KR101857803B1 - 항공우주용 광학장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는, 위성체에 유선 또는 무선으로 연결되어, 획득한 광신호를 전기신호로 변환하여 위성체에 전달하는 항공우주용 광학장치에 있어서, 광신호를 모아 초점에 상을 만드는 주반사경과, 초점에 맺힌 광신호의 상을 반사시키는 보조반사경과, 주반사경 및 보조반사경에 대향하는 가상의 면 상의 제1 축과, 제1 축과 교차하는 제2 축을 중심으로 회전 가능하도록 구성되어 보조반사경을 제1 축 및 제2 축을 중심으로 회전 가능하도록 지지하는 제1 지지부와, 보조반사경의 회전에 따라 함께 이동 가능하도록 설치되되, 보조반사경으로부터 반사되는 광신호의 상의 반사 경로에 배치되며, 광신호를 전기 신호로 변환하는 검출부를 포함하는 항공우주용 광학장치를 개시한다.

Description

항공우주용 광학장치{Optical apparatus for aerospace}

본 발명의 실시예들은 항공우주용 광학장치에 관한 것이다.

일반적으로, 정지궤도에서 고해상도를 갖는 광학탑재체를 구현하기 위해서는 광학구경의 크기가 커질 필요가 있다. 하지만, 큰 광학구경에 적합한 주반사경은 그 무게와 크기가 상당하므로, 주반사경을 광학탑재체에 설치하는데 기술적인 어려움을 초래할 뿐만 아니라, 적합한 발사체를 호환시키기 어려운 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 합성 개구(synthetic aperture)를 이용하는 기술이 고려되고 있으나, 무게를 다소 경감시킬 수 있는 실익이 있음에도 불구하고 주반사경을 원활하게 스캔하기 위해서는 트크와 정확도 측면에서 고성능의 지향 구동부가 필요하다는 한계가 존재했다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 실시예들의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 실시예들의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수 없다.

본 발명의 실시예들은 상술한 문제점을 포함하는 다양한 문제점들을 해소하기 위한 것으로, 간단한 구성으로 주반사경에 대한 보조반사경의 스캔을 정확하고 용이하게 수행할 수 있어, 정지궤도에서 고해상도의 영상을 획득할 수 있는 항공우주용 광학장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예는, 위성체에 유선 또는 무선으로 연결되어, 획득한 광신호를 전기신호로 변환하여 위성체에 전달하는 항공우주용 광학장치에 있어서, 광신호를 모아 초점에 상을 만드는 주반사경과, 초점에 맺힌 광신호의 상을 반사시키는 보조반사경과, 주반사경 및 보조반사경에 대향하는 가상의 면 상의 제1 축과, 제1 축과 교차하는 제2 축을 중심으로 회전 가능하도록 구성되어 보조반사경을 제1 축 및 제2 축을 중심으로 회전 가능하도록 지지하는 제1 지지부와, 보조반사경의 회전에 따라 함께 이동 가능하도록 설치되되, 보조반사경으로부터 반사되는 광신호의 상의 반사 경로에 배치되며, 광신호를 전기 신호로 변환하는 검출부를 포함하는 항공우주용 광학장치를 개시한다.

본 실시예에 있어서, 제1 지지부의 회전에 따라 검출부가 함께 이동 가능하도록 제1 지지부와 검출부를 연결하는 제2 지지부를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 주반사경과 제1 지지부를 연결하는 제3 지지부를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 제3 지지부는 주반사경의 외주면에 설치될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 제1 지지부는, 보반사경을 고정하는 제1 고정부와, 제1 고정부에 연결되어, 제1 고정부를 제1 축을 중심으로 회전시키는 회전 구동력을 제공하는 제1 구동부와, 제1 고정부를 고정하되, 제1 고정부가 제1 축을 중심으로 회전 가능하도록 자유도를 허용하는 제2 고정부와, 제2 고정부에 연결되어, 제2 고정부를 제2 축을 중심으로 회전시키는 회전 구동력을 제공하는 제2 구동부를 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 제1 고정부는 중공(中空) 형상일 수 있다.

본 실시예에 있어서, 제1 고정부는 보조반사경의 일면을 차폐할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 검출부는 광신호를 공간 푸리에(fourier) 변환으로 변형한 인터페로그램(interferogram)을 검출할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 실시예들에 의하면, 보조반사경을 2축으로 회전 가능한 제1 지지부에 연결하는 간단한 구성으로 주반사경의 스캔이 가능하며, 고해상도의 영상을 용이하게 획득할 수 있는 항공우주용 광학장치를 구현할 수 있다.

