KR100972577B1 - 일축형 열화상카메라용 렌즈모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일축형 열화상카메라용 렌즈모듈에 관한 것이다.
본 발명의 렌즈모듈은 피사체와 대향하여 피사체로부터 오는 빛을 수광하여 상을 포착하되, 가시광선과 원적외선을 일축(一軸)으로 투과시켜 하나로 통합하도록 한 대물렌즈; 광축방향으로 상기 대물렌즈의 후측에 위치하여, 대물렌즈를 투과하는 빛으로부터 원적외선은 반사하고 가시광선은 투과하도록 한 광속분리기; 상기 광속분리기로부터 반사되는 원적외선의 광축방향으로 위치하여, 광학상을 열화상신호로 변환하여 출력하는 원적외선검출기로 광속분리기를 투과하는 원적외선을 수광하여 결상하도록 한 원적외선 결상렌즈; 및 상기 광속분리기를 투과하는 가시광선의 광축방향으로 위치함으로써 광속분리기의 후측에 위치하여, 광학상을 실화상신호로 변환하여 출력하는 CCD센서로 광속분리기로부터 투과되는 가시광선을 수광하여 결상하도록 한 가시광선 결상렌즈를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의해, 가시광선과 원적외선 대역을 동시에 촬영하여 선명한 화상을 획득을 할 수 있는 열화상카메라가 제공된다.

Description

일축형 열화상카메라용 렌즈모듈{THE LENS MODULE FOR THE ONE-AXIS TYPE THERMAL IMAGING CAMERA}
본 발명은 일축형 열화상카메라용 렌즈모듈에 관한 것으로, 가시광선과 원적외선 대역을 동시에 촬영할 수 있는 일축형 열화상카메라용 렌즈모듈에 관한 것이다.
현재, 열화상카메라는 의료용으로 체열진단기에 적용되고 있으며, 상업용으로는 자동차에 야간감시센서로 활용되고, 그 외에도 산불감시용, 소방방지용, 산업용 및 연구개발용으로 그 활용도가 점점 더 확대되고 있는 추세이다.
특히 감시용 카메라로 CCD 카메라(Charge-Coupled Device Camera)는 야간 화상 획득이 불가능한 단점이 있어서 이것을 보완할 수 있는 열화상카메라의 수요가 급증하고 있다.
열화상카메라는 원적외선 렌즈를 이용하여 야간에 빛이 전혀 없는 상태에서도 화상을 획득하는데, 원적외선 렌즈로부터 입력되는 광학상을 원적외선검출기(센서)가 광전 변환하여 컴퓨터수단(PC나 노트북 등)이 읽을 수 있는 디지털 열화상신호를 생성함으로써 열화상을 획득한다.
이처럼 열화상카메라는 원적외선 렌즈를 이용하여 야간에 빛이 전혀 없는 상태에서도 화상 획득이 가능한 장점이 있으나, 물체에서 발생하는 복사에너지 차이를 감지하여 화상을 획득하기 때문에 흑백화상이 얻어진다.
따라서, 대상물체에 대하여 CCD 카메라 만큼의 선명한 화상을 획득할 수 없으며, 상당히 많은 용도에서는 열화상과 CCD 화상을 동시에 얻게 되면 열화상 영상의 활용도를 휠씬 높일 수 있게 될 것이다.
참고로, CCD 카메라는 가시광선 렌즈를 이용하여 피사체의 상을 포착하고, 가시광선 렌즈로부터 입력되는 광학상을 CCD센서가 광전 변환하여 컴퓨터수단이 읽을 수 있는 디지털 CCD화상신호(이하, '실화상신호'라고 한다)를 생성함으로써 화상을 획득한다.
