KR101493451B1 - 다축 광학계의 축 정렬 점검장치 및 이의 정렬점검방법 - Google Patents

다축 광학계의 축 정렬 점검장치 및 이의 정렬점검방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 다축 광학계의 축 정렬 점검장치에는 이종 파장대역으로부터 타겟을 형성해주는 공통 타겟 블록(10)과, 시차(視差)에 의한 영향이 없는 경로를 형성해주도록 광학축 오차 정렬이 이루어지는 점검 광학장비(100)의 방향으로 평핼하게 반사시켜주는 포물경 블록(20)이 포함되고, 점검 광학장비(100)에서 얻은 대역1 영상과 대역2 영상이 타겟을 기준으로 십자망선의 중앙화소위치 좌표가 구해진 후, 두 광학계의 정렬오차가 알고 있는 시계(FOV:Field of View)와 전시기의 화소수로부터 계산됨으로써, 다중 파장용 복합광학계의 광학 축 정렬점검이 이루어지고, 이동 가능하면서 저가형으로 용이하게 제작되는 특징을 갖는다.

Description

다축 광학계의 축 정렬 점검장치 및 이의 정렬점검방법{Multi Optical Axies Arrange Inspection Device and Axies Arranging Method thereof}
본 발명은 이종 광학 축 정렬 점검에 관한 것으로, 특히 알고 있는 광학장비의 시계(FOV:Field of View)와 전시기의 화소수를 이용함으로써 다중 파장용 복합광학계의 광학 축 정렬점검이 이루어지고, 이동 가능하면서 저가형으로 용이하게 제작할 수 있는 다축 광학계의 축 정렬 점검장치 및 이의 정렬점검방법에 관한 것이다.
일반적으로 광학장비는 사용하는 빛의 파장대역이 다른 가시광선이나 또는 적외선을 사용해 영상이 처리되지만, 최근 광학기술의 발달로 사용하는 빛의 파장대역이 다른 가시광선과 적외선이 한 장비에서 함께 사용되는 추세이다.
통상, 이러한 광학장비는 다중대역 영상 융합 광학장비로 칭하지만 사용하는 빛의 파장대역 차이로 인하여 공통광학계를 적용하기 어려운 구조적 한계가 있을 수밖에 없다.
일례로, 공통광학계를 사용한 다중대역 영상 융합 광학장비는 파장에 따라 변화되는 굴절률로 인해 다중대역 파장의 초점거리 차이를 발생시킴으로써 다중 파장을 사용하는 시스템에 적용될 수 없게 된다.
그러므로, 다중대역 영상 융합 광학장비에서는 사용하는 빛의 파장대역 차이가 고려된 별도 광학축을 갖는 형태로 설계됨으로써 이종의 광학계로 사용되고, 제작된 후에는 서로 다른 광학 축 간의 정렬 점검이 별도로 수행됨으로써 복수개의 광학축으로 인한 영상 간 정렬의 물리적 틀어짐을 방지하여 준다.
통상, 서로 다른 광학 축 간의 정렬 점검은 별도의 정렬점검장치가 이용되며, 대표적으로 굴절식 콜리메이터를 이용한 방식의 정렬점검장치를 예로 들 수 있다.
국내특허공개 10-2011-0117405(2011년10월27일)
상기 특허문헌은 이송 메카니즘을 구현한 광학적 콜리메이터가 사용된 광 픽업 장치로서, 광학적 콜리메이터의 적용 예를 나타낸다.
하지만, 상기 특허문헌을 포함한 굴절식 콜리메이터 방식에서는 목적에 적합한 콜리메이터가 각각 별개로 사용되어야 하고, 특히 가시광선과 적외선 등의 다중 파장을 사용하는 복합광학계 장비에 적용하기 위해서는 파장에 따른 전용 굴절식 콜리메이터를 각각 제작하여야 만 된다.
더불어, 가시광선과 적외선 등의 다중 파장을 사용하는 복합광학계 장비에 서는 적외선 대역을 포함한 검사를 위해 고가의 장비가 더 필요할 수밖에 없다.
