KR101098469B1 - 적외선 레이저 투광기를 이용한 감시 카메라 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빛이 없는 야간에도 레이저를 광원으로 이용하여 원거리에 있는 피사체를 선명하게 감시 촬영할 수 있으며, 특히 상대방에게 노출되지 않도록 하면서 상대방을 감시 촬영할 수 있는 적외선 레이저 투광기를 이용한 감시 카메라에 관한 것이다.

적외선레이저투광모듈, 반도체레이저다이오드, 광학렌즈부재, 실린더리컬렌즈, 투광렌즈, 감시카메라

Description

적외선 레이저 투광기를 이용한 감시 카메라{Supervisory camera with a NIR Laser Illuminator}

본 발명은 야간감시카메라에 관한 것으로, 보다 상세하게는 빛이 없는 야간에도 레이저를 광원으로 이용하여 원거리에 있는 피사체를 선명하게 감시 촬영할 수 있으며, 특히 상대방에게 노출되지 않도록 하면서 상대방을 감시 촬영할 수 있는 적외선 레이저 투광기를 이용한 감시 카메라에 관한 것이다.

통상적으로 카메라는 피사체에 반사된 빛이 렌즈를 통하여 조절되어 감광재료(필름, 찰상소자)에 결상시켜 사진을 촬영하도록 하는 장치로서, 렌즈와 감광재료의 사이에는 어둠상자가 요구되며, 따라서 어둠상자 구실을 하는 몸체에 렌즈를 장치하고 필름을 장전할 수 있는 구조로 되어 있으며, 광량을 조절하기 위한 조리개와 잠시 동안만 빛을 통과시키는 셔터 등으로 구성된다.

또한, CCD카메라는 디지털 카메라의 하나로, 전하 결합 소자(CCD)를 사용하여 영상을 전기 신호로 변환함으로써 디지털 데이터로 플래시 메모리 등의 기억 매 체에 저장하는 장치이다.

이와 같은 카메라는 피사체를 촬영시 빛을 필요로 하는데 특히 야간에 감시용으로 활용되는 야간감시카메라의 경우 종래에는 백열등, 형광등, 스트로브, 가시광선투광기, 적외선투광기 등을 보조광원으로 이용하여 피사체를 감지하도록 하고 있다.

한편, 야간 감시를 위하여 통상적으로 널리 사용되고 있는 야간감시카메라의 보조광원으로는 적외선 투광기를 카메라에 설치하여 야간에 피사체를 촬영하도록 하고 있는데 이러한 적외선 투광기는 엘이디(LED)타입과 할로겐타입이 있다.

엘이디(LED)타입의 적외선 투광기는 거리가 짧아 원거리의 물체를 촬영하는데 지장이 있으며, 할로겐타입의 적외선 투광기는 상기 엘이디(LED)타입의 적외선 투광기에 비하여 거리가 멀지만 광원이 상대에게 보이는 단점이 있어 감시용으로는 부적합하며, 구동을 위한 전력소모가 많은 단점이 있다.

상기의 문제점을 해소하기 위한 본 발명은 야간감시카메라의 보조광원으로 직진성이 매우 우수하고, 광의 손실이 거의 없으면서 상대방에 관찰되지 않도록 하는 반도체 레이저 다이오드를 광원으로 하여 저전력으로 원거리 야간감시촬영이 가능하도록 한 적외선 레이저 투광기를 이용한 감시 카메라를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 야간 원거리 촬영이 가능하도록 직진성이 좋은 적외선레이저투광모듈과; 상기 적외선레이저투광모듈의 출력광에 의해 피사체를 촬영하는 감시카메라와; 상기 감시카메라에 의해 촬영된 영상신호를 외부장치로 송출하는 감시카메라영상출력부 및 상기 적외선레이저투광모듈과 감시카메라의 작동을 위한 전원을 공급하도록 하는 전원입력부를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 적외선레이저투광모듈은 경통과; 상기 경통의 내부 후측에 방열구조를 갖춘 반도체레이저다이오드홀더에 의해 일정 위치에 고정 설치된 반도체레이저다이오드와; 상기 반도체레이저다이오드에 의한 출력광을 조절하는 광학렌즈부재로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 광학렌즈부재는 상기 경통의 내부에 실린더리컬렌즈홀더에 의해 고정설치되며, 상기 반도체레이저다이오드의 출력광을 활성영역의 길 이방향으로 확산시켜 특정방향으로 보정하는 실린더리컬렌즈와; 상기 실린더리컬렌즈의 전방에 설치되어 카메라의 화각과 상기 반도체레이저다이오드의 출력광에 의한 조명의 조사각을 일치시켜 주어 피사체의 광원으로 사용할 수 있도록 레이저의 방사각도를 조절하도록 다수의 투광렌즈를 조합하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 광학렌즈부재는 상기 경통의 내부에 실린더리컬렌즈홀더에 의해 고정설치된 실린더리컬렌즈와; 상기 실린더리컬렌즈의 전방에 설치되어 카메라의 화각과 상기 반도체레이저다이오드의 출력광에 의한 조명의 조사각을 일치시켜 주도록 하며, 각각 1차투광렌즈홀더와 2차투광렌즈홀더에 의해 상기 경통의 내부에 순차적으로 설치된 1차투광렌즈와 2차투광렌즈로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서 상기 실린더리컬렌즈는 상기 반도체레이저다이오드의 활성부의 길이방향과 렌즈의 곡면부가 일치되도록 함을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 감시카메라는 촛점과 영상의 화각을 결정하도록 하는 촛점렌즈와 줌렌즈를 구비하며, 내부에는 상기 적외선레이저투광모듈에 사용된 반도체레이저다이오드의 특성주파수와 동일한 영역에서 우수한 시감도 특성을 갖는 Ex-View CCD를 적용함을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명은 야간감시카메라의 보조광원으로 반도체 레이저 다이오드를 사용함으로써 레이저의 특성인 직진성이 매우 우수하며 광의 손실이 거의 없 어 원거리 야간감시촬영이 가능하도록 함은 물론 상대방에게 관찰되지 않도록 함으로서 야간감시촬영에 매우 양호한 효과가 있다.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 실시예의 구성을 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 측면도로서 적외선레이저투광모듈(100)과 감시카메라(200)와 감시카메라영상출력부(300) 및 전원입력부(400)로 구성된다.

