KR20200099700A - 열화상 장치 - Google Patents

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KR20200099700A
KR20200099700A KR1020190017604A KR20190017604A KR20200099700A KR 20200099700 A KR20200099700 A KR 20200099700A KR 1020190017604 A KR1020190017604 A KR 1020190017604A KR 20190017604 A KR20190017604 A KR 20190017604A KR 20200099700 A KR20200099700 A KR 20200099700A
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백세진
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최경실
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Abstract

본 발명의 제1 측면에 따르면, 열화상을 출력하는 장치로서, 제1 단위 광학계; 상기 제1 단위 광학계의 내측에서 상기 제1 단위 광학계의 광축 상에 배치되되 상기 제1 단위 광학계의 광축과 교차하는 방향으로 회전 가능 가능하게 배치되는 제2 단위 광학계; 상기 제1 경통의 후단부에 배치되고 상기 제1 단위 광학계와 상기 제2 단위 광학계에 의해 형성된 상기 이미지를 촬영하여 출력하는 제1 이미지 센서; 상기 제1 경통의 내부 일측으로 배치되되, 상기 제1 단위 광학계의 광축상으로 이동 가능하게 배치되는 제3 단위 광학계; 상기 제3 단위 광학계에 의해 형성된 이미지를 촬영하여 출력하는 제2 이미지 센서를 포함하는 열화상 장치를 제공한다.
상기와 같은 본 발명은, 3단계로 단계적으로 배율을 변환하며 열화상을 출력할 수 있고, 배율 변환 시 광축이 안정되고 시야 전반에 걸쳐 수차가 보정되어 선명한 화질의 영상을 얻을 수 있다.

Description

열화상 장치{Apparatus for thermal imaging}
본 발명은 열화상 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사용자의 필요에 따라 3종류의 배율 변환이 가능한 열화상 장치에 관한 것이다.
열상 장치는 절대온도 0도 이상의 열에너지를 가진 모든 물체가 복사하는 전자기파의 적외선 대역을 감지하여 전기신호로 변환 및 증폭한 후 영상신호로 전환시켜 관측자가 전시장치로 피사체를 식별할 수 있도록 하는 열 영상 획득 장치로서, 소정의 렌즈에 의해 집광된 적외선이 열상 검출기 면에서 초점이 형성되면 열상 검출기를 통해 적외선을 전기신호로 바꾸고, 다시 2차원으로 배열된 영상 신호로 전환시켜 전시장치에 영상을 전시시킨다. 이러한 영상은 접안렌즈계를 통해 확대될 수 있으며, 전시 장치(CRT, LCD, OLED 등)를 통해 사용자가 확대된 영상을 관측하게 된다.
열상 장치는 냉각 방식 열상 장치와 비냉각 방식 열상 장치로 구분될 수 있다.
열상 장치는 야간에 사용자의 육안으로 잘 보이지 않는 물체의 검출에 주로 사용된다. 이때, 물체의 검출을 위해, 초기에는 낮은 배율로서 광시야를 검색하고, 의심 물체가 발견되면 중배율과 고배율로 변환하여 발견된 의심 물체를 검색하게 된다.
이를 위해 열상 장치에는 소정의 가변 배율 렌즈를 사용한다.
일반적으로 가변 배율 렌즈는 연속 줌 형태로 설계되고, 가변 배율 렌즈에 릴레이 렌즈를 추가하여 줌 변환비율을 조절할 수 있다. 이때, 릴레이 렌즈를 추가하면 가변 배율 렌즈의 길이가 길어지는 문제점이 있고, 줌 변환 비율이 큰 경우에는 시계나 F(구경과 초점거리 비)수에 따라서 설계에 제한사항이 발생되는 문제점이 있다.
연속 줌 결상렌즈계의 경우 연속적으로 배율이 변환하여 줌 변환이 완료된 상태마다의 줌 변환 간에 연속적인 영상변화를 볼 수 있는 장점이 있으나, 변환속도가 느려 신속한 영상 확대가 필요한 경우에 오히려 단점이 되어, 감시정찰 장비 등은 광각 영상에서부터 고배율로 빠르게 변환하여 원거리를 관측할 필요가 있는 경우 사용이 제한될 수 있다. 또한 연속 줌 결상렌즈계는 줌 변환을 하는 중간에는 영상을 확인 할 수 없는 단점을 갖고 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해, 특정 배율만 단시간에 선택적으로 변환될 수 있도록 단계적으로 배율을 변환하는 광학계가 개시되었다. 단계적 배율변환 렌즈계는 이중배율 변환이 일반적이며 삼중배율 이상은 구조가 복잡하고, 줌 변환 비율이 큰 경우와 시야가 넓은 경우 및 F(구경대 초점거리 비)가 낮으면 설계가 어려워지는 문제점이 있다.
본 발명에 대한 선행기술로는 공개특허 2016-36285호를 예시할 수 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 3단계로 단계적으로 배율을 변환하며 열화상을 출력할 수 있는 열화상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 배율 변환 시 광축이 안정되고 시야 전반에 걸쳐 수차가 보정되어 선명한 화질의 영상을 얻을 수 있는 열화상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따르면, 열화상을 출력하는 장치로서, 제1 단위 광학계; 상기 제1 단위 광학계의 내측에서 상기 제1 단위 광학계의 광축 상에 배치되되 상기 제1 단위 광학계의 광축과 교차하는 방향으로 회전 가능 가능하게 배치되는 제2 단위 광학계; 상기 제1 경통의 후단부에 배치되고 상기 제1 단위 광학계와 상기 제2 단위 광학계에 의해 형성된 상기 이미지를 촬영하여 출력하는 제1 이미지 센서; 상기 제1 단위 광학계의 전면 중앙 또는 전면 가장자리에 배치되는 제3 단위 광학계; 상기 제3 단위 광학계에 의해 형성된 이미지를 촬영하여 출력하는 제2 이미지 센서를 포함하는 열화상 장치를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 측면에 따르면, 열화상을 출력하는 장치로서, 제1 단위 광학계; 상기 제1 단위 광학계의 내측에서 상기 제1 단위 광학계의 광축 상에 배치되되 상기 제1 단위 광학계의 광축과 교차하는 방향으로 회전 가능 가능하게 배치되는 제2 단위 광학계; 상기 제1 경통의 후단부에 배치되고 상기 제1 단위 광학계와 상기 제2 단위 광학계에 의해 형성된 상기 이미지를 촬영하여 출력하는 제1 이미지 센서; 상기 제1 경통의 내부 일측으로 배치되되, 상기 제1 단위 광학계의 광축상으로 이동 가능하게 배치되는 제3 단위 광학계; 상기 제3 단위 광학계에 의해 형성된 이미지를 촬영하여 출력하는 제2 이미지 센서를 포함하는 열화상 장치를 제공한다.
