KR200182878Y1 - 망원경의 대물 광학계 - Google Patents

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Abstract

이 고안에 따른 망원경의 대물 광학계는 정의 굴절력을 가지는 1매의 렌즈로 이루어진다. 이 렌즈는 중앙부와 주변부로 나뉘어지고, 렌즈의 중앙부의 물체측면과 주변부의 상측면이 반사면이고 주변부의 물체측면이 평면이며, 플라스틱 소재로 이루어진다. 주변부의 물체측면이 평면이다. 이러한 망원경의 대물 광학계는 0.15 〈 T/f 〈 0.35, -0.80 〈 R3/fb 〈 -0.55(T : 대물 광학계의 물체측에서 가장 가까운 렌즈면에서부터 초점까지의 거리, f : 대물 광학계의 초점 거리, fb : 대물 광학계의 뒷초점 거리, R3 : 중심부의 물체측면의 곡률 반경)를 만족한다. 따라서, 1매의 렌즈로 이루어져 구조가 간단하고 소형화가 용이하며, 또한 초점 거리가 길어도 전장이 짧아서 소형화가 용이하다.

Description

망원경의 대물 광학계{OBJECT LENS SYSTEM FOR A TELESCOPE}
이 고안은 망원경의 대물 광학계에 관한 것으로, 특히, 1매의 렌즈로 이루어진 망원경의 대물 광학계에 관한 것이다.
망원경은 여러 가지 종류가 있으나 일반적으로는 조류 관측용이나 군사적인 관측용이 있으며, 천체 망원경과 같이 대물 렌즈의 초점 거리를 길게 하여 굉장히 먼 거리의 물체를 관측하는 것도 있다.
망원경을 구조상의 특징으로 분류하면, 주로 많이 사용되는 일반적인 굴절식과 허블 망원경과 같은 반사식으로 분류될 수 있다. 굴절식은 쌍안경에서도 많이 사용되는 방식으로 대물 렌즈가 2매의 접합 렌즈(doublet lens)로 이루어지는 비교적 간단한 구조이다. 그러나 배율이 커질수록 대물 렌즈의 초점 거리가 길어져야 함으로 대물 렌즈의 크기가 커지게 되는 단점이 있다.
반면, 반사식은 일명 카세그렌 타입이라고도 하며, 굴절식과 동일하게 2매의 렌즈로 이루어지나 첫 번째 렌즈의 중앙과 주변을 분리하여 중앙에는 반사 코팅을 하고, 두 번째 렌즈도 중앙과 주변을 분리하고 첫 번째 렌즈와는 반대로 주변에 반사 코팅을 한다. 따라서 첫 번째 렌즈의 주변을 통과한 광이 두 번째 렌즈의 주변에 반사된 다음 다시 첫 번째 렌즈의 중앙으로 입사되면서 반사되어 두 번째 렌즈의 중앙을 통과하게 된다.
비록 구조가 복잡하지만 초점 거리에 비하여 전장이 매우 짧기 때문에 소형인 구조로도 고배율을 실현하는 것이 가능하다. 그러나 굴절식에서는 광이 대물 렌즈경 전체로 입사하지만, 반사식은 대물 렌즈경의 주변만을 통과하기 때문에 반사식은 굴절식에 비하여 같은 구경(렌즈경)을 가져도 더 어두운 단점이 있다. 반사식이 굴절식에 비하여 더 어두워도 전장을 줄여서 소형화가 가능함으로 천체 망원경에서는 주로 반사식을 사용하고 있다.
종래의 반사식 대물 광학계로 다음과 같은 것들이 개시되어 있다.
1) 미국 특허 3,897,133
2) 미국 특허 5,485,305
3) 미국 특허 5,659,430
이러한 종래의 대물 광학계에서 1)에 개시된 대물 광학계는 3매의 렌즈로 이루어지고 반사식으로 렌즈가 코팅되어 있어서, 초점 거리가 길면서도 대체로 짧은 전장의 대물계를 구현 가능하도록 하였다. 그러나 사용되는 렌즈 매수가 많을 뿐만 아니라 매우 복잡한 구조로 이루어진 단점이 있다.
또한, 2)에 개시된 대물 광학계는 5매의 접합 렌즈로 이루어짐으로써, 구조가 복잡하고 소형화가 어려운 단점이 있다.
또한, 3)에 개시된 대물 광학계는 하프 미러(half mirror)로 이루어짐에 따라 제조가 용이하지 않은 단점이 있다.
그러므로, 이 고안의 목적은 상기한 종래의 단점을 해결하기 위한 것으로, 1매로 이루어진 망원경의 대물 광학계를 제공하기 위한 것이다.
또한, 이 고안의 다른 목적은 성능이 우수하고 구조가 간단한 망원경의 대물 광학계를 제공하기 위한 것이다.
도 1a는 이 고안의 제1 실시예에 따른 망원경의 대물 광학계의 구조도이다.
도 1b는 이 고안의 실시예에 따른 대물 광학계를 광축상에 가상으로 전개시킨 가상 전개도이다.
도 2는 이 고안의 제1 실시예에 따른 망원경의 대물 광학계의 수차도이다.
도 3은 이 고안의 제2 실시예에 따른 대물 광학계를 포함하는 망원경의 구조도이다.
도 4는 이 고안의 제3 실시예에 따른 대물 광학계를 포함하는 망원경의 구조도이다.
이러한 고안의 목적을 달성하기 위하여, 이 고안의 특징에 따른 망원경의 대물 광학계는 정의 굴절력을 가지는 1매의 렌즈로 이루어진다. 이 렌즈는 중앙부와 주변부로 나뉘어지고, 렌즈의 중앙부의 물체측면과 주변부의 상측면이 반사면으로 이루어진다.
이 렌즈는 플라스틱 소재로 이루어지며, 주변부의 물체측면이 평면으로 이루어진다. 또한, 렌즈의 소정 렌즈면이 비구면으로 이루어질 수 있다.
