KR20170002223A - 망원경용 야간 투시경의 접안 광학계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주간용 광학 장비에 영상 증폭기와 함께 장착하여, 주간용 광학 장비를 야간용으로 사용할 수 있는 야간 전환용 접안 광학계로서, 4군 5매의 렌즈 구성을 가진다. 즉, 관찰측으로부터 순서대로, 관찰측으로 볼록한 평볼록(planoconvex) 또는 메니스커스 형태로 양의 굴절력을 갖는 제1 렌즈를 포함하고, 양의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군; 양오목 또는 관찰측으로 오목한 평오목(planoconcave) 형태로 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈; 및 관찰측으로 볼록한 평볼록(planoconvex) 또는 메니스커스 형태로 양의 굴절력을 갖는 제3 렌즈를 포함하고, 전체적으로 음의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군; 관찰측으로 볼록한 메니스커스 형태로 음의 굴절력을 갖는 제4렌즈를 포함하고, 음의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군; 및 양볼록 형태의 제5 렌즈를 포함하고 양의 굴절력을 가지는 제4 렌즈군으로 이루어진다.

Description

망원경용 야간 투시경의 접안 광학계{Eyepiece system of the night vision device for telescope sight}

본 발명은 망원경용 야간투시경의 접안 광학계에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 주간 광학 장비에 장착할 수 있는 야간투시경의 접안 광학계에 관한 것이다.

일반적으로 주간 광학 장비는 육안으로 사용하는 광학 장비, 예를 들어 조준경, 망원경, 쌍안경, 카메라 등을 지칭하는 것이다. 이러한 주간 광학 장비는 주위의 빛이 없는 야간에는 사용하기 어렵기 때문에, 야간에 물체를 관측하기 위해서는 적외선을 감지할 수 있는 야간 광학 장비가 별도로 필요하게 된다.

특히, 총기 등의 사격 시에 외부 물체를 정확하게 조준 사격하고자 할 때, 원거리 조준을 용이하게 하기 위해 배율이 있는 광학 조준경을 장착하여 사용한다. 이러한 광학 조준경을 통해 직접 외부 물체를 조준하는 것은 주간의 밝은 빛에서는 가능하나, 야간에는 적외선 영상을 육안으로 관찰할 수 있도록 하는 영상증폭기를 포함한 야간용 조준경이 별도로 필요하게 된다.

따라서, 개인 화기를 주, 야간 작전에서 사용할 때에는 주간용 조준경과 야간용 조준경을 교체하여 사용할 필요가 생긴다. 그러나, 이러한 주간용 조준경과 야간용 조준경을 교체할 경우에는 각각 영점을 조절해주어야 하는데, 이러한 영점 조절 시 영점조정 사격을 통해 확인할 수 있으나, 실제 작전 투입 시에는 영점 조정 사격을 하기 어려운 문제점이 있다.

한편, 공개특허공보 10-2004-0084219호에는 야간투시경용 접안 광학계가 제안되어 있으나, 이러한 접안 광학계는 출사동이 작아 일반적인 주간 조준경 앞에 부착하여 사용하기에는 부적합하다. 또한, 종래의 야간투시경은 시야각이 크고(40도), 접안 구경이 작아(14mm 이하) 육안 관측과 같은 단독 운용시 또는 야간에 근거리 조준 및 사격용으로는 적합하나, 야간에 500m 이상의 원거리 조준 및 사격용으로 주간 조준경 앞에 부착하여 운용하기에는 해상도가 떨어져 원거리 물체의 식별이 어려운 문제가 있다.

공개특허공보 10-2004-0084219 "야간 투시경용 접안 광학계"

따라서, 본 발명은 종래의 주간 광학 장비를 야간에도 사용할 수 있도록 주간 광학 장비의 앞에 장착하여 사용할 수 있는 야간투시경용 접안 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 특히 조준경에서 주, 야간 교체의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 조준경, 망원경 등의 주간 광학 장비의 앞에 장착하여 사용할 수 있는 망원경용 야간투시경의 접안 광학계를 제공하는 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 주간 조준경 또는 디지털 카메라, 비디오 캠코더, CCD 카메라 등의 카메라 등에 부착하거나, 주간 조준경과 같은 주간 광학 장비에 직접 부착하여 사용할 수 있는 접안 광학계를 제공하는 것이다.