상기 제1 이미지 센서와 상기 제2 이미지 센서의 전방으로 배치되는 보정 셔터를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 단위 광학계는, 제1 경통과, 상기 제1 경통의 선단부에 배치되고 물체를 향하여 볼록한 제1 면과 이미지를 향하여 오목한 비구면인 제2 면을 포함하고 볼록 메니스커스 렌즈로서 양(+)의 굴절력을 갖고 게르마늄(Ge)을 포함하는 제1 렌즈와, 상기 제1 경통의 선단부에 배치되고 물체를 향하여 볼록한 제7 면과 이미지를 향하여 오목한 제8 면을 포함하고 볼록 메니스커스 렌즈로서 양(+)의 굴절력을 갖고 게르마늄(Ge)을 포함하는 제2 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제1 렌즈는 파장 10㎛에서 굴절률은 4.003일 수 있다.
상기 제1 렌즈의 초점거리(F1)는 다음의 [수학식 1]을 만족하는 열화상 장치.
[수학식 1]
1.4≤ F1/fH ≤1.7
fH : 제1 단위 광학계와 제2 단위 광학계의 합성 초점거리
상기 제2 렌즈는, 상기 제3면과 상기 제4면이 비구면이거나 상기 제4 면이 비구면일 수 있다.
상기 제2 렌즈의 초점거리(F2)는 다음의 [수학식 2]을 만족할 수 있다.
[수학식 2]
0.7≤ F2/fH ≤1.0
fH: 제1 단위 광학계와 제2 단위 광학계의 합성 초점거리
상기 제2 단위 광학계는, 제2 경통과, 상기 제2 경통의 선단에 배치되고 상기 물체를 향하여 오목한 제5 면과 상기 이미지를 향하여 볼록한 제6면을 포함하는 오목 메니스커스 렌즈이고 게르마늄(Ge)을 포함하는 제3 렌즈와, 상기 물체를 향하여 볼록한 제7면과 상기 이미지를 향하여 오목한 비구면인 제8면을 포함하는 볼록 메니스커스 렌즈이고 게르마늄(Ge)을 포함하는 제4 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제2 렌즈의 전면으로 배치되는 제1 조리개를 더 포함할 수 있다.
상기 제4 렌즈의 직경은 상기 제3 렌즈의 직경보다 클 수 있다.
상기 제3 렌즈의 초점거리(F3)는 다음의 [수학식 4]을 만족할 수 있다.
[수학식 4]
-0.9≤ F3/fH ≤-0.6
fH: 제1 단위 광학계와 제2 단위 광학계의 합성 초점거리
상기 제3 렌즈는 상기 제5면과 제6면이 비구면이거나, 상기 제6면이 비구면일 수 있다.
상기 제3 렌즈는 파장 10㎛에서 굴절률이 3 이상일 수 있다.
상기 제4 렌즈의 초점거리(F4)는 다음의 [수학식 5]를 만족할 수 있다.
[수학식 5]
0.4≤ F4/fH ≤0.6
fH: 제1 단위 광학계와 제2 단위 광학계의 합성 초점거리
상기 제1 단위 광학계와 상기 제2 단위 광학계의 합성 초점은 상기 제1 단위 광학계의 초점과 동일 위치에 형성될 수 있다.
상기 제3 단위 광학계는, 제3 경통과, 상기 제3 경통의 선단에 배치되고 상기 물체를 향하여 볼록한 비구면인 제9 면과 상기 이미지를 향하여 오목한 비구면인 제10면을 포함하는 볼목 메니스커스 렌즈로서 음(-)의 굴절력을 갖고 게르마늄(Ge)을 포함하는 제5 렌즈와, 상기 물체를 향하여 오목한 회절 비구면인 제11면과 상기 이미지를 향하여 볼록한 비구면인 제12면을 포함하는 볼록 메니스커스 렌즈로서 양(+)의 굴절력을 갖고 게르마늄(Ge)을 포함하는 제6 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제5 렌즈의 초점거리(F5)는 다음의 [수학식 8]을 만족할 수 있다.
[수학식 8]
-1.7≤ F5/fL ≤-1.4
fL : 제3 단위 광학계의 초점거리
상기 제6 렌즈의 초점거리(F6)는 다음의 [수학식 9]를 만족할 수 있다.
[수학식 9]
1.0≤ F6/fL ≤1.2
fL : 제3 단위 광학계의 초점거리
상기 제5 렌즈와 상기 제6 렌즈의 사이에 배치되는 제2 조리개를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 조리개와 상기 제5 렌즈의 거리(D5S) 및 상기 제2 조리개와 상기 제6 렌즈의 사이의 거리(DS6)는 다음의 [수학식 10]을 만족할 수 있다.
[수학식 10]
0.3≤ D5S/fL ≤0.7,
0.8≤ DS6/fL≤1.0
fL : 제3 단위 광학계의 초점거리
상기 제5 렌즈와 상기 제6 렌즈의 굴절률은 3이상일 수 있다.
상기 제1 이미지 센서와 상기 제2 이미지 센서에서 각각 출력되는 이미지는 PIP(Picture In Picture) 형태로 결합될 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 3단계로 단계적으로 배율을 변환하며 열화상을 출력할 수 있다.
또한 본 발명은, 배율 변환 시 광축이 안정되고 시야 전반에 걸쳐 수차가 보정되어 선명한 화질의 영상을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 측면에 따른 열화상 장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 열화상 장치의 제3 단위 광학계의 동작을 나타내는 도면이다.
도 3은 저배율 광학 모드 상태에서 관찰되는 풍경의 일 예이다.
도 4는 도 1에 도시된 열화상 장치의 제1 단위 광학계와 제2 단위 광학계의 동작을 나타내는 도면이다.
도 5는 중배율 모드 상태에서 관찰되는 풍경의 일 예이다.
도 6은 중배율 모드 영상이 저배율 모드 영상에 포함된 영상의 일 예를 나타낸다.
도 7은 중배율 모드 영상이 저배율 모드 영상에 포함된 영상의 다른 예를 나타낸다.
도 8은 도 1에 도시된 열화상 장치의 제1 단위 광학계의 동작을 나타내는 도면이다.
도 9는 고배율 광학 모드 상태에서 관찰되는 풍경의 일 예이다.
