KR102433017B1 - 레이저무기 조준 시스템 및 조준 방법 - Google Patents

Abstract

고출력의 레이저 발생기, 발생기에서 방출된 고출력 레이저를 능동적으로 반사시키도록 설치된 제2 FSM, 제2 FSM에서 반사된 레이저를 받아 반사 및 투과시키는 제1 스플리터, 제1 스플리터에서 반사된 레이저를 받아 집속 상태를 유지하면서 타겟으로 방출시키는 렌즈시스템, 렌즈시스템과 결합되어 렌즈시스템이 타겟을 향하도록 입체적 회전변이를 통해 지향시키기 위한 김발조립체, 렌즈시스템과 결합된 상태로 혹은 별도로 설치되며 제2 FSM과 타겟 사이에 위치하면서 김발조립체에 의한 지향동작에 더하여 정밀 추적을 위한 레이저빔 지향 동작을 하기 위한 능동적 반사를 담당하는 제1 FSM, 렌즈시스템과 같은 방향을 지향하도록 설치된 조준용 레이저, 조준용 레이저가 타겟에서 반사된 반사광 및 타겟 영상과 같은 타겟으로부터의 광신호를 수신하는 제1 광센서, 제1 광센서가 수신한 광신호를 이용하여 김발 조립체 및 제 1 FSM을 동작시켜 타겟을 추적하는 콘트롤러, 제1 스플리터와 제2 FSM 사이에 위치하여 제2 FSM에서 오는 레이저광을 통과시켜 제1 스플리터로 보내고 한편으로 제1 스플리터에서 반사된 광신호가 반사되어 4분할 검출기와 같은 제2 광센서로 보내는 제2 스플리터를 구비하는 레이저무기 조준 시스템 및 이를 이용한 조준 방법이 개시된다.

Description

레이저무기 조준 시스템 및 조준 방법{system for aiming target in laser weapon and method of aiming using the same}

본 발명은 레이저무기 조준 시스템 및 조준 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저무기의 기동 간에도 조준점을 정밀하게 유지할 수 있도록 구성되는 레이저무기 조준 시스템 및 조준 방법에 관한 것이다.

기존의 포탄은 질량을 가지는 것이므로 필연적으로 중력의 영향을 받게 되며, 곡사 화기는 물론 직사 화기라도 타격 대상까지의 거리를 일정 시간에 걸쳐 도달하게 되므로 중력의 영향을 받는 포탄의 궤적을 고려하여 조준이 이루어지도록 되어 있다.

그런데, 최근 광에너지를 좁은 면적 혹은 크로스섹션에 집약시킨 레이저광을 대상물을 파괴하는 무기로 사용하기 위한 연구 및 개발이 이루어지고 있다. 레이저광은 빛의 속도로 광에너지를 표적에 조사할 수 있어서 실질적으로 중력의 영향을 받지 않게 되며 발사로부터 도달까지 시간 지연도 거의 없다. 이런 레이저광을 이용한 무기를 기존의 포탄을 발사하는 포와 연관시켜 레이저포라 칭하기도 하고, 지향성 에너지 무기로 지칭하기도 한다.

이런 레이저무기는 소규모 분산형 전투, 비 살상전, 비 접적 및 원격대리전, 그리고 우주전과 같은 미래전의 흐름에서 전쟁의 패러다임을 변화시킬 수 있는 신개념의 무기가 될 것으로 예측되고 있다.

레이저무기는 빛의 속도로 에너지를 표적에 전달하고, 교전시 지연시간이 거의 없기 때문에 비행 속도가 빠른 표적 및 다(多) 표적에 대한 대응에 적합하다. 이와 같은 특성으로 레이저무기는 운동성 에너지무기인 기존 재래식 대공무기로 방어가 불가능한 RAM(Rocket, Artillery, Mortar) 등과 같은 공중 위협물(표적) 방어 능력이 우수할 것으로 예측된다.

그런데, 운동성 에너지무기인 기존의 대다수의 무기는 표적을 탐지하고, 탐지된 표적의 속도, 방향, 그리고 거리를 측정하고 이를 기반으로 표적의 향후 위치를 예측하여 포탄을 발사하는데 반해, 레이저무기는 중력장의 영향을 받지 않고 빛의 속도로 에너지를 전달하기 때문에 표적에 레이저 빔을 조사해야 될 위치(타격점)을 확인한 후 바로 그 위치로 레이저 빔을 발사한다. 한편, 표적을 파괴 또는 무능화시키기 위하여 에너지의 집적이 필요하므로 레이저 빔을 대상 혹은 타격점에 일정 시간 가령 수초 이상 조사해야 한다.

그러므로 레이저무기에서 사용되는 추적조준장치는 기존의 운동성 에너지 무기의 추적조준장치와 상이한 점이 있다.

선행기술인 대한민국 특허출원 제10-2010-0081224호에는 레이저무기용 추적조준장치가 개시된다. 여기서는 고에너지 레이저 빔을 이용하여 공중의 표적을 지속적으로 추적 및 조준할 수 있는 레이저무기용 추적조준장치가 개시된다.

도1 및 도2를 참조하여 이 조준장치를 대략적으로 설명하면, 이 조준장치는 레이저무기용 추적조준장치(1000)는, 고에너지 레이저 빔을 상기 공중의 표적에 집속시키는 빔 집속기(110)와, 고에너지 레이저빔이 공중의 표적을 지향하도록 소정의 회전축을 중심으로 빔 집속기(110)를 회전시키는 구동장치(120)로 구성되는 빔 디렉터(100)와, 고에너지 레이저 빔 자체의 요동으로 인한 광경로 오차와 빔 디렉터(100)의 구동 및 외란에 의한 광경로 오차를 실시간으로 보정하는 빔 자동정렬장치(210)와, 외란으로 인한 빔 디렉터(100)의 요동(jitter)으로 발생하는 조준선과 시선간의 차이를 실시간으로 보정하는 플랫폼 안정화장치(220)로 구성되는 빔 안정화장치(200)와, 표적탐지정보에 따라 광시야(WFOV: Wide Field Of View) 영상센서를 이용하여 표적의 표적 영상을 최초로 획득하고, 빔 디렉터(100)의 구동장치(120)를 이용하여 표적을 광시야각으로 추적하는 거친 추적기(300)와, 거친 추적기(300)에서 획득된 상기 표적 영상을 협시야(NFOW: Narror Field Of View) 영상장치로 확대하여 고에너지 레이저 빔을 공중의 표적에 조사할 타격점을 선정하고, 고에너지 레이저 빔에 의해 표적이 파괴 또는 무능화될 때까지 고에너지 레이저 빔이 표적의 타격점에 일정시간 동안 지속할 수 있게 추적조준하는 정밀추적기(400), 및 빔 디렉터(100), 빔 안정화장치(200), 거친 추적기(300) 및 정밀 추적기(400)의 구동제어 및 영상을 시현하는 통합시스템제어기(500)를 포함하여 이루어진다.

