KR101164640B1 - 동일시계 및 영상을 갖는 적외선 열화상 카메라 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동일시계 및 영상을 갖는 적외선 열화상 카메라 장치에 대한 것으로, 피사체에서 발생하는 적외선 파장 대역을 검출하기 위한 적외선 대역 렌즈부, 피사체에서 발생하는 적외선 복사 에너지를 검출하는 적외선 감지 센서부, 상기 적외선 대역 렌즈부 주위로 띠 형상으로 연속하여 배치되어 주간 영상을 통과시키되 적외선 파장 대역을 통과하지 않도록 하는 광학윈도우부, 상기 광학 윈도우를 통해 들어오는 실제 영상을 보여주는 주간 카메라부, 상기 적외선 대역 렌즈부 주위에 배치된 광학 윈도우를 통해 들어오는 이미지를 상기 주간 카메라에 집중되도록 상기 적외선 감지 센서부 뒤쪽에 배치된 전면 반사광학계와 상기 주간 카메라 주위에 배치된 후면 반사광학계, 상기 적외선 감지 센서부로부터 검출된 적외선 복사에너지의 강도 계산을 통하여 온도 변화와 적외선 열화상 이미지로 처리하고 주간 영상 이미지와 매칭하는 데이터 처리부, 및 상기 주간 영상 이미지와 적외선 열화상 이미지 매칭 결과를 보여주는 모니터부를 포함한다.

Description

동일시계 및 영상을 갖는 적외선 열화상 카메라 장치{Apparatus of thermal infrared camera with identical visibility and visual image}

본 발명은 동일시계 및 영상을 갖는 적외선 열화상 카메라 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반사광학계를 이용하여 적외선 복사에너지의 강도 변화에 의한 열 영상 이미지와 주간 카메라의 실제 영상의 매칭 오차를 최소화하여 동일한 시계로 보여주므로써, 적외선 복사 에너지의 발생 위치를 정확하게 감지할 수 있는 동일시계 및 영상을 갖는 적외선 열화상 카메라 장치에 관한 것이다.

적외선 열화상 카메라는 피사체의 실물을 보여주는 것이 아닌 피사체의 표면으로부터 복사(방사)되는 전자파의 일종인 적외선 파장 형태의 에너지(열)를 검출, 피사체 표면 복사열의 강도를 측정하여 강도의 양에 따라 각각의 다른 색상으로 표현해 주는 카메라이다.

일반적인 환경에서는 사람의 신체 온도변화, 즉 발열에 의한 고열 측정, 신체의 체온변화, 일반건물 및 사물에 대한 화재감지, 고전압 설비의 국부적인 발열에 의한 진단장비도 활용되고 있다.

또한, 기존의 적외선 이미지뿐만 아니라, 주간 카메라가 부착된 적외선 카메라는 주간 영상을 볼 수 있어 정확한 발열 지점을 알 수 있다.

적외선 열화상 카메라의 구조는 일반적으로 렌즈, 검출기, 필터, 데이터처리장치, 저장장치로 구성되어 있다.

적외선 열화상 카메라의 렌즈는 일반 가시광선은 통과되지 않고 적외선 복사를 감지한다.

모든 피사체의 표면의 온도만을 측정하기 위해, 유리 표면으로부터 복사되는 에너지만을 측정하기 위하여 필터가 장착된다.

검출기에서는 적외선 복사 에너지에 대하여 감응하는 소자로부터 검출되는 것으로 렌즈로부터 입사된 적외선 복사에너지의 결과를 전기적 신호로 만들어 주는 역할을 한다.

데이터처리 장치는 검출기로부터 발생된 전기신호를 받아 이 신호를 온도값과 열화상으로 표현되도록 처리하여는 주고, 저장장치는 측정된 결과를 저장하는 공간이다.

이와 같이 기존의 적외선 열화상 카메라 기술에 주간영상을 보여줄 수 있는 카메라 기능이 추가되어 실제 영상과 적외선 열화상 영상을 비교하여 의료용, 산업용에 응용되고 있다.