이러한 목적 및 기타 목적을 이루기 위하여, 본 발명의 일 특징에 따른 야간 전환용 접안 광학계는 관찰측으로부터 순서대로,

관찰측으로 볼록한 평볼록(planoconvex) 또는 메니스커스 형태로 양의 굴절력을 갖는 제1 렌즈를 포함하고, 양의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군;

양오목 또는 관찰측으로 오목한 평오목(planoconcave) 형태로 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈; 및 관찰측으로 볼록한 평볼록(planoconvex) 또는 메니스커스 형태로 양의 굴절력을 갖는 제3 렌즈를 포함하고, 전체적으로 음의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군;

관찰측으로 볼록한 메니스커스 형태로 음의 굴절력을 갖는 제4렌즈를 포함하고, 음의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군; 및

양볼록 형태의 제5 렌즈를 포함하고 양의 굴절력을 가지는 제4 렌즈군을 포함한다.

이때, 각각의 렌즈군은 다음 식

0.49 ≤ F1/f ≤0.6,

-0.93≤ F2/f ≤-0.77,

0.48 ≤ F3/f ≤0.59,

0.28 ≤ F4/f ≤ 0.34,

-0.53 ≤ f2/f3 ≤ -0.42,

d2/f ≤ 0.24,

d6/f ≤ 0.12,

d8/f ≤ 0.28

(여기서, f는 전체 광학계의 유효 초점 거리,

F1, F2, F3, F4는 각각 제1 렌즈군 내지 제4 렌즈군의 유효 초점 거리,

f2, f3은 각각 제2렌즈와 제3렌즈의 유효 초점 거리,

d2는 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 거리,

d6은 제3 렌즈와 제4 렌즈 사이의 거리,

d8은 제4렌즈와 제5렌즈 사이의 거리임)

를 만족한다.

또한, 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제4 렌즈는 플린트 유리로 만들어지고, 상기 제3 렌즈 및 제5 렌즈는 크라운 유리로 만들어진다.

이러한 망원경용 야간투시경의 접안 광학계는 조준경, 망원경, 쌍안경, 각종 카메라를 포함하는 주간 광학 장비와 결합될 수 있다.

상기와 같은 구성을 가진 야간 전환용 접안 광학계는 주간용 광학 장비에 간단히 장착함으로써, 별도의 영점 조정 없이 주간용 광학 장비를 야간용으로 사용할 수 있다. 특히, 주간용 광학 장비가 조준경인 경우에, 본 발명의 야간 전환용 접안 광학계를 장착함으로써, 별도의 영점 조정 사격 없이 야간 운용으로 바로 전환되기 때문에 편리하다.

또한, 종래의 야간투시경용 접안 광학계는 출사동이 작아 주간 조준경 앞에 부착하여 사용하기에는 부적합하였으나, 본 발명에 따른 야간 투시경의 접안 광학계는 출사동 직경 25mm로 주간용 광학장비 또는 카메라 등에 장착할 때의 위치 변동에 따른 상의 움직임을 최소화할 수 있어서 이들 광학 장비에 사용하기 적합하다.

도 1과 도 2는 본 발명에 따른 접안 광학계를 도시하는 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접안 광학계의 변조 전달함수를 도시한 그래프이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 접안 광학계의 왜곡 수차를 도시한 그래프이다.

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

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 야간 전환용 접안 광학계(100)는 4개의 렌즈군으로 형성되어 있고, 관찰측으로부터 제1 렌즈군(10), 제2 렌즈군(20), 제3 렌즈군(30) 및 제4 렌즈군(40)의 순서대로 형성되어 있다.

제1 렌즈군(10)은 양의 굴절력을 가지고, 관찰측으로 볼록한 평볼록(planoconvex) 또는 메니스커스 형태의 제1 렌즈(1)로 이루어진다. 제1 렌즈는 플린트 유리로 만들어지는 것이 바람직하다.

이때, 제1 렌즈군(10)의 유효 초점 거리는 다음 식을 만족한다.