도 10은 고배율 모드 영상이 저배율 모드 영상에 포함된 영상의 일 예를 나타낸다.
도 11은 고배율 모드 영상이 저배율 모드 영상에 포함된 영상의 다른 예를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 제2 측면에 따른 열화상 장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제2 측면에 따른 열화상 장치의 구성의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 14는 본 발명에서 사용하는 제1 단위 광학계의 변조전달함수(MTF)를 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명에서 사용하는 제1 단위 광학계와 제2 단위 광학계에 의한 변조전달함수(MTF)를 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명에서 사용하는 제3 단위 광학계의 변조전달함수(MTF)를 나타내는 그래프이다.
도 17는 본 발명에서 사용하는 제1 단위 광학계의 왜곡 수차를 나타내는 그래프이다.
도 18은 본 발명에서 사용하는 제1 단위 광학계와 제2 단위 광학계에 의한 왜곡 수차를 나타내는 그래프이다.
도 19은 본 발명에서 사용하는 제3 단위 광학계의 왜곡 수차를 나타내는 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 측면에 따른 열화상 장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 측면에 따른 열화상 장치(100)는 제1 단위 광학계(110), 제2 단위 광학계(120), 제1 이미지 센서(130), 제3 단위 광학계(140), 제2 이미지 센서(150)를 포함한다.
제1 단위 광학계(110)는 제1 경통(112), 제1 렌즈(L1) 및 제2 렌즈(L1)을 포함한다.
제1 경통(112)은 소정의 길이와 직경을 갖는 원통형으로서, 선단에는 후술하는 제1 렌즈(L1)가 배치되고, 후단측으로는 제2 렌즈(L1)가 배치된다.
제1 렌즈(L1)는 제1 경통(112)의 선단에 배치되어 관찰 대상으로부터 발산되는 광을 집광한다.
제1 렌즈(L1)는 물체를 향하여 볼록한 제1 면(R1)과 이미지를 향하여 오목하고 비구면인 제2 면(R2)를 포함하는 볼록 메니스커스 렌즈로서, 양(+)의 굴절력을 갖는다. 여기서, 제2 면(R2)은 회절(DOE; Diffractive optical element) 비구면일 수 있다.
여기서, 제1 렌즈(L1)는 파장 10㎛에서 4.003의 굴절률을 갖는다. 또한, 제1 렌즈(L1)의 유효 초점거리(F1)은 다음의 [수학식 1]을 만족할 수 있다.
Figure pat00001
fH : 제1 단위 광학계와 제2 단위 광학계의 합성 초점거리
제2 렌즈(L1)는 제1 경통(112)의 후단에 배치되어, 제1 렌즈(L1)에 의해 집광된 광이 후술하는 제1 이미지 센서(130)에 결상되도록 한다.
제2 렌즈(L1)는 물체를 향하여 볼록한 제3 면(R3)과 이미지를 향하여 오목한 제4 면(R4)를 포함하는 볼록 메니스커스 렌즈로서, 양(+)의 굴절력을 갖는다. 여기서, 제2 렌즈(L1)는 제3 면(R3)과 제4 면(R4)이 비구면이거나, 제4 면(R4)이 비구면일 수 있다.
제2 렌즈(L1)의 직경은 제1 렌즈(L1)의 직경보다 작을 수 있다.
제2 렌즈(L1)의 초점 거리(F2)는 다음의 [수학식 2]를 만족할 수 있다.
Figure pat00002
fH : 제1 단위 광학계와 제2 단위 광학계의 합성 초점거리
한편, 제2 렌즈(L1)의 굴절률은 가능한 높은 것이 바람직하다.
본 실시예에서, 제1 단위 광학계(110)의 초점거리는 183.3mm 일 수 있다.
다음의 [표 1]은 본 실시예에서 사용하는 제1 단위 광학계가 포함하는 구성 요소들의 제원의 일 예를 나타낸다. 이때 광의 파장(λ)은 10㎛ 이다.
면 곡률반경(mm) 두께 또는 간격(dn)(mm) 유효 반경 (mm) 굴절률
r1(구면, 조리개) 180.85 10.0 77.0 4.003
r2(DOE) 219.88 204.0 75.0
r3(구면) 50.68 8.0 25.0 4.003
r4(비구면) 49.99 36.0 23.0
보호유리전면 ∞ 1.0 5.4 4.003
보호유리후면 ∞ 1.0 5.4
초점이미지 ∞ 4.8
[표 1]에서 보호 유리(미도시)는 후술하는 제1 이미지 센서(130)의 전면으로 배치되는 구성 요소이다.
다음의 [표 2]는 제2 면과 제4 면의 비구면 계수 및 회절 계수(S2)를 나타낸다.
면 K d e f S2
r2 0 1.646E-9 4.255E-14 - -44.046
r4 0 -9.202E-9 -1.392E-11 1.909E-14 -
비구면 계수는 다음의 [수학식 3]을 이용하여 환산할 수 있다.
Figure pat00003
Figure pat00004
C: 곡률(curvature), 1/R,
K: 코닉(Conic) 상수,
Z: 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로 직선거리,
Y: 광축에 수직인 방향으로의 거리,
R: 렌즈의 곡률반경
제2 단위 광학계(120)는 제1 단위 광학계(110)의 내측으로 배치된다. 이때, 제2 단위 광학계(120)는 제1 단위 광학계(110)의 광축 상에 배치될 수 있다. 그리고, 제2 단위 광학계(120)는 사용자의 필요에 따라 제1 단위 광학계(110)의 광축에 대하여 교차하는 방향으로 회전 가능하게 구성된다.
제2 단위 광학계(120)는 제1 단위 광학계(110)과 함께 소정의 합성 초점 거리를 나타낸다. 이때, 제1 단위 광학계(110)와 제2 단위 광학계(120)의 합성 초점거리는 제1 단위 광학계(110) 단독으로 얻어지는 초점거리보다 짧은 초점거리를 가질 수 있다. 본 실시예에서, 제1 단위 광학계(110)와 제2 단위 광학계(120)의 합성 초점거리는 61mm일 수 있다.
제2 단위 광학계(120)는 제2 경통(122), 제3 렌즈(L3), 제4 렌즈(L4)를 포함한다.
제2 경통(122)은 소정의 길이와 직경을 갖는다. 제2 단위 광학계(120)는 제1 경통(112) 내측에서 제1 단위 광학계(110)의 광축 상에 배치된다. 이때, 제2 경통(122)의 길이와 직경은 제1 경통(112)의 길이와 직경보다 작다.
