KR102192119B1 - 레이저 발사 광학계 - Google Patents

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KR102192119B1
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박민규
승지훈
박병서
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명에 따른 레이저 발사 광학계는, 플랫폼과, 플랫폼의 외측에 장착되고 복수의 레이저 빔을 표적을 향해 집속하는 빔 집속 유닛과, 플랫폼의 내부에 마련되고 복수의 레이저 빔을 상기 빔 집속부에 제공하는 광학 벤치 유닛;을 포함하고, 빔 집속 유닛은 복수의 분할 거울을 통해 상기 레이저 빔을 표적을 향해 집속하는 분할 거울 조립체와, 복수의 분할 거울에 레이저 빔을 전달하는 부경과, 광학 벤치 유닛으로부터 복수의 레이저 빔을 제공받아 상기 부경에 전달하는 집속 반사 거울을 포함할 수 있다.

Description

레이저 발사 광학계{LASER LAUNCH OPTICAL SYSTEM}
본 발명은 복수의 분할 거울을 가진 장거리 표적용 레이저 발사 광학계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 분할 거울을 통해 복수의 고출력 레이저 빔을 손실 없이 표적을 향해 집속할 수 있고, 대기외란을 포함한 외란 보상이 가능한 레이저 발사 광학계에 관한 것이다.
일반적으로, 레이저 무기는 레이저의 에너지를 표적에 집속하여 파괴하는 개념으로 단위 면적 당 에너지가 높을수록 그 효과가 크다. 장거리 표적의 효과적인 요격을 위해, 레이저 무기는 고출력의 레이저 광원과 레이저 빔을 한 점으로 집속하는 빔 집속기가 필요하다.
빔 집속기는 평행광으로 입사되는 레이저 빔을 하나의 점으로 집속하는데 사용된다. 장거리 표적 요격을 위해 초점거리가 매우 길어야 하고, 회절효과로 인한 빔 크기의 넓어짐을 억제하기 위해 광학구경이 커야 하므로, 소형·경량화를 위해 반사형 광학계가 주로 사용된다.
주·부경의 광축이 일치하는 동축(on-axis) 반사형 광학계는, 그 구조로 인해 주경 중심의 일부를 사용하지 못하는 광 가림 현상이 존재한다. 그리고 레이저는 대부분 가우시안 빔 형상을 가지므로 동축 광학계를 사용하면 에너지가 가장 높은 중심에 광 가림 현상이 발생하여 에너지 손실이 높다. 이를 해소하기 위해, 환형 빔을 출력하는 레이저 광원이 제안 되었으나, 가우시안 빔을 환형으로 정형하기 위해 복잡한 광학 소자가 추가적으로 필요하다.
빔 집속기에서 광 가림 현상을 회피하기 위해서, 비축(off-axis) 포물경 광학계가 사용될 수 있다. 비축 포물경 광학계는 부경의 위치가 광 진행 방향에서 벗어나 있기 때문에, 가우시안 빔을 사용하더라도 광 가림이 없는 장점이 있다. 다만, 비축 포물경 광학계는 비대칭 형상으로 인해 동축 광학계에 비해 공간 확보 및 김발 안정에 불리하며, 주·부경 간 광학계 정렬이 어려울 수 있다.
그리고 레이저 무기용 광학계는 지향점을 정밀하게 유지하기 위해, 우선적으로 외부 요인에 의해 발생하는 광축 틀어짐을 보상하여야 한다. 대구경 반사 망원경의 정렬 상태 감시 광학계가 제안 되기도 하였으나, 광축 상태를 감시하는 광학계로 실제 레이저 무기에 구현하기 위해, 광축 상태 감시와 동시에 보상하는 개념이 필요하다.
이와 관련하여 기준레이저에서 조사된 레이저의 경로 변화를 측정하여 광학계의 광축을 보상하는 방식이 제안 되었으나, 망원경 전방에 기준 레이저를 설치하여 필요 시 보정거울을 광 경로 상에 삽입하여 보상을 수행하고, 촬영 시 제거하는 방식으로 지속적인 보상 수행이 곤란하다.
한편, 일반적인 광학 추적 장비에서는 지향점을 유지하기 위해, 현재 위치정보를 실시간으로 측정하면서 고각·방위각의 김발(gimbal) 모터를 활용하여 보상 구동하는 방식을 주로 사용한다.
상기 방식은 빔 집속기의 관성 모멘트가 커질수록 보상 가능한 주파수 대역이 줄어들 수 있다. 이를 해소하기 위해, 고속조정거울을 활용한 시선 안정화 기술이 제안 되었으나, 영상 기반 센서를 사용하므로 영상의 신호대잡음비(SNR)가 낮거나 포화 시 추적이 불가능 하다. 또한, 2차원 배열의 리드아웃(readout) 지연시간으로 인해 고속 촬영이 매우 어려울 수 있다.
한국공개특허 제10-2015-0071420호(공개일: 2015. 06. 26.)
본 발명은, 복수의 고출력 레이저 빔을 손실 없이 표적을 향해 집속할 수 있고, 대기외란을 포함한 외란 보상이 가능한 레이저 발사 광학계를 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에 의해 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은, 일 관점에 따라, 플랫폼; 상기 플랫폼의 외측에 장착되고, 복수의 레이저를 표적을 향해 집속하는 빔 집속 유닛; 및 상기 플랫폼의 내부에 마련되고, 상기 복수의 레이저를 상기 빔 집속 유닛에 제공하는 광학 벤치 유닛;을 포함하고, 상기 빔 집속 유닛은 복수의 분할 거울을 통해 상기 복수의 레이저를 표적을 향해 집속하는 분할 거울 조립체; 상기 복수의 분할 거울에 상기 복수의 레이저를 전달하는 부경; 및 상기 광학 벤치 유닛으로부터 상기 복수의 레이저를 제공받아 상기 부경에 전달하는 집속 반사 거울을 포함할 수 있다.
