KR101589636B1 - 광대역 광학 장치 - Google Patents

광대역 광학 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101589636B1
KR101589636B1 KR1020150053782A KR20150053782A KR101589636B1 KR 101589636 B1 KR101589636 B1 KR 101589636B1 KR 1020150053782 A KR1020150053782 A KR 1020150053782A KR 20150053782 A KR20150053782 A KR 20150053782A KR 101589636 B1 KR101589636 B1 KR 101589636B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lens
laser
light
infrared
optical system
Prior art date
Application number
KR1020150053782A
Other languages
English (en)
Inventor
이혁재
Original Assignee
한화탈레스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한화탈레스 주식회사 filed Critical 한화탈레스 주식회사
Priority to KR1020150053782A priority Critical patent/KR101589636B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101589636B1 publication Critical patent/KR101589636B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/34—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having four components only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
    • G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
    • G02B13/004—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface having four lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 광대역 광학 장치는 적외선 대역의 광과, 레이저 광을 동일한 광 경로로 통과시키며, 복수의 렌즈를 구비하며, 상기 복수의 렌즈 중 복수의 렌즈가 비구면 렌즈인 공통 광학계, 통과되는 적외선 광과 레이저 광을 분리하는 광속 분할부, 분리된 적외선 광을 수신하고 검출하는 적외선 검출부 및 분리된 레이저 광을 수신하고 검출하는 레이저 검출부를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 레이저와 적외선 파장 대역을 모두 투과시켜 결상할 수 있는 공통 광학계를 구비하여, 적외선 영역과 레이저 영역의 광을 동시에 검출할 수 있다.
또한, 종래와 같이 레이저를 검출하는 레이저 광학계와 적외선을 검출할 수 있는 레이저 광학계를 따로 구비하는 광학 장치에 비해 장치를 간소화할 수 있고, 두 광학계의 LOS(line of sigth, 이중센서 간 영점 정렬)을 조절하고 수시로 점검해야 하는 번거로움을 줄일 수 있다.

Description

광대역 광학 장치{Optical apparatus for infrared and laser}
본 발명은 광학 장치로서, 적외선 영상과 레이저 광을 동시에 검출할 수 있는 광대역 광학 장치에 관한 것이다.
무장 비행체, 레이더 등의 군용 장치에서 표적을 추적하는 기존의 표적 추적 기술은 영상 추적과 레이저 스폿 추적이라는 두 가지 형태로 추적이 이루어지는데, 각각은 별도의 검출부 및 시스템으로 구성된다.
영상 추적기는 통상적으로 절대온도 0K 이상의 물체가 전자기파를 방사하는 것을 이용하여 영상화하는 장비로서, 주로 적외선을 이용하는 광학계(이하, 적외선 광학계)를 사용한다. 즉, 적외선 광학계는 물체에서 방사하는 전자기파 중에서 적외선만을 결상시켜, 광학적인 변조를 거쳐, 다시 전기적인 신호로 변환하여 영상화한다. 다른 말로 하면, 적외선 광학계는 물체 및 물체의 배경에서 나오는 에너지 차이를 영상화하는 장비로서, 적외선 에너지 차이는 일반적으로 물체가 갖는 온도 차이에 비례하므로 온도가 다른 물체를 영상으로 표현할 수 있다. 이러한 적외선 광학계는 물체와 배경의 복사량의 차이를 영상화하기 때문에, 야간이나 시정이 불량한 대기 상태에서 표적을 탐지할 수 있다.
한편, 레이저는 밝기(brightness)가 매우 높고, 방향성(directionality)이 우수하기 때문에 원거리에서 높은 에너지를 방출할 수 있다. 또한 레이저는 단색성(monochromaticity)의 특성을 가지기 때문에 원하는 파장만 보낼 수도 있다. 이러한 특성으로 레이저 기술은 원격 탐지 및 추적 분야에 사용되며, 이는 군사 분야에서 매우 유용한다. 레이저 기술은 군사 표적의 손상 및 파괴 분야에도 사용된다.
종래의 광학계 및 추적 장치는 적외선 영상 획득 광학계와 레이저 추적 광학계가 별도로 분리되어 있어, 공간을 많이 차지할 뿐만 아니라, 두 광학계의 렌즈가 따로 구비되어야 하기 때문에, 렌즈에 의한 비용이 상승하고, 각각의 시스템으로 한가지 기능 밖에 하지 못하는 문제가 있다. 또한, 두 광학계의 LOS(line of sight, 이중센서 간 영점 정렬)을 조절하고 수시로 점검해야 하는 어려움이 있었다.
