KR101233978B1

KR101233978B1 - 광학식 스코프

Info

Publication number: KR101233978B1
Application number: KR1020100094809A
Authority: KR
Inventors: 정인; 이동희
Original assignee: 이동희; 정인
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2013-02-18
Also published as: KR20120033183A; US10895432B2; US20210190457A1; US9417036B2; US20170089668A1; US20120075696A1; US11946723B2

Abstract

본 발명은 광학식 스코프에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 광학식 스코프는 대물렌즈와, 접안렌즈와, 레티클를 갖는 광학식 스코프에 있어서, 안점거리를 길게 하기 위해 대물렌즈 결상면에 배치되는 레티클의 전반 또는 후방 중 적어도 어느 하나에 음의 굴절력(negative power)을 갖는 필드렌즈가 배치된 것을 특징으로 한다.

Description

광학식 스코프{OPTICAL SCOPE}

본 발명은 광학식 스코프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대물렌즈 결상면 위치에 음의 굴절력을 갖는 렌즈를 배치하여 안점거리를 길게 한 광학식 스코프에 관한 것이다.

총기류에 있어서, 조준수단은 외부목표물을 정확하게 조준할 수 있도록 총기의 상단부에 결합될 수 있다. 그런데, 총기 중 특히 소총의 경우 가늠자와 가늠쇠의 조준선 정렬에 의한 조준이 이뤄지게 되는데, 상기 조준이 얼마나 신속하게 이뤄져 조준사격을 할 수 있는지를 나타내는 신속성과, 상기 조준사격이 정확하게 표적을 향하는지를 나타내는 정확성이 매우 중요하다.

즉, 조준사격 방법에서는 목표 포착 및 확인, 조준선 정렬, 조준 등의 복잡한 과정과 시간이 요구되며, 가늠쇠와 가늠자 자체가 매우 작아서 이를 정확하게 정렬하기 위해 지나치게 조준선 정렬에 신경을 쓰다 보면 표적이나 전방 상황보다는 가늠쇠와 가늠자 자체에 시선이 집중되어 시야가 좁아지게 된다.

이와 같은 조준선 정렬의 번거로움을 해결하면서 좀더 정확성을 높이기 위해 광학식 스코프(scope)가 제안되었다.

광학식 스코프는 대물렌즈와 대안렌즈 레티클(reticle:조준선)로 구성되는 배율이 있는 광학계를 사용하여 목표물을 확대해서 볼 수 있기 때문에 목표물의 식별능력이 뛰어나 스코프 내부에 있는 레티클(reticle)을 통해 정조준을 가능하게 한다.

이와 같은 광학식 스코프는 정립프리즘 방식과 릴레이렌즈 방식으로 크게 나누어진다. 도 1에 이 두가지 방식의 구조도를 보여주고 있다.

먼저, 도 1의 (a)를 참조하면, 정립프리즘 방식의 광학식 스코프 구조는 대물렌즈(12), 프리즘 광학계(14), 레티클(13), 접안렌즈(11) 등으로 구성된다. 대물렌즈(12)에 의한 외부 물체의 상을 레티클(13) 위치에 결상을 하면 이 상과 레티클(13)을 동시에 접안렌즈(11)에 의해 확대해서 보는 것이 망원경 또는 스코프의 원리이다. 이때 대물렌즈(12)의 상을 레티클(13) 위치에 그대로 결상하면 상이 거꾸로 보이기 때문에 이것을 다시 한번 거꾸로 보이게 하여 접안렌즈(11)에 의한 상을 정립이 될 수 있도록 하는 것이 대물렌즈(12)와 레티클(13) 사이에 있는 정립프리즘(14, erecting prism)이다. 이러한 정립프리즘(14)의 종류에는 도 2와 같은 아베(Abbe) 프리즘(14a, 쾨니히(Koenig) 프리즘 또는 브라쉬어-해스팅스(Brashear-Hastings) 프리즘 이라고도 함) 또는 도 3과 같은 지붕형 페찬(roofed Pechan) 프리즘(14b) 등이 있다.