물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 관한 항공우주용 광학장치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 항공우주용 광학장치의 제1 지지부를 구체적으로 나타내는 사시도이다.
도 3a는 도 1의 항공우주용 광학장치의 제1 지지부를 제외한 나머지 구성요소들을 상측에서 바라본 모습을 나타내는 평면도로서, 도 1의 제1 지지부가 X축 방향으로 회전함에 따라 검출부가 X축 방향을 따라 이동한 모습을 나타내는 평면도이다.
도 3b는 도 1의 제1 지지부가 Y축 방향으로 회전함에 따라 도 3a의 검출부가 Y축 방향을 따라 이동한 모습을 나타내는 평면도이다.
도 3c는 도 1의 제1 지지부가 X축 및 Y축 방향으로 회전함에 따라 도 3a의 검출부가 X축 및 Y축 방향을 따라 이동한 모습을 나타내는 평면도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 관한 항공우주용 광학장치를 나타내는 개념도이고, 도 2는 도 1의 항공우주용 광학장치의 제1 지지부를 구체적으로 나타내는 사시도이다.

항공우주용 광학장치(100)는 위성체(미도시)에 유선 또는 무선으로 연결되어, 획득한 광신호를 전기신호로 변환하여 위성체에 전달하는 탑제체이다. 예를 들어, 항공우주용 광학장치(100)는 바람직하게는 기상 관측을 위한 정지궤도 복합위성에 탑재될 수 있으나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 즉, 항공우주용 광학장치(100)는 사진이나 영상을 획득하기 위한 목적에서 우주에 발사되는 그 어떠한 위성체에도 탑재가 가능하다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 관한 항공우주용 광학장치(100)는 주반사경(110)과, 보조반사경(120)과, 제1 지지부(130) 및 검출부(140)를 포함한다.

주반사경(110)은 주반사경(110)측으로 수신되는 광신호를 모아 초점에 상을 만드는 구성요소이다. 도면에 별도로 표시하지는 않았으나, 주반사경(110)에 의해 반사된 광신호는 보조반사경(120)이 설치된 위치 또는 그 위치에 인접하는 위치에서 모아져 초점을 형성할 수 있다. 반사율을 높이기 위해, 주반사경(110)의 표면에는 반사율이 높은 물질이 코팅될 수도 있다.

보조반사경(120)은 초점에 맺힌 광신호의 상을 반사시키는 구성요소로서, 주반사경(110)에 의해 반사된 광신호가 모아지는 초점 또는 초점에 인접하는 위치에 설치될 수 있다. 보조반사경(120)에 의해 반사된 광신호의 상은 후술할 검출부(140)에서 수신될 수 있다.

제1 지지부(130)는 주반사경(110) 및 보조반사경(120)에 대향하는 가상의 면 상의 제1 축(도 1의 X축)과, 제1 축과 교차하는 제2 축(도 1의 Y축)을 중심으로 회전 가능하도록 구성되어 보조반사경(120)을 제1 축 및 제2 축을 중심으로 회전 가능하도록 지지할 수 있다. 예를 들면, 제1 지지부(130)는 2축 짐벌(2 axis gimbal)일 수 있다.

도 2를 참조하여 제1 지지부(130)에 대해 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제1 지지부(130)는 제1 고정부(131)와, 제1 구동부(132)와, 제2 고정부(133)와, 제2 구동부(134)를 포함할 수 있다.

제1 고정부(131)는 보조반사경(120)의 적어도 일부를 둘러싸도록 구성되어 보조반사경(120)을 고정할 수 있다. 제1 고정부(131)는 보조반사경(120)으로 수신되는 광신호를 간섭하지 않도록, 광신호가 수신되는 방향(도 2의 Z축)으로 적어도 일면이 개방된 형태로 구성될 수 있다.

도 2에 도시된 제1 고정부(131)는 중공(中空) 형상으로 형성되어 Z축 방향으로 양면이 개방된 형태를 나타내나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 즉, 제1 고정부(131)는 광신호가 수신되는 수신면을 제외한 나머지 반대면은 폐쇄된 형태로 구성될 수도 있다. 즉, 제1 고정부(131)는 보조반사경(120)의 일면을 차폐하는 형태로 구성될 수도 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 제1 고정부(131)가 양면이 개방된 중공 형태인 경우를 중심으로 설명하기로 한다.

