KR100282532B1 - Night vision relay optical system - Google Patents
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Abstract
홀로그래픽 렌즈를 채용한 야시용 릴레이 광학계가 개시되어 있다.A visual relay optical system employing a holographic lens is disclosed.
이 야시용 릴레이 광학계는 야시용 영상증폭관(IIT)과 카메라 사이의 광축상에 배치되어, 영상증폭관 상면에 맺힌 상을 카메라로 전송시켜줄 수 있도록 영상증폭관 쪽으로부터 순차로 배치된, 양볼록의 제1렌즈와; 볼록한 입사면과, 홀로그램패턴이 형성된 출사면을 갖는 제2렌즈와; 양볼록의 제3렌즈와; 양오목의 제4렌즈와; 양볼록의 제5렌즈를 포함하여 5매 렌즈로 구성된 것을 특징으로 한다.This visual relay optical system is disposed on the optical axis between the visual amplification tube (IIT) and the camera, and is sequentially arranged from the image amplification tube side so that the image formed on the upper surface of the image amplification tube can be transmitted to the camera. A first lens of; A second lens having a convex entrance surface and an exit surface having a hologram pattern formed thereon; A biconvex third lens; A fourth lens of calico; It is characterized by consisting of five lenses including a biconvex fifth lens.
Description
본 발명은 야시용 릴레이(relay) 광학계에 관한 것으로서, 상세하게는 홀로그래픽 렌즈를 채용한 야시용 릴레이 광학계에 관한 것이다.The present invention relates to a night vision relay optical system, and more particularly, to a night vision relay optical system employing a holographic lens.
일반적으로, 고글(Goggles)형태 또는 헬멧에 부착 사용되는 형태의 야시경은 적외선 광을 사용하여 야간에 물체를 식별하거나 촬영하는데 이용된다. 이를 위하여 상기한 야시경은 그 광학장치로 광을 증폭하는 영상증폭관(Imaging Intensifying Tube)과, 상이 맺히는 상면을 갖는 카메라 및 상기 영상증폭관과 카메라 사이에 설치되어 상기 영상증폭관에 형성된 인광형 상면을 카메라로 전송시키는 릴레이 광학계를 포함한다.In general, goggles or night vision in the form of attachment to a helmet is used to identify or photograph objects at night using infrared light. To this end, the night vision mirror is provided with an imaging intensifying tube (Amaging Intensifying Tube) for amplifying light with an optical device, a camera having an upper image forming image, and a phosphorescent upper surface formed between the image amplifier and the camera. Relay optical system for transmitting to the camera.
도 1은 종래 야시용 릴레이 광학계의 광학적 배치를 보인 개략적인 구성도이다.1 is a schematic diagram illustrating an optical arrangement of a conventional night vision relay optical system.
도시된 바와 같이, 야시용 릴레이 광학계는 7매의 렌즈유니트와 조리개(Aperture Stop)를 포함하여 구성된다. 도면에서 F1은 영상증폭관의 상면(Phosphore 면)을 나타낸 것이고, F2는 카메라의 상면을 나타낸 것이다. 상기 렌즈유니트는 2매의 정(正)의 메니스커스렌즈(L1)(L3)와, 2매의 양볼록렌즈(L2)(L4)와, 1매의 양오목렌즈(L5) 및 2매의 평볼록렌즈(L6)(L7)로 구성된다. 그리고, 상기 양오목렌즈(L5)와 평볼록렌즈(L6) 사이의 광경로 상에 조리개(A)를 더 구비한다. 이와 같이, 구성된 종래의 릴레이 광학계는 광축상에서의 변조전달함수(MTF; Modulation Transfer Function)가 0.80/10 lps 이고 주변상면의 MTF가 0.45/10 lps 이며, 왜곡수차가 5% 정도의 광학성능을 가진다.As shown, the night vision relay optical system includes seven lens units and an aperture stop. In the figure, F1 represents the top surface (Phosphore surface) of the image amplification tube, F2 represents the top surface of the camera. The lens unit includes two positive meniscus lenses (L1) (L3), two biconvex lenses (L2) (L4), one biconvex lens (L5), and two sheets Is made up of the flat convex lenses L6 and L7. Further, an aperture A is further provided on the optical path between the biconvex lens L5 and the flat convex lens L6. As described above, the conventional relay optical system has a Modulation Transfer Function (MTF) of 0.80 / 10 lps on the optical axis, an MTF of 0.45 / 10 lps on the peripheral image, and has a distortion performance of about 5%. .
