KR101868098B1 - Zoom Lens Optical System Using Hybrid Lens - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 줌 렌즈 광학계에 관한 것으로, 특히 비냉각 열상장비에 있어서, 영상왜곡과 초점거리의 변화를 최소화 할 수 있는 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계에 관한 것이다.The present invention relates to a zoom lens optical system, and more particularly to a zoom lens optical system using a hybrid lens capable of minimizing a change in image distortion and focal length in an uncooled thermal imaging apparatus.
열상장비는 복사 발산도(radiant emittance)의 상대적인 차이를 영상화하므로 빛이 전혀 없는 상태에서도 영상 획득이 가능하여 주로 방산 분야에서 감시와 관측 등의 목적으로 사용된다. 대부분의 물체들이 전자기파 형태로 방출하는 복사 에너지의 파장대역은 적외선 영역이며 상온에서는 주로 10μm 근처의 원적외선 대역의 에너지를 방출한다.Thermal equipment imaged the relative difference of radiant emittance so that it can acquire images even in the absence of light and is mainly used for monitoring and observing in the field of defense. The wavelength range of radiant energy emitted by most of the objects in the form of electromagnetic waves is the infrared region, and at room temperature it emits far infrared rays in the near infrared band region, which is mainly around 10 μm.
비냉각 열상장비에 적용 가능한 연속 줌 적외선 광학계에서 전체 줌 배율에서 원적외선 대역에 적용 가능하도록 F/1.3 내지 F/1.5의 낮은 F/수를 유지하고, 전체 배율 구간에서 광학계의 길이를 유지하면서 8배율 내지 12배율의 고배율 줌 렌즈 광학계를 구현하는 것에 제약이 따른다.In the continuous-zoom infrared optical system applicable to the non-cooling thermal equipment, a low F / number of F / 1.3 to F / 1.5 is maintained so as to be applicable to the far-infrared ray band at the entire zoom magnification, To 12x magnification zoom lens optical system.
본 발명의 일 목적은 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계에 있어서, 물체와 대향하며 상기 물체의 원적외선을 수광하여 상을 포착하고, 상기 포착된 상의 배율을 변환하는 제1 렌즈군, 상기 제1 렌즈군의 후측에 고정 배치되며, 제1 고정렌즈 및 제2 고정렌즈를 포함하는 제2 렌즈군 및 상기 제2 렌즈군의 후측 광축방향을 따라 이동하며 상기 물체의 거리 변화 및 배율 변환 시 초점을 보정하고, 상기 포착된 상을 결상하는 제3 렌즈군을 포함하고, 상기 제1 고정렌즈와 상기 제3 렌즈군은 하이브리드 렌즈를 포함하여, 수차를 효과적으로 억제하여 회절한계 성능을 가질 수 있는 줌 렌즈 광학계를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a zoom lens optical system using a hybrid lens, comprising: a first lens group which is opposed to an object and receives far infrared rays of the object to capture an image and converts magnification of the captured image; A second lens group including a first fixed lens and a second fixed lens and a second lens group fixedly disposed on the rear side of the second lens group and moving along the rear optical axis direction of the second lens group, And a third lens group for imaging the captured image, wherein the first fixed lens and the third lens group include a hybrid lens, and a zoom lens optical system capable of effectively suppressing aberration and having a diffraction limit performance .
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other and further objects, which are not to be described, may be further considered within the scope of the following detailed description and easily deduced from the effects thereof.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 유형에 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계는, 물체와 대향하며 상기 물체의 원적외선을 수광하여 상을 포착하고, 상기 포착된 상의 배율을 변환하는 제1 렌즈군, 제1 렌즈군의 후측에 고정 배치되며, 제1 고정렌즈 및 제2 고정렌즈를 포함하는 제2 렌즈군 및 제2 렌즈군의 후측 광축방향을 따라 이동하며 상기 물체의 거리 변화 및 배율 변환 시 초점을 보정하고, 상기 포착된 상을 결상하는 제3 렌즈군을 포함한다.In order to solve the above problems, a zoom lens optical system using a hybrid lens in one type of the present invention includes a first lens group which is opposed to an object and receives far infrared rays of the object to capture an image, A second lens group including a first fixed lens and a second fixed lens, which is fixed on the rear side of the first lens group and moves along the rear optical axis direction of the second lens group, And a third lens unit that corrects the focus and images the captured image.
여기서, 제1 렌즈군은, 상기 물체와 대향하며 상기 물체의 원적외선을 수광하여 상을 포착하는 대물렌즈 및 대물렌즈의 후측 광축방향을 따라 이동하며 상의 배율을 변환하는 배율렌즈를 포함한다.The first lens group includes an objective lens which faces the object, receives the far-infrared ray of the object and captures the image, and a magnification lens that moves along the rear side optical axis direction of the objective lens and converts the magnification of the image.
여기서, 제3 렌즈군은, 상기 물체의 거리 변화 및 배율 변환 시 초점을 보정하는 보정렌즈 및 보정렌즈의 후측에 고정 배치되며, 상기 포착된 상을 결상하는 결상렌즈를 포함한다.Here, the third lens group includes an image-forming lens fixedly arranged on the rear side of the correcting lens and the correcting lens for correcting the focus when changing the distance and magnification of the object, and forming an image of the captured image.
여기서, 대물렌즈는 양의 굴절력을 가지며, 물체측을 향하는 제1 물체측면은 볼록하게 형성되고, 상기 물체측의 반대측인 상을 향하는 제1 상측면은 오목하게 형성되며, 상기 제1 상측면의 곡률반경은 상기 제1 물체측면의 곡률반경보다 크다.Here, the objective lens has a positive refracting power, the first object side surface facing the object side is convexly formed, the first image side surface facing the image side opposite to the object side is concave, and the first image side surface The radius of curvature is larger than the radius of curvature of the first object side surface.
여기서, 배율렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 물체측을 향하는 제2 물체측면은 오목하게 형성되고, 상기 물체측의 반대측인 상을 향하는 제2 상측면은 오목하게 형성되며, 상기 제2 물체측면 및 제2 상측면 중 적어도 하나의 면이 비구면을 포함한다.Here, the magnification lens has negative refracting power, the second object side surface facing the object side is concave, the second image side facing toward the image object side is concave, and the second object side surface At least one of the second phase surfaces includes an aspherical surface.
여기서, 제1 고정렌즈는 제1 하이브리드 렌즈이고, 양의 굴절력을 가지며, 상기 물체측을 향하는 제3 물체측면은 볼록하게 형성되고, 상기 물체측의 반대측인 상을 향하는 제3 상측면은 볼록하게 형성되며, 제1 하이브리드 렌즈는 상기 제3 물체측면 및 제3 상측면 중 적어도 하나의 면이 비구면을 포함하며, 상기 비구면에 회절패턴이 결합된 형상을 포함한다.Here, the first fixed lens is a first hybrid lens, has a positive refracting power, and the third object side surface facing the object side is convexly formed, and the third image side surface facing the image side opposite to the object side is convex And the first hybrid lens includes a shape in which at least one of the third object side surface and the third image side surface includes an aspherical surface and a diffraction pattern is combined with the aspherical surface.
여기서, 제2 고정렌즈는, 양의 굴절력을 가지고, 상기 제1 고정렌즈와 한 쌍을 이루며, 상기 물체측을 향하는 제4 물체측면은 오목하게 형성되고, 상기 물체측의 반대측인 상을 향하는 제4 상측면은 볼록하게 형성되며, 제4 상측면의 곡률반경은 상기 제4 물체측면의 곡률반경보다 크다.Here, the second fixed lens has a positive refracting power and forms a pair with the first fixed lens, a fourth object side surface facing the object side is concave, and an object The four-phase side surface is convex, and the curvature radius of the fourth phase side is larger than the curvature radius of the side surface of the fourth object.
여기서, 보정렌즈는 양의 굴절력을 가지며, 상기 물체측을 향하는 제5 물체측면은 볼록하게 형성되고, 상기 물체측의 반대측인 상을 향하는 제5 상측면은 볼록하게 형성되며, 상기 제5 물체측면 및 제5 상측면 중 적어도 하나의 면이 비구면을 포함한다.Here, the correction lens has a positive refracting power, a fifth object side surface facing the object side is convexly formed, a fifth image side surface facing the image side opposite to the object side is convexly formed, and the fifth object side surface And the fifth phase side include an aspherical surface.
여기서, 결상렌즈는 제2 하이브리드 렌즈이고, 양의 굴절력을 가지며, 상기 제2 하이브리드 렌즈는 상기 물체측을 향하는 제6 물체측면은 볼록하게 형성되고, 상기 물체측의 반대측인 상을 향하는 제6 상측면은 볼록하게 형성되며, 상기 제6 물체측면 및 제6 상측면 중 적어도 하나의 면이 비구면을 포함하며, 상기 비구면에 적어도 일부의 회절패턴이 결합된 형상을 포함한다.Here, the image-forming lens is a second hybrid lens and has a positive refracting power, and the sixth hybrid lens has a sixth object side surface facing the object side and a sixth image side facing the object side, At least one surface of the sixth object side surface and the sixth image surface includes an aspherical surface and at least a part of the diffractive pattern is combined with the aspherical surface.
여기서, 제1 렌즈군의 렌즈들은 게르마늄(Ge) 성분을 포함하고, 제1 고정렌즈는 셀렌화아연(ZnSe) 성분을 포함하며, 제2 고정렌즈는 게르마늄(Ge) 성분을 포함하고, 제3 렌즈군의 렌즈들은 게르마늄(Ge) 성분 또는 셀렌화아연(ZnSe) 성분을 포함한다.Here, the lenses of the first lens group include a germanium (Ge) component, the first fixed lens includes a zinc selenide (ZnSe) component, the second fixed lens includes a germanium (Ge) The lenses of the lens group include a germanium (Ge) component or a zinc selenide (ZnSe) component.
