KR101498116B1 - 가시광선과 적외선 레이저빔이 정렬된 적층형의 레이저 발사기 및 빔 정렬방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 발사기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모의 교전 훈련이나 서바이벌 게임 등에 사용되는 휴대용 레이저 발사기에 관한 것이다. 본 발명 가시광선과 적외선 레이저빔이 정렬된 적층형의 레이저 발사기는, 레이저 활용기기에 장착되는 몸체; 몸체에 장착되며 평행전파하는 가시광선 레이저빔을 발사하는 가시광 모듈; 몸체에 가시광 모듈과 적층되게 장착되며 적외선 레이저빔을 발사하는 적외선 모듈; 몸체에서 적외선 레이저 모듈의 전방에 위치되어 적외선 모듈에서 발사되는 적외선 레이저빔을 평행전파시키는 콜리메이팅 렌즈; 및 몸체에서 콜리메이팅 렌즈의 전방에 설치되어 콜리메이팅 렌즈를 보호하고 적외선 레이저빔을 투과시키는 장파장 필터;를 포함한다. 이와 같이 구성된 본 발명 레이저 발사기에 의하면, 가시광선 레이저빔을 기준 빔으로 정하고 적외선 레이저빔의 발사 각도를 조정하여 두 레이저빔이 평행전파되도록 정렬하고 동시에 원하는 발산각을 갖도록 조절함으로써, 종래와 달리 고가의 영점 조준기를 구비하지 않고서도 간편하게 적외선 레이저빔을 정렬할 수 있다.

Description

가시광선과 적외선 레이저빔이 정렬된 적층형의 레이저 발사기 및 빔 정렬방법{Stacking type laser transmitter providing collinear visible and IR beams}

본 발명은 레이저 발사기 및 빔 정렬방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모의 교전 훈련이나 서바이벌 게임 등에 사용되는 휴대용 레이저 발사기 및 빔 정렬방법에 관한 것이다.

최근 군(軍)에서는 과학화 전투 훈련 시스템인 MILES(Multiple Integrated Laser Engagement System)가 도입되고 있다. MILES란 레이저를 이용해 가상 교전을 벌이면서 교전상황, 피해결과 등을 실시간 디지털 정보로 전송하는 가상훈련 시스템을 의미한다.

구체적으로 소총과 같은 개인화기나 수류탄에 적외선 레이저를 발사하는 레이저 발사기를 부착하고, 목표물에는 적외선 대역의 빔을 감지할 수 있는 감지기를 여러 부위에 부착하여 실제 사격이 없이 레이저의 발사와 감지를 통해 피격 여부 등을 알 수 있게 된다. 이를 통해, 실제 살상이 없어도 교전훈련이 가능하게 되며, 그 결과 병사들의 실전대처능력과 지휘관의 작전 효율을 높일 수 있게 된다.

또한, 군대뿐만 아니라 학생, 젊은 일반인 등을 중심으로 서바이벌 게임이 점차 인기가 높아지면서, 종전에는 페인트를 넣은 작은 탄환을 이용하였으나, 최근에는 레이저를 이용한 마일즈 시스템 방식의 게임장이 늘어가고 있다.

한편, 전술한 모의 교전 훈련이나 서바이벌 게임 등은 화기에 레이저 발사기가 장착된 화기(실화기 또는 모의화기)가 필수적으로 요구된다. 도 1은 레이저 발사기가 장착된 화기를 예시적으로 도시한 그림이다. 도 1을 참조하면, 화기(10)의 총렬 외주면에 레이저 발사기(12)가 장착되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 화기에 장착된 레이저 발사기에서 발사되는 레이저빔의 중심축(b)은 화기의 총탄이 도달하는 목표물과 동일한 목표물에 도달하여야 된다. 따라서, 화기(10)의 총탄이 진행하는 방향(a)과 레이저 발사기(11)의 레이저빔이 진행하는 방향(b)은 반드시 동일하여야 된다.

따라서, 레이저 발사기(12)의 방향과 화기(10)의 총구 방향이 서로 평행하도록 정렬하는 과정이 필수적으로 요구된다. 종래에는 레이저 발사기(12)를 정렬하기 위하여 영점 조준기를 사용하였는데, 영점 조준기는 상당히 고가의 장비일 뿐만 아니라, 설치도 상당한 시간이 요구되며, 사용 방법도 간단하지 않고 주변 환경에 민감한 반응을 보이는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 전술한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 모의 교전 훈련이나 서바이벌 게임기 등에 사용되는 직사화기 등과 같이 적외선 레이저빔을 활용하는 기기에 별도의 영점 조준기를 사용하지 않고서도 간편하고 정확하게 정렬할 수 있는 레이저 발사기 및 빔 정렬방법을 제공하는데 있다.

