KR101031876B1 - 줌 렌즈 광학계 - Google Patents

Abstract

줌 렌즈 광학계가 개시된다. 보다 상세하게는 본 발명은 물체쪽으로부터 순서대로 배치되는 제1,2,3,4 및 제5 렌즈군으로 형성되며 상기 제1 렌즈군과 제4 렌즈군은 음의 굴절능을 갖고, 상기 제2,3 및 제5 렌즈군은 양의 굴절능을 갖되, 상기 제1 및 제3 렌즈군은 광축에 수직한 방향에서 삽탈 가능하게 형성되고 상기 제5 렌즈군은 광축을 따라 이동가능하게 형성되는 줌 렌즈 광학계에 관한 것이다.

Description

줌 렌즈 광학계{Zoom Lens Optical System}

본 발명은 줌 렌즈 광학계에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 단계 줌 방식의 배율 변환 구조를 사용하는 줌 렌즈 광학계로서 5군 10매의 배율 변환 렌즈 구조를 이용하는 줌 렌즈 광학계에 관한 것이다. 특히, 원거리 표적의 영상 정보 획득을 위해 0.5~0.8㎛ 대역의 파장에서 고해상도(10M 화소)를 갖는 카메라 광학계로써 운용의 신속성, 시스템의 소형화와 경량화, 광학 성능 확보를 위해 배율 변환 렌즈군의 위치 변환 방식으로 구성되며. 이러한 배율 변환 렌즈군에 수차량을 적절히 설정함으로써 3배 줌을 갖고, 시스템에서 요구하는 구속조건을 만족시키는 줌 광학계에 관한 것이다.

일반적으로, 줌렌즈는 상면을 안정적으로 유지하며, 광축을 따라 일부의 렌즈군을 움직여서 광학계의 초점거리나 배율을 연속적으로 변화시킬 수 있는 광학계로 전장의 상황을 탐지하고 감시하는 정찰 장비에 매우 긴요하다. 초기의 줌렌즈는 1차 세계대전 때 적기의 출현을 감지하기 위해 개발되었다. 즉, 목표물을 시야에서 놓치지 않기 위해 렌즈의 교체 없이 배율이 변하는 렌즈가 필요하여 개발된 것이 줌렌즈의 시초라 할 수 있다.

줌 렌즈는 기구보정식, 광학보정식 및 전자보정식으로 나눌 수 있는데 고전적인 의미에서의 줌렌즈란 기구 보정식을 의미한다. 기구 보정식 줌 렌즈는 크게 배율 변환을 위한 줌밍 렌즈군(zooming lens)과 상면의 위치 변화를 보정하는 보상 렌즈군(compensating lens)으로 구성되는 연속 줌 광학계와 배율 변환을 위한 렌즈가 삽입되어 배율을 변화 시키는 단계 줌 방식이 있다.

그러나, 종래의 연속 줌 광학계에서는 배율 변환 렌즈를 사용하는 줌 렌즈 광학계는 배율 변환을 위해 연속적으로 배열된 변환렌즈들이 광축 방향으로 이동하여 배율을 변환하였기 때문에 배율 변환에 필요한 시간이 오랜 걸리는 문제점이 있었다. 또한, 배율 변환을 위해 배율 변환 렌즈가 긴 광축 상에서 긴거리 이동을 위해 구동축(모터)에 조립되어 조립 편차 발생으로 인해 정렬이 용이하지 않는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명에서는 시스템 운용의 단순화 및 구성 시스템의 부피와 무게의 최소화를 요구하는 감시 정찰 시스템의 특성상 배율 렌즈 삽입을 통해 순간적 배율 변환이 용이하고, 소형화와 경량화가 가능하며, 2~3개의 배율에서 최고의 광학성능을 구현할 수 있는 단계 줌 방식의 줌 렌즈 광학계를 제시하고자 한다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 관점으로부터 본 발명은 단계 줌 방식으로 배율 변환하는 줌 렌즈 광학계를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명에서는 5군 10매로 이루어지며, 물체쪽으로부터 순서대로 배치되는 제1,2,3,4 및 제5 렌즈군으로 형성되며 제1 렌즈군과 제4 렌즈군은 음의 굴절능을 갖고, 제2,3 및 제5 렌즈군은 양의 굴절능을 갖되, 제1 및 제3 렌즈군은 광축에 수직한 방향에서 삽탈 가능하게 형성되고 제5 렌즈군은 광축을 따라 이동가능하게 형성되는 줌 렌즈 광학계를 제공한다.