도 3은 본 발명 실시예의 적외선레이저투광모듈의 내부 구성을 보인 단면도이고, 도 4는 본 발명 실시예의 적외선 레이저 투광모듈의 분해 사시도이며, 도 5는 본 발명 실시예에 적용된 반도체레이저다이오드의 활성부를 도시한 것이고, 도 6은 본 발명 실시예의 적외선 레이저 투광모듈의 광학부 기능설명도로서, a)는 반도체레이저다이오드의 활성부의 길이방향에서 광학렌즈의 조합을 도시한 것으로 레이저의 확산이 양호하므로 실린더리컬 렌즈에 의한 굴절이 없도록 배치한 것이고, b)는 반도체레이저다이오드의 활성부의 길이방향과 평행한 방향에서 광학렌즈의 조합을 도시한 것으로 레이저의 확산이 거의 없으므로 실린더리컬렌즈에 의해 굴절/확산 되도록 실린더리컬 렌즈의 방향을 배치한 것이다.

상기 적외선레이저투광모듈(100)은 경통(110)과; 상기 경통(110)의 내부 후측에 방열구조를 갖춘 반도체레이저다이오드홀더(121)에 의해 일정 위치에 고정 설치된 반도체레이저다이오드(120)와; 상기 반도체레이저다이오드(120)에 의한 출력 광을 조절하는 광학렌즈부재(130)로 구성된다.

상기 광학렌즈부재(130)는 실린더리컬렌즈(131)와 다수의 투광렌즈를 조합하여 구성된다.

상기 실린더리컬렌즈(131)는 상기 경통(110)의 내부에 실린더리컬렌즈홀더(132)에 의해 고정설치되며, 상기 반도체레이저다이오드(120)의 출력광을 활성영역의 길이방향으로 확산시켜 특정방향으로 보정하도록 하는 것이다.

상기 투광렌즈는 상기 실린더리컬렌즈(131)의 전방에 설치되어 카메라의 화각과 상기 반도체레이저다이오드(120)의 출력광에 의한 조명의 조사각을 일치시켜 주어 피사체의 광원으로 사용할 수 있도록 레이저의 방사각도를 조절하도록 하는 것으로 다수의 투광렌즈를 조합하여 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명 실시예의 상기 광학렌즈부재(130)는 상기 경통(110)의 내부에 실린더리컬렌즈홀더(132)에 의해 고정설치된 실린더리컬렌즈(131)와; 상기 실린더리컬렌즈(131)의 전방에 설치되어 카메라의 화각과 상기 반도체레이저다이오드(120)의 출력광에 의한 조명의 조사각을 일치시켜 주도록 하며, 각각 1차투광렌즈홀더(134)와 2차투광렌즈홀더(136)에 의해 상기 경통(110)의 내부에 순차적으로 설치된 1차투광렌즈(133)와 2차투광렌즈(135)로 구성된다.

상기 실린더리컬렌즈(131)는 상기 반도체레이저다이오드(120)의 활성부의 길이방향과 렌즈의 곡면부가 일치되도록 하여야 한다.

