KR20150093719A - 플랫폼에 장착된 카메라를 위한 보호 하우징 - Google Patents

Abstract

플랫폼 상에 장착된 카메라 시스템을 위한 보호 하우징(1)이 설명된다. 하우징은 돔 형상으로 형성되고, 민감한 광학 시스템을 덮는다. 하우징(1)은 탐색 시스템(4)의 외부 하우징 상에 장착되거나 외부 하우징의 일부분을 형성한다. 하우징(1)은 광학적으로 투명하면서 또한 도전성이다. 이러한 방식으로, 하우징(1)은 하우징을 통한 복수 파장의 방사선의 투과를 허용하면서, 또한 플랫폼의 레이더 단면을 감소시키도록 작동하고, 탐색 시스템의 민감한 광학 시스템 내로의 전자기 rf 펄스의 투과를 방지한다.

Description

플랫폼에 장착된 카메라를 위한 보호 하우징{PROTECTIVE HOUSING FOR A PLATFORM MOUNTED CAMERA}

본 발명은 보호 하우징에 관한 것이다. 더 구체적으로, 그러나 비배타적으로, 본 발명은 플랫폼에 장착된 카메라를 위한 광학적으로 투명한 보호 하우징에 관한 것이다.

차량, 항공기, 및 미사일과 같은 현대 플랫폼 상에서, 그리고 방사선 모니터링과 같은 기타 분야에서, IR 카메라와 같은 민감한 모니터링 장비가 종종 활용된다. 그러한 장비는 가혹한 외부 환경으로부터 보호되어야 하며, 이것은 종종 그러한 카메라로부터의 "시야(view)"를 가로막지 않는 광학적으로 투명한 구조물을 사용하여 달성된다. 이러한 하우징은 종종 돔형이고, IR 또는 가시광선과 같은 관심 파장에 대해 투명한 재료로 제조된다. 이러한 돔형 하우징은 또한 핸드헬드 카메라 장비의 외부 애퍼처(aperture)를 형성한다.

동일한 외부 애퍼처를 이용하여, 멀티스펙트럼용, 예컨대 중파(MW) IR 및 장파(LW) IR 이미징, 또는 가시광선(~400 nm)부터 LWIR(~12-14 ㎛)까지의 모든 대역용으로 만들어진 카메라에서, 모든 관심 대역에서 높은 투과성을 가진 하우징과 같은 광학 요소가 반드시 사용되어야 한다.

이러한 하우징은 전기적으로 전도성을 가지는 것이 유리하다. 따라서, 연속적인 '시트(sheet)' 또는 어떤 형태의 '그리드(grid)' 구조를 가진 도전층을 이러한 하우징에 제공하는 것이 알려져 있다. 어떤 하우징이 그 자체로 전도성을 가질수 있지만, 이 층은 이상적으로는 하우징 상의 컨포멀 코팅(conformal coating)이다. 도전성 하우징이 필요한 2가지 이유가 있다. 첫 번째는 역탐지 또는 단순히 환경에 순수하게 존재하는 전자기(EM) 방사선이 광학기기의 애퍼처를 통해 카메라 바디로 들어가 전자를 교란하는 것을 방지하는 것이다. 두 번째로, 플랫폼, 차량 또는 미사일의 레이다 단면(radar cross-section)이 감소됨으로써, 탐지 및 역탐지에 대한 민감성을 감소시키는 것이다.

지금까지 멀티스펙트럼 광학 시스템에 사용된 많은 재료, 예컨대 황화 아연은 전도성이 없다. 또한, 그러한 재료는 종종 환경 또는 비에 있는 입자에 의해 발생된 부식에 대해 강하지 않다. 이것은 특히 초음파 작업에 대해 사실이다. '경질(hard)' 코팅이 시간에 따른 표면의 손상과 그로 인한 심각한 성능의 영향을 방지하기 위하여 종종 요구된다.