이때, 상기 빔 집속 유닛은 경통; 상기 경통이 고각으로 회전 가능하게 장착되는 집속 하우징; 상기 경통을 고각 회전시키기 위한 고각 모터; 및 상기 집속 하우징을 방위각으로 회전시키기 위한 방위각 모터;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 분할 거울 조립체는 상기 부경을 중심으로 원주방향으로 이격 배치되는 복수의 분할 거울; 각각의 상기 분할 거울을 축 구동시키기 위한 축 구동기; 상기 분할 거울의 경면 위치 정보를 측정하는 경면 관성측정기; 및 측정된 상기 경면 위치 정보가 기 설정된 최적의 기준 경면 위치 정보에 부합되도록 상기 축 구동기를 제어하는 구동 제어기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학 벤치 유닛은 복수의 고출력 레이저를 출력하는 고출력 레이저 공급기; 상기 고출력 레이저 공급기와 상기 빔 접속 유닛 사이에서, 상기 복수의 고출력 레이저의 광 경로를 제공하는 벤치 반사 거울; 비콘 레이저를 출력하는 비콘 레이저 공급기; 및 상기 비콘 레이저를 통해 반사된 비콘 반사광으로부터 파면 정보를 측정하여 고주파 외란을 검출하는 파면 센서;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학 벤치 유닛은 조명 레이저를 출력하는 조명 레이저 공급기; 및 상기 빔 집속 유닛을 통해 수광된 표면 영상을 측정하는 영상 검출 모듈;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학 벤치 유닛은 상기 비콘 레이저 및 상기 조명 레이저를 결합하는 광속 결합기; 및 상기 복수의 고출력 레이저에서 발생되는 빔 흔들림 현상을 검출하는 빔 흔들림 검출기;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학 벤치 유닛은 상기 광 경로 상에 가시광 레이저를 제공하는 아이알유(IRU) 광원을 더 포함하고, 상기 빔 집속 유닛은 상기 가시광 레이저를 수신하여, 상기 빔 집속 유닛 및 상기 광학 벤치 유닛 간에 광축의 틀어짐 여부를 측정하는 아이알유(IRU) 센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 벤치 반사 거울은 상기 빔 흔들림 검출기로부터 상기 복수의 고출력 레이저를 전달받고, 빔 흔들림으로 인한 상기 복수의 고출력 레이저의 광축을 보상하는 제 1 거울; 상기 제 1 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 반사하는 제 2 거울; 상기 제 2 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 반사하고, 상기 비콘 반사광 및 상기 표적 영상을 투과시켜 상기 영상 검출 모듈에 전달하는 제 3 거울; 상기 광속 결합기를 통해 결합된 상기 비콘 레이저 및 상기 조명 레이저를 상기 제 3 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저의 광축에 결합하여 전달하는 제 4 거울; 상기 제 4 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 반사하는 제 5 거울; 및 상기 제 5 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 반사하고, 상기 파면 센서에서 검출된 고주파 외란을 보상하는 제 6 거울;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 벤치 반사 거울은 상기 제 6 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 반사하고, 상기 아이알유 센서에서 검출된 광축 틀어짐을 보상하는 제 7 거울; 상기 제 7 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 반사하는 제 8 거울; 상기 제 8 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 반사하는 제 9 거울; 상기 제 9 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 반사하고, 상기 아이알유 광원의 가시광 레이저를 투과시키는 제 10 거울; 및 상기 제 10 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저 및 상기 가시광 레이저를 상기 빔 집속 유닛의 광 경로로 반사하고, 광축의 틀어짐을 보상하는 제 11 거울;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 집속 반사 거울은 상기 제 11 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저 및 상기 가시광 레이저를 반사하고, 상기 제 11 거울의 상기 광축의 틀어짐 보상에 따른 오차를 보상하는 제 12 거울과, 상기 제 12 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저 및 상기 가시광 레이저 중에서, 상기 가시광 레이저를 투과시키고 상기 고출력 레이저를 반사하는 제 13 거울; 상기 제 13 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 반사하는 제 14 거울; 상기 제 14 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 반사하는 제 15 거울; 및 상기 제 15 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 상기 부경으로 반사하는 제 16 거울;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학 벤치 유닛은 상기 빔 집속 유닛의 방위각이 변경될 때, 상기 복수의 분할 거울에 입사되는 레이저의 회전이 방지되도록 상기 빔 접속 유닛의 회전을 보상하는 회전 보상 조립체를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 회전 보상 조립체는 상기 빔 집속 유닛의 변경되는 방위각에 대응하여, 상기 레이저를 반전시키는 도브 프리즘을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 거울은 복수의 플랫 거울; 및 상기 복수의 플랫 거울을 경사지게 지지하고, 중앙에 정렬을 위한 정렬 홀이 형성되는 경사 지지대;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 6 거울 및 상기 제 7 거울은, 복수의 고속지향거울; 상기 복수의 고속지향거울을 각각 지지하는 복수의 거울 지지구; 및 상기 복수의 거울 지지구를 각각 2축 구동하는 거울 구동기;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 장거리 표적 요격이 가능한 레이저 무기 구현이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 분할 거울을 대칭적으로 배치하여 동축 광학계의 장점을 활용하면서도, 고출력 레이저의 광 가림을 최소화 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 관성측정기(IMU)와 6축 구동기를 통해 분할 거울의 자세를 제어함으로써, 초기 정렬, 상태 감시, 위치 보상이 가능하며, 정렬 알고리즘을 활용한 정렬 자동화 적용이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 플랫폼 진동으로 인한 광축 틀어짐은 아이알유(IRU: 관성기준장비)와 고속지향거울(FSM)을 활용하여 보상될 수 있고, 대기외란을 포함한 모든 외란은 파면 센서(WFS)와 고속지향거울(FSM), 변형거울(DM)을 활용하여 보상될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 비콘 레이저와 조명 레이저를 플랫폼 내부에 모두 포함하여 플랫폼 외부에 노출되는 빔 집속 유닛을 소형화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 발사 광학계를 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 발사 광학계에서, 레이져의 흐름을 도시한 광 계통도이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 발사 광학계에서, 경통에 장착된 분할 거울 조립체를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 발사 광학계에서, 분할 거울 조립체의 분할 거울을 도시한 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 발사 광학계에서, 제 2 거울을 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 발사 광학계에서, 제 6 거울 및 제 7 거울을 도시한 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범주는 청구항에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 실제로 필요한 경우 외에는 생략될 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 발사 광학계를 도시한 개념도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 발사 광학계에서, 레이져의 흐름을 도시한 광 계통도이고, 도 3는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 발사 광학계에서, 경통에 장착된 분할 거울 조립체를 도시한 평면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 발사 광학계에서, 분할 거울 조립체의 분할 거울을 도시한 측면도이다.
도 1 내지 도 4에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 근전계 빔 집속 장치(10)는, 플랫폼(100), 빔 집속 유닛(200) 및 광학 벤치 유닛(300)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 플랫폼(100)은 빔 집속 유닛(200) 및 광학 벤치 유닛(300)을 지지하기 위한 장치 프레임을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다. 플랫폼(100)의 내측에는 광학 벤치 유닛(300)의 주요 구성이 마련될 수 있고, 플랫폼(100)의 외측에는 빔 집속 유닛(200)이 착탈 가능하기 장착될 수 있다.
