KR101558435B1

KR101558435B1 - 복수 망원경을 갖춘 레이저 추적조준 광학계

Info

Publication number: KR101558435B1
Application number: KR1020130158449A
Authority: KR
Inventors: 고해석; 전용근; 강응철
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-10-07
Also published as: KR20150071420A

Abstract

본 발명의 복수 망원경을 갖춘 레이저 추적조준 광학계는 레이저 망원경(70)의 조사용 레이저 광경로와 영상 망원경(90)의 영상 광신호의 광경로에 구비된 제1이색성 광속분리기(20)와 제1반사경(30) 및 제2이색성 광속분리기(50)가 2개의 광경로를 동일 경로로 만들어 서로 분리된 구조이면서도 광경로 일부를 일치시키고, 제1반사경(30)에 2개의 광축을 제어하는 고속주사반사경타입 구동장치(40)가 구비됨으로써 1개의 망원경을 사용하는 경우와 같은 광축제어 효과를 얻을 수 있고, 특히 레이저 망원경(70)과 영상 망원경(90)을 분리함으로써 사용 레이저 파장 및 영상획득 파장에 따라 또 사용되는 레이저 출력에 따른 별도의 망원경 구조 및 코팅을 적용하여 사용자의 요구에 맞게 광학시스템 설계가 가능한 특징을 갖는다.

Description

복수 망원경을 갖춘 레이저 추적조준 광학계{LASER Tracking and Pointing Optical System having Pluralized Optical Telescopes}

본 발명은 레이저 추적조준 광학계에 관한 것으로, 특히 전방 표적 레이저 조사용 망원경과 표적 영상 획득용 망원경으로 이원화되면서도 2축의 광축제어가 동시에 이루어질 수 있는 복수 망원경을 갖춘 레이저 추적조준 광학계에 관한 것이다.

일반적으로 레이저를 전바의 움직이는 물체에 조사하기 위하여서는 추적용 레이저 빔을 쏘아 줄 수 있어야 하므로, 전방 영역에 대한 관측 및 추적조준하고 전방 표적에 레이저를 조사하는 광학계가 사용된다.

통상, 광학계는 망원경을 통하여 레이저를 전방으로 조사하면서 전방영역의 영상(레이저 지시점 포함)을 획득하는 방식이므로, 사용되는 망원경은 레이저 파장과 가시광 영역에 대하여 수차가 보정되고 투과도가 높아야 하는 제한이 있을 수밖에 없다.

이를 위한 망원경의 예로서, 수차를 보정하기 위하여 굴절률과 분산계수가 다른 광학유리의 조합으로 구성된 굴절형 망원경이나, 카세그레인식 또는 뉴톤식 망원경에 관계없이 전방영역의 영상획득에는 제한이 작은 반사형 망원경을 예로 들 수 있다.

국내특허공개 10-2011-0111881(2011년10월12일)

하지만, 굴절형 망원경이나 반사형 망원경을 적용한 레이저 추적조준 광학계는 굴절형 망원경이나 반사형 망원경의 자체적인 한계로 인한 제약이 있을 수밖에 없다.

일례로, 굴절형 망원경은 높은 출력의 레이저를 사용하는 경우 광학계의 손상한계에 대한 추가적인 고려가 요구되고, 반사형 망원경은 레이저 신호를 보낼 경우 발생되는 많은 어려움의 해소가 이루어져야 한다.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 이동하는 표적을 레이저로 조사하는 레이저 전송용 망원경과 함께 표적을 포함한 전방영상 획득용 망원경으로 분리 구성되면서도, 두 망원경의 광축의 일부 구간 일치를 이용한 경로 조절이 이루어짐으로써 한 개의 망원경이 사용됨과 동일하게 되는 복수 망원경을 갖춘 레이저 추적조준 광학계를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복수 망원경을 갖춘 레이저 추적조준 광학계는 전방 표적을 향해 조사용 레이저의 광원이 조사되는 레이저 망원경; 상기 전방 표적의 영상 광신호가 입사되어 카메라에서 전방영상으로 획득되고, 상기 레이저 조사용 망원경의 배율과 동일한 배율을 갖는 영상 망원경;이 포함되며, 상기 조사용 레이저의 광경로와 상기 영상 광신호의 광경로에는 제1이색성 광속분리기와 제1반사경 및 제2이색성 광속분리기가 구비되어, 상기 조사용 레이저의 광경로와 상기 영상 광신호의 광경로를 동일 경로로 만들어 주는 것을 특징으로 한다.