그러나, 본 발명의 기술적 과제는 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서 본 발명에 따른 5군 3배 줌 광학계는 탑재체의 소형화와 경량화를 위해 배율 변환렌즈를 이용한 단계 줌 방식으로 10M급 CCD (charge coupled device)의 이미지 센서(image sensor)를 사용하는 고해상도 광학계의 설계를 제시한다.

또한, 본 발명의 줌 렌즈 광학계는 5군 10매의 렌즈로 구성되며, 배율 변환 역할을 담당하는 제1 렌즈군과 제3 렌즈군은 2군의 앞뒤에 배치하여 배율의 변환과 수차 보정이 용이하다. 또한 제1 렌즈군은 강한 음의 굴절능을 갖도록 구성하여 배율 변환이 용이하게 하며, 색수차와 코마수차 보정을 위해 접합 렌즈를 사용한다.

특히 자동 노출 기능을 위한 조리개를 제2 렌즈군과 제3 렌즈군 사이에 위치할 수 있도록 공간을 충분히 확보하는 것이 바람직하다. 제 2 렌즈군 과 제3 렌즈군의 렌즈는 Crown 계열의 FCD1 재질을 사용하여 수차 보정이 용이하도록 구성 하는 것이 바람직하며, 열팽창 계수가 큰 재질의 특성상 렌즈의 신뢰성 확보를 위해 접합렌즈를 사용하지 않고, single 렌즈로 구성한다. 제4 렌즈군은 single렌즈와 접합 렌즈 구성으로 색수차와 코마수차를 보정하기 위해 3매의 렌즈로 구성하며, 5군은 초점조절 렌즈로써 환경조건(온도, 관측대상거리)에 따른 상면에서의 defocus를 보정하는 역할을 하도록 구동 공간을 확보한다.

또한 본 발명은 배율 변환 구조를 이용한 고분해능 카메라 광학계를 제시한다. 제시된 광학계는 줌 광학계에 주어진 구속조건과 목표 사양을 만족하도록 최적화를 통해 각 렌즈군의 1차 및 3차 수차량을 적절히 할당한다. 최적화 설계된 광학계는 5군 10매로 구성된 단계 줌 방식으로 3배의 줌 비를 가지며, 시야각은 ±6.0˚와 ±18.0˚이고 광학계 전장은 240mm 갖도록 설계한다. 광학계를 구성하는8매의 single 렌즈와 2매의 접합 렌즈는 모두 제작의 용이성을 위해 구면으로 구성하는 것이 바람직하며, 여기에 사용되는 접합렌즈는 열팽창계수 차이를 최소화 하여 부품의 신뢰성을 확보할 수 있도록 함이 바람직하다. 설계된 광학계의 성능은 모든 줌 영역에서 50%이상(@45cy/mm)의 MTF(Modulation Transfer Function)성능을 확보 하였으며, 0~0.7field 영역에서는 60%이상의 MTF 성능으로 설계 목표 값을 만족한다. 또한 운용 환경(온도, 관측거리)에 따른 defocus 보정을 위한 보상 렌즈를 이용하여 광학성능 확보할 수 있도록 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에 따른 줌 렌즈 광학계는, 물체쪽으로부터 순서대로 배치되는 제1,2,3,4 및 제5 렌즈군으로 형성되며 상기 제1 렌즈군과 제4 렌즈군은 음의 굴절능을 갖고, 상기 제2,3 및 제5 렌즈군은 양의 굴절능을 갖되, 상기 제1 및 제3 렌즈군은 광축에 수직한 방향에서 삽탈 가능하게 형성되고 상기 제5 렌즈군은 광축을 따라 이동가능하게 형성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제1 렌즈군은 색수차와 코마수차 보정을 위해 1매의 싱글렌즈와 1매의 접합렌즈로 형성되고, 상기 제2 렌즈군과 제3 렌즈군은 각각 2매의 싱글렌즈로 형성되며, 상기 제4 렌즈군은 2매의 싱글렌즈와 1매의 접합렌즈로 형성된 것이 좋다.

그리고, 상기 제1,2,3,4 및 제5 렌즈군 간 거리는 적어도 7.00mm 이상인 것이 더욱 좋다.