도 4의 정립프리즘의 단면 구조는, 면길이(face length) 17.5mm 인 지붕형 페찬 프리즘(14b)으로 위쪽 프리즘의 상단부에는 직각프리즘의 구조의 지붕이 형성되어 있어 상의 좌우 이미지를 바꾸어주는 역할을 한다. 총 기하학적 투과 경로는 두 프리즘 사이의 공기층을 0.70mm라고 하면 77.49mm 로 계산되고, 이 지붕형 페찬 프리즘의 광축상 직선거리는 21.12mm 이며, 프리즘 초자 BK7의 굴절률(1.5168 @d-line)에 의한 광학적경로(OPL)의 확장량은

이므로, 경통길이의 기하학적 축소 효과는 56.37mm이고, 광학적 경로 축소 효과는 30.21mm 로 계산된다.

일반적으로 정립프리즘 방식은 경통길이를 짧게 만들 수 있는 장점이 있으나 프리즘의 제작이 까다로운 것이 단점이다.

한편, 도 1에서는 대물렌즈(12)와 접안렌즈(11)가 한 장으로 구성되어 있는 것으로 도시하였으나, 실제적으로는 수차 등을 제거하기 위해 여러 장으로 구성하는 것이 일반적이다.

릴레이렌즈 방식의 광학식 스코프 구조는, 도 1의 (b)를 참조하면, 대물렌즈(12), 필드렌즈(16), 레티클(13), 릴레이렌즈(15), 접안렌즈(11) 등으로 구성된다. 대물렌즈(12)에 의한 외부 물체의 상을 레티클(13) 위치에 결상을 하면 이 상과 레티클(13)의 시표를 동시에 릴레이렌즈(15)가 접안렌즈(11) 앞쪽에 재결상시키고, 이것을 접안렌즈(11)에 의해 확대해서 보는 것이 릴레이렌즈(15) 방식의 망원경의 원리이다. 즉, 대물렌즈(12)의 상이 레티클(13)에 그대로 결상하면 일반적으로 상이 거꾸로 보이게 되는데, 이것을 다시 한번 릴레이렌즈(15, relay lens)에 의해 재결상시킴으로써 다시 거꾸로 보이게 하여 접안렌즈(11) 앞쪽에서의 상은 정립으로 결상되게하며, 이 상을 접안렌즈(11)가 확대해 보게 되는 것이다.

광학식 스코프는 일반적으로 대물렌즈(12), 접안렌즈(11), 레티클(13), 상을 정립시키는 목적으로 사용되는 릴레이렌즈(15) 또는 정립프리즘(14)으로 구성된다. 또한, 시야를 크게 하기 위해 레티클(13)과 접안렌즈(11) 사이에 양의 굴절력(positive power)을 갖는 필드렌즈(16)를 사용하기도 한다.

스코프의 접안렌즈 설계에 있어서 레티클(13)과 접안렌즈(11) 사이에 양의 굴절력(positive power)의 필드렌즈(16)를 레티클(13)에 가깝게 채택하여 접안렌즈(11)를 통한 시야를 확대하는 기술은 기존 망원경등의 스코프에 적용되고 있는 기술이다. 그런데 이렇게 시야가 확대되면 안점길이(도 5에서 D로 표시)가 짧아지는 것이 일반적이고 기존의 망원경에서는 안점거리를 길게 할 필요가 없었기 때문에 이 기술을 많이 채택해 오고 있다.

특히, 도 5와 같이 사격자의 눈의 위치가 스코프(10)에서 멀어질 수록 총기류(G)의 사격의 반동에 의한 상해의 위험성을 줄일 수 있고, 목표물과 그 주변의 움직임을 신속하게 포착할 수 있게 된다. 그러나 종래의 스코프(10)는 대물렌즈(12), 접안렌즈(11), 레티클(13), 상을 정립시키는 목적으로 사용되는 릴레이렌즈(15) 또는 정립프리즘(14), 양의 굴절력(positive power)을 갖는 필드렌즈(16)를 사용하였기 때문에 스코프를 주시하는 사격자의 눈의 위치를 충분하게 스코프에서 멀리 떨어지게 할 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 대물렌즈의 결상면 부근에 음의 굴절력(negative power)을 갖는 렌즈를 배치시켜 안점거리(eye-relief)를 길게 할 수 있으므로, 사격자의 눈의 위치가 스코프에서 멀어질 수 있기 때문에 총기류의 사격의 반동에 의한 상해의 위험성을 줄일 수 있고, 목표물과 그 주변의 움직임을 신속하게 포착할 수 있는 광학식 스코프를 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 대물렌즈와, 접안렌즈와, 레티클을 갖는 광학식 스코프에 있어서, 안점거리를 길게 하기 위해 대물렌즈 결상면에 배치되는 레티클의 전방 또는 후방 중 적어도 어느 하나에 음의 굴절력을 갖는 필드렌즈가 배치되는 것을 특징으로 하는 광학식 스코프를 제공함에 있다.

