KR101944427B1 - 탐색장치용 공통 광학계 - Google Patents

탐색장치용 공통 광학계 Download PDF

Info

Publication number
KR101944427B1
KR101944427B1 KR1020180105853A KR20180105853A KR101944427B1 KR 101944427 B1 KR101944427 B1 KR 101944427B1 KR 1020180105853 A KR1020180105853 A KR 1020180105853A KR 20180105853 A KR20180105853 A KR 20180105853A KR 101944427 B1 KR101944427 B1 KR 101944427B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lens
infrared
common
infrared lens
unit
Prior art date
Application number
KR1020180105853A
Other languages
English (en)
Inventor
공현배
옥창민
Original Assignee
엘아이지넥스원 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 엘아이지넥스원 주식회사 filed Critical 엘아이지넥스원 주식회사
Priority to KR1020180105853A priority Critical patent/KR101944427B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101944427B1 publication Critical patent/KR101944427B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1006—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탐색장치용 공통 관학계는, 광신호가 입사되는 공통렌즈부, 상기 공통렌즈부를 비스듬하게 대향하도록 배치되고, 상기 공통렌즈부를 통과한 상기 광신호를 서로 다른 파장대역을 가지는 적어도 둘 이상의 광신호로 분할하는 광분할부, 상기 광분할부를 투과한 적외선대역의 제1 광신호가 입사되는 적외선 렌즈부, 및 상기 광분할부에 의해 반사되는 레이저 파장대역의 제2 광신호가 입사되는 레이저 렌즈부를 포함한다.