보호 하우징에 적용하기 위한 투명한 전도성 층은 일반적으로 금속 입자 또는 금속 산화물의 현탁액으로 형성된다. 이것은 IR에서 높은 광학적 손실을 가질 것으로 예상되고, 낮은 내부식성을 가질 수 있다. 다른 예시는 미국특허 6,180,030; 미국특허 2003/0201164; 미국특허 3,698,946에 설명된 것을 포함한다. 그러나, 이것은 가시광선 스펙트럼에서만 투명한 보호 돔에 한정된다.

추가적은 접근, 예컨대 반도체의 사용이 활용되어 왔다. 그러한 시스템의 예시는 미국특허 5,824,418, 및 미국특허 5,724,180에 개시되어 있다. 그러한 시스템은 8-14 ㎛ 작업에 종종 사용되는 게르마늄 및 2-5 ㎛ 작용에 종종 사용되는 Si를 이용한다. 그러나, 이러한 반도체는 복잡한 구조물 또는 곡면상의 층으로서 쉽게 형성될 수 없다.

단일 IR 파장 대역 돔은 전체가 도전성 재료로 만들어질 수 있고, 예컨대 게르마늄이 장파(LW) IR 돔을 위해 사용될 수 있다. 만약 게르마늄(Ge)이 전도를 허용하는 도핑(doping)을 포함하면, 이것은 전자기파에 대한 장벽(barrier)를 형성한다. Ge와 같은 단일 대역 돔을 위한 강건한 코팅은 학회지 SPIE 2286, Window and Dome Technologies and Materials IV, 376(1994년 9월 28일)에 설명된 논문에 포함되어 있다.

전술한 시스템 중 어느 것도 관심 있는 복수의 파장 대역에 걸쳐 낮은 광학적 손실을 가지고 낮은 저항 및 우수한 내부식성을 가지도록 용이하게 제조될 수 있는 층을 포함하는 보호 하우징을 제공하지 않는다.

장파 또는 멀티스펙트럼 재료는 충분한 내구성을 가지지 않고, 우수한 IR 투과성 재료는 이러한 적용예에 대한 무선 주파수에서 큰 반사도를 가진다는 사실이 공공연히 알려져 있다. 또한, 적절한 전기 전도성과 함께 적절한 적외선 투과성을 가진 공지된 재료가 존재하지 않는다는 사실도 알려져 있다.

본 발명은 그러한 해결책을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 플랫폼에 장착된 카메라를 위한 보호 하우징이 제공되고, 하우징은 그래핀 층을 포함하고, 그래핀은 도전성이지만 하우징을 통해 방사선이 투과하도록 작동한다.

본 발명은 이하 다음의 개략적 도면을 참조하여 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 한 가지 형태의 개략적 단면도로서, 카메라용 돔 형상 보호 하우징을 도시하고 있고, 돔은 차량, 미사일, 또는 기타 플랫폼의 외부 표면상에 장착가능하다.
도 2는 도 1의 하우징의 확대도로서, 본 발명의 한 가지 형태의 층이 돔의 외부 표면상에 있는 것을 도시하고 있다.
도 3은 돔 형상 하우징 상의 그래핀 코팅을 가진 시스템에서 광학적 손실을 나타내는 그래프로서, 이 손실은 오직 그래핀 코팅으로 인한 것으로 도시되어 있다.

도 1은 IR 카메라 시스템(미도시)과 같은 민감한 장비를 보호하는데 사용되는 전형적인 돔 형상 보호 하우징(1)을 도시하고 있다. 돔(1)은 IR 카메라 시스템(미도시)의 외부 애퍼처를 형성할 수 있다.

도 2에 도시된 본 발명의 제1 실시예에서, 돔(1)은 황화 아연으로 형성된 기판(2)을 포함하고, 기판은 거기에 증착된 그래핀 층(3)을 가진다. 그래핀 층(3)은 돔(1)을 형성하는 기판(2)의 외부 표면상에 증착된 그래핀의 1 원자 두께의 층 형태일 수 있다. 그러나, 이 층(3)은, 그래핀이 외부 환경으로부터 보호되도록 돔 형상 하우징의 내부 표면상에 형성될 수도 있다.