이때, 통합시스템제어기(500)는 거친 추적기(300)에 의해 획득된 표적 영상과 정밀추적기(400)에 의해 획득된 타격점의 영상을 동시에 볼 수 있도록 구성될 수 있으며, 빔 디렉터(100)는 빔 디렉터(100)의 구동 중에도 고에너지 레이저 빔의 광경로가 변경되지 않도록 쿠데(Coude)식 광경로를 제공하기 위한 연결광학구조를 가질 수 있다.

또한, 제1 표적에 대한 타격점을 선정하고, 제1 표적이 파괴 또는 무능화될 때까지 고에너지 레이저 빔을 표적에 조사하는 동안 제2 표적에 대한 거친 추적을 실시하고 이의 정보를 통합시스템제어기(500)에 전달함으로써 하나 이상의 표적에 대한 추적 조준을 가능하게 하는 제2 거친추적기(600)를 더 포함하여 이루어질 수도 있다.

도2에는 제2 거친 추적기(600)는 표시하지 않았다. 도2에서 빔 디렉터(100)는 방위각 회전축(B)을 중심으로 360도 회전가능하며, 빔 집속기(110)인 망원경은 고저각 회전축(A)을 중심으로 일정각도를 회전가능하게 하였다. 거친 추적기(300)를 구성하는 구성품(310, 320, 330)은 빔 디렉터(100)의 빔 집속기(110)에 직접 부착될 수도 있지만, 거친 추적기(300)와 추적조사 레이저(430)의 크기와 중량과 크기가 큰 경우에는 이들이 빔 디렉터(100)의 빔 집속기(110)의 성능에 영향을 미쳐 레이저무기의 성능을 저하시킬 수 있으므로 빔 디렉터(100)의 빔 집속기(110) 외부에 보강대(160)를 부착하고, 보강대(160)에 거친 추적기(300)의 구성품(310, 320, 330)과 추적조사 레이저(430)를 조립한다. 이 경우에는 이들 부품들의 중량이 빔 집속기(110)에 영향을 미치지 않기 때문에 레이저무기의 성능을 저하시키지 않는다.

이러한 기존의 레이저무기에서도 타겟을 타격하기 위해서는 기동 간에 조준점 보정을 실시간으로 하여 실효적이고 정밀한 타격을 가능하게 하며, 조준을 위해 전체적으로 목표물 지향, 거친 추적, 정밀 추적, 레이저빔 발사 및 실시간 조준점 보정, 목표물 타격으로 이루어지는 단계를 가지게 된다.

그런데, 정밀 추적 단계와 레이저빔 발사 이후의 실시간 조준점 보정 단계에서는 기존 기술에 따르면 레이저무기 시스템 외부에서의 요인, 가령 타겟의 움직임과 외부 환경에 의한 요인과, 레이저무기 시스템 내부에서의 요인, 가령 기동 간의 진동이나 가속에 의한 레이저와 주변 시스템 사이의 상대적 변위나 레이저 광축 틀어짐이 모두 결합된 상태로 나타나게 되며 이들 모두가 하나의 고속추적미러에 의해 보정되는 방식을 취하게 된다.

고속추적미러를 조절하는 콘트롤러는 정밀추적 및 실시간 조준점 보정을 위한 모든 연산을 수행하고 이를 모두 반영하여 고속추적미러를 구동하게 되는데, 고속으로 움직이는 타겟 상의 매우 한정된 영역에 고출력 레이저빔을 일정 시간 지속적으로 도달시키기 위해서는 엄청난 고속 연산 수행 및 구동 조작이 필요하고, 그러한 고속 연산 수행 및 구동 조작이 어려울 수 있다.

또한, 정밀 추적 및 레이저 방출 시의 타겟의 이동이나 내적 요인에 의한 기동간의 레이저무기 내부의 요소들의 상대적 변위나 축 틀어짐 등은 각각의 경향성을 가질 수 있는데, 현재 추적하는 타겟을 나타내는 추적카메라의 영상이나 위치 표시에는 이들을 한꺼번에 나타내게 되므로 이것을 데이터 처리하여 각각의 경향성을 빠르게 알아내고 이를 고려하여 타겟을 조준하는 데 반영하는 것이 어려울 수 있고, 혹은 고출력 레이저와 조준용 레이저를 구분하여 처리하기 위한 번거로움이 생길 수 있고, 출력 차이로 인한 검출기에서의 상호 간섭의 영향이 생길 수도 있고, 이런 상호 간섭을 배재하기 위한 장비 및 동작을 위한 복잡성 및 그로 인한 비효율성이 생길 수 있다.