Description

탐색장치용 공통 광학계{Common optical system for searching apparatus}
본 발명은 광학계에 관한 것으로, 특히 탐색장치용 공통 광학계에 관한 것이다.
일반적으로 탐색장치는 유도 비행체, 및 레이더 장치 등의 군사용 장비에 적용되어 목표물을 추적 및 감시하는 장치로서, 목표물의 다양한 정보 획득을 위해 복수의 센서와, 각종 렌즈의 조합으로 구성되는 광학계를 구비하고 있다.
상기 센서로는 목표물의 적외선 영상을 검출하는 적외선 검출기와 목표물의 상대 위치를 검출하는 레이저 검출기 등이 있다.
상기 광학계는, 목표물에서 방사 및 반사되는 광신호를 신호 손실없이 집광시켜 각종 센서에 전달할 수 있어야 하고, 그 구성이 간소화되어 탐색장치의 부피를 증가시키지 않는 것이 중요하다.
종래 탐색장치는 목표물의 다양한 정보 획득을 위해 복수의 센서를 구비하는 경우, 센서 각각에 맞춰 개별 광학계를 구성하는 것이 대부분이다.
이러한 개별 광학계는, 각각이 대물렌즈를 사용하기 때문에 탐색장치의 부피 증가의 주 요인으로 지적되고 있으며, 대물렌즈의 물리적인 위치 차이로 인한 센서 간 시선오차가 발생하는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1358646호
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 둘 이상의 센서가 하나의 대물렌즈를 이용하도록 함으로써 센서 사이의 시선오차가 발생하지 않도록 하는 탐색장치용 공통 광학계를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탐색장치용 공통 광학계는, 광신호가 입사되는 공통렌즈부; 상기 공통렌즈부를 비스듬하게 대향하도록 배치되고, 상기 공통렌즈부를 통과한 상기 광신호를 서로 다른 파장대역을 가지는 적어도 둘 이상의 광신호로 분할하는 광분할부; 상기 광분할부를 투과한 적외선대역의 제1 광신호가 입사되는 적외선 렌즈부; 및 상기 광분할부에 의해 반사되는 레이저 파장대역의 제2 광신호가 입사되는 레이저 렌즈부;를 포함한다.
상기 적외선 렌즈부는, 상기 광분할부를 마주보는 전면이 비구면으로 형성되고 후면이 볼록면으로 형성되는 제1 적외선렌즈와, 상기 제1 적외선렌즈를 마주보는 전면이 오목면으로 형성되고 후면이 오목면으로 형성되는 제2 적외선렌즈와, 상기 제2 적외선렌즈를 마주보는 전면이 복록면으로 형성되고 후면이 비구면으로 형성되는 제3 적외선렌즈와, 상기 제3 적외선렌즈를 마주보는 전면이 비구면으로 형성되고 후면이 오목면으로 형성되는 제4 적외선렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제1 적외선렌즈, 상기 제3 적외선렌즈, 및 상기 제4 적외선렌즈는 양의 굴절능을 가지고, 상기 제2 적외선렌즈는 음의 굴절능을 가질 수 있다.
상기 제1 적외선렌즈, 상기 제2 적외선렌즈, 상기 제3 적외선렌즈, 및 상기 제4 적외선렌즈는 칼코게나이드 재질을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1 적외선렌즈는, 4.10mm 이상 4.20mm 이내의 제1 기준두께범위 이내에서 선택된 어느 하나의 두께를 가지고, 상기 제2 적외선렌즈, 상기 제3 적외선렌즈, 및 상기 제4 적외선렌즈는, 4.95mm 이상 5.05mm 이내의 제2 기준두께범위 이내에서 선택된 어느 하나의 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 적외선렌즈와 상기 제2 적외선렌즈 사이의 간격은 1.80mm 이상 1.90mm 이하의 제1 기준간격범위 이내에서 선택된 어느 하나이고, 상기 제2 적외선렌즈와 상기 제3 적외선렌즈 사이의 간격은 12.35mm 이상 12.45mm 이하의 제2 기준간격범위 이내에서 선택된 어느 하나이고, 상기 제3 적외선렌즈와 상기 제4 적외선렌즈 사이의 간격은 15.40mm 이상 15.50mm 이하의 제3 기준간격범위 이내에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 광분할부는, 상기 공통렌즈부의 중심축에서 45도 기울어져 위치할 수 있다.
상기 공통렌즈부는, 전면이 볼록면으로 형성되고 후면이 오목면으로 형성되는 커버부, 상기 커버부를 마주보는 전면이 볼록면으로 형성되고 후면이 오목면으로 형성되는 제1 공통렌즈, 상기 제1 공통렌즈를 마주보는 전면이 오목면으로 형성되고 후면이 오목면으로 형성되는 제2 공통렌즈를 포함할 수 있다.
상기 커버부, 상기 제1 공통렌즈, 및 상기 제2 공통렌즈는 황화아연 재질을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 커버부와 상기 제2 공통렌즈는 음의 굴절능을 가지고, 상기 제1 공통렌즈는 양의 굴절능을 가질 수 있다.
상기 레이저 렌즈부는, 상기 공통렌즈부의 중심축에 직각인 방향에서 상기 광분할부를 마주보도록 구비되는 밴드패스 필터부, 상기 밴드패스 필터부를 마주보는 전면이 볼록면으로 형성되고 후면이 볼록면으로 형성되는 제1 레이저렌즈, 및 상기 제1 레이저렌즈를 마주보는 전면이 볼록면으로 형성되고 후면이 오목면으로 형성되는 제2 레이저렌즈를 포함할 수 있다.
상기 광분할부를 사이에 두고 상기 레이저 렌즈부를 마주보는 방향에 구비되는 근적외선 렌즈부를 더 포함할 수 있다.
상기 광분할부는 회전 가능하게 구비되고, 회전을 통해 근적외선대역의 광신호를 상기 근적외선 렌즈부를 향해 반사할 수 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탐색장치용 공통 광학계에 의하면, 적외선 렌즈부와 레이저 렌즈부가 공통렌즈부를 공유함으로써, 적외선 렌즈부와 레이저 렌즈부의 목표물 지향선이 동일하게 구성되며, 적외선 렌즈부를 대향하는 적외선 검출기와 레이저 렌즈부를 대향하는 레이저 검출기 사이의 시선오차가 발생하지 않도록 하는 효과가 있다.
또한, 하나의 공통렌즈부를 구비한 상태로 적외선검출과 레이저검출 기능을 구비한 탐색장치에 적용될 수 있고, 적외선 검출용 대물렌즈와 레이저 검출용 대물렌즈를 따로 구비하는 종래의 광학계 대비 간소화되는 효과가 있다.