또한, 상기 제5 렌즈군은 상기 1매의 싱글렌즈로 형성되며 상기 줌 렌즈 광학계의 운용 온도범위에서의 온도변화에 따른 디포커스(defocus) 또는 상기 줌 렌즈 광학계로 관측하는 관측대상과의 거리에 따른 디포커스를 보정하기 위해 광축을 따라 전후 이동되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 줌 렌즈 광학계를 통한 광학 이미지는 CCD(Charge-Coupled Device) 이미지 센서를 사용하여 검출되는 것도 좋다.

그리고, 상기 CCD 이미지 센서는 단일 픽셀의 크기가 7.4μm인 가시광 대역의 10M CCD 이미지 센서인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 상기 제1 렌즈군과 상기 제4 렌즈군의 접합렌즈는 접합되는 렌즈간의 열팽창 계수 차이가 2.5*10/K이하인 것이 좋을 것이다.

본 명세서에 기재된 내용으로부터 파악되는 본 발명에 따르면, 단계 줌 방식의 배율 변환 구조를 갖는 줌 렌즈 광학계를 사용함으로서, 고정 줌 영역에서의 광학성능 확보가 용이하고, 카메라의 소형화 및 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면 제1 렌즈군 및 제3 렌즈군이 광축상에 수직방향으로 삽탈되는 구조를 취하여 신속한 배율 변환이 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면, 배율 변환을 위해 렌즈군이 광축상의 거리를 이동하는 시간을 줄이게 되어 구성부품의 신뢰성을 확보할 수 있고 조립 정렬상태가 양호하게 유지된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 렌즈 광학계를 설명하기 위해 도시한 도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 렌즈 광학계의 MTF(Modulation Transfer Function) 특성을 도시한 그래프,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 렌즈 광학계의 수차 특성을 설명하기 위해 도시한 그래프,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 렌즈 광학계의 광선수차 특성을 설명하기 위해 도시한 그래프,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 렌즈 광학계의 사용온도에 따른 제5 렌즈군의 이동량을 도시한 그래프,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 렌즈 광학계의 관측대상과의 거리에 따른 제5 렌즈군의 이동량을 도시한 그래프이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 여기의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결된다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소에 바로 연결될 수도 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있음을 의미한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 이때 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

본 발명에 대한 상세한 설명에 앞서, 감시정찰을 위한 카메라의 광학 설계 사양에 대해 살펴보기로 한다. 광학 설계 사양은 시스템의 운용 환경과 요구 조건으로부터 주어지는데, 광학계 설계시 고려해야 하는 요소를 정리하면 다음과 같다.

첫째, 더욱 높은 곳에서 더욱 작은 관측 대상을 포착 하기 위해 고해상도의 검출기의 사용이 증가 하고 있으며, 이에 따라 고해상도 광학계의 설계가 요구 되고 있다. 둘째, 카메라 운용의 신속성을 위해 배율 변환의 단순화가 필요하여, 이를 위해 단계 줌 방식을 택하여 운용의 단순화와 신속성을 확보가 필요하다. 셋째, 광학계의 소형화 및 경량화를 위해 구성 렌즈의 수의 최소화 와 광학계 전장의 길이를 최소화가 필요하다. 넷째, 카메라 운용 환경에서 구성 부품의 신뢰성 확보가 필요하며, 광학성능의 저하가 없도록 해야 한다. 이러한 개념을 근거로 본 발명에 대한 설명을 개시하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 렌즈 광학계를 설명하기 위해 도시한 도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 줌 렌즈 광학계(100)는 제1 렌즈군(10), 제2 렌즈군(20), 제3 렌즈군(30), 제4 렌즈군(40), 제5 렌즈군(50) 및 CCD 이미지 센서(60)를 포함한다. 즉, 본 발명에서 제시하고자 하는 줌 렌즈 광학계는, 5군 3배 줌 광학계로서 탑재체의 소형화와 경량화를 위해 배율 변환렌즈를 이용한 단계 줌 방식으로 10M급 CCD (charge coupled device)의 이미지 센서(image sensor) 를 사용하는 고해상도 줌 렌즈 광학계이다.