0.49 ≤ F1/f ≤0.6,

여기서, f는 전체 접안 광학계의 유효 초점 거리이고, F1은 제1 렌즈군(10)의 유효 초점 거리이다.

제2 렌즈군(20)은 전체적으로 음의 굴절력을 가지고, 양오목 또는 관찰측으로 오목한 평오목(planoconcave) 형태로 음의 굴절력을 갖는 제2렌즈(2)와; 관찰측으로 볼록한 평볼록(planoconvex) 또는 메니스커스 형태로 양의 굴절력을 갖는 제3 렌즈(3)를 포함한다. 제2 렌즈(2)는 플린트 유리로 만들어지고, 제3 렌즈(3)는 크라운 유리로 만들어지는 것이 바람직하다.

이때, 제2 렌즈군(20)의 유효 초점 거리는 다음 식을 만족한다.

-0.93≤ F2/f ≤-0.77

여기서 F2는 제2 렌즈군(20)의 유효 초점 거리이다.

또한, 제2 렌즈군(20)의 제2 렌즈(2)와 제3 렌즈 사이의 유효 초점 거리는 다음 식을 만족한다.

-0.53 ≤ f2/f3 ≤ -0.42,

여기서 f2, f3는 각각 제2 렌즈(2) 및 제3 렌즈(3)의 유효 초점 거리이다.

제3 렌즈군(30)은 음의 굴절력을 가지고, 관찰측으로 볼록하고 메니스커스 형태의 제4 렌즈(4)를 포함한다. 제4 렌즈(4)는 플린트 유리로 만들어지는 것이 바람직하다.

이때, 제3 렌즈군(30)의 유효 초점 거리는 다음 식을 만족한다.

0.48 ≤ F3/f ≤0.59

여기서 F3는 제2 렌즈군(30)의 유효 초점 거리이다.

제4 렌즈군(40)은 양의 굴절력을 가지고, 양볼록 형태의 제5렌즈(5)를 포함한다. 제5 렌즈(5)는 크라운 유리로 만들어지는 것이 바람직하다.

이때, 제4 렌즈군(40)의 유효 초점 거리는 다음 식을 만족한다.

0.28 ≤ F4/f ≤ 0.34

여기서 F4는 제4 렌즈군(40)의 유효 초점 거리이다.

또한, 제1 렌즈(1)와 제2 렌즈(2) 사이의 거리 d2, 제3 렌즈와 제4 렌즈 사이의 거리 d6, 및 제4 렌즈(4)와 제5 렌즈(5) 사이의 거리 d8는 다음의 식을 만족한다.

d2/f ≤ 0.24,

d6/f ≤ 0.12,

d8/f ≤ 0.28

이러한 본 발명에 따른 실시예는 다음의 표 1과 같다.

면	곡률반경(mm)	두께 또는 간격(dn)(mm)	유효 반경(mm)	굴절률	분산계수
		15	25.0
r1	30.406	4.2	27.5	1.773	49.6
r2	359.814	17.85	25.73	1.000
r3	-35.230	2.5	16.67	1.847	23.8
r4	160.950	0.5	18.55	1.000
r5	31.353	2.6	18.0	1.487	70.4
r6	326.574	8.9	18.0	1.000
r7	16.118	2.5	15.6	1.847	23.8
r8	10.332	20.45	12.49	1.000
r9	22.863	5	18.0	1.48	70.4
r10	-22.863	5.5	18.0	1.000
r11	-40		14

표 1의 실시예에 따른 망원경용 야간투시경의 접안 광학계의 유효 초점 거리 f는 78mm이고 모든 분석 및 수치 계산의 기준이 되는 주 파장은 545nm로 하였다.

본 발명에 따른 접안 광학계를 육안 관찰하는 경우에는 안점거리 10mm 이상, 출사동 직경 25mm, f수는 3 정도로 설계하여 주간 광학 장비 또는 카메라 등에 장착할 때의 위치 변동에 따른 상의 움직임을 최소화시킬 수 있다.

또한, 안점거리가 길어 일반 주간 광학 장비, 즉 주간 망원경, 조준경 및 카메라에 부착이 용이하도록 하였다.

