상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 광각 줌렌즈는 물체측으로부터 순서대로, 부의 굴절력을 가지는 제1렌즈군과; 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈군과; 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈군;을 포함하며, 상기 제2렌즈군은 3매의 렌즈로 구성되며, 하기의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
<조건식>
여기서, Φw는 광각단에서의 전체 굴절력이고, Φt는 망원단에서의 전체굴절력이며, wfov는 광각단에서의 화각이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광각 줌렌즈는, 물체측으로부터 순서대로, 부의 굴절력을 가지는 제1렌즈군과; 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈군과; 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈군;을 포함하며, 상기 제2렌즈군은 3매의 렌즈로 구성되며, 하기의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
<조건식>
여기서, ft는 망원단에서의 초점거리이고, f2는 제2렌즈군의 초점거리이며, wfov는 광각단에서의 화각이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 콜리메이팅 확산판과 이를 채용한 디스플레이 장치를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 광각 줌렌즈의 광각단, 중간단 및 망원단에서의 광학적 배치를 보이는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 광각 줌렌즈는 물체(OBJ) 쪽으로부터 부의 굴절력을 가지는 제1렌즈군(100-1), 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈군(200-1), 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈군(300-1)을 포함하여 구성된다. 또한, 제1렌즈군(100-1)과 제2렌즈군(200-1) 사이에는 제2렌즈군(200-1)에 연동되어 이동되는 조리개(ST)가 더 구비되어 있다. 상기 제1 내지 제3렌즈군(100-1)(200-1)(300-1)을 광축상에서 이동시킴으로써 변배를 행한다. 광각단에서 중간단으로 변배시 제1렌즈군(100- 1)과 제2렌즈군(200-1) 사이의 간격이 감소하고, 제2렌즈군(200-1)과 제3렌즈군(300-1) 사이의 간격이 증가된다.
보다 구체적으로 상기 제1 내지 제3렌즈군(100-1)(200-1)(300-1) 각각의 렌즈 구성을 살펴보면 다음과 같다.
제1렌즈군(100-1)은 전체적으로 부의 굴절력을 가지도록 구성된다. 제1렌즈군(100-1)은 복수의 렌즈로 구성될 수 있으며, 예를 들어 제1렌즈(110-1), 제2렌즈(120-1), 제3렌즈(130-1)를 포함한다. 이렇게 제1렌즈군(100-1)을 3매의 렌즈로 구성함으로써 화각이 넓어지고 왜곡 보정이 용이하다. 또한, 바람직하게는 제1렌즈군(100-1)의 적어도 어느 한 렌즈에는 비구면을 사용함으로써 제1렌즈군(100-1)에 광각으로서 왜곡에 대한 부담을 덜어주고 전체적인 시스템의 크기를 작게 할 수 있다.
제2렌즈군(200-1)은 전체적으로 정의 굴절력을 가지도록 구성되며, 제4렌즈(210-1), 제5렌즈(220-1) 및 제6렌즈(230-1) 3매로 구성된다. 제2렌즈군(200-1)은 적어도 하나의 정, 부 접합렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제4렌즈(210-1)로는 매니스커스 정렌즈가, 제5렌즈(220-1)로는 양오목 정렌즈가, 제6렌즈(230-1)로는 매니스커스 부렌즈가 채용되며, 제5렌즈(220-1)와 제6렌즈(230-1)가 접합렌즈로 구성된다. 이렇게 물체측 첫번째 렌즈인 제4렌즈(210-1)를 정렌즈로 사용함으로써 비구면 사용이 용이해지고 구면수차 제어가 용이해진다. 또한, 접합렌즈를 사용하므로 색수차 보정 및 생산성 면에서 유리하다.
제3렌즈군(300-1)은 전체적으로 정의 굴절력을 가지도록 구성되며, 예를 들 어 1매의 정렌즈로 된 제7렌즈(310-1)를 포함한다. 제7렌즈(310-1)의 렌즈면은 구면 또는 비구면으로 이루어진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광각 줌렌즈는 다음 수학식 1과 수학식 2를 만족한다.
