KR101618866B1 - 비열화 대물 광학계 - Google Patents

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KR101618866B1
KR101618866B1 KR1020140017502A KR20140017502A KR101618866B1 KR 101618866 B1 KR101618866 B1 KR 101618866B1 KR 1020140017502 A KR1020140017502 A KR 1020140017502A KR 20140017502 A KR20140017502 A KR 20140017502A KR 101618866 B1 KR101618866 B1 KR 101618866B1
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Abstract

열상 검출 장치용 대물 광학계는 물체측으로부터 순서대로 제1 렌즈군과 제2 렌즈군을 포함한다. 제1 렌즈군은 음의 굴절력을 가지는 제1 렌즈 및 양의 굴절력을 가지는 제2렌즈를 포함하고, 전체적으로 양의 굴절력을 가진다. 그리고 제2 렌즈군은 음의 굴절력을 가지는 제3 렌즈, 양의 굴절력을 가지는 제4 렌즈, 그리고, 양의 굴절력을 가지는 제5 렌즈를 포함하며, 전체적으로 양의 굴절력을 가진다. 이러한 제1 렌즈군과 제2 렌즈군에 포함되는 렌즈들 중에서 적어도 하나가 회절 비구면 렌즈이며, 제1 렌즈가 렌즈들 중에서 가장 큰 굴절률을 가진다.

Description

비열화 대물 광학계{Athermalized diffractive lens system}
본 발명은 대물 광학계에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 비열화 대물 광학계에 관한 것이다.
온도는 군사 및 항공용 전자 광학 장비에 사용되는 광학계에 중요한 환경적 영향을 주는 요소 중 하나이다. 온도에 따른 렌즈의 열확장 계수의 변화는 광학계의 초점거리의 변화를 야기하며, 초점 심도를 벗어난 초점 거리의 변화량은 열상 성능의 저하로 연결된다.
초점 보정을 위해 모터를 사용하는 능동적(active) 방법과, 렌즈 재질의 열적 변화가 서로 상쇄되도록 광학계를 설계하거나 광기구적으로 초점을 보상하도록 하는 수동적(passive) 방법이 사용된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광시계를 가지면서 온도 변화에 의한 성능 저하가 없는 비열화 대물 광학계를 제공하는 것이다.
위의 기술적 과제를 위한 본 발명의 특징에 따른 대물 광학계는, 열상 검출 장치용 대물 광학계에 있어서, 물체측으로부터 순서대로, 음의 굴절력을 가지는 제1 렌즈 및 양의 굴절력을 가지는 제2렌즈를 포함하고, 전체적으로 양의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군; 및 음의 굴절력을 가지는 제3 렌즈, 양의 굴절력을 가지는 제4 렌즈, 그리고, 양의 굴절력을 가지는 제5 렌즈를 포함하며, 전체적으로 양의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군을 포함하고, 상기 제1 렌즈군과 상기 제2 렌즈군에 포함되는 렌즈들 중에서 적어도 하나가 회절 비구면 렌즈이며, 상기 제1 렌즈가 렌즈들 중에서 가장 큰 굴절률을 가진다.
상기 제1 렌즈, 제3 렌즈, 그리고 제5 렌즈 중 적어도 하나가 회절 비구면 렌즈로 이루어질 수 있다. 그리고 상기 제1 렌즈, 제3 렌즈, 그리고 제5 렌즈 중 적어도 하나를 게르마늄(Ge)으로 이루어질 수 있다. 또한 상기 제2 렌즈 또는 제4 렌즈는 황화아연(ZnS) 및 셀렌화아연(ZnSe)중 하나로 이루어질 수 있다.
한편 상기 제1 렌즈는 물체측으로 볼록한 메니스커스 형태의 비구면 렌즈이고, 상기 제2 렌즈구는 양볼록 형태의 구면 렌즈일 수 있으며, 상기 제3 렌즈는 오목 형태의 회절패턴을 포함한 회절 비구면 렌즈이고, 상기 제4 렌즈는 양볼록 형태의 구면 렌즈이며, 상기 제5 렌즈는 물체쪽으로 오목한 메니스커스 형태의 비구면 렌즈일 수 있다.