또한, 적외선 렌즈부가 열화 최소화 구조로 구성됨으로써 온도 변화에 따른 열화가 최소화가 되므로, 별도의 초점보상 장치 없이도 선명한 적외선 영상이 검출되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탐색장치용 공통 광학계의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 렌즈부 구성을 제외한 탐색장치용 공통 광학계의 설계 수치를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적외선 렌즈부로 입사되는 광신호의 광경로를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적외선 렌즈부의 MTF 성능을 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 렌즈부로 입사되는 광신호의 광경로를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 렌즈부의 광학 성능을 보여주는 스폿 다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탐색장치용 공통 광학계의 구성을 보여주는 도면이다.
도 8은 도 7의 광분할부의 회전 동작에 따른 광신호의 진행 방향 변화를 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탐색장치용 공통 광학계의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탐색장치용 공통 광학계(100)는, 목표물(200)을 추적 및 감시하는 탐색장치에 적용되어 목표물(200)로부터 방사 또는 반사되는 광신호(L1, L2)를 적어도 두 개 이상의 결상면(S1, S2)에 집광시키는 것으로서, 공통렌즈부(110), 광분할부(120), 적외선 렌즈부(130), 및 레이저 렌즈부(140)를 포함한다.
공통렌즈부(110)는 목표물(200)의 광신호(L1, L2)가 입사되도록 목표물(200)을 지향할 수 있다. 목표물(200)을 지향하는 공통렌즈부(110)의 전방과 반대편 후방에는 광분할부(120)가 구비된다.
광분할부(120)는 공통렌즈부(110)를 비스듬하게 대향하도록 배치된다. 광분할부(120)는 공통렌즈부(110)를 통과한 광신호(L1, L2)를 서로 다른 파장 대역을 가지는 적어도 둘 이상의 광신호로 분할할 수 있다. 이를 위해 광분할부(120)는, 적외선대역의 광신호를 투과하고, 레이저 파장대역의 광신호를 반사하는 다층박막 구조로 형성될 수 있다. 여기서, 적외선 대역의 광신호는 제1 광신호(L1)로 정의하고, 레이저 파장대역의 광신호는 제2 광신호(L2)로 정의한다.
광분할부(120)를 투과한 제1 광신호(L1)는 공통렌즈부(110)의 중심축과 동일 방향으로 진행하여 적외선 렌즈부(130)에 입사될 수 있다. 광분할부(120)에 의해 반사된 제2 광신호(L2)는 공통렌즈부(110)의 중심축과 수직한 방향으로 진행하여 레이저 렌즈부(140)에 입사될 수 있다.
적외선 렌즈부(130)는 광분할부(120)를 투과한 제1 광신호(L1)를 제1 결상면(S1)에 집광시킬 수 있다. 여기서, 제1 결상면(S1)은 적외선 검출기(300)의 결상면일 수 있다. 적외선 검출기(300)는 제1 결상면(S1)에 집광된 제1 광신호(L1)를 이용하여 목표물(200)의 적외선 영상을 검출할 수 있다. 적외선 검출기(300)는 검출한 적외선 영상을 이용하여 목표물(200)의 영상을 획득할 수 있다.
레이저 렌즈부(140)는 광분할부(120)에 의해 반사된 제2 광신호(L2)를 제2 결상면(S2)에 집광시킬 수 있다. 여기서, 제2 결상면(S2)은 레이저 검출기(400)의 결상면일 수 있다. 레이저 검출기(400)는 제2 결상면(S2)에 집광된 제2 광신호(L2)를 이용하여 목표물(200)의 레이저 스폿을 검출할 수 있다. 레이저 검출기(400)는 검출한 레이저 스폿을 이용하여 목표물(200)의 거리를 획득할 수 있다.
상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탐색장치용 공통 광학계(100)는, 적외선 렌즈부(130)와 레이저 렌즈부(140)가 공통렌즈부(110)를 공유함으로써, 적외선 렌즈부(130)와 레이저 렌즈부(140)의 목표물 지향선이 동일하게 구성된다. 즉, 탐색장치용 공통 광학계(100)는, 적외선 렌즈부(130)를 대향하는 적외선 검출기(300)와 레이저 렌즈부(140)를 대향하는 레이저 검출기(400) 사이의 시선오차가 발생하지 않도록 하는 효과가 있다.
또한, 탐색장치용 공통 광학계(100)는, 하나의 공통렌즈부(110)를 구비한 상태로 적외선검출과 레이저검출 기능을 구비한 탐색장치에 적용될 수 있고, 적외선 검출용 대물렌즈와 레이저 검출용 대물렌즈를 따로 구비하는 종래의 광학계 대비 간소화되는 효과가 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탐색장치용 공통 광학계(100)의 상세 구성에 대해 추가로 설명하면 다음과 같다.
공통렌즈부(110)는 커버부(111), 제1 공통렌즈(113), 및 제2 공통렌즈(115)를 포함한다.
커버부(111)는 목표물(200)을 대향하는 전면이 볼록면으로 형성된다. 커버부(111)는 후면이 오목면으로 형성된다. 커버부(111)는 음(-)의 굴절능을 가지도록 구성될 수 있다. 여기서, 굴절능이란 구면 렌즈 표면에서 광신호를 굴절시키는 능력을 말한다. 커버부(111)는 음(-)의 굴절능을 가짐으로써 일종의 발산렌즈일 수 있다.
커버부(111)는 전면이 외부에 노출되도록 배치된다. 커버부(111)는 후방에 위치하는 제1 공통렌즈(113)와 제2 공통렌즈(115)를 덮어서 보호한다. 커버부(111)는 투과되는 광신호(L1, L2)의 신호 손실을 줄일 수 있도록 황화 아연(Zinc sulfide) 재질로 구성될 수 있다. 커버부(111)를 투과한 광신호(L1, L2)는 제1 공통렌즈(113)에 입사된다.