상기 식들에서, Φw는 광각단에서의 전체 굴절력이고, Φt는 망원단에서의 전체굴절력이며, wfov는 광각단에서의 화각이다.
3배이상의 고배율을 구현하면서도 광각단에서의 화각을 넓게 하기 위해 제1렌즈군(100-1)은 상술한 바와 같이 3매의 렌즈로 구성되고 있다. 또한, 제2렌즈군(200-1)을 3매의 렌즈로 구성하여 렌즈의 민감도를 분배하고 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광각 줌렌즈는 수학식 2와 함께 다음 수학식 3을 만족한다.
여기서, ft는 망원단에서의 초점거리이고, f2는 제2렌즈군의 초점거리이다.
광각을 형성하면서도 제2렌즈군의 파워를 적절히 배분함으로써 생산성과 소형화의 측면에서 이점을 가진다.
한편, 본 발명의 실시예들에서 나타나는 비구면(ASP)의 정의는 다음과 같다.
여기서, x는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리이고, y는 광축에 대해 수직한 방향으로의 거리이며, K는 코닉상수(conic constant), A,B,C,D는 비구면계수, c'은 렌즈의 정점에 있어서의 곡률반경의 역수(1/R)이다.
다음, 본 발명에 따른 광각 줌렌즈의 여러 가지 실시예들의 구체적인 렌즈 데이터들을 기술한다. 이하, EFL은 줌렌즈 전체의 합성초점거리를, Fno는 F수를, ω는 화각을, R은 곡률반경을, nd는 굴절률을 v는 아베수를 각각 나타낸다. 또한, ST는 조리개를 나타내며 각 실시예에서 렌즈간 가변거리를 D1,D2,D3로 나타낸다. 그리고 각 실시예별로 각 구성요소의 참조번호에 실시예 번호를 연계하여 표시하였다.
<제1실시예>
도 1은 제1실시예에 따른 광각 줌렌즈를 도시한 것으로, 제1렌즈군(100-1)은 제1렌즈(110-1), 제2렌즈(120-1), 제3렌즈(130-1)로 구성되고, 제2렌즈군(200-1)은 제4, 제5, 제6렌즈(210-1)(220-1)(230-1)로 구성되며 제3렌즈군(300-1)은 제7렌즈(310-1)로 구성된다. 도면부호 400-1은 적외선필터를, 410-1은 카바글라스를 나 타낸다. 다음은 제1실시예의 렌즈데이터이다.
EFL : 5.4815mm ~ 17.5422mm, Fno : 2.798 ~ 5.51, ω : 23.06° ~ 68.82°
면(S) |
곡률반경(R) |
두께 또는 렌즈간거리 |
굴절율(Nd) |
분산치(v) |
OBJ |
infinity |
|
|
|
1 |
13.931 |
1.300 |
1.809 |
40.900 |
2 |
5.130 |
2.974 |
|
|
3 |
-35.309 |
0.800 |
1.729 |
54.670 |
4 |
28.520 |
0.200 |
|
|
5 |
11.249 |
1.759 |
1.847 |
23.780 |
6 |
42.543 |
D1 |
|
|
ST |
infinity |
0.000 |
|
|
8 |
7.501 |
2.508 |
1.517 |
64.200 |
9 |
-11.693 |
0.150 |
|
|
10 |
10.995 |
1.764 |
1.793 |
47.230 |
11 |
-4.746 |
0.500 |
1.630 |
34.770 |
12 |
4.015 |
D2 |
|
|
13 |
15.340 |
1.845 |
1.586 |
59.300 |
14 |
-58.479 |
D3 |
|
|
15 |
infinity |
0.5 |
1.516 |
64.100 |
16 |
infinity |
0.5 |
|
|
17 |
infinity |
0.5 |
1.516 |
64.100 |
18 |
infinity |
1.43336 |
|
|
IMG |
infinity |
|
|
|
표 2는 제1실시예의 비구면 계수를 나타낸 것이다.