제2 경통(122)의 일측 또는 양측으로는 소정의 길이를 갖는 각도 조절 로드(미도시)가 연결된다. 각도 조절 로드의 일단은 제2 경통(122)의 측면으로 연결되고, 타단은 제1 경통(112)의 외부로 노출되어 사용자에 의해 조작될 수 있다.
또한, 제2 경통(122)의 상부와 하부에는 각각 소정의 관통홀이 형성될 수 있다. 관통홀은 제1 단위 광학계(110)의 광축과 직교하는 방향으로 회전했을 때, 제1 단위 광학계(110)의 광축상에 배치되어 제1 렌즈(L1)에서 집광된 광이 후술하는 제1 이미지 센서(130) 상에 결상이 이루어질 수 있도록 한다.
제3 렌즈(L3)는 제2 경통(122)의 선단에 배치된다. 제3 렌즈(L3)는 물체를 향하여 오목한 제5 면(R5)과 이미지를 향하여 볼록한 제6 면(R6)을 포함하는 오목 메니스커스 렌즈로서, 음(-)의 굴절력을 갖는다. 제3 렌즈(L3)는 제5 면(R5)과 제6 면(R6)이 비구면이거나, 제6 면(R6)이 비구면일 수 있다.
이때, 제3 렌즈(L3)는 파장 10㎛에서 굴절률은 3 이상일 수 있고, 제3 렌즈(L3)의 초점거리(F3)는 다음의 [수학식 4]를 만족할 수 있다.
Figure pat00005
fH : 제1 단위 광학계와 제2 단위 광학계의 합성 초점거리
한편, 제3 렌즈(L3)의 전면으로는 조리개(미도시)가 배치될 수 있다.
제4 렌즈(L4)는 제2 경통(122)의 후단에 배치된다. 제4 렌즈(L4)는 물체를 향하여 볼록한 제7 면(R7)과 이미지를 향하여 오목하고 비구면인 제8 면(R8)을 포함하는 볼록 메니스커스 렌즈로서, 양(+)의 굴절력을 갖는다. 여기서, 제8 면(R8)은 회절 비구면이다.
여기서, 제4 렌즈(L4)의 직경은 제3 렌즈(L3)의 직경보다 크게 형성되어, 제3 렌즈(L3)에 의해 확산된 광을 모두 집광하여 후술하는 제1 이미지 센서(130)로 전달할 수 있도록 한다.
제4 렌즈(L4)의 초점거리(F4)는 다음의 [수학식 5]를 만족하는 것이 바람직하다.
Figure pat00006
fH : 제1 단위 광학계와 제2 단위 광학계의 합성 초점거리
여기서, 제3 렌즈(L3)와 제4 렌즈(L4)의 거리는 다음의 [수학식 6]을 만족할 수 있다.
Figure pat00007
fH : 제1 단위 광학계와 제2 단위 광학계의 합성 초점거리
또한, 제3 렌즈(L3)과 제4 렌즈(L4)를 포함하는 제2 단위 광학계(120)가 제1 단위 광학계(110)의 광축상에 배치될 때, 제1 렌즈(L1)과 제3 렌즈(L3)의 거리 그리고 제3 렌즈(L3)와 제4 렌즈(L4)의 거리는 다음의 [수학식 7]을 만족할 수 있다.
Figure pat00008
D12는 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 거리,
D34는 제3 렌즈와 제4 렌즈 사이의 거리,
fH : 제1 단위 광학계와 제2 단위 광학계의 합성 초점거리
다음의 [표 3]은 본 실시예에서 사용하는 제2 단위 광학계가 포함하는 구성 요소들의 제원의 일 예를 나타낸다. 이때 광의 파장(λ)은 10㎛ 이다.
면 곡률반경(mm) 두께 또는 간격(dn)(mm) 유효 반경 (mm) 굴절률
r5(구면, 조리개) -76.28 8.0 22.57 4.003
r6(비구면) -100.57 118.0 24.49
r7(구면) 87.90 8.0 43.80 4.003
r8(DOE) 119.11 45.0 42.17
보호유리전면 ∞ 1.0 5.47 4.003
보호유리전면 ∞ 1.0 5.34
이미지 ∞ 4.75
다음의 [표 4]는 제6 면과 제8 면의 비구면 계수 및 회절 계수(S2)를 나타낸다.
면 K d e f S2
r6 0 -1.210E-7 -6.454E-12 2.096E-15
r8 0 6.708E-8 9.928E-13 - -112.952
제1 이미지 센서(130)는 제1 경통(112)의 후단에 배치된다. 이때, 제1 이미지 센서(130)의 배치 위치는 제1 단위 광학계(110)의 초점상에 배치되는 것이 바람직하다. 따라서, 제1 이미지 센서(130)는 제1 단위 광학계(110)이 집광한 광의 이미지에 대응하는 영상을 출력할 수 있다. 이때, 제1 이미지 센서(130)는 열영상, 즉 적외선에 대응하는 영상을 출력한다.
본 실시예에서 사용하는 제1 이미지 센서(130)는 12㎛x12㎛ 크기의 화소가 640x512로 배치되는 센서일 수 있다. 여기서, 제1 이미지 센서(130)의 화소는 사용자의 필요에 따라 상기한 크기보다 더 작을 수 있다.
이때의 잡음등가온도차(NETD; Noise equivalent Temperature Difference)는 50mK 이하이고, 한계 분해능은 41.7 lp/mm이다. 상기한 수치는 8~12㎛ 파장의 광에 대응하는 수치이다.
제1 이미지 센서(130)의 전면으로는 보호를 위한 보호 유리(미도시)가 배치되는 것이 바람직하다.
보호 유리는 외부의 충격이나 먼지 등이 제1 이미지 센서(130)에 대하여 영향을 주지 않도록 한다.
한편, 제1 단위 광학계(110)과 제2 단위 광학계(120)의 합성 초점 위치도 제1 단위 광학계(110)의 초점과 동일 위치에 형성되도록 하여, 제2 단위 광학계(120)가 회전하였을 때 제1 이미지 센서(130)의 위치 변화없이 연속적으로 영상을 출력할 수 있다.
제3 단위 광학계(140)는 저배율과 광시야를 갖고, 넓은 범위에서 특정 물체를 검색하기 위해 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 제3 단위 광학계(140)의 초점거리는 11.6mm 이고, 시계는 45도이며, 초점거리대 구경비(F)수는 1.2일 수 있다.