빔 집속 유닛(200)은 복수의 레이저를 표적을 향해 집속할 수 있다. 이를 위해, 빔 집속 유닛(200)은 집속 하우징(250), 경통(240), 부경(220), 분할 거울 조립체(210), 고각 모터(260), 방위각 모터(270), 집속 반사 거울 및 아이알유 센서(IRU: Inertial Reference Unit)를 포함할 수 있다.
집속 하우징(250)은 빔 집속 유닛(200)의 전체 외관을 제공할 수 있다. 집속 하우징(250)은 방위각 모터(270)를 통해 플랫폼(100)에서 방위각으로 회전될 수 있다. 집속 하우징(250)에는 경통(240)이 고각으로 회전 가능하게 장착될 수 있다.
경통(240)은 분할 거울 조립체(210) 및 부경(220)이 장착되는 망원경 형태로 제공할 수 있다. 경통(240)에서는 분할 거울 조립체(210)의 분할 거울(211: 주경)의 광학 구경과, 부경(220)의 광학구경을 이용하여 빔 집속 유닛(200)의 배율이 결정될 수 있다.
경통(240)은 부경(220)을 경통(240)의 광축 방향(경통의 길이방향)으로 이동시킴으로써, 표적 거리에 따른 초점 위치가 보상될 수 있다. 이를 위해, 경통(240)에는 경통(240)의 광축 방향으로 이동시킬 수 있는 별도의 부경 위치 이송 조립체(미도시)가 적용될 수 있다. 경통(240)의 하면에는 경통 관성측정기(217, IMU: Inertial Measurement Unit)가 마련될 수 있다. 경통 관성측정기(217)는 경통(240)의 위치 정보를 측정할 수 있다.
부경(220)은 스파이더 구조물(241)을 이용하여 경통(240) 중심에 위치될 수 있다. 분할 거울의 중심에 스파이더 구조물(241)이 위치할 경우, 레이저의 광 가림 뿐 아니라 고출력 레이저(W1)로 인한 구조물 열 변형으로 인한 부경의 틀어짐이 발생할 수 있다. 따라서, 스파이더 구조물(241)은 레이저로 인한 영향을 최소화 할 수 있도록 복수의 분할 거울(211)이 이격되는 사이 공간에 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 2에서 보듯이, 스파이더 구조물(241)은 상호 간 120도를 유지하는 3점 지지로 구현될 수 있다. 물론, 스파이더 구조물(241)은 상호 간 60도를 유지하는 6점 지지로 구현할 수도 있다.
부경(220)은 복수(일 예로, 6개)의 분할 거울(211)에 복수의 레이저(일 예로, 6개)를 각각 전달할 수 있다. 이 부경(220)은 코닉 상수가 -1보다 작은 쌍곡면을 적용하여 광학 성능이 최대가 되도록 할 수 있다. 분할 거울(211: 주경)과 부경(220) 간 거리는 멀어질수록 부경(220)의 위치 민감도가 낮아지나, 광학계 전체 크기가 증가하는 단점이 있으므로, 동축 구경을 적절하게 설정하여 요구 크기 대비 부경의 민감도를 최소화할 수 있다.
분할 거울 조립체(210)는 복수의 분할 거울(211)을 통해 복수의 레이저를 표적을 향해 집속할 수 있다.
이러한 분할 거울 조립체(210)는 복수의 분할 거울(211)과, 각각의 분할 거울(211)을 6축 구동시킬 수 있는 축 구동기(212)와, 분할 거울(211)의 경면(211a)에 대한 경면 위치 정보를 측정하는 경면 관성측정기(213)와, 축 구동기(212)를 제어하는 구동 제어기(214)를 포함할 수 있다.
분할 거울(211)은 부경(220)을 중심으로 원주방향으로 대칭되도록 이격 배치되는 복수 개(일 예로, 6개)의 비축 포물경으로 제공될 수 있다. 비축 포물경은 코닉 상수가 -1인 동축 포물경의 일부 면을 사용하므로, 비축 포물경은 광학적으로 동축 광학계와 동일하다. 이에 따라, 하나의 부경(220)을 통해 6개 비축 광학계의 초점을 동일하게 제어할 수 있다. 그리고 6개 분할 거울(211)은 경통(240)의 내부에서 대칭적으로 배치됨으로써, 레이저를 광 가림 없이 전송하면서도 동축 광학계의 공간 확보 및 대칭성을 유지할 수 있다.
분할 거울(211)은 플렉셔(216: flexure)에 의해 지지될 수 있다. 플렉셔(216)는 거울 지지대(215) 상에서 분할 거울(211)을 지지함으로써, 외부 진동에 따른 분할 거울(211)의 흔들림을 억제할 수 있다. 분할 거울(211)의 강성은 플렉셔(216)를 투과하는 외부 진동에 대한 영향이 최소화되는 수준으로 설정될 수 있다.
분할 거울(211)의 하부는 가공 및 정렬의 용이성을 위해, 정육각형 구조를 가질 수 있다. 원형 구조인 경우, 각 분할 거울(211)의 정렬 시 회전 방향에 대해 초기 위치를 찾기 매우 어려울 수 있으나, 정육각형 구조일 경우, 임의의 한 변 기준으로 경면 가공을 하면 해당 변을 기준으로 초기 정렬을 수행할 수 있으므로, 가공 및 위치 정렬이 매우 용이하다.
고출력 레이저(W1)가 가우시안 빔 형상을 가질 때, 최고 출력값의 1/e배에서의 빔 반경을 w0라 하면, 분할 거울(211)의 광학 구경은 경면(211a)에서 반사되는 레이저 빔 반경 w0의 3배 이상으로 적용될 수 있다. 이는 레이저 출력의 e-9 배 까지 포함하므로, 전체 출력의 99.988 %를 전송할 수 있다. 레이저의 M2 빔 품질이 1보다 클 경우, 광학 구경의 반경은 M2×3×w0 이상을 적용할 수 있다.
분할 거울(211)은 외부 진동에 의해 개별 경면(211a)이 임의의 방향으로 진동될 수 있다. 이를 위해, 각각의 분할 거울(211)은 축 구동기(212)에 의해 구동 지지될 수 있다. 축 구동기(212)는 6축 구동이 가능한 액츄에이터로 이해될 수 있다. 이 축 구동기(212)는 구동 제어기(214)에 의해 제어될 수 있다.