본 발명 광학식 스코프는 대물렌즈와, 필드렌즈와, 레티클과, 접안렌즈가 순서대로 배치되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 필드렌즈는 접안렌즈와 대향하는 면이 평면으로 이루어지고, 상기 레티클은 상기 필드렌즈의 평면과 나란하게 배치되는 평면렌즈의 일면에 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 필드렌즈는 접안렌즈와 대향하는 방향이 평면으로 이루어지고, 상기 레티클은 상기 필드렌즈의 평면상에 에칭되어 필드렌즈와 일체로 형성되는 것도 바람직하다.

본 발명 광학식 스코프는 대물렌즈와, 레티클과, 필드렌즈와, 접안렌즈가 순서대로 배치되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 필드렌즈는 대물렌즈와 대향하는 면이 평면으로 이루어지고, 상기 레티클은 상기 필드렌즈의 평면과 나란하게 배치되는 평면렌즈의 일면에 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 필드렌즈는 대물렌즈와 대향하는 면이 평면으로 이루어지고, 상기 레티클은 상기 필드렌즈의 평면상에 에칭되어 필드렌즈와 일체로 형성되는 것도 바람직하다.

본 발명 광학식 스코프는 상기 필드렌즈는 각각 음의 굴절력을 갖는 제1필드렌즈와 제2필드렌즈로 구성되고, 대물렌즈와, 제1필드렌즈와, 레티클과, 제2필드렌즈와, 접안렌즈가 순서대로 배치되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제1필드렌즈와 제2필드렌즈 중 적어도 어느 하나는 레티클과 대향하는 면이 평면으로 이루어지고, 상기 레티클은 상기 필드렌즈의 평면과 나란하게 배치되는 평면렌즈의 일면에 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1필드렌즈와 제2필드렌즈 중 적어도 어느 하나는 레티클과 대향하는 면이 평면으로 이루어지고, 상기 레티클은 상기 제1필드렌즈 또는 제2필드렌즈의 평면상에 에칭되어 제1필드렌즈 또는 제2필드렌즈와 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명 광학식 스코프는 상기 대물렌즈와 레티클 사이에 배치되어 상을 정립시키는 정립광학계를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 정립광학계는 정립프리즘으로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 대물렌즈의 결상면 부근에 음의 굴절력(negative power)을 갖는 렌즈를 배치시켜 안점거리(eye-relief)를 길게 할 수 있으므로, 사격자의 눈의 위치가 스코프에서 멀어질 수 있기 때문에 총기류의 사격의 반동에 의한 상해의 위험성을 줄일 수 있고, 목표물과 그 주변의 움직임을 신속하게 포착할 수 있는 광학식 스코프가 제공된다.

도 1은 종래 광학식 스코프의 종류에 따른 구조도,
도 2는 아베 프리즘 구조도,
도 3과 지붕형 페찬 프리즘 구조도,
도 4는 지붕형 페찬 프리즘의 실제 가공 치수의 한 보기를 나타내는 도면,
도 5는 스코프의 안점거리를 나타내는 개념도,
도 6은 본 발명 광학식 스코프의 단면도,
도 7은 본 발명 광학식 스코프에 따른 필드렌즈의 굴절력 계산을 위한 근축광학적 렌즈 배치도,
도 8은 프로그램으로 계산된 하나의 실시예,
도 9는 본 발명 광학식 스코프에 따른 접안렌즈의 광선추적도,
도 10은 본 발명 광학식 스코프에 따른 대물렌즈의 광선추적도,
도 11은 본 발명 광학식 스코프의 광선추적도,
도 12는 본 발명 광학식 스코프에서 음의 굴절률을 갖는 필드렌즈를 제거한 상태의 광선추적도,
도 13은 본 발명 광학식 스코프의 MTF특성을 나타내는 도면,
도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 광학식 스코프의 단면도,
도 15 내지 도 16는 본 발명의 제3실시예에 따른 광학식 스코프의 단면도이다.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 광학식 스코프에 대하여 상세하게 설명한다.