제3 단위 광학계(140)는 제1 경통(112)의 내부 일측으로 배치되되, 제1 경통(112)의 내주면에 근접하여 배치된다. 제3 단위 광학계(140)는 사용자의 필요에 따라 제1 단위 광학계(110) 광축상에서 제1 렌즈(L1)과 제2 렌즈(L2) 사이로 이동하여 배치될 수 있다.
제3 단위 광학계(140)가 제1 단위 광학계(110)의 광축상에 배치될 때, 제2 단위 광학계(120)는 제1 단위 광학계(110)의 광축에 대하여 직교하는 방향으로 회전된다.
제3 단위 광학계(140)는 제3 경통(142), 제5 렌즈(L5), 제6 렌즈(L6)을 포함한다.
제3 경통(142)은 소정의 길이와 직경을 갖는다. 제3 단위 광학계(140)는 제1 경통(112)의 내측으로 배치되므로, 제3 경통(142)의 길이와 직경은 제3 경통(142)의 길이와 직경보다 작다.
제3 경통(142)은 제1 경통(112)의 내부에서 제1 단위 광학계(110)의 광축과 평행하게 배치된다.
이때, 제3 경통(142)은 제1 경통(112)의 내부에서 제1 경통(112)의 내주에 밀착되어 배치되어, 제1 렌즈(L1)에 의해 집광된 광이 제1 이미지 센서(130)로 전달되는 것을 방해하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 사용자의 필요 시, 제3 경통(142)은 제1 단위 광학계(110)의 광축상으로 이동할 수 있다.
제5 렌즈(L5)는 제3 경통(142)의 선단에 배치된다. 제5 렌즈(L5)는 물체를 향하여 볼록하고 비구면인 제9 면(R9)과 이미지를 향하여 오목하고 비구면인 제10 면(R10)을 포함하는 볼록 메니스커스 렌즈로서 음(-)의 굴절력을 갖는다.
제5 렌즈(L5)의 초점거리(F5)는 다음의 [수학식 8]을 만족할 수 있다.
Figure pat00009
fL : 제3 단위 광학계의 초점거리
제6 렌즈(L6)는 제3 경통(142)의 내측으로 배치되고, 물체를 향하여 오목한 제11면(R11)과 이미지를 향하여 볼록한 비구면인 제12 면(R12)을 포함하는 볼록 메니스커스 렌즈로서, 양(+)의 굴절력을 갖는다. 여기서, 제11면(R11)은 회절 비구면이고, 제12 면(R12)은 비구면이다.
여기서, 제6 렌즈(L6)의 직경은 제5 렌즈(L5)의 직경보다 크게 형성될 수 있다.
제6 렌즈의 초점거리(F6)는 다음의 [수학식 9]를 만족하는 것이 바람직하다.
Figure pat00010
fL : 제3 단위 광학계의 초점거리
다음의 [표 5]는 본 실시예에서 사용하는 제3 단위 광학계가 포함하는 구성 요소들의 제원의 일 예를 나타낸다. 이때 광의 파장(λ)은 10㎛ 이다.
면 곡률반경(mm) 두께 또는 간격(dn)(mm) 유효 반경 (mm) 굴절률
r9(비구면) 167.65 4.0 7.49 4.003
r10(비구면) 39.95 6.0 5.76
제2 조리개 ∞ 10.66 5.89
r11(DOE) -123.74 4.0 12.83 4.003
r12(비구면) -30.15 18.67 13.06
보호유리전면 ∞ 1.0 5.08 4.003
보호유리후면 ∞ 1.0 5.00
이미지 ∞ 4.62
다음의 [표 6]는 제4 면과 제6 면의 비구면 계수 및 회절 계수(S2)를 나타낸다.
면 K d e f g h S2
r9 106.228 2.792E-4 -1.486E-6 7.897E-9 4.390E-11 -7.128E-13
r10 6.422 3.926E-4 2.960E-6 -8.237E-8 3.544E-9 -3.229E-11
r11 -350.266 -2.207E-5 6.288E-8 4.488E-12 1.321E-12 - -692.885
r12 -4.926 -1.394E-5 -8.808E-8 1.175E-9 -5.354E-12 1.590E-14
여기서, 제5 렌즈(L5)와 제6 렌즈(L6)의 사이에는 제2 조리개(146)가 배치될 수 있다.
이때, 제5 렌즈(XX)와 제2 조리개(146) 사이의 거리(DS5)와, 제2 조리개(146)와 제6 렌즈(XX) 사이의 거리(DS6)는 다음의 [수학식 9]를 만족하는 것이 바람직하다.
Figure pat00011
fL : 제3 단위 광학계의 초점거리
상기한 제1 내지 제6 렌즈(L1, L2, L3, L4, L5, L6)는 게르마늄(Ge)을 포함할 수 있다.
제2 이미지 센서(150)는 제3 경통(142)의 후단에 배치되되 제3 단위 광학계(140)의 초점상에 배치되어, 제3 단위 광학계(140)이 집광한 광의 이미지에 대응하는 영상을 출력할 수 있다.
본 실시예에서 사용하는 제2 이미지 센서(150)는 12㎛x12㎛ 크기의 화소가 640x512로 배치되는 열영상 센서일 수 있다. 여기서, 제2 이미지 센서(150)의 화소는 사용자의 필요에 따라 상기한 크기보다 더 작을 수 있다. 제2 이미지 센서(150)의 화소 크기는 제1 이미지 센서(130)의 화소 크기와 동일할 수 있다.
이때의 잡음등가온도차(NETD)는 50mK 이하이고, 한계 분해능은 41.7 lp/mm이다. 상기한 수치는 8~12㎛ 파장의 광에 대응하는 수치이다.
한편, 제1 이미지 센서(130)와 제2 이미지 센서(150)의 전면으로 영상 보정용 셔터(미도시)가 배치될 수 있다.
열 이미지 센서는 가시광 검출기에 비하여 감응면의 각 화소들의 신호 이득값(감도)에 따라 영상의 밝고 흐림이 크게 달라져서 영상이 불균일해질 수 있다. 이러한, 영상 불균일은 각 검출소자의 신호이득률을 측정하여 전자적으로 오프셋 값을 조정함으로써 보정할 수 있다. 이러한 보정은 열상 장치를 작동시킬 때 매번 해야 하고, 열상 장치를 사용하는 중에도 열상 장치의 온도가 급격히 변하는 경우에는 검출 소자의 이득 값이 비선형적으로 되어 영상이 불균일해질 수 있다.