제1 공통렌즈(113)는 커버부(111)를 마주보는 전면이 볼록면으로 형성된다. 제1 공통렌즈(113)는 후면이 오목면으로 형성된다. 제1 공통렌즈(113)는 양(+)의 굴절능을 가지도록 구성될 수 있다. 제1 공통렌즈(113)는 양(+)의 굴절능을 가짐으로써 일종의 수렴렌즈일 수 있다.
제1 공통렌즈(113)는 적외선대역의 제1 광신호(L1)와 레이저 파장대역의 제2 광신호(L2) 모두 투과 가능하도록 황화 아연(Zinc sulfide) 재질로 구성될 수 있다. 제1 공통렌즈(113)를 투과한 광신호(L1, L2)는 제2 공통렌즈(115)에 입사된다.
제2 공통렌즈(115)는 제1 공통렌즈(113)를 마주보는 전면이 오목면으로 형성된다. 제2 공통렌즈(115)는 후면이 오목면으로 형성된다. 제2 공통렌즈(115)는 음(-)의 굴절능을 가지도록 구성될 수 있다. 제2 공통렌즈(115)는 음(-)의 굴절능을 가짐으로써 일종의 발산렌즈일 수 있다.
제2 공통렌즈(115)는 적외선대역의 제1 광신호(L1)와 레이저 파장대역의 제2 광신호(L2) 모두 투과 가능하도록 황화 아연(Zinc sulfide) 재질로 구성될 수 있다. 제2 공통렌즈(115)를 투과한 광신호(L1, L2)는 광분할부(120)에 입사된다.
광분할부(120)는 제2 공통렌즈(115)를 비스듬하게 대향하도록 배치된다. 광분할부(120)는 제2 공통렌즈(115)의 중심축을 기준으로 대략 45도 기울어지도록 위치한다. 광분할부(120)는 적외선대역의 제1 광신호(L1)를 투과시킬 수 있다. 광분할부(120)는 레이저 파장대역의 제2 광신호(L2)를 직각방향으로 반사시킬 수 있다. 이를 위해, 광분할부(120)는 다층박막 구조로 형성될 수 있다. 또한 광분할부(120)는 실리콘(silicon) 재질을 포함하여 구성될 수 있다. 광분할부(120)를 투과한 제1 광신호(L1)는 적외선 렌즈부(130)에 입사되고, 광분할부(120)에 의해 반사된 제2 광신호(L2)는 레이저 렌즈부(140)에 입사된다.
적외선 렌즈부(130)는 제1 적외선렌즈(131), 제2 적외선렌즈(133), 제3 적외선렌즈(135), 및 제4 적외선렌즈(137)를 포함한다.
제1 적외선렌즈(131)는 광분할부(120)를 마주보는 전면이 비구면으로 형성된다. 제1 적외선렌즈(131)는 후면이 볼록면으로 형성된다. 여기서, 비구면(aspherical surface)이란, 구면에서 약간 벗어난 곡면을 가지는 형태를 말하는데, 중심부에서 주변부로 점진적으로 편평해지는 면 형태를 가진다. 렌즈가 비구면을 가질 경우에는 중심부의 곡률보다 주변부의 곡률이 낮아져서, 중심부의 굴절율과 주변부의 굴절율이 달라지게 된다. 따라서, 제1 적외선렌즈(131)는 전면이 비구면의 특성을 가짐으로써 구면수차를 보정할 수 있다.
제1 적외선렌즈(131)는 양(+)의 굴절능을 가지도록 구성될 수 있다. 제1 적외선렌즈(131)는 양(+)의 굴절능을 가짐으로써 일종의 수렴렌즈일 수 있다. 제1 적외선렌즈(131)를 투과한 제1 광신호(L1)는 제2 적외선렌즈(133)에 입사된다.
제2 적외선렌즈(133)는 제1 적외선렌즈(131)를 마주보는 전면이 오목면으로 형성된다. 제2 적외선렌즈(133)는 후면이 오목면으로 형성된다. 제2 적외선렌즈(133)는 음(-)의 굴절능을 가지도록 구성될 수 있다. 제2 적외선렌즈(133)는 음(-)의 굴절능을 가짐으로써 일종의 발산렌즈일 수 있다. 제2 적외선렌즈(133)를 투과한 제1 광신호(L1)는 제3 적외선렌즈(135)에 입사된다.
제3 적외선렌즈(135)는 제2 적외선렌즈(133)를 마주보는 전면이 볼록면으로 형성된다. 제3 적외선렌즈(135)는 후면이 비구면으로 형성된다. 제3 적외선렌즈(135)는 양(-)의 굴절능을 가지도록 구성될 수 있다. 제3 적외선렌즈(135)는 양(-)의 굴절능을 가짐으로써 일종의 수렴렌즈일 수 있다. 제3 적외선렌즈(135)를 투과한 제1 광신호(L1)는 제4 적외선렌즈(137)에 입사된다.
제4 적외선렌즈(137)는 제3 적외선렌즈(135)를 마주보는 전면이 비구면으로 형성된다. 제4 적외선렌즈(137)는 후면이 오목면으로 형성된다. 제4 적외선렌즈(137)는 양(-)의 굴절능을 가지도록 구성될 수 있다. 제4 적외선렌즈(137)는 양(-)의 굴절능을 가짐으로써 일종의 수렴렌즈일 수 있다. 제4 적외선렌즈(137)를 투과한 제1 광신호(L1)는 제1 결상면(S1)에 집광된다. 이때 적외선 검출기(300)는 제1 결상면(S1)에 집광된 제1 광신호(L1)를 이용하여 목표물(200)의 적외선 영상을 검출할 수 있다.
상기한 바 있는 제1 적외선렌즈(131), 제2 적외선렌즈(133), 제3 적외선렌즈(135), 및 제4 적외선렌즈(137)는 성형이 용이하고 열특성이 뛰어난 칼코게나이드(Chalcogenide) 재질로 형성될 수 있다. 이는 제1 적외선렌즈(131) 제2 적외선렌즈(133), 제3 적외선렌즈(135), 및 제4 적외선렌즈(137)의 열화를 최소화하는데 도움을 준다.
또한, 제1 적외선렌즈(131), 제2 적외선렌즈(133), 제3 적외선렌즈(135), 및 제4 적외선렌즈(137)는, 열화 최소화를 위해 특정한 두께와 간격을 가지도록 구성된다. 제1 적외선렌즈(131), 제2 적외선렌즈(133), 제3 적외선렌즈(135), 및 제4 적외선렌즈(137) 각각의 두께와 간격에 대해서는 도 2를 통해 후술한다.
레이저 렌즈부(140)는 밴드패스 필터부(141), 제1 레이저렌즈(143), 및 제2 레이저렌즈(145)를 포함한다.
밴드패스 필터부(141)는 제2 공통렌즈부(115)의 중심축에 직각인 방향에서 광분할부(120)를 마주보도록 구비된다. 밴드패스 필터부(141)는 레이저 파장대역의 제2 광신호(L2)를 투과시키도록 구성된다. 밴드패스 필터부(141)는 바람직하게 대략 1064[nm] 파장의 제2 광신호(L2)를 투과시키도록 구성된다. 밴드패스 필터부(141)를 투과한 제2 광신호(L2)는 제1 레이저렌즈(143)에 입사된다.
제1 레이저렌즈(143)는 밴드패스 필터부(141)를 마주보는 전면이 볼록면으로 형성된다. 제1 레이저렌즈(143)는 후면이 볼록면으로 형성된다. 제1 레이저렌즈(143)는 유리 재질을 포함하여 구성되될 수 있다. 제1 레이저렌즈(143)를 투과한 제2 광신호(L2)는 제2 레이저렌즈(143)에 입사된다.
