KR20060071219A

KR20060071219A - 냉각 검출기를 사용하는 적외선 광학계의 광 차단기

Info

Publication number: KR20060071219A
Application number: KR1020040109591A
Authority: KR
Inventors: 김서현
Original assignee: 삼성탈레스 주식회사
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2006-06-26

Abstract

본 발명은 냉각 검출기를 사용하는 적외선 광학계에 있어서, 상기 적외선 광학계는 적어도 하나 이상의 렌즈 배열로 구성된 렌즈계; 상기 광학계를 통해 입사되는 적외선을 검출하는 검출소자를 포함하는 적외선 검출기; 및 상기 렌즈계와 적외선 검출기 사이에 개재되는 광 차단기를 구비하고, 상기 광 차단기는 상기 적외선 검출기 자체로부터 복사된 적외선을 상기 적외선 검출기의 내벽으로 반사시키는 냉각 검출기를 사용하는 적외선 광학계의 광 차단기를 개시한다. 상기와 같이 구성된 냉각 검출기를 이용한 적외선 광학계는 광 차단기의 반사면을 이용하여 적외선 검출기 자체로부터 복사된 적외선의 반사 경로를 조절함으로써, 촬영되는 영상의 품질을 향상시키게 되었다. 더욱이, 상기 광 차단기의 설계치, 예를 들어 영상 신호가 통과하는 개구의 직경 등을 변경함으로써 F 수 수정이 가능하기 때문에 적외선 광학계 제작에 소요되는 비용과 시간을 절감하게 된다.

적외선, 검출, 복사, 광 차단기, 반사

Description

냉각 검출기를 사용하는 적외선 광학계의 광 차단기 {WARM STOP FOR INFRARED SYSTEM USING COOLED DETECTOR}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 냉각 검출기를 사용하는 적외선 광학계를 나타내는 구성도,

도 2는 도 1에 도시된 적외선 검출기로부터 복사된 적외선이 광 차단기에 의해 반사되어지는 경로를 설명하기 위한 도면.

<도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명>

100 : 적외선 광학계 101 : 적외선 검출기

113 : 듀어 윈도우(dewar window) 115 : 콜드 쉴드(cold shield)

102 : 렌즈계 103 : 광 차단기

133 : 반사면

본 발명은 적외선 광학계에 관한 것으로서, 특히 광 차단기를 이용하여 검출 기 자체로부터 복사된 적외선이 검출소자에 영향을 미치는 것을 방지함으로써 검출되는 영상의 품질을 향상시킬 수 있는 냉각 검출기를 사용하는 적외선 광학계에 관한 것이다.

일반적으로, 모든 물체는 절대온도 0도(섭씨 -273.16도) 이상에서 복사 에너지를 방출한다. 적외선 광학계는 소정의 물체로부터 방출되는 복사 에너지에 의해 물체의 영상신호를 구성한 다음, 영상신호로부터 물체의 형상을 모니터할 수 있도록 구성된 시스템을 말한다. 적외선 광학계는 물체의 온도와 주변 온도의 차이를 검출하는 시스템이므로 야간에도 관측이 가능하여, 군용으로는 야간 감시용 및 야간 작전용으로 쓰이고 있으며, 민간용 및 산업용으로는 야간 감시, 작동중인 전자 시스템의 비파괴 검사 혹은 의료 진단 등 다양한 용도로 쓰이고 있다. 즉, 건물의 열 손실 탐지, 탱크 내부의 저장량 측정, 송전 선로의 결함 확인, 침입자 탐지 등에 많이 이용되고 있으며, 최근에는 인쇄회로 기판의 검사와 분석, 위성에 의한 기상 관측, 소방관들의 화재 진압 및 인명 구조, 신경외과 진단용 의료기 등에도 적용되고 있고 점차 그 응용범위가 확대되어 가고 있다.

한편, 적외선 광학계는 물체의 복사 에너지를 이용하여 물체의 영상을 검출하는 장비이므로, 이러한 복사 에너지를 검출하기 위한 검출소자를 구비한다. 적외선 광학계의 검출소자는 픽셀단위로 온도를 검출하는 다수의 픽셀 검출기들로 구성되며, 각각의 픽셀 검출기로부터 검출된 정보를 통해 적외선 영상이 재구성되는 것이다.