제1 이미지 센서(130)와 제2 이미지 센서(150)의 전면으로 배치되는 보정용 셔터는 광로를 차단할 때 광검출기에서 오프셋 값을 측정하고 다시 셔터가 개방되면 영상 불균일을 조정하여 외부 영상을 검출할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제1 측면에 따른 열화상 장치의 사용에 대해 살펴보기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 열화상 장치의 제3 단위 광학계의 동작을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 제2 단위 광학계(120)가 제1 단위 광학계(110)의 광축에 대하여 직교하는 방향으로 회전한 상태에서 제3 단위 광학계(140)가 제1 단위 광학계(110)의 광축 상에 배치되어 있음을 알 수 있다.
제3 단위 광학계(140)는 제1 렌즈(L1)의 후방에 배치되어 있어, 제1 렌즈(L1)에 의해 집광된 광의 일부를 제3 단위 광학계(140)를 통하여 제2 이미지 센서(150) 상에 결상할 수 있다. 제2 이미지 센서(150)에서는 소정의 열영상을 출력할 수 있다.
이때, 제3 단위 광학계(140)의 합성초점거리는 11.6mm 일 수 있고, 시계는 45도이며, 초점거리대 구경비(F)수는 1.2일 수 있다.
사용자가 제3 단위 광학계(140)를 사용하는 경우, 저배율 광각 모드 상태에서 풍경을 관측할 수 있다.
도 3은 저배율 광학 모드 상태에서 관찰되는 풍경의 일 예이다.
저배율 광각 모드 상태에서 풍경을 관측하는 도중, 소정의 목표물이 발견되면 다음과 같이 중배율 모드를 설정할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 열화상 장치의 제1 단위 광학계와 제2 단위 광학계의 동작을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 제2 단위 광학계(120)가 제1 단위 광학계(110)의 광축상에 배치되어, 제2 단위 광학계(120)이 포함하는 제3 렌즈(L3)과 제4 렌즈(L4)가 제1 단위 광학계(110)가 포함하는 제1 렌즈(L1)과 제2 렌즈(L2) 사이에 배치됨을 알 수 있다. 이때, 제3 단위 광학계(140)는 제1 경통(112)의 내주면 일측으로 이동하여 제2 단위 광학계(120)의 동작에 영향을 주지 않는다.
따라서, 제1 이미지 센서(130)에는 제1 단위 광학계(110)와 제2 단위 광학계(120)에 의해 합성된 광의 영상이 결상된다.
이때, 제1 단위 광학계(110)와 제2 단위 광학계(120)의 합성초점거리는 61mm 일 수 있고, 시계는 9도이며, 초점거리대 구경비(F)수는 1.2일 수 있다.
사용자는 제1 단위 광학계(110)와 제2 단위 광학계(120)에 의해 소정의 초점거리와 화각을 갖는 중배율 모드로 운용하며 저배율 모드에서 발견된 물체에 대해 보다 상세한 관찰을 수행할 수 있다.
도 5는 중배율 모드 상태에서 관찰되는 풍경의 일 예이다.
도 5를 참조하면, 도 3에 나타나는 저배율 모드에서 관찰된 풍경의 일부 영역이 보다 확대된 상태로 관찰될 수 있음을 알 수 있다.
한편, 중배율 모드 상태에서 관찰되는 풍경은 저배율 모드 상태에서 관찰되는 풍경과 함께 나타내질 수 있다.
도 6은 중배율 모드 영상이 저배율 모드 영상에 포함된 영상의 일 예를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 저배율 모드 영상의 일측 가장자리에 중배율 모드 영상이 배치되는 PIP(Picture In Picture) 형태로 나타남을 알 수 있다.
도 7은 중배율 모드 영상이 저배율 모드 영상에 포함된 영상의 다른 예로서, 중배율 모드 영상의 일측 가장자리에 저배율 모드 영상이 PIP(Picture In Picture) 형태로 배치됨을 알 수 있다.
상기와 같은 영상에 의해 사용자는 2개의 영상을 서로 비교하며 관찰을 수행할 수 있다.
한편, 사용자는 보다 세부적인 관찰을 위하여 다음과 같이 고배율 모드를 사용할 수 있다.
도 8은 도 1에 도시된 열화상 장치의 제1 단위 광학계의 동작을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 제1 단위 광학계(110)에 의해 집광된 광은 제1 이미지 센서(130)에 의해 촬영된 후 소정의 열영상으로 출력될 수 있다. 이때, 제2 단위 광학계(120)은 제1 단위 광학계(110)의 광축에 대하여 직교하는 방향으로 회전한 상태로서 제2 단위 광학계(120)는 제1 단위 광학계(110)의 결상에 영향을 주지 않는다.
여기서, 제1 단위 광학계(110)은 고배율 광학계로서 작용할 수 있다. 이때, 제1 단위 광학계(110)의 초점거리는 183.3mm 일 수 있고, 시계는 3도이며, 초점거리대 구경비(F)수는 1.2일 수 있다.
사용자는 제1 단위 광학계(110) 만을 사용하며 소정 물체에 대한 상세한 관찰을 수행할 수 있다.
도 9는 고배율 광학 모드 상태에서 관찰되는 풍경의 일 예이다.
도 9를 참조하면, 도 3에 나타나는 저배율 모드에서 관찰된 풍경의 일부 영역이 도 5의 중배율 모드에서 나타나는 상태보다 확대된 상태로 관찰될 수 있음을 알 수 있다.
한편, 고배율 모드 상태에서 관찰되는 풍경은 저배율 모드 상태에서 관찰되는 풍경과 함께 나타내질 수 있다.
도 10은 고배율 모드 영상이 저배율 모드 영상에 포함된 영상의 일 예를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 저배율 모드 영상의 일측 가장자리에 고배율 모드 영상이 배치되는 PIP(Picture In Picture) 형태로 나타남을 알 수 있다.
도 11은 고배율 모드 영상이 저배율 모드 영상에 포함된 영상의 다른 예를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 고배율 모드 영상의 일측 가장자리에 저배율 모드 영상이 PIP(Picture In Picture) 형태로 배치됨을 알 수 있다.
상기와 같은 영상에 의해 사용자는 2개의 영상을 서로 비교하며 관측을 수행할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명은 제3 단위 광학계를 사용하는 저배율 모드에서 광각으로 풍경을 관측하는 도중, 소정의 목표물을 발견하면 중배율 및 고배율 모드로 단계적으로 전환하면 목표물에 대한 영상정보를 더 크고 선명하게 획득할 수 있다. 또한, 본 발명의 삼중배율 결상렌즈계는 저배율, 중배율 및 고배율 모드의 광축이 이격되지 않고 한 축을 이루어 각각의 모드에서 획득된 영상의 중심을 일치되어 영상 변환간 안정감을 얻을 수 있고 모드변환 간 영상추적 기능이 향상되는 등의 장점이 있다.