이외에도, 이 고안에 따른 망원경의 대물 광학계는 다수의 조건을 만족하는 것으로 이루어지나, 이에 대해서는 실시예에서 설명한다.
이하, 이 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 고안을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 1a에 이 고안의 실시예에 따른 대물 광학계의 구조가 도시되어 있다.
첨부한 도 1a에 도시되어 있듯이, 이 고안의 실시예에 따른 대물 광학계는 정의 굴절력을 가지는 1매의 렌즈(1)로 이루어진다. 이 렌즈(1)는 중앙부(11)와 주변부(12)로 나뉘어지며 플라스틱 소재로 이루어진다.
렌즈(1)의 중앙부(11)의 물체측면(R3)과 주변부(12)의 상측면(R2)이 각각 반사 코팅되어 있으며, 주변부(12)의 물체측면(R1)이 평면으로 이루어진다. 이 렌즈(1)의 소정 렌즈면이 비구면으로 이루어진다.
첨부한 도 1b에는 이 고안의 대물 광학계를 광축 방향으로 나타낸 가상의 전개도이다. 하기의 각 실시예의 표1, 표3, 표5에 기재된 제2면의 두께(d)와 굴절률(nd) 값이 음수로 되어 있는 것은 반사의 의미를 지니고 있다.
이러한 구조로 이루어진 이 고안의 실시예에 따른 망원경의 대물 광학계에서, 주변부의 물체측면의 곡률 반경을 R1, 주변부의 상측면의 곡률 반경을 R2, 중앙부의 물체측면의 곡률 반경을 R3, 주앙부의 상측면의 곡률 반경을 R4라고 할 경우, 망원경의 대물 광학계는 다음의 조건을 만족한다. 여기서 R1, R2, R3, R4는 곡률 반경을 나타내면서 해당 렌즈면을 가리키는 도면 부호로 사용되었다.
(조건식 1)
0.15 〈 T/f 〈 0.35
(조건식 2)
-0.80 〈 R3/fb 〈 -0.55
T : 대물 광학계의 물체측에서 가장 가까운 렌즈면에서부터 초점까지의 거리
f : 대물 광학계의 초점 거리
fb : 대물 광학계의 뒷초점 거리
조건식1의 상한값을 초과하는 경우에는 전장이 길어지게 되어 소형화가 어려워진다. 한편, 조건식1의 하한값을 초과하는 경우에는 소형화가 용이해지지만 상면 만곡과 왜곡 수차 등이 커지게 되어 성능이 떨어지게 된다.
조건식2의 상한값을 초과하는 경우에는 초점 거리가 길어지나 코마 수차 등의 수차가 급격하게 증가하게 된다. 한편, 조건식2의 하한값을 초과하는 경우에는 뒷초점 거리가 작아져서 소형화는 가능해지나 왜곡 수차와 코마 수차 등이 증가하게 되어 수차 보정이 어려워진다.
이러한 조건을 만족하는 대물 렌즈(1)로 입사된 광선은, 대물 렌즈(1)의 주변부(12)의 평면인 물체측면(R3)을 통과한 다음 주변부(12)의 반사면인 상측면(R2)에서 반사되어 다시 중앙부(11)의 물체측면(R3)으로 입사된다. 중앙부(11)의 물체측면(R3)은 반사면이기 때문에, 물체측면(R3)으로 입사된 광은 반사된 다음 중앙부(11)의 상측면(R4)을 통과하여 출사된다.
따라서 초점 거리가 길어도 전장이 짧은 대물 광학계를 구현할 수 있으며, 1매의 렌즈로써 수차 특성이 우수한 대물 광학계를 실현할 수 있다.
이러한 조건들(조건식1∼조건식4)을 만족하는 이 고안의 제1 실시예에 따른 망원경의 대물 광학계의 실시예값은 다음과 같다.
다음의 f는 초점 거리를 나타내며, ri(i=1∼4, 또는 1∼14)는 굴절면의 곡률 반경, di(i=1∼4, 또는 1∼14)는 렌즈계의 두께 또는 렌즈계간의 거리를 나타내며, N은 렌즈계의 d-line 굴절률, ν는 렌즈계의 아베수를 나타낸다. 길이를 나타내는 값의 단위는 mm이다.
이 고안의 제1 실시예에 따른 망원경의 대물 광학계의 화각은 7.4°이고, 초점 거리는 130.01mm이며, 제1 실시예값은 다음 표1과 같다.
면번호 곡률반경(r) 두께,거리(d) 굴절률(nd) 아베수(ν)
1 ∞ 13.00 1.492 57.4
* 2 -32.487 -11.99 -1.492 57.4
* 3 -11.130 8.00 1.492 57.4
* 4 5.111 18.91
위의 표 1에서 *는 비구면을 나타내며, 비구면을 나타내는 식은 일반적으로 공지되어 있으므로 생략하고, 이 고안의 제1 실시예에 따른 망원경의 대물 광학계의 비구면 계수는 다음과 같다.
제2면의비구면계수 제3면의비구면계수 제4면의비구면계수
K -0.22117801E+01 K -0.52834664E+01 K 0.24277319
A4 -0.41828328E-05 A4 -0.18922263E-03 A4 -0.29058372E-03
A6 0.21119146E-08 A6 0.31902349E-05 A6 -0.32968980E-04
A8 0 A8 0 A8 0
A10 0 A10 0 A10 0
도 2는 이 고안의 실시예에 따른 대물 광학계의 수차 특성을 나타낸다. S는 사지탈(sagittal) 방향의 수차를 나타내고, M은 탄젠셜(tangential) 방향의 수차를 나타내며, d는 d-line 파장의 광, c는 C-line 파장의 광, g는 g-line 파장의 광을 나타낸다.
