터를 폐쇄하면 탐지가 중단되어 작전을 수행할 수 없다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 열상 장비는 비 전투 모드 또는 보호 모드인 경우에 적용함이 바람직하다. 상기 전투 모드(비보호 모드) 또는 비 전투 모드(또는 보호 모드)는 사용자에 의해 임의로 설정되거나 선택될 수 있다.

이처럼 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 검출기 보호 장치를 사용함으로써, 열상 장비의 검출기가 강한 에너지에 노출되었을 때 발생하는 픽셀의 손상을 감소하고 상기 검출기의 고장 간 평균시간(Mean Time Between Failure, MTBF)을 연장할 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 검출기 보호 방법의 흐름도를 도시하고 있다.

도 3을 참조하면, 302단계에서 사용자가 열상 장비에 전원을 인가하여 장비를 초기화한다. 304단계에서 상기 열상 장비의 사용 목적이 보호 모드인지 또는 비보호 모드인지를 판단한다. 상기 열상 장비의 동작 모드는 사용자에 의해 선택될 수 있다. 사용 목적이 전투 모드(비보호 모드)인 경우 셔터를 폐쇄하면 탐지가 중단되어 작전을 수행할 수 없기 때문에, 상기 304단계에서 전투 모드로 선택된 경우 314단계로 이동하여 영상 처리를 수행한다. 반면, 상기 304단계에서 보호 모드(비 전투 모드)로 선택된 경우에는 306단계로 이동한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에서는 상기 열상 장비가 군용 장비로 사용되고 있는 것을 예시하고 있으나, 상용 장비에 사용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 상기 열상 장비가 상용 장비로 사용될 경우에 상기 304단계는 생략될 수 있다.

상기 306단계에서 제어부는 적외선 검출기의 출력을 실시간으로 모니터링 한 후 출력 전압을 측정한다. 상기 제어부는 모니터링을 통해 1 ~ 4.2V 범위를 벗어나는 픽셀을 25개 이상 감지하면 308단계로 이동한다. 만약 상기 제어부가 1 ~ 4.2V 범위를 벗어나는 픽셀을 25개 이상 감지하지 못하면 314단계로 이동하여 영상 처리를 수행한다.

본 발명의 실시 예에서는 상기 출력 전압의 범위 및 픽셀의 개수를 특정하고 있으나, 상기 출력 전압의 범위 및 픽셀의 개수는 실험 및 시뮬레이션 등을 통하여 최적화된 값이 사용자에 의해 임의로 설정될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.

상기 308단계에서 제어부는 셔터 구동부를 제어하여 셔터를 폐쇄한다. 이는 상기 제어부가 상기 적외선 검출기의 출력값을 실시간으로 감지하여 셔터를 동작시킴으로써, 태양과 같은 강한 에너지로부터 상기 적외선 검출기를 보호하는 역할을 수행한다.

상기 308단계가 완료되면, 310단계에서 제어부는 상기 적외선 검출기의 출력 전압을 측정하고, 1 ~ 4.2V 범위를 벗어나는 픽셀이 25개 이상 감지되는지를 판단한다. 만약, 1 ~ 4.2V 범위를 벗어나는 픽셀이 25개 이상 감지되면 308단계로 이동하여 셔터를 폐쇄하게 된다. 상기 셔터가 폐쇄되면, 상기 적외선 검출기는 상기 셔터의 온도를 감지하게 되고, 상기 셔터의 온도는 열상 장비 내부의 온도가 되는 것이 일반적이다. 따라서, 시간이 경과하면 상기 적외선 검출기가 감지하는 포화된 픽셀의 수는 감소하게 된다.

그렇지 않고, 1 ~ 4.2V 범위를 벗어나는 픽셀이 25개 이상 감지되지 않으면 312단계로 이동한다. 상기 312단계에서 상기 제어부는 셔터 구동부를 제어하여 폐쇄된 셔터를 개방한다. 상기 312단계가 완료되면, 상기 제어부는 상기 306 단계로 피드백하여 상기 적외선 검출기의 출력을 실시간으로 모니터링 한 후 출력 전압을 측정한다. 따라서, 전술한 과정을 반복하여 셔터를 개폐함으로써 열상 장비의 적외선 검출기를 보호할 수 있다.