한국공개특허 10-2006-0071219
본 발명은 적외선 광과 레이저 광을 동시에 검출할 수 있는 광대역 광학 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 광대역 광학 장치는 적외선 대역의 광과, 레이저 광을 동일한 광 경로로 통과시키며, 복수의 렌즈를 구비하며, 상기 복수의 렌즈 중 복수의 렌즈가 비구면 렌즈인 공통 광학계; 상기 통과되는 적외선 광과 레이저 광을 분리하는 광속 분할부; 상기 분리된 적외선 광을 수신하고 검출하는 적외선 검출부; 및 상기 분리된 레이저 광을 수신하고 검출하는 레이저 검출부;를 포함한다.
상기 광속 분리부는 적외선 광을 통과시키며, 레이저 광을 반사시킨다.
상기 공통 광학계는 피사체 측으로부터 순서대로 나열 배치된 제 1 렌즈, 제 2 렌즈, 제 3 렌즈, 제 4 렌즈, 제 5 렌즈를 포함하고, 상기 제 1 렌즈, 제 2 렌즈, 제 3 렌즈, 제 4 렌즈, 제 5 렌즈 중, 2개의 렌즈는 비구면 렌즈이고, 3개의 렌즈는 구면 렌즈이다.
상기 제 1 렌즈는 음(-)의 굴절력을 가진 비구면 렌즈, 상기 제 2 렌즈는 양(+)의 굴절력을 가지는 구면 렌즈, 상기 제 3 렌즈는 양(+)의 굴절력을 가지는 비구면 렌즈, 상기 제 4 렌즈는 음(-)의 굴절력을 가지는 구면 렌즈, 상기 제 5 렌즈는 음(-)의 굴절력을 가지는 구면 렌즈이다.
상기 제 1 렌즈는 상기 피사체와 마주보는 앞면이 오목면으로 형성되며, 뒷면이 볼록면으로 형성되고, 상기 제 2 렌즈는 상기 제 1 렌즈와 마주보는 앞면이 볼록면으로 형성되고, 상기 제 3 렌즈와 마주보는 뒷면이 오목면 또는 볼록면으로 형성되며, 상기 제 3 렌즈는 상기 제 2 렌즈와 마주보는 앞면이 오목면으로 형성되고, 상기 제 4 렌즈와 마주보는 뒷면이 오목면 또는 볼록면으로 형성되며, 상기 제 4 렌즈는 상기 제 3 렌즈와 마주보는 앞면이 볼록면이고, 상기 제 5 렌즈와 마주보는 뒷면이 오목면 또는 볼록면이며, 상기 제 5 렌즈는 상기 제 4 렌즈와 마주보는 앞면이 볼록면이고, 상기 광속 분할부와 마주보는 뒷면이 오목면이다.
상기 광속 분할부와 상기 레이저 검출부 사이에 위치하여, 상기 광속 분할부로부터 반사된 레이저광의 수차를 보정하는 제 6 렌즈를 포함하고, 상기 제 6 렌즈는 상기 광속 분할부와 마주보는 앞면 및 상기 레이저 검출부와 마주보는 뒷면 중 어느 하나가 비구면이다.
상기 제 1 렌즈 내지 제 6 렌즈는 ZnS 및 ZnSe 중 어느 하나로 이루어진다.
상기 제 6 렌즈 및 레이저 검출부는 상기 공통 광학계의 연장 방향과 직교하는 방향 또는 상기 적외선 검출부의 배치 방향과 직교하는 방향에 배치된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 레이저와 적외선 파장 대역을 모두 투과시켜 결상할 수 있는 공통 광학계를 구비하여, 적외선 영역과 레이저 영역의 광을 동시에 검출할 수 있다.
또한, 종래와 같이 레이저를 검출하는 레이저 광학계와 적외선을 검출할 수 있는 레이저 광학계를 따로 구비하는 광학 장치에 비해 장치를 간소화할 수 있고, 두 광학계의 LOS(line of sigth, 이중센서 간 영점 정렬)을 조절하고 수시로 점검해야 하는 번거로움을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학 장치를 개념적으로 도시한 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학 장치를 구체적으로 도시한 도면
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 광학 장치의 공통 광학계를 확대 도시하고, 적외선이 광속 분할부를 투과하여 적외선 광학계를 향하는 적외선의 진행 방향을 상세 도시한 도면
도 4는 도 3에 도시된 각 구성 요소의 면 형태, 면의 곡률, 두께, 재질을 도시한 테이블
도 5는 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 광학 장치의 공통 광학계를 확대 도시하고, 레이저가 광속 분할부를 투과하여 적외선 광학계를 향하는 레이저의 진행 방향을 상세 도시한 도면
도 6은 도 5에 도시된 각 구성 요소의 면 형태, 면의 곡률, 두께, 재질을 도시한 테이블
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명의 정확한 이해를 돕기 위해, 도면은 확대되거나 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학 장치를 개념적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학 장치를 구체적으로 도시한 도면이다. 도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 광학 장치의 공통 광학계를 확대 도시하고, 적외선이 광속 분할부를 투과하여 적외선 광학계를 향하는 적외선의 진행 방향을 상세 도시한 도면이다. 도 4는 도 3에 도시된 각 구성 요소의 면 형태, 면의 곡률, 두께, 재질을 도시한 테이블이다. 도 5는 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 광학 장치의 공통 광학계를 확대 도시하고, 레이저가 광속 분할부를 투과하여 적외선 광학계를 향하는 레이저의 진행 방향을 상세 도시한 도면이다. 도 6은 도 5에 도시된 각 구성 요소의 면 형태, 면의 곡률, 두께, 재질을 도시한 테이블이다.