상기와 같은 굴절식 콜리메이터 방식과 다른 방식인 광학시험장비를 이용한 방식이 사용될 수 있으나, 이러한 광학시험장비 방식에서는 광학시험장비의 부피와 무게가 커 휴대할 수 없으며, 특히 고가 장비의 구성이 더 필요할 수밖에 없다.
이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 타겟으로부터 발산되는 가시광선과 적외선의 시차(視差)에 의한 영향을 제거하고, 알고 있는 광학장비의 시계(FOV:Field of View)와 전시기의 화소수로부터 시계가 상이한 인자를 보상함으로써 다중 파장용 복합광학계에 대한 광학 축 정렬점검이 수행되며, 특히 이동가능하면서 저가형으로 용이하게 제작할 수 있는 다축 광학계의 축 정렬 점검장치 및 이의 정렬점검방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다축 광학계의 축 정렬 점검장치는 이종 파장대역으로부터 타겟을 형성해주는 공통 타겟 블록과;
시차(視差)에 의한 영향이 없는 경로를 형성해주도록 광학축 오차 정렬이 이루어지는 점검 광학장비의 방향으로 상기 이종 파장이 평행하게 반사되는 포물경을 갖춘 포물경 블록;
상기 이종 파장에 의한 상기 타겟이 원 형상으로 나타나는 핀홀스크린; 이 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 공통 타겟 블록에는 가시광선 대역이 생성되는 가시광선신호기와, 적외선 대역이 생성되는 적외선신호기와, 상기 가시광선과 상기 적외선이 통과하도록 상기 가시광선신호기와 상기 적외선신호기의 앞쪽으로 위치된 타겟이 포함된다.
상기 가시광선신호기는 LED로부터 가시광선이 발산되고, 상기 적외선신호기는 열원을 가지는 TEC(Thermal electric Cooler)로부터 적외선이 발산된다.
상기 타겟은 상기 가시광선 파장과 상기 적외선 파장이 모두 투과되는 재질이다. 상기 포물경의 초점위치에는 상기 타겟이 위치된다.
상기 공통 타겟 블록과 상기 포물경 블록과 상기 핀홀스크린은 일체화된 테스트 블록으로 구성되고, 상기 테스트 블록은 한쪽부위에서 상기 테스트 블록과 무게 중심 균형을 이루는 무게추가 구비된 서포터로 결합된다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다축 광학계의 축 정렬 점검방법은 가시광선과 적외선이 타겟을 통과해 포물경으로 입사되고, 포물경이 시차(視差)에 의한 영향이 없는 경로를 평행하게 반사된 후, 상기 타겟영상과 상기 가시광선의 대역1 영상 및 상기 적외선의 대역2 영상이 획득되는 영상획득단계;
상기 대역1 영상에 십자망선을 적용하고, 상기 십자망선의 중앙화소위치에 대한 좌표를 읽어 대역1 영상좌표로 저장하는 제1좌표획득단계;
상기 대역2 영상에 십자망선을 적용하고, 상기 십자망선의 중앙화소위치에 대한 좌표를 읽어 대역2 영상좌표로 저장하는 제2좌표획득단계;
상기 대역1 영상좌표와 상기 대역2 영상좌표로부터 상기 십자망선의 이동량이 계산되고, 상기 이동량으로 시험대상이 갖는 두 광학계의 정렬오차가 구해지는 정렬오차보정단계; 로 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1좌표획득단계에서, 상기 십자망선은 상기 대역1 영상으로 이동되어 상기 대역1 영상의 중앙과 일치된 상태에서 상기 중앙화소위치에 대한 좌표가 읽어진다.
상기 제2좌표획득단계에서, 상기 십자망선은 상기 대역1 영상좌표가 획득에 적용된 상태이고, 상기 십자망선이 상기 대역2 영상으로 이동되어 상기 대역2 영상의 중앙과 일치된 상태에서 중앙화소위치에 대한 좌표가 읽어진다.