이 층(3)은 각각의 개별 층이 단일 원자 두께인 그래핀의 복수 컨포멀 층(conformal layer)을 포함할 수 있음이 이해될 것이다.

대안적으로, 이 층(3)은 적절한 광학적으로 투명한 재료로 된 층 사이에 샌드위치된 그래핀의 단일 층의 형태를 취할 수도 있다.

전술한 예시에서, 돔(1)은 적절한 마운팅(5)을 이용하여 플랫폼(4)의 외부 표면상에 장착된다.

그래핀 층(3)은 기판(1) 상에 증착될 수 있다. 그러나, 그래핀 층(3)을 생성할 수 있는 임의의 적절한 제조 방법이 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

카메라 시스템(미도시)은 단일 파장에서 작동할 수 있거나, 또는 동일한 외부 애퍼처 및 보호 하우징을 사용하여, 예컨대 MWIR 및 LWIR 이미징을 위한 멀티스펙트럼용 수개의 이산 파장 대역에 걸쳐, 또는 가시광선(~400 nm)부터 LWIR(~12-14 ㎛)까지의 모든 대역에 대해 작동할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에서, 그래핀의 도전성 층(3)은 그리드 또는 다른 필요한 구성과 같은 기하학적 구조의 형태를 취할 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 그래핀 층은 이중 모드 센서를 위한 안테나를 형성할 수도 있다. 예컨대, 그래핀은 플랫폼 또는 카메라에 통합된 적절한 회로를 통해 무선 주파수(rf) 송신기 또는 수신기로서 작동하도록 구성될 수 있다. 그래핀 층의 구조와 구성은 그러한 적용예에 대해 적절한 형상을 생성하도록 선택될 것이다. 하우징 내부에 그러한 도전성 구조물을 위한 다른 용도가 존재할 수 있고, 제2 실시예는 오직 rf 안테나에만 한정되는 것이 아니라는 것이 이해될 것이다.

본 발명의 제3 실시예에서, 도전성 코팅은 복합재를 만들도록 매트릭스 재료 사이에 그래핀이 샌드위치된 층상 구조물을 포함한다. 적절한 매트릭스 재료는 황화 아연일 수 있다. 그러나, 임의의 적절한 광학적 투과성 매트릭스 재료가 사용될 수 있음이 이해될 것이다.

본 발명의 제4 실시예에서, 하우징은 카메라의 외부 애퍼처를 포함하고, 그래핀은 전술한 것과 유사한 방식으로 작용하고, 하우징은 카메라의 광학 시스템의 일부분을 형성한다.

그래핀은 전술한 적용예에 대해 바람직한 특성을 가진다. 이것은 도전성이고, 기판 재료 상의 층에 형성될 수 있고, 복수의 관심 파장 대역에 걸쳐 낮은 광학적 손실을 가지도록 용이하게 제조될 수 있고, 낮은 저항률 및 우수한 내부식성을 가진다. 그래핀은 매우 전도성이 높고, 저항률은 실온에서 은보다 대략 35% 낮다. 또한, 그래핀은 파괴 강도가 스틸의 200배보다 크고, 인장 계수(강성)는 1 TPA(150,000,000 psi)인 것으로 측정되었다.

광학적으로 투명하지만 도전성인 재료로서 그래핀을 사용하기 위한 다른 유사한 적용예가 존재한다는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 그래핀이 미사일, 또는 다른 군사적 적용예 또는 플랫폼 상의 하이브리드 rf/IR 탐색 시스템을 위한 돔 상의 IR 투과성 안테나를 위해 사용될 수 있다는 것이 예상된다. 또한, 그래핀은 타켓 접촉시 치명적인 패키지를 작동시킬 수 있는 돔 형상 하우징 상의 IR 투과성 퓨즈로서 사용될 수도 있다.