상기한 바와 같이, 구성된 릴레이 광학계는 그 광학성능에 있어서는 커다란 문제점이 없으나, 7매의 렌즈유니트로 구성되어 그 광학적 배치가 어렵고 제조원가가 고가라는 단점이 있다.As described above, the configured relay optical system does not have a big problem in its optical performance, but has a disadvantage in that the optical arrangement is difficult and the manufacturing cost is high because it is composed of seven lens units.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 렌즈의 매수를 줄여 조립공수 및 코스트를 낮출 수 있도록 된 야시용 릴레이 광학계를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a night vision relay optical system capable of reducing assembly number and cost by reducing the number of lenses.
도 1은 종래의 야시용 릴레이 광학계의 광학적 배치를 보인 개략적인 구성도.1 is a schematic diagram showing an optical arrangement of a conventional night vision relay optical system.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 야시용 릴레이 광학계의 광학적 배치를 보인 개략적인 구성도.Figure 2 is a schematic diagram showing the optical arrangement of the optical relay optical system according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제2렌즈 일부분의 이론적인 홀로그램 프로파일을 보인 도면.3 shows a theoretical hologram profile of a portion of a second lens according to an embodiment of the invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제2렌즈 일부분의 실제 홀로그램 프로파일을 보인 도면.4 shows an actual hologram profile of a portion of a second lens according to an embodiment of the invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
1...영상증폭관 상면 3...카메라 상면 11...제1렌즈1.Top of
12...제2렌즈 13...제3렌즈 14...제4렌즈12 ...
15...제5렌즈 20...조리개15 ... Fifth Lens 20 ... Aperture
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 야시용 영상증폭관(IIT)과 카메라 사이의 광축상에 배치되어, 상기 영상증폭관 상면에 맺힌 상을 카메라로 전송시켜주는 야시용 릴레이 광학계에 있어서, 상기 영상증폭관 쪽으로부터 순차로, 양볼록의 제1렌즈와; 볼록한 입사면과, 홀로그램패턴이 형성된 출사면을 갖는 제2렌즈와; 양볼록의 제3렌즈와; 양오목의 제4렌즈와; 양볼록의 제5렌즈를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is disposed on the optical axis between the night vision amplifier (IIT) and the camera, in the relay optical system for vision for transmitting the image formed on the upper surface of the video amplifier tube to the camera, A biconvex first lens sequentially from the image amplifying tube; A second lens having a convex entrance surface and an exit surface having a hologram pattern formed thereon; A biconvex third lens; A fourth lens of calico; It characterized in that it comprises a biconvex fifth lens.
이하, 첨부된 도면들 및 표들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 광학계를 상세히 설명한다.Hereinafter, a relay optical system according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and tables.
도 2는 본 발명에 따른 야시용 릴레이 광학계의 광학적 배치를 보인 구성도이다.Figure 2 is a block diagram showing the optical arrangement of the optical relay optical system according to the present invention.
도시된 바와 같이, 야시용 영상증폭관(IIT)(1) 쪽으로부터 카메라(3) 쪽으로 순차로 배치된 제1렌즈(11) 내지 제5렌즈(15)를 포함하여 구성되며, 상기 제2렌즈(12)의 출사면에는 홀로그램 패턴이 형성된 것에 그 특징이 있다.As shown in the drawing, the
상기 제1렌즈(11)는 상기 IIT(1)의 상면과 인접 배치되며, 상기 IIT(1) 쪽에서 입사되는 상의 발산정도를 줄여줄 수 있도록 된 양볼록렌즈이다. 상기 제2렌즈(12)는 볼록한 입사면과 평면의 출사면을 갖는 평볼록렌즈로 상기 출사면에 홀로그램패턴이 형성되어 있다. 이 제2렌즈(12)는 상기 제1렌즈(11)를 통과한 상의 발산 정도를 줄여준다. 제3렌즈(13)와 제4렌즈(14)는 서로 이웃되게 배치되며, 상기 제3렌즈(13)는 양볼록렌즈이고 상기 제4렌즈(14)는 양오목렌즈이다. 즉, 상기 제3렌즈(13)의 출사면과 제4렌즈(14)의 입사면은 동일 곡률을 가진다. 상기 제3렌즈(13)는 상기 제1 및 제2렌즈(11)(12)를 통과한 상을 수렴시키고, 제4렌즈(14)는 상기 제1 내지 제3렌즈를 투과한 상의 수차를 보정한다. 상기 제5렌즈(15)는 양볼록렌즈로 상기 제1 내지 제4렌즈를 투과한 상을 수렴시켜 카메라의 상면(3)에 맺히도록 한다.The
바람직하게는, 상기 제4렌즈(14)와 상기 제5렌즈(15) 사이에 조리개(20)가 더 구비된다. 상기 조리개(20)는 상기 IIT상면(1) 쪽에서 입사되는 잡상(雜像)을 차단한다.Preferably, the
상기 릴레이 광학계를 이루는 각 렌즈 및 상면에 대한 곡률반경과, 유효개구반경과,, 인접한 렌즈면 사이의 광축상의 거리들 및, 렌즈의 재료의 일 데이터를 표1에 나타내었다.A radius of curvature and an effective opening radius of each lens and an image surface of the relay optical system; Table 1 shows the distances on the optical axis between adjacent lens surfaces and the material of the lens material.