상기 감시카메라(200)는 상기 적외선레이저투광모듈(100)의 출력광에 의해 피사체를 촬영하는 것으로 촛점과 영상의 화각을 결정하도록 하는 촛점렌즈(210)와 줌렌즈(220)를 구비하며, 내부에는 상기 적외선레이저투광모듈(100)에 사용된 반도체레이저다이오드(120)의 특성주파수와 동일한 영역에서 우수한 시감도 특성을 갖는 Ex-View CCD를 적용하여 구성된다.

상기 감시카메라영상출력부(300)는 상기 감시카메라(200)에 의해 촬영된 영상신호를 외부장치로 송출하는 장치로서 모니터나 데이터 저장장치로 영상신호를 송출한다.

또한 상기 전원입력부(400)는 상기 적외선레이저투광모듈(100)과 감시카메라(200)의 작동을 위한 전원을 공급하도록 하는 부분이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예는 직진성이 강한 반도체 레이저를 이용하여 원거리의 피사체에 적외선 또는 근적외선을 조사하고 이를 줌렌즈(220)를 통해 영상을 촬영하는 구조로 활성부의 길이 방향으로 확산이 잘 되지 않는 반도체레이저의 특성을 보완하기 위하여 실린더리컬렌즈(131)를 반도체레이저다이오드(120) 활성부에 가깝게 배치하고, 1차투광렌즈(133) 및 2차투광렌즈(135)를 통하여 조사각도를 조절하도록 한다.

감시카메라(200)의 촛점렌즈(210)와 줌렌즈(220)는 영상의 화각과 촛점을 결정하는 것으로 기존의 렌즈를 활용하여도 무방하다.

적외선 레이저는 활성영역의 길이방향으로 광이 확산되지 않는 특징이 있으므로 적외선투광모듈(100)은 실린더리컬렌즈(131)에 의해 반도체 레이저의 출력을 활성영역의 길이방향으로 확산시킨 후 1차투광렌즈(133)와 2차투광렌즈(135)를 적용하는 것이 바람직하다.

반도체레이저다이오드(120)의 활성부는 도 5에 도시된 바와 같이 반도체레이저다이오드(120)의 횡방향으로 갈라진 틈의 형상을 하고 있으며, 이로 인해 레이저는 활성부의 길이방향으로는 확산이 거의 되지 않고, 폭방향으로 부채꼴 형태로 퍼져서 방출되게 된다.

따라서, 도 6의 b)에 도시한 바와 같이 레이저다이오드의 활성부의 길이방향과 실린더리컬렌즈(131)를 일치시키게 되면 방출되는 레이저는 실린더리컬렌즈(131)에 의해 방사각도를 넓히게 되고 이후 1차투광렌즈(133)와 2차투광렌즈(135)를 거치면서 피사체에 조사하기 적절한 각도로 조절되게 된다.

이때 최종적인 1차투광렌즈(133)와 2차투광렌즈(135)를 거쳐 최종적으로 방사되는 레이저의 방사각도는 약 3m의 피사체를 대상으로 할 경우 200m에서 8.5도, 300m에서는 5.7도 정도의 방사각을 갖는 것이 적절하므로 10도 이내로 제한하는 것이 바람직하다.

그러나 충분한 전력과 고출력 레이저를 적용할 경우에는 보다 넓은 방사각을 가지고 넓은 지역을 감시하도록 하는 것도 가능함은 물론이다.

또한, 상기 적외선레이저투광모듈(100)은 반도체레이저다이오드(120)의 냉각을 위하여 방열구조를 갖춘 레이저다이오드홀더(121)을 적용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 감시카메라는 적외선레이저투광기의 광원을 이용하여 피사체를 촬영하는데 일반적인 CCD를 이용한 카메라를 사용하지 않고 근적외선(Near Infra Red)영역에 시감도 특성이 좋은 EX-View CCD를 사용하는 카메라를 이용한다.

CCD의 시감도 특성은 가시광 영역에서 최대치를 가지고 자외선 및 적외선 영역으로 벗어나면서 감도가 떨어지는 특성을 보인다.

그러나 EX-View CCD 군의 일부는 근적외선영역에서 급격하게 감도가 떨어지는 여타의 CCD와는 달리 비교적 높은 감도를 유지하는 특성을 가지고 있다.

따라서 본 발명의 적외선 레이저 투광기에 사용되는 반도체 레이저 다이오드의 주파수는 근적외선영역에서 감도가 좋은 EX-View CCD와 동일한 주파수 대역을 사용한다.

그 이유는 레이저 다이오드의 주파수와 EX-View CCD의 주파수 대역이 동일 할 경우 더 좋은 영상을 얻을 수 있기 때문이다.

이와 같은 본 발명은 직진성이 강하고 광의 확산이 없어 광의 손실이 거의 없이 원거리까지 도달할 수 있는 레이저의 특성을 이용하여 비가시영역인 근적외선영역에서 피사체를 촬영하기 위하여 반도체레이저다이오드와 광학렌즈에 의한 적외선레이저투광모듈을 장착한 감시카메라로서 주간에는 가시광으로 감시가 가능한 것으로 방범이나 기타 감시용 카메라에 매우 효율적인 장치로서 산업상 이용가능성이 매우 큰 기술이다.