대한민국 특허출원 제10-2010-0081224호; 레이저무기용 추적조준장치 대한민국 특허출원 제10-2020-0181837호: 지향성 에너지 무기 시스템의 에너지 유통용 회전 중심축 및 이를 구비한 지향성 에너지 무기 시스템

본 발명은 레이저 무기 조준에 있어서, 기동 간에 진동 왜란 등에 의해 일시적으로 조준점을 상실하는 경우 등에서, 종래와 같이 레이저 운용을 멈추고 빔정렬장치를 활용하여 다시 레이저 조준방향과 주변 옵틱 시스템의 광축을 일치하도록 재정렬을 해야하는 번거로움을 해결할 수 있는 레이저무기 조준 시스템 및 조준 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 종래의 레이저무기 조준 시스템의 문제점을 해결, 경감하기 위한 것으로, 타겟 추적을 하면서 기동하는 레이저무기를 조준하고 고출력 레이저를 방출할 때의 레이저빔이 조준점에서 이탈하도록 하는 요인을 구분하여 구분된 요인에 따라 복수의 고속추적미러를 사용하여 구분된 요인을 반영하는 변위 동작을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 레이저무기 조준 시스템 및 조준 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 타겟의 이동을 정밀하게 추적하기 위한 제1 고속추적미러를 구동시키는 것 외에 레이저무기 자체 내에서의 기동간 요소 상호 간의 변위 혹은 축틀어짐을 반영하여 보정할 수 있는 제2 고속추적미러를 구동시켜 레이저빔의 조준점 이탈을 방지할 수 있는 레이저무기 조준 시스템 및 조준 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 레이저 송신부의 중심을 보정하도록 하는 별도의 고속추적미러를 구비하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 레이저무기 조준 시스템은 통상의 레이저무기와 같은 고출력의 레이저 발생기, 발생기에서 방출된 고출력 레이저를 능동적으로 반사시키도록 설치된 제2 FSM(fast steering mirror: 고속추적미러) 제2 FSM에서 반사된 레이저를 받아 반사 및 투과시키는 제1 스플리터, 제1 스플리터에서 반사된 레이저를 받아 집속 상태를 유지하면서 타겟으로 방출시키는 렌즈시스템, 렌즈시스템과 결합되어 렌즈시스템이 타겟을 향하도록 입체적 회전변이를 통해 지향시키기 위한 김발조립체, 렌즈시스템과 결합된 상태로 혹은 별도로 설치되며 제2 FSM과 타겟 사이에 위치하면서 김발조립체에 의한 지향동작에 더하여 정밀 추적을 위한 레이저빔 지향 동작을 하기 위한 능동적 반사를 담당하는 제1 FSM, 렌즈시스템과 같은 방향을 지향하도록 설치된 조준용 레이저, 조준용 레이저가 타겟에서 반사된 반사광 및 타겟 영상과 같은 타겟으로부터의 광신호를 (렌즈시스템을 통해) 수신하는 촬상장치(제1 광센서), 촬상장치가 수신한 광신호를 이용하여 상기 김발 조립체 및 상기 제 1 FSM을 동작시킴으로써 상기 렌즈시스템을 통한 레이저 신호가 상기 타겟을 지향하고 상기 타겟의 정해진 일 부분에 닿도록 지속적으로 추적하도록 하는 콘트롤러(제어장치), 제1 스플리터와 제2 FSM 사이에 위치하여 제2 FSM에서 오는 레이저광을 통과시켜 제1 스플리터로 보내고 한편으로 제1 스플리터에서 반사된 광신호가 반사되어 4분할 검출기와 같은 정렬용 광센서(제2 광센서)로 보내는 제2 스플리터를 구비하여 이루어진다.

본 발명에서 제2 스플리터를 기준으로 정렬용 광센서의 반대편에 설치되어 고출력 레이저 발생기에서 나와, 제2 FSM 및 제 2 스플리터에서 반사된 고출력 레이저광을 다시 제2 스플리터를 통해 정렬용 광센서로 보내는 역반사미러가 더 구비될 수 있다.

본 발명의 레이저무기 조준 시스템에서 제1 스플리터, 제2 스플리터는 반사면이 회전되어 반사방향이 전환되도록 설치될 수 있다.

본 발명에서 거친 추적에서 정밀 추적으로 모드 전환을 하면서 제1 스플리터와 제1 광센서 사이에는 상을 확대하는 기능을 가지는 정밀추적렌즈 시스템이 추가로 위치하게 될 수 있고, 정밀추적렌즈와 함께 노치필터도 더 구비될 수 있다.

본 발명에서 김발조립체를 초기 구동시켜 타겟의 방향을 탐색하기 위해서는 타겟의 방향 검색을 위한 레이더가 사용될 수 있고, 자체 좌표 및 레이더와 함께 사용하여 타겟의 좌표를 확인하기 위해 GPS 장치가 더 사용될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 레이저무기 조준 시스템에서의 조준 방법은

본 발명의 레이저무기 조준 시스템을 사용함에 있어서,

먼저, 레이더나 GPS 송수신기 등의 타겟 검출 장비를 이용하여 타겟의 위치, 방향을 감지하고 관련 정보를 레이저무기 조준 시스템의 콘트롤러에 전달하여 김발조립체가 렌즈시스템을 지향 방향이 타겟 방향이 되도록 하는 지향 단계,

조준용 레이저광을 렌즈시스템 지향 방향으로 방출하고 렌즈시스템을 통해 제1 광센서가 타겟에서의 반사광을 받아 타겟이 제1 광센서의 정위치에 놓이도록 유지하는 거친 추적 단계,

제1 광센서에 타겟에서의 반사광이 투입되기 전 위치에 정밀추적용렌즈세트를 설치하고 콘트롤러가 제1 FSM을 조작하면서 렌즈시스템을 통해 제1 광센서가 타겟에서의 반사광을 받아 타겟의 조준 부위가 제1 광센서의 정위치에 놓이도록 유지하는 정밀 추적 단계,

정밀 추적을 지속하면서 콘트롤러가 고출력 레이저 발생기를 조작하여 고출력 레이저광을 방출하고, 고출력 레이저광의 일부가 제2 스플리터를 통해(반사되어) 제2 광센서(4분할 센서)의 기준 위치(정중앙)로 투입되도록 제2 FSM을 조작하는 타겟 타격단계를 구비하여 이루어진다.