여기서, 새그(SAG) =(i = 1, 2, 3, ... 10)로 정의된다. 여기서, Ri는 렌즈 각 면의 곡률반경이고, Yi는 각 렌즈면의 높이를 말한다.Where SAG = (i = 1, 2, 3, ... 10) Here, R i is the radius of curvature of each lens surface, Y i is the height of each lens surface.
상기 제2렌즈의 출사면 즉, R4면은 홀로그램표면으로서 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은, 홀로그램패턴이 형성되어 있으며, 그 데이터는 표2에 나타내었다. 도 3은 이론적인 홀로그램패턴의 프로파일을 보인 것이고, 도 4는 실제의 프로파일 즉, 8레벨로 양자화된 프로파일을 보인 것이다. 즉, 홀로그램패턴의 이론적인 프로파일의 높이는 0.709 ㎛이고, 8레벨로 양자화된 프로파일의 전체높이는 0.620㎛이다. 그리고, 상기한 바와 같은 프로파일 19개가 모여 상기 제2렌즈의 출사면을 이룬다. 상기한 바와 같은 홀로그램패턴은 이온빔을 사용한 드라이 에칭방법으로 미세형상을 얻는다.The emission surface of the second lens, that is, the R4 surface, is a hologram surface, and a hologram pattern as shown in FIGS. 3 and 4 is formed, and the data are shown in Table 2. FIG. 3 shows a profile of a theoretical hologram pattern, and FIG. 4 shows an actual profile, that is, a profile quantized to eight levels. That is, the height of the theoretical profile of the hologram pattern is 0.709 mu m, and the total height of the profile quantized to eight levels is 0.620 mu m. Then, 19 profiles as described above are gathered to form an exit surface of the second lens. The hologram pattern as described above obtains a fine shape by a dry etching method using an ion beam.
상기한 바와 같이 구성된, 본 발명에 따른 야시용 릴레이 광학계는 그 축상에서의 변조전달함수(MTF; Modulation Transfer Function)가 0.81/10 lps이고, 주변 상면에서의 MTF가 0.6/10 lps 그리고 왜곡수차는 5% 정도의 광학성능을 가진다.The visual relay optical system according to the present invention, configured as described above, has a Modulation Transfer Function (MTF) of 0.81 / 10 lps on its axis, 0.6 / 10 lps of MTF on the peripheral upper surface, and a distortion aberration. It has about 5% optical performance.
따라서, 본 발명에 따른 야시용 릴레이 광학계는 상기한 종래의 7매 렌즈로 구현된 릴레이 광학계와 비교하여 볼 때 우수한 광학성능을 가짐과 아울러 5매 렌즈로 구현함으로써, 광학계의 설치가 용이하고, 광학계 전체의 무게를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 제조원가을 대폭 줄일 수 있는 등의 효과가 있다. 그러므로, 고글(Goggles)형태의 야시경 이나 HMD등의 소형 경량화가 요구되는 장치에 응용시 매우 유용하다.Therefore, the visual relay optical system according to the present invention has excellent optical performance as compared with the relay optical system implemented with the conventional seven-lens lens and implemented by five lenses, so that the installation of the optical system is easy, and the optical system Not only can the overall weight be reduced, but manufacturing costs can be greatly reduced. Therefore, it is very useful when applied to the device which requires small size and light weight such as goggles night view or HMD.
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KR1019970077730A KR100282532B1 (en) | 1997-12-30 | 1997-12-30 | Night vision relay optical system |
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Citations (2)
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JPH02297415A (en) * | 1989-02-16 | 1990-12-07 | Cmb Packaging Uk Ltd | Extrusive molding |
US5349179A (en) * | 1993-07-01 | 1994-09-20 | Litton Systems, Inc. | Night vision device with holographic reticle which is transparent in a first condition and visibly superimposed in a second condition |
-
1997
- 1997-12-30 KR KR1019970077730A patent/KR100282532B1/en not_active IP Right Cessation
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JPH02297415A (en) * | 1989-02-16 | 1990-12-07 | Cmb Packaging Uk Ltd | Extrusive molding |
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