기존의 광학 장치는 적외선으로 영상을 추적하는 적외선 광학계와, 레이저를 이용하여 타겟 또는 표적을 추적하는 레이저 광학계가 별도로 구성되어 있어, 하나의 광학계에서 영상 추적과 레이저 추적을 동시에 할 수 없다. 본 발명은 이를 해결하기 위하여 영상 추적과 레이저 추적을 동시에 진행할 수 있는 렌즈 어셈블리의 공통 광학계 구조 및 이를 포함한 광학 장치를 제시한다.
본 발명은 적외선 대역, 보다 바람직하게는 3.7㎛ ~ 4.8㎛ 대역의 중적외선 대역의 영상을 획득하는 채널과, 레이저 광, 예를 들면 파장 1064nm, 904nm 등의 레이저 광을 검출하는 채널을 공통으로 구성하도록 하는 렌즈 어셈블리의 광학계 구조를 제시한다. 물론 이외의 적외선 파장 대역 및 레이저 파장 대역의 광을 검출할 수도 있다. 즉, 중적외선 외에 근적외선 혹은 원적외선의 파장 대역을 검출할 수도 있다. 또한, 현재 레이저 광의 파장역은 0.1㎛ 내지 수백 ㎛ 내로 알려져 있다. 즉, 이런 범위 내에서 다양한 파장의 레이저 광을 얻을 수 있고, 이러한 레이저 광을 추적에 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광학 장치는 적외선 대역의 광과 레이저 대역의 광을 동일한 광 경로로 통과시키면서, 복수의 렌즈를 구비하는 공통 광학계(100), 통과되는 적외선 광과 레이저 광을 분리하는 광속 분할부(200), 분할된 적외선 광을 수신하고 검출하는 적외선 광학계(300) 및 분할된 레이저 광을 수신하고 검출하는 레이저 광학계(400)를 포함한다.
하기에서 각 구성요소의 앞쪽, 전단, 앞면은 피사체를 향하는 쪽/영역/면, 또는 광이 입사되는 쪽/영역/면을 의미하고, 뒷쪽, 후단, 뒷면은 이미지를 향하는 쪽/영역/면, 또는 광이 출사되는 쪽/영역/면을 의미한다.
공통 광학계(100)는 도 2에 도시한 바와 같이 복수의 광학(121, 122, 123, 124, 125) 렌즈 즉, 5매의 광학 렌즈(121, 122, 123, 124, 125)를 구비하는 일종의 렌즈 어셈블리(120)를 구비한다. 공통 광학계(100)는 적외선과 레이저 광을 동일 경로로 동시에 투과시킨다. 적외선과 레이저 광을 안정적으로 받아들이기 위해 비구면 렌즈 2매와 구면 렌즈 3매를 포함하며, 5개의 렌즈(121, 122, 123, 124, 125)가 순차 배열된다. 렌즈(121, 122, 123, 124, 125)를 이루는 재질은 적외선과 레이저 광을 모두 동시에 투과시키도록 하는 재질로 구성하며, 예를 들면, 황화 아연(Zinc Sulfide: ZnS) 및 셀렌화아연(Zinc Selenide: ZnSe) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 렌즈(121, 122, 123, 124, 125)에는 투과 성능 향상을 위한 반사 방지(anti-reflection)막이 코팅될 수도 있다. 상세한 렌즈 구조, 재질 등은 후술한다.
광속 분할부(200)는 적외선 광을 통과시키며, 레이저 광을 반사시키는 수단으로, 공통 광학계(100)와 마주 보고 배치된다. 예를 들면, 광학 분할부(200)는 공통 광학계(100)의 복수의 렌즈(121, 122, 123, 124, 125)가 배치되는 연장 방향에 최종 렌즈 즉, 제 5 렌즈(125)를 마주보고 배치된다. 이때, 광속 분할부(200)의 중심선과 복수의 렌즈(121, 122, 123, 124, 125)를 지나는 중심선이 일치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 광속 분할부(200)는 도 2, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같은 다이크로믹 미러(Dichroic mirror)이거나, 도 7에 도시된 바와 같은 프리즘(prism)(200a) 형태일 수 있다. 광속 분할부(200)의 재질은 특별히 한정되지 않으며, 적외선이 통과할 수 있는 재질이면 충분하다. 예를 들면, 광속 분할부(200)는 사파이어나 아연(Zn)계 물질, 보다 구체적으로는 ZnS로 제조될 수 있다.