본 발명에서 통상 타격 단계 전에 제2 광센서와 제2 FSM에 대한 정렬이 이루어지는 단계가 더 구비되며, 이 단계에서는 고출력 레이저 발생기와 제2 FSM 사이에 기준미러를 설치하고, 제2 스플리터를 기준으로 제2 광센서(4분할 센서) 반대편에 역반사미러를 설치하며, 정렬용 레이저는 제1 스플리터에서 일부가 반사되어 정밀추적렌즈를 통해 제1 광센서로 들어가고, 다른 일부가 투과되어 그 가운데 일부는 제2 스플리터에서 반사되어 제2 광센서로 들어가고, 그 가운데 다른 일부는 투과하여 제2 FSM으로 향하도록 설치된 상태에서,

제1 스플리터에서 제1 광센서로 들어가는 조준용 레이저광이 정위치에 놓이도록 하고, 이 상태에서 제2 스플리터에서 반사되어 제2 광센서로 들어가는 조준용 레이저광이 제2 광센서 기준 위치에 놓이도록 제2 광센서 위치를 조절하고, 기준 미러, 제2 FSM, 제2 스플리터, 역반사미러에서 차례로 반사되어 제2 광센서로 들어가는 조준용 레이저광이 제2 광센서 기준 위치에 놓이도록 제2 FSM을 조절하는 세부 단계가 구비될 수 있다.

역반사 미러가 사용되지 않도록 제2 광센서 위치 조절 단계와 제2 FSM 조절 단계에서 제2 스플리터의 반사면을 전환하여 사용하는 방법이 사용되는 것도 가능하며, 이 경우, 레이저무기 사용 단계에서는 제2 스플리터 반사면은 고출력 레이저광이 제2 광센서를 향하도록 설치하여 타격 단계에서 고출력 레이저광이 제2 광센서로 들어가면서 기준 위치에 놓이는 것을 확인할 수 있도록 하는 것이 필요하다.

즉, 먼저 상기 제2 광센서 위치 조절 단계에서는 상기 투과광이 상기 제2 스플리터에서 반사되어 상기 제2 광센서로 들어가고, 상기 투과광 가운데 다른 일부는 투과하여 상기 제2 FSM으로 향하도록 상기 제2 스플리터의 반사면이 설치된 상태에서, 상기 제2 스플리터에서 반사되어 상기 제2 광센서로 들어가는 상기 레이저광이 상기 제2 광센서 기준 위치에 놓이도록 상기 제2 광센서 위치를 조절하고,

다음으로 상기 제2 FSM에 대한 조절 단계에서는 상기 투과광이 상기 제2 스플리터에서 반사되어 상기 제2 광센서 반대편으로 진행하고, 상기 투과광 가운데 다른 일부는 투과하여 상기 제2 FSM으로 향하도록 상기 제2 스플리터의 반사면이 설치된 상태에서, 상기 제2 스플리터에서 투과된 투과광이 상기 제2 FSM, 상기 기준 미러, 상기 제2 FSM, 상기 제2 스플리터에서 차례로 반사되어 상기 제2 광센서로 들어가 상기 제2 광센서 기준 위치에 놓이도록 제2 FSM을 조절할 수 있다.

본 발명에 따르면 레이저 무기 조준에 있어서, 기동 간에 진동 왜란 등에 의해 일시적으로 조준점을 상실하는 경우 등에서, 레이저 운용을 멈추고 빔정렬장치를 활용하여 다시 레이저 조준방향과 조준을 위한 주변 옵틱 시스템 광축을 일치하도록 재정렬을 해야하는 번거로움 없이 신속하게 정밀한 조준을 회복할 수 있고, 전체적으로 볼 때 지속적, 안정적으로 레이저무기 조준을 유지할 수 있다.

본 발명은 레이저무기 조준 시스템에서 조준에 영향을 주는 여러 가지 요인을 복수 개로 나누어 각각의 고속추적미러가 구분된 요인을 담당하고 신속하게 정확하게 조준 상의 변화에 적응하도록 할 수 있다.

가령, 본 발명에서는 타겟에 대한 일상적 조준 요소와 그 외의 레이저무기 내적 조준 요소를 구분하여 각각을 별도의 수단인 고속추적미러를 이용하여 보정함으로써 종합적으로 정확한 조준을 유지하면서 신속한 조준 요소 변화에 대한 적층이 가능하게 된다. 보다 구체적으로, 본 발명은 타겟의 이동을 정밀하게 추적하기 위한 제1 고속추적미러를 구동시키는 것 외에 레이저무기 자체 내에서의 기동간 요소 상호 간의 변위 혹은 축 틀어짐을 반영하여 보정할 수 있는 제2 고속추적미러를 구동시켜 레이저빔의 조준점 이탈을 방지할 수 있다.

도1은 종래의 레이저무기 조준 시스템의 구성 체계를 계열별로 구분하고 연관시켜 나타내는 시스템 계통도,
도2는 종래의 레이저무기 조준 시스템의 일부를 이루는 김발조립체, 망원경, 조준용 레이저 등의 구성을 나타내는 개략적 구성도,
도3은 본 발명의 레이저무기 조준 시스템의 일 실시예에 따른 구성을 개념적으로 나타내는 구성 개념도,
도4는 도3과 같은 본 발명 실시예 일부를 나타내는, 조준 시스템 정렬 개념을 설명하기 위한 구성 개념도이다.

이하 도면을 참조하면서 구체적 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다,

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저무기 조준 시스템의 일 실시예를 나타낸다.