도 3은 표 1의 접안 광학계의 변조 전달함수(MTF)를 도시한 그래프로서, 세로축은 표준화된 변조전달함수(MTF) 값이고, 가로축은 분해능(lp/mm)을 나타낸다. T는 자오면 방향 분해능, S는 구결면 방향 분해능에 대한 것이다.

도 4는 표 1의 접안 광학계의 왜곡 수차 나타내는 그래프로서, 가로축은 물체로부터 광이 입사하였을 때 입사 광선이 광축과 이루는 각도를 나타내고, 세로축은 수차의 비율을 백분율(%값)으로 나타낸다. 시야각이 ±4.5˚일 때, 왜곡 수차는 +1.5±1% 이내의 값이 되고, 이 정도의 값은 장착되는 대물 광학계의 수차와 상호 보상되는 범위인 것을 알 수 있다.

이러한 본 발명의 구성에 따른 동작은 다음과 같다.

먼저, 주간용 광학 장비에 의하여 결상되는 영상면에 영상 증폭기(50)의 영상 전시면(51)이 일치하도록 영상 증폭기와 본 발명의 접안 광학계를 장착하면, 야간에도 영상을 관측할 수 있다. 즉, 영상 증폭기(50)의 영상 전시면(51)에 형성된 영상은 본 발명에 따른 접안 광학계를 통하여 관찰할 수 있다.

따라서, 사용자는 주간용 조준경에 본 발명의 야간 전환용 접안 광학계를 장착하는 경우에는 별도의 영점 조절 사격이 필요하지 않으므로, 주간과 야간의 사용시에 편리하게 관측할 수 있다.

이상에서 본원 발명의 기술적 특징을 특정한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본원 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 사람이라면 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위 내에서도 여러 가지 변형 및 수정을 가할 수 있음이 명백하다.

10: 제1 렌즈군
20: 제2 렌즈군
30: 제3 렌즈군
40: 제4 렌즈군
50: 영상 증폭기

Claims (5)

1. 야간 전환용 접안 광학계로서, 관찰측으로부터 순서대로,
   관찰측으로 볼록한 평볼록(planoconvex) 또는 메니스커스 형태로 양의 굴절력을 갖는 제1 렌즈를 포함하고, 양의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군;
   양오목 또는 관찰측으로 오목한 평오목(planoconcave) 형태로 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈; 및 관찰측으로 볼록한 평볼록(planoconvex) 또는 메니스커스 형태로 양의 굴절력을 갖는 제3 렌즈를 포함하고, 전체적으로 음의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군;
   관찰측으로 볼록한 메니스커스 형태로 음의 굴절력을 갖는 제4렌즈를 포함하고, 음의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군; 및
   양볼록 형태의 제5 렌즈를 포함하고 양의 굴절력을 가지는 제4 렌즈군을 포함하며,
   각각의 렌즈군은 다음 식
   0.49 ≤ F1/f ≤0.6,
   -0.93≤ F2/f ≤-0.77,
   0.48 ≤ F3/f ≤0.59,
   0.28 ≤ F4/f ≤ 0.34,
   -0.53 ≤ f2/f3 ≤ -0.42,
   d2/f ≤ 0.24,
   d6/f ≤ 0.12,
   d8/f ≤ 0.28
   (여기서, f는 전체 광학계의 유효 초점 거리,
   F1, F2, F3, F4는 각각 제1 렌즈군 내지 제4 렌즈군의 유효 초점 거리,
   f2, f3은 각각 제2렌즈와 제3렌즈의 유효 초점 거리,
   d2는 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 거리,
   d6은 제3 렌즈와 제4 렌즈 사이의 거리,
   d8은 제4렌즈와 제5렌즈 사이의 거리임)
   를 만족하는 야간 전환용 접안 광학계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 접안 광학계는 관찰측으로 주간 광학 장비와 결합되는 야간 전환용 접안 광학계.
3. 제2항에 있어서,
   상기 접안 광학계와 주간 광학 장비 사이에, 영상 증폭기 또는 촬상 소자와 결합되는 접안 광학계.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제4 렌즈는 플린트 유리로 만들어지는 야간 전환용 접안 광학계.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제3 렌즈 및 제5 렌즈는 크라운 유리로 만들어지는 야간 전환용 접안 광학계.

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