줌 렌즈 광학계(100)는 물체쪽으로부터 순서대로 상술한 제1 내지 제5 렌즈군(10,20,30,40,50)을 구비하며 제5 렌즈군(50) 이후에는 CCD 이미지 센서(60)가 배열된다. 제1 렌즈군(10)과 제4 렌즈군(40)은 음의 굴절능을 갖고, 제2 렌즈군(20), 제3 렌즈군(30) 및 제5 렌즈군(50)은 양의 굴절능을 갖도록 설계된다. 여기서, 제1 및 제3 렌즈군(10,30)은 광축에 수직한 방향으로 삽탈가능하게 구비되는데 이는 배율의 정도에 따라 선택적으로 제1 및 제3 렌즈군(10,30) 모두가 동시에 삽입될 수 있고, 경우에 따라서는 광축상에서 모두 이탈될 수 있다. 또한 제1 렌즈군(10) 및 제3 렌즈군(30) 중 어느 일부만이 광축상에 삽입되어 사용될 수 있음은 물론이다.

즉, 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 고배율 모드로 줌 렌즈 광학계(100)를 사용하고자 하는 경우에는 제1 렌즈군(10) 및 제3 렌즈군(30)이 광축에서 이탈된 상태로 사용되고, 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 저배율 모드에서 줌 렌즈 광학계(100)를 사용하고 자 하는 경우에는 제1 및 제3 렌즈군(10,30)이 모두 광축에 삽입된 상태에서 사용될 수 있다.

또한, 상술한 제1 렌즈군(10)은 색수차와 코마수차를 용이하게 하기 위해 1매의 싱글렌즈와 1매의 접합렌즈로 형성함이 바람직하고, 제2 렌즈군(20) 및 제3 렌즈군(30)은 각각 2매의 싱글렌즈로 형성하되 이들 사이의 간격을 충분히 확보하여 자동노출 기능을 사용하고자 하는 경우에 조리개를 제2 렌즈군(20)과 제3 렌즈군(30) 사이에 삽입할 수 있도록 한다.

그리고, 제4 렌즈군(40)은 2매의 싱글렌즈과 1매의 접합렌즈로 형성하여 색수차와 코마수차를 보정하도록 한다.

또한, 제5 렌즈군(50)은 1매의 싱글렌즈로 형성하여 초점조절 렌즈로서 기능하도록 하며, 줌 렌즈 광학계(100)의 사용조건 즉, 사용온도나 관측대상과의 거리에 따라 상면에서의 defocus를 보정하는 역할을 수행할 수 있도록 광축을 따라 전후 이동할 수 있도록 형성된다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 구체적으로 구현한 예와 이를 통한 본 발명의 성능 시뮬레이션 결과에 대해 설명하기로 한다.

실험예

항목	설계사양
검출기 화소수	10M급
검출기 pitch	7.4㎛ x 7.4㎛
검출기 유효면적	24.3mm x 24.3mm
파장대역 (wave band)	0.5 ~ 0.8㎛
줌 비 (zoom ratio)	3 : 1
시 계 (field of view)	고배율 : 6.0˚x 6.0˚ 저배율 : 18.0˚x 18.0˚
F-Number	5.5
광학계 총 길이	240mm
Distortion	고배율 : <±1% 저배율 : <±3%
MTF 특성 (@45cy/mm)	60% 이상 (0 ~ 0.7 field) 50% 이상 (0.7 ~ 1.0 field)
광학계 구성	10매 (접합렌즈 2매)

본 발명의 일 실시예에 따른 줌 렌즈 광학계의 목표사양을 상기 [표 1]과 같이 설계하였다. 목표사양에 대해 자세히 언급하면, 카메라에 사용된 검출기는 단일 픽셀 크기가 7.4㎛인 가시광 대역의 10M CCD 이미지 센서를 사용하였으며, IFOV (instantaneous field of view) 3개를 한 주기로 하는 공간 주파수 45cy/mm에서 60%(0~0.7 field), 50% (0.7~1.0 field)의 MTF 특성 확보를 목표로 하였다. 직선형 줌렌즈에 시스템의 소형화와 경량화를 만족시키기 위해서 줌 비를 3배로 제한하고, 구성렌즈를 10매로 제한하였으며, 광학계 전장 길이를 240mm최소화 하였다. 또한 카메라의 운용온도 조건을 고려하여 구성 접합렌즈의 열팽창계수 차이가 2.5x10-6/K 이하가 되도록 구성하였다.