여기서 레이저무기 조준 시스템은 고출력의 레이저 발생기(10), 레이저 발생기(10)에서 방출된 고출력 레이저를 능동적으로 반사시키도록 설치된 제2 FSM(20)제2 FSM에서 반사된 레이저광을 받아 반사 및 투과시키는 제1 스플리터(30), 제1 스플리터에서 반사된 레이저를 받아 집속 상태를 유지하면서 타겟으로 방출시키는 지향성 렌즈시스템으로서의 망원경(50), 렌즈시스템과 결합되어 렌즈시스템이 타겟을 향하도록 입체적 회전변이를 통해 지향시키기 위한 김발조립체(60), 망원경과 같은 방향을 지향하여 조준용 레이저광을 방출하도록 설치된 조준용 레이저(미도시), 조준용 레이저광이 타겟에서 반사된 반사광이나 타겟 영상과 같은 타겟으로부터의 망원경을 통해 수신된 광신호 일체를 제1 FSM(40) 및 제1 스플리터(30)를 통해 수시하는 제1 광센서로서의 촬상장치(70), 수신된 광신호를 이용하여 김발조립체(60) 및 제 1 FSM(40)을 동작시킴으로써 상기 망원경(50)을 통해 방출된 조준용 레이저광이나 고출력 레이저광이 타겟의 정해진 일 부분에 닿도록 지속적으로 추적하도록 하는 콘트롤러(15)로서의 통합제어 보드, 제1 스플리터(30)와 제2 FSM(20) 사이에 위치하여 제2 FSM(20)에서 오는 레이저광을 통과시켜 제1 스플리터(30)로 보내고 한편으로 제1 스플리터(30)에서 반사된 광신호를 통과 혹은 반사시키는 제2 스플리터(91), 제2 스플리터(91)에서 반사된 광신호를 수신하는 정렬용 광센서 혹은 제2 광센서(93)로서의 4분할 센서, 제2 스플리터(91)를 기준으로 정렬용 광센서의 반대편에 설치되어 고출력 레이저 발생기에서 나와, 제2 FSM 및 제 2 스플리터에서 반사된 고출력 레이저광을 다시 제2 스플리터를 통해 정렬용 광센서로 보내는 역반사미러(95)를 구비하여 이루어진다.

여기서 콘트롤러(15)는 김발조립체(60) 및 제1 FSM(40)을 동작시키는 역할을 할 뿐만 아니라 제2 광센서(93)인 4분할 센서와도 연결되어 그 신호를 이용하여 제2 FSM(20)을 조절하는 역할과 고출력 레이저 발생기(10)를 가동시키는 역할도 하게 된다.

김발 조립체(60)가 처음 타겟을 지향하도록 하기 위해 콘트롤러(15)는 별도의 GPS 장치(7), 레이더(9)와도 연관되어 이들 장치로부터 개략적 타겟 위치 정보를 받고 망원경(50)이 타겟 방향으로 지향되도록 김발 조립체(60)를 가동시킬 수 있다.

이상의 본 실시예의 시스템 요소들 가운데 고출력 레이저 발생기(10), 제1 스플리터(30), 제1 FSM(40), 망원경(50)과 같은 지향성 렌즈시스템, 김발 조립체(60), 제1 광센서(70)로서의 촬상장치, 조준용 레이저, 콘트롤러(15)는 선행기술을 통해 기존의 레이저무기 조준 시스템에 이미 구비된 구성요소들이라 할 수 있고, 본 실시예의 제2 FSM(20), 제2 광센서(93)로서의 4분할 센서, 제2 스플리터(91), 역반사미러(95)는 기존과 다른 구성 요소라고 할 수 있다.

이상과 같은 레이저무기 조준 시스템을 통한 작용 혹은 실제 타겟 조준을 위한 과정을 살펴보면, 먼저 대략적 타겟 위치를 알기 위해 레이더, GPS 장치(송수신기: 7) 등의 수단으로부터 얻은 정보가 콘트롤러(15)에 입수된다. 콘트롤러는 김발조립체(60)를 구동시켜 망원경(50)이 타겟을 지향하도록 한다.

그리고 조준용 레이저를 가동시켜 조준용 레이저광이 타겟을 향해 방출되도록 한다. 조준용 레이저의 설치 위치는 단일하게 정해질 필요는 없지만 적어도 조준용 레이저광이 망원경이 지향하는 방향으로 방출될 수 있도록 설치되어야 하며, 이를 위해 망원경(50)을 통해 조준용 레이저광이 방출되는 것도 가능하다.

여기서 조준용 레이저광의 타겟에서의 반사광은 망원경(50)을 통과하고, 제1 FSM(40)에서 반사되어 제1 스플리터(30)를 통과하여 제1 광센서(70)인 촬상장치에 도달한다. 촬상장치는 반사광에 의한 영상정보를 콘트롤러(15)로 보내고 콘트롤러는 촬상장치에서 얻어지는 정보를 바탕으로 보다 정확하고 감도가 높게 망원경(50)이 타겟을 지향하도록 김발조립체(60)의 구동을 위한 구동신호를 보내며, 이런 과정을 계속하면서 타겟에 대한 거친 추적을 실시한다.

거친 추적을 통해 타겟이 촬상장치인 추적카메라에 의한 영상의 중앙에 놓이도록 하고, 이 상태로 충분한 높은 감도로 타겟을 자동 추적할 수 있는 상태가 되면 이를 일종의 1차 락온(lock on) 상태로 볼 수 있다.

거친 추적이 충분하고 안정적인 상태가 되면 콘트롤러(15)는 제1 스플리터(30)와 제1 광센서(70) 사이에 정밀하게 타겟을 관찰할 수 있도록 정밀추적렌즈세트(80)를 개입시켜 정밀 추적 단계에 들어가도록 한다. 이때 정밀추적렌즈세트와 함께 필터가 설치될 수도 있다. 필터로는 촬상장치로 들어가는 불필요한 잡음성 광신호를 제거하기 위한 잡음 제거 필터, 타격 단계에서의 고출력 레이저광의 반사광에 의한 강한 광신호에 의해 고감도의 촬상장치가 손상되는 것을 방지하기 위한 보호필터 등이 사용될 수 있다.

정밀추적렌즈세트(80)는 일종의 현미경이나 확대경과 같은 기능을 하여 촬상장치가 조준용 레이저광이 타겟에 맞는 특정 부위까지 확인할 수 있는 광신호 즉 영상 혹은 정보를 제공하도록 한다.

콘트롤러(15)는 특정 부위에 조준용 레이저광이 지속적으로 도달하도록 하는 정밀 추적용 운용 프로그램을 가질 수 있으며, 이때에는 김발 조립체(60)보다 신속하게 레이저광 위치를 조절할 수 있는 제1 FSM(40)을 추가로 구동하여 특정 부위에 대한 조준이 유지 혹은 지속될 수 있도록 한다. 이때 제1 FSM은 콘트롤러에서 신호를 받아 제1 FSM을 직접적으로 동작시키기 위한 제어기 혹은 제어 메커니즘을 포함하는 개념으로 볼 수 있다.