구동 제어기(214)는 경면 관성측정기(213)에서 측정된 경면 위치 정보가 기 설정된 최적의 기준 경면 위치 정보에 부합되도록 축 구동기(212)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 구동 제어기(214)는 분할 거울(211)이 초기 정렬 위치를 유지하도록 분할 거울(211)의 자세를 제어할 수 있다. 초기 정렬 위치는 초기 광학계 정렬 시 결정될 수 있다.
예컨대, 분할 거울 조립체(210)가 경통(240)에 장착되면, 분할 거울(211)이 부경(220)의 초점 위치에 정렬해야 되는데, 이때, 구동 제어기(214)는 파면오차가 최소가 되는 위치로 분할 거울(211)의 위치/자세를 조절되도록 축 구동기(212)를 통해 제어하면서, 경면 관성측정기(213)를 통해 초기 정렬 위치를 확인하여 설정할 수 있다. 구동 제어기(214)는 최적의 거울 위치(초기 정렬 위치)를 기억한 후, 외부 진동에 의한 상대적인 위치 변화가 보상되도록 축 구동기(212)를 제어할 수 있다.
경면 관성측정기(213, IMU: Inertial Measurement Unit)는 분할 거울(211)의 후면에 장착되어, 분할 거울(211)의 경면 위치 정보를 측정할 수 있다. 경면 관성측정기(213)와 축 구동기(212)의 제어 대역폭 밖의 고주파 영역은, 플렉셔(216)에 의해 억제될 수 있다. 각각의 분할 거울(211) 구동 시, 기계적 간섭을 주지 않도록 인접한 분할 거울(211)은 일정 간격을 유지한다.
고각 모터(260)는 경통(240)이 고각 방향으로 회전되도록 경통(240)을 고각 회전시킬 수 있다. 고각 모터(260)는 집속 하우징(250)과 경통(240) 사이를 회전 가능하게 연결하는 고각 회전 축(광축)상에 위치될 수 있다. 고각 모터(260)는 중공 형으로 적용되므로, 광 경로는 고각 모터(260)를 관통하여 확보될 수 있다.
방위각 모터(270)는 플랫폼(100) 상에서 집속 하우징(250)을 방위각으로 회전시킬 수 있다. 방위각 모터(270)는 집속 하우징(250)과 플랫폼(100) 사이를 연결하는 방위각 회전 축(광축)상에 위치될 수 있다. 방위각 모터(270)는 중공 형으로 적용되므로, 광 경로는 방위각 모터(270)를 관통하여 확보될 수 있다.
집속 반사 거울은 광학 벤치 유닛(300)으로부터 제공받은 복수의 레이저를 부경(220)에 전달하는 광 경로를 제공할 수 있다. 이 광 경로는 쿠데(Coude)식 광 경로가 적용되므로, 빔 집속 유닛(200)의 구동에 무관하게 일정하게 유지될 수 있다.
일 예로, 집속 반사 거울은 제 12 거울(412), 제 13 거울(413), 제 14 거울(414), 제 15 거울(415) 및 제 16 거울(416)을 포함할 수 있다. 이들 제 12 거울(412), 제 13 거울(413), 제 14 거울(414), 제 15 거울(415) 및 제 16 거울(416) 간의 광 경로는, 구동 중에도 광 경로가 변경되지 않는 쿠데(Coude)식 광 경로로 형성될 수 있다.
제 12 거울(412)은 광학 벤치 유닛(300)의 제 11 거울(411)에서 전달된 고출력 레이저(W1) 및 가시광 레이저(W2, W3)를 반사할 수 있다. 제 13 거울(413)은 제 12 거울(412)에서 전달된 고출력 레이저(W1)와 가시광 레이저(W2, W3) 중에서, 가시광 레이저(W2, W3)를 투과시키고 고출력 레이저(W1)를 반사할 수 있다. 제 14 거울(414)은 제 13 거울(413)에서 전달된 고출력 레이저(W1)를 반사할 수 있다. 제 15 거울(415)은 제 14 거울(414)에서 전달된 고출력 레이저(W1)를 반사할 수 있다. 제 16 거울(416)은 광 경로가 부경(220)의 광축과 일치되도록 제 15 거울(415)에서 전달된 고출력 레이저(W1)를 부경(220)으로 반사할 수 있다.
특히, 제 11 거울(411)은 광축의 틀어짐을 보상할 수 있는 고속지향거울(FSM: Fast Steering Mirror)로 구성될 수 있다. 제 11 거울(411)에는 2축 구동이 가능하도록 구동기가 장착될 수 있다. 이를 통해, 광축을 z 축이라 할 때 x, y 축의 기울기(tilt)와 디센터(decenter)를 모두 보상할 수 있다. 제 12 거울(412)도 제 11 거울(411)과 동일한 방식으로 구동될 수 있다.
그리고 제 14 거울(414) 및 제 15 거울(415) 간 광축은 빔 집속 유닛(200)의 고각 회전축과 일치될 수 있다. 그리고 빔 집속 유닛(200) 제 12 거울(412)과 후술하는 광학 벤치 유닛(300)의 제 11 거울(411) 간 광축은, 빔 집속 유닛(200)의 방위각 회전 축과 일치될 수 있다. 이에 따라, 빔 집속 유닛(200)의 고각, 방위각 회전에 무관하게 광 경로가 일정하게 유지될 수 있다.
아이알유 센서(IRU: Inertial Reference Unit)는 광학 벤치 유닛(300)으로부터 전달되는 가시광 레이저(W2, W3)를 수신하여, 빔 집속 유닛(200) 및 광학 벤치 유닛(300) 간 광축의 틀어짐 여부를 측정할 수 있다.
아이알유 센서를 통해 광축의 틀어짐 여부를 측정하는 이유는, 정비 등의 이유로 빔 집속 유닛(200)이 플랫폼(100)에서 착탈되는 경우, 빔 집속 유닛(200)의 제 12 거울(412)과 광학 벤치 유닛(300)의 제 11 거울(411) 간 광학 정렬 상태가 유지되기 어렵고, 플랫폼(100)의 진동으로 빔 집속 유닛(200)과 광학 벤치 유닛(300) 간 위치 오차가 발생할 경우 시간에 따른 광축 틀어짐 값이 변하게 되기 때문이다.
이러한 아이알유 센서는 제 1 아이알유 센서(383)와 제 2 아이알 센서를 포함할 수 있다.