면(S) |
K |
A |
B |
C |
D |
2 |
-0.92142 |
5.41E-04 |
1.82E-05 |
-3.45E-07 |
1.39E-08 |
8 |
1.194055 |
-1.78E-03 |
-2.10E-05 |
-2.79E-06 |
|
표 3은 제1실시예에 따른 광각 줌렌즈에서의 가변거리(D1,D2,D3)의 예를 광각단, 중간단 및 망원단에서 각각 나타낸 것이다.
|
광각단 |
중간단 |
망원단 |
D1 |
13.482 |
4.561 |
0.914 |
D2 |
6.127162 |
12.892508 |
19.701779 |
D3 |
1.426 |
1.151 |
1.570 |
도 2a는 제1실시예에 따른 광각 줌렌즈의 광각단에서의 종방향 구면 수차를 파장이 435.8300(nm), 486.1300(nm), 546.0700(nm), 587.5600(nm), 656.2700(nm)인 광에 대해 각각 나타낸 것이다. 도 2b는 상면 만곡(astigmatic field curvature) 즉, 자오상면 만곡(T: tangential field curvature)과 구결상면 만곡(S: sagittal field curvature)을 나타낸 것이고, 도 2c는 % 왜곡을 나타낸 것이다. 또한, 도 3a, 도 3b 및 도 3c는 제1실시예에 따른 광각 줌렌즈의 망원단에서의 종방향 구면 수차, 상면 만곡 및 왜곡 수차를 나타낸 것이다.
<제2실시예>
도 4는 제2실시예에 따른 광각 줌렌즈를 도시한 것으로, 제1렌즈군(100-2)은 제1렌즈(110-2), 제2렌즈(120-2), 제3렌즈(130-2)로 구성되고, 제2렌즈군(200-2)은 제4, 제5, 제6렌즈(210-2)(220-2)(230-2)로 구성되며 제3렌즈군(300-2)은 제7렌즈(31-2)로 구성된다. 도면부호 400-2은 적외선필터를, 410-2은 카바글라스를 나타낸다. 다음은 제2실시예의 렌즈데이터이다.
EFL : 4.5mm ~ 14.4mm, Fno : 2.88 ~ 5.75, ω : 27.68° ~ 79.64°
면(S) |
곡률반경(R) |
두께 또는 렌즈간 거리 |
굴절율(Nd) |
분산치(v) |
OBJ |
infinity |
|
|
|
1 |
15.218 |
1.300 |
1.809 |
40.900 |
2 |
5.040 |
2.619 |
|
|
3 |
-419.443 |
0.800 |
1.782 |
48.270 |
4 |
9.834 |
0.660 |
|
|
5 |
8.959 |
1.868 |
1.847 |
23.780 |
6 |
34.135 |
9.899 |
|
|
ST |
infinity |
0.000 |
|
|
8 |
6.848 |
2.600 |
1.517 |
64.200 |
9 |
-8.931 |
0.250 |
|
|
10 |
8.264 |
1.725 |
1.729 |
54.670 |
11 |
-4.142 |
0.500 |
1.610 |
36.940 |
12 |
3.360 |
4.269 |
|
|
13 |
61.953 |
1.882 |
1.586 |
59.300 |
14 |
-10.602 |
1.918 |
|
|
15 |
infinity |
0.5 |
1.516 |
|
16 |
infinity |
0.5 |
|
|
17 |
infinity |
0.5 |
1.516 |
|
18 |
infinity |
0.76 |
|
|
IMG |
infinity |
|
|
|
표 5는 제2실시예의 비구면 계수를 나타낸 것이다.
면(S) |
K |
A |
B |
C |
D |
2 |
-0.88712 |
5.90E-04 |
2.15E-05 |
-1.00E-06 |
4.09E-08 |
8 |
0.658775 |
-2.03E-03 |
-5.53E-05 |
-1.67E-07 |
|
14 |
4.894717 |
8.77E-04 |
9.52E-05 |
-1.00E+03 |
4.20E-07 |
표 6은 제2실시예에 따른 광각 줌렌즈에서의 가변거리(D1,D2,D3)의 예를 광각단, 중간단 및 망원단에서 각각 나타낸 것이다.
|
광각단 |
중간단 |
망원단 |
D1 |
9.899 |
3.623 |
0.910 |
D2 |
4.269 |
10.403 |
16.942 |
D3 |
1.918 |
1.364 |
1.570 |
도 5a 내지 도 5c각각 제2실시예에 따른 광각 줌렌즈의 광각단에서의 종방향 구면수차, 상면만곡, 왜곡수차를 나타낸 것이고, 도 6a내지 6c 각각 제2실시예에 따른 광각 줌렌즈의 망원단에서의 종방향 구면수차, 상면만곡, 왜곡수차를 나타낸 것이다.
<제3실시예>
도 7은 제3실시예에 따른 광각 줌렌즈를 도시한 것으로, 제1렌즈군(100-3)은 제1렌즈(110-3), 제2렌즈(120-3), 제3렌즈(130-3)로 구성되고, 제2렌즈군(200-3)은 제4, 제5, 제6렌즈(210-3)(220-3)(230-3)로 구성되며 제3렌즈군은 제7렌즈(310-3)로 구성된다. 도면부호 400-3은 적외선필터를, 410-3은 카바글라스를 나타낸다. 다음은 제3실시예의 렌즈데이터이다.
EFL : 5.2mm ~ 20.02mm, Fno : 3.12 ~ 7.0, ω : 20.08° ~ 71.6°
면(S) |
곡률반경(R) |
두께 또는 렌즈간 거리 |
굴절율(Nd) |
분산치(v) |
OBJ |
infinity |
|
|
|
1 |
15.26 |
1.30 |
1.871 |
41.51 |
2 |
5.27 |
2.94 |
|
|
3 |
-30.50 |
0.80 |
1.660 |
56.83 |
4 |
26.66 |
0.20 |
|
|
5 |
11.17 |
1.78 |
1.847 |
23.78 |
6 |
42.41 |
13.43 |
|
|
ST |
infinity |
0.00 |
|
|
8 |
7.26 |
2.60 |
1.517 |
64.20 |
9 |
-12.60 |
0.25 |
|
|
10 |
8.86 |
1.67 |
1.726 |
52.53 |
11 |
-4.83 |
0.50 |
1.611 |
36.81 |
12 |
3.87 |
5.12 |
|
|
13 |
30.64 |
2.15 |
1.517 |
64.20 |
14 |
-15.71 |
1.98 |
|
|
15 |
infinity |
0.5 |
1.516 |
64.100 |
16 |
infinity |
0.5 |
|
|
17 |
infinity |
0.5 |
1.516 |
64.100 |
18 |
infinity |
1.43 |
|
|
IMG |
infinity |
|
|
|
표 8은 제3실시예의 비구면 계수를 나타낸 것이다.
면(S) |
K |
A |
B |
C |
D |
2 |
-0.94305 |
5.50E-04 |
1.34E-05 |
-2.08E-07 |
1.12E-08 |
8 |
1.3 |
-1.58E-02 |
-2.22E-05 |
-2.30E-06 |
|
14 |
10.40405 |
6.86E-04 |
7.49E-06 |
-8.81E-07 |
6.82E-08 |
다음 표 9는 제3실시예에 따른 광각 줌렌즈에서의 가변거리(D1,D2,D3)의 예를 광각단, 중간단 및 망원단에서 각각 나타낸 것이다.
|
광각단 |
중간단 |
망원단 |
D1 |
13.429 |
3.910 |
0.907 |
D2 |
5.119 |
14.158 |
23.308 |
D3 |
1.976 |
1.362 |
1.570 |
도 8a, 도 8b, 도 8c 각각은 제2실시예에 따른 광각 줌렌즈의 광각단에서의 종방향 구면수차, 상면만곡, 왜곡수차를 나타낸 것이고, 도 9a, 도 9b, 도 9c 각각은 제2실시예에 따른 광각 줌렌즈의 망원단에서의 종방향 구면수차, 상면만곡, 왜곡수차를 나타낸 것이다.
<제4실시예>
도 10은 제4실시예에 따른 광각 줌렌즈를 도시한 것으로, 제1렌즈군(100-4)은 제1렌즈(110-4), 제2렌즈(120-4), 제3렌즈(130-4)로 구성되고, 제2렌즈군(200-4)은 제4, 제5, 제6렌즈(210-4)(220-4)(230-4)로 구성되며 제3렌즈군(300-4)은 제7렌즈(310-4))로 구성된다. 도면부호 400-4은 적외선필터를, 410-4은 카바글라스를 나타낸다. 다음은 제4실시예의 렌즈데이터이다.
EFL : 4.55mm ~ 18.20mm, Fno : 2.84 ~ 6.63, ω : 22.06° ~ 79.06°
면(S) |
곡률반경 |
두께 또는 렌즈간 거리 |
굴절율(Nd) |
분산치(v) |
OBJ |
infinity |
|
|
|
1 |
15.86 |
1.30 |
1.883 |
40.81 |
2 |
5.13 |
2.77 |
|
|
3 |
-52.83 |
0.80 |
1.72916 |
54.67 |
4 |
15.99 |
0.32 |
|
|
5 |
9.78 |
1.84 |
1.846663 |
23.78 |
6 |
36.36 |
12.01 |
|
|
ST |
infinity |
0.00 |
|
|
8 |
6.99 |
2.60 |
1.516798 |
64.20 |
9 |
-10.69 |
0.25 |
|
|
10 |
8.28 |
1.69 |
1.72916 |
54.67 |
11 |
-4.51 |
0.50 |
1.60712 |
37.27 |
12 |
3.52 |
4.19 |
|
|
13 |
-53.95 |
2.06 |
1.516798 |
64.20 |
14 |
-7.63 |
1.98 |
|
|
15 |
infinity |
0.5 |
1.516 |
64.100 |
16 |
infinity |
0.5 |
|
|
17 |
infinity |
0.5 |
1.516 |
64.100 |
18 |
infinity |
1.33 |
|
|
IMG |
infinity |
|
|
|
표 11은 제3실시예의 비구면 계수를 나타낸 것이다.
면(S) |
K |
A |
B |
C |
D |
2 |
-0.73803 |
5.48E-04 |
4.15E-06 |
1.22E-08 |
1.51E-08 |
8 |
1.46871 |
-1.97E-03 |
-4.99E-05 |
-1.72E-06 |
|
14 |
1.811733 |
1.26E-03 |
6.48E-05 |
-6.06E-06 |
2.79E-07 |
다음 표 12는 제3실시예에 따른 광각 줌렌즈에서의 가변거리(D1,D2,D3)의 예를 광각단, 중간단 및 망원단에서 각각 나타낸 것이다.
|
광각단 |
중간단 |
망원단 |
D1 |
12.007 |
3.676 |
0.911 |
D2 |
4.190 |
12.967 |
21.611 |
D3 |
1.979 |
1.365 |
1.570 |
도 10a, 도 10b, 도 10c 각각은 제2실시예에 따른 광각 줌렌즈의 광각단에서의 종방향 구면수차, 상면만곡, 왜곡수차를 나타낸 것이고, 도 11a, 도 11b, 도 11c 각각은 제2실시예에 따른 광각 줌렌즈의 망원단에서의 종방향 구면수차, 상면만곡, 왜곡수차를 나타낸 것이다.
다음은 상기 실시예들이 수학식 1 내지 4를 만족함을 보인 것이며 그에 상응한 값은 아래와 같다.
|
실시예 1 |
실시예 2 |
실시예 3 |
실시예 4 |
수학식 1 |
3.2 |
3.2 |
3.85 |
4.0 |
수학식 2 |
68.8 |
79.64 |
71.6 |
79.02 |
수학식 3 |
1.66 |
1.65 |
1.91 |
1.93 |
본 발명은 이상 기술한 수학식들을 만족하는 렌즈 구성을 통해 소형화되면서도 고배율과 광각을 구현하여 우수한 광학 성능을 가진다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위 내에서 정해져야만 할 것이다.