하지만, 적외선 열화상 카메라 측정부와 주간 영상 측정부의 측정위치가 다르기 때문에 두 영상을 매칭 할 시에는 약간의 겹침 오차가 발생한다.

즉, 기존 적외선 카메라는 적외선 이미지 센서부와 주간 영상 촬영부가 일정한 틈을 두고 제작되기 때문에 적외선 영상과 주간 영상을 매칭 할 경우에는 두 센서의 일정한 틈만큼 차이가 발생한다.

따라서, 현장에서 측정하여 저장한 데이터를 다시 불러와 편집할 경우에는 열화상 이미지와 주간 이미지의 차이가 발생하여 사용상의 불편함이 따르는 문제점이 있게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 그의 목적은 반사광학계를 이용하여 적외선 복사에너지의 강도 변화에 의한 열 영상 이미지와 주간 카메라의 실제 영상의 매칭 오차를 최소화함으로써, 피사체의 온도변화에 의한 적외선 영상과 주간영상을 동일한 시계로 보여주게 되어, 사용자가 측정한 대상물을 정확하게 인지할 수 있고, 영상 겹침에 의한 오차가 없도록 하는 동일시계 및 영상을 갖는 적외선 열화상 카메라 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 동일시계 및 영상을 갖는 적외선 열화상 카메라 장치는, 피사체에서 발생하는 적외선 파장 대역을 검출하기 위한 적외선 대역 렌즈부; 피사체에서 발생하는 적외선 복사 에너지를 검출하는 적외선 감지 센서부; 상기 적외선 대역 렌즈부 주위로 띠 형상으로 연속하여 배치되어 주간 영상을 통과시키되 적외선 파장 대역을 통과하지 않도록 하는 광학윈도우부; 상기 광학 윈도우를 통해 들어오는 실제 영상을 보여주는 주간 카메라부; 상기 적외선 대역 렌즈부 주위에 배치된 광학 윈도우를 통해 들어오는 이미지를 상기 주간 카메라에 집중되도록 상기 적외선 감지 센서부 뒤쪽에 배치된 전면 반사광학계와 상기 주간 카메라 주위에 배치된 후면 반사광학계; 상기 적외선 감지 센서부로부터 검출된 적외선 복사에너지의 강도 계산을 통하여 온도 변화와 적외선 열화상 이미지로 처리하고 주간 영상 이미지와 매칭하는 데이터 처리부; 및 상기 주간 영상 이미지와 적외선 열화상 이미지 매칭 결과를 보여주는 모니터부를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 동일시계 및 영상을 갖는 적외선 열화상 카메라 장치에 있어서, 상기 전면 반사광학계는 볼록렌즈로 이루어지고, 상기 후면 반사광학계는 오목렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 따른 동일 시계 및 영상을 갖는 적외선 열화상 카메라 장치에 따르면, 피사체에서 발생하는 적외선 복사 에너지의 강도 변화와 실제 피사체의 영상을 동일한 시계로 영상을 보여줄 수 있고, 저장함으로서 사용자가 국부적인 발열 현상을 정확하게 인지할 수 있고, 사용상의 편리함에 효과적으로 활용될 것이다.

또한, 전력설비에 응용하면 전력설비의 국부적인 발열에 의한 전기사고를 진단할 수 있는 방법으로 사용할 수 있다.

이 기술을 이용하여 응용 제품 개발시 콤팩트하게 제작하여 소형화 할 수 있는 장점이 있다.

도1은 본 발명에 따른 동일시계 및 영상을 갖는 적외선 열화상 카메라 장치의 블럭 구성도이다.
도2는 본 발명에 따른 동일시계 및 영상을 갖는 적외선 열화상 카메라 장치의 개략도이다.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 도면에 도시된 실시예에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 동일시계 및 영상을 갖는 적외선 열화상 카메라 장치의 블럭 구성도이다.

도2는 본 발명에 따른 동일시계 및 영상을 갖는 적외선 열화상 카메라 장치의 개략도이다.