이러한 대물 광학계는 다음의 조건을 만족할 수 있다.
-1.77 ≤ F1/f ≤ -1.61
+2.25 ≤ F2/f ≤ +2.42
-2.74 ≤ F3/f ≤ -2.58
+2.58 ≤ F4/f ≤ +2.74
+2.25 ≤ F5/f ≤ +2.42
+1.45 ≤ T12/f ≤ +1.77
+0.16 ≤ T23/f ≤ +0.48
+0.16 ≤ T34/f ≤ +0.48
+1.13 ≤ T45/f ≤ +1.61
여기서, f는 전체 대물 광학 광학계의 유효초점거리, F1, F2, F3, F4, F5는 각각 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 그리고 제5 렌즈의 유효초점거리, T12는 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 거리, T23은 제2 렌즈와 제3 렌즈 사이의 거리, T34는 제3 렌즈와 제4 렌즈 사이의 거리, T45는 제4 렌즈와 제5 렌즈 사이의 거리를 나타냄.
이외에도, 상기 제1 렌즈군과 상기 제2 렌즈군 사이에 조리개가 위치할 수 있으며, 이 경우, 대물 광학계는 +0.64 ≤ D/f ≤ +1.01의 조건(여기서, f는 전체 대물 광학계의 유효 초점 거리, D는 조리개의 구경을 나타냄)을 추가적으로 만족할 수 있다.
또한 상기 조리개의 위치는 상기 제3 렌즈의 위치를 기준으로 설정될 수 있으며, 조리개의 위치는 -2 ≤ P1 ≤ 0 , 0 ≤ P2 ≤ +2 (여기서, P1은 조리개가 제3 렌즈의 물체측면 쪽에 위치할 경우의 조리개 위치를 나타내며, P2는 조리개가 제3 렌즈의 상측면 쪽에 위치할 경우의 조리개 위치를 나타냄)의 조건을 만족할 수 있다.
또한 상기 제2 렌즈와 조리개 사이의 거리 Dxx, 상기 조리개와 상기 제3 렌즈 사이의 거리 dxx는 +0 ≤ Dxx/f ≤ +0.33, +0 ≤ dxx/f ≤ +0.33의 조건을 만족할 수 있다.
한편 상기 제2 렌즈군의 상측쪽에 영상 보정용 셔터가 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 대각 90° 이상의 광시계를 가지며 온도 변화에 의한 성능 저하가 없는 대물 광학계를 제공할 수 있다. 또한 광시계에 따른 왜곡을 최소화 할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 대물 광학계의 구조를 나타낸 도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 대물 광학계의 변조 전달 함수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 대물 광학계의 온도 변화에 따른 초점 거리 변화량을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 대물 광학계의 왜곡 수차를 나타낸 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 비열화된 대물 광학계에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 대물 광학계의 구조를 나타낸 도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 대물 광학계(100)는 열상 검출 장치(200)의 광학부로 기능하며, 열상 검출 장치(200)의 감응면 즉, 열상 검출부(220)의 전단에 위치된다. 여기서 전단은 상(또는 빛)이 입력되는 측을 나타낸다. 대물 광학계(100)와 열상 검출부(220) 사이에 보호 유리창(210)이 배치되어 있다. 대물 광학계(100)에 의하여 피사체의 상이 열상 검출 장치(200)의 열상 검출부(220)에 결상된다.
대물 광학계(100)는 도 2에 도시되어 있듯이, 물체측으로부터 순서대로, 제1렌즈군(I)과 제2 렌즈군(II)으로 이루어진다. 제1 렌즈군(I)과 제2렌즈군(II) 사이에 조리개(A)가 위치되어 있으며, 제1 렌즈군(I)은 전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 제2렌즈군(II)은 전체적으로 양의 굴절력을 가진다.