첨부도면 중 도 6은 본 발명 광학식 스코프의 단면도이다.

상기 도면에서 도시하는 바와 같은 본 발명 광학식 스코프는 접안렌즈(110), 대물렌즈(120), 레티클(130), 음의 굴절률을 갖는 필드렌즈(140) 및 정립광학계(150)를 포함하여 구성된다.

본 발명은 접안렌즈(110)와 대물렌즈(120)의 사이에 음의 굴절률을 갖는 필드렌즈(140)를 배치함으로써 접안렌즈(110)와 사용자 눈과의 간격, 즉 안점길이(eye-relief)를 길게 하는 것을 주요특징으로 한다.

본 발명의 구성들에 대한 상세한 설명에 앞서, 이러한 안점거리를 길게 할 수 있는 이론적인 근거를 살펴보면 아래와 같다.

첨부도면 중 도 7에서 대물렌즈의 초점거리를

, 필드렌즈의 초점거리를

, 접안렌즈 초점거리를

, 안점거리를

, 주광선(chief ray)의 필드렌즈에서의 입사고를

, 접안렌즈에서의 입사고를

, 대물렌즈를 지나는 주광선의 굴절각을

, 필드렌즈 전후 공간에서주광선의 입사각과 굴절각을 각각

와

, 접안렌즈 전후 공간에서 주광선의 입사각과 굴절각을 각각

와

라고 하면, 경통길이

, 배율

와 근축광선 추적식에 의해 다음식의 전개가 가능하다.

--- 식 (1)

--- 식 (2)

--- 식 (3)

--- 식 (4)

--- 식 (5)

--- 식 (6)

--- 식 (7)

상기와 같은 식 (1) 내지 식 (7)에서 경통길이(

)와 배율(

)은 스코프 사용자에 의해 결정되는 값이고, 스코프의 시야각(

) 즉 주광선의 대물렌즈 입사각은 사용자가 원하는 경통 직경의 크기와 경통길이로 결정된다. 따라서 이렇게 초기 결정된 경통길이(

)와, 배율(

), 스코프의 시야각(

)으로 식 (3), 식 (6), 식 (7)에서 필요한 필드렌즈의 초기 설계 값을 계산할 수 있게 된다. 실제 계산에 의하면 안점거리(

)를 길게 할수록 필요로 하는 필드렌즈의 굴절력(초점거리의 역수)은 양의 값에서 음의 값으로 변하는 것을 확인할 수 있다.

여기서 안점길이를 길게 하기 위해서는 일반적인 필드렌즈 대신 음의 굴절력을 갖는 렌즈를 사용하면 된다는 것을 이해할 수 있다. 따라서 안점길이를 길게 하기 위해서는 음의 굴절력을 가지는 렌즈를 기존 스코프의 필드렌즈 위치에 대체하면 된다는 이론적인 근거를 마련할 수 있다.

도 8은 상기 식들을 프로그래밍하여 결정한 하나의 실시예의 초기 해를 나타내는 것인데, 경통길이

=144mm, 배율

=-3배, 스코프의 시야각

=2.5도, 원하는 안점거리

=90mm일 경우 결정된 값들을 보여 주고 있다. 즉 대물렌즈의 초점거리

=108mm, 필드렌즈의 초점거리

=-30.86mm, 접안렌즈 초점거리

=36mm, 주광선의 필드렌즈에서의 입사고

=4.71mm, 접안렌즈에서의 입사고

=11.78mm, 필드렌즈 전후 공간에서 주광선의 입사각과 굴절각이 각각

=2.5도와

=11.25도로 결정된 초기 해인 것을 확인할 수 있다. 여기에서 구해진 초기해의 값에 의해 음의 굴절력을 갖는 필드렌즈를 포함한 대물렌즈와 접안렌즈의 설계를 진행하여 통합함으로서 90mm의 안점거리를 갖는 스코프의 설계를 완성할 수 있다.

이때 렌즈의 배치는 다음과 같은 방법으로 배치될 수 있다.