이러한 적외선 광학계의 검출소자는 절대온도 0도 이상의 물체에서 방출되는 적외선, 즉 복사 에너지를 검출하기 때문에 촬영 대상 이외에도 검출소자 주위의 물체로부터 복사되는 적외선이 촬영되는 영상에 반영되어 촬영된 영상을 식별하기 어렵게 된다. 따라서, 통상적인 적외선 광학계는 콜드 쉴드(cold shield) 등을 이용하여 주위의 물체로부터 복사되는 적외선을 차단하게 된다.

그러나, 검출소자를 포함하는 적외선 검출기 자체로부터 복사되는 적외선은 여전히 적외선 영상에 반영되어 촬영된 영상의 품질을 저하시키고 있으며, 더욱이, 검출기 자체의 복사 적외선이 검출소자에 균일하게 반영되지 않는 경우 더욱 심각한 영상 품질의 저하를 초래하고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 적외선 검출기 자체로부터 복사된 적외선이 검출소자를 통해 촬영되는 영상에 반영되는 것을 방지할 수 있는 냉각 검출기를 사용하는 적외선 광학계의 광 차단기를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 냉각 검출기를 사용하는 적외선 광학계에 있어서,

상기 적외선 광학계는 적어도 하나 이상의 렌즈 배열로 구성된 렌즈계; 상기 광학계를 통해 입사되는 적외선을 검출하는 검출소자를 포함하는 적외선 검출기; 및 상기 렌즈계와 적외선 검출기 사이에 개재되는 광 차단기를 구비하고,

상기 광 차단기는 상기 적외선 검출기 자체로부터 복사된 적외선을 상기 적외선 검출기의 내벽으로 반사시키는 냉각 검출기를 사용하는 적외선 광학계의 광 차단기를 개시한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 냉각 검출기를 사용하는 적외선 광학계(100)를 나타내는 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 냉각 검출기를 사용하는 적외선 광학계(100)는 검출소자(111)를 포함하는 적외선 검출기(101), 적어도 하나 이상, 바람직하게는 다수의 렌즈들로 구성된 렌즈계(102) 및 광 차단기(103)를 구비한다.

상기 적외선 검출기(101)는 하우징(119) 내에 상기 검출소자(111)와 콜드 쉴드(cold shield)(115)를 포함하고, 상기 하우징(119) 상에 형성되어 상기 렌즈계(102) 및 광 차단기(103)를 지난 적외선이 입사되는 듀어 윈도우(dewar window)(113)를 구비한다.

상기 검출소자(111)는 적외선 감지를 위해서 77°K 정도의 극저온으로 냉각됨이 바람직하다.

상기 콜드 쉴드(115)는 상기 적외선 검출기(101) 주변의 물체들로부터 복사되는 적외선을 차단함으로써 상기 검출소자(111)에 영향을 미치는 것을 방지하게 된다.

상기 광 차단기(103)는 상기 렌즈계(102)와 상기 적외선 검출기(101) 사이에 개재되어, 상기 렌즈계(102)를 지난 적외선 신호를 통과시키는 개구(131)를 구비하고, 상기 적외선 검출기(101)와 대면하는 면에는 반사면(133)이 형성되어 있다. 도 2를 참조하면, 상기 반사면(133)의 곡률은 상기 검출소자(111) 등 상기 적외선 검출기(101)로부터 복사된 적외선 신호를 상기 적외선 검출기(101)의 내벽, 구체적으로 상기 하우징(119)의 내벽으로 반사시키도록 설정된다. 즉, 상기 적외선 검출기(101)로부터 복사된 적외선은 상기 반사면(133)에 의해 반사되어 상기 적외선 검출기(101)의 내벽으로 진행한다. 결과적으로, 상기 반사면(133)이 갖는 곡률에 의해 상기 적외선 검출기(101) 자체로부터 복사된 적외선은 상기 검출소자(111)로 입사되지 않는 것이다.