특히, 본 발명의 목적은 육안으로 식별 가능한 가시광선 레이저빔을 이용하여 적외선 레이저빔을 활용하는 기기에 정확하고 빠르게 정렬할 수 있는 가시광선과 적외선 레이저빔이 정렬된 적층형의 레이저 발생기 및 빔 정렬방법을 제공하는데 있다.

본 발명 가시광선과 적외선 레이저빔이 정렬된 적층형의 레이저 발사기는, 레이저 활용기기에 장착되는 몸체; 몸체에 장착되며 평행전파하는 가시광선 레이저빔을 발사하는 가시광 모듈; 몸체에 가시광 모듈과 적층되게 장착되며 적외선 레이저빔을 발사하는 적외선 모듈; 몸체에서 적외선 레이저 모듈의 전방에 위치되어 적외선 모듈에서 발사되는 적외선 레이저빔을 평행전파시키는 콜리메이팅 렌즈; 및 몸체에서 콜리메이팅 렌즈의 전방에 설치되어 콜리메이팅 렌즈를 보호하고 적외선 레이저빔을 투과시키는 장파장 필터;를 포함한다.

가시광 모듈 및 적외선 모듈은 가시광선 및 적외선 레이저빔이 일정 각도로 발사되도록 정렬된다.

적외선 모듈은, 가시광선 및 적외선 레이저빔 정렬시 몸체에 일차 결합된 상태에서 미세 조절 스테이지에 고정되어 각도가 조절되며, 각도조절 후 몸체에 견고히 고정되는 다이오드 고정 하우징; 및 다이오드 고정 하우징에 고정되어 적외선 레이저빔을 발사하는 적외선 레이저 다이오드;를 포함한다.

다이오드 고정 하우징은 상온 경화용 에폭시에 의해 몸체에 고정된다.

본 발명 가시광선과 적외선 레이저빔이 정렬된 적층형의 레이저 발사기의 빔 정렬방법은, 가시광선 레이저빔을 발사하는 가시광 모듈과, 적외선 레이저빔을 발사하는 적외선 모듈이 몸체에 적층되는 가시광선과 적외선 레이저빔이 정렬된 적층형의 레이저 발사기에 있어서, 가시광선 레이저빔을 기준 빔으로 하여 적외선 레이저빔이 일정 각도를 가지며 발사되도록 적외선 모듈이 정렬된다.

가시광 모듈이 장착된 몸체를 미세 조절 스테이지에 고정하여 가시광선 레이저빔이 집광렌즈를 통해 빔 프로파일러의 정중앙에 초점이 맺도록 하고, 적외선 모듈을 몸체에 일차 결합한 상태에서 미세 조절 스테이지에 고정하여 적외선 레이저빔이 집광렌즈를 통해 빔 프로파일러의 정중앙에 초점이 맺도록 적외선 모듈의 각도를 조절한 후, 적외선 모듈을 몸체에 견고히 고정한다.

몸체에 상온 경화 에폭시를 도포한 후 도포부분에 적외선 모듈을 일차 결합하고, 가시광선과 적외선 레이저빔의 초점이 일치하도록 적외선 모듈의 각도를 조절한 후, 상온 경화 엑포시를 경화시킴으로써 적외선 모듈이 몸체에 견고히 고정된다.

적외선 레이저빔이 가시광선 레이저빔과 평행하게 전파되도록 정렬되고 사용자가 원하는 발산각을 갖도록 조절된다.

본 발명 가시광선과 적외선 레이저빔이 정렬된 적층형의 레이저 발사기 및 빔 정렬방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 육안으로 식별이 불가능한 적외선 레이저빔의 지향점을 초정밀 정렬된 가시광선 레이저빔이 대신함으로써 육안으로 확인할 수 있다.

둘째, 가시광선 레이저빔을 기준 빔으로 정하고 적외선 레이저빔의 발사 각도를 조정하여 두 레이저빔이 평행전파되도록 정렬할 수 있고 동시에 원하는 발산각을 갖도록 조절할 수 있다. 따라서, 종래와 달리 고가의 영점 조준기를 구비하지 않고서도 간편하게 적외선 레이저빔을 정렬할 수 있다. 이를 통해 저가의 비용으로 영점 조준을 수행할 수 있으며, 주간에도 사용이 가능하여 조준선 정렬시 장소와 시간적인 제약을 받지 않고 신속하고 정확하게 정렬할 수 있다.