도 12는 본 발명의 제2 측면에 따른 열화상 장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제2 측면에 따른 열화상 장치(200)는 제1 단위 광학계(210), 제2 단위 광학계(220), 제1 이미지 센서(230), 제3 단위 광학계(240), 제2 이미지 센서(250)를 포함한다.
이전의 실시예와 동일한 구성에 대해서는 관련된 도면 부호를 사용하고, 이에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이가 있는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
제3 단위 광학계(240)는 제1 단위 광학계(210)의 광축 상에 고정 배치된다. 이때, 제3 단위 광학계(240)는 제1 렌즈(LL1)의 전면 중앙으로 배치된다.
이를 보다 상세히 설명하기로 한다.
제3 단위 광학계(240)가 포함하는 제3 경통(242)은 제1 렌즈(LL1)의 중앙을 관통하여 배치될 수 있다. 이때, 제5 렌즈(LL5)와 제6 렌즈(LL6)는 제1 렌즈(LL1)의 제1 면(RR1) 보다 물체측으로 돌출하여 배치될 수 있다.
여기서, 제3 경통(242)은 제1 렌즈(LL1)의 중앙에 소정의 홀을 형성한 후, 형성된 홀 상에 배치되지만, 홀의 형성없이 제1 렌즈(L1)의 중앙 전면에 배치될 수도 있다.
이때, 제3 경통(242)의 직경은 제1 렌즈(LL1)의 직경보다 작은 것이 바람직하다.
도 12에 도시된 본 발명의 제2 측면에 따른 열화상 장치의 동작을 설명하기로 한다.
사용자가 저배율 모드에서 넓은 시야를 관찰하고자 하는 경우, 제3 단위 광학계(240)에 의해 제2 이미지 센서(250)에서 결상된 후 출력되는 열영상을 사용할 수 있다. 이때, 제1 이미지 센서(230)에서는 열영상이 출력되지 않도록 한다.
제2 이미지 센서(250)에서 출력되는 열영상에서 소정의 물체가 검색되고, 이를 상세히 관찰하고자 하는 경우, 제1 및 제2 단위 광학계(210, 220)에 의해 제1 이미지 센서(230)에서 결상된 후 출력되는 열영상을 사용할 수 있다.
이후, 검색된 물체를 보다 상세히 관찰하고자 하는 경우, 이전의 실시예에서 설명한 바와 같이, 제2 단위 광학계(220)는 제1 단위 광학계(210)의 광축에 대하여 직교하는 방향으로 회전시킨 후, 제1 단위 광학계(210)에 의해 집광된 광이 제1 이미지 센서(230)에 결상되도록 한다.
사용자는 제1 이미지 센서(230)에서 결상된 후 출력되는 열영상을 이용하여 검색된 물체를 상세하게 관찰할 수 있다.
도 12에 도시된 본 발명의 제2 측면에 따른 열화상 장치는 이전의 실시예와 동일하게 저배율, 중배율, 고배율 영상을 단독적으로 출력하여 관찰이 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 저배율, 중배율, 고배율 영상이 PIP 형태로 함께 출력되어 관찰이 이루어지도록 할 수 있다.
도 13은 본 발명의 제2 측면에 따른 열화상 장치의 구성의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 13을 참조하면, 제3 단위 광학계(240)가 제1 렌즈(LL1)의 전면 상부에 배치되어 있음을 알 수 있다.
도시되어 있는 바와 같이, 제3 단위 광학계(240)는 제1 렌즈(LL1)의 전면으로 배치된다면, 제1 렌즈(LL1)의 중앙 또는 제1 렌즈(LL1)의 상부 또는 하부에 배치될 수 있다. 또한, 제1 렌즈(LL1)의 우측과 좌측으로도 배치되는 등, 사용자의 필요에 따라 제1 렌즈(LL1)의 중앙과 가장자리 어디에도 배치될 수 있다.
상기와 같이 구성된 열화상 장치는 다음과 같은 변조전달함수를 나타낼 수 있다.
도 14은 본 발명에서 사용하는 제1 단위 광학계의 변조전달함수(MTF)를 나타내는 그래프이고, 도 15는 본 발명에서 사용하는 제1 단위 광학계와 제2 단위 광학계에 의한 변조전달함수(MTF)를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 16은 본 발명에서 사용하는 제3 단위 광학계의 변조전달함수(MTF)를 나타내는 그래프이다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 그래프에서 Y축은 표준화된 변조 전달 함수값이며, X축은 분해능(lp/mm)을 나타낸다.
도 14 내지 도 16은 각각 화각이 30%, 50%, 70%, 100% 일 때를 나타낸다. 또한, 도면에서 T는 자오면 방향 분해능, S는 구결면 방향 분해능에 대한 것이며, 제일 위쪽의 곡선은 회절한계를 나타낸다.
도 17는 본 발명에서 사용하는 제1 단위 광학계의 왜곡 수차를 나타내는 그래프이고, 도 18은 본 발명에서 사용하는 제1 단위 광학계와 제2 단위 광학계에 의한 왜곡 수차를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 19은 본 발명에서 사용하는 제3 단위 광학계의 왜곡 수차를 나타내는 그래프이다.
도 17 내지 도 19에서는 최대 화각의 최대 화각에서 4% 이내의 값에 드는 것을 나타냄을 알 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 3단계로 단계적으로 배율을 변환하며 열화상을 출력할 수 있고, 배율 변환 시 광축이 안정되고 시야 전반에 걸쳐 수차가 보정되어 선명한 화질의 영상을 얻을 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100, 200: 열화상 장치
110, 210: 제1 단위 광학계
120, 220: 제2 단위 광학계
130, 230: 제1 이미지 센서
140, 240: 제3 단위 광학계
150, 250: 제2 이미지 센서

Claims (23)

  1. 열화상을 출력하는 장치로서,
    제1 단위 광학계;
    상기 제1 단위 광학계의 내측에서 상기 제1 단위 광학계의 광축 상에 배치되되 상기 제1 단위 광학계의 광축과 교차하는 방향으로 회전 가능 가능하게 배치되는 제2 단위 광학계;
    상기 제1 경통의 후단부에 배치되고 상기 제1 단위 광학계와 상기 제2 단위 광학계에 의해 형성된 상기 이미지를 촬영하여 출력하는 제1 이미지 센서;
    상기 제1 단위 광학계의 전면 중앙 또는 전면 가장자리에 배치되는 제3 단위 광학계; 및
    상기 제3 단위 광학계에 의해 형성된 이미지를 촬영하여 출력하는 제2 이미지 센서를 포함하는 열화상 장치.