1) 대물렌즈(120), 정립광학계(150), 음의 굴절력을 갖는 필드렌즈(140), 레티클(120), 접안렌즈(110)를 순서대로 배치(도 6참조)

2) 대물렌즈(120), 정립광학계(150), 레티클(120), 음의 굴절력을 갖는 필드렌즈(140), 접안렌즈(110)를 순서대로 배치(도 14참조)

3) 대물렌즈(120), 정립광학계(150), 음의 굴절력을 갖는 제1필드렌즈(141), 레티클(120), 음의 굴절력을 갖는 제2필드렌즈(142), 접안렌즈(110)를 순서대로 배치(도 15참조)

이하에서는, 상술한 바와 같은 다양한 배치방법들 중에서 대물렌즈(120), 정립광학계(150), 음의 굴절력을 갖는 필드렌즈(140), 레티클(120), 접안렌즈(110)를 순서대로 배치하는 경우를 제1실시예로 설명한다.

<90 mm 안점거리를 갖는 접안렌즈 설계>

접안렌즈(110)의 구성을 도 9를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

상기 스코프 초기 해에서 결정된 접안렌즈(110) 사양은 초점거리

=36mm, 구경스톱(눈의 동공)에서 제1렌즈(111)까지의 거리 90mm, 7.5도(2.5도×3) 시야 주광선의 레티클 상면에서의 입사고가 4.71mm, 입사각이 11.25도일 것 등이다. 초기 설계에 사용한 렌즈 초자는 +굴절력을 갖는 렌즈는 BK7, -굴절력을 갖는 렌즈는 SF11을 사용하여 사람 눈이 볼 수 있는 가시영역의 색수차가 잘 제어되도록 하였다. 전체 전장 121mm에 정립광학계(150, 정립프리즘(지붕형 페찬 프리즘))의 기하학적 거리 증가 효과 56.37mm를 합한 177.37mm를 3:1 비율로 분포시켜 약 44mm 길이를 접안렌즈(110)의 전체 길이로 하여 설계를 진행하였다. 즉 접안렌즈(110)의 제1렌즈(111)와 레티클(130, 레티클 두께 최대 2.0mm)까지의 거리(44.0mm)를 고정변수로 하고, 상기 제1렌즈(111)와 레티클(130) 사이에 배치된 제2렌즈(112) 내지 제4렌즈(114)사이의 거리, 두께, 곡률반경을 변수로 하여 유한광선수차가 최소가 되면서 7.5도 시야 주광선의 레티클(130) 상면에서의 입사고가 4.71mm이고 입사각이 11.25도가 되도록 최적화를 진행하였다. 레티클(130)은 필드렌즈(140)의 접안렌즈(110) 방향의 면인 평면에 에칭하여 구성할 수도 있고, 최대 두께 2.00mm의 BK7인 평판렌즈의 필드렌즈(140) 방향에 에칭하여 필드렌즈(140)와 접합 또는 나란하게 배치하여 구성할 수 있도록 하였기 때문에 설계에서는 레티클(130) 두께를 2.0mm로 하여 진행하였다. 이렇게 1차 최적화를 진행한 후, 잔류 수차를 제어하기 위해 접안렌즈(110)의 제1렌즈(111)와 마지막 레티클(130)까지의 거리도 변수로 하여 전체를 다시 한번 최적화하였다.

초기 출발점을 +굴절력의 제1렌즈(111), 접합렌즈인 +굴절력의 제2렌즈(112)와 -굴절력의 제3렌즈(113)의 3매로 출발하였으나 최적화 후에는 +굴절력의 제1렌즈(111), 접합렌즈인 +굴절력의 제2렌즈(112)와 -굴절력의 제3렌즈(113), 약한 +굴절력의 메니스커스타입 제4렌즈(114)의 구성으로 결론이 났다. 이는 레티클(130) 상면에서의 입사각을 11.25도를 유지해 주기 위해 마지막 약한 +굴절력의 메니스커스타입 제4렌즈(114)가 추가되어야 한다. 색수차는 +-접합렌즈인 제2렌즈(112)와 제3렌즈(113)로 충분히 제어되고, 처음의 제1렌즈(111)는 초점거리

=36mm를 유지하기 위한 파워렌즈로서의 역할을 한다.