상기 정렬오차보정단계에서, 상기 십자망선의 이동량 계산은 화소값으로 표현된 에러값으로 산출된 후, 상기 에러값이 각도값으로 변환된다.
상기 각도값은 화소당 각도값을 곱해 계산하고, 상기 화소당 각도값은 시험대상인 광학장비의 시계(FOV:Field of View)와 전시기의 화소 수로부터 획득된다.
이러한 본 발명은 알고 있는 광학장비의 시계(FOV:Field of View)와 전시기의 화소수로부터 시계가 상이한 인자를 보상하는 간단한 과정으로 다중 파장용 복합광학계에 대한 광학 축 정렬점검이 수행되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 광학 축 정렬점검 시 타겟으로부터 발산되는 가시광선과 적외선의 시차(視差)에 의한 영향이 제거됨으로써 보다 정확하게 다중 파장용 복합광학계에 대한 광학 축 정렬점검이 수행되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 타겟이 가시광선과 적외선 대역에서 동시에 관측될 수 있도록 구성됨으로써 이동가능한 크기로 구성되고, 특히 회전스테이지와 고니어미터없이 저가의 포물경을 사용함으로써 저가형으로 용이하게 제작할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다축 광학계의 축 정렬 점검장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 다축 광학계의 축 정렬 점검장치의 세팅 및 작동상태이며, 도 3은 본 발명에 따른 다축 광학계의 축 정렬 점검장치의 정렬점검시 타겟과 이의 대역1영상 및 대역2 영상이고, 도 4는 본 발명에 따른 다축 광학계의 축 정렬 점검 동작흐름도이며, 도 5는 본 발명에 따른 이종 광학 축 정렬 점검시 대역2 영상의 정렬오차 상태이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 다축 광학계의 축 정렬 점검장치의 구성을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 다축 광학계의 축 정렬 점검장치는 이종 파장대역으로부터 타겟을 형성해주는 공통 타겟 블록(10)과, 이종의 광학축에 대한 오차정렬이 이루어지는 광학장비 방향으로 시차(視差)에 의한 영향이 없는 경로로 이종 파장을 반사시켜주는 포물경 블록(20)과, 타겟이 원 형상으로 맺히도록 핀홀(31)이 뚫린 핀홀스크린(30)으로 구성된다.
본 실시예에서 상기 공통 타겟 블록(10)과 상기 포물경 블록(20) 및 상기 핀홀스크린(30)은 서로 일체화된 테스트 블록(A)으로 구성된다.
상기 공통 타겟 블록(10)은 가시광선과 적외선 대역에서 동시에 관측될 수 있는 타겟을 형성해주며, 이를 위해 가시광선신호기(11)가 구비됨으로써 주간카메라에서 사용되는 가시광선 파장대역이 시험되며, 적외선신호기(13)가 구비됨으로써 열상카메라에서 사용되는 적외선 파장대역이 시험된다.
상기 가시광선신호기(11)는 LED가 이용되고, 상기 적외선신호기(13)는 열원을 가지는 TEC(Thermal electric Cooler)가 이용된다.
또한, 두 파장이 모두 투과할 수 있는 재질로 이루어진 타겟(15)이 가시광선신호기(11)와 적외선신호기(13)의 앞쪽으로 위치됨으로써 시험장비가 가시광선과 적외선 대역에서 타겟(15)을 동시에 관측할 수 있다.
상기 포물경 블록(20)은 공통 타겟 블록(10)의 앞쪽으로 위치됨으로써 타겟(15)으로부터 발산되는 가시광선과 적외선의 방향을 시험하는 광학장비 방향으로 반사시켜주고, 이를 위해 가시광선과 적외선의 방향을 바꿔주는 포물경이 구비된다.
상기 포물경은 반사된 가시광선과 적외선이 시차(視差)의 영향이 제거되도록 평행한 경로를 형성하며, 특히 상기 포물경의 초점위치에는 타겟(15)이 배치된다.