도1, 도2를 참조하면, 본 발명에 따른 동일시계 및 영상을 갖는 적외선 열화상 카메라 장치는, 피사체에서 발생하는 적외선 파장 대역을 검출하기 위한 적외선 대역 렌즈부(10), 피사체에서 발생하는 적외선 복사 에너지를 검출하는 적외선 감지 센서부(20), 상기 적외선 대역 렌즈부(10) 주위로 띠 형상으로 연속하여 배치되어 주간 영상을 통과시키되 적외선 파장 대역을 통과하지 않도록 하는 광학윈도우부(30), 상기 광학 윈도우부(30)를 통해 들어오는 실제 영상을 보여주는 주간 카메라부(60), 상기 적외선 대역 렌즈부(10) 주위에 배치된 광학 윈도우부(30)를 통해 들어오는 이미지를 상기 주간 카메라부(60)에 집중되도록 상기 적외선 감지 센서부(20) 뒤쪽에 배치된 전면 반사광학계(40)와 상기 주간 카메라부(60) 주위에 배치된 후면 반사광학계(50), 상기 적외선 감지 센서부(20)로부터 검출된 적외선 복사에너지의 강도 계산을 통하여 온도 변화와 적외선 열화상 이미지로 처리하고 주간 영상 이미지와 매칭하는 데이터 처리부(70), 및 상기 주간 영상 이미지와 적외선 열화상 이미지 매칭 결과를 보여주는 모니터부(80)를 포함한다.

상기 적외선 대역 렌즈부(10)는 피사체에서 발생하는 적외선 복사를 감지해야 되기 때문에 일반적인 가시광선 대역의 렌즈를 사용할 수 없으며, 적외선 복사에너지 파장 대역은 통과되고 일반 가시광선은 통과되지 않는 게르마늄과 실리콘으로 구성된 렌즈를 사용한다.

또한, 적외선 복사 에너지가 반사되지 않고 모두 통과되도록 하기 위해 반 반사 코팅을 이용한다.

상기 적외선 감지 센서부(20)에서는 적외선 복사 에너지에 대하여 감응하는 소자에 의해서 에너지를 검출하는 것으로 적외선 대역 렌즈부(10)로터 입사되어진 적외선 복사에너지의 결과를 전기적 신호로 만들어 주는 역할을 한다.

그리고, 도면에서 도시되지 않았지만 냉각장치를 이용하여 적외선 감지 센서부(20)의 온도 감응성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.

주간 영상을 위하여 일반 가시광선을 통과시키는 광학 윈도우부(30)가 구비된다.

상기 광학윈도우부(30)는 적외선 파장 대역을 통과시키지 않고, 상기 광학 윈도우부(30)를 통해 들어오는 실제 영상은 반사광학계(40, 50)를 이용하여 주간카메라부(60)의 영상으로 보여지게 된다.

주간 영상을 위해 일반 가시광선을 통과시키는 광학 윈도우부(30)는 상기 적외선 대역 렌즈부(10) 주위로 띠 형상으로 연속하여 배치되어 있다.

그런데, 주간 영상을 위한 주간카메라부(60)는 적외선 대역 렌즈부(10)와 적외선 감지 센서 후방에서 중심 위치에 배치되어 있으므로 장치 주변부에 배치된 광학윈도우부(30)를 통과하는 가시광선에 의해서 형성되는 이미지가 상기 주간 카메라(60)로 집중되어 향하도록 하는 메커니즘이 필요하다.

도2에 도시된 바와 같이, 상기 반사광학계(40, 50)는 주변부로 들어오는 가시광선을 장치의 중심부에 위치한 주간카메라(60)로 향하도록 광 경로를 여러번 바꾸어주도록 하는 것이다.

상기 반사광학계(40, 50)는 상기 적외선 감지 센서부(20) 뒤쪽에 배치된 전면 반사광학계(40)와 상기 주간 카메라부(60) 주위에 배치된 후면 반사광학계(50)으로 이루어져 있다.

상기 주변부에 배치된 광학윈도우부(30)를 통과하는 가시광선 중 장치의 뒤편에 위치한 주간카메라부(60)로 바로 향하지 못하는 가시광선을 상기 후면 반사광학계(50)가 반사시켜서 상기 전면 반사광학계(40)로 향하도록 한다.