상기 카메라에서 획득된 전방영상은 상기 조사용 레이저의 반사 신호가 상기 영상의 중심에 포함된다.

상기 조사용 레이저의 광경로는 상기 제1이색성 광속분리기로 입사되어, 상기 제1반사경과 상기 제2이색성 광속분리기의 순으로 진행 된 후 제2반사경을 거쳐 상기 레이저 망원경에서 상기 전방 표적을 향해 조사되며; 상기 영상 광신호의 광경로는 상기 영상 망원경으로 입사되어, 상기 제2이색성 광속분리기와 상기 제1반사경 및 상기 제1이색성 광속분리기의 순으로 진행 된 후 카메라에서 영상으로 획득된다.

상기 제1이색성 광속분리기와 상기 카메라사이에는 제3반사경과 필터 및 집속렌즈가 더 포함된다.

상기 제1반사경에는 2개의 광축 제어가 이루어지는 구동장치가 더 포함된다.

상기 제1이색성 광속분리기는 코너큐브 반사경과 함께 구성되고, 상기 제1이색성 광속분리기를 투과한 정렬용 가시광 레이저가 상기 코너큐브 반사경에서 상기 제1이색성 광속분리기로 정확히 되반사되어져 상기 카메라에서 획득된 전방영상과 겹쳐진다.

상기 정렬용 가시광 레이저는 레이저 지시점이 된다.

이러한 본 발명은 광축의 일부 구간이 일치된 두개의 망원경으로 한 개의 망원경과 같이 사용되고, 특히 2축의 광축제어가 이루어질 수 있는 레이저 추적조준 광학계가 구성되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 광축제어가 동시에 이루어지는 전방 표적 레이저 조사용 망원경과 표적 영상 획득용 망원경으로 이원화됨으로써 레이저 표적 조사성능과 표적 영상획득 성능이 크게 개선되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 레이저 조사용 망원경과 표적 영상 획득용 망원경으로 이원화됨으로써 사용 레이저 파장 및 영상획득 파장에 따라 또 사용되는 레이저 출력에 따른 별도의 망원경 구조 및 코팅을 적용할 수 있고, 특히 사용자의 요구에 맞는 광학시스템 설계가 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 복수 망원경을 갖춘 레이저 추적조준 광학계의 레이아웃 구성이고, 도 2는 본 발명에 따른 복수 망원경을 갖춘 레이저 추적조준 광학계의 작동 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 복수 망원경을 갖춘 레이저 추적조준 광학계의 레이아웃 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 레이저 추적조준 광학계에는 조사용 레이저(10)가 표적으로 조사되는 레이저 망원경(70)과, 표적이 포함된 영상 광신호(80)가 입사되는 영상 망원경(90)이 함께 구성되고, 레이저 망원경(70)과 영상 망원경(90)은 같은 배율을 갖는다.

상기 레이저 망원경(70)은 레이저 망원경(70)의 뒤쪽으로 배열된 제2반사경(60)과, 제2반사경(60)에 수직하게 배열된 제2이색성 광속분리기(50), 제2이색성 광속분리기(50)의 뒤쪽으로 배열된 제1반사경(30), 제1반사경(30)에 수직하게 배열된 제1이색성 광속분리기(20)와 함께 구성된다.

상기 영상 망원경(90)은 영상획득용 망원경(90)의 뒤쪽으로 배열된 제2이색성 광속분리기(50)와, 제2이색성 광속분리기(50)의 뒤쪽으로 배열된 제1반사경(30), 제1반사경(30)에 수직하게 배열된 제1이색성 광속분리기(20), 제1이색성 광속분리기(20)에 수직하게 배열된 제3반사경(110), 제3반사경(110)의 뒤쪽으로 배열된 필터(120), 필터(120)의 뒤쪽으로 배열된 집속렌즈(130), 집속렌즈(130)의 뒤쪽으로 배열된 카메라(140)와 함께 구성된다.

그러므로, 조사용 레이저(10)는 제1이색성 광속분리기(20), 제1반사경(30), 제2이색성 광속분리기(50), 제2반사경(60)순으로 진행되어 레이저 망원경(70)을 통하여 전방의 표적에 조사된다.

또한, 영상 광신호(80)는 영상 망원경(90)으로 입사되어 제2이색성 광속분리기(50)를 통과한 후, 제1반사경(30)과 제1이색성 광속분리기(20), 제3반사경(110), 필터(120), 집속렌즈(130) 순으로 진행함으로써 카메라(140)에서 영상으로 획득된다.