제1 렌즈군(I)은 물체측으로부터 순서대로, 물체측으로 볼록한 메니스커스 형태의 비구면 렌즈로 음의 굴절력을 가지는 제1 렌즈(10)와, 양볼록 형태의 구면 렌즈로 양의 굴절력을 가지는 제2 렌즈(20)를 포함한다.
제2렌즈군(II)은 양오목 형태의 회절 패턴을 포함한 회절 비구면 렌즈이며 음의 굴절력을 가지는 제3 렌즈(30), 양볼록 형태의 구면 렌즈로 양의 굴절력을 가지는 제4 렌즈(40), 그리고 물체쪽으로 오목한 메니스커스 형태의 비구면 렌즈로 전체적으로 양의 굴절력을 가지는 제5 렌즈(50)를 포함한다.
이러한 구조로 이루어지는 대물 광학계(100)에서, 제1 렌즈(10)는 비구면 렌즈로서, 렌즈 양면이 모두 비구면일 수 있다. 제1렌즈(10)의 재질은 게르마늄(Ge)을 사용할 수 있다.
제1 렌즈(10)의 굴절률이 높을수록 광각을 구현하기 용이하며, 가공이 용이한 형상을 이룰 수 있다. 따라서 제1 렌즈(10)는 굴절률이 3 이상의 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 제1 렌즈(10)의 파장 10um에서의 굴절률은 4.003이다.
이때, 제1렌즈(10)의 유효 초점 거리 F1은 다음 식을 만족한다.
Figure 112014014819440-pat00001
한편 제2 렌즈(20)는 양볼록 형태로 양의 굴절력을 가진다. 제2 렌즈(20)는 구면 렌즈이며, 재질은 셀렌화아연(ZnSe) 또는 황화아연(ZnS)을 사용할 수 있다.
이때, 제2 렌즈(20)의 유효 초점 거리 F2, 제1 렌즈(10)와 제2 렌즈(20) 사이의 거리 T12는 다음 식을 만족한다.
Figure 112014014819440-pat00002
제3 렌즈(30)는 양오목 형태로 음의 굴절력을 가진다. 제3 렌즈(30)는 회절 패턴을 포함한 회절 비구면 렌즈이며, 재질은 제 1 렌즈(10)와 같이 게르마늄(Ge)을 사용할 수 있다. 패턴을 가공하는 레벨이 증가할수록 회절 효율이 높아짐으로, 회절 패턴의 수 및 간격을 다양화할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 제3 렌즈(30)의 상측면에 회절 비구면이 적용되었으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 회절 비구면은 제1 렌즈(10), 제3 렌즈(30), 그리고 제5 렌즈(50) 중 적어도 하나에 적용할 수 있다.
이때, 제3 렌즈(30)의 유효 초점 거리 F3은 다음 식을 만족한다.
Figure 112014014819440-pat00003
제2렌즈(20)와 제3렌즈(30)사이에 거리 T23은 다음 식을 만족한다.
Figure 112014014819440-pat00004
한편, 제2 렌즈(20)와 제3 렌즈(30) 사이에 조리개(A)가 형성되어 있는데, 조리개(A)의 위치는 제3 렌즈(30)의 위치를 기준으로 다음 식을 만족한다.
Figure 112014014819440-pat00005
여기서, P1은 조리개가 제3 렌즈(30)의 물체측면 쪽에 위치할 경우의 조리개 위치를 나타내며, P2는 조리개가 제3 렌즈(30)의 상측면 쪽에 위치할 경우의 조리개 위치를 나타낸다. 조리개 위치가 위의 수학식 5를 만족하지 않는 경우에는, 광학계를 구성하는 렌즈의 크기가 커져 소형화가 어려워진다.
제2 렌즈(20)와 조리개(A) 사이의 거리 Dxx, 조리개(A)와 제 3렌즈(30) 사이의 거리 dxx는 다음 식을 만족한다.
Figure 112014014819440-pat00006
또한 조리개(A)의 구경이 다음 식을 만족한다.