또한, 광속 분할부(200)는, 공통 광학계(100)의 렌즈 어셈블리(120)의 후단에서 상기 렌즈 어셈블리(120)의 중심축에서 45°기울어진 면을 구비할 수 있다. 즉, 제 5 렌즈(125)의 후단에서 렌즈 어셈블리(120)의 중심축에서 45°기울어진 경사면을 구비할 수 있다. 45°경사진 면을 구비함으로써, 제 5 렌즈(125)를 투과하여 출력하는 적외선과 레이저 광을 각각 분리하여, 적외선을 투과시키며 레이저 광을 반사시킨다.
적외선 광학계(300)는 광속 분할부(200)를 통과한 적외선 광을 수신하고, 이를 센싱 또는 검출한다. 이러한 적외선 광학계(300)는 광속 분할부(200)의 뒷면과 마주보도록 대향 위치된 커버 글래스(310), 커버 글래스(310)의 뒷면과 마주 보도록 대향 위치된 윈도우(320) 및 윈도우(320)를 투과한 적외선을 검출하며, 상(image)이 맺히는 적외선 검출부(330), 윈도우(320)와 적외선 검출부(330) 사이에 위치하여 적외선의 광량을 조절하는 조리개(이하, 제 2 조리개(321))를 포함한다. 다시 설명하면, 적외선 광학계(300)는 광속 분할부(200)의 후방에 위치하여 적외선을 센싱, 검출하는 적외선 검출부(330)와, 광속 분할부(200)와 적외선 검출부(330) 사이에 위치하는 커버 글래스(310)와, 커버 글래스(310)와 적외선 검출부(330) 사이에 위치하는 윈도우(320), 윈도우(320)와 적외선 검출부(330) 사이에 위치하는 제 2 조리개(320)를 포함한다. 이에, 광속 분할부(200)를 투과 또는 통과한 적외선 광은 커버 글래스(310), 윈도우(320)를 지나 적외선 검출부(330)로 입사된다.
여기서, 커버 글래스(310)는 먼지와 같은 오염물이 적외선 검출부(330)로 향하는 것을 차단하는 역할을 하며, 커버 글래스(310) 및 윈도우(320) 각각은 예컨대 게르마늄 재질로 제조된다.
적외선 검출부(330)는 윈도우(320)를 통과한 적외선 광을 센싱하는 수단으로서, 냉각형 검출부를 사용할 수 있다. 적외선 검출부(330)의 내부에는 도시되지는 않았지만, 윈도우(320)를 통과한 적외선 광양을 조절하는 조리개, 조리개에 인접 설치된 적외선 필터 및 입사된 적외선을 검출하는 검출 센서가 구비된다. 상술한 커버 글래스(310), 윈도우(320), 적외선 검출부(330)의 조리개, 적외선 필터, 검출 센서는 적외선이 투입되는 방향을 향해 나란하게 배열될 수 있다. 적외선 필터는 입사되는 광 중 불필요한 파장 대역의 빛을 제거할 수 있다. 예를 들면, 원하는 파장 대역의 적외선만 통과시키고, 나머지는 차단할 수 있다. 적외선 필터는 조리개의 앞쪽에 위치하며, 조리개는 광속 분할부(200)의 뒷쪽이며, 검출 센서의 앞쪽 위치에 설치된다. 예를 들면, 조리개는 윈도우(320)와 검출 센서 사이에 위치할 수 있다.
레이저 광학계(400)는 상기 광속 분할부(200)를 통하여 반사되어, 경로가 꺽인 레이저 광을 받아들이고 검출할 수 있는 위치에 배치된다. 이러한 레이저 광학계(400)는 광속 분할부(200)로부터 반사된 레이저 광이 입사되는 렌즈(이하, 제 6 렌즈(410)), 상기 제 6 렌즈(410)를 통과한 레이저 광을 수신하여 검출하며, 상(image)이 맺히는 레이저 검출부(420)를 포함한다. 그리고 제 6 렌즈(410)의 앞, 즉 광속 분할부(200)와 제 6 렌즈(410) 사이에 조리개가 설치된다. 이러한 구성을 가지는 레이저 광학계(400)는 공통 광학계(100)의 연장 방과 교차하는 예를 들어, 직교하는 방향에 배치될 수 있다. 다른 말로 하면, 레이저 광학계(400)의 제 6 렌즈(410) 및 레이저 검출부(420)는 적외선 광학계(300)의 배치 방향과 직교하는 방향에 배치될 수도 있다.