특히, 카메라(140)가 획득한 영상은 표적에서 반사되는 레이저 빔을 포함할 수도 있으며, 별도로 카메라(도시하지 않음)를 구성하여 획득할 수도 있다.

상기와 같이 레이저 망원경(70)과 영상 망원경(90)은 제2이색성 광속분리기(50)와 제1이색성 광속분리기(20) 및 제1반사경(30)을 함께 공유하는 레이아웃으로 이루어진다.

또한, 상기와 같이 레이저 망원경(70)과 영상 망원경(90)을 분리함으로써 레이저 망원경(70)은 고에너지 레이저(10) 파장 및 출력에 적합하게 망원경을 설계할 수 있고, 영상 망원경(90)은 영상획득용 카메라(140) 및 필터(120)에 적합하게 설계할 수 있는 융통성을 가질 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 레이저 조사점과 배율이 조절되도록 구동장치(40)가 더 구비되며, 상기 구동장치(40)는 조사용 레이저(10)와 영상 광신호(80)가 반사되는 제1반사경(30)에 설치된다. 상기 구동장치(40)는 고속 구동장치이고, 2개의 광축을 제어하는 고속주사반사경(45)타입이다.

이로 인해, 상기 구동장치(40)가 제1반사경(30)을 조절해 레이저 조사점을 바꾸면 영상 광신호(80)의 방향도 자동으로 바뀔 수 있고, 특히 구동장치(40)를 조절하면 레이저 망원경(70)과 영상 망원경(90)의 배율에 비례하는 각으로 조절될 수 있으며 같은 배율 시 같은 각으로 조절될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 레이저 지시점이되는 정렬용 가시광 레이저(15)가 카메라(140)에 입사되는 코너큐브 반사경(100)이 더 구비되며, 상기 코너큐브 반사경(100)은 제1이색성 광속분리기(20)의 앞쪽에 배열된다.

그러므로, 정렬용 가시광 레이저(15)는 제1이색성 광속분리기(20)를 투과하여 코너큐브 반사경(100)에서 정확히 되반사됨으로써 제1이색성 광속분리기(20), 제3반사경(110), 필터(120), 집속렌즈(130)를 거쳐 카메라(140)에 입사되고, 카메라(140)에서는 코너큐브 반사빔을 영상 광신호(80)에 의하여 획득된 전방영상과 겹쳐진다.

한편, 도 2는 본 실시예에 따른 복수 망원경을 갖춘 레이저 추적조준 광학계의 작동 상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 조사용 레이저(10)는 제1이색성 광속분리기(20), 제1반사경(30), 제2이색성 광속분리기(50), 제2반사경(60)순으로 진행되어 레이저 망원경(70)을 통하여 전방의 표적에 조사된다. 전방영상은 영상 망원경(90)에 입사된 영상 광신호(80)가 제2이색성 광속분리기(50)를 통과하여 제1반사경(30), 제1이색성 광속분리기(20), 제3반사경(110), 필터(120), 집속렌즈(130) 순으로 진행하여 카메라(140)에서 영상으로 획득된다.

특히, 구동장치(40)가 서로 반대방향으로 진행하는 조사용 레이저(10)를 반사하는 제1반사경(30)에 부착됨으로써 구동장치(40)에 의한 2개의 광축 제어로 인한 효과가 구현된다.

일례로, 구동장치(40)를 이용하여 레이저 조사점을 바꿀 수 있고, 레이저 조사점 변경은 영상 광신호(80)의 방향도 자동으로 바꿀 수 있다. 또한, 구동장치(40)를 조절하여 레이저 망원경(70)과 영상 망원경(90)의 배율에 비례하는 각 조절이 가능하고, 배율이 같을 경우 같은 각으로 조절될 수 있다.

한편, 정렬용 가시광 레이저(15)는 제1이색성 광속분리기(20)를 투과하여 코너큐브 반사경(100)에서 정확히 되반사 되고, 다시 제1이색성 광속분리기(20)에서 반사되어 제3반사경(110), 필터(120), 집속렌즈(130) 순으로 진행하여 카메라(140)에 입사된다.

카메라(140)에 입사되는 코너큐브 반사빔은 영상 광신호(80)에 의하여 획득된 전방영상에 겹쳐짐으로써 코너큐브 반사빔이 표적에 조사되는 레이저 빔과 같은 위치의 레이저 지시점이 될 수 있다. 다만, 코너큐브 반사빔이 위치된 레이저 지시점이 제1이색성 광속분리기(20)의 양면 평행도로 인하여 나타나는 광편차 만큼의 어긋남을 가질 수 있다.