Figure 112014014819440-pat00007
여기서, f는 전체 대물 광학계의 유효 초점 거리를 나타내고, D는 조리개의 구경을 나타낸다.
한편 제4 렌즈(40)은 양볼록 형태로 양의 굴절력을 가진다. 제4 렌즈(40)는 구면 렌즈이며, 재질은 셀렌화아연(ZnSe) 또는 황화아연(ZnS)을 사용할 수 있다.
이때, 제4 렌즈(40)의 유효 초점 거리 F4, 제3 렌즈(30)와 제4 렌즈(40)사이의 거리 T34은 다음 식을 만족한다.
Figure 112014014819440-pat00008
제5 렌즈(50)는 물체측으로 오목한 메니스커스 형태로 이루어져 양의 굴절력을 가진다. 제5 렌즈(50)는 비구면 렌즈로서, 렌즈 양면이 모두 비구면일 수 있다. 제5 렌즈(50)의 재질은 역시 제1 렌즈 또는 제3 렌즈와 같이 게르마늄(Ge)을 사용할 수 있다.
이때, 제5 렌즈(50)의 유효 초점 거리 F5, 제4 렌즈(40)과 제5 렌즈(50)사이의 거리 T45는 다음 식을 만족한다.
Figure 112014014819440-pat00009
이러한 구조로 이루어지는 대물 광학계(100)의 제5 렌즈(50)와 열상 검출 장치(200) 사이에는 영상 보정용 셔터가 배치될 수 있다.
열상 검출 장치(200)는 가시광 검출기에 비하여 감응면(영상 검출기)의 각 화소들의 신호 이득값(감도)에 따라 영상의 밝고 흐림이 크게 달라져서 검출되는 영상이 불균일해진다. 이러한 영상 불균일은 각 검출 소자의 신호 이득률을 측정하여 전자적으로 오프셋 값을 조정함으로써 보정할 수 있다. 이러한 보정은 열상 검출 장치를 켤 때 매번 해야 하고, 열상 검출 장치를 사용하는 중에도 열상장치의 온도가 급격히 변하는 경우에는 검출 소자의 이득값이 비선형적으로 되어 영상이 불균일해지므로 보정이 필요하다. 따라서, 영상의 불균일을 보정하는 경우에는 열상 검출 장치(200)의 광경로에 영상 보정용 셔터를 배치하여 셔터가 순간적으로 광로를 차단할 때 오프셋값을 계산할 수 있다. 즉, 셔터가 순간적으로 광로를 차단하면 광검출기에서 오프셋 값을 측정하고 다시 셔터가 개방되면 영상 불균일을 조정하여 외부 영상을 검출할 수 있다.
이러한 기능을 수행하는 영상 보정용 셔터가 제5 렌즈(50)와 열상 검출 장치(200) 사이에 배치되는 경우, 제5 렌즈(50)는 열상 검출 장치(200)의 보호 유리창(210)의 두께와 영상 보정용 셔터가 삽입될 공간을 감안하여 어느 정도 긴 후초점거리를 가지도록 설계해야 한다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 대물 광학계는, 온도 변화에 따른 굴절률 변화의의 결과인 초점 거리의 변화량을, 굴절률이 다른 재질을 조합하면서 회절 비구면을 사용하여 넓은 온도 범위 내에서 초점거리의 변화를 최소화할 수 있다. 구체적으로, 제1 렌즈(10)를 광각으로 인한 곡률 반경 및 NA 값을 고려하여 굴절률이 큰 게류마늄 재질을 사용하고, 제2 렌즈(20) 및 제4 렌즈(40)에 셀렌화아연(ZnSe) 렌즈를 적용하여 수차 제어 및 비열화에 따른 초점거리 변화를 최소화하였다.
