KR101280742B1

KR101280742B1 - 단순화된 줌잉 구조를 갖는 광역 광각 복합 줌

Info

Publication number: KR101280742B1
Application number: KR1020077025874A
Authority: KR
Inventors: 제임스 브라이언 콜드웰; 이아인 에이. 네일
Original assignee: 파나비젼 인터내셔널 엘. 피.
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2013-07-05
Also published as: CA2604804A1; US20060227415A1; KR20080009279A; AU2006234915B2; EP1869519B1; AU2006234915A1; EP1869519A4; JP2008536175A; CN101208627A; WO2006110283A3; CN101208627B; WO2006110283A2; EP1869519A2; US7227682B2; CA2604804C

Abstract

최소 개수의 이동식 그룹을 갖고 85도보다 큰 짧은 초점 길이 위치에서의 시야를 갖고 4보다 큰 줌 비율을 갖는 줌 렌즈가 개시되어 있다. 줌 렌즈는 줌잉, 포커싱 및 비열화 모두를 위해 이용될 수 있는 단 2개 또는 3개의 이동식 그룹을 갖는, P 또는 PP 줌 릴레이가 후속되는 NP 또는 NPP 줌 커널을 포함하는 복합 줌 구조체를 이용한다. 전략적 위치에서 광로를 폴딩하도록 프리즘을 이용함으로써, 전체적인 소형 패키지 사이즈가 달성된다. 선택적 가변 파워 액체 셀은 포커스 브리딩이 거의 없거나 전혀 없는 근접 포커싱을 제공할 수 있다.

복합 줌 렌즈, 중간 실상, 광학 스톱, 줌잉, 포커싱, 열 보정

Description

단순화된 줌잉 구조를 갖는 광역 광각 복합 줌{WIDE-RANGE, WIDE-ANGLE COMPOUND ZOOM WITH SIMPLIFIED ZOOMING STRUCTURE}

본 발명은 일반적으로 줌 렌즈에 관한 것이며, 특정 실시예에서는 넓은 초점 길이 범위 및 넓은 시야(field of view)를 제공하고 콤팩트 렌즈를 갖는 휴대폰 및 다른 제품과 같은 소비자 제품에 끼워 맞춤되도록 크기가 작은, 최소 개수의 이동하는 렌즈 그룹을 갖는 선택적으로 회전 가능한 복합 줌 렌즈에 관한 것이다.

종래 기술 분야에서는 85도 이상의 짧은 초점 길이 위치에서의 최대 시야와 조합되어 약 4보다 큰 줌 비율을 갖는 줌 렌즈들이 명백히 없다. 이러한 줌 렌즈가 널리 알려진 브로드캐스트 줌 렌즈(broadcast zoom lens)의 분야에서 공지되어 있더라도, 이들은 통상적으로 대형이고 복잡하고 고가의 설계이다. 그 예들은 미국 특허 제5,745,300호 및 일본 특허 소62-153,913호, 평8-136,808호, 평9-015,501호, 평9-033,812호 및 평11-030,749호에서 볼 수 있다.

보다 소형의 광역 광각 줌은 미국 특허 제6,038,084호에서 볼 수 있지만, 상당히 복잡함에도 불구하고 이 예의 성능은 불충분하다.

요구되는 것은, 대량으로 경제적으로 생산될 수 있는 넓은 줌 범위 및 넓은 시야각 양자 모두를 갖는 소형이고 비교적 단순한 줌 렌즈이다. 이러한 줌 렌즈는 디지털 스틸 및 비디오 카메라, 휴대폰, 개인 휴대용 정보 단말기(PDA) 등에서 넓은 범위의 적용성을 갖는다.

최근에는, 신규한 복합 줌 시스템이 관련 미국 특허 출원 공개 제20040021953호에 개시되어 있다. 이 시스템은 최종 화상 평면에 중간 화상을 재화상형성(reimage)하는 줌 릴레이(relay)가 후속되는, 중간 화상을 형성하는 줌 커널(kernel)을 포함한다. 전체로서의 렌즈 시스템의 줌 비율은 릴레이의 줌 비율을 곱한 커널의 줌 비율과 동일하다. 이러한 설계의 접근은 종래의 줌 렌즈 설계보다, 큰 줌 범위, 넓은 시야, 높은 화상 품질 및 폴드 미러 또는 프리즘을 배열하는 데에 있어서의 유연성을 포함하는 다수의 잠재적인 이점들 가진다. 그러나, 줌 시스템은 대량 판매 시장에의 적용에 적합한 소형 광역 광각 줌 렌즈(compact wide-range wide-angle zoom lens)를 제공하지 못한다.

더욱 최근에는, 광각 복합 줌 시스템이 2005년 3월 2일자로 출원된 관련 미국 특허 출원 제11/071,125호에 기술되어 있다. 이 시스템은 짧은 초점 길이 위치에서의 90도의 시야와 함께 약 8.6의 줌 비율을 달성하기 위해 4개의 독립적 이동식 그룹을 포함한다. 이 시스템은 휴대폰, PDA 또는 콤팩트 디지털 카메라에 이용되기에 충분히 소형이다.

그러나, 개인 전자 장치의 크기가 더욱 감소함에 따라, 대량으로 경제적으로 생산될 수 있는 넓은 줌 범위 및 넓은 시야각 양자 모두를 갖는 더욱 더 소형이고 비교적 단순한 줌 렌즈에 대한 필요성이 여전히 있다. 이러한 줌 렌즈는 디지털 스틸 및 비디오 카메라, 휴대폰, PDA 등에서 널리 적용된다.

본 발명의 실시예는 큰 줌 비율을 보유하고 가장 짧은 초점 길이에서 시야를 유지하거나 확대시키면서, 독립적 이동식 렌즈 그룹의 개수를 단지 2개 또는 3개로 감소시키는 관련 미국 특허 출원 제11/071,125호에 개시된 복합 줌 설계에 있어서의 개선을 나타낸다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 복합 줌 시스템은 비열화(athermalization)를 위해 포커싱(focusing) 그룹으로서 줌잉(zooming) 그룹을 이용할 수 있어서, 비교적 단순한 기계적 구조를 유지한다. 온도 변화는 렌즈가 초점이 벗어나게 할 수 있어서, (포커싱을 위해 줌잉 그룹을 이동시키는 것과 유사한) 줌잉 그룹의 추가 이동이 이들 온도 변화를 보정한다는 것을 알 수 있다. 이 온도 보정은 비열화로 지칭된다.

본 명세서에 기재된 렌즈 시스템은, 2.4 ㎛의 픽셀 크기를 갖는 3 메가픽셀 클래스(class) 센서에 이용되기에 충분한 성능을 갖는 단순화된 줌잉 구조를 갖는, 광역 초광각의 선택적으로 회전 가능한 복합 줌이다. 줌 범위에 포함되는 초점 길이는 긴 초점 길이 단부에서 대략 100 ㎜까지 짧은 초점 길이 단부에서 대략 18 또는 21 ㎜의 35 ㎜ 스틸 카메라 환산치(still camera equivalent)를 갖는다.

본 발명의 실시예의 중요한 태양은 초광각 시작 지점이다. 종래의 비복합 기술로 광역 줌을 설계하는 것이 가능하더라도, 이러한 설계는 약 24 내지 28 ㎜의 35 ㎜ 포맷 환산치 초점 길이까지 넓은 단부에서 통상적으로 제한된다.

복합 줌 기술은 넓은 줌 범위 및 매우 넓은 시야를 갖는 매우 작은 직경 전방 요소를 허용하지만, 복합 줌 시스템은 2개의 분리된 줌잉 시스템을 연속하여 효율적으로 포함하기 때문에 정점 길이가 커지는 경향이 있다. 본 발명의 실시예에서, 정점 길이는 6 ㎜의 화상 대각선으로 측정되는 경우에 약 70 ㎜ 내지 약 80 ㎜의 범위에 있다. 시스템이 소형 패키지에 이용되도록 하기 위해, 하나 이상의 폴드 프리즘 또는 미러는 설계 시에 포함될 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에서, 폴딩된 광학 트레인은 "U"자형이며, 약 4.7 ㏄(예컨대, 약 34.6 ㎜ x 16.7 ㎜ x 8.2 ㎜)의 박스형 체적을 차지할 만큼 충분히 작다. 제2 실시예에서, 제1 폴드 프리즘은 선택적 패키지 포맷을 설명하도록 직사각형 글래스 블록으로 대체된다. 폴딩된 광학 트레인은 또한 "U"자형이며, 약 4.9 ㏄(예컨대, 약 34.5 ㎜ x 15.1 ㎜ x 9.4 ㎜)의 박스형 체적을 차지할 만큼 충분히 작다. 제3 실시예에서, 폴딩된 광학 트레인은 또한 "U"자형이며, 약 6.9 ㏄(예컨대, 약 42.2 ㎜ x 20.5 ㎜ x 8.0 ㎜)의 박스형 체적을 차지할 만큼 충분히 작다. 제4 실시예에서, 폴딩된 광학 트레인은 또한 "U"자형이며, 약 7.1 ㏄(예컨대, 약 42.7 ㎜ x 20.7 ㎜ x 8.0 ㎜)의 박스형 체적을 차지할 만큼 충분히 작다. 시스템의 작동 거리는 화상 평면 바로 앞에 제3 폴드 미러 또는 프리즘을 위치시키기에 충분하다. 이 제3 폴드는 센서 배치를 단순화하는 데 이용될 수 있거나, 이는 트루(true) SLR 광학 뷰파인더를 합체하는 데 이용될 수도 있다.

광학 설계는 줌잉 릴레이가 후속되는 줌잉 커널로 구성되며, 이들 사이에 고정식 P 렌즈 그룹을 갖는다. 줌잉 커널은 NP 또는 NPP 구조를 가지며, 줌잉 릴레이는 P 또는 PP 구조를 갖는다. 본 명세서에 한정된 커널은 고정식 P 렌즈 그룹의 피사체 공간 측에 모든 렌즈 그룹을 포함하는 반면, 줌잉 릴레이는 고정식 P 렌즈 그룹의 화상 공간측에 모든 줌 그룹을 포함한다. 전체적으로 정확히 2개 또는 3개의 독립적 이동식 그룹이 있으며, 중간 화상의 양측에 1개 또는 2개가 있다. 전방 그룹은 폴드 프리즘들과 같이, 화상 평면에 대해 고정되어 있다. 정확히 2개 또는 3개의 독립적 이동식 그룹을 포함하는 줌잉 릴레이는 전체로서 시스템의 단순화에 크게 기여하는 매우 단순한 구조를 갖는다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른, 확인되는 렌즈 요소 및 표면을 갖는 복합 줌 렌즈의 폴딩되지 않은 레이아웃을 도시한다.

도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 줌 위치 Z1에서의 복합 줌 렌즈의 폴딩되지 않은 레이아웃을 도시한다.