이렇게 하여 제1렌즈(111) 내지 제4렌즈(114)로 최적화된 구성의 90mm 안점거리를 갖는 접안렌즈(110)의 설계 데이터와 1차 광학량을 [표 1]에 나타내고, 광선추적도를 도 9에 나타냈다. 여기서 보면 최종 최적화 단계에서 접안렌즈(110)의 제1렌즈(111)와 마지막 레티클(130)까지의 거리가 47.60mm(전체길이 137.60mm에서 안점거리 90mm를 뺀 값임), 7.5도 시야 주광선의 레티클(130) 상면에서의 입사고가 4.74mm이고 입사각이 11.11도로 약간 바뀌어 있음을 확인할 수 있다.

[최적화된 접안렌즈 설계 데이터 및 1차 광학량]

<음의 굴절력을 갖는 필드렌즈를 포함한 대물렌즈 설계>

다음으로, 음의 굴절력을 갖는 필드렌즈(140)를 포함한 대물렌즈(120)의 구성을 도 10을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

대물렌즈(120)는 초점거리가 108mm가 되도록 하는 것과 스코프의 시야각 2.5도에 해당하는 주광선이 대물렌즈(120) 최종 결상면에서 11.11도로 출사되며 상의 높이가 4.74mm이 되도록 하는 것과 음의 굴절력을 갖는 필드렌즈(140)의 결상 면에 레티클(120)을 에칭해서 부착하여야 하기 때문에 필드렌즈(140)의 결상면이 평면이어야 한다는 것을 포함한다. 본 실시예에서는 대물렌즈(120)와 음의 굴절력을 갖는 필드렌즈(140)는 색수차 제거를 위해 1군 2매 접합렌즈인 더블렛(doublet) 형태를 갖는 것으로 하였고, 초자는 쉽게 구할 수 있는 BK7, SF2를 사용하였다. 이렇게 설계된 대물렌즈(120)의 설계 데이터 및 1차 광학량을 [표 2]에 나타냈으며 광선 추적도는 도 10에 나타냈다. 최적화되어진 대물렌즈(120)는 유효구경 17.0mm, 전장 129.803mm 로 파악되는데, 정립광학계(150,정립프리즘)의 경통길이의 기하학적 축소 효과 56.37mm를 고려하면 전장은 73.433mm로 된다. 도 10에서는 정립광학계(150,정립프리즘)의 광경로가 펼쳐진 상태에서의 광선 추적도를 볼 수 있다.

최적화 결과는 초점거리는 108mm로 되었으나 스코프의 시야각 2.5도에 해당하는 주광선의 대물렌즈(120) 최종 결상면에서 출사각이 11.21도, 상의 높이가 4.72mm로 되어 초기의 제한 조건에서 약간의 차이를 보이고 있다. 이 차이는 레티클(130)을 필드렌즈(140)의 접안렌즈(110) 방향의 면인 평면에 에칭하여 구성할 수도, 최대 두께 2.00mm의 BK7인 평판렌즈의 필드렌즈(140) 방향에 에칭하여 필드렌즈(140)와 접합 또는 나란하게 배치하여 구성할 수 있도록 하는 사용자의 요구사항을 수용하기 위해 접안렌즈(110)는 두께 2.0mm의 레티클(130)을 고려한 설계를, 대물렌즈(120)는 필드렌즈(140)의 접안렌즈(110) 방향의 면인 평면에 에칭하여 구성하는 레티클(130)의 두께를 0.0mm로 하는 설계를 허용하는 설계오차를 고려하였을 때 도출되는 공차 이내의 값이다. 그리고 이러한 차이는 대물렌즈(120)와 접안렌즈(110)의 통합에서 관찰자의 눈으로 입사되는 광선들의 경로에 약간의 차이를 가져오고 광학계의 성능에는 크게 영향을 주지 못하는 것을 최적화 과정에서 확인할 수 있다.

[최적화된 음의 굴절력을 갖는 필드렌즈를 포함하는 대물렌즈의 설계 데이터및 1차광학량]

<대물렌즈와 접안렌즈의 결합>

앞에서 설계된 대물렌즈(120)와 접안렌즈(110)를 통합하여 안점거리를 길게 하는 광학식 스코프를 도 11과 같이 구성할 수 있다. 접안렌즈(110)는 설계시 레티클(130) 위치가 오른쪽에 있도록 설계되었기 때문에 대물렌즈(120)와 접안렌즈(110)를 통합할 때 접안렌즈(110)는 렌즈 데이터를 역으로 하여 통합하여야 한다.