초점 거리 변화량은 렌즈 물질의 열확장 계수와 연관되어 있는데, 굴절 렌즈의 경우에는 온도에 따른 굴절률의 변화가 초점 거리의 변화량에 큰 영향을 미쳐서, 영상 검출 장치(200)에 의하여 검출되는 영상의 성능 저하가 나타낸다. 본 발명의 실시 예에서는 회절 렌즈 및 비구면 렌즈를 통해 온도에 따른 초점거리 변화를 초점심도 내에 있도록 하는 수동적 비열화 방식을 사용한다.
회절 렌즈의 초점거리 변화량은 렌즈의 열 팽창 계수의 함수로 나타낼 수 있는데, 굴절률의 변화에 대한 영향이 없기 때문에 수동적 비열화 방식에 적합하다. 이에 따라 본 발명의 실시 예에서는 위에서 살펴본 바와 같이, 제2렌즈군(II)의 제3 렌즈(30)를 회절 비구면 렌즈로 구성하였다. 제3 렌즈(30)의 물체측면은 구면 형태로 이루어지고 상측면의 비구면에 회절면을 추가한 형태이며, 특히, 일반적인 광학 유리 재질 대신에 게르마늄 재질로 제3 렌즈(30)를 구현하여, 사용 파장이 길고 비구면 가공이 용이하도록 하였다.
다음에는 위에 기술된 바와 같은 수학식들을 만족하도록 구현되는 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
여기서 f는 초점 거리를 나타내며, ri(i=1～14)은 렌즈면의 곡률 반경을 나타낸다. 길이를 나타내는 값의 단위는 mm이다.
본 발명에 따른 실시예는 다음의 표 1과 같다.
구분 곡률반경 두께 또는 간격(Ti) 유효경 타입 재질
r1 29.687 5 11.3 비구면 Ge
r2 13.414 9.45 7.3 비구면
r3 92.924 5.8 6.3 구면 ZnSe
r4 -25.154 0.1 5.8 구면
r5 무한대 1.9 5.2 조리개 　
r6 -134.88 4 5.7 구면 Ge
r7 70 2 6.2 회절비구면
r8 185.546 6 8.1 구면 ZnSe
r9 -25.546 8.8 9.3 구면
r10 -200 7 10.6 비구면 Ge
r11 -36.991 8 11.4 비구면
r12 무한대 1 7.3 센서창(물체측면) Ge
r13 무한대 0.92 7.2 센서창(상측면)
r14 무한대 　 6.8 센서면 　
이러한 표 1에 따라 실시되는 대물 광학계(100)의 전체 유효 초점 거리는 6.2 mm이고, 모든 분석 및 수치 계산의 기준이 되는 주 파장은 10 ㎛이며, 8~12㎛ 영역까지 수차 보정이 가능하다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, r12 및 r13은 열상 검출 장치(200)의 보호 유리창(210)의 물체측면 및 상측면이다. r14는 영상 검출기(220)의 감응면으로 대물 광학계의 초점면이다.
이러한 대물 광학계(100)와 연계되는 본 발명의 실시 예에 따른 영상 검출 장치(200)는 영상 검출기(220)는 비냉각 방식의 검출기로서, 그 화소 크기는 대략 17um 이다. 영상 검출기(220)는 640x480의 화소 배열 구조로 이루어진다.
위의 표 1에 따른 본 발명의 실시 예에 따른 대물 광학계는 한계 해능(Nyquist Frequency)인 29 cy/mm에 맞추어 설계되었다.
영상 검출 장치(200)의 화소 사이즈(17㎛×17㎛)를 고려하여, 전체 광학계 성능을 나타내는 변조 전달 함수(MTF: Modulation Transfer Function)가 분해능 29cycles/㎜에서 25% 이상으로 결정하였으며, 회절한계 MTF는 56%이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 대물 광학계의 변조 전달 함수 특성을 나타낸 그래프이다. 그래프에서 세로축은 표준화된 변조 전달 함수값이며, 가로축은 분해능(cy/mm)을 나타낸다.
첨부한 도 3을 살펴보면, 상온(+20℃)을 기준으로 설계된 대물 광학계의 MTF는 모든 시야각에서 설계 목표보다 높은 성능인 30%이상을 만족함을 알 수가 있다. 이는 온도변화에 따른 MTF 성능저하 없이 광학 성능이 유지됨을 예측할 수 있다.