제2 레이저렌즈(145)는 제1 레이저렌즈(143)를 마주보는 전면이 볼록면으로 형성된다. 제2 레이저렌즈(145)는 후면이 오목면으로 형성된다. 제2 레이저렌즈(143)는 유리 재질을 포함하여 구성될 수 있다. 제2 레이저렌즈(145)를 투과한 제2 광신호(L2)는 제2 결상면(S2)에 집광된다. 이때 레이저 검출기(400)는 제2 결상면(S2)에 집광된 제2 광신호(L2)를 이용하여 목표물(200)의 거리를 검출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 렌즈부 구성을 제외한 탐색장치용 공통 광학계의 설계 수치를 보여주는 도면이다.
도 2에서 표시된 아라비아 숫자인 1 내지 16은 각종 광학계 구성요소의 면 번호를 나타낸다. 또한 도 2에서 표시된 영문자인 D는 각종 광학계 구성요소의 두께(D1, D3, D5, D7, D9, D11, D13, D15) 또는 간격(D2, D4, D6, D6, D10, D12, D14)을 나타낸다.
하기 표 1은 탐색장치용 공통 광학계(100)를 구성하는 각종 광학계 구성요소의 설계 수치를 나타낸다.
구분 면 번호 곡률반경(Radius[mm]) 두께(Thickness[mm]) 또는 간격(distance[mm])
커버부(111) 1 80.00 4.00
2 76.00 8.00
제1 공통렌즈(113) 3 51.00 6.60
4 782.00 2.00
제2 공통렌즈(115) 5 -3028.00 5.00
6 37.70 30.00
광분할부(120) 7 - 2.00
8 - 20.00
제1 레이저렌즈(131) 9 38.792 4.13
10 -8262.431 1.91
제2 레이저렌즈(133) 11 -164.771 5.00
12 61.348 12.40
제3 레이저렌즈(135) 13 25.479 5.00
14 27.587 15.43
제4 레이저렌즈(137) 15 18.485 5.00
16 20.520 -
표 1에 나타나 있는 설계 수치는 공통 광학계(100)를 구성하는 각종 광학계 구성요소의 열화 최소화를 위한 것이다. 즉 공통 광학계(100)는 각종 광학계 구성요소의 재질, 형상, 두께, 간격의 조합을 통해 열화 최소화 구조가 구현된다. 반면에, 공통 광학계(100)는 상기한 설계 수치에 변화가 발생하는 경우 열화 최소화 구조가 구현되지 않는다.
예컨대, 커버부(111)는 4.00[mm]의 두께(D1)를 가지는 것이 바람직하다. 제1 공통렌즈(113)는 6.60[mm]의 두께(D3)를 가지는 것이 바람직하다. 제2 공통렌즈(115)는 5.00[mm]의 두께(D5)를 가지는 것이 바람직하다. 광분할부(120)는 2.00[mm]의 두께(D7)를 가지는 것이 바람직하다.
제1 적외선렌즈(131)는, 4.10[mm] 이상 4.20[mm] 이내의 제1 기준두께범위 이내에서 선택된 어느 하나의 두께를 가질 수 있다. 제1 적외선렌즈(131)는 4.13[mm]의 두께(D9)를 가지는 것이 바람직하다.
제2 적외선렌즈(133), 제3 적외선렌즈(135), 및 상기 제4 적외선 렌즈(137)는, 4.95[mm] 이상 5.05[mm] 이내의 제2 기준두께범위 이내에서 선택된 어느 하나의 두께를 가질 수 있다. 제2 적외선렌즈(133), 제3 적외선렌즈(135), 및 상기 제4 적외선 렌즈(137)는, 5.00[mm]의 두께(D11, D13, D15)를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 커버부(111)와 제1 공통렌즈(113) 사이의 간격(D2)은 8.00[mm]인 것이 바람직하다. 제1 공통렌즈(113)와 제2 공통렌즈(115) 사이의 간격(D4)은 2.00[mm]인 것이 바람직하다. 제2 공통렌즈(115)와 광분할부(120) 사이의 간격(D6)은 30.00[mm]인 것이 바람직하다. 광분할부(120)와 제1 적외선렌즈(131) 사이의 간격(D8)은 20.00[mm]인 것이 바람직하다.
제1 적외선 렌즈(131)와 제2 적외선렌즈(133) 사이의 간격(D10)은 1.80[mm] 이상 1.90[mm] 이하의 제1 기준간격범위 이내에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 제1 적외선 렌즈(131)와 제2 적외선렌즈(133) 사이의 간격(D10)은 1.91[mm]인 것이 바람직하다.
제2 적외선렌즈(133)와 제3 적외선렌즈(135) 사이의 간격(D12)은 12.35[mm] 이상 12.45[mm] 이하의 제2 기준간격범위 이내에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 제2 적외선렌즈(133)와 제3 적외선렌즈(135) 사이의 간격(D12)은 12.40[mm]인 것이 바람직하다.
제3 적외선렌즈(135)와 제4 적외선렌즈(137) 사이의 간격(D14)은 15.40[mm] 이상 15.50[mm] 이하의 제3 기준간격범위 이내에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 제3 적외선렌즈(135)와 제4 적외선렌즈(137) 사이의 간격(D14)은 15.43[mm]인 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적외선 렌즈부로 입사되는 광신호의 광경로를 보여주는 도면이다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적외선 렌즈부의 MTF 성능을 보여주는 그래프이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 상술한 바와 같이 적외선 렌즈부(130)는 양(+)의 굴절능을 가지는 제1 적외선렌즈(131), 제3 적외선렌즈(135), 및 제4 적외선렌즈(137)와, 음(-)의 굴절능을 가지는 제2 적외선렌즈(133)를 적절히 조합하여 구성된다. 이를 통해 적외선 렌즈부(130)는 대략 -35℃ 내지 +75℃ 에서도 상온(15℃ 내지 25℃)과 유사한 MTF(Modulation Transfer Function) 성능을 유지할 수 있다. 여기서, MTF 란, 일반적으로 널리 알려진 광학계 성능 평가방법을 말하고, 이에 대한 상세 설명은 생략한다. 한편, 적외선 렌즈부(130)의 MTF 성능 평가시 적용된 경통의 재질은 티타늄이다.