제1 구동부(132)는 제1 고정부(131)에 연결되어, 제1 고정부(131)를 제1 축(도 2의 X축)을 중심으로 회전 시키는 회전 구동력을 제공할 수 있다. 제1 구동부(132)는 공압 또는 유압으로 구동되는 실린더의 형태로 구성될 수도 있으나, 바람직하게는 전기적인 신호로 제어가 가능한 전기모터가 사용될 수 있다.

제2 고정부(133)는 제1 고정부(131)를 고정하되, 제1 고정부(131)가 제1 축을 중심으로 회전 가능하도록 자유도를 허용할 수 있다.

제2 구동부(134)는 제2 고정부(133)에 연결되어, 제2 고정부(133)를 제2 축(도 2의Y축)을 중심으로 회전시키는 회전 구동력을 제공할 수 있다. 제2 구동부(134) 또한 제1 구동부(132)와 마찬가지로, 공압 또는 유압으로 구동되는 실린더의 형태로 구성될 수도 있으나, 바람직하게는 전기적인 신호로 제어가 가능한 전기모터가 사용될 수 있다.

검출부(140)는 보조반사경(120)으로부터 반사되는 광신호의 상의 반사 경로에 배치되어 광신호를 전기신호로 변환할 수 있다. 구체적으로, 검출부(140)는 광신호를 공간 푸리에(fourier) 변환으로 변형한 인터페로그램(interferogram)을 검출할 수 있다. 검출부(140)를 통해 광신호가 전기신호로 전환된 이후, 이러한 전기신호는 위성체에 실시간으로 전달됨으로써 다시 영상으로 변환될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 관한 항공우주용 광학장치(100)는 제2 지지부(150)와 제3 지지부(160)를 더 포함할 수 있다.

제2 지지부(150)는 제1 지지부(130)의 회전에 따라 검출부(140)가 함께 이동 가능하도록 제1 지지부(130)와 검출부(140)를 연결할 수 있다.

또한, 제3 지지부(160)는 주반사경(110)과 제1 지지부(130)를 연결하는 구성요소로서, 주반사경(110)의 외주면에 설치될 수 있다.

다음으로, 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 관한 항공우주용 광학장치(100)의 작동에 대해 상세하게 설명하기로 한다.

도 3a는 도 1의 항공우주용 광학장치의 제1 지지부를 제외한 나머지 구성요소들을 상측에서 바라본 모습을 나타내는 평면도로서, 도 1의 제1 지지부가 X축 방향으로 회전함에 따라 검출부가 X축 방향을 따라 이동한 모습을 나타내는 평면도이다.

도 3a를 참조하면, 검출부(140)는 X축 방향을 따라 참조부호 140X에 해당하는 위치로 이동할 수 있다. 이러한 구동이 가능한 이유는, 검출부(140)는 제2 지지부(150)를 통해 제1 지지부(130)에 연결되므로, 상술한 바와 같이 제1 지지부(130)의 회전에 따라 함께 이동할 수 있기 때문이다. 즉, 도면에 도시하지는 않았으나 검출부(140)는 참조부호 140X에 해당하는 위치 이외에도 X축 방향으로 그 어떠한 위치로도 이동이 가능하다.

도 3b는 도 1의 제1 지지부가 Y축 방향으로 회전함에 따라 도 3a의 검출부가 Y축 방향을 따라 이동한 모습을 나타내는 평면도이다.

도 3b를 참조하면, 검출부(140)는 Y축 방향을 따라 참조부호 140Y에 해당하는 위치로도 이동할 수 있다. 이러한 구동이 가능한 이유는, 검출부(140)는 제2 지지부(150)를 통해 제1 지지부(130)에 연결되므로, 상술한 바와 같이 제1 지지부(130)의 회전에 따라 함께 이동할 수 있기 때문이다. 즉, 도면에 도시하지는 않았으나 검출부(140)는 참조부호 140Y에 해당하는 위치 이외에도 Y축 방향으로 그 어떠한 위치로도 이동이 가능하다.