본 발명의 또 다른 유형에 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계는, 물체와 대향하며 상기 물체의 원적외선을 수광하여 상을 포착하는 양의 굴절력을 갖는 대물렌즈 및 대물렌즈의 후측 광축방향을 따라 이동하며 상의 배율을 변환하는 음의 굴절력을 갖는 배율렌즈를 포함하는 제1 렌즈군, 상기 제1 렌즈군의 후측에 고정 배치되며, 제1 고정렌즈 및 제2 고정렌즈를 포함하는 제2 렌즈군 및 상기 물체의 거리 변화 및 배율 변환 시 초점을 보정하는 양의 굴절력을 갖는 보정렌즈 및 보정렌즈의 후측에 고정 배치되며, 상기 포착된 상을 결상하는 양의 굴절력을 갖는 결상렌즈를 포함하는 제3 렌즈군을 포함하며, 결상렌즈의 후측 광측방향을 따라 위치하여 상기 결상렌즈가 결상한 상을 영상신호로 변환하여 출력하는 원적외선 비냉각 검출기를 포함하고, 제1 고정렌즈는 제1 하이브리드 렌즈이고, 상기 결상렌즈는 제2 하이브리드 렌즈이다.The zoom lens optical system using the hybrid lens in another type of the present invention is a zoom lens optical system that moves along the back optical axis direction of the objective lens and the objective lens having positive refractive power that is opposite to the object and receives the far- A second lens group including a first fixed lens and a second fixed lens and fixed on the rear side of the first lens group, and a second lens group fixed on the rear side of the first lens group and including a magnification lens having negative refractive power, And a third lens group including an imaging lens fixedly arranged on the rear side of the correction lens and having an positive refractive power for imaging the captured image, And a far infrared ray noncooling detector which is located along the rear side of the image forming lens and converts the image formed by the image forming lens into a video signal and outputs the image signal, A first fixed lens is a first hybrid lens, the imaging lens of the second lens is a hybrid.
여기서, 광학계는 8배율 내지 12배율을 갖는 원적외선 광학계이고, 상기 물체측을 향하여 상기 제1 렌즈군에서 상기 제3 렌즈군의 순서로 배열되며, F/수 는 모든 상기 배열에서 F/1.3 내지 F/1.5이다.Here, the optical system is a far-infrared ray optical system having a magnification ratio of 8 to 12 and arranged in the order from the first lens group to the third lens group toward the object side, and the F / number is F / 1.3 to F / 1.5.
본 발명에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계에 의하면, 비냉각 열상장비에 적용할 수 있는 전체 배율 범위에서 F/수는 F/1.3 내지 F/1.5이고, 8배율 내지 12배율의 줌 배율이 가능하다.According to the zoom lens optical system using the hybrid lens according to the present invention, the F / number is in the range of F / 1.3 to F / 1.5 in the entire zoom range applicable to the uncooled thermal imaging apparatus, and the zoom magnification of 8 to 12 is possible Do.
또한, 왜곡수차 보정 및 고정 초점 광학계의 광학식 비열화를 구현함과 동시에 하이브리드 렌즈를 이용하여 수차를 효과적으로 억제하여 회절한계 성능을 가질 수 있다.In addition, the distortion aberration correction and the optical deterioration of the fixed focus optical system can be realized, and at the same time, the aberration can be effectively suppressed by using the hybrid lens, and the diffraction limit performance can be obtained.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.Even if the effects are not expressly mentioned here, the effects described in the following specification which are expected by the technical characteristics of the present invention and their potential effects are handled as described in the specification of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계의 배율 변화에 따른 형상을 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 배율렌즈(L2) 및 보정렌즈(L5)의 이동궤적을 나타낸 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 보정렌즈(L5)의 초점조절 궤적을 나타낸 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계의 MTF 성능을 나타낸 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 렌즈에 적용된 회절 광학소자 형상이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계의 설계된 왜곡수차를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계가 갖는 입사되는 필드에 따른 주변 광량비를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 적외선 광학계의 온도 변화에 따른 상면이동(defocus)을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 보정렌즈(L5)의 온도 변화에 따른 이동범위를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 적외선 광학계의 온도 변화에 대해 보상된 상면이동(defocus)을 나타낸 그래프이다.1 is a view showing a structure of a zoom lens optical system using a hybrid lens according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a shape of a zoom lens optical system using a hybrid lens according to a variation of magnification according to an embodiment of the present invention.
3A to 3C are graphs showing movement trajectories of the magnification lens L2 and the correction lens L5 according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B are graphs showing the focus adjustment trajectory of the correction lens L5 according to an embodiment of the present invention.
5A and 5B are graphs showing MTF performance of a zoom lens optical system using a hybrid lens according to an embodiment of the present invention.
6A and 6B show diffractive optical element shapes applied to a hybrid lens according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 7A and 7B are graphs illustrating distortion aberrations of a zoom lens optical system using a hybrid lens according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph illustrating the ratio of the ambient light amount according to the incident field of the zoom lens optical system using the hybrid lens according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing a defocus of an infrared optical system using a hybrid lens according to temperature change according to an embodiment of the present invention. FIG.
10 is a graph showing a range of movement of the correcting lens L5 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a graph illustrating a top surface defocus compensated for a temperature change of an infrared optical system using a hybrid lens according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 관련된 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.Hereinafter, a zoom lens optical system using the hybrid lens according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described. In order to clearly describe the present invention, parts that are not related to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings denote the same members.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 발명은 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계에 관한 것이다.The present invention relates to a zoom lens optical system using a hybrid lens.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계의 구조를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a structure of a zoom lens optical system using a hybrid lens according to an embodiment of the present invention.
도 1에 나타난 바와 같이, 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계(10)는 제1 렌즈군(100), 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)을 포함하며, 제1 렌즈군(100)은 대물렌즈(L1)와 배율렌즈(L2)를 포함하고, 제2 렌즈군(200)은 제1 고정렌즈(L3)와 제2 고정렌즈(L4)를 포함하며, 제3 렌즈군(300)은 보정렌즈(L5)와 결상렌즈(L6)를 포함한다.1, a zoom lens
물체(피사체)측으로부터 제1 렌즈군(100), 제2 렌즈군(200), 제3 렌즈군(300) 순서로 배열되며, 대물렌즈(L1), 배율렌즈(L2), 제1 고정렌즈(L3), 제2 고정렌즈(L4), 보정렌즈(L5), 결상렌즈(L6)가 순차로 배열된다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계 (10)는 상면을 안정적으로 유지하며, 광축을 따라 일부의 렌즈군을 움직여서 광학계의 초점거리나 배율을 연속적으로 변화시킬 수 있는 광학계이다. 광학계에서는 주위 온도가 변화하면, 광학부품과 경통은 열팽창이 발생되며, 유리의 굴절률도 온도에 따라 변화한다. 이에 따라 광학계의 초점거리, 배율 등의 근축광학적 물리량과 광학수차의 변화가 발생한다. 비열화는 여러 부품에서 발생하는 열적 특성변화를 서로 상쇄되도록 하거나 외부에서의 제어를 통하여 온도에 따른 결상특성의 변화가 없도록 하는 것으로, 온도 변화에 따른 상면이동(defocus)을 최소화할 수 있다. 상면이동(defocus)은 광학계가 이상적인 결상에서 벗어나서 생기는 상의 편차이다. The zoom lens
제1 렌즈군(100)은 대물렌즈(L1)와 배율렌즈(L2)를 포함하고, 물체와 대향하며 상기 물체의 원적외선을 수광하여 상을 포착하고, 상기 포착된 상의 배율을 변환한다.The
대물렌즈(L1)는 물체와 대향하며 상기 물체의 원적외선을 수광하여 상을 포착한다.The objective lens L1 is opposed to the object and receives the far-infrared ray of the object to capture the image.
대물렌즈(L1)는 양의 굴절력을 가지며, 물체측을 향하는 제1 물체측면(S1)은 볼록하게 형성되고, 상기 물체측의 반대측인 상을 향하는 제1 상측면(S2)은 오목하게 형성되며, 상기 제1 상측면(S2)의 곡률반경은 상기 제1 물체측면(S1)의 곡률반경보다 크다.The objective lens L1 has a positive refractive power and the first object side surface S1 facing the object side is convex and the first image side S2 facing the image side opposite to the object side is concave , The radius of curvature of the first upper surface (S2) is larger than the radius of curvature of the first object side surface (S1).
배율렌즈(L2)는 대물렌즈(L1)의 후측 광축방향을 따라 이동하며 상의 배율을 변환한다.The magnification lens L2 moves along the rear side optical axis direction of the objective lens L1 and changes the magnification of the image.
배율렌즈(L2)는 음의 굴절력을 가지며, 물체측을 향하는 제2 물체측면(S3)은 오목하게 형성되고, 상기 물체측의 반대측인 상을 향하는 제2 상측면(S4)은 오목하게 형성되며, 상기 제2 물체측면(S3) 및 제2 상측면(S4) 중 적어도 하나의 면이 비구면을 포함한다. 비구면은 구면에서 약간 벗어난 곡면으로, 중심부에서 주변부로 점진적으로 편평해지는 구조이다.The magnification lens L2 has a negative refracting power and the second object side surface S3 facing the object side is concave and the second image side S4 facing the object side opposite to the object side is concave , At least one of the second object side surface (S3) and the second image side surface (S4) includes an aspherical surface. The aspheric surface is a curved surface that slightly deviates from the spherical surface, and is gradually flattened from the central portion to the peripheral portion.
제2 렌즈군(200)은 제1 렌즈군(100)의 후측에 고정 배치되며, 제1 고정렌즈(L3) 및 제2 고정렌즈(L4)를 포함한다.The
제1 고정렌즈(L3)는 제1 하이브리드 렌즈이고, 양의 굴절력을 가지며, 상기 물체측을 향하는 제3 물체측면(S5)은 볼록하게 형성되고, 상기 물체측의 반대측인 상을 향하는 제3 상측면(S6)은 볼록하게 형성되며, 제1 하이브리드 렌즈는 상기 제3 물체측면(S5) 및 제3 상측면(S6) 중 적어도 하나의 면이 비구면을 포함하며, 상기 비구면에 적어도 일부의 회절패턴이 결합된 형상을 포함한다.The first fixed lens L3 is a first hybrid lens, and has a positive refracting power. A third object side surface S5 directed toward the object side is convexly formed. A third fixed object side surface S5, which is opposite to the object side, The side surface S6 is convexly formed and at least one of the third object side surface S5 and the third image side surface S6 includes an aspherical surface and the at least one diffractive surface And the like.
제3 물체측면(S5) 및 제3 상측면(S6) 중 제3 물체측면(S5)에 비구면을 포함하고, 비구면에 적어도 일부의 회절패턴이 결합된 형상을 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable that the third object side surface S5 and the third image side surface S6 include an aspherical surface on the third object side surface S5 and a shape in which at least a part of the diffraction pattern is coupled to the aspherical surface.