도 4의(a)는 대략 -35℃ 에서 적외선 렌즈부(130)의 MTF 성능 그래프를 보여주고, 도 4의(b)는 대략 +20℃ 에서 적외선 렌즈부(130)의 MTF 성능 그래프를 보여주며, 도 4의(c)는 대략 +65℃에서 적외선 렌즈부(130)의 MTF 성능 그래프를 보여준다.
도 4의(a), 도 4의(b), 및 도 4의(c)에서 가로축은 공간 주파수(Spatial Frequency[cycles/mm])를 나타내고, 도 4의(a), 도 4의(b), 및 도 4의(c)에서 세로축은 모듈레이션(Modulation)을 나타낸다.
도 4의(a), 도 4의(b), 및 도 4의(c)를 대비하여 살펴보면, 적외선 렌즈부(130)에 의한 MTF 곡선이 큰 차이가 없음을 확인할 수 있다. 이는 적외선 렌즈부(130)가 열화 최소화 구조로 형성됨으로써 가능하다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 렌즈부로 입사되는 광신호의 광경로를 보여주는 도면이다. 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 렌즈부의 광학 성능을 보여주는 스폿 다이어그램이다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 레이저 렌즈부(140)는 밴드패스 필터부(141), 제1 레이저렌즈(143), 및 제2 레이저렌즈(145)를 적절히 조합하여 구성된다. 레이저 렌즈부(140)의 광학성능 평가는 스폿 다이어그램을 통해 확인할 수 있다. 여기서, 스폿 다이어그램(Spot Diagram)은, 일반적으로 널리 알려진 광학계의 특성을 알아보기 위한 것으로서, 이에 대한 상세설명은 생략한다.
도 6에서 서로 다른 입사각에 따른 복수의 스폿(1 필드 Spot, 0.5 필드 Spot, 0필드 Spot)을 확인할 수 있다. 복수의 스폿은 균일하게 형성되며, 이를 통해 레이저 렌즈부(140)의 광학 성능이 문제없음을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탐색장치용 공통 광학계의 구성을 보여주는 도면이다. 도 8은 도 7의 광분할부의 회전 동작에 따른 광신호의 진행 방향 변화를 보여주는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 탐색장치용 공통 광학계(500)는 도 1 내지 도 6에서 설명한 탐색장치용 공통 광학계(100)와 대부분의 구성이 동일하나, 근적외선 렌즈부(550)를 추가 구비하는 것을 특징으로 한다. 또한, 도 1 내지 도 6에서 설명한 탐색장치용 공통 광학계(100)의 적외선 렌즈부(130)는 원적외선 렌즈부(530)로 대체 적용된다. 여기서, 적외선 렌즈부(130)와 원적외선 렌즈부(530)는 명칭만 다를 뿐 동일한 구성과 기능을 가진다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 탐색장치용 공통 광학계(500)는 공통렌즈부(510), 광분할부(520), 원적외선 렌즈부(530), 레이저 렌즈부(540), 및 근적외선 렌즈부(550)를 포함한다.
공통렌즈부(510)는 목표물의 광신호(L3, L4)가 입사되도록 목표물을 지향할 수 있다. 공통렌즈부(510)를 투과한 광신호(L3, L4, L5)는 광분할부(520)에 입사된다.
광분할부(520)는 공통렌즈부(510)를 비스듬하게 대향하도록 배치된다. 광분할부(520)는 공통렌즈부(510)의 중심축을 기준으로 대략 45도 기울어지게 위치한다.
광분할부(520)는 공통렌즈부(510)를 통과한 광신호(L3, L4, L5)를 서로 다른 파장 대역을 가지는 적어도 둘 이상의 광신호로 분할할 수 있다. 즉 광분할부(520)는, 원적외선대역의 광신호(L3)를 투과하고, 레이저 파장대역(근적외선대역)의 광신호(L4, L5)를 반사할 수 있다. 여기서, 원적외선 대역의 광신호는 제3 광신호(L3)로 정의하고, 레이저 파장대역의 광신호는 제4 광신호(L4)로 정의하며, 근적외선대역의 광신호는 제5 광신호(L5)로 정의한다.
광분할부(520)를 투과한 제3 광신호(L3)는 공통렌즈부(510)의 중심축과 동일 방향으로 진행하여 원적외선 렌즈부(530)에 입사될 수 있다. 광분할부(520)에 의해 반사된 제4 광신호(L4)는 공통렌즈부(510)의 중심축과 수직한 방향으로 진행하여 레이저 렌즈부(540)에 입사될 수 있다.
한편, 광분할부(520)는 회전 가능하게 구비되는 것을 특징으로 한다. 광분할부(520)는 별도의 구동장치(미도시)에 의해 대략 90도 회전 가능하다. 이는 도 8에서 확인할 수 있다. 이를 통해 광분할부(520)에 의해 반사된 제5 광신호(L5)는 레이저 렌즈부(540)와 반대방향으로 진행하여 근적외선 렌즈부(550)에 입사될 수 있다.
따라서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 다른 실시예에 따른 탐색장치용 공통 광학계(500)는, 하나의 공통렌즈부(510)를 구비한 상태로 원적외선검출, 레이저검출, 및 근적외선검출 기능을 동시에 구비하는 탐색장치에 적용될 수 있고, 원적외선 검출용 대물렌즈, 레이저 검출용 대물렌즈와, 근적외선 검출용 대물렌즈를 따로 구비하는 종래의 광학계 대비 간소화되는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
100: 공통 광학계
110: 공통렌즈부
111: 커버부
113: 제1 공통렌즈
115: 제2 공통렌즈
120: 광분할부
130: 적외선 렌즈부
131: 제1 적외선렌즈
133: 제2 적외선렌즈
135: 제3 적외선렌즈
137: 제4 적외선렌즈
140: 레이저 렌즈부
141: 밴드패스 필터부
143: 제1 레이저렌즈
145: 제2 레이저렌즈
200: 목표물
300: 적외선 검출기
400: 레이저 검출기
500: 공통 광학계
510: 공통렌즈부
520: 광분할부
530: 원적외선 렌즈부
540: 레이저 렌즈부
550: 근적외선 렌즈부