이러한 정밀 추적이 안정화되면, 가령 타겟 조준 부위가 촬상장치 중앙 위치에 지속적으로 놓이게 되면, 2차적 락온(lock on) 상태가 될 수 있고, 이 상태로 정밀 추적을 지속하면서 고출력 레이저 발생기(10)를 조작하여 고출력 레이저광을 방출시켜 타겟에 도달하도록 하는 타격 단계가 이루어진다. 그리고, 이 레이저광 방출이 이루어지는 동안 레이저무기 기동에 따른 진동, 내적인 광축 변동을 보정하기 위해 제2 FSM(제2고속추적미러: 20)를 가동하게 된다.

제2고속추적미러의 가동은 4분할 센서에서 콘트롤러(15)로 들어오는 정보에 따라 콘트롤러(15)를 통해 이루어진다. 고출력 레이저광은 제2고속추적미러(제2 FSM)에서 능동 반사되어 제2 스플리터(91)에 닿아 일부는 역반사미러(95)에서 반사되어 다시 제2 스플리터(91)를 투과하여 제 광센서(93)인 4분할 센서로 입력되고, 다른 일부는 제2 스플리터(91)에서 투과되어 제1 스플리터(30), 제1 FSM(40)을 향하고, 망원경(50)을 거쳐 타겟을 향해 방출된다.

4분할 센서는 역반사미러(95)에서 반사되어 투입되는 고출력 레이저광의 일부가 센서 중앙 혹은 정해진 정상 위치에 있지 않으면 이와 관련된 정보를 콘트롤러(15)로 보내고 콘트롤러는 제2 FSM(20)을 동작시켜 고출력 레이저광이 정밀 추적 단계에서 정렬된 광축 방향, 광경로를 따라 타겟으로 방출되어 정확한 타겟 부위에 도달하도록 한다.

한편, 레이저무기의 타격 단계에서 4분할 센서를 통해 레이저 광축 틀어짐 등의 문제를 파악하고 제2 FSM을 통해 콘트롤러가 고출력 레이저광이 정확한 방향을 향하도록 하기 위해, 먼저 4분할 센서의 중앙위치로 고출력 레이저광 일부가 투입되면 타겟의 정확한 위치로 고출력 레이저광의 잔여부가 도달하는 것이 확보되도록 정렬이 이루어져야 한다.

도4는 조준 레이저광이 향하는 타겟 방향으로 고출력 레이저광이 향하도록 하는 사전 정렬 과정을 설명하기 위한 구성 개념도이다.

먼저 제1 스플리터(30)에 대한 회전이동으로 위치를 바꾼 조준용 레이저(75)에서 방출된 레이저광이 제1 스플리터(30)에 도달하여 일부는 투과되어 제2 스플리터(91)를 통해 제2 FSM(20)에 닿고, 반사되어 고출력 레이저 발생기(10)에서 방출되는 레이저광의 광축과 수직한 평면을 이루는 기준 미러(11)에 도달하여 반사되도록 한다. 제1 스플리터(30)에 도달한 나머지 일부는 반사되어 정밀추적센서 세트(80)를 통과하여 제1 광센서(70)인 촬상장치에 닿도록 한다. 이를 위해 도3과 같은 시스템 구성에서의 제1 스플리터(30)는 그 반사면을 회전시켜 사용하도록 구성될 수 있다. 혹은 앞서 언급한 대로 조준용 레이저(75)가 향하는 방향이 고정된 제1 스플리터(30) 반사면에 대해 상대적으로 회전하여 변경될 수 있도록 시스템이 구성될 수 있다.

조준용 레이저광 일부가 제1 광센서(70) 정위치, 가령 CCD형 촬상장치의 중앙 위치에 닿는 것을 통해 제1 스플리터(30)와 조준용 레이저광의 정렬 상태를 확인할 수 있다.

한편, 제2 스플리터(91)에서 1차로 반사된 일부 레이저광은 투입된 레이저광이 제2 광센서(93)인 4분할 센서의 기준 위치 혹은 정중앙에 놓이지 않으면 4분할 센서를 평행이동시켜 기준 위치에 놓이도록 한다. 이로써 4분할 센서의 위치 정렬이 이루어진다.

한편, 기준 미러(11)에서 반사된 조준용 레이저광은 따라서 고출력 레이저광이 향하는 방향과 같은 방향을 향하게 된다. 기준 미러(11)에서 반사된 레이저광은 제2 FSM(20)에서 반사되어 제2 스플리터(91)에 도달하고 제2 스플리터에서 일부는 반사되어 역반사미러(95)로 향하고 일부는 투과하여 제1 스플리터(30)로 향한다. 역반사미러에서는 레이저광이 반사되어 제2 스플리터(91)을 투과하여 제2 광센서(93) 혹은 4분할 센서로 투입된다.

만약 역반사미러(95)에서 반사된 레이저광이 4분할 센서의 기준 위치 가령 정중앙 위치에 놓이지 않으면 제2 FSM(20)을 조작하여 기준 위치에 놓이도록 한다. 이를 통해 제2 FSM의 기준 상태 설정 혹은 정렬이 이루어진다.

그리고, 이상의 과정 전반을 통해 제1 광센서와 제2 광센서 사이의 연관 및 정렬이 이루어진다고 볼 수 있다. 즉, 정렬 단계에서 조준용 레이저광이 제1 광센서 정위치에 놓이면 4분할 센서의 기준 위치에 놓이도록 제2 광센서, 제2 FSM 등의 정렬을 함으로써, 레이저 무기 타격 단계에서는 고출력 레이저광이 4분할 센서의 기준 위치에 놓이면 정밀 추적이 이루어지는 상태에서 고출력 레이저광은 조준용 레이저광이 도달하는 타겟 부위에 도달하게 된다.