도 1은 레이저 발사기가 장착된 화기를 예시적으로 도시한 그림.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가시광선과 적외선 레이저빔이 정렬된 적층형의 레이저 발사기를 개략적으로 나타낸 구성도.
도 3은 가시광선 레이저빔과 적외선 레이저빔이 평행하게 발사되도록 정렬하는 원리를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 레이저 발사기를 조립하는 모습을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 발사기를 조립하는 과정을 나타낸 공정도.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가시광선 레이저빔과 적외선 레이저빔이 정렬된 적층형의 레이저 발사기 및 빔 정렬방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명하기로 한다.

*도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가시광선과 적외선 레이저빔이 정렬된 적층형의 레이저 발사기를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

본 실시예에 따른 레이저 발사기는 화기(모의화기, 실화기)에 장착되어 마일즈 시스템에 주로 사용될 수 있으며, 직사화기의 발사를 모사하는데 주로 사용될 수 있다. 본 발명 레이저 발사기는 직사화기 뿐만 아니라 적외선 레이저빔의 궤적을 육안으로 확인할 필요가 있는 기능을 응용할 수 있는 다른 기기들에도 적용될 수 있다.

본 실시예에 따른 레이저 발사기는 몸체(10), 가시광 모듈(20), 적외선 모듈(30), 콜리메이팅 렌즈(40), 및 장파장 필터(50)를 포함한다. 여기서, 가시광 모듈(20) 부분이 가시광선 레이저빔을 발사하는 가시광선 영역이고, 적외선 모듈(30), 콜리메이팅 렌즈(40) 및 장파장 필터(50) 부분이 적외선 레이저빔을 발사하는 적외선 영역이다.

몸체(10)는 화기의 총렬 등에 장착되는 것으로 ‘┛’형태로 형성된다. 전후폭이 짧은 상부에 가시광 모듈(20)이 장착되며, 전후폭이 긴 하부에 적외선 모듈(30), 콜리메이팅 렌즈(40) 및 장파장 필터(50)가 장착된다.

가시광 모듈(20)은 몸체(10)의 상부에 장착되며 육안으로 식별이 가능하며 평행전파하는 기사광선 레이저빔을 발사한다.

적외선 모듈(30)은 몸체(10)의 하부에 장착되며 실탄 역할을 하는 적외선 레이저빔을 발사한다. 적외선 모듈(30)과 가시광 모듈(20)은 서로 적층되는 형태로 장착된다. 적외선 모듈(30)은 적외선 레이저빔을 발사하는 적외선 레이저 다이오드(31)와, 적외선 레이저 다이오드(31)를 고정하기 위한 원통형의 다이오드 고정 하우징(32)을 포함한다. 적외선 레이저 다이오드(31)는 파장이 0.8~1,000㎛ 범위의 빛을 발진하는 투-캔(TO-CAN)타입의 레이저로, 단색성과 강도가 좋다. 대표적인 것으로 파장 0.9㎛의 갈륨-비소 반도체 레이저가 있다.

콜리메이팅 렌즈(40)는 몸체(10)의 하부에서 적외선 모듈(30)의 전방에 위치되어 적외선 모듈(30)에서 발사되는 적외선 레이저빔을 평행 전파시킨다. 이러한 콜리메이팅 렌즈(40)는 적외선 모듈(30)에서 발사되는 빔을 최대한 수광하기 위해 NA(numerical aperture)가 큰 비구면 렌즈를 사용한다. 여기서, 콜리메이팅 렌즈(40)는 벌크 타입 또는 금속 결합된 타입 모두 사용될 수 있다.

장파장 필터(50)는 몸체(10)의 하부에서 콜리메이팅 렌즈(40)의 전방에 설치되어 콜리메이팅 렌즈(40)를 보호하면서 적외선 레이저빔을 투과한다.

도 3은 가시광선 레이저빔과 적외선 레이저빔이 평행하게 발사되도록 정렬하는 원리를 나타낸 도면이다. 도 3을 참조로 가시광선 레이저빔과 적외선 레이저빔이 평행하게 정렬되는 원리를 설명한다.