줌 렌즈 광학계를 구성하는 각 군이 독립적으로 색수차가 보정되거나 또는 최소의 값을 갖기 위해서는 광학유리를 적절히 선정해야 한다. 즉, 초점거리가 양의 값을 갖는 2군, 3군, 5군을 구성하는 양의 굴절능을 갖는 렌즈는 crown glass를 적용 하였으며, 음의 굴절능을 갖는 렌즈에는 flint glass를 적용 하였다. 한편, 초점거리가 음의 값을 갖는 1군, 4군을 구성하는 Crown 및 flint glass는 음 및 양의 굴절능을 갖는 렌즈를 사용하였다. 이러한 광학유리 선택을 기초로 하고, 각군의 특성을 파악하여 적절한 렌즈의 형태를 설정하였다. 위 과정을 통하여 각군의 역할에 따른 구성을 대략적으로 결정한 후 광학설계 프로그램인 Code-V를 활용하여 최적화 설계를 진행 하였다. 최적 설계를 위해 파장대역은 0.5 ~ 0.8㎛에 동일 가중치를 주었으며, 배율 변환 렌즈의 구동 공간 확보와 기구적인 결합공간 확보를 위해 모듈간 거리는 최소 7.0mm로 설정하였고, 광학계의 크기를 최소화 하기 위해 전장을 가능한 최소가 되도록 구속 조건을 설정 함으로써, 초기 설계치가 원하는 사양에 만족시키도록 하였다.

최종 설계된 광학계는 도 1에 도시된 바와 같이 5군 10매의 렌즈로 구성 하였으며, 배율 변환 역할을 담당하는 제1 렌즈군과 제3 렌즈군은 제2 렌즈군의 앞뒤에 배치하여 배율의 변환과 수차 보정이 용이하도록 하였다. 또한 제1 렌즈군은 강한 음의 굴절능을 갖도록 구성하여 배율 변환이 용이하도록 하였으며, 색수차와 코마수차 보정을 위해 접합 렌즈를 사용하였다. 특히 자동 노출 기능을 위한 조리개를 제2 렌즈군과 제3 렌즈군 사이에 위치할 수 있도록 공간을 충분히 확보 하였다. 제2 렌즈군과 제3 렌즈군은 Crown 계열의 FCD1 재질을 사용하여 수차 보정이 용이하도록 구성 하였으며, 열팽창 계수가 큰 재질의 특성상 렌즈의 신뢰성 확보를 위해 접합렌즈를 사용하지 않고, single 렌즈로 구성 하였다. 제4 렌즈군은 single렌즈 와 접합 렌즈 구성으로 색수차와 코마수차를 보정하기 위해 3매의 렌즈로 구성하였으며, 제5 렌즈군은 초점조절 렌즈로써 환경조건(온도, 관측대상거리)에 따른 상면에서의 defocus를 보정 하는 역할을 하도록 구동 공간을 확보 하였다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 렌즈 광학계의 MTF(Modulation Transfer Function) 특성을 도시한 그래프, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 렌즈 광학계의 수차 특성을 설명하기 위해 도시한 그래프, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 렌즈 광학계의 광선수차 특성을 설명하기 위해 도시한 그래프이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 최종 설계된 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 렌즈 광학계는 모든 줌 영역에서 50%이상 (@45cy/mm)의 MTF 성능을 확보 하였으며, 0~0.7field 영역에서는 60%이상의 MTF 성능 확보하여 설계 목표 값에 만족함을 알 수 있었다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 왜곡수차는 모든 영역에서 3.0% 이내로 보정 되었고, 구면수차는 ±0.3mm 이하, 비점수차는 ±0.1mm이하로써 우수한 성능을 나타내고 있음을 알 수 있었다.

그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 일 실시예에 따른 줌 렌즈 광학계의 광선수차 특성을 도시한 광선 수차도를 보면 모든 파장 영역의 광축과 비축에서 수차 값이 ±0.025mm로 수차 보정이 잘 되었음을 알 수 있었다.

또한 감시 정찰 목적의 줌 렌즈 광학계는 항공기에 탑재되어 지상의 관측대상을 촬영하여야 하는 특수한 운용환경으로 인해 매우 넓은 온도 범위에서 동작이 요구 되며, 매우 넓은 거리 범위에서 관측 대상을 촬영할 수 있어야 한다. 따라서, 줌 렌즈 광학계의 가용온도 범위(-40 ~ 60℃)에서 능동식 비열화를 구현할 수 있도록 비열화 보상 렌즈(제5 렌즈군)을 설정하고 온도변화 및 관측대상과의 거리에 따른 제5 렌즈군의 이동량에 대해 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 렌즈 광학계의 사용온도에 따른 제5 렌즈군의 이동량을 도시한 그래프, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 렌즈 광학계의 관측대상과의 거리에 따른 제5 렌즈군의 이동량을 도시한 그래프이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 온도 변화에 따른 비열화 보상 렌즈(제5 렌즈군)의 이동량은 고배율에서 -1.06 ~ 0.75mm, 저배율에서 -0.43~0.3mm로써 초기(20℃) MTF 성능 대비 95% 이상의 성능을 확보 할 수 있도록 하였다. 이렇게 설정된 보상렌즈(제 5렌즈군)의 이동 궤적은 매우 선형적으로 보상렌즈의 구동을 단순화 할 수 있었다.