일반적으로 하이브리드 렌즈(Hybrid Lens)는, 회절광학소자 렌즈(Diffractive Optical Element Lens)의 일종이며, 회절광학소자 렌즈는 도 1에서 보이는 바와 같이 렌즈 표면에 임의의 피치와 임의의 깊이로 형성된 회절패턴을 형성하여 빛을 회절시킬 수 있는 렌즈이다.Generally, a hybrid lens is a kind of a diffractive optical element lens. The diffractive optical element lens has a diffraction pattern formed at an arbitrary pitch and an arbitrary depth on the lens surface as shown in FIG. 1 And is capable of diffracting light.
이러한 회절광학소자 렌즈는 LD, LSU(Laser Scanning Unit), CD, DVD 등의 콜리메이트렌즈(레이저에서 분산 또는 집중해 있는 광선을 시준화(視準化)된 또는 평행한 광선으로 변환해 주는 렌즈)로, 프로젝트 TV 등의 디스플레이용 광학 렌즈로, 광통신용 커넥터 렌즈 등으로 매우 널리 사용하고 있으며, 크기는 대부분 직경이 약 1mm내외, 두께가 몇 ㎛에 지나지 않는 마이크로렌즈이다.Such a diffractive optical element lens may be a collimate lens such as an LD, a laser scanning unit (LSU), a CD, a DVD (a lens for converting a light beam scattered or concentrated in the laser to a collimated or parallel light beam) ). It is widely used as a display optical lens for a project TV or the like and as a connector lens for optical communication. Most of the size is a microlens having a diameter of about 1 mm and a thickness of only a few micrometers.
그리고 종래에는 이와 같은 회절광학소자 렌즈의 재질을 유리재 또는 합성수지재 등으로써 전체를 하나의 재질로 형성하는 것이 보통이었으나, 근래에는 이중의 재질로써 만드는 하이브리드 렌즈를 사용하게 되었으며, 하이브리드 렌즈의 장점은 온도변화에 따른 특성열화가 적으며, 경량화 시킬 수 있고, 개구수가 높아질 수 있다.Conventionally, it has been common to form a lens of such a diffractive optical element lens as a single material by using a glass material, a synthetic resin material, or the like. In recent years, however, a hybrid lens made of a double material has been used. The characteristic deterioration due to the temperature change is small, the weight can be reduced, and the numerical aperture can be increased.
제2 고정렌즈(L4)는, 양의 굴절력을 가지고, 제1 고정렌즈(L3)와 한 쌍을 이루며, 물체측을 향하는 제4 물체측면(S7)은 오목하게 형성되고, 상기 물체측의 반대측인 상을 향하는 제4 상측면(S8)은 볼록하게 형성되며, 제4 상측면(S8)의 곡률반경은 상기 제4 물체측면(S7)의 곡률반경보다 크다.The second fixed lens L4 has a positive refracting power and forms a pair with the first fixed lens L3. The fourth object side surface S7 facing the object side is concave, and the opposite side The fourth phase S8 facing the phosphorus phase is convex and the radius of curvature of the fourth phase S8 is larger than the radius of curvature of the fourth object side S7.
제3 렌즈군(300)은 보정렌즈(L5)와 배율렌즈(L6)를 포함하고, 제2 렌즈군(200)의 후측 광축방향을 따라 이동하며 상기 물체의 거리 변화 및 배율 변환 시 초점을 보정하고, 상기 포착된 상을 결상한다.The
보정렌즈(L5)는 물체의 거리 변화 및 배율 변환 시 초점을 보정한다.The correction lens L5 corrects the focus when changing the distance of the object and changing the magnification.
보정렌즈(L5)는 양의 굴절력을 가지며, 상기 물체측을 향하는 제5 물체측면(S9)은 볼록하게 형성되고, 상기 물체측의 반대측인 상을 향하는 제5 상측면(S10)은 볼록하게 형성되며, 상기 제5 물체측면(S9) 및 제5 상측면(S10) 중 적어도 하나의 면이 비구면을 포함한다. 비구면은 구면에서 약간 벗어난 곡면으로, 중심부에서 주변부로 점진적으로 편평해지는 구조이다.The fifth lens L5 has a positive refracting power and the fifth object side surface S9 facing the object side is formed convexly and the fifth image side S10 facing the image side opposite to the object side is formed convexly , And at least one of the fifth object side surface (S9) and the fifth image side surface (S10) includes an aspherical surface. The aspheric surface is a curved surface that slightly deviates from the spherical surface, and is gradually flattened from the central portion to the peripheral portion.
결상렌즈(L6)는 보정렌즈(L5)의 후측에 고정 배치되며, 상기 포착된 상을 결상한다.The imaging lens L6 is fixedly arranged on the rear side of the correcting lens L5, and images the captured image.
결상렌즈(L6)는 제2 하이브리드 렌즈이고, 양의 굴절력을 가지며, 제2 하이브리드 렌즈는 상기 물체측을 향하는 제6 물체측면(S11)은 볼록하게 형성되고, 상기 물체측의 반대측인 상을 향하는 제6 상측면(S12)은 볼록하게 형성되며, 상기 제6 물체측면(S11) 및 제6 상측면(S12) 중 적어도 하나의 면이 비구면을 포함하며, 상기 비구면에 적어도 일부의 회절패턴이 결합된 형상을 포함한다.The imaging lens L6 is a second hybrid lens and has a positive refractive power. In the second hybrid lens, the sixth object side surface S11 facing the object side is convexly formed, At least one of the sixth object side surface S11 and the sixth image side surface S12 includes an aspherical surface and at least a part of the diffractive pattern is combined with the aspheric surface, .
제6 물체측면(S11) 및 제6 상측면(S12) 중 제6 상측면(S12)에 비구면을 포함하고, 비구면에 적어도 일부의 회절패턴이 결합된 형상을 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable that a shape including an aspherical surface on the sixth image side surface S11 of the sixth object side surface S11 and a sixth image surface S12 of the sixth image side surface S12 and at least a part of the diffraction pattern is coupled to the aspherical surface.
대물렌즈(L1), 배율렌즈(L2), 제1 고정렌즈(L3), 제2 고정렌즈(L4), 보정렌즈(L5), 결상렌즈(L6)를 순차로 투과한 적외선은 검출기 윈도우(Detector Window)(W)를 거쳐 촬상소자의 수광면에 입사되고, 그 수광면 상에 물체의 이미지가 맺힌다.Infrared rays that have passed through the objective lens L1, the magnification lens L2, the first fixed lens L3, the second fixed lens L4, the correction lens L5, and the imaging lens L6 in sequence, Window) W, and is incident on the light-receiving surface of the imaging element, and an image of the object is formed on the light-receiving surface.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계의 배율 변화에 따른 형상을 나타낸 도면이다.2 is a view showing a shape of a zoom lens optical system using a hybrid lens according to a variation of magnification according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 물체와 대향하며 상기 물체의 원적외선을 수광하여 상을 포착하는 양의 굴절력을 갖는 대물렌즈(L1), 대물렌즈(L1)의 후측 광축방향을 따라 이동하며 상의 배율을 변환하는 음의 굴절력을 갖는 배율렌즈(L2), 배율렌즈(L2)의 후측에 고정 배치되는, 제1 고정렌즈(L3) 및 제2 고정렌즈(L4), 물체의 거리 변화 및 배율 변환 시 초점을 보정하는 양의 굴절력을 갖는 보정렌즈(L5), 보정렌즈(L5)의 후측에 고정 배치되며, 상기 포착된 상을 결상하는 양의 굴절력을 갖는 결상렌즈(L6)가 물체(피사체)측으로부터 순차로 배열된다.Referring to FIG. 2, an objective lens L1 having positive refractive power, which is opposite to an object and receives far infrared rays of the object to capture an image, and an objective lens L1, which moves along the rear side of the optical axis of the objective lens L1, A magnification lens L2 having a negative refractive power, a first fixed lens L3 and a second fixed lens L4 fixedly arranged on the rear side of the magnification lens L2, And an image forming lens L6 having a positive refractive power and configured to image the captured image are sequentially arranged on the rear side of the object (object) side, and a correction lens L5 having a positive refractive power .
또한, 결상렌즈(L6)의 후측 광측방향을 따라 위치하여 상기 결상렌즈가 결상한 상을 영상신호로 변환하여 출력하는 원적외선 비냉각 검출기를 더 포함할 수 있고, 제1 고정렌즈(L3)는 제1 하이브리드 렌즈이고, 결상렌즈(L6)는 제2 하이브리드 렌즈이다.The first fixed lens L3 may further include a far infrared ray noncooling detector which is located along the rear side of the imaging lens L6 and converts the image formed by the imaging lens into a video signal and outputs the image signal. 1 hybrid lens, and the imaging lens L6 is a second hybrid lens.
도 2의 (a)는 시야각 51.28°×38.46°에 해당하는 1배율 상태에서 설계된 줌 렌즈 광학계의 광학적 배치를 나타낸다.2 (a) shows the optical arrangement of a zoom lens optical system designed at a magnification of 1, corresponding to a viewing angle of 51.28 占 38.46 占 FIG.
도 2의 (b)는 시야각 10.97°×8.23°에 해당하는 5배율 상태에서 설계된 줌 렌즈 광학계의 광학적 배치를 나타낸다.Fig. 2 (b) shows the optical arrangement of the optical system of the zoom lens designed in a 5 magnification state corresponding to a viewing angle of 10.97 deg x 8.23 deg.
도 2의 (c)는 시야각 5.97°×4.12°에 해당하는 10배율 상태에서 설계된 줌 렌즈 광학계의 광학적 배치를 나타낸다.2 (c) shows the optical arrangement of the zoom lens optical system designed at a 10 magnification state corresponding to a viewing angle of 5.97 deg. 4.12 deg.
도 2의 (a), (b) 및 (c)를 참조하면, 줌 렌즈 광학계의 배율의 변화에 따라 배율렌즈(L2)가 배율 변환을 위하여 광축을 따라 이동하며, 보정렌즈(L5)가 배율 변환 시 물체 거리 변화에 따른 초점 보상을 위하여 광축을 따라 이동함을 알 수 있다.2 (a), 2 (b) and 2 (c), the magnification lens L2 is moved along the optical axis for magnification conversion according to the magnification change of the zoom lens optical system, It can be seen that it moves along the optical axis for focus compensation according to the object distance change during conversion.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계는 파장 범위를 7.7μm에서 12.7μm로 비냉각 열상장비에 적용할 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다.It is preferable that the zoom lens optical system using the hybrid lens according to the embodiment of the present invention is designed so that the wavelength range can be applied to the uncooled thermal equipment from 7.7 μm to 12.7 μm.
비냉각 열상장비에 적용할 수 있는 전체 배율 범위에서 F/수는 F/1.3 내지 F/1.5이고, 8배율 내지 12배율의 줌 배율이 가능하며, 배율변환 시 광학계의 전장길이(Overall length)는 변하지 않는다. 종래 구조에 따르면 기존에는 F/1.4를 가지면서 10배율의 원적외선 줌 광학계가 없지만, 본 발명의 실시예에서는 결상렌즈(L6)를 추가하여 렌즈군을 확장하고, 하이브리드 렌즈를 적용함으로써 F/수를 낮게 하면서 전체 배율범위에 걸쳐 연속적으로 배율이 변화할 수 있다.The F / number is in the range of F / 1.3 to F / 1.5 in the entire magnification range applicable to the non-cooling thermal equipment, and the zoom ratio of 8 to 12 is possible, and the overall length of the optical system in magnification conversion is It does not change. According to the conventional structure, there is no far-infrared zoom optical system having F / 1.4 and a magnification ratio of 10, but in the embodiment of the present invention, by adding the imaging lens L6 to expand the lens group and applying the hybrid lens, The magnification can be continuously changed over the entire magnification range while lowering the magnification.
또한, 하이브리드 렌즈를 제1 고정렌즈(L3)와 결상렌즈(L6)에 적용하여 수차를 효과적으로 억제하여 회절한계 성능을 가질 수 있다.Further, by applying the hybrid lens to the first fixed lens L3 and the imaging lens L6, the aberration can be effectively suppressed and the diffraction limit performance can be obtained.
본 발명에 따른 실시예는 다음의 표 1과 같다.The embodiment according to the present invention is shown in Table 1 below.
여기서, A는 비구면(aspheric surface), D는 회절면(diffractive surface)이다.Here, A is an aspheric surface and D is a diffractive surface.
이러한 표 1에 따라 실시되는 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계 는(10)는 6개의 렌즈와 12개의 면을 포함하며, 설계 파장 범위는 7.7μm에서 12.7μm로 비냉각 열상장비에 적용할 수 있도록 설계된다.The zoom lens optical system using the hybrid lens implemented in accordance with Table 1 includes (10) six lenses and 12 surfaces, and the design wavelength range is 7.7 μm to 12.7 μm, which is designed to be applied to a non- do.
대물렌즈(L1)의 재질은 게르마늄(Germanium) 성분을 포함한다.The material of the objective lens L1 includes a germanium component.
배율렌즈(L2)의 재질은 게르마늄(Germanium) 성분을 포함하고 제2 물체측면(S3)이 비구면을 포함한다.The material of the magnification lens L2 includes a germanium component and the second object side surface S3 includes an aspherical surface.
제1 고정렌즈(L3)의 재질은 셀렌화아연(ZnSe) 성분을 포함하고, 제3 물체측면(S5)이 비구면을 포함하며, 상기 비구면에 적어도 일부의 회절패턴이 결합된 형상을 포함하는 제1 하이브리드 렌즈이다.Wherein the material of the first fixed lens L3 includes a zinc selenide (ZnSe) component, the third object side surface S5 includes an aspherical surface, and the aspherical surface includes a shape in which at least a part of the diffraction pattern is combined 1 hybrid lens.
제2 고정렌즈(L4)의 재질은 게르마늄(Germanium) 성분을 포함한다.The material of the second fixed lens L4 includes a germanium component.
보정렌즈(L5)의 재질은 게르마늄(Germanium) 성분을 포함하고 제5 물체측면(S9)이 비구면을 포함한다.The material of the correction lens L5 includes a germanium component and the fifth object side surface S9 includes an aspherical surface.
결상렌즈(L6)의 재질은 셀렌화아연(ZnSe) 성분을 포함하고, 제6 상측면(S12)이 비구면을 포함하며, 상기 비구면에 적어도 일부의 회절패턴이 결합된 형상을 포함하는 제2 하이브리드 렌즈이다.A second hybrid including a shape in which an image-forming lens L6 includes a zinc selenide (ZnSe) component, a sixth image S6 includes an aspherical surface, and at least a part of a diffraction pattern is combined with the aspheric surface, Lens.
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈의 굴절능은 다음의 표 2와 같다.The refractivity of the lens according to an embodiment of the present invention is shown in Table 2 below.
대물렌즈(L1)는 양의 굴절능을 가지며, 초점거리는 140.41mm가 바람직하다.The objective lens L1 has a positive refracting power, and the focal length is preferably 140.41 mm.
배율렌즈(L2)는 음의 굴절능을 가지며, 초점거리는 -21.82mm가 바람직하다.The magnification lens L2 has a negative refracting power, and the focal length is preferably -21.82 mm.
제1 고정렌즈(L3) 및 제2 고정렌즈(L4)는 양의 굴절능을 가지며, 초점거리는 215.90mm가 바람직하다.The first fixed lens L3 and the second fixed lens L4 have a positive refracting power and the focal length is preferably 215.90 mm.
보정렌즈(L5)는 양의 굴절능을 가지며, 초점거리는 38.12mm가 바람직하다.The correction lens L5 has a positive refracting power, and the focal length is preferably 38.12 mm.
결상렌즈(L6)는 양의 굴절능을 가지며, 초점거리는 81.37mm가 바람직하다.The imaging lens L6 has a positive refracting power, and the focal length is preferably 81.37 mm.
열상장비의 광학 재질의 이상적 특징은 먼저 굴절률이 커야 한다. 굴절률이 클수록 같은 굴절능(power)을 갖기 위한 렌즈면의 곡률 반경(radius of curvature)이 커도 되므로 수차가 상대적으로 작아질 수 있다. 또한, 열분산(thermal dispersion)이 작아야 한다. 넓은 범위의 사용온도 조건에서 사용하려면 온도에 따른 굴절율의 변화 즉, 열분산(thermal dispersion)이 작아야 온도에 따른 수차의 불균형(aberration unbalancing)과 초점거리 변화가 적어 광학계 성능에 영향을 미치지 않는다. 또한, 분산(dispersion)과 흡수(absorption)이 작을수록 좋다. 사용하는 파장 범위가 넓으므로 색수차(chromatic aberration)보정을 위해서는 분산(dispersion)이 적을수록 좋으며, 그 파장대역에서의 흡수(absorption) 또한 적어야 한다. 그 밖에도 긁힘이나 마모에 견디기 위해서는 표면의 경도가 높아야 하며, 기계적인 강도가 클수록 진동 충격에 견디면서도 렌즈가 얇아질 수 있다. 또한, 무반사(Anti-Reflection) 코팅이 용이하고 내구성이 좋아야 한다. 굴절율이 커짐에 따라 렌즈 표면에서의 반사가 커지므로 무반사(Anti-Reflection) 코팅이 용이하고 광학박막(film)의 내구성이 좋아야 하며, 외부 환경조건에 견디기 위해서는 물이나 습기에 대한 용해도가 작아야 한다. The ideal feature of the optical material of the thermal equipment must first be a high refractive index. The larger the refractive index, the larger the radius of curvature of the lens surface to have the same refractive power, so that the aberration can be relatively small. In addition, the thermal dispersion must be small. For use in a wide range of operating temperature conditions, a change in the refractive index depending on the temperature, that is, a small thermal dispersion, does not affect the performance of the optical system due to aberration unbalancing due to temperature and change in focal length. Also, the smaller the dispersion and the absorption, the better. Since the wavelength range to be used is wide, the chromatic aberration correction needs to be less for dispersion and the absorption in the wavelength band should be small as well. In addition, the hardness of the surface must be high in order to withstand scratching and abrasion, and the mechanical strength of the lens can be thinned while being resistant to vibration shock. In addition, the anti-reflection coating should be easy and durable. As the refractive index increases, the reflection from the lens surface increases. Therefore, the anti-reflection coating should be easy, the optical film should have good durability, and the solubility in water or moisture should be small to withstand external environmental conditions.
대물렌즈(L1), 배율렌즈(L2), 제2 고정렌즈(L4) 및 보정렌즈(L5)의 재질로 사용될 수 있는 게르마늄(Germanium)은 적외선 초자 중 가장 일반적으로 사용되는 물질이다. 게르마늄은 원적외선에서는 색수차 보정렌즈(achromatic doublet)의 크라운(crown)또는 볼록(positive) 재질로 중적외선에서는 색수차 보정 렌즈의 플린트(flint) 또는 오목(negative) 재질로 쓸 수 있다. 이런 편차는 두 파장 영역에서 분산의 특징이 다르기 때문이다. 중적외선에서 게르마늄은 흡수(absorption)가 더 낮고 굴절률은 좀 더 크게 변하게 된다. 그러므로 더 큰 분산(dispersion)이 생기게 된다. 색수차 보정렌즈 (achromatic doublet)의 음의 굴절력(power) 재질(element)로 바람직하다. 게르마늄의 광학적 성질에는 아주 중요한 두 가지 변수(parameters)가 있다. 그 첫 번째는 게르마늄의 굴절률은 4.0 이상으로 이런 높은 굴절능(power) 때문에 아주 큰 구경으로도 사용할 수 있다. 따라서 더 높은 굴절률은 수차(aberrations)를 더 쉽게 줄일 수 있다. 또 다른 주요한 변수는 온도 변화에 대한 굴절률의 변화 dn/dt 이다. 일반적인 유리 재질과 비교하면 큰 굴절능은 초점을 이동시키는 큰 원인이 된다. 그래서 이런 흐릿한 초점(defocus)이 일반적으로 매우 크고 따라서 이런 광학계들에 비열화(athermalization)가 필요하게 된다. 게르마늄은 결정(crystalline) 재질로 다결정 형태(polycrystalline form)혹은 단결정 형태(monocrystalline form)로 성장된 것이다. 단결정 형태의 게르마늄이 현재의 열영상 시스템에는 더 적합하다. Germanium, which can be used as the material of the objective lens L1, the magnification lens L2, the second fixed lens L4, and the correction lens L5, is the most commonly used material among infrared rays. Germanium is a crown or positive material of an achromatic doublet in far infrared rays and can be used as a flint or negative material of a chromatic aberration correction lens in a medium infrared ray. This variance is due to the different characteristics of dispersion in the two wavelength regions. In the medium-infrared range, germanium has a lower absorption and a larger refractive index. Therefore, a larger dispersion occurs. It is preferable as a negative refractive power element of an achromatic doublet. There are two very important parameters for the optical properties of germanium. The first is that the refractive index of germanium is 4.0 or higher, so it can be used with a very large aperture because of its high refractive power. Thus, a higher refractive index can more easily reduce aberrations. Another major variable is the change in refractive index dn / dt with temperature change. Compared with ordinary glass materials, large refractive power is a major cause of the shift of focus. So this blurred defocus is generally very large and therefore athermalization is required for these optical systems. Germanium is a crystalline material grown in a polycrystalline form or a monocrystalline form. Single crystal germanium is more suitable for current thermal imaging systems.
제1 고정렌즈(L3) 및 결상렌즈(L6)의 재질로 사용될 수 있는 징크 세라나이드(Zinc Selenide, ZnSe)는 징크 설파이드(Zinc sulfide, ZnS)와 유사하다. ZnS는 중적외선과 원적외선 모두에서 공통적으로 사용할 수 있는 물질이다. 외관의 색이 아주 많이 변한다. 일반적으로 가시광에서는 어두운 노란색으로 투명하다. ZnS 재료 성장의 가장 일반적이고 공통된 과정은 CVD(chemical vapor deposition)다. 징크 세라나이드(Zinc Selenide, ZnSe)는 ZnS보다는 약간 더 굴절률이 크고 구조적으로는 좀더 약하다. 이런 이유 때문에, 외부적인 내구성을 좋게 하기 위해 더 두꺼운 ZnSe 물질이 되도록 ZnS의 얇은 층(thin layer)을 쌓아서 사용할 수 있다.Zinc selenide (ZnSe), which can be used as the material of the first fixed lens L3 and the image forming lens L6, is similar to zinc sulfide (ZnS). ZnS is a commonly used material for both infrared and far infrared rays. The color of appearance changes very much. In general, it is transparent to dark yellow in visible light. The most common and common process of ZnS material growth is chemical vapor deposition (CVD). Zinc selenide (ZnSe) is slightly more refractory than ZnS and structurally weaker. For this reason, a thin layer of ZnS can be stacked to make the ZnSe material thicker for better external durability.
이외에도, calcium fluoride, barium fluoride, sodium fluoride, sodium fluoride, lithium fluoride, potassium bromide 등의 다른 사용할 수 있는 물질들이 있다. 이런 물질들은 자외선부터 중적외선까지 사용할 수 있다. In addition, there are other available materials such as calcium fluoride, barium fluoride, sodium fluoride, sodium fluoride, lithium fluoride, and potassium bromide. These materials can be used from ultraviolet to mid-infrared.
일반적으로, Ge, Si, ZnS와 ZnSe 같은 적외선 물질에 대한 광학적 제조 방법은 glass optics와 유사하다. 몇 가지 결정 물질은 흡수성이 있다. 이런 물질들은 습도로부터의 손상을 방지하도록 적당한 coat를 하는 것이 필요하고 그래서 하우징에 종종 드라이 나이트로겐 퍼지(dry nitrogen purged)가 필요하게 된다. 적외선 물질들은 일반적으로 아주 높은 굴절률을 갖고 있고 따라서 무반사(Anti-Reflection) 코팅이 필요 하다.Generally, optical fabrication methods for infrared materials such as Ge, Si, ZnS and ZnSe are similar to glass optics. Some crystalline materials are absorbent. These materials require a proper coat to prevent damage from humidity and so dry nitrogen purged is often required in the housing. Infrared materials generally have very high refractive indices and therefore require anti-reflection coatings.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 배율렌즈(L2) 및 보정렌즈(L5)의 이동궤적을 나타낸 그래프이다.3A to 3C are graphs showing movement trajectories of the magnification lens L2 and the correction lens L5 according to an embodiment of the present invention.
도 3a는 배율변환에 따른 배율렌즈(L2)의 이동궤적을 나타낸 그래프이다. 그래프에서 가로축은 유효초점거리(Effective Focal Length, EFL)이고, 세로축은 배율렌즈(L2)의 이동궤적이다.3A is a graph showing the movement locus of the magnification lens L2 according to magnification conversion. In the graph, the abscissa represents the effective focal length (EFL), and the ordinate represents the movement trajectory of the magnification lens L2.
배율렌즈(L2)는 대물렌즈(L1)의 후측 광축방향을 따라 이동하며 상의 배율을 변환한다.The magnification lens L2 moves along the rear side optical axis direction of the objective lens L1 and changes the magnification of the image.
도 3a를 참조하면, 배율렌즈(L2)는 유효초점거리가 10.0 mm 에서 100.0 mm로 배율이 1배율에서 10배율로 변환할 때, 65.00 mm를 이동하게 된다.Referring to FIG. 3A, the magnification lens L2 moves 65.00 mm when the effective focal length is changed from 10.0 mm to 100.0 mm and the magnification is changed from 1 magnification to 10 magnifications.
도 3b는 배율변환에 따른 보정렌즈(L5)의 이동궤적을 나타낸 그래프이다. 그래프에서 가로축은 유효초점거리(Effective Focal Length, EFL)이고, 세로축은 보정렌즈(L5)의 이동궤적이다.3B is a graph showing a movement locus of the correction lens L5 according to the magnification conversion. In the graph, the abscissa represents the effective focal length (EFL), and the ordinate represents the movement trajectory of the correction lens L5.
보정렌즈(L5)는 제2 렌즈군의 후측 광축방향을 따라 이동하며 물체의 거리 변화 및 배율 변환 시 초점을 보정한다.The correction lens L5 moves along the rear side optical axis direction of the second lens group and corrects the focal point when changing the distance of the object and changing the magnification.
도 3b를 참조하면, 보정렌즈(L5)는 유효초점거리가 10.0 mm 에서 100.0 mm로 배율이 1배율에서 10배율로 변환할 때, 유한 물점의 경우 26.41 mm, 무한 물점의 경우 24.79 mm를 이동하게 된다.Referring to FIG. 3B, when the effective focal length is changed from 10.0 mm to 100.0 mm and the magnification is changed from 1 magnification to 10 magnifications, the correction lens L5 moves 26.41 mm for the finite point and 24.79 mm for the infinity point do.
도 3c는 배율변환에 따른 배율렌즈(L2)와 보정렌즈(L5)의 전체 이동궤적을 나타낸 그래프이다. 그래프에서 세로축은 배율렌즈(L2)와 보정렌즈(L5)의 이동궤적이고, 세로축은 유효초점거리(Effective Focal Length, EFL)이다.3C is a graph showing the entire movement locus of the magnification lens L2 and the correction lens L5 according to the magnification conversion. In the graph, the ordinate indicates the movement locus of the magnification lens L2 and the correction lens L5, and the ordinate indicates the Effective Focal Length (EFL).
배율렌즈(L2)는 대물렌즈(L1)의 후측 광축방향을 따라 이동하며 상의 배율을 변환하고, 보정렌즈(L5)는 제2 렌즈군의 후측 광축방향을 따라 이동하며 물체의 거리 변화 및 배율 변환 시 초점을 보정한다.The magnification lens L2 moves along the rear side optical axis direction of the objective lens L1 to change the magnification of the image and the correction lens L5 moves along the rear side optical axis direction of the second lens group, The focus is corrected.
도 3c를 참조하면, 유효초점거리가 10.0 mm 에서 100.0 mm로 배율이 1배율에서 10배율로 변환할 때, 배율렌즈(L2)는 65.00 mm를 이동하게 되고, 보정렌즈(L5)는 유한 물점의 경우 26.41 mm, 무한 물점의 경우 24.79 mm를 이동하는 것을 확인 할 수 있다.Referring to FIG. 3C, when the effective focal length is changed from 10.0 mm to 100.0 mm and the magnification is changed from 1 magnification to 10 magnifications, the magnification lens L2 is moved 65.00 mm, and the correction lens L5 is moved 26.41 mm for infinite points and 24.79 mm for infinite points.
본 발명의 일 실시예에 따른 배율렌즈(L2) 및 보정렌즈(L5)의 이동궤적의 수치 결과는 다음의 표 3과 같다.The numerical results of the movement locus of the magnification lens L2 and the correction lens L5 according to an embodiment of the present invention are shown in Table 3 below.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 보정렌즈(L5)의 초점조절 궤적을 나타낸 그래프이다.4A and 4B are graphs showing the focus adjustment trajectory of the correction lens L5 according to an embodiment of the present invention.
도 4a는 1배율 상태에서 물체의 거리에 따른 보정렌즈(L5)의 초점조절 궤적을 나타낸다.4A shows the focus adjustment trajectory of the correction lens L5 according to the distance of the object in the magnification state.
그래프에서 가로축은 물체의 이동 거리(Object distance)이고, 세로축은 보정렌즈(L5)의 초점조절 궤적이다.In the graph, the abscissa is the object distance, and the ordinate is the focus adjustment trajectory of the correction lens L5.
보정렌즈(L5)는 제2 렌즈군의 후측 광축방향을 따라 이동하며 물체의 거리 변화 및 배율 변환 시 초점을 보정한다.The correction lens L5 moves along the rear side optical axis direction of the second lens group and corrects the focal point when changing the distance of the object and changing the magnification.
도 4a를 참조하면, 보정렌즈(L5)는 물체의 이동거리가 0.42 m 에서 11.76 m로 이동할 때, 초점조절 궤적은 0.269 mm 변화하게 된다.Referring to FIG. 4A, when the moving distance of the object moves from 0.42 m to 11.76 m, the focus adjustment trajectory changes by 0.269 mm.
도 4b는 10배율 상태에서 물체의 거리에 따른 보정렌즈(L5)의 초점조절 궤적을 나타낸다.4B shows the focus adjustment trajectory of the correcting lens L5 according to the distance of the object in the 10 magnification state.
도 4b를 참조하면, 보정렌즈(L5)는 물체의 이동거리가 29.4 m 에서 82.3 m로 이동할 때, 초점조절 궤적은 2.61 mm 변화하게 된다.Referring to FIG. 4B, when the moving distance of the object moves from 29.4 m to 82.3 m, the focus adjustment trajectory changes by 2.61 mm.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계의 MTF 성능을 나타낸 그래프이다.5A and 5B are graphs showing MTF performance of a zoom lens optical system using a hybrid lens according to an embodiment of the present invention.
변조 전달 함수(MTF: Modulation Transfer Function)는 렌즈의 성능 평가 방법의 하나로 주기적인 흑백의 수직 띠를 촬영하여, 그 컨트라스트의 저하를, 이미지의 주기 또는 그 역수인 공간 주파수(spatial frequency)의 관수로 나타내는 것이다. 수직 띠가 거칠면 흑과 백이 확실하게 식별되지만, 세밀하게 되어 렌즈의 해상 한계를 초과하면, 흑과 백이 식별되지 않게 되고 회색으로 보이게 된다. 이와 같은 컨트라스트의 재현률(contrast reproducibility)을 MTF라고 한다. 종래의 렌즈 평가에서는 해상도에 중점을 두었었으나, 이것은 한계치를 나타내는 것뿐이고 렌즈의 전체적인 평가는 되지 않으므로, 최근에는 MTF에 의한 평가가 일반적이다.The Modulation Transfer Function (MTF) is a method of evaluating the performance of a lens. The periodic black and white vertical bands are photographed, and the degradation of the contrast is measured as the irregularity of the spatial frequency, . If the vertical band is rough, the black and white are clearly identified, but if it exceeds the resolution limit of the lens, black and white are not identified and appear gray. Such contrast reproduction is referred to as MTF. In the conventional lens evaluation, focusing on the resolution has been emphasized, but this is only a limit value, and since the evaluation of the lens can not be made in general, evaluation by MTF is common in recent years.
변조 전달 함수 특성을 나타낸 그래프에서 세로축은 표준화된 변조 전달 함수값이며, 가로축은 분해능(cy/mm)을 나타낸다.In the graph showing the characteristics of the modulation transfer function, the vertical axis represents the standardized modulation transfer function value, and the horizontal axis represents the resolution (cy / mm).
도 5a는 1배율 상태에서 광학계가 갖는 배경잡음과 회절효율이 고려된 MTF 성능을 나타낸다.FIG. 5A shows the MTF performance in which the background noise and the diffraction efficiency of the optical system are taken into consideration in the 1-magnification state.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계는 하이브리드 렌즈가 갖는 회절 현상에 의해 발생되는 배경 잡음을 고려하여 설계되었다. 영상잡음에 의한 MTF 성능 저하를 감안하더라도 분해능 20 cycles/㎜의 모든 시야범위에서 45% 이상의 값을 가진다.The zoom lens optical system using the hybrid lens according to an embodiment of the present invention is designed in consideration of the background noise generated by the diffraction phenomenon of the hybrid lens. Even considering the degradation of MTF due to image noise, it is more than 45% in all field of view with a resolution of 20 cycles / ㎜.
도 5b는 10배율 상태에서 광학계가 갖는 배경잡음과 회절효율이 고려된 MTF 성능을 나타낸다.5B shows the MTF performance in consideration of the background noise and the diffraction efficiency of the optical system in the 10 magnification state.
하이브리드 렌즈는 키노폼(kinoform) 형태의 표면 양각(surface relief)이 비구면과 함께 이루어지므로 일반적인 렌즈와는 다른 면 형상을 갖는다. 키노폼(kinoform) 회절링은 위상이 1λ 변할 경우 하나씩 생겨나며 각각의 회절링을 기준으로한 zone은 초점을 갖는 렌즈로 간주되며 hybrid 렌즈에서 각각의 zone을 통과하는 빛이 동일한 위상으로 도달하기 위해서는 위상 지연이 2π의 정수배가 되어야 한다. 이상적으로 만들어진 것은 물체의 재생에 기여하는 회절파만이 생기기 때문에 매우 밝은 재생상을 얻을 수 있다. The hybrid lens has a surface shape different from that of a general lens because a surface relief in the form of a kinoform is made with an aspherical surface. A kinoform diffraction ring is generated one by one when the phase is changed by 1λ. A zone based on each diffraction ring is regarded as a focus lens. In order for the light passing through each zone in the hybrid lens to reach the same phase, 2 < / RTI > Ideally, a very bright reproduction image can be obtained because only the diffraction wave that contributes to the reproduction of the object is generated.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 하이브리드 렌즈(L3)와 제2 하이브리드 렌즈(L6)는 회전대칭성을 갖는 광학계에서 렌즈 중심을 기준으로 반경에 대한 비구면에 회절면이 결합된 면 형상을 나타낸다.The first hybrid lens L3 and the second hybrid lens L6 according to an embodiment of the present invention show a surface shape in which a diffractive surface is coupled to an aspheric surface with respect to a radius with respect to the lens center in an optical system having rotational symmetry.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 렌즈에 적용된 회절 광학소자 형상이다.6A and 6B show diffractive optical element shapes applied to a hybrid lens according to an embodiment of the present invention.
도 6a는 제1 하이브리드 렌즈(L3)의 물체측면(S5)에 적용된 회절 광학소자 형상이고, 도 6b는 제2 하이브리드 렌즈(L6)의 상측면(S12)에 적용된 회절 광학소자 형상이다.6A is a diffractive optical element shape applied to the object side surface S5 of the first hybrid lens L3 and FIG. 6B is a diffractive optical element shape applied to the image side surface S12 of the second hybrid lens L6.
하이브리드 렌즈의 면 형상은 수학식 1을 통해 설계하여 얻을 수 있다.The surface shape of the hybrid lens can be obtained by designing using Equation (1).
여기에서, ZAsphere는 비구면 형상을 설계한 식이고, H2는 회절면 형상을 설계한 식으로, ZHybrid는 비구면과 회절면을 결합한 형상으로 설계된다. 비구면의 표면은 구형(또는 원추형으로 기술된 비구면)의 표면으로부터 편차의 다항식의 확장으로 설계된다. 비구면 표면 모델은 비구면을 설명하기 위해 방사형 좌표의 짝수 배수만을 사용한다.Here, Z Asphere is designed by designing an aspherical shape, H 2 is designed by designing a diffractive surface shape, and Z Hybrid is designed by combining an aspherical surface and a diffractive surface. The surface of the aspheric surface is designed as an extension of the polynomial of the deviation from the surface of the spherical (or aspherical aspherical surface). The aspherical surface model uses only an even multiple of the radial coordinate to describe the aspherical surface.
여기서, k는 원뿔 상수, C는 곡률 반경, ρ는 렌즈 단위의 방사 광선 좌표이며 x는 광축에 수평하는 점과의거리, y는 광축에 수직하는 점과의 거리, An은 n차의 비구면 계수이며 무한대이다.Where x is the distance from a point perpendicular to the optical axis, y is the distance from a point perpendicular to the optical axis, and An is the n-th order aspheric surface coefficient, where k is the conical constant, C is the radius of curvature, And infinity.
하이브리드 렌즈는 회절광학소자에서 광경로의 변화에 의한 파면의 위상 또는 진폭을 조절하는 위상 및 진폭 변조 소자로 음의 분산 특성을 가지므로 단파장보다는 장파장 대역에서 변화가 큰 특징을 가진다. The hybrid lens is a phase and amplitude modulation device that adjusts the phase or amplitude of a wavefront caused by a change in optical path in a diffractive optical element, and has a negative dispersion characteristic.
기본적인 렌즈가 갖는 굴절광학소자인 경우 양의 분산 특성을 가지며 굴절률이 파장의 함수로 정의되기 때문에 서로 다른 재질을 조합하여 색수차를 제어한다. 하지만 하이브리드 렌즈의 경우 굴절광학소자에 회절광학소자를 적용하여, 이 경우 굴절소자가 갖는 양의 분산과 회절소자가 갖는 음의 분산 특성을 동시에 가지므로 다른 색수차 특성을 가진다.In the case of a refractive optical element possessed by a basic lens, since it has a positive dispersion characteristic and the refractive index is defined as a function of wavelength, chromatic aberration is controlled by combining different materials. However, in the case of the hybrid lens, the diffractive optical element is applied to the refractive optical element, and in this case, since the positive dispersion of the refractive element and the negative dispersion characteristic of the diffractive element are simultaneously present, they have different chromatic aberration characteristics.
여기서, 색수차는 파장에 따른 굴절률의 차이에 의해 생기는 수차이다. 긴 파장의 빛일수록 렌즈를 통과한 뒤에 다른 빛보다 초점이 렌즈에서 먼 쪽으로 맺히기 때문에 일어나는 현상으로, 광학기기에 사용하는 렌즈를 만들 때에는 이를 보정하기 위해 여러 개의 렌즈를 결합한다. Here, the chromatic aberration is aberration caused by the difference in refractive index depending on the wavelength. The longer the light of a long wavelength is, the more the focus passes through the lens than the other light after passing through the lens. Therefore, when making a lens for an optical device, several lenses are combined to correct this.
유리의 굴절률은 일반 투명물질과 마찬가지로 빛의 파장이 길어짐에 따라 차차 작아지므로, 렌즈를 통해 물체의 상을 맺게 하면 물체의 색(빛의 파장)에 따라 상의 위치나 배율이 달라진다. 이 현상이 색수차인데, 색수차를 가진 렌즈를 통해 백색광을 보면 빨강에 가까운 긴 파장의 빛일수록 초점이 렌즈에서 먼 곳에, 보라에 가까운 짧은 파장의 빛일수록 렌즈와 가까운 곳에 초점이 맺히므로 덜 선명해 보인다.As the wavelength of light increases, the refractive index of glass becomes smaller as the wavelength of light increases. Therefore, when the image of the object is made through the lens, the position or magnification of the image changes depending on the color of the object (wavelength of light). This phenomenon is a chromatic aberration. When white light is viewed through a lens with chromatic aberration, the longer the wavelength of the near red light, the farther the focus is from the lens, the shorter the wavelength of light is, the less sharp .
하이브리드 렌즈는 굴절과 회절의 특성을 모두 가지고 있어 광학 소자에서 발생되는 색 수차와 구면 수차를 한 장의 하이브리드 렌즈만으로 최소화 가능하다. Hybrid lenses have both refractive and diffractive characteristics, so that the chromatic aberration and spherical aberration generated in the optical element can be minimized by only one hybrid lens.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계의 설계된 왜곡수차를 나타낸 그래프이다.FIGS. 7A and 7B are graphs illustrating distortion aberrations of a zoom lens optical system using a hybrid lens according to another embodiment of the present invention.
도 7a는 1배율 상태에서 광학계가 갖는 수차특성을 나타낸 그래프로, 각각 줌 렌즈 광학계의 구면수차와 왜곡을 보인 수차도이다.7A is a graph showing the aberration characteristics of the optical system in the magnification state, and is an aberration chart showing the spherical aberration and distortion of the zoom lens optical system, respectively.
도 7a에서는 1배율 상태에서, 왜곡 수차가 ±10% 이내(실시예 -8%)의 값에 드는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계는 90도 이상의 광각에서 분해능 및 비열화 수차 보정이 우수함을 알 수 있다.In FIG. 7A, it can be seen that the distortion aberration falls within a value within ± 10% (Example-8%) under a magnification of 1 magnification. Therefore, it can be seen that the zoom lens optical system using the hybrid lens according to the embodiment of the present invention is excellent in resolution and non-aberration correction at a wide angle of 90 degrees or more.
도 7b는 10배율 상태에서 광학계가 갖는 수차특성을 나타낸 그래프로, 각각 줌 렌즈 광학계의 구면수차와 왜곡을 보인 수차도이다.FIG. 7B is a graph showing the aberration characteristics of the optical system in the 10 magnification state, and is an aberration diagram showing spherical aberration and distortion of the zoom lens optical system, respectively.
도 7b에서는 10배율 상태에서, 왜곡 수차가 ±10% 이내(실시예 2%)의 값에 드는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계는 90도 이상의 광각에서 분해능 및 비열화 수차 보정이 우수함을 알 수 있다.In Fig. 7B, it can be seen that the distortion aberration is within a range of 占 10% (Example 2%) in the 10 magnification state. Therefore, it can be seen that the zoom lens optical system using the hybrid lens according to the embodiment of the present invention is excellent in resolution and non-aberration correction at a wide angle of 90 degrees or more.
이러한 본 발명의 실시 예에 따르면, 1배율일 때 51.28°×38.46°의 광 시야범위를 가지고, 10배율일 때 5.97°×4.12°의 광 시야범위를 가지며 온도 변화에 의한 성능 저하가 없는 적외선 광학계를 제공할 수 있다. 또한 왜곡되지 않은 광 시야범위의 영상을 획득할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, an infrared optical system having a wide field of view of 51.28 占 38.46 占 at a magnification of 1 magnification, a wide field of view of 5.97 占 4.12 占 at 10 magnification, Can be provided. It is also possible to acquire an image in a wide-field of view which is not distorted.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계가 갖는 입사되는 필드에 따른 주변 광량비를 나타낸 그래프이다.FIG. 8 is a graph illustrating the ratio of the ambient light amount according to the incident field of the zoom lens optical system using the hybrid lens according to another embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 광학계가 각각 1배율, 5배율, 10배율일 때 주변 광량비 (relative illumination)를 나타낸다. 렌즈에서 모든 이미지는 중앙 부분에서 가장자리까지 세기가 모두 다르므로, 특정 애플리케이션에 적합한지를 결정하기 위해 이 영역에서 렌즈 성능을 검사하는 것이 주변 광량비(relative illumination)이다. 조도는 이미지 서클(image circle)의 중심에서 가장자리로 자연적으로 감소하고 감소하는 양은 필드 각도의 코사인 4 제곱이다.Referring to FIG. 8, the relative illumination is shown when the optical system is 1 magnification, 5 magnification, and 10 magnification, respectively. Since every image in the lens has different intensity from the center to the edge, it is the relative illumination that examines the lens performance in this area to determine if it is suitable for a particular application. Roughness is the natural reduction and decay from the center to the edge of the image circle is the square of the angle of the field angle.
주변 광량비는 전체 필드와 파장에 대한 값을 모두 정리하고 최종적으로 파장에 대한 평균값을 취하여 살펴보면, 1배율의 경우 80% 이상임을 확인할 수 있고, 10배율의 경우 90% 이상임을 확인할 수 있다.In the case of 1 × magnification, it can be confirmed that it is more than 80%, and in the case of 10 × magnification, it can be confirmed that it is more than 90%.
최적 설계 과정에서 온도는 20℃로 이때의 성능을 기준으로 광학계의 운영 온도범위에 대해 줌렌즈에서 발생되는 상면이동(defocus)을 도 9에 나타내었고, 이를 보정하기 위해 보정렌즈(L5)의 이동 범위와 보상 후 줌 렌즈 광학계가 갖는 상면이동(defocus)을 각각 도 10과 도 11에 나타내었다.FIG. 9 shows a top view of the zoom lens according to the operating temperature range of the optical system based on the performance at this time in the optimum design process. In order to correct the defocus, the moving range of the correction lens L5 And the defocus of the zoom lens optical system after compensation are shown in FIGS. 10 and 11, respectively.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 적외선 광학계의 온도 변화에 따른 상면이동(defocus)을 나타낸 그래프이다.FIG. 9 is a graph showing a defocus of an infrared optical system using a hybrid lens according to temperature change according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 9를 참조하면, -35℃ ~ 55℃의 동작 온도 범위에서 온도변화에 따른 광학계가 갖는 상면이동(defocus)은 배율에 따라 각각 다른 값을 가지며 10배율의 경우 -500.5 μm ~ 780.8 μm로 총 1281.3 μm 변화량을 가진다.Referring to FIG. 9, the defocus of the optical system according to the temperature change in the operating temperature range of -35 ° C to 55 ° C has different values depending on the magnification, and in the case of 10 magnification, -500.5 μm to 780.8 μm It has a variation of 1281.3 μm.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 보정렌즈(L5)의 온도 변화에 따른 이동범위를 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing a range of movement of the correcting lens L5 according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, -35℃ ~ 55℃의 동작 온도 범위에서 기계 능동식 비열화를 위하여 온도변화에 따른 보정렌즈(L5)가 갖는 이동범위는 배율에 따라 각각 다른 값을 가지며 10배율의 경우 -456.6 μm ~ 727.6 μm로 총 1184.2 μm 변화량을 가진다.10, the moving range of the correcting lens L5 according to the temperature change is different according to the magnification for the mechanical deactivation in the operating temperature range of -35 ° C to 55 ° C, -456.6 μm to 727.6 μm with a total variation of 1184.2 μm.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 적외선 광학계의 온도 변화에 대해 보상된 상면이동(defocus)을 나타낸 그래프이다.FIG. 11 is a graph illustrating a top surface defocus compensated for a temperature change of an infrared optical system using a hybrid lens according to an embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, -35℃ ~ 55℃의 동작 온도 범위에서 기계 능동식 비열화를 적용하여 보상된 상면이동(defocus)은 배율에 따라 각각 다른 값을 가지며 10배율의 경우 -0.756 μm ~ 1.196 μm로 총 1.952 μm 변화량을 가진다.Referring to FIG. 11, the compensated top defocus by applying mechanical active de-thermalization in the operating temperature range of -35 ° C to 55 ° C has different values depending on magnification, and in the case of 10x magnification, -0.756 μm to 1.196 μm and a total variation of 1.952 μm.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 렌즈를 이용한 적외선 광학계는 광선수차를 최소화하여 회절한계 성능을 만족하면서 광학식 비열화를 적용하여 온도변화에 따른 상면이동(defocus)을 최소화 할 수 있음을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the infrared optical system using the hybrid lens according to the embodiment of the present invention minimizes the optical aberration and minimizes the defocus according to the temperature change by applying the optical de-thermalization while satisfying the diffraction limit performance have.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구 범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but should be construed to include various embodiments within the scope of the claims.
10: 하이브리드 렌즈를 이용한 줌 렌즈 광학계
100: 제1 렌즈군
200: 제2 렌즈군
300: 제3 렌즈군
L1: 대물렌즈
L2: 배율렌즈
L3: 제1 고정렌즈
L4: 제2 고정렌즈
L5: 보정렌즈
L6: 결상렌즈10: Zoom lens optical system using hybrid lens
100: first lens group
200: second lens group
300: third lens group
L1: objective lens
L2: Magnification lens
L3: first fixed lens
L4: second fixed lens
L5: Correction lens
L6: image-forming lens
Claims (14)
상기 제1 렌즈군의 후측에 고정 배치되며, 제1 고정렌즈 및 제2 고정렌즈를 포함하는 제2 렌즈군; 및
상기 제2 렌즈군의 후측 광축방향을 따라 이동하며 상기 물체의 거리 변화 및 배율 변환 시 초점을 보정하고, 상기 포착된 상을 결상하는 제3 렌즈군을 포함하며,
상기 제1 고정렌즈는 제1 하이브리드 렌즈이고, 양의 굴절력을 가지며,
상기 물체측을 향하는 제3 물체측면은 볼록하게 형성되고, 상기 물체측의 반대측인 상을 향하는 제3 상측면은 볼록하게 형성되며,
상기 제1 하이브리드 렌즈는 상기 제3 물체측면 및 제3 상측면 중 적어도 하나의 면이 비구면을 포함하며, 상기 비구면에 적어도 일부의 회절패턴이 결합된 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 광학계.A first lens group which is opposed to an object, receives a far-infrared ray of the object to capture an image, and converts a magnification of the captured image;
A second lens group fixed on the rear side of the first lens group and including a first fixed lens and a second fixed lens; And
And a third lens group moving along the rear side optical axis direction of the second lens group and correcting the focal point when changing the distance of the object and changing the magnification and imaging the captured image,
The first fixed lens is a first hybrid lens, has a positive refractive power,
The third object side surface facing the object side is convexly formed, the third image side surface facing the object side opposite to the object side is formed convexly,
Wherein the first hybrid lens includes a shape in which at least one surface of the third object side surface and the third image side surface includes an aspherical surface and at least a part of a diffraction pattern is combined with the aspherical surface.
상기 제1 렌즈군은, 상기 물체와 대향하며 상기 물체의 원적외선을 수광하여 상을 포착하는 대물렌즈; 및
상기 대물렌즈의 후측 광축방향을 따라 이동하며 상의 배율을 변환하는 배율렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 광학계.The method according to claim 1,
Wherein the first lens group comprises: an objective lens which faces the object and receives far infrared rays of the object to capture an image; And
And a magnification lens that moves along the rear side optical axis direction of the objective lens and converts magnification of the image.
상기 제3 렌즈군은, 상기 물체의 거리 변화 및 배율 변환 시 초점을 보정하는 보정렌즈; 및
상기 보정렌즈의 후측에 고정 배치되며, 상기 포착된 상을 결상하는 결상렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 광학계.The method according to claim 1,
The third lens group includes a correction lens for correcting a focal point when changing the distance and magnification of the object; And
And an image-forming lens fixedly arranged on the rear side of the correcting lens to image the captured image.
상기 대물렌즈는 양의 굴절력을 가지며,
상기 물체측을 향하는 제1 물체측면은 볼록하게 형성되고, 상기 물체측의 반대측인 상을 향하는 제1 상측면은 오목하게 형성되며, 상기 제1 상측면의 곡률반경은 상기 제1 물체측면의 곡률반경보다 큰 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 광학계.3. The method of claim 2,
Wherein the objective lens has a positive refractive power,
Wherein the first object side surface facing the object side is convexly formed, the first image side surface facing the image side opposite to the object side is concave, the radius of curvature of the first image side surface is the curvature of the first object side surface Is larger than a radius of the zoom lens.
상기 배율렌즈는 음의 굴절력을 가지며,
상기 물체측을 향하는 제2 물체측면은 오목하게 형성되고, 상기 물체측의 반대측인 상을 향하는 제2 상측면은 오목하게 형성되며, 상기 제2 물체측면 및 제2 상측면 중 적어도 하나의 면이 비구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 광학계.3. The method of claim 2,
Wherein the magnification lens has a negative refractive power,
Wherein the second object side surface facing the object side is concave and the second image side surface facing the image side opposite to the object side is concave and at least one of the second object side surface and the second image side surface And an aspheric surface.
상기 제2 고정렌즈는, 양의 굴절력을 가지고, 상기 제1 고정렌즈와 한 쌍을 이루며,
상기 물체측을 향하는 제4 물체측면은 오목하게 형성되고, 상기 물체측의 반대측인 상을 향하는 제4 상측면은 볼록하게 형성되며,
상기 제4 상측면의 곡률반경은 상기 제4 물체측면의 곡률반경보다 큰 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 광학계.The method according to claim 1,
The second fixed lens has a positive refractive power and forms a pair with the first fixed lens,
The fourth object side surface facing the object side is concave, the fourth image side surface facing the object side opposite to the object side is convex,
And the radius of curvature of the fourth image side is larger than the radius of curvature of the side of the fourth object.
상기 보정렌즈는 양의 굴절력을 가지며,
상기 물체측을 향하는 제5 물체측면은 볼록하게 형성되고, 상기 물체측의 반대측인 상을 향하는 제5 상측면은 볼록하게 형성되며, 상기 제5 물체측면 및 제5 상측면 중 적어도 하나의 면이 비구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 광학계.The method of claim 3,
The correction lens has a positive refractive power,
The fifth object side surface facing the object side is convexly formed, the fifth image side surface facing the image side opposite to the object side is convexly formed, and at least one of the fifth object side surface and the fifth image side surface is And an aspheric surface.
상기 결상렌즈는 제2 하이브리드 렌즈이고, 양의 굴절력을 가지며,
상기 제2 하이브리드 렌즈는 상기 물체측을 향하는 제6 물체측면은 볼록하게 형성되고, 상기 물체측의 반대측인 상을 향하는 제6 상측면은 볼록하게 형성되며, 상기 제6 물체측면 및 제6 상측면 중 적어도 하나의 면이 비구면을 포함하며, 상기 비구면에 적어도 일부의 회절패턴이 결합된 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 광학계.The method of claim 3,
The imaging lens is a second hybrid lens, has a positive refractive power,
The sixth hybrid lens has the sixth object side surface facing the object side convexly formed, the sixth image side surface facing the image object side opposite to the object side being convex, the sixth object side surface and the sixth image side surface Wherein at least one surface of the aspherical surface includes an aspherical surface and at least a part of the aspheric surface is combined with a diffraction pattern.
상기 제1 렌즈군의 렌즈들은 게르마늄(Ge) 성분을 포함하고,
상기 제1 고정렌즈는 셀렌화아연(ZnSe) 성분을 포함하며,
상기 제2 고정렌즈는 게르마늄(Ge) 성분을 포함하고
상기 제3 렌즈군의 렌즈들은 게르마늄(Ge) 성분 또는 셀렌화아연(ZnSe) 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 광학계.The method according to claim 1,
Wherein the lenses of the first lens group include a germanium (Ge)
Wherein the first fixed lens comprises a zinc selenide (ZnSe) component,
The second fixed lens includes a germanium (Ge) component
Wherein the lenses of the third lens group include a germanium (Ge) component or a zinc selenide (ZnSe) component.
상기 대물렌즈의 후측 광축방향을 따라 이동하며 상의 배율을 변환하는 음의 굴절력을 갖는 배율렌즈를 포함하는 제1 렌즈군;
상기 제1 렌즈군의 후측에 고정 배치되며, 제1 고정렌즈 및 제2 고정렌즈를 포함하는 제2 렌즈군; 및
상기 물체의 거리 변화 및 배율 변환 시 초점을 보정하는 양의 굴절력을 갖는 보정렌즈; 및
상기 보정렌즈의 후측에 고정 배치되며, 상기 포착된 상을 결상하는 양의 굴절력을 갖는 결상렌즈를 포함하는 제3 렌즈군을 포함하며,
상기 결상렌즈의 후측 광측방향을 따라 위치하여 상기 결상렌즈가 결상한 상을 영상신호로 변환하여 출력하는 원적외선 비냉각 검출기를 더 포함하고,
상기 제1 고정렌즈는 제1 하이브리드 렌즈이고, 상기 결상렌즈는 제2 하이브리드 렌즈인 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 광학계.An objective lens facing the object and having positive refractive power for receiving the far-infrared ray of the object and capturing the image; And
A first lens group including a magnification lens that moves along the rear side optical axis direction of the objective lens and has negative refractive power for changing a magnification of an image;
A second lens group fixed on the rear side of the first lens group and including a first fixed lens and a second fixed lens; And
A correction lens having a positive refractive power for correcting focus when changing the distance and magnification of the object; And
And a third lens group fixed on the rear side of the correction lens and including an image-forming lens having a positive refractive power for imaging the captured image,
Further comprising a far-infrared ray noncooling detector which is located along the rear side of the imaging lens and converts the image formed by the imaging lens into a video signal and outputs the converted image signal,
Wherein the first fixed lens is a first hybrid lens and the imaging lens is a second hybrid lens.
상기 배율렌즈 및 상기 보정렌즈는 적어도 하나의 면이 비구면을 포함하며,
상기 제1 하이브리드 렌즈 및 상기 제2 하이브리드 렌즈는 적어도 하나의 면이 비구면을 포함하며, 상기 비구면에 적어도 일부의 회절패턴이 결합된 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 광학계.12. The method of claim 11,
Wherein the magnification lens and the correction lens have at least one surface including an aspherical surface,
Wherein the first hybrid lens and the second hybrid lens include a shape in which at least one surface includes an aspherical surface and at least a part of the diffractive pattern is combined with the aspherical surface.
상기 제1 렌즈군의 렌즈들은 게르마늄(Ge) 성분을 포함하고,
상기 제1 고정렌즈는 셀렌화아연(ZnSe) 성분을 포함하며,
상기 제2 고정렌즈는 게르마늄(Ge) 성분을 포함하고
상기 제3 렌즈군의 렌즈들은 게르마늄(Ge) 성분 또는 셀렌화아연(ZnSe) 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 광학계.12. The method of claim 11,
Wherein the lenses of the first lens group include a germanium (Ge)
Wherein the first fixed lens comprises a zinc selenide (ZnSe) component,
The second fixed lens includes a germanium (Ge) component
Wherein the lenses of the third lens group include a germanium (Ge) component or a zinc selenide (ZnSe) component.
상기 광학계는 8배율 내지 12배율을 갖는 원적외선 광학계이고,
상기 물체측을 향하여 상기 제1 렌즈군에서 상기 제3 렌즈군의 순서로 배열되며, F/D(여기에서, F는 초점거리이고, D는 구경이다.)는 모든 상기 배열에서 F/1.3 내지 F/1.5인 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 광학계.12. The method of claim 11,
The optical system is a far-infrared optical system having an 8x magnification to 12x magnification,
And F / D (where F is the focal length and D is the aperture) are arranged in the order from the first lens group to the third lens group toward the object side, F / 1.5. ≪ / RTI >
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| KR1020170169229A KR101868098B1 (en) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | Zoom Lens Optical System Using Hybrid Lens |
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|---|---|---|---|---|
| CN114200662A (en) * | 2021-12-21 | 2022-03-18 | 湖南华南光电(集团)有限责任公司 | Athermal infrared collimator optical system |
| KR20220050406A (en) * | 2020-10-16 | 2022-04-25 | 엘아이지넥스원 주식회사 | Infrared zoom lens module |
| KR20220121499A (en) * | 2021-02-25 | 2022-09-01 | 엘아이지넥스원 주식회사 | Electro-optical tracking apparatus and Close-In Weapon System comprising the same |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101265436B1 (en) | 2011-08-31 | 2013-05-16 | (주)토핀스 | The dual field of view lens module for un-cooled the thermal imaging camera |
| JP2014081444A (en) * | 2012-10-15 | 2014-05-08 | Nitto Kogaku Kk | Lens system and imaging apparatus |
| KR20150136991A (en) * | 2014-05-27 | 2015-12-08 | (주)토핀스 | Long wavelength infrared optical zoom lens system with high magnification |
| JP2016161701A (en) * | 2015-02-27 | 2016-09-05 | 株式会社タムロン | Infrared lens |
| KR20160141102A (en) * | 2015-05-28 | 2016-12-08 | (주)토핀스 | 6 un-cooled thermal imaging camera 6 magnification optical zoom lens system |
-
2017
- 2017-12-11 KR KR1020170169229A patent/KR101868098B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101265436B1 (en) | 2011-08-31 | 2013-05-16 | (주)토핀스 | The dual field of view lens module for un-cooled the thermal imaging camera |
| JP2014081444A (en) * | 2012-10-15 | 2014-05-08 | Nitto Kogaku Kk | Lens system and imaging apparatus |
| KR20150136991A (en) * | 2014-05-27 | 2015-12-08 | (주)토핀스 | Long wavelength infrared optical zoom lens system with high magnification |
| JP2016161701A (en) * | 2015-02-27 | 2016-09-05 | 株式会社タムロン | Infrared lens |
| KR20160141102A (en) * | 2015-05-28 | 2016-12-08 | (주)토핀스 | 6 un-cooled thermal imaging camera 6 magnification optical zoom lens system |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220050406A (en) * | 2020-10-16 | 2022-04-25 | 엘아이지넥스원 주식회사 | Infrared zoom lens module |
| KR102476794B1 (en) * | 2020-10-16 | 2022-12-12 | 엘아이지넥스원 주식회사 | Infrared zoom lens module |
| KR20220121499A (en) * | 2021-02-25 | 2022-09-01 | 엘아이지넥스원 주식회사 | Electro-optical tracking apparatus and Close-In Weapon System comprising the same |
| KR102494971B1 (en) * | 2021-02-25 | 2023-02-06 | 엘아이지넥스원 주식회사 | Electro-optical tracking apparatus and Close-In Weapon System comprising the same |
| CN114200662A (en) * | 2021-12-21 | 2022-03-18 | 湖南华南光电(集团)有限责任公司 | Athermal infrared collimator optical system |
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