하지만, 이 경우도 구동장치(40)의 역할에는 변함이 없는데, 이는 구동장치(40)를 이용하여 레이저 지시점을 바꾸면 영상 광신호(80)의 방향도 자동으로 바뀌게 되고, 이로 인하여 코너큐브 반사경(100)의 특성상 획득된 영상에서 레이저 지시점이 되는 것에 변함이 없게 된다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 복수 망원경을 갖춘 레이저 추적조준 광학계는 레이저 망원경(70)의 조사용 레이저 광경로와 영상 망원경(90)의 영상 광신호의 광경로에 구비된 제1이색성 광속분리기(20)와 제1반사경(30) 및 제2이색성 광속분리기(50)가 2개의 광경로를 동일 경로로 만들어 서로 분리된 구조이면서도 광경로 일부를 일치시키고, 제1반사경(30)에 2개의 광축을 제어하는 고속주사반사경타입 구동장치(40)가 구비됨으로써 1개의 망원경을 사용하는 경우와 같은 광축제어 효과를 얻을 수 있고, 특히 레이저 망원경(70)과 영상 망원경(90)을 분리함으로써 사용 레이저 파장 및 영상획득 파장에 따라 또 사용되는 레이저 출력에 따른 별도의 망원경 구조 및 코팅을 적용하여 사용자의 요구에 맞게 광학시스템 설계가 가능하다.

10 : 조사용 레이저 15 : 정렬용 가시광 레이저
20 : 제1 이색성 광속분리기
30 : 제1 반사경 40 :구동장치
45 : 고속주사반사경 50 : 제2 이색성 광속분리기
60 : 제2 반사경 70 : 레이저 망원경
80 : 영상 광신호 90 : 영상 망원경
100 : 코너큐브반사경 110 :제3 반사경
120 : 필터 130 : 집속렌즈
140 : 카메라

Claims

전방 표적을 향해 조사용 레이저의 광원이 조사되는 레이저 망원경;
상기 전방 표적의 영상 광신호가 입사되어 카메라에서 전방영상으로 획득되고, 상기 레이저 조사용 망원경의 배율과 동일한 배율을 갖는 영상 망원경;이 포함되며,
상기 조사용 레이저의 광경로와 상기 영상 광신호의 광경로에는 제1이색성 광속분리기와 제1반사경 및 제2이색성 광속분리기가 구비되어, 상기 조사용 레이저의 광경로와 상기 영상 광신호의 광경로를 동일 경로로 만들어주고;
상기 카메라에서 획득된 전방영상은 상기 조사용 레이저의 반사 신호가 상기 영상의 중심에 포함된 것을 특징으로 하는 복수 망원경을 갖춘 레이저 추적조준 광학계.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 조사용 레이저의 광경로는 상기 제1이색성 광속분리기로 입사되어, 상기 제1반사경과 상기 제2이색성 광속분리기의 순으로 진행 된 후 제2반사경을 거쳐 상기 레이저 망원경에서 상기 전방 표적을 향해 조사되며;
상기 영상 광신호의 광경로는 상기 영상 망원경으로 입사되어, 상기 제2이색성 광속분리기와 상기 제1반사경 및 상기 제1이색성 광속분리기의 순으로 진행 된 후 카메라에서 영상으로 획득되는 것을 특징으로 하는 복수 망원경을 갖춘 레이저 추적조준 광학계.
청구항 3에 있어서, 상기 제1이색성 광속분리기와 상기 카메라사이에는 제3반사경과 필터 및 집속렌즈가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 복수 망원경을 갖춘 레이저 추적조준 광학계.
청구항 1에 있어서, 상기 제1반사경에는 2개의 광축 제어가 이루어지는 구동장치가 더 포함된 것을 특징으로 하는 복수 망원경을 갖춘 레이저 추적조준 광학계.
청구항 1,3,4,5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1이색성 광속분리기는 코너큐브 반사경과 함께 구성되고, 상기 제1이색성 광속분리기를 투과한 정렬용 가시광 레이저가 상기 코너큐브 반사경에서 상기 제1이색성 광속분리기로 정확히 되반사되어져 상기 카메라에서 획득된 전방영상과 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 복수 망원경을 갖춘 레이저 추적조준 광학계.
청구항 6에 있어서, 상기 정렬용 가시광 레이저는 레이저 지시점이 되는 것을 특징으로 하는 복수 망원경을 갖춘 레이저 추적조준 광학계.