제 1 아이알유 센서(383)는 제 1 아이알유 광원(381)의 가시광 레이저(W2)의 위치를 확인할 수 있는 사분면 광 검출기(Quadrant photodiode)로 구성될 수 있다. 제 1 아이알유 센서(383)에 의해 광축이 틀어진 것으로 측정되면, 제 11 거울(411)은 광축의 틀어짐을 보상할 수 있다. 제 11 거울(411)에 의해 보상되지 않은 나머지 광축 틀어짐 오차는, 후술하는 제 12 거울(412)의 구동에 의해 보상될 수 있다.
제 1 아이알유 센서(383)는 제 13 거울(413)의 후방측에 위치될 수 있다. 제 13 거울(413)의 중심은 실제 빛의 반사가 일어나는 광학 면이 아니므로, 제 13 거울(413)의 중심에는 제 1 아이알유 광원(381)에서 조사된 가시광 레이저(W2)의 광 경로를 확보하기 위한 구멍이 형성될 수 있다. 고출력 레이저(W1)의 산란에 의한 오측정을 방지하기 위해, 제 1 아이알유 센서(383)의 앞단에는 가시광 레이저(W2)만 측정 가능한 광 필터(미도시)가 장착될 수 있다.
제 2 아이알유 센서(384)는 제 1 아이알유 센서(383)과 마찬가지로, 제 2 아이알유 광원(382)의 가시광 레이저(W3)의 위치를 확인할 수 있는 사분면 광 검출기로 구성될 수 있다. 제 2 아이알유 센서(384)에 의해 광축이 틀어진 것으로 측정되면, 제 7 거울(407)은 광축의 틀어짐을 보상할 수 있다. 제 7 거울(407)은 광축의 틀어짐을 보상하기 위한 고속지향거울(FSM: Fast Steering Mirror)로 구성될 수 있다.
한편, 광학 벤치 유닛(300)은 플랫폼(100)의 내부에 마련될 수 있다. 광학 벤치 유닛(300)은 고출력 레이저 공급기(310)를 통해 복수의 레이저를 빔 집속 유닛(200)에 제공할 수 있다.
이러한 광학 벤치 유닛(300)은 벤치 반사 거울, 고출력 레이저 공급기(310), 비콘 레이저 공급기(330), 파면 센서(340), 조명 레이저 공급기(350), 영상 검출 모듈(360), 광속 결합기(375), 빔 흔들림 검출기(372), 아이알유 광원 및 회전 보상 조립체(390)를 포함할 수 있다.
벤치 반사 거울은 고출력 레이저 공급기(310)와 빔 집속 유닛(200) 사이에서, 복수의 고출력 레이저(W1) 및 가시광 레이저(W2, W3)의 광 경로를 제공할 수 있다. 벤치 반사 거울은 제 1 거울(401), 제 2 거울(402), 제 3 거울(403), 제 4 거울(404), 제 5 거울(405), 제 6 거울(406), 제 7 거울(407), 제 8 거울(408), 제 9 거울(409), 제 10 거울(410) 및 제 11 거울(411)을 포함할 수 있다.
제 1 거울(401)은 빔 흔들림 검출기(372)로부터 복수의 고출력 레이저(W1)를 전달받고, 빔 흔들림으로 인한 복수의 고출력 레이저(W1)의 광축을 보상할 수 있다. 제 2 거울(402)은 제 1 거울(401)에서 전달된 고출력 레이저(W1)를 반사할 수 있다. 제 3 거울(403)은 제 2 거울(402)에서 전달된 고출력 레이저(W1)를 반사하고, 비콘 반사광 및 표적 영상을 투과시켜 영상 검출 모듈(360)에 전달할 수 있다. 제 3 거울(403)은 모든 면에 대해서 대역투과 형 광속 분할기로 구현될 수 있다. 제 4 거울(404)은 광속 결합기(375)를 통해 결합된 비콘 레이저 및 조명 레이저를 제 3 거울(403)에서 전달된 고출력 레이저(W1)의 광축에 결합하여 전달할 수 있다. 제 5 거울(405)은 제 4 거울(404)에서 전달된 고출력 레이저(W1)를 반사할 수 있다. 제 6 거울(406)은 제 5 거울(405)에서 전달된 고출력 레이저(W1)를 반사하고, 파면 센서(340)에서 검출된 고주파 외란을 보상할 수 있다.
또한, 제 7 거울(407)은 제 6 거울(406)에서 전달된 고출력 레이저(W1)를 반사하고, 아이알유 센서에서 검출된 광축 틀어짐을 보상할 수 있다. 제 8 거울(408)은 제 7 거울(407)에서 전달된 고출력 레이저(W1)를 반사할 수 있다. 제 9 거울(409)은 제 8 거울(408)에서 전달된 고출력 레이저(W1)를 반사할 수 있다. 제 10 거울(410)은 제 9 거울(409)에서 전달된 고출력 레이저(W1)를 반사하고, 아이알유 광원의 가시광 레이저(W2, W3)를 투과시킬 수 있다. 제 11 거울(411)은 제 10 거울(410)에서 전달된 고출력 레이저(W1) 및 가시광 레이저(W2, W3)를 빔 집속 유닛(200)의 광 경로로 반사할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 발사 광학계에서, 제 2 거울을 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 발사 광학계에서, 제 6 거울 및 제 7 거울을 도시한 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제 2 거울(402)은 복수(일 예로, 6개)의 플랫 거울(431)과, 복수의 플랫 거울(431)을 경사지게 지지하는 경사 지지대(432)를 포함할 수 있다. 특히, 경사 지지대(432)의 중앙에는 중앙에 정렬을 위한 정렬 홀(433)이 형성될 수 있다. 경사 지지대(432)의 정렬 홀(433)에는 별도의 정렬 레이저를 통과시켜, 경사 지지대(432)의 정렬 위치를 측정할 수 있다.
제 2 거울(402)은 45도 각도로 기울어진 경사 지지대(432)의 경사면에서 60도 간격으로 이격 배치된 6개의 플랫 거울(431)을 통해, 6개의 고출력 레이저(W1)를 분할 거울 조립체(210)의 분할 거울(211)에 공간적으로 일치시킬 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제 6 거울(406) 및 제 7 거울(407)은, 복수의 고속지향거울(421, FSM: Fast Steering Mirror)과, 평면 거울(421)을 지지하는 평면 지지구(422)와, 2축 구동되도록 평면 지지구(422)를 지지하는 2축 구동기(423)를 포함할 수 있다.