다음에는 이 고안의 실시예에 따른 대물 광학계를 망원경에 실시하는 경우에 대하여 설명한다.
도 3에 이 고안의 제2 실시예에 따른 대물 광학계를 포함하는 망원경의 구조가 도시되어 있고, 도 4에 이 고안의 제3 실시예에 따른 대물 광학계를 포함하는 망원경의 구조가 도시되어 있다.
첨부한 도 3 및 도 4에 도시되어 있듯이 이 고안의 실시예에 따른 대물 광학계를 포함하는 망원경은 물체측으로부터 대물 렌즈군(I)과, 접안 렌즈군(II)으로 이루어진다.
대물 렌즈군(I)은 제1 실시예와 동일하게 형성되는 대물 렌즈(1)로 이루어진다. 접안 렌즈군(II)은 정의 굴절력을 가지며 상측면이 볼록한 제1 렌즈(21)와, 부의 굴절력을 가지며 상측면이 오목한 제2 렌즈(22)와, 정의 굴절력을 가지며 양면이 볼록하고 제2 렌즈(22)와 접합되어 있는 제3 렌즈(23)와, 정의 굴절력을 가지며 양면이 볼록한 제4 렌즈(24)와, 정의 굴절력을 가지며 상측면이 볼록한 제5 렌즈(25)로 이루어진다.
그리고 대물 렌즈군(I)과 접안 렌즈군(II) 사이에 조리개(10)가 설치되어 있다.
이러한 구조로 이루어진 이 고안의 제2 실시예에 따른 대물 광학계를 포함한 망원경의 화각은 7.0°이고, 배율은 -6.7배이며, 제2 실시예값은 다음 표3과 같다.
면번호 곡률반경(r) 두께,거리(d) 굴절률(nd) 아베수(ν)
1 ∞ 11.60 1.492 57.4
* 2 -33.915 -10.94 -1.492 57.4
* 3 -16.910 6.30 1.4923 57.4
* 4 8.218 23.50
5 조리개 1.00
6 ∞ 3.00 1.5168 64.20
7 -15.000 1.00
8 -267.549 1.86 1.84666 23.78
9 9.092 5.54 1.58913 61.25
10 -18.293 1.52
11 94.862 5.00 1.65844 50.85
12 -39.668 1.00
13 206.179 6.00 1.5168 64.20
14 -15.251 17.00
이 고안의 제2 실시예에 따른 대물 광학계를 포함하는 망원경의 비구면 계수는 다음 표4와 같다.
제2면의비구면계수 제3면의비구면계수 제4면의비구면계수
K -0.17226809E+01 K -0.66306983E+01 K 0.13519234E+01
A4 -0.13533429E-05 A4 -0.83566291E-05 A4 0.14245616E-03
A6 0.53834423E-09 A6 0.10387725E-06 A6 -0.14390532E-04
A8 0 A8 0 A8 0
A10 0 A10 0 A10 0
이 고안의 제3 실시예에 따른 대물 광학계를 포함한 망원경의 화각은 7.0°이고, 배율은 -6.7배이며, 제3 실시예값은 다음 표5와 같다.
면번호 곡률반경(r) 두께,거리(d) 굴절률(nd) 아베수(ν)
1 ∞ 10.30 1.530 56.30
* 2 -28.150 -9.60 -1.530 56.30
* 3 -12.050 8.20 1.530 56.30
* 4 5.156 16.01
5 조리개 1.00
6 ∞ 3.00 1.5168 64.20
7 -15.000 1.00
8 -267.549 1.86 1.84666 23.78
9 9.092 5.54 1.58913 61.25
10 -18.293 1.52
11 94.862 5.00 1.65844 50.85
12 -39.668 1.00
13 206.179 6.00 1.5168 64.20
14 -15.251 17.00
이 고안의 제3 실시예에 따른 대물 광학계를 포함하는 망원경의 비구면 계수는 다음 표6과 같다.
제2면의비구면계수 제3면의비구면계수 제4면의비구면계수
K -0.20587401E+01 K -0.45099295E+01 K -0.59003365
A4 -0.52752926E-05 A4 -0.52974357E-04 A4 0.69683464E-03
A6 0.30926768E-08 A6 0.67485194E-06 A6 0.14015391E-04
A8 0 A8 0 A8 0
A10 0 A10 0 A10 0
이 고안의 각 실시의 조건값은 다음 표 7과 같다.
제1 실시예 제2 실시예 제3 실시예
조건식 1 0.21 0.32 0.26
조건식 2 -0.59 -0.72 -0.75
이상에서와 같이 이 고안의 실시예에 따라, 1매의 렌즈로 이루어져 구조가 간단하고 소형화가 용이한 망원경의 대물 광학계를 제공할 수 있다.
또한 플라스틱 비구면 렌즈를 적절하게 배치하여 광학적 성능이 향상된 대물 광학계를 제공할 수 있다.
또한 초점 거리가 길어도 전장이 짧아서 소형화가 용이한 대물 광학계를 제공할 수 있다.
이 고안은 위에 기술된 실시예에 한정되지 않고 다음에 기술되는 청구 범위 내에서 다양한 변경 및 변화가 가능하다.

Claims (4)

  1. 정의 굴절력을 가지는 1매의 렌즈로 이루어지며,
    상기 렌즈는 중앙부와 주변부로 나뉘어지고, 렌즈의 중앙부의 물체측면과 주변부의 상측면이 반사면으로 이루어지고 다음의 조건을 만족하는 망원경의 대물 광학계.
    0.15 〈 T/f 〈 0.35
    -0.80 〈 R3/fb 〈 -0.55
    T : 대물 광학계의 물체측에서 가장 가까운 렌즈면에서부터 초점까지의 거리
    f : 대물 광학계의 초점 거리
    fb : 대물 광학계의 뒷초점 거리
    R3 : 중심부의 물체측면의 곡률 반경
  2. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는 플라스틱 소재로 이루어지는 망원경의 대물 광학계.
  3. 제1항에 있어서, 상기 렌즈의 주변부의 물체측면이 평면인 망원경의 대물 광학계.
  4. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는 적어도 하나의 비구면을 가지는 망원경의 대물 광학계.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021261615A1 (ko) * 2020-06-24 2021-12-30 엘지전자 주식회사 촬상 렌즈, 이를 포함하는 카메라 모듈 및 전자기기

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KR101544792B1 (ko) 2014-12-30 2015-08-18 주식회사 세코닉스 홍채 인식 렌즈 시스템
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