도 3c는 도 1의 제1 지지부가 X축 및 Y축 방향으로 회전함에 따라 도 3a의 검출부가 X축 및 Y축 방향을 따라 이동한 모습을 나타내는 평면도이다.

도 3c를 참조하면, 검출부(140)는 X축 및 Y축 방향을 따라 참조부호 140XY에 대항하는 위치로도 이동할 수 있다. 이러한 구동이 가능한 이유는, 검출부(140)는 제2 지지부(150)를 통해 제1 지지부(130)에 연결되므로, 상술한 바와 같이 제1 지지부(130)의 회전에 따라 함께 이동할 수 있기 때문이다. 즉, 도면에 도시하지는 않았으나, 검출부(140)는 참조부호 140XY에 해당하는 위치 이외에도 X축 및 Y축 방향으로 그 어떠한 위치로도 이동이 가능하다.

단, 검출부(140)는 주반사경(110)의 영역 이내에서 이동하는 것이 바람직하다. 즉, 검출부(140)와 제1 지지부(130)를 연결하는 제2 지지부(150)는, 기구적으로 주반사경(110)과 제1 지지부(130)를 연결하는 제3 지지부(160)가 정의하는 영역 바깥으로 이동할 수 없는 바, 검출부(140)는 주반사경(110)이 정의하는 영역 이내에서 이동 가능하다.

상기 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 설명한 항공우주용 광학장치(100)의 구동에 의하면, 광학구경을 확대할 필요 없이 제1 지지부(130)와 같은 간단한 구성으로도 주반사경(110)을 정밀하고 정확하게 스캔할 수 있으므로, 고해상도의 영상을 획득할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 항공우주용 광학장치 133: 제2 고정부
110: 주반사경 134: 제2 구동부
120: 보조반사경 140: 검출부
130: 제1 지지부 150: 제2 지지부
131: 제1 고정부 160: 제3 지지부
132: 제1 구동부

Claims (8)

1. 위성체에 유선 또는 무선으로 연결되어, 획득한 광신호를 전기신호로 변환하여 상기 위성체에 전달하는 항공우주용 광학장치에 있어서,
   상기 광신호를 모아 초점에 상(像)을 만드는 주반사경;
   상기 초점에 맺힌 상기 광신호의 상기 상을 반사시키는 보조반사경;
   상기 주반사경 및 상기 보조반사경에 대향하는 가상의 면 상의 제1 축과, 상기 제1 축과 교차하는 제2 축을 중심으로 회전 가능하도록 구성되어 상기 보조반사경을 상기 제1 축 및 상기 제2 축을 중심으로 회전 가능하도록 지지하는 제1 지지부;
   상기 보조반사경의 회전에 따라 함께 이동 가능하도록 설치되되, 상기 보조반사경으로부터 반사되는 상기 광신호의 상기 상의 반사 경로에 배치되며, 상기 광신호를 전기 신호로 변환하는 검출부; 및
   상기 제1 지지부의 회전에 따라 상기 검출부가 함께 이동 가능하도록 상기 제1 지지부와 상기 검출부를 연결하는 제2 지지부;를 포함하는, 항공우주용 광학장치.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서,
   상기 주반사경과 상기 제1 지지부를 연결하는 제3 지지부를 더 포함하는, 항공우주용 광학장치.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 제3 지지부는 상기 주반사경의 외주면에 설치되는, 항공우주용 광학장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 지지부는,
   상기 보조반사경을 고정하는 제1 고정부와,
   상기 제1 고정부에 연결되어, 상기 제1 고정부를 상기 제1 축을 중심으로 회전시키는 회전 구동력을 제공하는 제1 구동부와,
   상기 제1 고정부를 고정하되, 상기 제1 고정부가 상기 제1 축을 중심으로 회전 가능하도록 자유도를 허용하는 제2 고정부와,
   상기 제2 고정부에 연결되어, 상기 제2 고정부를 상기 제2 축을 중심으로 회전시키는 회전 구동력을 제공하는 제2 구동부를 포함하는, 항공우주용 광학장치.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 제1 고정부는 중공(中空) 형상인, 항공우주용 광학장치.
7. 제5 항에 있어서,
   상기 제1 고정부는 상기 보조반사경의 일면을 차폐하는, 항공우주용 광학장치.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 검출부는 상기 광신호를 공간 푸리에(fourier) 변환으로 변형한 인터페로그램(interferogram)을 검출하는, 항공우주용 광학장치.

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