가시광선 레이저빔과 적외선 레이저빔이 집광렌즈(100)에 평행하게 입사되면 두 레이저빔은 동일한 위치에 초점이 맺히게 된다. 따라서, 가시광선 레이저빔을 집광렌즈(100)에 입사하여 초점이 맺히도록 한 후, 적외선 레이저빔을 집광렌즈(100)에 입사하여 초점이 맺히도록 한다. 이때, 적외선 레이저빔의 초점이 가시광선 레이저빔의 초점과 일치하면 두 레이저빔은 평행전파됨을 알 수 있으며, 두 초점이 일치하지 않으면 일치할 때까지 적외선 레이저빔의 발산각을 조절하는 작업을 반복하게 된다(원리1).

평행전파되는 두 레이저빔이 집광렌즈(100)에 의해 초점거리에 맺히게 되면 회절한계 현상으로 특정의 빔 크기를 갖는다. 이 때, 측정된 빔의 크기를 집광렌즈(100)의 초점거리로 나눈 값이 그 빔의 발산각이 된다(원리2).

한편, 상기와 같은 정렬시스템에서 집광렌즈(100)는 수차가 적고 초점거리가 긴 렌즈를 사용하고, 빔 중심의 위치 및 크기 측정은 빔 프로파일러(200)를 이용한다. 집광렌즈(100)와 빔 프로파일러(200)는 광축이 일치해야 한다.

본 발명 레이저 발사기의 경우, 가시광선 레이저빔과 적외선 레이저빔의 정렬은 상기 원리1을 토대로 이루어지고, 적외선 레이저빔의 발산각 조절은 상기 원리2를 토대로 이루어진다.

도 4는 본 발명에 따른 레이저 발사기를 조립하는 모습을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 레이저 발사기를 조립하는 과정을 나타낸 공정도이다. 도 4 및 도 5를 참조로 본 발명에 따른 레이저 발사기를 조립하는 과정을 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 가시광 모듈(20), 콜리메이팅 렌즈(40) 및 장파장 필터(50)가 몸체(10)에 장착되고, 적외선 레이저 다이오드(31)는 다이오드 고정 하우징(32)에 고정된다(S10). 상술한 바와 같이 가시광 모듈(20)은 몸체(10)의 상부에 장착되고 콜리메이팅 렌즈(40) 및 장파장 필터(50)는 몸체(10)의 하부에 장착된다.

이어서, 몸체(10)와 다이오드 고정 하우징(32)을 각각 3축 미세 조절 스테이지(300)(300')에 견고히 고정한 후, 몸체(10) 쪽의 스테이지(300)를 이용하여 가시광선 레이저빔이 집광렌즈(100)를 통해 빔 프로파일러(200)의 정중앙에 초점이 맺히도록 한다(S20).

가시광선 레이저빔의 조절이 완료되면, 몸체(10)의 하부 내측에 상온 경화 에폭시를 바르고 다이오드 고정 하우징(32)을 1차적으로 삽입 결합한다. 이 상태에서는 상온 경화 에폭시가 경화되기 전이므로 다이오드 고정 하우징(32)을 각도를 조절할 수 있다(S30)

이어서, 다이오드 고정 하우징(32) 쪽의 스테이지(300')를 이용하여 적외선 레이저빔이 집광렌즈(100)를 통해 빔 프로파일러(200)의 정중앙에 초점이 맺히도록 함으로써 적외선 레이저빔이 가시광선 레이저빔과 평행전파되도록 정렬하고, 적외선 레이저빔이 원하는 발산각을 갖도록 조절한다(S40).

상기와 같이 각 3축 미세 조절 스테이지(300)(300')를 통해 X,Y축으로는 가시광선 레이저빔과 적외선 레이저빔이 평행전파되도록 정렬하고, Z축으로는 적외선 레이저빔의 발산각을 원하는대로 조절한 후, 상온에서 경화 에폭시가 경화됨으로써 다이오드 고정 하우징(32)이 몸체(10)에 견고히 고정된다. 이로써, 본 발명 레이저 발사기의 조립이 완료된다(S50).

이상과 같이 본 발명에 따른 가시광선과 적외선 레이저빔이 정렬된 적층형의 레이저 발사기 및 빔 정렬방법을 바람직한 실시예를 기초로 설명하였으나, 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 해당분야 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 변경할 수 있다.