도 6에 도시된 바와 같이, 관측대상의 거리에 따른 상면에서의 defocus보정을 위한 보상렌즈(제5 렌즈군)의 이동량은 고배율에서 0.05 ~ 0.24mm, 저배율에서 -0.025 ~ -0.04mm로 측정되었다. 이렇게 계산된 비열화 보상렌즈의 이동량과 관측대상거리에 따른 defocus 보상렌즈의 이동량을 look-up table로 구성하여 카메라의 운용 환경에 따른 성능 저하가 최소가 되도록 하였다.

정리하면, 설계된 광학계의 성능은 모든 줌 영역에서 50%이상(@45cy/mm)의 MTF 성능을 확보 하였으며, 0~0.7field 영역에서는 60%이상의 MTF 성능으로 설계 목표 값을 만족하였다. 또한 운용 환경(온도, 관측거리)에 따른 defocus 보정을 위한 보상 렌즈를 이용하여 광학성능 확보할 수 있도록 설계되어, 본 발명에 따른 줌 렌즈 광학계는 카메라 운용의 용이성과, 고정 줌 영역에서 광학성능을 확보하기에 용이하고, 카메라의 소형화와 경량화가 가능하여 향후 감시 정찰용 카메라 광학계 개발에 응용이 가능함을 확인하였다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 사상적 범주에 속한다.

100 : 줌 렌즈 광학계 10 : 제1 렌즈군
20 : 제2 렌즈군 30 : 제3 렌즈군
40 : 제4 렌즈군 50 : 제5 렌즈군
60 : CCD 이미지 센서

Claims (7)

1. 줌 렌즈 광학계에 있어서,
   물체쪽으로부터 순서대로 배치되는 제1,2,3,4 및 제5 렌즈군으로 형성되며 상기 제1 렌즈군과 제4 렌즈군은 음의 굴절능을 갖고, 상기 제2,3 및 제5 렌즈군은 양의 굴절능을 갖되, 상기 제1 및 제3 렌즈군은 광축에 위치되어 사용되거나 상기 광축에서 이탈된 채로 사용되도록 상기 광축에 수직한 방향으로 이동가능하게 형성되며,
   상기 제5 렌즈군은 상기 광축을 따라 이동가능하게 형성되는 것임을 특징으로 하는 줌 렌즈 광학계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 렌즈군은 색수차와 코마수차 보정을 위해 1매의 싱글렌즈와 1매의 접합렌즈로 형성되고,
   상기 제2 렌즈군과 제3 렌즈군은 각각 2매의 싱글렌즈로 형성되며,
   상기 제4 렌즈군은 2매의 싱글렌즈와 1매의 접합렌즈로 형성된 것임을 특징으로 하는 줌 렌즈 광학계.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1,2,3,4 및 제5 렌즈군 간 거리는 적어도 7.00mm 이상인 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 광학계.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제5 렌즈군은 1매의 싱글렌즈로 형성되며 상기 줌 렌즈 광학계의 운용 온도범위에서의 온도변화에 따른 디포커스(defocus) 또는 상기 줌 렌즈 광학계로 관측하는 관측대상과의 거리에 따른 디포커스를 보정하기 위해 광축을 따라 전후 이동되는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 광학계.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 줌 렌즈 광학계를 통한 광학 이미지는 CCD(Charge-Coupled Device) 이미지 센서를 사용하여 검출되는 것임을 특징으로 하는 줌 렌즈 광학계.
6. 제5항에 있어서,
   상기 CCD 이미지 센서는 단일 픽셀의 크기가 7.4μm인 가시광 대역의 10M CCD 이미지 센서인 것임을 특징으로 하는 줌 렌즈 광학계.
7. 제2항에 있어서,
   상기 제1 렌즈군과 상기 제4 렌즈군의 접합렌즈는 접합되는 렌즈간의 열팽창 계수 차이가 2.5*10/K이하인 것임을 특징으로 하는 줌 렌즈 광학계.
   

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