고출력 레이저 공급기(310)는 복수(일 예로, 6개)의 고출력 레이저(W1)를 출력할 수 있다. 고출력 레이저 공급기(310)에서 출력된 고출력 레이저(W1)의 빔 흔들림(wandering) 현상을 보상하기 위해, 빔 흔들림 검출기(372)가 적용될 수 있다.
빔 흔들림 검출기(372)는 아이알유 센서와 같은 사분면 광 검출기로 구현할 수 있다. 빔 흔들림 현상으로 고출력 레이저(W1)의 광축이 틀어지는 경우, 제 1 거울(401)의 구동에 의해 광축 틀어짐이 보상될 수 있다.
비콘 레이저 공급기(330)는 광속 결합기(375)를 향해 비콘 레이저를 출력할 수 있다. 비콘 레이저는 고출력 레이저(W1)와 같이 표적에서 한 점으로 집속되어야 하므로 평행광을 사용할 수 있다.
조명 레이저 공급기(350)는 광속 결합기(375)를 향해 조명 레이저를 출력할 수 있다. 조명 레이저는 영상 센서의 시야각(Field Of View, FOV) 전체를 커버해야 하므로, 발산광을 방출할 수 있다. 발산각은 빔 집속기의 초점이 변함에 따라 조절될 수 있다.
광속 결합기(375)는 비콘 레이저 및 조명 레이저를 수광하여 하나의 광축으로 결합한 후, 제 4 거울(404)에 전달할 수 있다. 제 4 거울(404)은 고출력 레이저(W1)의 광축에 광속 결합기(375)로부터 제공된 비콘 레이저및 조명 레이저를 결합할 수 있다. 이를 위해, 제 4 거울(404)은 고출력 레이저(W1)를 반사하고, 조명 레이저 및 비콘 레이저 파장을 투과하는 대역투과 형 광속 분할기(beam splitter)로 구현될 수 있다.
다만, 제 4 거울(404)의 모든 면에 대역투과 형을 적용할 경우, 빔 집속 유닛(200)이 수광하는 비콘 반사광과 표적 영상도 투과되어 각 센서로 진행되지 못할 수 있다. 따라서, 제 4 거울(404)에서 세 가지 파장을 결합할 때, 면 분할 개념이 사용될 수 있다. 예컨대, 비콘 레이저와 조명 레이저의 제 4 거울(404)의 출사구 영역에만, 대역투과 형 광속 분리기가 적용되고 제 4 거울(404)의 나머지 영역은 모든 파장을 반사하도록 구성될 수 있다.
파면 센서(340)는 광속 분리기(374)로부터 비콘 반사광을 수광할 수 있다. 파면센서는 비콘 반사광으로부터 파면 정보를 측정하여 고주파 외란을 검출할 수 있다.
광속 분리기(374)는 비콘 반사광과 표적 영상을 분리할 수 있다. 광속 분리기(374)는 입방 광속 분할기로 구현될 수 있다. 광속 분리기(374)는 빔 축소기(373)를 통해 직경 50mm 이하로 축소된 비콘 반사광과 표적 영상을 제공받을 수 있다. 빔 축소기(373)에는 필드 스탑(field stop)이 마련될 수 있다. 필드 스탑은 레이저 내부 산란강이 후단 광학계에 유입되는 것을 최소화할 수 있다.
광속 분리기(374)에 의해 분리된 비콘 반사광은 파면 센서(340)에 제공될 수 있고, 광속 분리기(374)에 의해 분리된 표적 영상은 영상 검출 모듈(360)에 제공될 수 있다.
영상 검출 모듈(360)은 표적 거리에 따라 영상의 크기를 일정하게 유지하여 추적이 용이한 줌 렌즈(363)와, 줌 변환에 따른 미세 초점 변화를 보정하는 미세 초점렌즈(362)와, 레이저 산란광으로 인한 잡음을 최소화하는 필터(364)와, 표적 영상을 측정하는 영상 검출기(361)을 포함할 수 있다.
아이알유 광원은 아이알유 센서에 수광되는 가시광 레이저((W2, W3)를 출력할 수 있다. 아이알유 광원은 제 1 아이알유 광원(381)과 제 2 아이알유 광원(382)을 포함할 수 있다.
제 1 아이알유 광원(381)은 제 10 거울(410)의 후방측에 위치될 수 있다. 이때, 제 10 거울(410)의 중심은 실제 빛의 반사가 일어나는 광학 면이 아니므로, 제 10 거울(410)의 중심에는 가시광 레이저(W2)의 광 경로를 확보하기 위한 구멍이 형성될 수 있다. 이에 따라, 제 1 아이알유 광원(381)의 가시광 레이저(W2)는 제 10 거울(410)을 관통하여, 제 11 거울(411) 및 제 12 거울(412) 순으로 반사된 후, 제 13 거울(413)의 후방측에 위치한 제 1 아이알유 센서(383)로 입사될 수 있다.
제 2 아이알유 광원(382)은 후술하는 제 6 거울(406) 및 제 7 거울(407) 사이에 위치될 수 있다. 제 2 아이알유 광원(382)의 가시광 레이저(W3)는 제 7 거울(407), 제 8 거울(408), 제 9 거울(409), 제 10 거울(410), 제 11 거울(411), 제 12 거울(412), 제 13 거울(413), 제 14 거울(414), 제 15 거울(415), 제 16 거울(416), 부경(220) 및 분할 거울(211)을 거쳐, 경통(240)에 설치된 제 2 아이알유 센서(384)에서 수광될 수 있다.
제 2 아이알유 광원(382)의 가시광 레이저(W3)는, 고출력 레이저(W1)를 가리지 않으면서, 제 13 거울(413) 및 제 10 거울(410)의 중심 구멍을 피하기 위해, 각 거울의 외각을 활용할 수 있다. 고출력 레이저(W1)로 인한 제 2 아이알유 광원(382)의 손상을 예방하기 위해, 제 2 아이알유 광원(382)을 고출력 레이저(W1)로부터 이격할 필요가 있다. 이를 위해 장사방형 프리즘(rhomboidal prism)이 적용될 수 있다.
회전 보상 조립체(390)는 빔 집속 유닛(200)의 방위각이 변경될 때, 복수의 분할 거울(211)에 입사되는 고출력 레이저(W1)의 회전이 방지되도록 빔 집속 유닛(200)의 회전을 보상할 수 있다.
회전 보상 조립체(390)에는 도브 프리즘이 적용될 수 있다. 도브 프리즘(Dove Prism)은 빔 집속 유닛(200)의 변경되는 방위각에 대응하여, 고출력 레이저(W1)를 반전시키는 도브 프리즘을 포함할 수 있다. 도브 프리즘은 광선을 반전시키기 위해 사용되는 통상의 도브 프리즘으로 이해될 수 있다.