그래핀은 적절한 도전성 층을 형성하는데 필요한 특성을 가지면서, 층이 취하는 형태는 전술한 3가지 예시에 한정하는 것이 아니라, 설명된 목적을 달성하는 임의의 적절한 형태의 그래핀 층이 예상되는 것을 이해할 것이다.

Claims (17)

1. 플랫폼 상에 장착된 카메라를 위한 보호 하우징으로서,
   상기 하우징은 그래핀의 층을 포함하고,
   상기 그래핀은 도전성이지만, 상기 하우징을 통한 이미징 방사선(imaging radiation)의 투과를 허용하도록 작동하면서, 상기 하우징을 통해 무선 주파수 방사선(radio frequency radiation)이 투과하는 것은 방지하는, 보호 하우징.
2. 제1항에 있어서,
   상기 하우징은 상기 카메라의 외부 애퍼처(aperture)를 포함하는, 보호 하우징.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 하우징은 기판 상에 또는 기판 내에 형성된 그래핀의 컨포멀 층(conformal layer)을 더 포함하는, 보호 하우징.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 하우징은 기판 상에 또는 기판 내에 형성된 그래핀의 그리드형 구조물을 더 포함하는, 보호 하우징.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 하우징은 그래핀-기판 복합재를 포함하는, 보호 하우징.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기판은 황화 아연 또는 적절한 광학 특성을 가진 임의의 기타 물질을 포함하는, 보호 하우징.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하우징을 통해 투과되는 상기 이미징 방사선은 단일 파장, 복수의 이산 파장, 또는 복수의 파장 범위의 방사선을 포함하는, 보호 하우징.
8. 제7항에 있어서,
   상기 하우징을 통해 투과되는 상기 이미징 방사선은 MWIR 및 LWIR 이미징에 적합한 방사선, 또는 가시광선부터 LWIR까지의 모든 파장의 방사선을 포함하는, 보호 하우징.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하우징은 돔 형상으로 형성되는, 보호 하우징.
10. 단일의 이산 파장, 복수의 이산 파장, 또는 복수의 파장 범위에서 작동하는 카메라 시스템으로서,
    상기 카메라 시스템은 플랫폼의 외부 표면상에 장착되고, 상기 카메라 시스템은 단일의 외부 애퍼처를 포함하고, 상기 애퍼처는 그래핀의 층을 포함하고, 상기 그래핀은 도전성이지만, 상기 하우징을 통한 이미징 방사선의 투과를 허용하도록 작동하면서, 상기 하우징을 통해 무선 주파수 방사선이 투과하는 것은 방지하는, 카메라 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 외부 애퍼처는 돔형 구조물을 포함하는, 카메라 시스템.
12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 애퍼처를 통해 투과하는 방사선은 MWIR 및 LWIR 이미징에 적합한 방사선, 또는 가시광선부터 LWIR까지의 모든 파장의 방사선을 포함하는, 카메라 시스템.
13. 보호 하우징을 포함하는 탐색 시스템으로서,
    상기 탐색 시스템은 하나 이상의 파장 또는 파장의 범위에서 작동하고,
    상기 하우징은 광학적으로 투명하면서, 또한 도전성이고, 미사일의 레이더 단면을 감소시키도록 작동하고, rf EM 펄스로부터 상기 탐색 시스템을 보호하는, 탐색 시스템.
14. 제13항에 있어서,
    상기 하우징은 그래핀을 포함하는, 탐색 시스템.
15. 제14항에 있어서,
    상기 그래핀은 그리드형 구조로 형성되어 있는, 탐색 시스템.
16. 보호 하우징을 포함하는 탐색 시스템으로서,
    상기 보호 하우징은 그래핀 층을 포함하고, 상기 그래핀 층은 상기 탐색 시스템에 통합된 적절한 회로를 통해 무선 주파수 송신기 또는 수신기로서 작동하도록 구성된, 탐색 시스템.
17. 첨부된 도면 도 1 내지 3을 참조하여 본 명세서에 설명된 바와 같은 보호 하우징, 카메라 시스템, 또는 탐색 시스템.

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