Claims (13)

  1. 광신호가 입사되는 공통렌즈부;
    상기 공통렌즈부를 비스듬하게 대향하도록 배치되고, 상기 공통렌즈부를 통과한 상기 광신호를 서로 다른 파장대역을 가지는 적어도 둘 이상의 광신호로 분할하는 광분할부;
    상기 광분할부를 투과한 적외선대역의 제1 광신호가 입사되는 적외선 렌즈부; 및
    상기 광분할부에 의해 반사되는 레이저 파장대역의 제2 광신호가 입사되는 레이저 렌즈부;
    를 포함하고,
    상기 적외선 렌즈부는,
    상기 광분할부를 마주보는 전면이 비구면으로 형성되고 후면이 볼록면으로 형성되는 제1 적외선렌즈와, 상기 제1 적외선렌즈를 마주보는 전면이 오목면으로 형성되고 후면이 오목면으로 형성되는 제2 적외선렌즈와, 상기 제2 적외선렌즈를 마주보는 전면이 볼록면으로 형성되고 후면이 비구면으로 형성되는 제3 적외선렌즈와, 상기 제3 적외선렌즈를 마주보는 전면이 비구면으로 형성되고 후면이 오목면으로 형성되는 제4 적외선렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 탐색장치용 공통 광학계.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 적외선렌즈, 상기 제3 적외선렌즈, 및 상기 제4 적외선렌즈는 양의 굴절능을 가지고,
    상기 제2 적외선렌즈는 음의 굴절능을 가지는 것을 특징으로 하는 탐색장치용 공통 광학계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 적외선렌즈, 상기 제2 적외선렌즈, 상기 제3 적외선렌즈, 및 상기 제4 적외선렌즈는 칼코게나이드 재질을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탐색장치용 공통 광학계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 적외선렌즈는, 4.10mm 이상 4.20mm 이내의 제1 기준두께범위 이내에서 선택된 어느 하나의 두께를 가지고,
    상기 제2 적외선렌즈, 상기 제3 적외선렌즈, 및 상기 제4 적외선렌즈는, 4.95mm 이상 5.05mm 이내의 제2 기준두께범위 이내에서 선택된 어느 하나의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 탐색장치용 공통 광학계.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 적외선렌즈와 상기 제2 적외선렌즈 사이의 간격은 1.80mm 이상 1.90mm 이하의 제1 기준간격범위 이내에서 선택된 어느 하나이고,
    상기 제2 적외선렌즈와 상기 제3 적외선렌즈 사이의 간격은 12.35mm 이상 12.45mm 이하의 제2 기준간격범위 이내에서 선택된 어느 하나이고,
    상기 제3 적외선렌즈와 상기 제4 적외선렌즈 사이의 간격은 15.40mm 이상 15.50mm 이하의 제3 기준간격범위 이내에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탐색장치용 공통 광학계.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광분할부는, 상기 공통렌즈부의 중심축에서 45도 기울어져 위치하는 것을 특징으로 하는 탐색장치용 공통 광학계.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통렌즈부는,
    전면이 볼록면으로 형성되고 후면이 오목면으로 형성되는 커버부, 상기 커버부를 마주보는 전면이 볼록면으로 형성되고 후면이 오목면으로 형성되는 제1 공통렌즈, 상기 제1 공통렌즈를 마주보는 전면이 오목면으로 형성되고 후면이 오목면으로 형성되는 제2 공통렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 탐색장치용 공통 광학계.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 커버부, 상기 제1 공통렌즈, 및 상기 제2 공통렌즈는 황화아연 재질을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탐색장치용 공통 광학계.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 커버부와 상기 제2 공통렌즈는 음의 굴절능을 가지고,
    상기 제1 공통렌즈는 양의 굴절능을 가지는 것을 특징으로 하는 탐색장치용 공통 광학계.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 렌즈부는,
    상기 공통렌즈부의 중심축에 직각인 방향에서 상기 광분할부를 마주보도록 구비되는 밴드패스 필터부, 상기 밴드패스 필터부를 마주보는 전면이 볼록면으로 형성되고 후면이 볼록면으로 형성되는 제1 레이저렌즈, 및 상기 제1 레이저렌즈를 마주보는 전면이 볼록면으로 형성되고 후면이 오목면으로 형성되는 제2 레이저렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 탐색장치용 공통 광학계.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광분할부를 사이에 두고 상기 레이저 렌즈부를 마주보는 방향에 구비되는 근적외선 렌즈부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탐색장치용 공통 광학계.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광분할부는 회전 가능하게 구비되고, 회전을 통해 근적외선대역의 광신호를 상기 근적외선 렌즈부를 향해 반사 가능한 것을 특징으로 하는 탐색장치용 공통 광학계.
KR1020180105853A 2018-09-05 2018-09-05 탐색장치용 공통 광학계 KR101944427B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180105853A KR101944427B1 (ko) 2018-09-05 2018-09-05 탐색장치용 공통 광학계