회전 보상 조립체(390)는 3개의 도브 거울(392, 393, 394)을 제공하는 프리즘(391)을 포함할 수 있다. 광축을 중심으로 방위각이 φ 만큼 회전할 때, 회전 보상 조립체(390)를 -φ/2 만큼 보상 구동 하면, 빔 집속 유닛(200)의 방위각 방향에 무관하게 동일한 분할 거울(211)에 고출력 레이저(W1)의 입사 가능하다.
한편, 본 발명에 따르면, 외란에 의한 지향 오차는 외란의 주파수 별로 구분해서 보상할 수 있다.
우선, 수 십 Hz 이하의 저주파 영역은, 빔 집속 유닛(200)의 경통(240) 후면에 장착한 경통(240) 관성 측정기(217)와, 고각 모터(260)와 방위각 모터(270)로 보상할 수 있다. 일반적인 표적의 운동은 1 Hz 수준이므로, 경통(240) 관성 측정기(217)가 측정한 위치정보 중에서 표적의 운동을 제외한 나머지 주파수 대역을 고각 모터(260)와 방위각 모터(270)로 2축 보상할 수 있다. 해상 함정과 같이 플랫폼 특성에 따라 저주파 외란의 강도가 강할 경우, 빔 집속 유닛(200)과 광학 벤치 유닛(300) 사이에 광축 기준으로 롤(roll) 방향을 제외한 2축 스테빌라이저(280 stabilizer)를 추가로 적용할 수 있다. 빔 집속 유닛(200)과 광학 벤치 유닛(300) 간 광축 틀어짐이 발생되면, 제 1 아이알유 센서(383), 제 11 거울(411) 및 제 12 거울(412)을 통해 감시 및 보상을 수행한다.
100 Hz 이상의 고주파 외란은, 획득된 표적 영상 혹은 비콘 레이저에서 반사되는 광 파면을 측정해서 제 6 거울(406)을 구동하여 보상한다. 이때, 대기외란에 의해 광 파면이 왜곡 되어 영상의 흔들림이 발생하므로, 고주파 외란 보상 시 대기외란에 의한 기울기 보상도 동시에 수행 가능하다.
본 발명에 따른 파면 센서(340)를 활용하면, 1 kHz 이상 속도로 파면 정보를 측정하여 외란을 검출하는 것이 유리하다. 제 2 아이알유 센서(384)를 이용하여 개별 제어하는 제 7 거울(407)과 달리, 하나의 외란 정보로 동일한 구동을 하므로 각 고속지향거울(FSM) 간 위치 오차로 인한 고출력 레이저(W1)의 광축 틀어짐이 발생할 수 있다. 이를 최소화 하기 위해, 제 6 거울(406)의 고속지향거울은 제 7 거울(407)의 고속지향거울 보다 낮은 속도로 구동하는 것이 바람직하다. 대기외란의 기울기 성분이 제거된 후, 잔여오차를 추가로 제거하기 위해, 제 5 거울(405) 위치에 변형거울(DM : Deformable Mirror)을 사용할 수 있다. 측정된 현재 파면의 반대방향으로 변형거울을 구동하여, 대기외란에 의한 레이저의 왜곡을 보상할 수 있다.
대기외란 특성 상 동일 크기의 외란 하에서 파장이 짧을수록 파면 왜곡이 더욱 심해지므로, 비콘 레이저의 파장을 가장 짧게 설정하여 대기외란 보정을 수행하면, 고출력 레이저(W1)와 영상의 보정 성능이 향상될 수 있다.
이하, 상기와 같은 구성을 갖는 본 실시예에 따른 레이저 발사 광학계의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 아이알유 광원 및 아이알유 센서를 작동하여 광축의 틀어짐을 감시하고 보상한다.
광축의 틀어짐에 대한 감시 및 보상이 완료되면, 영상 검출 모듈을 통해 포착되는 표적 영상을 기반으로 영상 추적기를 통해, 빔 집속 유닛의 김발(gimbal) 위치를 제어하여 표적을 추적한다. 이때, 조명 레이저를 작동하여 표적 영상의 신호대 잡음비(SNR)을 향상시키면, 영상 추적이 용이해질 수 있다.
그리고 비콘(beacon) 레이저를 발사하여 표적에 반사된 광 신호의 파면 정보를 파면 센서를 통해 측정한다. 비콘 레이저는 대기 중에 전파되면서 대기외란에 의한 파면 왜곡이 발생하므로, 이를 파면 보상 제어를 통해 기울기 신호와 파면 왜곡 신호로 구분하여 각각 기울임 보상 및 파면 왜곡 보상을 수행한다.
이후, 고출력 레이저를 발사하여 표적 요격에 돌입한다. 빔 흔들림 검출기를 통해 레이저 빔 흔들림(wandering) 정도를 측정 후, 이를 보상한다. 표적 요격이 완료될 때 까지 모든 보상은 계속해서 수행한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 등이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다. 즉, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술되는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 :플랫폼 200 :빔 집속 유닛
210 :분할 거울 조립체 220 :부경
240 :경통 250 :집속 하우징
260 :고각 모터 270 :방위각 모터
300 :광학 벤치 유닛 310 :고출력 레이저 공급기
330 :비콘 레이저 공급기 340 :파면 센서
350 :조명 레이저 공급기 360 :영상 검출 모듈
371 :광속 결합기 372 :빔 흔들림 검출기
381 :제 1 아이알유 광원 382 :제 2 아이알유 광원
383 :제 1 아이알유 센서 384 :제 2 아이알유 센서
390 :회전 보상 조립체

Claims (14)

  1. 플랫폼;
    상기 플랫폼의 외측에 장착되고, 복수의 레이저를 표적을 향해 집속하는 빔 집속 유닛; 및
    상기 플랫폼의 내부에 마련되고, 상기 복수의 레이저를 상기 빔 집속 유닛에 제공하는 광학 벤치 유닛;을 포함하고,
    상기 빔 집속 유닛은
    복수의 분할 거울을 통해 상기 복수의 레이저를 표적을 향해 집속하는 분할 거울 조립체;
    상기 복수의 분할 거울에 상기 복수의 레이저를 전달하는 부경; 및
    상기 광학 벤치 유닛으로부터 상기 복수의 레이저를 제공받아 상기 부경에 전달하는 집속 반사 거울을 포함하고,
    상기 분할 거울 조립체는
    상기 부경을 중심으로 원주방향으로 이격 배치되는 복수의 분할 거울;
    각각의 상기 분할 거울을 축 구동시키기 위한 축 구동기;
    상기 분할 거울의 경면 위치 정보를 측정하는 경면 관성측정기; 및
    측정된 상기 경면 위치 정보가 기 설정된 최적의 기준 경면 위치 정보에 부합되도록 상기 축 구동기를 제어하는 구동 제어기를 포함하는,
    레이저 발사 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 집속 유닛은
    경통;
    상기 경통이 고각으로 회전 가능하게 장착되는 집속 하우징;
    상기 경통을 고각 회전시키기 위한 고각 모터; 및
    상기 집속 하우징을 방위각으로 회전시키기 위한 방위각 모터;를 더 포함하는
    레이저 발사 광학계.