  2. 열화상을 출력하는 장치로서,
    제1 단위 광학계;
    상기 제1 단위 광학계의 내측에서 상기 제1 단위 광학계의 광축 상에 배치되되 상기 제1 단위 광학계의 광축과 교차하는 방향으로 회전 가능 가능하게 배치되는 제2 단위 광학계;
    상기 제1 경통의 후단부에 배치되고 상기 제1 단위 광학계와 상기 제2 단위 광학계에 의해 형성된 상기 이미지를 촬영하여 출력하는 제1 이미지 센서;
    상기 제1 경통의 내부 일측으로 배치되되, 상기 제1 단위 광학계의 광축상으로 이동 가능하게 배치되는 제3 단위 광학계; 및
    상기 제3 단위 광학계에 의해 형성된 이미지를 촬영하여 출력하는 제2 이미지 센서를 포함하는 열화상 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 이미지 센서와 상기 제2 이미지 센서의 전방으로 배치되는 보정 셔터를 더 포함하는 열화상 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 단위 광학계는,
    제1 경통과,
    상기 제1 경통의 선단부에 배치되고 물체를 향하여 볼록한 제1 면과 이미지를 향하여 오목한 비구면인 제2 면을 포함하고 볼록 메니스커스 렌즈로서 양(+)의 굴절력을 갖고 게르마늄(Ge)을 포함하는 제1 렌즈와,
    상기 제1 경통의 선단부에 배치되고 물체를 향하여 볼록한 제7 면과 이미지를 향하여 오목한 제8 면을 포함하고 볼록 메니스커스 렌즈로서 양(+)의 굴절력을 갖고 게르마늄(Ge)을 포함하는 제2 렌즈를 포함하는 열화상 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 파장 10㎛에서 굴절률은 4.003인 열화상 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 초점거리(F1)는 다음의 [수학식 1]을 만족하는 열화상 장치.
    [수학식 1]
    1.4≤ F1/fH ≤1.7
    fH : 제1 단위 광학계와 제2 단위 광학계의 합성 초점거리
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제2 렌즈는,
    상기 제3면과 상기 제4면이 비구면이거나 상기 제4 면이 비구면인 열화상 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제2 렌즈의 초점거리(F2)는 다음의 [수학식 2]을 만족하는 열화상 장치.
    [수학식 2]
    0.7≤ F2/fH ≤1.0
    fH: 제1 단위 광학계와 제2 단위 광학계의 합성 초점거리
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 단위 광학계는,
    제2 경통과,
    상기 제2 경통의 선단에 배치되고 상기 물체를 향하여 오목한 제5 면과 상기 이미지를 향하여 볼록한 제6면을 포함하는 오목 메니스커스 렌즈이고 게르마늄(Ge)을 포함하는 제3 렌즈와,
    상기 물체를 향하여 볼록한 제7면과 상기 이미지를 향하여 오목한 비구면인 제8면을 포함하는 볼록 메니스커스 렌즈이고 게르마늄(Ge)을 포함하는 제4 렌즈를 포함하는 열화상 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 렌즈의 전면으로 배치되는 제1 조리개를 더 포함하는 열화상 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제4 렌즈의 직경은 상기 제3 렌즈의 직경보다 큰 열화상 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제3 렌즈의 초점거리(F3)는 다음의 [수학식 4]를 만족하는 열화상 장치.
    [수학식 4]
    -0.9≤ F3/fH ≤-0.6
    fH: 제1 단위 광학계와 제2 단위 광학계의 합성 초점거리
  13. 제9항에 이어서,
    상기 제3 렌즈는 상기 제5면과 제6면이 비구면이거나, 상기 제6면이 비구면인 열화상 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제3 렌즈는 파장 10㎛에서 굴절률이 3 이상인 열화상 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제4 렌즈의 초점거리(F4)는 다음의 [수학식 5]를 만족하는 열화상 장치.
    [수학식 5]
    0.4≤ F4/fH ≤0.6
    fH: 제1 단위 광학계와 제2 단위 광학계의 합성 초점거리
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 단위 광학계와 상기 제2 단위 광학계의 합성 초점은 상기 제1 단위 광학계의 초점과 동일 위치에 형성되는 열화상 장치.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제3 단위 광학계는,
    제3 경통과,
    상기 제3 경통의 선단에 배치되고 상기 물체를 향하여 볼록한 비구면인 제9 면과 상기 이미지를 향하여 오목한 비구면인 제10면을 포함하는 볼목 메니스커스 렌즈로서 음(-)의 굴절력을 갖고 게르마늄(Ge)을 포함하는 제5 렌즈와,
    상기 물체를 향하여 오목한 회절 비구면인 제11면과 상기 이미지를 향하여 볼록한 비구면인 제12면을 포함하는 볼록 메니스커스 렌즈로서 양(+)의 굴절력을 갖고 게르마늄(Ge)을 포함하는 제6 렌즈를 포함하는 열화상 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제5 렌즈의 초점거리(F5)는 다음의 [수학식 8]을 만족하는 열화상 장치.
    [수학식 8]
    -1.7≤ F5/fL ≤-1.4
    fL : 제3 단위 광학계의 초점거리
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제6 렌즈의 초점거리(F6)는 다음의 [수학식 9]를 만족하는 열화상 장치.
    [수학식 9]
    1.0≤ F6/fL ≤1.2
    fL : 제3 단위 광학계의 초점거리
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제5 렌즈와 상기 제6 렌즈의 사이에 배치되는 제2 조리개를 더 포함하는 열화상 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제2 조리개와 상기 제5 렌즈의 거리(D5S) 및 상기 제2 조리개와 상기 제6 렌즈의 사이의 거리(DS6)는 다음의 [수학식 10]을 만족하는 열화상 장치.
    [수학식 10]
    0.3≤ D5S/fL ≤0.7,
    0.8≤ DS6/fL≤1.0
    fL : 제3 단위 광학계의 초점거리
  22. 제17항에 있어서,
    상기 제5 렌즈와 상기 제6 렌즈의 굴절률은 3이상인 열화상 장치.
  23. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 이미지 센서와 상기 제2 이미지 센서에서 각각 출력되는 이미지는 PIP(Picture In Picture) 형태로 결합되는 열화상 장치.
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