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180105853A KR101944427B1 (ko) 2018-09-05 2018-09-05 탐색장치용 공통 광학계

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101944427B1 true KR101944427B1 (ko) 2019-01-30

Family

ID=65277123

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180105853A KR101944427B1 (ko) 2018-09-05 2018-09-05 탐색장치용 공통 광학계

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101944427B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102477400B1 (ko) * 2022-07-05 2022-12-14 엘아이지넥스원 주식회사 다중 모드 영상 탐색 장치용 비열화 공통 광학계 및 그 제어 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101358646B1 (ko) 2012-06-29 2014-02-12 주식회사 나무가 근 적외선용 밝은 렌즈 및 상기 근 적외선용 밝은 렌즈를 사용하는 모션 캡쳐용 카메라
KR101538732B1 (ko) * 2014-01-28 2015-07-24 한화탈레스 주식회사 타겟용 광학계의 레이저광 기구 차단 장치
KR101589644B1 (ko) * 2015-04-16 2016-01-28 한화탈레스 주식회사 광대역 광학 장치
KR101807414B1 (ko) * 2016-06-20 2017-12-11 국방과학연구소 삼중대역 파장 영상을 동시 촬영하는 장거리 빗각촬영 카메라 광학계

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101358646B1 (ko) 2012-06-29 2014-02-12 주식회사 나무가 근 적외선용 밝은 렌즈 및 상기 근 적외선용 밝은 렌즈를 사용하는 모션 캡쳐용 카메라
KR101538732B1 (ko) * 2014-01-28 2015-07-24 한화탈레스 주식회사 타겟용 광학계의 레이저광 기구 차단 장치
KR101589644B1 (ko) * 2015-04-16 2016-01-28 한화탈레스 주식회사 광대역 광학 장치
KR101807414B1 (ko) * 2016-06-20 2017-12-11 국방과학연구소 삼중대역 파장 영상을 동시 촬영하는 장거리 빗각촬영 카메라 광학계

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102477400B1 (ko) * 2022-07-05 2022-12-14 엘아이지넥스원 주식회사 다중 모드 영상 탐색 장치용 비열화 공통 광학계 및 그 제어 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2215510B1 (en) Dual focal length lens system
US20080291531A1 (en) Compact Objective Lens Assembly
US4666269A (en) Ophthalmologic apparatus
US20150015766A1 (en) Image capture system and imaging optical system
EP1446635B1 (en) Lightweight laser designator ranger flir optics
US7369303B2 (en) Dual band lens system incorporating molded chalcogenide
US4420688A (en) Device for detecting infrared radiation
JP2006235139A (ja) ２波長結像光学系
CN102183306A (zh) 用于被动红外成像的室温滤光装置
JPH0534649B2 (ko)
KR101944427B1 (ko) 탐색장치용 공통 광학계
CN112305721B (zh) 红外双波段望远光学系统
KR101439411B1 (ko) 전방위 렌즈 모듈
US20210003830A1 (en) Compact dual-band sensor
JPWO2018066313A1 (ja) 反射屈折光学系および光学装置
US20110181965A1 (en) Optical system
KR101589644B1 (ko) 광대역 광학 장치
CN205594223U (zh) 一种折返式长焦可见光近红外双光成像镜头
US10054773B2 (en) Wide-field infrared imaging system
KR102477400B1 (ko) 다중 모드 영상 탐색 장치용 비열화 공통 광학계 및 그 제어 방법
JPS6120841B2 (ko)
CN111751914B (zh) 具有双波段和双视场的共口径红外自由曲面棱镜光学系统
DK3084507T3 (en) OPTICAL IMAGE MODULE WITH HYPERHEMISPHERIC FIELD AND CONTROLLED DISTORTION COMPATIBLE WITH AN OUTDOOR ENVIRONMENT
US5093574A (en) Infrared sensor for short range detection wherein the sun may be in the field of view of the detector
KR101589636B1 (ko) 광대역 광학 장치

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant