KR101675578B1

KR101675578B1 - 초소형 조준경용 광학계

Info

Publication number: KR101675578B1
Application number: KR1020140175333A
Authority: KR
Inventors: 한동진; 황병설; 김수영
Original assignee: (주)이오시스템
Priority date: 2014-12-08
Filing date: 2014-12-08
Publication date: 2016-11-11
Also published as: KR20160069405A

Abstract

본 발명은 초소형 조준경용 광학계에 관한 것으로, 물체측으로부터 순서대로 양의 굴절력을 가지고 2군의 렌즈군으로 형성된 대물 렌즈계, 음의 굴절력을 가지고 2군의 렌즈군으로 형성된 릴레이 렌즈계, 및 양의 굴절력을 가지고 1군의 렌즈군으로 형성된 접안 렌즈계로 이루어진다.

Description

초소형 조준경용 광학계 {Optical system for a compact scope}

본 발명은 조준경용 광학계에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 초소형 주간 조준경용 광학계에 관한 것이다.

일반적으로, 총기 등의 사격 시에 외부 물체를 정확하게 조준 사격하고자 할 때, 원거리 조준을 용이하게 하기 위해 배율이 있는 광학 조준경을 장착하여 사용한다. 이를 위하여, 조준경은 망원경의 원리에 좌표선이나 점을 부가하여, 목표물을 용이하게 조준할 수 있도록 한다. 예를 들어, 공개특허 10-2014-0020074호에는 광학 조준경이 개시되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 광학 조준경의 경우 보통 전장 길이가 300mm 이상, 무게가 300g 이상의 장비들이 대부분이어서, 조준경 자체의 무게가 무겁고 크기 때문에 개인 총기에 부착하여 휴대하기 적합한 소형 조준경 광학계에 대한 필요성이 대두되어 왔다.

공개특허번호 10-2014-0020074호

따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결할 수 있는 소형, 경량의 초소형 조준경용 광학계를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전장 길이가 120mm 이하로 짧고, 무게 50g 이하로 개인 휴대 및 대량 생산이 용이한 초소형 조준경용 광학계를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 초소형이면서도 분해능이 높은 조준경용 광학계를 제공하는 것이다.

이러한 목적 및 기타 목적을 이루기 위하여, 본 발명의 따른 초소형 조준경용 광학계는 물체측으로부터 순서대로, 대물 렌즈계, 릴레이 렌즈계, 접안 렌즈계로 이루어진다.

대물 렌즈계는 물체측으로부터 순서대로, 전체적으로 양의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군; 및 전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 망선 패턴이 형성된 제2 렌즈군으로 이루어진다.,

릴레이 렌즈계는 물체측으로 오목한 메니스커스 형태로 전체적으로 음의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군; 및 전체적으로 양의 굴절력을 가지는 제4 렌즈군으로 이루어진다.

접안 렌즈계는 양의 굴절력을 가지는 제5 렌즈군으로 이루어진다.

이때, 각각의 렌즈군은 다음 식

0.95 < F1/fo < 1.15,

1.34 < F2/fo < 1.64,

-4.72 < F3/fr < -3.86,

1.00 < F4/fr < 1.23,

2.7 < fr/fe < 3.3

d3/fo ≤ 0.91

d5/fr ≤ 0.75

d10/fr ≤ 7.00

여기서, fo는 대물 렌즈계 유효초점거리이고,

fr는 릴레이 렌즈계의 유효 초점거리이고,

fe는 접안 렌즈계의 유효초점거리이고,

F1, F2, F3, F4 는 각각 제1 렌즈군 내지 제4 렌즈군의 유효초점거리이며,

d3는 제1 렌즈군과 제2 렌즈군 사이의 거리이고,

d5는 제2 렌즈군과 제3 렌즈군 사이의 거리이며,

d10는 제4 렌즈군과 제5 렌즈군 사이의 거리이다.

또한, 대물 렌즈계의 제1 렌즈군은 양볼록 형태의 제1렌즈, 볼록 메니스커스 형태의 제2 렌즈를 포함하여, 물체측으로 볼록한 메니스커스 형태의 이중 렌즈로 이루어지는 것이 바람직하다.

대물 렌즈계의 제2 렌즈군은 물체측으로 볼록한 평볼록의 제3 렌즈로 이루어지고, 제3 렌즈의 관찰측 면에 망선 패턴이 형성된다. 제3 렌즈의 관찰측 면이 상기 대물 렌즈계의 초점면이고, 망선 패턴은 에칭 또는 식각 형태로 형성된다.