본 발명의 목적은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열화상카메라가 가시광선과 원적외선 대역을 동시에 촬영하여 선명한 화상을 획득을 할 수 있도록 한 일축형 열화상카메라용 렌즈모듈을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 피사체와 대향하여 피사체로부터 오는 빛을 수광하여 상을 포착하되, 가시광선과 원적외선을 일축(一軸)으로 투과시켜 하나로 통합하도록 한 대물렌즈; 광축방향으로 상기 대물렌즈의 후측에 위치하여, 대물렌즈를 투과하는 빛으로부터 원적외선은 반사하고 가시광선은 투과하도록 한 광속분리기; 상기 광속분리기로부터 반사되는 원적외선의 광축방향으로 위치하여, 광학상을 열화상신호로 변환하여 출력하는 원적외선검출기로 광속분리기를 투과하는 원적외선을 수광하여 결상하도록 한 원적외선 결상렌즈; 및 상기 광속분리기를 투과하는 가시광선의 광축방향으로 위치함으로써 광속분리기의 후측에 위치하여, 광학상을 실화상신호로 변환하여 출력하는 CCD센서로 광속분리기로부터 투과되는 가시광선을 수광하여 결상하도록 한 가시광선 결상렌즈를 포함하여 구성된다.
상기 대물렌즈는 가시광선과 원적외선을 모두 투과시킬 수 있는 셀렌화아연(ZnSe) 또는 황화아연(ZnS) 중 어느 하나의 재질로 이루어짐이 바람직하다.
또, 상기 광속분리기는 앞면에 원적외선 반사코팅을 하고 가시광선 투과가 가능한 광학유리(BK7) 재질로 이루어짐이 바람직하다.
또, 상기 원적외선 결상렌즈의 F수는 1.6 이하인 것이 바람직하다.
또, 상기 가시광선 결상렌즈의 F수는 4 이하인 것이 바람직하다.
또, 상기 원적외선검출기는 비냉각형 원적외선검출기인 것이 바람직하다.
상기 해결 수단에 의해, 가시광선과 원적외선 대역을 동시에 촬영하여 선명한 화상을 획득을 할 수 있는 열화상카메라가 제공된다.
가시광선 렌즈와 원적외선 렌즈가 그 파장에 따른 투과 특성이 다르기 때문에 별도로 구성해야 하나 이런 경우에는 두 개의 별개 광학계 즉, 가시광선 광학계와 원적외선 광학계가 각각 필요하여 소형화가 어려울 뿐만 아니라 같은 물체를 동일한 시야각으로 촬영하기 어려우나, 본 발명은 동일한 광축상에 동일한 물체에 대하여 동일한 시야각으로 동시 촬영이 가능하기 때문에, 가시광선과 원적외선 대역을 동시에 촬영하여 동일한 표적에 대하여 선명한 가시광선화상(실화상)과 열화상을 획득을 할 수 있어서 표적에 대한 영상 분석시 그 활용도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일축형 열화상카메라용 렌즈모듈을 장착한 열화상카메라가 컴퓨터수단에 연결된 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일축형 열화상카메라용 렌즈모듈을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 렌즈모듈에서 원적외선 광학계를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 렌즈모듈에서 가시광선 광학계를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일축형 열화상카메라용 렌즈모듈을 장착한 열화상카메라가 컴퓨터수단에 연결된 모습을 나타낸 도면, 도 2는 본 발명의 일축형 열화상카메라용 렌즈모듈을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 렌즈모듈에서 원적외선 광학계를 나타낸 도면, 도 4는 본 발명의 렌즈모듈에서 가시광선 광학계를 나타낸 도면이다.
도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일축형 열화상카메라용 렌즈모듈은 카메라의 외형을 이루어 외부로부터 보호하는 케이스(1)의 내부에 장착되며, 대물렌즈(10)를 구비한다.
대물렌즈(10)는 피사체와 대향하게 케이스(1)의 전면에 노출되게 설치되어 피사체로부터 오는 빛을 수광하여 상을 포착하는데, 가시광선과 원적외선을 일축(一軸)으로 투과시켜 하나로 통합한다.
즉, 대물렌즈(10)는 가시광선과 원적외선을 동시에 투과할 수 있는 예컨대, 셀렌화아연(ZnSe) 재질로 이루어져, 가시광선과 원적외선의 광축을 하나로 통합함으로써, 동일한 광축상에 동일한 물체 즉, 피사체에 대하여 동일한 시야각으로 동시 촬영이 가능하도록 한다.
이러한 대물렌즈(10)는 투과파장대역이 0.4∼14.0μm인 것을 사용함이 좋고, 이때 7.5∼14.0μm는 원적외선 대역이 되고, 0.4∼0.7μm는 가시광선 대역이 된다.
또한, 대물렌즈(10)는 셀렌화아연 대신에 황화아연(ZnS) 재질로 이루어져 가시광선과 원적외선을 일축으로 투과시켜 하나로 통합할 수 있다.
광축방향으로 대물렌즈(10)의 후측에는 광속분리기(20)가 위치한다.
광속분리기(20)는 대물렌즈(10)를 투과하는 빛으로부터 가시광선은 투과하고 원적외선은 반사한다.
광속분리기(20)는 광학유리(BK7) 재질로 이루어져 대물렌즈(10)를 투과하는 빛으로부터 가시광선은 투과하고 원적외선은 반사한다.
이러한 광속분리기(20)로부터 반사되는 원적외선의 광축방향에는 원적외선 결상렌즈(30)가 위치한다.
원적외선 결상렌즈(30)는 광속분리기(20)로부터 반사되는 원적외선을 수광하여 원적외선검출기(40)에 결상한다.
원적외선검출기(센서)(40)는 잘 알려진 바와 같이 원적외선 결상렌즈(30)로부터 입력되는 대물렌즈(10)가 포착한 광학상을 광전 변환하여 컴퓨터수단(PC나 노트북 등)(50)이 읽을 수 있는 열화상신호를 생성함으로써 열화상을 획득할 수 있도록 한다.
원적외선검출기(40)는 냉각형과 비냉각형이 있는데, 냉각형은 검출기를 77K의 저온으로 냉각하기 위한 별도의 냉각장치가 필요하나, 비냉각형은 상온에서 사용할 수 있기 때문에 별도의 냉각장치가 필요하지 않아 소형경량화가 쉬워, 본 발명에서는 비냉각형을 사용한다.
비냉각형 원적외선검출기(40)는 광학계의 F수가 1.6 이하로서, 바람직하게는 1.0∼1.6 사이로서 그 사용이 극히 제한되고 파장대역은 원적외선에서만 사용할 수 있는 특성이 있지만, 본 발명은 그 특성을 모두 만족시키고 있기 때문에 사용하는데 문제가 없다.
이와 같은 원적외선 광계통도의 예로서, FOV(FIELD OF VIEW)는 X축이 24°, Y축이 18°임이 좋고, EFL(Equivalent Focal Length)은 17.69㎜임이 좋고, F수는 1.2 이하인 것이 좋다. 이때, 픽셀 포멧은 320×240픽셀로 이루어지고, 픽셀 사이즈는 25×25μm가 된다.
한편, 광속분리기(20)의 후측에는 가시광선 결상렌즈(60)가 위치한다.
가시광선 결상렌즈(60)는 광속분리기(20)를 투과하는 가시광선의 광축방향으로 위치함으로써 광속분리기(20)의 후측에 위치한다.
이와 같이 위치하는 가시광선 결상렌즈(60)는 광속분리기(20)를 투과하는 가시광선을 수광하여 CCD센서(70)에 결상한다.
CCD센서(70)는 잘 알려진 바와 같이 가시광선 결상렌즈(60)로부터 입력되는 대물렌즈(10)가 포착한 광학상을 광전 변환하여 컴퓨터수단(50)이 읽을 수 있는 실화상신호를 생성함으로써 화상을 획득할 수 있도록 한다.
이와 같은 가시광선 광계통도 예로서, FOV(FIELD OF VIEW)는 X축이 24°, Y축이 18°임이 좋고, EFL(Equivalent Focal Length)은 11.14㎜임이 좋고, F수는 4.0 이하, 바람직하게는 1.0∼4.0인 것이 좋다. 이때, 픽셀 포멧은 640×480 픽셀로 이루어지고, 픽셀 사이즈는 7.4×7.4um가 된다.
또한, 광속분리기(20)로부터 반사되는 원적외선의 광축방향에 원적외선을 임의 방향으로 반사할 수 있는 예컨대, 거울과 같은 반사판(80)을 배치하여 원적외선 결상렌즈(30)와 원적외선검출기(40)의 위치를 변경함으로써 부피를 줄일 수 있다.
이와 같이, 가시광선과 원적외선을 동시에 투과하는 재질을 갖는 대물렌즈(10)를 사용하여 가시광선과 원적외선의 광축을 하나로 통합하고, 대물렌즈(10)의 후측에 광속분리기(20)를 두어 가시광선은 투과시키고 원적외선은 반사하여 각 광선의 촛점에 원적외선검출기(40)와 CCD센서(70)를 둠으로써, 동일한 광축상에 동일한 물체에 대하여 동일한 시야각으로 동시 촬영이 가능해지고, 이로 인해 동일한 표적에 대하여 실화상과 열화상을 동시에 획득하게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 가시광선과 원적외선 대역을 동시에 촬영하여 선명한 열화상을 획득을 할 수 있는 열화상카메라가 제공된다.
1:케이스 10:대물렌즈
20:광속분리기 30:원적외선결상렌즈
40:원적외선검출기 50:컴퓨터수단
60:가시광선결상렌즈 70:CCD센서

Claims (6)

  1. 피사체와 대향하여 피사체로부터 오는 빛을 수광하여 상을 포착하되, 가시광선과 원적외선을 일축(一軸)으로 투과시켜 하나로 통합하도록 한 대물렌즈(10);
    광축방향으로 상기 대물렌즈(10)의 후측에 위치하여, 대물렌즈(10)를 투과하는 빛으로부터 원적외선은 반사하고 가시광선은 투과하도록 한 광속분리기(20);
    상기 광속분리기(20)로부터 반사되는 원적외선의 광축방향으로 위치하여, 광학상을 열화상신호로 변환하여 출력하는 원적외선검출기(40)로 광속분리기(20)를 투과하는 원적외선을 수광하여 결상하도록 한 원적외선 결상렌즈(30); 및
    상기 광속분리기(20)를 투과하는 가시광선의 광축방향으로 위치함으로써 광속분리기(20)의 후측에 위치하여, 광학상을 실화상신호로 변환하여 출력하는 CCD센서(70)로 광속분리기(20)로부터 투과되는 가시광선을 수광하여 결상하도록 한 가시광선 결상렌즈(60)를 포함하여 구성되어,
    동일한 시야각으로 동시 촬영이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 일축형 열화상카메라용 렌즈모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 대물렌즈(10)는 셀렌화아연(ZnSe) 또는 황화아연(ZnS) 중 어느 하나의 재질로 이루어짐을 특징으로 하는 일축형 열화상카메라용 렌즈모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광속분리기(20)는 광학유리(BK7) 재질로 이루어짐을 특징으로 하는 일축형 열화상카메라용 렌즈모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 원적외선 결상렌즈(30)의 F수는 1.6 이하인 것을 특징으로 하는 일축형 열화상카메라용 렌즈모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가시광선 결상렌즈(60)의 F수는 4 이하인 것을 특징으로 하는 일축형 열화상카메라용 렌즈모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 원적외선검출기(40)는 비냉각형 원적외선검출기인 것을 특징으로 하는 일축형 열화상카메라용 렌즈모듈.
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