따라서, 상기 적외선 광학계(100)는 촬영 대상 이외에 상기 적외선 검출기(101) 주변 물체들의 복사 적외선은 상기 콜드 쉴드(115)에 의해 차단하고, 상기 적외선 검출기(101) 자체의 복사 적외선이 상기 검출소자(115)로 입사되지 않도록 반사경로를 변경해 줌으로써 촬영된 영상의 품질을 향상시키게 되는 것이다.

한편, 상기 광 차단기(103)는 상기 적외선 광학계(100)의 구경스톱(aperture stop)의 역할을 수행하게 된다. 즉, 상기 광 차단기(103)를 포함한 상기 렌즈계(102)의 초점 거리와 유효 직경의 비(이하 'F 수; F number'라 칭함)는 상기 콜드 쉴드(115)의 F 수보다 더 작게 형성되는 것이다. 따라서, 상기 광 차단기(103)에 의해 F 수가 조정되어 상기 적외선 광학계(100)는 촬영 대상 이외 그 주변의 영상 은 상기 적외선 검출기(101)로 입사되지 않는다.

결과적으로, 상기 광 차단기(103)는 상기 적외선 광학계(100)의 자체 복사 적외선이 상기 검출소자(111)로 입사되는 것을 방지함과 동시에 촬영 대상 이외의 불필요한 영상신호가 상기 적외선 검출기(101)로 입사되는 것을 차단하게 되는 것이다.

이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각 검출기를 이용한 적외선 광학계는 광 차단기에 반사면을 형성하고, 반사면의 곡률을 이용하여 적외선 검출기 자체로부터 복사된 적외선의 반사 경로를 조절함으로써, 적외선 검출기 자체로부터 복사된 적외선이 검출소자로 입사되는 것을 차단하여 촬영되는 영상의 품질을 향상시키게 되었다. 더욱이, 종래에 기 제작된 렌즈들과 콜드 쉴드의 구성만으로 적외선 광학계를 구성하는 경우, 촬영 대상 이외의 불필요한 영상신호가 적외선 광학계로 입사되는 것을 방지할 수 있는 수단은 지극히 미미한 실정이며, 이를 위해 기 제작된 렌즈들과 콜드 쉴드의 구성으로 적절한 F 수를 확보하기 위해 렌즈들의 조합, 콜드 쉴드 등의 수정 등에 상당한 비용과 시간이 소요되었다. 그러나, 본 발명에 따른 냉각 검출기는 광 차단기의 설계치, 예를 들어 영상 신호가 통과하는 개구의 직경 등을 변경함으로써 F 수 수정이 가능하기 때문에 이러한 소요 비용과 시간을 절감하게 된다. 즉, 적외선 검출기의 F 수가 설정된 상태에서, 광차단기 개구의 직경을 조절함으로써 운용자의 요구에 맞는 F 수를 조정하는 것이 가능한 것이다.

Claims

냉각 검출기를 사용하는 적외선 광학계에 있어서,

상기 적외선 광학계는, 적어도 하나 이상의 렌즈 배열로 구성된 렌즈계; 상기 렌즈계를 통해 입사되는 적외선을 검출하는 검출소자를 포함하는 적외선 검출기; 및 상기 렌즈계와 적외선 검출기 사이에 개재되는 광 차단기를 구비하고,

상기 광 차단기는 상기 검출소자와 대면하는 소정 곡률을 갖는 반사면을 구비함으로써, 상기 적외선 검출기 자체로부터 복사된 적외선을 상기 적외선 검출기의 내벽으로 반사시킴을 특징으로 하는 냉각 검출기를 사용하는 적외선 광학계의 광 차단기.
제1 항에 있어서, 상기 광 차단기를 포함한 상기 렌즈계의 초점거리와 유효직경 비(F 수; F number)는 상기 콜드 쉴드의 초점거리와 유효직경 비보다 더 작게 제공되어, 상기 광 차단기는 구경스톱(aperture stop) 역할을 수행함을 특징으로 하는 냉각 검출기를 사용하는 적외선 광학계의 광 차단기.