이때, 상기 전면 반사광학계(40)는 반사된 가시광선을 다시 후면 반사광학계(50)로 향하도록 한다.

상기 전면 반사광학계(40)와 후면 반사광학계(50)는 서로 반사되는 과정을 반복하면서 반사되는 가시광선이 상기 주간 카메라부(60)로 집중되도록 하는 것이다.

도2를 참조하면, 가시광선의 경로를 주간 카메라부(60)로 집중되도록 상술한 반사 과정을 발생하도록 하기 위하여, 상기 전면 반사광학계는 볼록렌즈로 구성하고, 상기 후면 반사광학계는 오목렌즈로 구성하고 있다.

상기 데이터 처리부(70)는 적외선 감지 센서부(20)로부터 검출된 적외선 복사에너지의 강도 계산을 통하여 온도 변화와 적외선 열화상 이미지로 처리하고 주간 영상 이미지와 매칭하도록 한다.

상기 데이터 처리부(70)는 적외선 감지 센서부(20)로부터 감지된 적외선 복사에너지의 강도 계산에 따라 발생된 전기신호를 받아 이 신호를 온도값과 열화상으로 표현되도록 처리하여 주고, 주간 카메라부(60)로부터 나온 주간 영상 이미지를 결합하게 된다.

여기에서, 도면에는 도시되지 않았지만 별도의 저장장치를 두어 상기 결합된 이미지를 저장하는 것도 가능하다.

상기 모니터부(80)는 적외선 영상과 주간영상을 매칭한 결과 이미지를 보여주게 되며, 피사체의 온도변화에 의한 적외선 영상과 주간영상을 동일한 시계로 보여주게 되어, 영상 겹침에 의한 오차가 없도록 함으로써 사용자가 측정한 대상물을 정확하게 인지할 수 있도록 하여 준다.

상기 주간 카메라부(60)는 장치 내부에 장착되어 있어 외형적으로는 적외선 대역 렌즈부(10), 광학윈도우부(30), 모니터부(80)만 구성되어 있으므로, 상기 장치를 포함하는 응용 제품 개발시에도 컴팩트한 구성으로 소형화 할 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10 : 적외선 대역 렌즈부 20 : 적외선 감지 센서부
30 : 광학윈도우부 40 : 전면 반사광학계
50 : 후면 반사광학계 60 : 주간카메라부
70 : 데이터 처리부 80 : 모니터부

Claims (2)

1. 피사체에서 발생하는 적외선 파장 대역을 검출하기 위한 적외선 대역 렌즈부;
   피사체에서 발생하는 적외선 복사 에너지를 검출하는 적외선 감지 센서부;
   상기 적외선 대역 렌즈부 주위로 띠 형상으로 연속하여 배치되어 주간 영상을 통과시키되 적외선 파장 대역을 통과하지 않도록 하는 광학윈도우부;
   상기 광학 윈도우부를 통해 들어오는 실제 영상을 보여주는 주간 카메라부;
   상기 적외선 대역 렌즈부 주위에 배치된 광학 윈도우부를 통해 들어오는 이미지를 상기 주간 카메라부에 집중되도록 상기 적외선 감지 센서부 뒤쪽에 배치된 전면 반사광학계와 상기 주간 카메라부 주위에 배치된 후면 반사광학계;
   상기 적외선 감지 센서부로부터 검출된 적외선 복사에너지의 강도 계산을 통하여 온도 변화와 적외선 열화상 이미지로 처리하고 주간 영상 이미지와 매칭하는 데이터 처리부; 및
   상기 주간 영상 이미지와 적외선 열화상 이미지 매칭 결과를 보여주는 모니터부를 포함하는 동일시계 및 영상을 갖는 적외선 열화상 카메라 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전면 반사광학계는 볼록렌즈로 이루어지고, 상기 후면 반사광학계는 오목렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동일시계 및 영상을 갖는 적외선 열화상 카메라 장치.

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