상기 핀홀스크린(30)은 타켓이 원 형상으로 맺히도록 포물경에서 반사된 가시광선과 적외선경로에 위치되고, 원형의 핀홀(31)이 뚫려진다.
통상, 시험대상이 되는 광학장비는 빛의 파장대역이 다른 가시광선과 적외선이 한 장비에서 함께 사용되는 다중대역 영상 융합 광학장비의 한 종류이다.
본 실시예에서, 상기 다축 광학계의 축 정렬 점검장치에는 서포터(40)와 함께 무게추(50)가 더 구성될 수 있다.
상기 서포터(40)는 테스트 블록(A)이 결합된 다축 광학계의 축 정렬 점검장치를 장소 이동시킬 때 손으로 잡거나 또는 광학장비 시험시 실험자가 어께에 맬 수 있도록 기능한다.
상기 무게추(50)는 서포터(40)의 한쪽 부위로 결합됨으로써 반대쪽으로 결합된 테스트 블록(A)에 대한 무게 중심 균형이 이루어질 수 있다.
그러므로, 다축 광학계의 축 정렬 점검장치는 광학장비 시험이 이루어지는 테스트 블록(A)과, 시험자가 운반 및 걸쳐 맬 수 있는 서포터(40)와 무게추(50)를 함께 갖춤으로써 운반용이성도 구현될 수 있다.
한편, 도 2는 본 실시예에 따른 다축 광학계의 축 정렬 점검장치의 세팅 및 작동을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 가시광선신호기(11)의 LED를 이용해 가시광선이 나오고 더불어 적외선신호기(13)의 TEC를 이용해 적외선이 나오게 되고, 가시광선과 적외선이 타겟(15)에서 발산되어 포물경 블록(20)으로 나가게 된다.
그러면, 상기 포물경 블록(20)의 포물경은 입사된 가시광선과 적외선의 방향을 점검 광학장비(100)가 위치된 방향으로 반사시켜준다.
이어, 포물경에서 반사된 가시광선과 적외선은 점검 광학장비(100)를 향해 평행한 경로가 형성됨으로써 시차(視差)의 영향이 제거되고, 핀홀스크린(30)의 핀홀(31)을 통해 타켓이 원 형상으로 나타난다.
그러므로, 점검 광학장비(100)에서는 타겟(15)이 가시광선 대역에서 관측되고 동시에 적외선 대역에서 관측될 수 있으며, 특히 가시광선과 적외선의 시차(視差)에 의한 영향이 제거된 상태로 관측될 수 있다.
여기서, 상기 점검 광학장비(100)는 빛의 파장대역이 다른 가시광선과 적외선이 한 장비에서 함께 사용되는 다중대역 영상 융합 광학장비의 한 종류이다.
도 3은 점검 광학장비(100)에 맺힌 영상으로서, (가)는 타겟(15)의 영상이고, (나)는 대역1 영상(110)이며, (다)는 대역2 영상(120)을 나타낸다. 상기 대역1 영상(110)과 대역2 영상(120)을 십자망선을 이용해 그 이동량이 계산됨으로써 점검 광학장비(100)의 이종 광학 축정렬 오차가 보정될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 대역1 영상(110)은 가시광선에 의한 영상이고, 상기 대역2 영상(120)은 적외선에 의한 영상으로 취급된다.
이종 광학 축정렬 오차 과정은 도 4를 통해 예시되고, 이는 S10내지 S30의 대역1 영상에 대한 처리과정과, S40내지 S60의 대역2 영상에 대한 처리과정 후, S70의 정렬오차 계산으로부터 간단하게 수행된다.
S10내지 S30의 대역1 영상에 대한 처리과정은 다음과 같다.
대역1 영상은 S10의 처리로부터 십자망선이 표시되고, S20의 처리로부터 십자망선이 이동하여 타겟의 중앙과 일치되며, S30의 처리로부터 타겟의 중앙과 일치된 십자망선의 중앙화소위치에 대한 좌표를 읽어 저장한다.
이때, 상기 십자망선의 중앙화소위치에 대한 좌표는 각각 B1 CX 와 B1 CY 로 정의한다.
한편, S40내지 S60의 대역2 영상에 대한 처리과정은 다음과 같다.
대역2 영상은 S40의 처리로부터 대역1 영상에서 설정된 십자망선과 합쳐짐으로써 십자망선과 함께 표시된다. 이는 도 5에서 대역1영상(110)과 대역2영상(120) 및 십자망 선(130)의 표시를 통해 예시된다.
이어, 대역2 영상은 S50의 처리로부터 십자망선이 이동하여 타겟의 중앙과 일치되며, S60의 처리로부터 타겟의 중앙과 일치된 십자망선의 중앙화소위치에 대한 좌표를 읽어 저장한다.
이때, 상기 십자망선의 중앙화소위치에 대한 좌표는 각각 B2 CX 와 B2 CY 로 정의한다.
한편, S70은 대역1 영상과 대역2 영상에서 각각 획득된 좌표를 이용함으로써 정렬오차가 계산되는 과정이고, 이를 위한 계산 과정은 다음과 같다.
먼저, 십자망선의 이동량을 이용함으로써 두 광학계의 정렬오차를 다음 수학식 1 로부터 계산한다.
[수학식 1]
Errpicel = √(B1 Cc - B2 Cc ) + (B1 Cu - B2 Cu )
이때, 상기 에러값(Errpicel)은 화소값으로 표현되므로, 이를 다시 각도값으로 변환하여 준다.이때, 각도값은 화소당 각도값을 곱해서 구할 수 있고, 화소당 각도값은 광학장비의 시계(FOV:Field of View)와 전시기의 화소 수를 알고 있으므로 다음 수학식 2와 같이 표현된다.
[수학식 2]
Errdegree = Errpicel X [HFOVdegree / 전시기가로픽셀수]
여기서, HFOV는 Horizontal Field of View(degree)이다.
이로부터, 시계(FOV)가 서로 상이한 다중 센서(가시광선, 적외선 등) 영상의 경우에도, 시계가 상이한 인자를 보상하여 정렬오차값이 구해짐을 알 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 다축 광학계의 축 정렬 점검장치에는 이종 파장대역으로부터 타겟을 형성해주는 공통 타겟 블록(10)과, 시차(視差)에 의한 영향이 없는 경로를 형성해주도록 광학축 오차 정렬이 이루어지는 점검 광학장비(100)의 방향으로 평핼하게 반사시켜주는 포물경 블록(20)이 포함되고, 점검 광학장비(100)에서 얻은 대역1 영상과 대역2 영상이 타겟을 기준으로 십자망선의 중앙화소위치 좌표가 구해진 후, 두 광학계의 정렬오차가 알고 있는 시계(FOV:Field of View)와 전시기의 화소수로부터 계산됨으로써, 다중 파장용 복합광학계의 광학 축 정렬점검이 이루어지고, 이동 가능하면서 저가형으로 용이하게 제작할 수 있다.
10 : 공통 타겟 블록 11 : 가시광선신호기
13 : 적외선신호기 15 : 타겟
20 : 포물경 블록 30 : 핀홀스크린
31 : 핀홀
40 : 서포터 50 : 무게추
100 : 점검 광학장비
110 : 대역1영상 120 : 대역2영상
130 : 십자망 선

Claims (11)

  1. 가시광선 대역이 생성되는 가시광선신호기와, 적외선 대역이 생성되는 적외선신호기와, 상기 가시광선과 상기 적외선이 모두 투과되는 재질로 이루어진 타겟을 갖춘 공통 타겟 블록과;
    시차(視差)에 의한 영향이 없는 경로를 형성해주도록 광학축 오차 정렬이 이루어지는 점검 광학장비의 방향으로 상기 가시광선과 상기 적외선의 이종 파장이 평행하게 반사되는 포물경을 갖춘 포물경 블록;
    상기 이종 파장에 의한 상기 타겟이 원 형상으로 나타나는 핀홀스크린;이 포함되고,
    상기 이종파장이 점검광학장비에서 관측되도록 상기 타겟은 상기 가시광선신호기와 상기 적외선신호기의 앞쪽에 위치되고, 상기 포물경블록은 상기 타겟이 포물경 초점위치와 일치되도록 배열되며, 상기 핀홀스크린은 상기 타겟이 원 형상으로 나타나도록 상기 포물경에서 이종 파장이 평행하게 반사되는 경로에 위치된 것을 특징으로 하는 다축 광학계의 축 정렬 점검장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 가시광선신호기는 LED로부터 가시광선이 발산되고, 상기 적외선신호기는 열원을 가지는 TEC(Thermal electric Cooler)로부터 적외선이 발산되는 것을 특징으로 하는 다축 광학계의 축 정렬 점검장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 공통 타겟 블록과 상기 포물경 블록과 상기 핀홀스크린은 일체화된 테스트 블록으로 구성되고, 상기 테스트 블록은 한쪽부위에서 상기 테스트 블록과 무게 중심 균형을 이루는 무게추가 구비된 서포터로 결합된 것을 특징으로 하는 다축 광학계의 축 정렬 점검장치.
  7. 가시광선 신호기에서 나온 가시광선과 적외선 신호기에서 나온 적외선이 타겟을 통과해 발산되어져 포물경으로 입사되고, 상기 포물경이 상기 가시광선과 상기 적외선을 점검광학장비를 향해 평행한 경로로 반사하여 시차(視差)에 의한 영향을 제거하며, 상기 타겟의 영상과 상기 가시광선의 대역1 영상 및 상기 적외선의 대역2 영상이 획득되는 영상획득단계;
    상기 대역1 영상에 십자망선을 적용하고, 상기 십자망선의 중앙화소위치에 대한 좌표를 읽어 대역1 영상좌표로 저장하는 제1좌표획득단계;
    상기 대역2 영상에 십자망선을 적용하고, 상기 십자망선의 중앙화소위치에 대한 좌표를 읽어 대역2 영상좌표로 저장하는 제2좌표획득단계;
    상기 대역1 영상좌표와 상기 대역2 영상좌표로부터 상기 십자망선의 이동량이 계산되고, 상기 이동량으로 시험대상이 갖는 두 광학계의 정렬오차가 구해지는 정렬오차보정단계;로 수행되며,
    상기 정렬오차보정단계에서, 상기 십자망선의 이동량 계산은 화소값으로 표현된 에러값으로 산출된 후, 상기 에러값이 각도값으로 변환되고, 상기 각도값은 화소당 각도값을 곱해 계산하고, 상기 화소당 각도값은 시험대상인 광학장비의 시계(FOV:Field of View)와 전시기의 화소 수로부터 획득되며, 에러값(Errpicel)은 Errpicel=√(B1Cc -B2Cc )+(B1Cu -B2Cu )-[수학식 1], 각도값(Errdegree)은 Errdegree=ErrpicelX[HFOVdegree/전시기가로픽셀수] - [수학식 2], B2CX 와 B2CY : 십자망선의 중앙화소위치에 대한 좌표, HFOV : Horizontal Field of View(degree)인 것을 특징으로 하는 다축 광학계의 축 정렬점검방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 제1좌표획득단계에서, 상기 십자망선은 상기 대역1 영상으로 이동되어 상기 대역1 영상의 중앙과 일치된 상태에서 상기 중앙화소위치에 대한 좌표가 읽어지는 것을 특징으로 하는 다축 광학계의 축 정렬점검방법.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 제2좌표획득단계에서, 상기 십자망선은 상기 대역1 영상좌표가 획득에 적용된 상태이고, 상기 십자망선이 상기 대역2 영상으로 이동되어 상기 대역2 영상의 중앙과 일치된 상태에서 중앙화소위치에 대한 좌표가 읽어지는 것을 특징으로 하는 다축 광학계의 축 정렬점검방법.
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