하기에서는 각 광학계의 구체적 사양을 설명한다. 도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 광학 장치의 공통 광학계를 확대 도시하고, 적외선이 광속 분할부를 투과하여 적외선 광학계를 향하는 적외선의 진행 방향을 상세 도시한 도면이다. 도 4는 도 3에 도시된 각 구성 요소의 면 형태, 면의 곡률, 두께, 재질을 도시한 테이블이다.
본 발명의 실시예에 따른 공통 광학계(100)는 피사체와 마주보도록 배치된 윈도우(110), 윈도우(110)와 광속 분할부(200) 사이에 위치하며 예컨대, 5개의 렌즈(121, 122, 123, 124, 125)로 구성된 렌즈 어셈블리(120)를 포함한다. 여기서, 렌즈 어셈블리(120)를 구성하는 5개의 렌즈(121, 122, 123, 124, 125)는 제 1 렌즈(121), 제 2 렌즈(122), 제 3 렌즈(123), 제 4 렌즈(124), 제 5 렌즈(125)가 피사체 측으로부터 순서대로 배열되며, 윈도우(110)와 제 1 렌즈(121) 사이에 위치하여 광량을 조절하는 조리개(이하, 제 1 조리개(126))를 포함한다. 즉, 피사체와 마주보는 쪽으로 제 1 렌즈(121)가 배치되며, 이어서 차례로 제 2 렌즈(122), 제 3 렌즈(123), 제 4 렌즈(124), 제 5 렌즈(125)가 배치된다. 따라서 피사체에서 반사되는 광은 제 1 렌즈(121), 제 2 렌즈(122), 제 3 렌즈(123), 제 4 렌즈(124), 제 5 렌즈(125)를 투과하며, 최종적으로 이미지면에 이미지 상을 맺게 한다.
제 1 렌즈(121)는 비구면 렌즈로서, 윈도우(110)와 제 2 렌즈(122) 사이에 위치하며, 피사체와 마주보는 앞면(①)이 오목면으로 형성되며, 뒷면(②)이 볼록면으로 형성되며, 음(-)의 굴절력을 가진다. 그리고, 즉, 제 1 렌즈(121)는 앞면(①) 및 뒷면(②) 중 어느 하나의 면이 회절 비구면으로 형성되며, 뒷면(②)의 비구면과 함께 수차 보정 능력을 극대화시킬 수 있다.
제 2 렌즈(122)는 양(+) 굴절력을 가지고, 피사체가 위치한 앞면(③)이 볼록면으로 형성되고, 뒷면(④)이 오목면 또는 볼록면으로 형성된 구면 렌즈로서, 제 1 렌즈(121)에서 발생하는 수차량을 보정할 수 있다.
제 3 렌즈(123)는 제 2 렌즈(122)와 제 4 렌즈(124) 사이에 위치하며, 제 2 렌즈(122)와 마주보는 앞면(⑤) 및 제 4 렌즈(124)와 마주보는 뒷면(⑥) 중 하나가 비구면으로 형성되어, 제 2 렌즈(122)에서 발생된 수차량을 보정한다. 실시예에 따른 제 3 렌즈(123)는 제 2 렌즈(122)와 마주보는 앞면(⑤)이 오목면이고, 제 4 렌즈(124)와 마주보는 뒷면(⑥)이 오목면 또는 볼록면이며, 양(+)의 굴절력을 가지는 비구면 렌즈이다. 이러한 제 3 렌즈(123)는 제 2 렌즈(122)에서 발생하는 수차량을 보정할 수 있다.
제 4 렌즈(124)는 제 3 렌즈(123)와 제 5 렌즈(125) 사이에 위치하고, 제 3 렌즈(123)와 마주보는 앞면(⑦)이 볼록면이고, 제 5 렌즈(125)와 마주보는 뒷면(⑧)이 오목면이며, 음(-)의 굴절력을 가지는 구면 렌즈로서, 제 3 렌즈(123)에서 발생하는 수차량을 보정할 수 있다.
제 5 렌즈(125)는 제 4 렌즈(124)와 광속 분할부(200) 사이에 위치하는 구면 렌즈로서, 제 4 렌즈(124)로부터 발생된 수차를 보정한다. 보다 구체적으로 제 5 렌즈(125)는 피사체가 위치한 앞면(⑨)이 볼록면이고, 광속 분할부(200)와 마주보는 뒷면(⑩)이 오목면이며, 음(-)의 굴절력을 가진다.