한편, 도 4는 저온(-40도)에서의 대물 광학계의 변조 전달 함수(MTF)의 특성을 나타내며, 도 5는 고온(+80도)에서의 대물 광학계의 변조 전달 함수(MTF)의 특성을 나타낸다.
도 4 및 도 5를 통하여, 본 발명의 실시 예에 따른 대물 광학계는, 저온(-40℃)와 고온(+80℃)에서도 모든 시야각에서 MTF가 30% 이상을 만족함을 알 수 있다. 따라서 온도 변화에 따른 MTF 성능저하 없이 광학 성능이 유지됨을 예측할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 대물 광학계의 온도 변화에 따른 초점 거리 변화량을 나타낸 그래프이다.
예를 들어, 원적외선 파장 영역(8 ∼ 12㎛), 초점거리, 퍼짐원(circle of confusion) 및 제작공차를 고려하여 초점 심도의 설계목표를 ±15um 이내로 선정할 경우, 첨부한 도 6에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 대물 광학계의 온도 변화에 따른 초점거리의 변화량은 설계 목표 이내에 있음을 예측할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 대물 광학계의 왜곡 수차를 나타낸 그래프이다.
도 7에서는 화각이 90도 이상 일 때, 왜곡 수차가 ±5% 이내(실시예 -3.5%)의 값에 드는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 대물 광학계는 90도 이상의 광각에서 분해능 및 비열화 수차 보정이 우수함을 알 수 있다.
이러한 본 발명의 실시 예에 따르면, 대각 90° 이상의 광시계를 가지며 온도 변화에 의한 성능 저하가 없는 대물 광학계를 제공할 수 있다. 또한 광시계에 따른 왜곡을 최소화 할 수 있다.
이상에서 본원 발명의 기술적 특징을 특정한 실시 예를 중심으로 설명하였으나, 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위 내에서도 여러 가지 변형 및 수정을 가할 수 있음은 명백하다.

Claims (10)

  1. 열상 검출 장치용 대물 광학계에 있어서,
    물체측으로부터 순서대로,
    음의 굴절력을 가지는 제1 렌즈 및 양의 굴절력을 가지는 제2렌즈를 포함하고, 전체적으로 양의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군; 및
    음의 굴절력을 가지는 제3 렌즈, 양의 굴절력을 가지는 제4 렌즈, 그리고, 양의 굴절력을 가지는 제5 렌즈를 포함하며, 전체적으로 양의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군
    을 포함하고,
    상기 제1 렌즈군과 상기 제2 렌즈군에 포함되는 렌즈들 중에서 적어도 하나가 회절 비구면 렌즈이며, 상기 제1 렌즈가 렌즈들 중에서 가장 큰 굴절률을 가지고,
    상기 제1 렌즈군과 상기 제2 렌즈군 사이에 조리개가 위치하며, 다음의 조건을 만족하는, 대물 광학계.
    -1.77 ≤ F1/f ≤ -1.61
    +2.25 ≤ F2/f ≤ +2.42
    -2.74 ≤ F3/f ≤ -2.58
    +2.58 ≤ F4/f ≤ +2.74
    +2.25 ≤ F5/f ≤ +2.42
    +0 ≤ Dxx/f < +0.30
    +0 ≤ dxx/f ≤ +0.33
    여기서, f는 전체 대물 광학 광학계의 유효초점거리, F1, F2, F3, F4, F5는 각각 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 그리고 제5 렌즈의 유효초점거리, Dxx는 상기 제2 렌즈와 조리개 사이의 거리, dxx는 조리개와 상기 제3 렌즈 사이의 거리를 나타냄.
  2. 제1항에 있어서
    상기 제1 렌즈, 제3 렌즈, 그리고 제5 렌즈 중 적어도 하나가 회절 비구면 렌즈로 이루어지는, 대물 광학계.