릴레이 렌즈계의 제3 렌즈군은 양오목 형태의 제4 렌즈와, 양볼록 형태의 제5 렌즈가 접합된 이중 렌즈이고, 제4 렌즈군은 양볼록 형태의 제6 렌즈로 이루어지는 것이 바람직하다.

접안 렌즈계의 제5 렌즈군은 관찰측으로 오목한 메니스커스 형태의 제7 렌즈와 양볼록 형태의 제8 렌즈가 접합되어 전체적으로 양볼록 형태를 띠는 이중 렌즈인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 초소형 조준경용 광학계는 전장길이 105 mm이하로 짧고, 구경비 f/2.7 이상의 밝은 광학계로 종구면수차, 비점수차 및 왜곡수차가 적으면서도 고해상도 및 고선명도의 우수한 품질을 가능하게 한다.

본 발명에 의한 초소형 조준경은 기존의 조준경 크기 대비 소형, 경량화되어 휴대가 용이하며, 소형의 렌즈 크기와 적은 렌즈 매수로 대량양산에 적합한 이점이 있다.

또한, 본 발명의 주간 조준경을 육안 관찰하는 경우에는 약 ±2.4도의 시야각, 안점거리 40mm, 동공직경 3mm로 설계하여 상대적으로 긴 안점거리를 필요로 하는 조준경에 특히 적합하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주간 조준경용 광학계를 포함하는 광학부 도시하는 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 주간 조준경용 광학계를 도시하는 도면이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주간 조준경용 광학계의 변조전달함수(MTF)를 나타내는 그래프이며,
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 주간 조준경용 광학계의 종구면 수차, 비점 수차 및 왜곡수차를 도시한 그래프이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 조준경용 광학계를 설명한다. 본 발명에 따른 조준경용 광학계는 주간용으로서, 사용자가 접안 렌즈계를 통해 직접 영상을 보는 것이다.

본 발명에 따른 조준경용 광학계는 물체측으로부터 순서대로, 물체의 영상을 일차로 결상시키는 대물 렌즈계(100), 대물 렌즈계(100)에 의해 결상된 도립 상을 정립시키는 릴레이 렌즈계(200), 및 릴레이 렌즈계(200)에 의해 정립된 상을 관찰자에게 전달해주는 접안 렌즈계(300)를 포함한다.

대물 렌즈계(100)는 전체적으로 양의 굴절력을 가지고 물체측으로부터 순서대로, 전체적으로 양의 굴절력을 가지는 제1렌즈군(10)과, 물체측으로 볼록한 메니스커스 형태로 양의 굴절력을 가지며 그 내부에 망선 패턴이 형성된 제2렌즈군(20)을 포함한다.

제1 렌즈군(10)은 양볼록 형태의 제1 렌즈(1)와, 볼록 메니스커스 형태의 제2 렌즈(2)를 포함한다. 이러한 제1 렌즈(1)와 제2 렌즈(2)가 접합되어 물체측으로 볼록한 메니스커스 형태의 이중 렌즈로 이루어지는 것이 바람직하다.

제2 렌즈군(20)은 물체측으로 볼록한 평볼록의 제3 렌즈(3)를 포함하며, 제3 렌즈의 관찰측 면(도 2의 r5면)에 망선 패턴이 형성된다. 이러한 제3 렌즈(3)의 망선 패턴은 에칭 또는 식각 처리를 하여 형성한다. 또한, 에칭이나 식각으로 망선 패턴을 새겨 넣고 흰색 페인트로 메꾸어 준 후 렌즈 외경에서 LED, LD 또는 기타 방사성 발광 물질 등 다양한 광원으로 조명하면 빛 분산이나 번짐이 없어 선명하고 또렷하게 발광하는 망선 패턴을 얻을 수 있다. 따라서, 어두운 환경이나 검은 물체를 조준하기가 매우 용이해진다.

대물 렌즈계(100)에 의하여 물체는 일차로 제3 렌즈(3)의 관찰측 면(r5면)에 결상된다.

이때, 제1 렌즈군(10)과 제2 렌즈군(20)의 유효초점거리와 제1 렌즈군(10)과 제2 렌즈군 사이의 거리 d3은 각각 아래 식을 만족한다.