첨부도면 중 도 12은 본 발명의 효과를 알 수 있는 것으로 음의 굴절력을 갖는 필드렌즈(140)를 제거 했을때 안점거리가 90mm에서 40.6mm로 작아지는 것을 보여주는 도면이다.

또한, 도 13은 통합광학계의 MTF(Modulation Transfer Function)를 보여주는 것인데 그래프의 X축은 cycles/rad축으로 최대 2000cycles/rad를 나타내고 y축은 최대 1.0의 MTF값을 나타낸다. 즉, 50% MTF에서 900cycles/rad 이상 되기 때문에 좋은 분해능을 갖는 것을 알 수 있다.

다음으로 본 발명의 제2실시예에 따른 광학식 스코프에 대하여 설명한다.

첨부도면 중 도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 광학식 스코프의 단면도로서, 본 발명의 제2실시예에 따른 광학식 스코프는 도면에서 나타나는 바와 같이 대물렌즈(120), 정립광학계(150), 레티클(130), 음의 굴절력을 갖는 필드렌즈(140), 접안렌즈(110) 순서로 배치되는 점에서 상술한 실시예와 차이를 갖는다.

여기서, 음의 굴절력을 갖는 필드렌즈(140)는 대물렌즈(120)와 대향하는 면이 평면으로 이루어져 평면렌즈인 레티클(130)과 접합 또는 나란하게 배치되어 구성될 수 있다. 이러한 구성에서도 상술한 실시예에서와 마찬가지로 음의 굴절력을 갖는 필드렌즈(140)에 의해 안점거리가 연장되므로, 제1실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있게 된다.

한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 음의 굴절력을 갖는 필드렌즈(140)의 대물렌즈(120) 방향이 평면이 되게 하고, 필드렌즈(140)의 평면에 레티클(130)을 에칭하여 필드렌즈(140)와 레티클(130)을 일체로 구성함으로써 평면렌즈를 생략하는 것도 가능할 것이다.

이하에서는, 본 발명의 제3실시예에 따른 광학식 스코프에 대하여 설명한다.

첨부도면 중 도 15는 본 발명의 제3실시예에 따른 광학식 스코프의 단면도이다.

본 발명의 제3실시예에 따른 광학식 스코프는 필드렌즈(140)를 각각 음의 굴절력을 갖는 제1필드렌즈(141)와 제2필드렌즈(142)로 구성하고, 대물렌즈(120), 정립광학계(150), 음의 굴절력을 갖는 제1필드렌즈(141), 레티클(130), 음의 굴절력을 갖는 제2필드렌즈(142), 접안렌즈(110) 순서대로 배치하는 점에서 상술한 실시예와 차이를 갖는다.

여기서, 각각 음의 굴절력을 갖는 제1필드렌즈(141)와 제2필드렌즈(142)는 레티클(130)과 대향하는 면이 평면으로 이루어져 평면렌즈인 레티클(130)과 접합되거나 나란하게 배치되어 구성될 수 있다.

아울러, 도 16과 같이 제1필드렌즈(141)와 제2필드렌즈(142)의 레티클(130)과 대향하는 면을 평면으로 구성하고, 제1필드렌즈(141)와 제2필드렌즈(142)의 평면 중 어느 하나의 평면에 레티클(130)을 에칭하여 제1필드렌즈(141) 또는 제2필드렌즈(142)와 레티클(130)을 일체로 구성함으로써 평면렌즈를 생략할 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

110:접안렌즈, 111:제1렌즈, 112:제2렌즈, 113:제3렌즈,
114:제4렌즈, 120:대물렌즈, 130:레티클, 140:필드렌즈,
141:제1필드렌즈, 142:제2필드렌즈, 150:정립광학계