  3. 제2항에 있어서
    상기 제1 렌즈, 제3 렌즈, 그리고 제5 렌즈 중 적어도 하나를 게르마늄(Ge)으로 이루어지는, 대물 광학계.
  4. 제2항에 있어서
    상기 제2 렌즈 또는 제4 렌즈는 황화아연(ZnS) 및 셀렌화아연(ZnSe)중 하나로 이루어지는, 대물 광학계.
  5. 제2항에 있어서
    상기 제1 렌즈는 물체측으로 볼록한 메니스커스 형태의 비구면 렌즈이고, 상기 제2 렌즈구는 양볼록 형태의 구면 렌즈이며,
    상기 제3 렌즈는 오목 형태의 회절패턴을 포함한 회절 비구면 렌즈이고, 상기 제4 렌즈는 양볼록 형태의 구면 렌즈이며, 상기 제5 렌즈는 물체쪽으로 오목한 메니스커스 형태의 비구면 렌즈인, 대물 광학계.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서
    다음의 조건을 추가적으로 만족하는, 대물 광학계.
    +1.45 ≤ T12/f ≤ +1.77
    +0.16 ≤ T23/f ≤ +0.48
    +0.16 ≤ T34/f ≤ +0.48
    +1.13 ≤ T45/f ≤ +1.61
    여기서, f는 전체 대물 광학 광학계의 유효초점거리, T12는 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 거리, T23은 제2 렌즈와 제3 렌즈 사이의 거리, T34는 제3 렌즈와 제4 렌즈 사이의 거리, T45는 제4 렌즈와 제5 렌즈 사이의 거리를 나타냄.
  7. 제6항에 있어서,
    다음의 조건을 추가적으로 만족하는, 대물 광학계.
    +0.64 ≤ D/f ≤ +1.01
    여기서, f는 전체 대물 광학계의 유효 초점 거리, D는 조리개의 구경을 나타냄.
  8. 제7항에 있어서
    상기 조리개의 위치는 상기 제3 렌즈의 위치를 기준으로 설정되며, 조리개의 위치는 다음의 조건을 만족하는, 대물 광학계.
    -2 ≤ P1 ≤ 0
    0 ≤ P2 ≤ +2
    여기서, P1은 조리개가 제3 렌즈의 물체측면 쪽에 위치할 경우의 조리개 위치를 나타내며, P2는 조리개가 제3 렌즈의 상측면 쪽에 위치할 경우의 조리개 위치를 나타냄.
  9. 삭제
  10. 열상 검출 장치용 대물 광학계에 있어서,
    물체측으로부터 순서대로,
    음의 굴절력을 가지는 제1 렌즈 및 양의 굴절력을 가지는 제2렌즈를 포함하고, 전체적으로 양의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군; 및
    음의 굴절력을 가지는 제3 렌즈, 양의 굴절력을 가지는 제4 렌즈, 그리고, 양의 굴절력을 가지는 제5 렌즈를 포함하며, 전체적으로 양의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군
    을 포함하고,
    상기 제1 렌즈가 렌즈들 중에서 가장 큰 굴절률을 가지고 게르마늄(Ge)으로 이루어지며,
    상기 제2 렌즈 및 제4 렌즈는 황화아연(ZnS) 및 셀렌화아연(ZnSe)중 하나로 이루어지고,
    상기 제3 렌즈의 상측면이 회절 비구면이고 게르마늄으로 이루어지며,
    상기 제1 렌즈군과 상기 제2 렌즈군 사이에 조리개가 위치하고, 상기 제2 렌즈군의 상측쪽에 영상 보정용 셔터가 배치되며, 다음의 조건을 만족하는, 대물 광학계.
    0 ≤ Dxx/f < +0.30
    +0 ≤ dxx/f ≤ +0.33
    여기서, f는 전체 대물 광학 광학계의 유효초점거리, Dxx는 상기 제2 렌즈와 조리개 사이의 거리, dxx는 조리개와 상기 제3 렌즈 사이의 거리를 나타냄





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