0.95 < F1/fo < 1.15

1.34 < F2/fo < 1.64

d3/fo ≤ 0.91

여기서 F1은 제1 렌즈군(10)의 유효초점거리이고,

F2는 제2 렌즈군(20)의 유효초점거리이고,

fo는 대물 렌즈계(100)의 유효초점거리이며,

d3은 제1 렌즈군(10)과 제2 렌즈군(20) 사이의 거리이다.

다음으로, 릴레이 렌즈계(200)는 전체적으로 음의 굴절력을 가지고, 제3 렌즈군(30)과 제4 렌즈군(40)으로 이루어지며, 외부영상을 역전시키는 역할과 망선 패턴을 접안 렌즈계(300)로 전달해주는 역할을 한다.

릴레이 렌즈계(200)는 양오목 형태의 제4 렌즈(4)와, 양볼록 형태의 제5 렌즈(5)가 접합되어 전체적으로 음의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군(30)과, 양볼록 형태의 제6 렌즈(6)를 포함하는 제4 렌즈군(40)으로 이루어진다.

제3 렌즈군(30)과 제4 렌즈군(40)의 유효초점거리는 각각 아래 식을 만족한다.

-4.72 < F3/fr < -3.86

1.00 < F4/fr < 1.23

여기서 F3은 제3 렌즈군(30)의 유효초점거리이고,

F4는 제4 렌즈군(40)의 유효초점거리이며,

fr는 릴레이 렌즈계(200)의 유효초점거리이다.

한편, 제2 렌즈군(20)과 제3 렌즈군(30) 사이의 거리 d5는 다음 식을 만족한다.

d5/fr ≤ 0.75

다음으로, 릴레이 렌즈계(200)에 의하여 결상되는 영상은 접안 렌즈계(300)의 초점면에서 연결되어 접안 렌즈계(300)가 사용자가 볼 수 있는 영상으로 전달한다.

접안 렌즈계(300)는 관찰측으로 오목한 메니스커스 형태의 제7 렌즈(51)와 양볼록 형태의 제8 렌즈(52)가 접합되어 전체적으로 양볼록 형태를 띠며 양의 굴절률을 가지는 제5 렌즈군(50)으로 이루어진다.

또한, 릴레이 렌즈계(200)와 접안 렌즈계(300)의 유효초점거리(fr, fe)는 각각 아래 식을 만족한다.

2.7 < fr/fe < 3.3

한편, 제4 렌즈군(40)과 제5 렌즈군(50) 사이의 거리 d10는 다음 식을 만족한다.

d10/fr ≤ 7.00

이러한 본 발명에 따른 실시예는 다음의 표 1과 같다.

면	곡률반경(mm)	두께 또는 간격(dn)(mm)	유효 반경(mm)	굴절률	분산계수
r1	21.839	3	9.0	1.618	63.3
r2	-12.100	1	10.5	1.850	32.2
r3	-27.693	22.28	10.5	1.000
r4	20.752	2.6	6.0	1.487	70.4
r5	8	6.18	6.0	1.000
r6	-8.262	2.5	4.0	1.805	25.4
r7	6.283	2.2	6.0	1.651	55.9
r8	-8.048	0.3	6.0	1.000
r9	30.029	2	6.0	1.804	46.5
r10	-9.878	57.7	6.0	1.000
r11	98.365	1	10.5	1.922	20.9
r12	12.087	4	10.5	1.675	32.3
r13	-13.386	40	10.5	1.000
r14	8		3

표 1의 실시예에 따른 조준경용 광학계의 전장은 104.3mm로서, 전장이 짧은 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명은 전장 105mm 이하의 초소형 조준경을 제공할 수 있다.

본 발명의 주간 조준경은 육안 관찰하는 경우에는 약 ±2.4도의 시야각, 안점거리 40mm, 동공직경 3mm로 설계하여 상대적으로 긴 안점거리를 필요로 하는 조준경에 적합하도록 하였다.

도 3은 표 1의 광학계의 변조 전달함수(MTF)를 도시한 그래프로, 세로축은 표준화된 변조전달함수(MTF) 값이며 가로축은 분해능(cy/mrad)을 나타낸다. T는 자오면 방향 분해능, S는 구결면 방향 분해능에 대한 것이다.

도 4a는 종구면수차를 나타내는 그래프로, 세로축은 입사 눈동자 반경의 최대값을 1.5로 해서 규격화하여 도시한 값을 나타내고, 가로축은 각 광선에 있어서의 수차의 값(디옵터)를 나타낸다.