Claims

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대물렌즈와, 접안렌즈와, 레티클을 갖는 광학식 스코프에 있어서,
안점거리를 길게 하기 위해 대물렌즈 결상면에 배치되는 레티클의 전방 또는 후방 중 적어도 어느 하나에 음의 굴절력(negative power)을 갖는 필드렌즈가 배치되며,
상기 필드렌즈는 접안렌즈와 대향하는 면이 평면으로 이루어지고, 상기 레티클은 상기 필드렌즈의 평면과 나란하게 배치되는 평면렌즈의 일면에 형성되고,
대물렌즈와, 필드렌즈와, 레티클과, 접안렌즈가 순서대로 배치되는 것을 특징으로 하는 광학식 스코프.
대물렌즈와, 접안렌즈와, 레티클을 갖는 광학식 스코프에 있어서,
안점거리를 길게 하기 위해 대물렌즈 결상면에 배치되는 레티클의 전방 또는 후방 중 적어도 어느 하나에 음의 굴절력(negative power)을 갖는 필드렌즈가 배치되며,
상기 필드렌즈는 접안렌즈와 대향하는 방향이 평면으로 이루어지고, 상기 레티클은 상기 필드렌즈의 평면상에 에칭되어 필드렌즈와 일체로 형성되고,
대물렌즈와, 필드렌즈와, 레티클과, 접안렌즈가 순서대로 배치되는 것을 특징으로 하는 광학식 스코프.
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대물렌즈와, 접안렌즈와, 레티클을 갖는 광학식 스코프에 있어서,
안점거리를 길게 하기 위해 대물렌즈 결상면에 배치되는 레티클의 전방 또는 후방 중 적어도 어느 하나에 음의 굴절력(negative power)을 갖는 필드렌즈가 배치되며,
상기 필드렌즈는 대물렌즈와 대향하는 면이 평면으로 이루어지고, 상기 레티클은 상기 필드렌즈의 평면과 나란하게 배치되는 평면렌즈의 일면에 형성되고,
대물렌즈와, 레티클과, 필드렌즈와, 접안렌즈가 순서대로 배치되는 것을 특징으로 하는 광학식 스코프.
대물렌즈와, 접안렌즈와, 레티클을 갖는 광학식 스코프에 있어서,
안점거리를 길게 하기 위해 대물렌즈 결상면에 배치되는 레티클의 전방 또는 후방 중 적어도 어느 하나에 음의 굴절력(negative power)을 갖는 필드렌즈가 배치되며,
상기 필드렌즈는 대물렌즈와 대향하는 면이 평면으로 이루어지고, 상기 레티클은 상기 필드렌즈의 평면상에 에칭되어 필드렌즈와 일체로 형성되고,
대물렌즈와, 레티클과, 필드렌즈와, 접안렌즈가 순서대로 배치되는 것을 특징으로 하는 광학식 스코프.
대물렌즈와, 접안렌즈와, 레티클을 갖는 광학식 스코프에 있어서,
안점거리를 길게 하기 위해 대물렌즈 결상면에 배치되는 레티클의 전방 또는 후방 중 적어도 어느 하나에 음의 굴절력(negative power)을 갖는 필드렌즈가 배치되며,
상기 필드렌즈는 각각 음의 굴절력을 갖는 제1필드렌즈와 제2필드렌즈로 구성되고,
대물렌즈와, 제1필드렌즈와, 레티클과, 제2필드렌즈와, 접안렌즈가 순서대로 배치되는 것을 특징으로 하는 광학식 스코프.
제 8항에 있어서,
상기 제1필드렌즈와 제2필드렌즈 중 적어도 어느 하나는 레티클과 대향하는 면이 평면으로 이루어지고, 상기 레티클은 상기 필드렌즈의 평면과 나란하게 배치되는 평면렌즈의 일면에 형성되는 것을 특징으로 하는 광학식 스코프.
제 8항에 있어서,
상기 제1필드렌즈와 제2필드렌즈 중 적어도 어느 하나는 레티클과 대향하는 면이 평면으로 이루어지고, 상기 레티클은 상기 제1필드렌즈 또는 제2필드렌즈의 평면상에 에칭되어 제1필드렌즈 또는 제2필드렌즈와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학식 스코프.
제3항 내지 제4항과 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 대물렌즈와 레티클 사이에 배치되어 상을 정립시키는 정립광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 스코프.
제 11항에 있어서,
상기 정립광학계는 정립프리즘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학식 스코프.