한편, 이상 설명에서 종래 구성과 공통점을 가지는 구성에 해당되는 렌즈 시스템으로서의 망원경, 김발 조립체, 제1 FSM의 각각의 세부 구성, 상호 위치 및 관계는 기존에 알려진 선행기술들에서 보여지는, 그 기능에 본질적인 차이를 가져오지 않으면서 다양한 변형된 구성으로 대체될 수 있음은 당연하다. 가령, 여기서는 렌즈 시스템이 망원경으로 단일한 구성을 이루고, 제1 FSM은 망원경과 별도로, 레이저광 진행 경로상 앞선 위치에 설치되는 것으로 설명하지만 다른 실시예에서는 제1 FSM은 렌즈 시스템의 요소들 사이에서 렌즈 시스템과 일체적으로 결합된 형태를 이룰 수 있고, 혹은 별도로 망원경 다음단에 설치될 수도 있다.

또한, 여기서는 정렬용으로 기준 미러를 사용하고, 제2 스플리터의 반사면 방향을 정하고, 역반사미러를 사용하고 있지만, 기준 미러는 레이저무기의 정상적인 운용단계에서는 대개 제거된 상태로 사용하게 될 것이며, 제2 스플리터의 반사면 방향을 가변으로 하여 별도의 역반사 미러가 없이도 제2 스플리터 반사면 방향을 변환하면서 4분할 센서 및 제2 FSM을 정렬하고, 고출력 레어저광 방출시에도 역반사 미러 없이 사용하는 것도 가능하다.

이상에서는 한정된 실시예를 통해 본 발명을 설명하고 있으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것일 뿐 본원 발명은 이들 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 따라서, 당해 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명을 토대로 다양한 변경이나 응용예를 실시할 수 있을 것이며 이러한 변형례나 응용예는 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10: 고출력 레이저 발생기 15: 콘트롤러(제어장치)
20: 제2 FSM 30: 제1 스플리터
40: 제1 FSM 50: 망원경(지향성 렌즈시스템)
60: 김발조립체 70: 제1 광센서(촬상장치)
75: 조준용 레이저 80: 정밀추적렌즈 세트
91: 제2 스플리터 93: 제2 광센서(4분할 센서)
95: 역반사미러

Claims (9)