이처럼 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 적외선 검출기 보호 방법을 사용함으로써, 비냉각 열상 장비 운용 시에 사용자의 실수로 인하여 태양과 같은 강한 에너지에 노출되었을 때 상기 열상 장비를 구성하는 적외선 검출기의 손상을 방지할 수 있다.

한편 이상에서는 본 발명의 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 전술한 발명의 상세한 설명에서는 군용 장비로 사용되는 비 냉각 열상 장비에서 강한 에너지에 노출되었을 때 상기 열상 장비의 검출기를 보호하기 위한 방안에 대한 구현 예를 보이고 있다. 하지만, 본 발명은 유사한 기술적 배경 및 검출기를 포함하는 모든 열상 장비 등에도 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 적용 가능하며, 이는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로 가능할 것이다.

Claims (6)

1. 비 냉각 열상 장비에서 적외선 검출기를 보호하기 위한 방법에 있어서,

   상기 비 냉각 열상 장비가 보호 모드로 설정되어 있을 시, 상기 적외선 검출기로부터 출력되는 전기적 신호로부터 픽셀 단위로 전압을 측정하는 과정과;

   상기 픽셀 단위로 측정된 전압들 중 미리 설정된 측정 범위를 벗어난 전압을 가지는 픽셀의 개수가 임계치 이상일 경우 셔터를 폐쇄하는 과정과;

   상기 픽셀 단위로 측정된 전압들 중 미리 설정된 측정 범위를 벗어난 전압을 가지는 픽셀의 개수가 임계치 미만일 경우 상기 셔터를 개방하는 과정; 및

   상기 비 냉각 열상 장비가 보호 모드로 설정되어 있지 않을 시, 상기 측정된 전압과 무관하게 상기 셔터를 지속적으로 개방하는 과정을 포함하는 적외선 검출기 보호 방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 미리 설정된 측정 범위는 1볼트에서 4.2볼트까지이고, 상기 임계치는 25이며, 상기 측정된 전압은 피사체로부터 방출되는 복사 에너지로 인한 온도에 상응함을 특징으로 하는 적외선 검출기 보호 방법.
4. 비 냉각 열상 장비에 있어서,

   적외선 광학계에 의해 검출된 적외선 신호를 전기적 신호로 변환하고, 상기 변환된 전기적 신호로부터 픽셀 단위로 전압을 측정하는 적외선 검출기와,

   상기 비 냉각 열상 장비가 보호 모드로 설정되어 있을 시 상기 픽셀 단위로 측정된 전압들 중 미리 설정된 측정 범위를 벗어난 전압을 가지는 픽셀의 개수가 임계치 이상일 경우 셔터를 폐쇄하도록 제어하는 제어부와,

   상기 제어부의 제어에 의해 상기 셔터를 폐쇄하는 셔터 구동부를 포함하고,

   여기서, 상기 제어부는 상기 픽셀 단위로 측정된 전압들 중 미리 설정된 측정 범위를 벗어난 전압을 가지는 픽셀의 개수가 임계치 미만일 경우 상기 셔터를 개방하도록 제어하고, 상기 비 냉각 열상 장비가 보호 모드로 설정되어 있지 않을 시 상기 측정된 전압과 무관하게 상기 셔터를 지속적으로 개방함을 특징으로 하는 비 냉각 열상 장비.
5. 삭제
6. 제 4항에 있어서,

   상기 미리 설정된 측정 범위는 1볼트에서 4.2볼트까지이고, 상기 임계치는 25이며, 상기 측정된 전압은 피사체로부터 방출되는 복사 에너지로 인한 온도에 상응함을 특징으로 하는 비 냉각 열상 장비.