도 4b는 비점수차를 나타내는 그래프로, 비점수차 곡선에서 T는 자오면 비점 수차를, S는 구결 비점 수차를 나타낸다. 가로축은 물체로부터 광이 입사하였을 때 입사 광선이 광축과 이루는 각도를 나타내고, 세로축은 각 광선에 있어서 수차의 값(디옵터)를 나타낸다.

도 4c는 왜곡수차를 나타내는 그래프로, 가로축은 물체로부터 광이 입사하였을 때 입사 광선이 광축과 이루는 각도를 나타내고, 세로축은 수차의 비율을 백분율(%값)으로 나타낸다. 최대 시야각이 2.4도 일 때 -2±1% 이내의 값이 되는 것을 확인할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 주간 조준경용 광학계는 전장길이 105 mm 이하, 구경비 f/2.7 이상의 밝은 광학계로 종구면수차, 비점수차 및 왜곡수차가 적으면서도 고해상도 및 고선명도의 우수한 품질을 가능하게 한다.

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.

100: 대물 렌즈계
200: 릴레이 렌즈계
300: 접안 렌즈계
10~50: 제1 렌즈군 ~ 제5 렌즈군
r5: 망선면

Claims

물체측으로부터 순서대로, 대물 렌즈계, 릴레이 렌즈계 및 접안 렌즈계를 포함하고,
상기 대물 렌즈계는 물체측으로부터 순서대로,
전체적으로 양의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군; 및
전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 망선 패턴이 형성된 제2 렌즈군을 포함하고,
상기 릴레이 렌즈계는
물체측으로 오목한 메니스커스 형태로 전체적으로 음의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군; 및
전체적으로 양의 굴절력을 가지는 제4 렌즈군을 포함하고,
상기 접안 렌즈계는 양의 굴절력을 가지는 제5 렌즈군을 포함하며,
각각의 렌즈군은 다음 식
0.95 < F1/fo < 1.15,
1.34 < F2/fo < 1.64,
-4.72 < F3/fr < -3.86,
1.00 < F4/fr < 1.23,
2.7 < fr/fe < 3.3
d3/fo ≤ 0.91
d5/fr ≤ 0.75
d10/fr ≤ 7.00
(여기서, fo는 대물렌즈계의 유효초점거리, fr는 릴레이 렌즈계, fe는 접안렌즈계의 유효초점거리이고,
F1, F2, F3, F4는 각각 제1 렌즈군 내지 제4 렌즈군의 유효초점거리이며,
d3는 제1 렌즈군과 제2 렌즈군 사이의 거리, d5는 제2 렌즈군과 제3 렌즈군 사이의 거리, d10는 제4 렌즈군과 제5 렌즈군 사이의 거리를 나타냄)
을 만족하는 것을 특징으로 하는 초소형 조준경용 광학계.
제1항에 있어서,
상기 대물 렌즈계의 제1 렌즈군은 양볼록 형태의 제1렌즈와, 볼록 메니스커스 형태의 제2 렌즈가 접합되어, 물체측으로 볼록한 메니스커스 형태의 이중 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초소형 조준경용 광학계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 대물 렌즈계의 제2 렌즈군은 물체측으로 볼록한 평볼록의 제3 렌즈를 포함하고,
상기 제3 렌즈의 관찰측 면에 망선 패턴이 형성된 초소형 조준경용 광학계.
제3항에 있어서,
상기 제3 렌즈의 망선 패턴이 형성된 면은 상기 대물 렌즈계의 초점면인 초소형 조준경용 광학계.
제3항에 있어서,
상기 망선 패턴은 에칭 또는 식각 형태로 형성되는 초소형 조준경용 광학계.
제1항에 있어서,
상기 릴레이 렌즈계의 제3 렌즈군은 양오목 형태의 제4 렌즈와, 양볼록 형태의 제5 렌즈가 접합된 이중 렌즈인 초소형 조준경용 광학계.
제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 릴레이 렌즈계의 제4 렌즈군은 양볼록 형태의 제6 렌즈를 포함하는 초소형 조준경용 광학계.
제1항에 있어서,
상기 접안 렌즈계의 제5 렌즈군은 관찰측으로 오목한 메니스커스 형태의 제7 렌즈와 양볼록 형태의 제8 렌즈가 접합되어 전체적으로 양볼록 형태를 띠는 이중 렌즈인 초소형 조준경용 광학계.