도 1은 본 발명 실시예의 구성을 보인 사시도.

도 2는 도 1의 측면도.

도 3은 본 발명 실시예의 적외선 레이저 투광모듈의 내부 구성을 보인 단면도.

도 4는 본 발명 실시예의 적외선 레이저 투광모듈의 분해 사시도.

도 5는 본 발명 실시예에 적용된 반도체레이저다이오드의 활성부를 도시한 것임.

도 6은 본 발명 실시예의 적외선 레이저 투광모듈의 광학부 기능설명도로서,

a)는 반도체레이저다이오드의 활성부의 길이방향에서 광학렌즈의 조합을 도시한 것으로 레이저의 확산이 양호하므로 실린더리컬 렌즈에 의한 굴절이 없도록 배치한 것이고,

b)는 반도체레이저다이오드의 활성부의 길이방향과 평행한 방향에서 광학렌즈의 조합을 도시한 것으로 레이저의 확산이 거의 없으므로 실린더리컬렌즈에 의해 굴절/확산 되도록 실린더리컬 렌즈의 방향을 배치한 것임.

*주요부분에 대한 부호의 설명

100: 적외선레이저투광모듈 110: 경통

120: 반도체레이저다이오드 121: 반도체레이저다이오드홀더

130: 광학렌즈부재 131: 실린더리컬렌즈

132: 실린더리컬렌즈홀더 133: 1차투광렌즈

134: 1차투광렌즈홀더 135: 2차투광렌즈

136: 2차투광렌즈홀더 200: 감시카메라

210: 촛점렌즈 220: 줌렌즈

300: 감시카메라영상출력부 400: 전원입력부

Claims (6)

1. 경통(110)과, 상기 경통(110)의 내부 후측에 방열구조를 갖춘 반도체레이저다이오드홀더(121)에 의해 일정 위치에 고정 설치된 반도체레이저다이오드(120)와, 상기 경통(110)의 내부에 실린더리컬렌즈홀더(132)에 의해 고정설치되며 상기 반도체레이저다이오드(120)의 출력광을 활성영역의 길이방향으로 확산시켜 특정방향으로 보정하는 실린더리컬렌즈(131)와 상기 실린더리컬렌즈(131)의 전방에 설치되어 카메라의 화각과 상기 반도체레이저다이오드(120)의 출력광에 의한 조명의 조사각을 일치시켜 주어 피사체의 광원으로 사용할 수 있도록 레이저의 방사각도를 조절하도록 다수의 투광렌즈를 조합하여 구성되는 광학렌즈부재(130)로 구성되어 야간 원거리 촬영이 가능하도록 직진성이 좋은 적외선레이저투광모듈(100)과;

   상기 적외선레이저투광모듈(100)의 출력광에 의해 피사체를 촬영하는 감시카메라(200)와;

   상기 감시카메라(200)에 의해 촬영된 영상신호를 외부장치로 송출하는 감시카메라영상출력부(300) 및

   상기 적외선레이저투광모듈(100)과 감시카메라(200)의 작동을 위한 전원을 공급하도록 하는 전원입력부(400)를 포함하는 적외선 레이저 투광기를 이용한 감시 카메라.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 광학렌즈부재(130)는

   상기 경통(110)의 내부에 실린더리컬렌즈홀더(132)에 의해 고정설치된 실린더리컬렌즈(131)와;

   상기 실린더리컬렌즈(131)의 전방에 설치되어 카메라의 화각과 상기 반도체레이저다이오드(120)의 출력광에 의한 조명의 조사각을 일치시켜 주도록 하며, 각각 1차투광렌즈홀더(134)와 2차투광렌즈홀더(136)에 의해 상기 경통(110)의 내부에 순차적으로 설치된 1차투광렌즈(133)와 2차투광렌즈(135)로 구성됨을 특징으로 하는 적외선 레이저 투광기를 이용한 감시 카메라.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 실린더리컬렌즈(131)는

   상기 반도체레이저다이오드(120)의 활성부의 길이방향과 렌즈의 곡면부가 일치되도록 함을 특징으로 하는 적외선 레이저 투광기를 이용한 감시 카메라.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 감시카메라(200)는

   촛점과 영상의 화각을 결정하도록 하는 촛점렌즈(210)와 줌렌즈(220)를 구비하며,

   내부에는 상기 적외선레이저투광모듈(100)에 사용된 반도체레이저다이오드(120)의 특성주파수와 동일한 영역에서 우수한 시감도 특성을 갖는 Ex-View CCD를 적용함을 특징으로 하는 적외선 레이저 투광기를 이용한 감시 카메라.

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