1. 고출력 레이저 발생기,
   상기 고출력 레이저 발생기에서 방출된 고출력 레이저광을 능동적으로 반사시키도록 설치된 제2 FSM,
   상기 제2 FSM에서 반사된 고출력 레이저광를 받아 반사 및 투과시키는 제1 스플리터,
   상기 제1 스플리터에서 반사된 고출력 레이저광을 받아 집속 상태를 유지하면서 타겟으로 방출시키는 지향성 렌즈시스템,
   상기 지향성 렌즈시스템과 결합되어 상기 지향성 렌즈시스템이 타겟을 향하도록 입체적 회전변이를 통해 지향시키기 위한 김발조립체,
   상기 지향성 렌즈시스템과 결합된 상태로 혹은 별도로 설치되며 상기 제2 FSM과 타겟 사이에 위치하면서 상기 김발조립체에 의한 지향동작에 더하여 정밀 추적을 위한 레이저빔 지향 동작을 하기 위한 능동적 반사를 담당하는 제1 FSM,
   상기 지향성 렌즈시스템과 같은 방향을 지향하도록 설치된 조준용 레이저,
   상기 타겟으로부터의 광신호를 수신하는 제1 광센서,
   상기 제1 광센서가 수신한 광신호를 이용하여 상기 김발 조립체 및 상기 제 1 FSM을 동작시킴으로써 상기 지향성 렌즈시스템을 통한 레이저광이 상기 타겟을 지향하고 상기 타겟의 정해진 일 부분에 도달하도록 지속적으로 추적하도록 하는 콘트롤러,
   상기 제1 스플리터와 상기 제2 FSM 사이에 위치하여 제2 FSM에서 오는 고출력 레이저광을 통과시켜 제1 스플리터로 보내고 한편으로 고출력 레이저광 일부를 반사시키거나 통과시켜 제2 광센서로 보내는 제2 스플리터,
   제2 스플리터쪽에서 투입된 고출력 레이저광을 받으며, 고출력 레이저광의 투입 위치에 관한 정보를 상기 콘트롤러로 전달하여 고출력 레이저광위 기준 위치에 도달하도록 상기 콘트롤러가 상기 제2 FSM을 동작시키도록 이루어진 제2 광센서를 구비하며,
   상기 제1 스플리터와 상기 제2 스플리터 가운데 적어도 하나는 반사면이 회전되어 반사방향이 전환되도록 이루어진 레이저무기 조준 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 스플리터를 기준으로 상기 제2 광센서의 반대편에 설치되어 고출력 레이저 발생기에서 나와, 상기 제2 FSM 및 상기 제 2 스플리터에서 반사된 고출력 레이저광을 반사시켜 상기 제2 광센서로 보내는 역반사미러가 더 구비되는 레이저무기 조준 시스템.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 스플리터와 제1 광센서 사이에 상을 확대하는 기능을 가지는 정밀추적렌즈세트가 삽입위치와 제거위치 사이의 전환이 가능하게 구비되는 레이저무기 조준 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 스플리터와 제1 광센서 사이에 필터가 삽입위치와 제거위치 사이의 전환이 가능하게 구비되는 레이저무기 조준 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 콘트롤러는 상기 김발조립체를 초기 구동시켜 타겟의 방향을 탐색하기 위해서 상기 콘트롤러가 초기 타겟 위치 검색용 레이더 및 GPS 장치와 연결되어 정보를 받도록 이루어진 레이저무기 조준 시스템.
7. 삭제
8. 제 1 항의 레이저무기 조준 시스템에서의 조준 방법으로서,
   초기 타겟 위치 검출 장비를 이용하여 타겟의 위치나 방향을 감지하고 방향 관련 정보를 상기 콘트롤러에 전달하여 상기 김발조립체가 상기 지향성 렌즈시스템의 지향 방향이 타겟 방향이 되도록 하는 지향 단계,
   상기 조준용 레이저의 레이저광을 상기 지향성 렌즈시스템 지향 방향으로 방출하고 상기 지향성 렌즈시스템을 통해 상기 제1 광센서가 타겟에서의 반사광을 받아 타겟이 상기 제1 광센서의 정위치에 놓이도록 유지하는 거친 추적 단계,
   상기 제1 광센서에 타겟에서의 반사광이 투입되기 전의 위치에 정밀추적용렌즈세트를 설치하고 상기 콘트롤러가 상기 제1 FSM을 조작하면서 상기 지향성 렌즈시스템을 통해 상기 제1 광센서가 타겟에서의 반사광을 받아 타겟 내의 조준 부위가 상기 제1 광센서의 정위치에 놓이도록 유지하는 정밀 추적 단계,
   상기 정밀 추적 단계를 지속하면서 상기 콘트롤러가 상기 고출력 레이저 발생기를 조작하여 고출력 레이저광을 방출하고, 상기 고출력 레이저광의 일부가 상기 제2 스플리터를 거쳐 상기 제2 광센서의 기준 위치로 투입되도록 상기 제2 FSM을 조작하는 타겟 타격단계를 구비하며,
   상기 타격단계 전에 상기 제2 광센서와 상기 제2 FSM에 대한 정렬이 이루어지는 정렬단계가 더 구비되며, 상기 정렬단계는
   상기 고출력 레이저 발생기와 상기 제2 FSM 사이에 기준미러를 설치하고, 상기 제2 스플리터를 기준으로 상기 제2 광센서 반대편에 역반사미러를 설치하며, 상기 조준용 레이저(정렬용 레이저광)의 레이저광은 상기 제1 스플리터에서 일부가 반사되어 정밀추적렌즈세트를 통해 상기 제1 광센서로 들어가고, 상기 레이저광의 다른 일부가 투과되어 투과광을 이루고 상기 투과광 가운데 일부는 상기 제2 스플리터에서 반사되어 상기 제2 광센서로 들어가고, 상기 투과광 가운데 다른 일부는 투과하여 상기 제2 FSM으로 향하도록 설치된 상태에서,
   상기 제1 스플리터에서 상기 제1 광센서로 들어가는 상기 레이저광이 정위치에 놓이도록 하고,
   상기 제2 스플리터에서 반사되어 상기 제2 광센서로 들어가는 상기 레이저광이 상기 제2 광센서 기준 위치에 놓이도록 상기 제2 광센서 위치를 조절하고,
   상기 기준 미러, 상기 제2 FSM, 상기 제2 스플리터, 상기 역반사미러에서 차례로 반사되어 상기 제2 광센서로 들어가는 상기 레이저광이 상기 제2 광센서 기준 위치에 놓이도록 제2 FSM을 조절하는 세부 단계를 구비하여 이루어지는 조준 방법.
9. 제 1 항의 레이저무기 조준 시스템에서의 조준 방법으로서,
   초기 타겟 위치 검출 장비를 이용하여 타겟의 위치나 방향을 감지하고 방향 관련 정보를 상기 콘트롤러에 전달하여 상기 김발조립체가 상기 지향성 렌즈시스템의 지향 방향이 타겟 방향이 되도록 하는 지향 단계,
   상기 조준용 레이저의 레이저광을 상기 지향성 렌즈시스템 지향 방향으로 방출하고 상기 지향성 렌즈시스템을 통해 상기 제1 광센서가 타겟에서의 반사광을 받아 타겟이 상기 제1 광센서의 정위치에 놓이도록 유지하는 거친 추적 단계,
   상기 제1 광센서에 타겟에서의 반사광이 투입되기 전의 위치에 정밀추적용렌즈세트를 설치하고 상기 콘트롤러가 상기 제1 FSM을 조작하면서 상기 지향성 렌즈시스템을 통해 상기 제1 광센서가 타겟에서의 반사광을 받아 타겟 내의 조준 부위가 상기 제1 광센서의 정위치에 놓이도록 유지하는 정밀 추적 단계,
   상기 정밀 추적 단계를 지속하면서 상기 콘트롤러가 상기 고출력 레이저 발생기를 조작하여 고출력 레이저광을 방출하고, 상기 고출력 레이저광의 일부가 상기 제2 스플리터를 거쳐 상기 제2 광센서의 기준 위치로 투입되도록 상기 제2 FSM을 조작하는 타겟 타격단계를 구비하며,
   상기 타격단계 전에 상기 제2 광센서와 상기 제2 FSM에 대한 정렬이 이루어지는 정렬단계가 더 구비되며, 상기 정렬단계에서는
   상기 고출력 레이저 발생기와 상기 제2 FSM 사이에 기준미러를 설치하고, 상기 조준용 레이저(정렬용 레이저광)의 레이저광은 상기 제1 스플리터에서 일부가 반사되어 정밀추적렌즈세트를 통해 상기 제1 광센서로 들어가고, 상기 레이저광의 다른 일부가 투과되어 투과광이 되고,
   먼저 상기 제2 광센서 위치 조절 단계에서는 상기 투과광이 상기 제2 스플리터에서 반사되어 상기 제2 광센서로 들어가고, 상기 투과광 가운데 다른 일부는 투과하여 상기 제2 FSM으로 향하도록 상기 제2 스플리터의 반사면이 설치된 상태에서, 상기 제2 스플리터에서 반사되어 상기 제2 광센서로 들어가는 상기 레이저광이 상기 제2 광센서 기준 위치에 놓이도록 상기 제2 광센서 위치를 조절하고,
   다음으로 상기 제2 FSM에 대한 조절 단계에서는 상기 투과광이 상기 제2 스플리터에서 반사되어 상기 제2 광센서 반대편으로 진행하고, 상기 투과광 가운데 다른 일부는 투과하여 상기 제2 FSM으로 향하도록 상기 제2 스플리터의 반사면이 설치된 상태에서, 상기 제2 스플리터에서 투과된 투과광이 상기 제2 FSM, 상기 기준 미러, 상기 제2 FSM, 상기 제2 스플리터에서 차례로 반사되어 상기 제2 광센서로 들어가 상기 제2 광센서 기준 위치에 놓이도록 제2 FSM을 조절하는 세부 단계를 구비하여 이루어지는 조준 방법.

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