  3. 삭제
  4. 플랫폼;
    상기 플랫폼의 외측에 장착되고, 복수의 레이저를 표적을 향해 집속하는 빔 집속 유닛; 및
    상기 플랫폼의 내부에 마련되고, 상기 복수의 레이저를 상기 빔 집속 유닛에 제공하는 광학 벤치 유닛;을 포함하고,
    상기 빔 집속 유닛은
    복수의 분할 거울을 통해 상기 복수의 레이저를 표적을 향해 집속하는 분할 거울 조립체;
    상기 복수의 분할 거울에 상기 복수의 레이저를 전달하는 부경; 및
    상기 광학 벤치 유닛으로부터 상기 복수의 레이저를 제공받아 상기 부경에 전달하는 집속 반사 거울을 포함하고,
    상기 광학 벤치 유닛은
    복수의 고출력 레이저를 출력하는 고출력 레이저 공급기;
    상기 고출력 레이저 공급기와 상기 빔 집속 유닛 사이에서, 상기 복수의 고출력 레이저의 광 경로를 제공하는 벤치 반사 거울;
    비콘 레이저를 출력하는 비콘 레이저 공급기; 및
    상기 비콘 레이저를 통해 반사된 비콘 반사광으로부터 파면 정보를 측정하여 고주파 외란을 검출하는 파면 센서;를 포함하는,
    레이저 발사 광학계.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 광학 벤치 유닛은
    조명 레이저를 출력하는 조명 레이저 공급기; 및
    상기 빔 집속 유닛을 통해 수광된 표면 영상을 측정하는 영상 검출 모듈;을 더 포함하는,
    레이저 발사 광학계.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광학 벤치 유닛은
    상기 비콘 레이저 및 상기 조명 레이저를 결합하는 광속 결합기; 및
    상기 복수의 고출력 레이저에서 발생되는 빔 흔들림 현상을 검출하는 빔 흔들림 검출기;를 더 포함하는,
    레이저 발사 광학계.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광학 벤치 유닛은
    상기 광 경로 상에 가시광 레이저를 제공하는 아이알유(IRU) 광원을 더 포함하고,
    상기 빔 집속 유닛은
    상기 가시광 레이저를 수신하여, 상기 빔 집속 유닛 및 상기 광학 벤치 유닛 간에 광축의 틀어짐 여부를 측정하는 아이알유(IRU) 센서를 더 포함하는,
    레이저 발사 광학계.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 벤치 반사 거울은
    상기 빔 흔들림 검출기로부터 상기 복수의 고출력 레이저를 전달받고, 빔 흔들림으로 인한 상기 복수의 고출력 레이저의 광축을 보상하는 제 1 거울;
    상기 제 1 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 반사하는 제 2 거울;
    상기 제 2 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 반사하고, 상기 비콘 반사광 및 상기 표적 영상을 투과시켜 상기 영상 검출 모듈에 전달하는 제 3 거울;
    상기 광속 결합기를 통해 결합된 상기 비콘 레이저 및 상기 조명 레이저를 상기 제 3 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저의 광축에 결합하여 전달하는 제 4 거울;
    상기 제 4 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 반사하는 제 5 거울; 및
    상기 제 5 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 반사하고, 상기 파면 센서 에서 검출된 고주파 외란을 보상하는 제 6 거울;을 포함하는,
    레이저 발사 광학계.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 벤치 반사 거울은
    상기 제 6 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 반사하고, 상기 아이알유 센서에서 검출된 광축 틀어짐을 보상하는 제 7 거울;
    상기 제 7 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 반사하는 제 8 거울;
    상기 제 8 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 반사하는 제 9 거울;
    상기 제 9 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 반사하고, 상기 아이알유 광원의 가시광 레이저를 투과시키는 제 10 거울; 및
    상기 제 10 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저 및 상기 가시광 레이저를 상기 빔 집속 유닛의 광 경로로 반사하고, 광축의 틀어짐을 보상하는 제 11 거울;을 포함하는,
    레이저 발사 광학계.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 집속 반사 거울은
    상기 제 11 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저 및 상기 가시광 레이저를 반사하고, 상기 제 11 거울의 상기 광축의 틀어짐 보상에 따른 오차를 보상하는 제 12 거울;
    상기 제 12 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저 및 상기 가시광 레이저 중에서, 상기 가시광 레이저를 투과시키고 상기 고출력 레이저를 반사하는 제 13 거울;
    상기 제 13 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 반사하는 제 14 거울;
    상기 제 14 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 반사하는 제 15 거울; 및
    상기 제 15 거울에서 전달된 상기 고출력 레이저를 상기 부경으로 반사하는 제 16 거울;을 포함하는,
    레이저 발사 광학계.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 광학 벤치 유닛은
    상기 빔 집속 유닛의 방위각이 변경될 때, 상기 복수의 분할 거울에 입사되는 레이저의 회전이 방지되도록 상기 빔 집속 유닛의 회전을 보상하는 회전 보상 조립체를 더 포함하는,
    레이저 발사 광학계.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 회전 보상 조립체는
    상기 빔 집속 유닛의 변경되는 방위각에 대응하여, 상기 레이저를 반전시키는 도브 프리즘을 포함하는,
    레이저 발사 광학계.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 거울은
    복수의 플랫 거울; 및
    상기 복수의 플랫 거울을 경사지게 지지하고, 중앙에 정렬을 위한 정렬 홀이 형성되는 경사 지지대;를 포함하는,
    레이저 발사 광학계.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 6 거울 및 상기 제 7 거울은,
    복수의 고속지향거울;
    상기 복수의 고속지향거울을 각각 지지하는 복수의 거울 지지구; 및
    상기 복수의 거울 지지구를 각각 2축 구동하는 거울 구동기;를 포함하는,
    레이저 발사 광학계.
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