한편, 제 1 렌즈(121), 제 2 렌즈(122), 제 3 렌즈(123) 및 제 4 렌즈(124) 제 5 렌즈(125)는 중적외선 및 레이저를 모두 통과시켜야 하기 때문에 셀렌화아연(ZnSe;Zinc Selenide) 재질 또는/및 황화아연(ZnS;Zinc Sulfide) 재질로 구현한다. 바람직하게는 셀렌화아연(ZnSe;Zinc Selenide) 재질의 렌즈와 황화아연(ZnS;Zinc Sulfide) 재질의 렌즈가 교번 배치되며, 실시예에서는 제 1 렌즈(121)가 ZnS, 제 2 렌즈(122)가 ZnSe, 제 3 렌즈(123)가 ZnS, 제 4 렌즈(124)가 ZnSe, 제 5 렌즈(125)가 ZnS로 구성된다.
참고로, 구면이라 함은 일정한 곡률을 가지는 곡면을 말한다. 또한 비구면(aspherical surface)이라 함은 상기 구면에서 약간 벗어난 곡면을 가지는 형태를 말하는데, 중심부에서 주변부로 점진적으로 편평해지는 면 형태를 가질 수 있다. 비구면을 가질 경우 중심부의 곡률보다 주변부의 곡률의 낮아져서, 중심부의 굴절율과 주변부의 굴절율이 달라지게 된다. 따라서 렌즈의 면이 비구면의 특성을 가질 경우 구면 수차를 보정할 수 있다.
상기의 제 1 렌즈(121), 제 2 렌즈(122), 제 3 렌즈(123) 및 제 4 렌즈(124) 제 5 렌즈(125)의 면 형태, 렌즈면 곡률 반경(Y-radius), 두께/간격, 재질을 도 4에 나타낸 바와 같이 설계할 수 있다. 이때, 두께는 일 구성요소(예:렌즈)의 두께 즉, 일 렌즈의 마주 보는 앞면과 뒷면 사이의 두께를 나타내고, 간격은 서로 다른 구성요소(예:렌즈)의 마주보는 면사이의 간격을 나타낸다. 그리고 두께는 일 구성 요소의 앞면 중심과 뒷면 중심 사이의 거리이고, 간격은 일 구성 요소의 뒷면의 중심과, 다른 구성 요소의 앞면 사이의 이격 거리이다.
예를 들면 제 1 렌즈(121)의 두께는 제 1 렌즈(121)의 앞면(①)과 뒷면(②) 사이의 거리로 6.0mm이고, 제 1 렌즈(121)와 제 2 렌즈(122) 사이의 간격은 제 1 렌즈(121)의 뒷면(②)과 제 2 렌즈(122)의 앞면(③) 사이의 거리로 6.3mm이다. 다른 렌즈의 경우도 동일하다. 또한, 도 4에 나타내었듯이, 제 1 렌즈(121), 제 3 렌즈(123) 및 제 5 렌즈(125)는 ZnS(황화 아연)으로 제조될 수 있고, 제 2 렌즈(122), 제 4 렌즈(124)는 ZnSe(셀렌화 아연)으로 제조될 수 있다. 이러한 공통 광학계(100)의 설계에 의하여 적외선 영역과 레이저 광을 동시에 효율적으로 검출할 수 있게 되고, 하나의 광학계를 통하여 적외선과 레이저 광을 모두 검출하므로, LOS를 점검하는 어려움을 해결할 수 있다.
광속 분할부(200)는 프리즘 형태의 분리기로 구현될 수 있으며, 입사되는 레이저 광을 반사시켜 경로를 꺽은 후, 출사한다. 이때, 광속 분할부(200)의 두께는 광속 분할부(200)의 앞면(⑪)과 뒷면(⑫) 사이의 거리고 2.0mm이며, Si(실리콘)으로 제조될 수 있다.
커버 글래스(310) 및 윈도우(320)는 광속 분할부(200)와 적외선 검출부(330) 사이에 위치하는 것으로, 게르마늄으로 제조될 수 있다.
여기서, 커버 글래스(310)의 앞면(ⓐ)과 뒷면(ⓑ) 사이의 이격 거리 즉, 두께는 1.0mm이고, 커버 글래스(310)의 뒷면(ⓑ)과 윈도우(320)의 앞면(ⓒ) 사이의 이격 거리는 1.0mm 이다.
또한, 윈도우(320)의 앞면(ⓒ)과 뒷면(ⓓ) 사이의 이격 거리 즉, 두께는 0.5mm이고, 윈도우(320)의 뒷면(ⓓ)과 제 2 조리개(321) 앞면(ⓔ) 사이의 이격 거리는 0.1mm 이다. 그리고, 제 2 조리개(321)로 이미지가 맺히는 면(ⓕ) 사이의 이격 거리는 19.4mm 이다.
이하, 적외선 광학계(300)의 구체적 사양에 대해 설명한다. 공통 광학계(100)에 대해서는 상술한 바와 같으며, 도 5 및 도 6을 통하여, 본 실시예의 적외선 광학계에 대한 구체적 사양을 알 수 있다. 물론 이외에도 구체적 사향은 전체 광학 장치의 설계에 따라 변동될 수 있다. 각 사양의 의미는 상술한 바와 동일하다.
그리고, 광속 분할부(200)와 레이저 검출부(420) 사이에는 제 6 렌즈(410)가 위치하며, 상기 광속 분할부(200)와 대향하는 앞면(㉮) 및 상기 레이저 검출부(420)와 마주하는 뒷면(㉯) 중 어느 하나를 비구면으로 형성함으로써 수차를 보정한다. 여기서, 광속 분할부(200)의 앞면(⑪)과 제 6 렌즈(410)의 앞면(㉮) 사이의 이격 거리는 22.0mm이다. 그리고 도 6을 참조하면, 제 6 렌즈(410)의 앞면(㉮)의 중심과 뒷면(㉯) 사이의 거리 즉 두께는 7.0mm이며, 제 6 렌즈(410)의 뒷면(㉯)과 이미지가 맺히는 면(㉰) 사이의 거리가 9.3mm이다.
이하, 도 1 내지 도 3 및 도 5를 참조하여, 적외선 및 레이저 광이 각기 검출되는 것을 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 광이 대물렌즈, 즉 제 1 렌즈(121)를 통해 입사되면, 전체 광은 공통 광학계(100)를 투과하여 광속 분할부(200)에 입사된다. 광속 분할부(200)에서는 적외선 대역 파장의 광 즉, 적외선 광(일점 실선 표시)은 통과시키고, 레이저 광(쇄선(점선) 표시)은 반사시켜 레이저 광의 경로를 꺽어서 출사한다. 다시 설명하면, 공통 광학계(100)를 투과하여 광속 분할부(200)에 도달한 적외선은 상기 광속 분할부(200)를 통과하여, 커버 글래스(310) 및 윈도우(320)를 거쳐 적외선 검출부(330)로 입사된다. 반면, 공통 광학계(100)를 투과하여 광속 분할부(200)에 도달한 레이저 광은 광속 분할부(200)에서 반사되어 그 경로가 제 6 렌즈(410)가 위치한 방향으로 변경된다. 즉, 광속 분할부(200)로 입사된 광은 적외선 광과 레이저 광으로 분리된다. 광속 분할부(200)를 투과한 적외선 광은 적외선 검출부(330)로 입사되고, 이에 적외선 영상을 획득할 수 있게 된다. 또한, 광속 분할부(200)에서 반사된 레이저 광은 레이저 광학계(400)로 입사된다.
이와 같이, 본 발명의 실시형태에 따르면, 레이저와 적외선 파장 대역을 모두 투과시켜 결상할 수 있는 공통 광학계(100)를 구비하여, 적외선 영역과 레이저 영역의 광을 동시에 검출할 수 있다. 이에, 주간 및 야간 레이저 추적 및 영상 획득이 가능하다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100:공통 광학계 200: 광속 분할부
310:적외선 검출부 410: 레이저 검출부

Claims (8)

  1. 적외선 대역의 광과, 레이저 광을 동일한 광 경로로 통과시키며, 복수의 렌즈를 구비하며, 상기 복수의 렌즈 중 복수의 렌즈가 비구면 렌즈이고, 복수의 렌즈가 구면 렌즈인 공통 광학계;
    상기 통과되는 적외선 광과 레이저 광을 분리하는 광속 분할부;
    상기 분리된 적외선 광을 수신하고 검출하는 적외선 검출부; 및
    상기 분리된 레이저 광을 수신하고 검출하는 레이저 검출부;를 포함하고,
    상기 공통 광학계는 피사체 측으로부터 순서대로 나열 배치된 제 1 렌즈, 제 2 렌즈, 제 3 렌즈, 제 4 렌즈, 제 5 렌즈를 포함하고,
    상기 제 1 렌즈는 음(-)의 굴절력을 가진 비구면 렌즈이고, 상기 피사체와 마주보는 앞면이 오목면으로 형성되며, 뒷면이 볼록면으로 형성되고,
    상기 제 2 렌즈는 양(+)의 굴절력을 가지는 구면 렌즈이며, 상기 제 1 렌즈와 마주보는 앞면이 볼록면으로 형성되고, 상기 제 3 렌즈와 마주보는 뒷면이 오목면 또는 볼록면으로 형성되며,
    상기 제 3 렌즈는 양(+)의 굴절력을 가지는 비구면 렌즈이고, 상기 제 2 렌즈와 마주보는 앞면이 오목면으로 형성되며, 상기 제 4 렌즈와 마주보는 뒷면이 오목면 또는 볼록면으로 형성되고,
    상기 제 4 렌즈는 음(-)의 굴절력을 가지는 구면 렌즈이며, 상기 제 3 렌즈와 마주보는 앞면이 볼록면이고, 상기 제 5 렌즈와 마주보는 뒷면이 오목면이고,
    상기 제 5 렌즈는 음(-)의 굴절력을 가지는 구면 렌즈이며, 상기 제 4 렌즈와 마주보는 앞면이 볼록면이고, 상기 광속 분할부와 마주보는 뒷면이 오목면이며,
    상기 광속 분할부와 상기 레이저 검출부 사이에 위치하여, 상기 광속 분할부로부터 반사된 레이저광의 수차를 보정하는 제 6 렌즈를 포함하고,
    상기 제 6 렌즈는 상기 광속 분할부와 마주보는 앞면 및 상기 레이저 검출부와 마주보는 뒷면 중 어느 하나가 비구면인 광대역 광학 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광속 분할부는 적외선 광을 통과시키며, 레이저 광을 반사시키는 광대역 광학 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 렌즈 내지 제 6 렌즈는 ZnS 및 ZnSe 중 어느 하나로 이루어진 광대역 광학 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 6 렌즈 및 레이저 검출부는 상기 공통 광학계의 연장 방향과 직교하는 방향 또는 상기 적외선 검출부의 배치 방향과 직교하는 방향에 배치되는 광대역 광학 장치.
KR1020150053782A 2015-04-16 2015-04-16 광대역 광학 장치 KR101589636B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150053782A KR101589636B1 (ko) 2015-04-16 2015-04-16 광대역 광학 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150053782A KR101589636B1 (ko) 2015-04-16 2015-04-16 광대역 광학 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101589636B1 true KR101589636B1 (ko) 2016-01-28

Family

ID=55309974

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150053782A KR101589636B1 (ko) 2015-04-16 2015-04-16 광대역 광학 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101589636B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110133822A (zh) * 2018-02-08 2019-08-16 先进光电科技股份有限公司 光学成像系统
WO2022050568A1 (ko) * 2020-09-03 2022-03-10 에스엘 주식회사 차량용 광학 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060071219A (ko) 2004-12-21 2006-06-26 삼성탈레스 주식회사 냉각 검출기를 사용하는 적외선 광학계의 광 차단기
KR101506186B1 (ko) * 2014-03-05 2015-03-26 삼성탈레스 주식회사 광대역 적외선 렌즈 어셈블리 및 광학계

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060071219A (ko) 2004-12-21 2006-06-26 삼성탈레스 주식회사 냉각 검출기를 사용하는 적외선 광학계의 광 차단기
KR101506186B1 (ko) * 2014-03-05 2015-03-26 삼성탈레스 주식회사 광대역 적외선 렌즈 어셈블리 및 광학계

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110133822A (zh) * 2018-02-08 2019-08-16 先进光电科技股份有限公司 光学成像系统
CN110133822B (zh) * 2018-02-08 2021-06-11 先进光电科技股份有限公司 光学成像系统
WO2022050568A1 (ko) * 2020-09-03 2022-03-10 에스엘 주식회사 차량용 광학 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10634770B2 (en) Optical systems for remote sensing receivers
EP2564147B1 (en) Optical transceiver built-in test (bit)
KR101506186B1 (ko) 광대역 적외선 렌즈 어셈블리 및 광학계
KR100914094B1 (ko) 경량 레이저 조준기 레인저 ｆｌｉｒ 광학 장치
KR101589644B1 (ko) 광대역 광학 장치
CN105301748A (zh) 一种双波段三视场红外光学系统
JP2019523410A (ja) 走査範囲を検出するための光学系
US20190346569A1 (en) Optical assembly and a lidar device having an optical assembly of this type
US20160291115A1 (en) Compound Eye Laser Tracking Device
EP3205972A1 (en) Metasurface optics for dual-mode seeker
KR101589636B1 (ko) 광대역 광학 장치
CN110716293B (zh) 一种小型化负补偿式中波制冷红外连续变焦光学系统
CN114127468A (zh) 用于利用场角来改变照明波长的有源照明系统
KR101513542B1 (ko) 광학계
EP3015902B1 (en) Compact multispectral wide angle refractive optical system
KR102209218B1 (ko) 원거리 감시용 단적외선 카메라 광학계
KR102477400B1 (ko) 다중 모드 영상 탐색 장치용 비열화 공통 광학계 및 그 제어 방법
KR101276674B1 (ko) 이중대역 적외선 광학계
US11614312B2 (en) Aerodynamic solid nose cone formed with an afocal axicon lens and method of imaging
WO2023079306A1 (en) A receiver for free-space optical signals
KR101554130B1 (ko) 고해상도 광시야각 원적외선 광학계
KR101944427B1 (ko) 탐색장치용 공통 광학계
GB2515123A (en) Improvements in and relating to missile seekers
RU2672703C1 (ru) Двухканальная зеркально-линзовая система
US20220413095A1 (en) Lens system for lidar

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190110

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200103

Year of fee payment: 5