10 : 몸체 20 : 가시광 모듈
30 : 적외선 모듈 31 : 적외선 레이저 다이오드
32 : 다이오드 고정 하우징 40 : 콜리메이팅 렌즈
50 : 장파장 필터

Claims (8)

1. 레이저 활용기기에 장착되는 몸체(10)의 상부에 장착되며 평행전파하는 가시광선 레이저빔을 발사하는 가시광 모듈(20);
   몸체(10)의 하부에 장착되는 다이오드 고정 하우징(32)과, 다이오드 고정 하우징(32)에 고정되어 적외선 레이저빔을 발사하는 적외선 레이저 다이오드(31)로 구성된 적외선 모듈(30);
   몸체(10)의 하부에서 적외선 모듈(30)의 전방에 위치되어 적외선 모듈(30)에서 발사되는 적외선 레이저빔을 평행전파시키는 콜리메이팅 렌즈(40);
   몸체(10)에서 콜리메이팅 렌즈(40)의 전방에 설치되어 콜리메이팅 렌즈(40)를 보호하고 적외선 레이저빔을 투과시키는 장파장 필터(50);
   빔 정렬과정에서 구비되며, 가시광 모듈(20)과 적외선 모듈(30)로부터 발사되는 가시광선 레이저빔과 적외선 레이저빔이 입사되는 집광렌즈(100);
   빔 정렬과정에서 집광렌즈(100)와 광축이 일치하게 배치되어 집광렌즈(100)를 통과한 가시광선 레이저빔과 적외선 레이저빔의 초점이 맺히는 빔 프로파일러(200);
   빔 정렬과정에서 몸체(10) 쪽에 구비되어 가시광선 레이저빔이 빔 프로파일러(200)의 정위치에 초점이 맺히도록 조절하는 제1 미세 조절 스테이지(300);
   빔 정렬과정에서 다이오드 고정 하우징(32) 쪽에 구비되어 적외선 레이저빔이 빔 프로파일러(200)의 정위치에 초점이 맺히도록 조절하는 제2 미세 조절 스테이지(300');를 포함하는 가시광선과 적외선 레이저빔이 정렬된 적층형의 레이저 발사기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   다이오드 고정 하우징(32)은 상온 경화용 에폭시에 의해 몸체(10)에 고정되는 것을 특징으로 하는 가시광선과 적외선 레이저빔이 정렬된 적층형의 레이저 발사기.
5. 가시광선 레이저빔을 발사하는 가시광 모듈(20)과, 적외선 레이저빔을 발사하는 적외선 모듈(30)이 몸체(10)에 적층되는 가시광선과 적외선 레이저빔이 정렬된 적층형의 레이저 발사기에 있어서,
   가시광선 레이저빔을 기준 빔으로 하여 적외선 레이저빔이 일정 각도를 가지며 발사되도록 적외선 모듈(30)이 정렬되도록 하되,
   가시광 모듈(20)이 장착된 몸체(10)를 제1 미세 조절 스테이지(300)에 고정하여 가시광선 레이저빔이 집광렌즈(100)를 통해 빔 프로파일러(200)의 정중앙에 초점이 맺도록 하고,
   적외선 모듈(30)을 몸체(10)에 일차 결합한 상태에서 제2 미세 조절 스테이지(300')에 고정하여 적외선 레이저빔이 집광렌즈(100)를 통해 빔 프로파일러(200)의 정중앙에 초점이 맺도록 적외선 모듈(30)의 각도를 조절한 후, 적외선 모듈(30)을 몸체(10)에 견고히 고정하는 것을 특징으로 하는 가시광선과 적외선 레이저빔이 정렬된 적층형의 레이저 발사기의 빔 정렬방법.
6. 삭제
7. 제5항에 있어서,
   몸체(10)에 상온 경화 에폭시를 도포한 후 도포부분에 적외선 모듈(30)을 일차 결합하고, 가시광선과 적외선 레이저빔의 초점이 일치하도록 적외선 모듈(30)의 각도를 조절한 후, 상온 경화 에폭시를 경화시킴으로써 적외선 모듈(30)이 몸체(10)에 견고히 고정되는 것을 특징으로 하는 가시광선과 적외선 레이저빔이 정렬된 적층형의 레이저 발사기의 빔 정렬방법.
8. 제5항 또는 제7항에 있어서,
   적외선 레이저빔이 가시광선 레이저빔과 평행하게 전파되도록 정렬되고 사용자가 원하는 발산각을 갖도록 조절되는 것을 특징으로 하는 가시광선과 적외선 레이저빔이 정렬된 적층형의 레이저 발사기의 빔 정렬방법.

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