도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른, 줌 위치 Z2에서의 복합 줌 렌즈의 폴딩되지 않은 레이아웃을 도시한다.

도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 줌 위치 Z3에서의 복합 줌 렌즈의 폴딩되지 않은 레이아웃을 도시한다.

도5는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 복합 줌 렌즈 시스템의 3차원 도면이다.

도6은 본 발명의 제1 실시예에 따른, 복합 줌 렌즈의 폴딩된 레이아웃을 도시한다.

도7은 본 발명의 제1 실시예에 따른, 복합 줌 렌즈의 폴딩된 레이아웃을 도시한다.

도8은 본 발명의 제1 실시예에 따른, 2.5 ㎜의 유효 초점 길이(EFL) 및 100.4도의 시야(FOV)를 갖는 줌 위치 Z1에서의 횡 광선 수차(transeverse ray aberration) 플롯을 도시한다.

도9는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 5.7 ㎜의 EFL 및 55.8도의 FOV을 갖는 줌 위치 Z2에서의 횡 광선 수차 플롯을 도시한다.

도10는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 13.9 ㎜의 EFL 및 24.4도의 FOV을 갖는 줌 위치 Z3에서의 횡 광선 수차 플롯을 도시한다.

도11은 본 발명의 제2 실시예에 따른, 확인되는 렌즈 요소 및 표면을 갖는 복합 줌 렌즈의 폴딩되지 않은 레이아웃을 도시한다.

도12는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 줌 위치 Z1에서의 복합 줌 렌즈의 폴딩되지 않은 레이아웃을 도시한다.

도13은 본 발명의 제2 실시예에 따른, 줌 위치 Z2에서의 복합 줌 렌즈의 폴딩되지 않은 레이아웃을 도시한다.

도14는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 줌 위치 Z3에서의 복합 줌 렌즈의 폴딩되지 않은 레이아웃을 도시한다.

도15는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 복합 줌 렌즈 시스템의 3차원 도면이다.

도16은 본 발명의 제2 실시예에 따른, 복합 줌 렌즈의 폴딩된 레이아웃을 도시한다.

도17은 본 발명의 제2 실시예에 따른, 복합 줌 렌즈의 폴딩된 레이아웃을 도 시한다.

도18은 본 발명의 제2 실시예에 따른, 2.5 ㎜의 EFL 및 100.4도의 FOV을 갖는 줌 위치 Z1에서의 횡 광선 수차 플롯을 도시한다.

도19는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 5.5 ㎜의 EFL 및 56.8도의 FOV을 갖는 줌 위치 Z2에서의 횡 광선 수차 플롯을 도시한다.

도20는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 13.9 ㎜의 EFL 및 24.4도의 FOV을 갖는 줌 위치 Z3에서의 횡 광선 수차 플롯을 도시한다.

도21은 본 발명의 제3 실시예에 따른, 확인되는 렌즈 요소 및 표면을 갖는 복합 줌 렌즈의 폴딩되지 않은 레이아웃을 도시한다.

도22는 본 발명의 제3 실시예에 따른, 줌 위치 Z1에서의 복합 줌 렌즈의 폴딩되지 않은 레이아웃을 도시한다.

도23은 본 발명의 제3 실시예에 따른, 줌 위치 Z3에서의 복합 줌 렌즈의 폴딩되지 않은 레이아웃을 도시한다.

도24는 본 발명의 제3 실시예에 따른, 줌 위치 Z5에서의 복합 줌 렌즈의 폴딩되지 않은 레이아웃을 도시한다.

도25는 본 발명의 제3 실시예에 따른, 복합 줌 렌즈 시스템의 3차원 도면이다.

도26은 본 발명의 제3 실시예에 따른, 복합 줌 렌즈의 폴딩된 레이아웃을 도시한다.

도27은 본 발명의 제3 실시예에 따른, 복합 줌 렌즈의 폴딩된 레이아웃을 도 시한다.

도28은 본 발명의 제3 실시예에 따른, 무한의 피사체 거리 및 3.0 ㎜의 EFL 및 90.0도의 FOV을 갖는 줌 위치 Z1에서의 횡 광선 수차 플롯을 도시한다.

도29는 본 발명의 제3 실시예에 따른, 100 ㎜의 피사체 거리 및 3.0 ㎜의 EFL 및 88.5도의 FOV을 갖는 줌 위치 Z2에서의 횡 광선 수차 플롯을 도시한다.

도30은 본 발명의 제3 실시예에 따른, 무한의 피사체 거리 및 6.0 ㎜의 EFL 및 53.4도의 FOV을 갖는 줌 위치 Z3에서의 횡 광선 수차 플롯을 도시한다.

도31은 본 발명의 제3 실시예에 따른, 100 ㎜의 피사체 거리 및 6.0 ㎜의 EFL 및 54.8도의 FOV을 갖는 줌 위치 Z4에서의 횡 광선 수차 플롯을 도시한다.

도32는 본 발명의 제3 실시예에 따른, 무한의 피사체 거리 및 13.9 ㎜의 EFL 및 24.4도의 FOV을 갖는 줌 위치 Z5에서의 횡 광선 수차 플롯을 도시한다.

도33은 본 발명의 제3 실시예에 따른, 100 ㎜의 피사체 거리 및 13.9 ㎜의 EFL 및 26.0도의 FOV을 갖는 줌 위치 Z6에서의 횡 광선 수차 플롯을 도시한다.

도34는 본 발명의 제4 실시예에 따른, 확인되는 렌즈 요소 및 표면을 갖는 복합 줌 렌즈의 폴딩되지 않은 레이아웃을 도시한다.

도35는 본 발명의 제4 실시예에 따른, 줌 위치 Z1에서의 복합 줌 렌즈의 폴딩되지 않은 레이아웃을 도시한다.

도36은 본 발명의 제4 실시예에 따른, 줌 위치 Z3에서의 복합 줌 렌즈의 폴딩되지 않은 레이아웃을 도시한다.

도37은 본 발명의 제4 실시예에 따른, 줌 위치 Z5에서의 복합 줌 렌즈의 폴 딩되지 않은 레이아웃을 도시한다.

도38은 본 발명의 제4 실시예에 따른, 복합 줌 렌즈 시스템의 3차원 도면이다.

도39는 본 발명의 제4 실시예에 따른, 복합 줌 렌즈의 폴딩된 레이아웃을 도시한다.

도40은 본 발명의 제4 실시예에 따른, 복합 줌 렌즈의 폴딩된 레이아웃을 도시한다.

도41은 본 발명의 제4 실시예에 따른, 무한의 피사체 거리 및 3.0 ㎜의 EFL 및 90.0도의 FOV을 갖는 줌 위치 Z1에서의 횡 광선 수차 플롯을 도시한다.

도42는 본 발명의 제4 실시예에 따른, 100 ㎜의 피사체 거리 및 3.0 ㎜의 EFL 및 90.4도의 FOV을 갖는 줌 위치 Z2에서의 횡 광선 수차 플롯을 도시한다.

도43은 본 발명의 제4 실시예에 따른, 무한의 피사체 거리 및 6.0 ㎜의 EFL 및 53.4도의 FOV을 갖는 줌 위치 Z3에서의 횡 광선 수차 플롯을 도시한다.

도44는 본 발명의 제4 실시예에 따른, 100 ㎜의 피사체 거리 및 6.0 ㎜의 EFL 및 54.2도의 FOV을 갖는 줌 위치 Z4에서의 횡 광선 수차 플롯을 도시한다.

도45는 본 발명의 제4 실시예에 따른, 무한의 피사체 거리 및 13.9 ㎜의 EFL 및 24.4도의 FOV을 갖는 줌 위치 Z5에서의 횡 광선 수차 플롯을 도시한다.

도46은 본 발명의 제4 실시예에 따른, 100 ㎜의 피사체 거리 및 13.9 ㎜의 EFL 및 25.2도의 FOV을 갖는 줌 위치 Z6에서의 횡 광선 수차 플롯을 도시한다.

양호한 실시예들의 하기 설명에서, 그 일부를 형성하고 본 발명이 수행될 수도 있는 예시 특정 실시예에 의해 도시되는 첨부 도면이 참조된다. 다른 실시예들이 이용될 수도 있고 본 발명의 양호한 실시예들의 범위를 벗어나지 않으면서 구조적 변경이 이루어질 수도 있다는 것을 이해할 수 있다.

본 발명의 실시예는 최단 초점 길이에서 큰 줌 비율 및 넓은 시야의 단지 2개 또는 3개의 독립적 이동식 렌즈 그룹을 갖고 2.4 ㎛의 픽셀 크기를 갖는 3 메가픽셀 클래스 센서에 이용되도록 충분한 성능을 갖는 선택적으로 회전 가능한 복합 렌즈 설계에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들에 따른 복합 렌즈 시스템은 비열화를 위해 그리고 포커싱 그룹으로서 줌잉 그룹을 이용할 수도 있어서, 비교적 단순한 기계적 구조를 유지한다.

예시적인 제1 실시예. 도1은 확인되는 렌즈 요소 및 표면을 갖는 선택적으로 회전 가능한 복합 줌 렌즈의 예시적인 제1 실시예의 폴딩되지 않은 레이아웃을 도시한다. (회전 특징이 없는) 제1 실시예의 상세는 대략적으로 다음과 같다.

줌 비율: 5.5:1

초점 길이: 2.5 내지 13.9 ㎜

구경(aperature): f/2.8 내지 f/6.0

풀 시야(full field of view): 100.4도 내지 24.4도

35 ㎜ 스틸 환산치: 18 ㎜ 내지 100 ㎜

35 ㎜ 씨네(Cine) 환산치: 12 ㎜ 내지 67 ㎜

폴딩되지 않은 정점 길이: 69.5 ㎜

포맷: 1/3" (6 ㎜ 대각선)

폴딩된 패키지 사이즈: 34.6 ㎜ x 16.7 ㎜ x 8.2 ㎜

출사 주광선(Chief Ray) 각도: 줌 범위에 걸쳐서 19.7도보다 작음

이러한 예시적인 제1 실시예에서, 줌 범위에 포함되는 초점 길이는 약 18 ㎜ 내지 100 ㎜의 35 ㎜ 스틸 카메라 환산치를 갖는다. 짧은 초점 길이 위치에서의 100도 이상의 초광 시야가 이 설계의 주요한 특징이다. 이에 불구하고, 전방 요소 직경은 현저하게 작으며, 폴딩된 패키지 사이즈는 매우 소형이다. 단일 줌에서의 초점 길이의 이러한 범위는 소비자 지향적 광학 시스템에서 예외적이며, 이전에 도달 가능하지만 매우 바람직한 초광역 대 짧은 망원 범위(ultra wide to short-tele range)를 포함한다.

이 설계를 특히 흥미롭게 하는 것은 초광각 시작 지점이다. 100도보다 큰 광각 시야를 갖는 종래의 비복합 줌 렌즈는 당해 분야에 공지되어 있지만, 이들은 통상적으로 단지 약 2:1의 줌 비율을 갖는다.

복합 줌 기술이 광역 광각 광학에 유일한 성능을 제공하더라도, 이는 정점 길이가 상당히 길어지는 경향이 있는 단점을 갖는다. 이 경우에, 정점 길이는 69.6 ㎜이다. 시스템이 콤팩트 패키지에 이용되게 하기 위해, 2개의 폴드 프리즘이 설계에 포함되었다. 이들 폴드 프리즘은 시스템이 약 34.6 ㎜ x 16.7 ㎜ x 8.2 ㎜의 패키지 사이즈에 맞도록 제공된다. 다른 구성이 가능하다는 것을 주의해야 한다. 폴드 프리즘이 제거된다면, 정점 길이를 약 10 내지 15 ㎜만큼 짧게 하는 것이 가능하며, 이는 일부 적용물에서 수용될 수 있거나 더욱 바람직할 수 있다.

시스템의 작동 거리는 화상 평면 바로 앞에 제3 폴드 미러 또는 프리즘을 배치시키기에 충분하다. 이러한 제3 폴드 미러 또는 프리즘은 센서 배치를 단순화하는 데 이용될 수 있거나, 트루 SLR 광학 뷰파인더를 합체하는 데 이용될 수도 있다.

도1에 도시된 본 발명의 예시적인 제1 비회전식 실시예에서, 첨부된 도면 및 표와 함께 이제 상세히 설명될 것이다. 도1을 참조하면, 각 렌즈 요소는 1 내지 14의 숫자로 확인되며, 각 렌즈 요소의 전체적인 구성이 도시되지만, 각 렌즈 표면의 실제 반경은 하기 표에 기재된다. 렌즈 표면은 S1 내지 S29의 숫자가 후속되는 문자 "S"로 확인된다.

예컨대 이중 렌즈 구성요소(1D)에 있어서 일치하는 대향 렌즈 표면들이 단일 표면 숫자 S12로 주어지는 것을 제외하고, 도1에 도시된 바와 같이 렌즈 요소 1은 렌즈 표면(S1) 및 렌즈 표면(S2)를 갖고 렌즈 요소 5는 렌즈 표면(S9) 및 렌즈 표면(S10)을 갖는 등과 같이, 각 렌즈 요소는 분리되지만 연속된 표면 숫자에 의해 확인되는 그의 대향 표면들을 갖는다. 예컨대, 이중 1D는 전방 렌즈 표면(S11) 및 후방 렌즈 표면(S12)를 갖는 렌즈 요소(6)와, (일치하는) 전방 렌즈 표면(S12) 및 후방 렌즈 표면(S13)를 갖는 렌즈 요소(7)로 구성된다. 실상 표면은 숫자 S29로 확인된다. 모든 렌즈 표면들은, 구면이 아니고 평면이 아니지만 광축에 대해 회전식으로 대칭인 비구면 표면인 렌즈 표면들(S3, S4, S18, S20, S22 및 S23)을 제외하고 구면이다.

렌즈 요소들의 상세한 특징을 기술하기 전에, 렌즈 그룹 및 이들의 축방향 위치 및 이동에 대한 폭넓은 설명이, 본 발명의 예시적인 제1 실시예의 줌 렌즈 시스템(50)에 주어질 것이다.

촬영될(photographed) 피사체에 대향하는 단부, 즉 도1에서 좌측 단부로부터 시작하면, 제1 렌즈 그룹(51)은 제1 렌즈 서브그룹(52) 및 제1 줌 서브그룹(53)을 포함한다. 제1 렌즈 서브그룹(52)은 네거티브 파워(negative-powered) 서브그룹이며, 피사체 공간으로부터의 광을 모으고 (φ로 확인되는) 광축에 대해 주광선의 각도를 감소시키는 단일 렌즈 요소(1-4)를 포함한다. 제1 줌 서브그룹(53)은 포지티브 파워(positive-powered) 서브그룹이며, 단일(singlet) 렌즈 요소(5)와, 렌즈 요소(6) 및 렌즈 요소(7)로 구성되는 제1 이중(1D)과, 단일 렌즈 요소(8)를 포함한다. 제2 렌즈 그룹(54)은 고정식이며, 포지티브 파워 그룹이며, 프리즘 요소(9), 단일 렌즈 요소(10) 및 요소(10) 근처에 또는 요소(10) 내부에 위치되는 중간 화상을 포함한다. 렌즈 요소(10)는 필드(field) 렌즈로서 지칭될 수도 있다. 제3 렌즈 그룹(55)은 제2 줌 서브그룹(56) 및 제3 줌 서브그룹(57)을 포함한다. 제2 줌 서브그룹(56)은 포지티브 파워 서브그룹이고 S26에서 광학 스톱(optical stop)을 포함하고 단일 렌즈 요소(11 내지 13)을 포함하며, 제4 줌 서브그룹(57)은 단일 렌즈 요소(14)를 포함한다. 본 출원을 통해서, 용어 "줌(zoom)"은 적어도 하나의 요소에 대해 상 공액(image conjugate)에 대한 피사체 공액(object conjugate)의 배율을 변경시키는 적어도 하나의 요소를 지칭한다. 전술한 다양한 그룹 및 서브그룹은 렌즈 유닛 또는 부분으로서 보여질 수 있으며, 제1 렌즈 유닛 또는 부분은 필드 렌즈의 피사체측 상에 모든 렌즈 요소를 포함하도록 한정될 수 있는 반면, 제2 렌즈 유닛 또는 부분은 필드 렌즈의 화상측 상에 모든 렌즈 요소를 포함하도록 한정될 수 있다.

본 발명의 예시적인 제1 실시예의 각 렌즈 요소의 포지티브 또는 네거티브 파워는 하기에 표1에 기재되어 있다. 전술된 바와 같이, 렌즈들의 각 그룹의 얻어진 광학 파워는 다음과 같다. 제1 렌즈 서브그룹(52)은 네거티브이고, 제1 줌 서브그룹(53)은 포지티브이고, 제2 렌즈 그룹(54)은 포지티브이고, 제2 줌 서브그룹(56)은 포지티브이고, 제3 줌 서브그룹(57)은 포지티브이다.

예시적인 제1 실시예의 광학 설계는 PP 릴레이가 후속되는 NP 커널을 포함한다. 전체적으로 3개의 독립적 이동식 그룹이 있다: 피사체측 상에 1개와 중간 화상의 화상측 상에 2개가 있다. 전방 네거티브 파워 그룹은 폴드 프리즘들 양자 모두와 같이 화상 평면에 대해 고정되어 있다. 5.5:1의 줌 비율은 시장에서 일반적으로 대부분의 콤팩트 디지털 카메라에서 찾을 수 있는 것보다 크며, 100.4도의 넓은 단부에서의 시야는 임의의 일반적인 콤팩트 디지털 카메라보다 훨씬 더 넓다.

2개의 독립적 이동식 포지티브 그룹을 포함하는 PP 릴레이는, 전체로서 시스템의 단순화에 상당히 기여하는 매우 단순한 구조를 갖는다. 그룹 양자 모두는 포지티브이기 때문에, 요소들의 전체 개수는 매우 높은 화질을 유지하면서 최소화된다.

시스템의 구경은 약 f/2.8 내지 f/6.0의 범위에 있지만, 약 2.5 ㎜ 초점길이로부터 5.5 ㎜ 초점길이까지 약 f/2.8에서 일정하다. 약 5.5 ㎜로부터 13.9 ㎜까지, 구경은 f/2.8으로부터 f/6.0으로 점진적으로 떨어진다.

줌 서브그룹들(53, 56 및 57)의 각각은, 이들의 위치에 따라 포커싱, 줌잉 및 비열화를 위해 광축을 따라 양 방향으로 이동 가능하다. 특히, 3개의 줌 서브그룹들(53, 56 및 57) 중 적어도 2개는 줌잉을 위해 광축을 따라 동시에 이동 가능하며, 또한 줌 서브그룹들(53, 56 및 57) 중 적어도 1개는 포커싱 및/또는 열 보정을 위해 광축을 따라 이동 가능할 수도 있다. 고정식 제1 렌즈 서브그룹(52) 및 제2 렌즈 그룹(54)은 줌잉 중에 실상 표면(S29)으로부터의 고정 거리에서 고정되어 유지된다. 도1의 상부 부분에서의 양단부에 화살촉을 갖는 수평 화살표는 줌 서브그룹들(53, 56 및 57)의 각각이 양 축방향이지만 모노토닉(monotonic) 방식으로, [즉, 조정부의 일 극단(extreme)으로부터 다른 극단으로 진행할 때 일 방향으로만] 이동 가능하다는 것을 나타낸다.

단지 렌즈 요소들이 물리적으로 도1에 도시되지만, 렌즈 요소를 지지하고 종래의 렌즈 하우징 또는 배럴에서 이동식 그룹의 축방향 이동을 발생시키기 위해 종래의 기계적 장치 및 기구가 제공된다는 것을 이해할 수 있다.

전술된 예시적인 제1 실시예(50)의 렌즈 구조 및 제조 데이터는 하기 표1에 기재되어 있으며, 이는 본 출원을 통해 광학 다이어그램을 생성하는 데 또한 이용되었고 미국 캘리포니아주 샌디에고 제맥스 디벨롭먼트 코포레이션(ZEMAX Development Corporation)으로부터 상업적으로 입수 가능한 ZEMAX^® 광학 설계 소프트웨어에 의해 생성된 데이터로부터 추출된다. 표들을 포함하는 본 명세서를 통해, 나노미터(㎚) 단위인 파장, 약 587.6 ㎚의 파장에서의 굴절률인 n_d로 주어지는 굴절률, 및 글래스의 분산으로 표시되고 _d=(n_d-1)/(n_f-n_c)로 주어지고 여기서 n_f는 약 486.1㎚에서의 굴절률이고 n_c는 약 653.3 ㎚에서의 굴절률인 아베수(Abbe #)를 제외하고, 모든 측정값은 밀리미터(㎜) 단위이다. 아베수가 클수록, 분산은 작아진다는 것을 주의하도록 한다.

표1에서, 제1 열 "항목(ITEM)"은 도1에서 사용된 것과 동일한 숫자 또는 라벨을 갖는 각 광학 요소를 확인한다. 제2 및 제3 열은 도1에서 사용된 동일한 숫자로 광학 요소(렌즈)가 속한 "그룹(Group)" 및 "서브그룹(Subgroup)"을 각각 확인한다. 제4 열 "표면(Surface)"은 도1에서 확인된 바와 같이 렌즈들의 각각의 실제 표면들 및 스톱[조리개(iris)](S26)의 표면 숫자들의 리스트이다. 제5 열 "줌 위치(Zoom Position)"는 보다 완전하게 하기에 설명되는 바와 같이 제4 열에 열거된 표면들 중 일부 사이의 거리(간격)의 변화가 있는, (도2 내지 도4에 도시된) 줌 서브그룹들(53, 56 및 57)의 3개의 통상적인 줌 위치들(Z1 내지 Z3)를 확인한다. 제목이 "곡률반경(Radius of Curvature)"으로 기재되어 있는 제6 열은, 각 표면에 대한 광학 표면 곡률 반경의 리스트이며, 음 기호(-)는 도1에 도시된 바와 같이 곡률반경의 중심이 표면의 좌측에 있는 것이며, "무한(Infinity)"은 광학적으로 편평한 표면을 의미한다. 표면들(S3, S4, S18, S20, S22 및 S23)에 있어서의 별표(*)는, 이들 표면이 "곡률반경"이 베이스 반경인 비구면 표면인 것을 나타내며, 이들 2개의 표면에 있어서의 식 및 계수는 *(별표)에서 표1에 각주로서 기재되어 있다. 제7 열 "두께 또는 간격(Thickness or Separation)"은 표면(제4 열)과 후속 표면 사 이의 축방향 거리이다. 예컨대, 표면(S2)와 표면(S3) 사이의 거리는 1.137 ㎜이다.

표1의 제8 열 및 제9 열은 각 렌즈 요소의 굴절률 및 아베수를 제공한다. "구경 직경(Aperture Diameter)"으로 기재된 표1의 마지막 열은 광선이 지나가는 각 표면에 대한 최대 직경을 제공한다. 스톱 표면(S26)을 제외한 모든 최대 구경 직경은, 6 ㎜의 화상 대각선과, 최단 초점 거리에서의 f/2.8로부터 최장 초점 길이에서의 f/6.0까지의 범위에 있는 상대 구경을 가정하여 계산된다. 줌 위치들(Z1 내지 Z3)에 있어서의 스톱 표면(S26)의 최대 구경 직경은 각각 2.052 ㎜, 2.301 ㎜ 및 1.642 ㎜이다. 줌 위치들(Z1 내지 Z3)에 있어서의 상대 구경(f-수)은 각각 f/2.8, f/2.8 및 f/6.0이다.

*비구면 표면(S3, S4, S18, S20, S22 및 S23)의 표면 프로파일은 하기의 종래 방정식에 적용된다.

여기서, CURV=1/(곡률반경)

Y= 광축에 대해 직각으로 측정되는 구경 높이

K, A, B, C, D=계수

Z=광축의 폴(pole)(즉, 축방향 정점)로부터 광축을 따라 측정되는 경우, 소정의 Y값에 대한 표면 프로파일의 위치

항목2의 표면(S3)에 대한 계수는

이다.

항목2의 표면(S4)에 대한 계수는

이다.

항목10의 표면(S18)에 대한 계수는

이다.

항목11의 표면(S20)에 대한 계수는

이다.

항목12의 표면(S22)에 대한 계수는

이다.

항목12의 표면(S23)에 대한 계수는

이다.

표1에서의 전술한 각주 *는 값 Z에 대한 비구면 표면들(S3, S4, S18, S20, S22 및 S23)의 형상을 계산하기 위한 방정식을 포함하며, 여기서 CURV는 표면의 폴에서의 곡률이고, Y는 글래스의 표면 상의 특정 지점의 광축으로부터의 거리 또는 높이이고, K는 원추 계수이고, A, B, C 및 D는 각각 4차 변형 계수, 6차 변형 계수, 8차 변형 계수 및 10차 변형 계수이다. 본 발명의 범위 및 다능성(versatility)을 설명하기 위해 전술된 바와 같이, 3개의 이동식 줌 서브그룹에 대한 3개의 상이한 위치들에 특정 데이터를 제공하는 표1의 데이터에 기재된 3개의 상이한 줌 위치들(Z1, Z2 및 Z3)이 있다. 줌 위치들(Z1, Z2 및 Z3)은 줌 서브그룹들(53, 56 및 57)의 3개의 위치들을 대표하는데, 줌 위치(Z1 및 Z3)는 극단(extreme) 위치들이고, 줌 위치(Z2)는 중간 위치이다. 물론, 연속적인 줌잉은 극단 줌 위치(Z1)와 극단 줌 위치(Z3) 사이에서 가능하다는 것과, 연속적인 줌잉의 임의의 조합은 렌즈 시스템(50)으로 기재된 줌 범위 내에서 가능하다는 것이 이해될 것이다.

렌즈 시스템(50)의 유효 초점 길이(EFL), 풀 시야(FFOV) 및 F-수는 상이한 줌 위치들에 대해 변한다. 도2 내지 도4를 이제 참조하면, 줌 렌즈 시스템(50)에는 다양한 줌 위치들에서의 줌 그룹 및 이들 위치들에 대한 광선 트레이스(trace)가 도시되어 있다. 도2는 EFL이 약 2.5 ㎜이고 FFOV가 약 100.4°이고 F-수가 약 2.8인 것으로 데이터가 표1에 기재된 줌 위치(Z1)을 나타낸다. 도3은 EFL이 약 5.7 ㎜이고 FFOV가 약 55.8°이고 F-수가 약 2.8인, 표1에서의 줌 위치(Z2)을 나타낸다. 도4는 EFL이 약 13.9 ㎜이고 FFOV가 약 24.4°이고 F-수가 약 6.0인, 표1에서의 줌 위치(Z3)을 나타낸다.

표1에 기재된 개별 렌즈 요소들(항목 1 내지 항목 14) 및 렌즈 요소들 사이의 간격에 대한 상세로부터, 각 렌즈 요소의 초점 길이 및 이 후 렌즈 요소들의 각 그룹[즉, 제1 렌즈 그룹(52), 제1 줌 서브그룹(53), 제2 렌즈 그룹(54), 제2 줌 서브그룹(56) 및 제3 줌 서브그룹(57)]은 전술된 ZEMAX^® 광학 설계 소프트웨어를 이용하여 계산될 수도 있으며, 이들 계산된 그룹 초점 길이는 다음과 같다:

제1 렌즈 그룹(52)(요소 1 내지 요소 4)= -6.419 ㎜

제1 줌 서브그룹(53)(요소 5 내지 요소 8)= 9.351 ㎜

제2 렌즈 그룹(54)(요소 9 및 요소 10)= 7.768 ㎜

제2 줌 서브그룹(56)(요소 11 내지 요소 13)= 7.610 ㎜

제3 줌 서브그룹(57)(요소 14)= 7.161 ㎜

또한, 예시적인 제1 실시예(50)에는, 광선이 그 지점에서 통과할 수 있는 구경의 직경을 제어하고 이에 의해 정지되도록 직경을 넘어 반경 방향으로 줌 렌즈 시스템에서 임의의 광선을 발생시키는 표면(S26)에서의 하나의 광학 스톱이 제공된다는 것을 주의해야 한다. 광학 스톱은 물리적 조리개가 위치되는 위치이다. 조리개는 제2 줌 서브그룹(56)의 단부에 또는 그 내부에 위치되며, 그 줌 서브그룹과 함께 이동한다. 예컨대 도4에서의 림 레이(rim ray)는 여분의 공간을 갖는 S26을 통과하는 한편, 도3에서의 림 레이는 이들이 광학 스톱을 통과함에 따라 S26의 극단 에지와 거의 접촉하고 있다는 것을 주의하도록 한다. 이는 초점 길이가 증가함에 따라 S26에 위치된 조리개가 개방되어야 한다는 것을 보여준다. 화상에서 일정한 f-수를 유지하기 위해, 조리개는 "줌"해야 하거나 변경하여야 한다. 즉, 조리개는 일정한 구경을 위해 조정되어야 한다. 분리된 캠은 줌잉 중에 조리개를 개방하거나 폐쇄하는 데 이용될 수도 있다. 또한, 표1에 기재된 모든 렌즈 요소 표면 구경은 도2 내지 도4에 도시된 바와 같이 모든 초점 및 줌 위치에서 필드 스톱(field stop)으로서 작용한다.

3개의 줌 서브그룹들(53, 56 및 57)은 각각 독립적으로 축방향으로 이동 가능하며, 이들의 개별 이동은 원하는 포커싱, 줌잉 및 비열화 기능을 달성하기 위해, 캠 등과 같은 종래의 기계 장치와 같은 임의의 편의 수단에 의해 통합된다.

줌 렌즈 시스템(50)은 제2 줌 서브그룹(56) 내에 위치되는 조리개(S26)를 갖고, 이에 따라 조리개(S26)는 축방향으로 이와 함께 이동한다. 조리개(S26)의 구경의 크기는 표1에 열거된 최대 구경 직경에 대해, 전술된 바와 같이 제2 줌 서브그룹(56)이 축방향으로 이동함에 따라 조정되며, 표1에서 그 최대값으로 주어진다.

도5는 예시적인 제1 실시예의 시스템의 3차원 도면을 도시한다. 도5에 도시된 바와 같이, 전방의 2개의 요소 및 2개의 필드 렌즈는 벌크(bulk)를 최소화하도록 비회전식 실시예에서 직사각형 프로파일로 절두될(truncate) 수 있다. 도6 및 도7은 전체 치수를 갖는 폴딩된 비회전식 시스템의 2개의 상이한 도면을 도시한다.

본 출원을 통해 기재되고 도시된 상세, 성능 및 광학 법칙은 비회전 복합 줌렌즈에 통상적으로 대응한다. 그러나, 복합 줌 렌즈의 선택적 회전 성능이 도5에 도시되어 있다. 일 실시예에서, 제1 폴드 프리즘(500) 및 (회전식 실시예에서 절두되는 대신에 원형일 수 있는) 전방 요소(502)는 화살표(510)로 표시된 바와 같이 렌즈 요소(508) 및 제1 폴드 프리즘(500)의 화상측 상의 프리즘들 및 모든 다른 렌즈 요소들에 대해 광축(506)을 중심으로 일 유닛으로서 회전될 수도 있다. 그러나, 대체 실시예에서, 회전은 렌즈 요소들(512) 중 임의의 렌즈 요소 사이에서 발생할 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 폴드 프리즘(514) 및 제2 폴드 프리즘(514)의 피사체측 상의 모든 요소들 및 프리즘들은 화살표(518)로 표시된 바와 같이 제2 폴드 프리즘(514)의 화상측 상의 요소들 및 프리즘들에 대해 광축(516)을 중심으로 일 유닛으로서 회전할 수도 있다. 요소(520)는 회전식 실시예에서 절두되는 대신에 원형일 수도 있다는 것을 주의하기로 한다. 그러나, 대체 예에서, 회전은 렌즈 요소(524) 중 임의의 렌즈 요소 사이에서 발생할 수 있다. 다른 대체 실시예에서, 회전 양자 모두가 가능하다. 이들 회전은 예컨대 복합 줌 렌즈들의 일부가 폴더 핸드폰의 힌지에 위치되게 할 수도 있다.

또한, 본 명세서에 기재되고 도시되는 일례의 상세, 성능 및 광학 법칙을 유지하고 비네팅하는(vignetting) 것을 방지하기 위해, 본 발명의 회전식 실시예는 검출기가 정사각형 종횡비를 가질 것을 요구하며, 검출기의 각 측부는 본 명세서에 기재된 비회전식 실시예의 광학 법칙에 의해 형성되는 직사각형 화상의 최소 치수와 동등하다는 것을 이해할 수 있다. 다르게는, 본 명세서에 기재된 비회전식 실시예의 광학 법칙에 의해 형성되는 화상을 유지하고 비네팅하는 것을 방지하기 위해, 본 발명의 회전식 실시예는 보다 큰 프리즘에 제공하고 다른 렌즈 요소들에 대한 변경을 제공하기에 당해 기술 분야의 숙련자들의 능력 내에 있고 부적당한 실험을 요구하지 않는, 광학 법칙에 대한 몇몇 수정을 요구한다. 이렇게 함으로써, 직사각형 화상 또는 임의의 화상 형상은 줌 렌즈가 회전되는 방법과 무관하게 얻어질 수도 있다.

이제 도8 내지 도10을 참조하면, 줌 위치들(Z1 내지 Z3)에 대한 광선 수차 그래프는 각각, 3개의 파장(486 ㎚, 588 ㎚ 및 656 ㎚)에 대해 그리고 상부 좌측 코너에서의 0 필드 높이(field height) 및 하부 우측 코너에서의 45°의 최대 필드 높이를 갖는 6개의 분리된 쌍의 그래프로 종래의 방식으로 도시된다. 각 쌍에서의 좌측 그래프는 Y-팬(Y-FAN)인 반면, 각 쌍에서의 우측 그래프는 X-팬(X-FAN)이다. 수직축 상의 각 구간 표시는 10마이크로미터를 나타내며, 따라서 최대 스케일은 +/-50 마이크로미터이다. 당해 기술 분야의 숙련자에게 용이하게 이해되는 바와 같이, 이들 성능 곡선은 모든 3개의 줌 위치들에서 줌 렌즈 시스템이 현재의 브로드캐스트 텔레비전 NTSC 품질을 위해 그리고 HDTV 브로드캐스트 텔레비전 품질을 위해 매우 잘 수행한다는 것을 입증한다.

예시적인 제2 실시예. 도11은 확인되는 렌즈 요소 및 표면을 갖는 선택적으로 회전 가능한 복합 줌 렌즈의 예시적인 제2 실시예의 폴딩되지 않은 레이아웃을 도시한다. 예시적인 제2 실시예는 예시적인 제1 실시예와 상세 및 성능이 유사하지만, 커널 내에 2개의 이동식 그룹과, 릴레이 내에 단 1개의 이동식 그룹을 사용한다.

(회전 특징이 없는) 제2 실시예의 상세는 대략적으로 다음과 같다.

줌 비율: 5.5:1

초점 길이: 2.5 내지 13.9 ㎜

구경: f/2.8 내지 f/6.0

풀 시야: 100.4도 내지 24.4도

35 ㎜ 스틸 환산치: 18 ㎜ 내지 100 ㎜

35 ㎜ 씨네 환산치: 12 ㎜ 내지 67 ㎜

폴딩되지 않은 정점 길이: 69.5 ㎜

포맷: 1/3" (6 ㎜ 대각선)

폴딩된 패키지 사이즈: 34.5 ㎜ x 15.1 ㎜ x 9.4 ㎜

출사 주광선 각도: 줌 범위에 걸쳐서 24.7도보다 작음

예시적인 제1 실시예에서와 같이, 예시적인 제2 실시예의 줌 범위에 포함되는 초점 길이는 약 18 ㎜ 내지 100 ㎜의 35 ㎜ 스틸 카메라 환산치를 가지며, 전방 요소 직경은 매우 작으며, 폴딩된 패키지 사이즈는 매우 소형이다.

예시적인 제2 실시예의 정점 길이는 약 69.5 ㎜이며, 시스템이 약 34.5 ㎜ x 15.1 ㎜ x 9.4 ㎜의 패키지 사이즈에 맞게 하도록 단일 폴드 프리즘이 제공된다. 다른 구성이 가능하다는 것을 주의해야 한다. 제1 렌즈 그룹 내에 포함되는 글래스 블록이 제2 폴드 프리즘으로서 이용될 수 있다. 폴드 프리즘이 제거된다면, 정점 길이를 약 10 내지 15 ㎜만큼 짧게 하는 것이 가능하며, 이는 일부 적용물에서 수용될 수 있거나 더욱 바람직할 수 있다.

도11에 도시된 본 발명의 예시적인 제2 비회전식 실시예에서, 첨부된 도면 및 표와 함께 이제 상세히 설명될 것이다. 도11을 참조하면, 각 렌즈 요소는 1 내지 14의 숫자로써 확인되며, 각 렌즈 요소의 전체적인 구성이 도시되지만, 각 렌즈 표면의 실제 반경은 하기 표에 기재된다. 렌즈 표면은 S1 내지 S29의 숫자가 후속되는 문자 "S"로 확인된다.

예컨대 이중 렌즈 구성요소(1D)에 있어서 일치하는 대향 렌즈 표면들이 단일 표면 숫자 S12로 주어지는 것을 제외하고, 도11에 도시된 바와 같이 렌즈 요소 1은 렌즈 표면(S1) 및 렌즈 표면(S2)를 갖고 렌즈 요소 5는 렌즈 표면(S9) 및 렌즈 표면(S10)을 갖는 등과 같이, 각 렌즈 요소는 분리되지만 연속된 표면 숫자에 의해 확인되는 그의 대향 표면들을 갖는다. 예컨대, 이중 1D는 전방 렌즈 표면(S11) 및 후방 렌즈 표면(S12)를 갖는 렌즈 요소(6)와, (일치하는) 전방 렌즈 표면(S12) 및 후방 렌즈 표면(S13)를 갖는 렌즈 요소(7)로 구성된다. 살상 표면은 숫자 S29로 확인된다. 모든 렌즈 표면들은, 구면이 아니고 평면이 아니지만 광축에 대해 회전식으로 대칭인 비구면 표면인 렌즈 표면들(S3, S4, S18, S20, S22 및 S23)을 제외하고 구면이다.

렌즈 요소들의 상세한 특징을 기술하기 전에, 렌즈 그룹 및 이들의 축방향 위치 및 이동에 대한 폭넓은 설명이, 본 발명의 예시적인 제2 실시예의 줌 렌즈 시스템(150)에 주어질 것이다.

촬영될 피사체에 대향하는 단부, 즉 도11에서 좌측 단부로부터 시작하면, 제1 렌즈 그룹(51)은 제1 렌즈 서브그룹(152), 제1 줌 서브그룹(153) 및 제2 줌 서브그룹(154)을 포함한다. 제1 렌즈 서브그룹(152)은 네거티브 파워 서브그룹이며, 피사체 공간으로부터의 광을 모으고 (φ로 확인되는) 광축에 대해 주광선의 각도를 감소시키는 단일 렌즈 요소(1-4)를 포함한다. 제1 줌 서브그룹(153)은 포지티브 파워 서브그룹이며, 단일 렌즈 요소(5)와, 렌즈 요소(6) 및 렌즈 요소(7)로 구성되는 제1 이중(1D)을 포함한다. 제2 렌즈 그룹(154)은 단일 렌즈 요소(8)을 포함한다. 제2 렌즈 그룹(155)은 고정식이며, 포지티브 파워 그룹이며, 프리즘 요소(9), 단일 렌즈 요소(10) 및 요소(10) 근처에 또는 요소(10) 내부에 위치되는 중간 화상을 포함한다. 렌즈 요소(10)는 필드 렌즈로서 지칭될 수도 있다. 제3 렌즈 그룹(156)은 포지티브 파워 서브그룹인 제3 줌 서브그룹(157)을 포함하고, S26에서 광학 스톱을 포함하고, 단일 렌즈 요소(11 내지 14)를 포함한다.

본 발명의 예시적인 제1 실시예의 각 렌즈 요소의 포지티브 또는 네거티브 파워는 하기에 표2에 기재되어 있다. 전술된 바와 같이, 렌즈들의 각 그룹의 얻어진 광학 파워는 다음과 같다. 제1 렌즈 서브그룹(152)은 네거티브이고, 제1 줌 서브그룹(153)은 포지티브이고, 제2 줌 서브그룹(154)은 포지티브이고, 제2 렌즈 그룹(155)은 포지티브이고, 제3 줌 서브그룹(157)은 포지티브이다.

예시적인 제2 실시예의 광학 설계는 P 릴레이가 후속되는 NPP 커널을 포함한다. 전체적으로 3개의 독립적 이동식 그룹이 있으며, 피사체측 상에 2개와 중간 화상의 화상측 상에 1개가 있다. 전방 네거티브 파워 그룹은 폴드 프리즘들 양자 모두와 같이 화상 평면에 대해 고정되어 있다. 5.5:1의 줌 비율은 시장에서 일반적으로 대부분의 콤팩트 디지털 카메라에서 찾을 수 있는 것보다 크며, 100.4도의 넓은 단부에서의 시야는 임의의 일반적인 콤팩트 디지털 카메라보다 극적으로 더욱 넓다.

1개의 독립적 이동식 포지티브 그룹을 포함하는 P 릴레이는, 전체로서 시스템의 단순화에 상당히 기여하는 매우 단순한 구조를 갖는다.

시스템의 구경은 약 f/2.8 내지 f/6.0의 범위에 있지만, 약 2.5 ㎜ 초점길이로부터 5.5 ㎜의 초점길이까지 약 f/2.8에서 일정하다. 약 5.5 ㎜로부터 13.9 ㎜까지, 구경은 f/2.8으로부터 f/6.0으로 점진적으로 떨어진다.

줌 서브그룹들(153, 154 및 156)의 각각은, 이들의 위치에 따라 포커싱, 줌잉 및 비열화를 위해 광축을 따라 양 방향으로 이동 가능하다. 특히, 3개의 줌 서브그룹들(153, 154 및 156) 중 적어도 2개는 줌잉을 위해 광축을 따라 동시에 이동 가능하다. 또한, 줌 서브그룹들(153 및 154)이 줌잉을 위해 광축을 따라 동시에 이동하고 있으며 줌 서브그룹(156)이 일시적으로 고정되어 있을 때, 줌 렌즈 시스템은 10 대 1보다 작은 줌 비율을 갖는다. 더욱이, 줌 서브그룹들(153, 154 및 156) 중 적어도 1개는 포커싱 및/또는 열 보정을 위해 광축을 따라 이동 가능할 수도 있다.

고정식 제1 렌즈 서브그룹(152) 및 제2 렌즈 그룹(155)은 줌잉 중에 실상 표면(S29)으로부터의 고정 거리에서 고정되어 유지된다. 도11의 상부 부분에서의 양단부에 화살촉을 갖는 수평 화살표는 줌 서브그룹들(153, 154 및 157)의 각각이 양 축방향이지만 모노토닉 방식으로[즉, 조정부의 일 극단으로부터 다른 극단으로 진행할 때 일 방향으로만] 이동 가능하다는 것을 나타낸다.

단지 렌즈 요소들이 물리적으로 도11에 도시되지만, 렌즈 요소를 지지하고 종래의 렌즈 하우징 또는 배럴에서 이동식 그룹의 축방향 이동을 발생시키기 위해 종래의 기계적 장치 및 기구가 제공된다는 것을 이해할 수 있다.

전술된 예시적인 제1 줌 렌즈 시스템 실시예(150)의 렌즈 구조 및 제조 데이터는 하기 표2에 기재되어 있다.

표2에서, 제1 열 "항목"은 도11에서 사용된 것과 동일한 숫자 또는 라벨을 갖는 각 광학 요소를 확인한다. 제2 및 제3 열은 도11에서 사용된 동일한 숫자로 광학 요소(렌즈)가 속한 "그룹" 및 "서브그룹"을 각각 확인한다. 제4 열 "표면"은 도11에서 확인된 바와 같이 렌즈들의 각각의 실제 표면들 및 스톱(조리개)(S26)의 표면 숫자들의 리스트이다. 제5 열 "줌 위치"는 보다 완전하게 하기에 설명되는 바와 같이 제4 열에 열거된 표면들 중 일부 사이의 거리(간격)의 변화가 있는, (도12 내지 도14에 도시된) 줌 서브그룹들(153, 154 및 157)의 3개의 통상적인 줌 위치들(Z1 내지 Z3)를 확인한다. 제목이 "곡률반경"으로 기재되어 있는 제6 열은, 각 표면에 대한 광학 표면 곡률 반경의 리스트이며, 음 기호(-)는 도11에 도시된 바와 같이 곡률반경의 중심이 표면의 좌측에 있는 것이며, "무한"은 광학적으로 편평한 표면을 의미한다. 표면들(S3, S4, S18, S20, S22 및 S23)에 있어서의 별표(*)는 이들 표면이 "곡률반경"이 베이스 반경인 비구면 표면인 것을 나타내며, 이들 2개의 표면에 있어서의 식 및 계수는 *(별표)에서 표2에 각주로서 기재되어 있다. 제7 열 "두께 또는 간격"은 표면(제4 열)과 후속 표면 사이의 축방향 거리이다. 예컨대, 표면(S2)와 표면(S3) 사이의 거리는 1.143 ㎜이다.

표2의 제8 열 및 제9 열은 각 렌즈 요소의 굴절률 및 아베수를 제공한다. "구경 직경"으로 기재된 표2의 마지막 열은 광선이 지나가는 각 표면에 대한 최대 직경을 제공한다. 스톱 표면(S26)을 제외한 모든 최대 구경 직경은, 6 ㎜의 화상 대각선과, 최단 초점 거리에서의 f/2.8로부터 최장 초점 길이에서의 f/6.0까지의 범위에 있는 상대 구경을 가정하여 계산된다. 줌 위치들(Z1 내지 Z3)에 있어서의 스톱 표면(S26)의 최대 구경 직경은 각각 1.989 ㎜, 2.185 ㎜ 및 1.569 ㎜이다. 줌 위치들(Z1 내지 Z3)에 있어서의 상대 구경(f-수)은 각각 f/2.8, f/2.8 및 f/6.0이다.

여기서, CURV=1/(곡률반경)

Y= 광축에 대해 직각으로 측정되는 구경 높이

K, A, B, C, D=계수

Z=광축의 폴(즉, 축방향 정점)로부터 광축을 따라 측정되는 경우, 소정의 Y값에 대한 표면 프로파일의 위치

항목2의 표면(S3)에 대한 계수는

이다.

항목2의 표면(S4)에 대한 계수는

이다.

항목10의 표면(S18)에 대한 계수는

이다.

항목11의 표면(S20)에 대한 계수는

이다.

항목12의 표면(S22)에 대한 계수는

이다.

항목12의 표면(S23)에 대한 계수는

이다.

표2에서의 전술한 각주 *는 값 Z에 대한 비구면 표면들(S3, S4, S18, S20, S22 및 S23)의 형상을 계산하기 위한 방정식을 포함하며, 여기서 CURV는 표면의 폴에서의 곡률이고, Y는 글래스의 표면 상의 특정 지점의 광축으로부터의 거리 또는 높이이고, K는 원추 계수이고, A, B, C 및 D는 각각 4차 변형 계수, 6차 변형 계수, 8차 변형 계수 및 10차 변형 계수이다. 본 발명의 범위 및 다능성을 설명하기 위해, 전술된 바와 같이, 3개의 이동식 줌 서브그룹에 대한 3개의 상이한 위치들에 특정 데이터를 제공하는 표2의 데이터에 기재된 3개의 상이한 줌 위치들(Z1, Z2 및 Z3)이 있다. 줌 위치들(Z1, Z2 및 Z3)은 줌 서브그룹들(153, 154 및 157)의 3개의 위치들을 대표하는데, 줌 위치(Z1 및 Z3)는 극단 위치들이고 줌 위치(Z2)는 중간 위치이다. 물론, 연속적인 줌잉은 극단 줌 위치(Z1)와 극단 줌 위치(Z3) 사이에서 가능하다는 것과, 연속적인 줌잉의 임의의 조합은 렌즈 시스템(150)으로 기재된 줌 범위 내에서 가능하다는 것이 이해될 것이다.

렌즈 시스템(150)의 유효 초점 길이(EFL), 풀 시야(FFOV) 및 F-수는 상이한 줌 위치들에 대해 변한다. 도12 내지 도14를 이제 참조하면, 줌 렌즈 시스템(150)에는 다양한 줌 위치들에서의 줌 그룹 및 이들 위치들에 대한 광선 트레이스가 도시되어 있다. 도12는 EFL이 약 2.5 ㎜이고 FFOV가 약 100.4°이고 F-수가 약 2.8인 것으로 데이터가 표2에 기재된 줌 위치(Z1)을 나타낸다. 도13은 EFL이 약 5.5 ㎜이고 FFOV가 약 56.8°이고 F-수가 약 2.8인, 표2에서의 줌 위치(Z2)을 나타낸다. 도14는 EFL이 약 13.9 ㎜이고 FFOV가 약 24.4°이고 F-수가 약 6.0인, 표2에서의 줌 위치(Z3)을 나타낸다.

표2에 기재된 개별 렌즈 요소들(항목 1 내지 항목 14) 및 렌즈 요소들 사이의 분리에 대한 상세로부터, 각 렌즈 요소의 초점 길이 및 이 후 렌즈 요소들의 각 그룹[즉, 제1 렌즈 그룹(152), 제1 줌 서브그룹(153), 제2 줌 서브그룹(154), 제2 렌즈 그룹(155) 및 제3 줌 서브그룹(157)]은 전술된 ZEMAX^? 광학 설계 소프트웨어를 이용하여 계산될 수도 있으며, 이들 계산된 그룹 초점 길이는 다음과 같다:

제1 렌즈 그룹(152)(요소 1 내지 요소 4)= -6.440 ㎜

제1 줌 서브그룹(153)(요소 5 내지 요소 7)= 11.084 ㎜

제2 줌 서브그룹(154)(요소 8)= 10.664 ㎜

제2 렌즈 그룹(155)(요소 9 및 요소 10)= 7.999 ㎜

제3 줌 서브그룹(157)(요소 11 내지 요소 14)= 5.197 ㎜

또한, 줌 렌즈 시스템(150)에는, 광선이 그 지점에서 통과할 수 있는 구경의 직경을 제어하고 이에 의해 정지되도록 직경을 넘어 반경 방향으로 줌 렌즈 시스템에서 임의의 광선을 발생시키는 표면(S26)에서의 하나의 광학 스톱이 제공된다는 것을 주의해야 한다. 광학 스톱은 물리적 조리개가 위치되는 위치이다. 조리개는 제2 줌 서브그룹(156)의 단부에 또는 그 내부에 위치되며, 그 줌 서브그룹과 함께 이동한다. 예컨대 도14에서의 림 레이는 여분의 공간을 갖는 S26을 통과하는 한편, 도13에서의 림 레이는 이들이 광학 스톱을 통과함에 따라 S26의 극단 에지와 거의 접촉하고 있다는 것을 주의하도록 한다. 이는 초점 길이가 증가함에 따라 S26에 위치된 조리개가 개방되어야 한다는 것을 보여준다. 화상에서 일정한 f-수를 유지하기 위해, 조리개는 "줌"해야 하거나 변경하여야 한다. 즉, 조리개는 일정한 구경을 위해 조정되어야 한다. 분리된 캠은 줌잉 중에 조리개를 개방하거나 폐쇄하는 데 이용될 수도 있다. 또한, 표2에 기재된 모든 렌즈 요소 표면 구경은 도12 내지 도14에 도시된 바와 같이 모든 초점 및 줌 위치에서 필드 스톱으로서 작용한다는 것을 주의하여야 한다.

3개의 줌 서브그룹들(153, 154 및 157)은 각각 독립적으로 축방향으로 이동 가능하며, 이들의 개별 이동은 원하는 포커싱, 줌잉 및 비열화 기능을 달성하기 위해, 캠 등과 같은 종래의 기계 장치와 같은 임의의 편의 수단에 의해 통합된다.

줌 렌즈 시스템(150)은 제3 줌 서브그룹(157) 내에 위치되는 조리개(S26)를 갖고, 이에 따라 조리개(S26)는 축방향으로 이와 함께 이동한다. 조리개(S26)의 구경의 크기는 표2에 열거된 최대 구경 직경에 대해, 전술된 바와 같이 제3 줌 서브그룹(157)이 축방향으로 이동함에 따라 조정되며, 표2에서 그 최대값으로 주어진다.

도15는 예시적인 제2 실시예의 시스템의 3차원 도면을 도시한다. 도15에 도시된 바와 같이, 필드 렌즈(1528)은 벌크를 최소화하도록 비회전식 실시예에서 직사각형 프로파일로 절두될 수 있다. 제1 렌즈 그룹에 포함되는 글래스 블록(1530)은 제2 폴드 프리즘으로서 이용될 수 있으나, 도18의 3차원 도면은 폴딩되지 않은 구조를 도시한다. 도16 및 도17은 전체 치수를 갖는 폴딩된 비회전식 시스템의 2개의 상이한 도면을 도시한다.

이제 도18 내지 도20을 참조하면, 줌 위치들(Z1 내지 Z3)에 대한 광선 수차 그래프는 각각, 3개의 파장(486 ㎚, 588 ㎚ 및 656 ㎚)에 대해 그리고 상부 좌측 코너에서의 0 필드 높이 및 하부 우측 코너에서의 45°의 최대 필드 높이를 갖는 6개의 분리된 쌍의 그래프로 종래의 방식으로 도시된다. 각 쌍에서의 좌측 그래프는 Y-팬인 반면, 각 쌍에서의 우측 그래프는 X-팬이다. 수직축 상의 각 구간 표시는 10마이크로미터를 나타내며, 따라서 최대 스케일은 +/-50 마이크로미터이다. 당해 기술 분야의 숙련자에게 용이하게 이해되는 바와 같이, 이들 성능 곡선은 모든 3개의 줌 위치들에서 줌 렌즈 시스템이 현재의 브로드캐스트 텔레비전 NTSC 품질을 위해 그리고 HDTV 브로드캐스트 텔레비전 품질을 위해 매우 잘 실행한다는 것을 입증한다.

예시적인 제3 실시예. 도21은 확인되는 렌즈 요소 및 표면을 갖는 선택적으로 회전 가능한 복합 줌 렌즈의 예시적인 제3 실시예의 폴딩되지 않은 레이아웃을 도시한다. 예시적인 제2 실시예는 예시적인 제1 및 제2 실시예들에 대한 상세 및 성능과 유사하지만, 다수의 독립적 이동식 그룹들의 개수가 정확히 2개로 감소되었다는 점에서 상기 2개의 실시예들보다 상당한 단순화를 나타낸다. 또한, 몇몇의 플라스틱 비구면 요소들은 제조성을 향상시키도록 합체된다. 이들 요소들에 선택된 플라스틱 재료는 상표명 Zeonex를 가지며, 내흡수성으로 인해 성형된 플라스틱 광학을 위한 선택의 재료로서 일반적으로 고려된다.

줌 비율: 4.8:1

초점 길이: 3.0 내지 13.9 ㎜

구경: f/3.0 내지 f/6.3

풀 시야: 90.0도 내지 24.4도

35 ㎜ 스틸 환산치: 21 ㎜ 내지 100 ㎜

35 ㎜ 씨네 환산치: 14 ㎜ 내지 67 ㎜

폴딩되지 않은 정점 길이: 80.6 ㎜

포맷: 1/3" (6 ㎜ 대각선)

폴딩된 패키지 사이즈: 42.2 ㎜ x 20.5 ㎜ x 8.0 ㎜

출사 주광선 각도: 줌 범위에 걸쳐서 20.0도보다 작음

예시적인 제3 실시예의 줌 범위에 포함되는 초점 길이는 약 21 ㎜ 내지 100 ㎜의 35 ㎜ 스틸 카메라 환산치를 가지며, 전방 요소 직경은 현저하게 작으며, 폴딩된 패키지 사이즈는 매우 소형이다.

정점 길이는 80.6 ㎜이며, 2개의 폴드 프리즘은 시스템이 약 42.2 ㎜ x 20.5 ㎜ x 8.0 ㎜의 패키지 사이즈에 맞도록 제공된다. 다른 구성이 가능하다는 것을 주의해야 한다. 정점은 180도 폴드 프리즘이 수밀리미터만큼 연장되었기 때문에 주로 상기 2개의 실시예에서보다 길다. 이러한 연장은 광로의 폴딩된 부분 사이의 갭을 확장하는 직접적인 효과를 가져서, 기계 및 전기 부품들에 많은 공간을 허용한다.

도21에 도시된 본 발명의 예시적인 제3 비회전식 실시예에서, 첨부된 도면 및 표와 함께 이제 상세히 설명될 것이다. 도21을 참조하면, 각 렌즈 요소는 1 내지 14의 숫자로 확인되며, 각 렌즈 요소의 전체적인 구성이 도시되지만, 각 렌즈 표면의 실제 반경은 하기 표에 기재된다. 렌즈 표면은 S1 내지 S28의 숫자가 후속되는 문자 "S"로 확인된다.

예컨대 이중 렌즈 구성요소(1D)에 있어서 일치하는 대향 렌즈 표면들이 단일 표면 숫자 S12로 주어지는 것을 제외하고, 도21에 도시된 바와 같이 렌즈 요소 1은 렌즈 표면(S1) 및 렌즈 표면(S2)를 갖고 렌즈 요소 5는 렌즈 표면(S9) 및 렌즈 표면(S10)을 갖는 등과 같이, 각 렌즈 요소는 분리되지만 연속된 표면 숫자에 의해 확인되는 그의 대향 표면들을 갖는다. 예컨대, 이중 1D는 전방 렌즈 표면(S11) 및 후방 렌즈 표면(S12)를 갖는 렌즈 요소(6)와, (일치하는) 전방 렌즈 표면(S12) 및 후방 렌즈 표면(S13)를 갖는 렌즈 요소(7)로 구성된다. 실상 표면은 숫자 S28로 확인된다. 모든 렌즈 표면들은, 구면이 아니고 평면이 아니지만 광축에 대해 회전식으로 대칭인 비구면 표면인 렌즈 표면들(S4, S18, S19, S20, S22 및 S23)을 제외하고 구면이다.

렌즈 요소들의 상세한 특징을 기술하기 전에, 렌즈 그룹 및 이들의 축방향 위치 및 이동에 대한 폭넓은 설명이, 본 발명의 예시적인 제3 실시예의 줌 렌즈 시스템(250)에 주어질 것이다.

촬영될 피사체에 대향하는 단부, 즉 도21에서 좌측 단부로부터 시작하면, 제1 렌즈 그룹(251)은 제1 렌즈 서브그룹(252) 및 제1 줌 서브그룹(253)을 포함한다. 제1 렌즈 서브그룹(252)은 네거티브 파워 서브그룹이며, 피사체 공간으로부터의 광을 모으고 (φ로 확인되는) 광축에 대해 주광선의 각도를 감소시키는 단일 렌즈 요소(1-4)를 포함한다. 제1 줌 서브그룹(253)은 포지티브 파워 서브그룹이며, 단일 렌즈 요소(5)와, 렌즈 요소(6) 및 렌즈 요소(7)로 구성되는 제1 이중(1D)과, 단일 렌즈 요소(8)를 포함한다. 제2 렌즈 그룹(254)은 고정식이며, 포지티브 파워 그룹이며, 프리즘 요소(9), 단일 렌즈 요소(10) 및 요소(10) 근처에 또는 요소(10) 내부에 위치되는 중간 화상을 포함한다. 렌즈 요소(10)는 필드 렌즈로서 지칭될 수도 있다. 제3 렌즈 그룹(255)은 포지티브 파워 서브그룹인 제2 줌 서브그룹(256)을 포함하고, S25에서 광학 스톱을 포함하고, 단일 렌즈 요소(11 내지 14)를 포함한다.

본 발명의 예시적인 제3 실시예의 각 렌즈 요소의 포지티브 또는 네거티브 파워는 하기에 표3에 기재되어 있다. 전술된 바와 같이, 렌즈들의 각 그룹의 얻어진 광학 파워는 다음과 같다. 제1 렌즈 서브그룹(252)은 네거티브이고, 제1 줌 서브그룹(253)은 포지티브이고, 제2 렌즈 그룹(254)은 포지티브이고, 제2 줌 서브그룹(256)은 포지티브이다.

광학 설계는 P 릴레이가 후속되는 NP 커널로 구성된다. 전체적으로 단 2개의 독립적 이동식 그룹이 있다. 피사체측 상에 1개와 중간 화상의 화상측 상에 1개가 있다. 이는 트루 줌 렌즈를 생성하기 위해 필요한 이동식 그룹의 최소 개수를 나타낸다. 전방 네거티브 파워 그룹은 폴드 프리즘들 양자 모두와 같이 화상 평면에 대해 고정되어 있다. 4.8:1의 줌 비율은 시장에서 일반적으로 대부분의 콤팩트 디지털 카메라에서 찾을 수 있는 것보다 크며, 90도의 넓은 단부에서의 시야는 임의의 일반적인 콤팩트 디지털 카메라보다 상당히 더욱 넓다.

시스템의 구경은 약 f/3.0 내지 f/6.0의 범위에 있지만, 약 3.0 ㎜ 초점길이로부터 6.0 ㎜ 초점길이까지 약 f/3.0에서 일정하다. 6.0 ㎜로부터 13.9 ㎜ 초점길이까지, 구경은 f/3.0으로부터 f/6.0으로 점진적으로 떨어진다.

이러한 2개의 그룹 복합 줌 구조의 큰 이점은 동일한 2개의 이동식 그룹이 우수한 화상 품질을 유지하면서, 줌잉뿐만 아니라 포커싱을 위해 이용될 수도 있다는 것이다. 그 결과 최외부 렌즈 그룹은 우수한 환경적 밀봉을 갖는 더욱 강한 광-기계 설계를 허용하는 렌즈 시스템의 모든 구성에 대해 완전히 고정되어 유지된다.

포커싱을 위한 최적 그룹 운동은 초점 길이 세팅에 좌우된다. 짧은 초점 길이에서, 포커싱을 위해 화상측 이동식 그룹을 이용하는 것이 바람직한 반면, 포커싱을 위해 피사체측 이동식 그룹을 이용하는 것이 바람직하다. 중간 초점 길이에 대해, 그룹 양자 모두의 조합된 운동이 이용될 수도 있다. 이들 바람직함이 일반적인 것이며, 실행하여, 포커싱을 위한 그룹 운동의 선택에서 많은 허용이 있다는 것을 주의하는 것이 중요하다. 이 설계를 100 ㎜의 피사체 거리로 포커싱하기 위해 선택되는 특정 그룹 운동은 가장 적은 가능한 그룹을 이동시키면서 우수한 화상 품질을 제공하도록 선택되었다. 이 경우, 큰 줌 범위에 걸쳐 포커싱하기 위해 정확히 1개의 그룹을 이동시키는 것이 가능하며, 2개의 그룹 운동은 줌 범위의 제한된 중간 부분에서 단지 요구된다.

더욱이, 줌잉 및 포커싱을 위해 이용되는 동일한 이동식 그룹은 열 보정을 위해 이용될 수 있다. 예컨대, 본 실시예에서, 20℃로부터 40℃까지의 온도의 증가는 전방 정점으로부터 대략 900 ㎜인 피사체 상의 포커싱에 대한 보정 환산치를 요구할 것이다. 이는 설계에 있어서 3개의 플라스틱 요소의 사용에도 불구하고 매우 작은 보정이며, 수차 보정에 거의 영향을 주지 않는다. 본 실시예의 특성은 거의 직선형이기 때문에, 이 렌즈는 약 0℃(32℉)로부터 약 40℃(104℉)까지의 범위에 걸쳐 작동할 수 있다. 이 범위는 적용 조건에 따라 확장될 수 있다.

줌 서브그룹들(253 및 256)의 각각은, 이들의 위치에 따라 포커싱, 줌잉 및 비열화를 위해 광축을 따라 양 방향으로 이동 가능하다. 특히, 줌 서브그룹(253 및 256) 중 적어도 1개는 포커싱 및 줌잉, 열 보정 및 줌잉, 또는 포커싱, 열보정 및 줌잉을 위해 광축을 따라 이동 가능할 수도 있다. 고정식 제1 렌즈 서브그룹(252) 및 제2 렌즈 그룹(254)은 줌잉 중에 실상 표면(S28)으로부터의 고정 거리에서 고정되어 유지된다. 도21의 상부 부분에서의 양단부에 화살촉을 갖는 수평 화살표는 줌 서브그룹들(253 및 256)의 각각이 양 축방향이지만 모노토닉 방식으로[즉, 조정부의 일 극단으로부터 다른 극단으로 진행할 때 일 방향으로만] 이동 가능하다는 것을 나타낸다.

단지 렌즈 요소들이 물리적으로 도21에 도시되지만, 렌즈 요소를 지지하고 종래의 렌즈 하우징 또는 배럴에서 이동식 그룹의 축방향 이동을 발생시키기 위해 종래의 기계적 장치 및 기구가 제공된다는 것을 이해할 수 있다.

전술된 예시적인 제1 렌즈 시스템(250)에 대한 렌즈 구조 및 제조 데이터는 하기 표3에 기재되어 있다.

표3에서, 제1 열 "항목"은 도21에서 사용된 것과 동일한 숫자 또는 라벨을 갖는 각 광학 요소를 확인한다. 제2 및 제3 열은 도21에서 사용된 동일한 숫자로 광학 요소(렌즈)가 속한 "그룹" 및 "서브그룹"을 각각 확인한다. 제4 열 "표면"은 도21에서 확인된 바와 같이 렌즈들의 각각의 실제 표면들 및 스톱(조리개)(S25)의 표면 숫자들의 리스트이다. 제5 열 "줌 위치"는 보다 완전하게 하기에 설명되는 바와 같이 제4 열에 열거된 표면들 중 일부 사이의 거리(간격)의 변화가 있는, (도22 내지 도24에 도시된) 줌 서브그룹들(253 및 256)의 6개의 통상적인 줌 위치들(Z1 내지 Z6)를 확인한다. 제목이 "곡률반경"으로 기재되어 있는 제6 열은, 각 표면에 대한 광학 표면 곡률 반경의 리스트이며, 음 기호(-)는 도21에 도시된 바와 같이 곡률반경의 중심이 표면의 좌측에 있는 것이며, "무한"은 광학적으로 편평한 표면을 의미한다. 표면들(S4, S18, S19, S20, S22 및 S23)에 있어서의 별표(*)는 이들 표면이 "곡률반경"이 베이스 반경인 비구면 표면인 것을 나타내며, 이들 2개의 표면에 있어서의 식 및 계수는 *(별표)에서 표3에 각주로서 기재되어 있다. 제7 열 "두께 또는 간격"은 표면(제4 열)과 후속 표면 사이의 축방향 거리이다. 예컨대, 표면(S2)와 표면(S3) 사이의 거리는 2.144 ㎜이다.

표3의 제8 열 및 제9 열은 각 렌즈 요소의 굴절률 및 아베수를 제공한다. "구경 직경"으로 기재된 표3의 마지막 열은 광선이 지나가는 각 표면에 대한 최대 직경을 제공한다. 스톱 표면(S25)을 제외한 모든 최대 구경 직경은, 6 ㎜의 화상 대각선과, 최단 초점 거리에서의 f/3.0로부터 최장 초점 길이에서의 f/6.3까지의 범위에 있는 상대 구경을 가정하여 계산된다. 줌 위치들(Z1 내지 Z6)에 있어서의 스톱 표면(S25)의 최대 구경 직경은 각각 2.414 ㎜, 2.426 ㎜, 2.548 ㎜, 2.500 ㎜, 1.986 ㎜ 및 1.790 ㎜이다. 줌 위치들(Z1 내지 Z6)에 있어서의 상대 구경(f-수)은 각각 f/3.0, f/3.0, f/3.0, f/3.1, f/6.0 및 f/6.6이다.

*비구면 표면(S4, S18, S19, S20, S22 및 S23)의 표면 프로파일은 하기의 종래 방정식에 적용된다.

여기서, CURV=1/(곡률반경)

Y= 광축에 대해 직각으로 측정되는 구경 높이

K, A, B, C, D, E, F, G=계수

항목2의 표면(S4)에 대한 계수는

이다.

항목10의 표면(S18)에 대한 계수는

이다.

항목10의 표면(S19)에 대한 계수는

이다.

항목11의 표면(S20)에 대한 계수는

이다.

항목12의 표면(S22)에 대한 계수는

이다.

항목12의 표면(S23)에 대한 계수는

이다.

표3에서의 전술한 각주 *는 값 Z에 대한 비구면 표면들(S4, S18, S19, S20, S22 및 S23)의 형상을 계산하기 위한 방정식을 포함하며, 여기서 CURV는 표면의 폴에서의 곡률이고, Y는 글래스의 표면 상의 특정 지점의 광축으로부터의 거리 또는 높이이고, K는 원추 계수이고, A, B, C, D, E, F 및 G는 각각 4차 변형 계수, 6차 변형 계수, 8차 변형 계수, 10차 변형 계수, 12차 변형 계수, 14차 변형 계수 및 16차 변형 계수이다. 본 발명의 범위 및 다능성을 설명하기 위해, 전술된 바와 같이, 2개의 이동식 줌 서브그룹에 대한 3개의 상이한 위치들에 특정 데이터를 제공하는 표3의 데이터에 기재된 6개의 상이한 줌 위치들(Z1 내지 Z6)이 있다. 줌 위치들(Z1, Z3 및 Z5)은 무한 거리 피사체를 위해 조정되는 줌 서브그룹들(253 및 256)의 3개의 위치들을 대표하는데, 줌 위치(Z1 및 Z5)는 극단 위치들이고 줌 위치(Z3)는 중간 위치이다. 물론, 연속적인 줌잉은 극단 줌 위치(Z1)와 극단 줌 위치(Z5) 사이에서 가능하다는 것과, 연속적인 줌잉의 임의의 조합은 렌즈 시스템(250)으로 기재된 줌 범위 내에서 가능하다는 것이 이해될 것이다. 줌 위치(Z2, Z4 및 Z6)은 렌즈 시스템의 전방 정점으로부터 100 ㎜에 위치된 피사체에 대해 조정되는 줌 서브 그룹(253 및 256)의 3개의 근접 초점(close-focus) 위치를 나타낸다. 줌 위치(Z2)는 100 ㎜ 피사체 거리에 대한 최단 초점 길이 위치인 점에서 줌 위치(Z1)에 대한 근접 초점 짝이다. 유사하게, 줌 위치들(Z4 및 Z6)은 각각 줌 위치들(Z3 및 Z5)에 대한 근접 초점 짝이다.

렌즈 시스템(250)의 유효 초점 길이(EFL), 풀 시야(FFOV) 및 F-수는 상이한 줌 위치들에 대해 변한다. 도22 내지 도24를 이제 참조하면, 줌 렌즈 시스템(250)에는 다양한 줌 위치들에서의 줌 그룹 및 이들 위치들에 대한 광선 트레이스가 도시되어 있다. 도22는 EFL이 약 3.0 ㎜이고 FFOV가 약 90.0°이고 F-수가 약 3.0인 것으로 데이터가 표3에 기재된 줌 위치(Z1)을 나타낸다. 도23은 EFL이 약 6.0 ㎜이고 FFOV가 약 53.4°이고 F-수가 약 3.0인, 표3에서의 줌 위치(Z2)를 나타낸다. 도24는 EFL이 약 13.9 ㎜이고 FFOV가 약 24.4°이고 F-수가 약 6.0인, 표3에서의 줌 위치(Z3)을 나타낸다.

표3에 기재된 개별 렌즈 요소들(항목 1 내지 항목 14) 및 렌즈 요소들 사이의 분리에 대한 상세로부터, 각 렌즈 요소의 초점 길이 및 이 후 렌즈 요소들의 각 그룹[즉, 제1 렌즈 그룹(252), 제1 줌 서브그룹(253), 제2 렌즈 그룹(254) 및 제2 줌 서브그룹(256)]은 전술된 ZEMAX^? 광학 설계 소프트웨어를 이용하여 계산될 수도 있으며, 이들 계산된 그룹 초점 길이는 다음과 같다:

제1 렌즈 그룹(252)(요소 1 내지 요소 4)= -6.510 ㎜

제1 줌 서브그룹(253)(요소 5 내지 요소 8)= 9.834 ㎜

제2 렌즈 그룹(254)(요소 9 및 요소 10)= 9.617 ㎜

제2 줌 서브그룹(256)(요소 11 내지 요소 14)= 6.687 ㎜

또한, 줌 렌즈 시스템(250)에는, 광선이 그 지점에서 통과할 수 있는 구경의 직경을 제어하고 이에 의해 정지되도록 직경을 넘어 반경 방향으로 줌 렌즈 시스템에서 임의의 광선을 발생시키는 표면(S25)에서의 하나의 광학 스톱이 제공된다는 것을 주의해야 한다. 광학 스톱은 물리적 조리개가 위치되는 위치이다. 조리개는 제2 줌 서브그룹(256)의 단부에 또는 그 내부에 위치되며, 그 줌 서브그룹과 함께 이동한다. 예컨대 도24에서의 림 레이는 여분의 공간을 갖는 S25을 통과하는 한편, 도23에서의 림 레이는 이들이 광학 스톱을 통과함에 따라 S25의 극단 에지와 거의 접촉하고 있다는 것을 주의하도록 한다. 이는 초점 길이가 증가함에 따라 S25에 위치된 조리개가 개방되어야 한다는 것을 보여준다. 화상에서 일정한 f-수를 유지하기 위해, 조리개는 "줌"해야 하거나 변경하여야 한다. 즉, 조리개는 일정한 구경을 위해 조정되어야 한다. 분리된 캠은 줌잉 중에 조리개를 개방하거나 폐쇄하는 데 이용될 수도 있다. 또한, 표3에 기재된 모든 렌즈 요소 표면 구경은 도22 내지 도24에 도시된 바와 같이 모든 초점 및 줌 위치에서 필드 스톱으로서 작용한다는 것을 주의하여야 한다.

2개의 줌 서브그룹들(253 및 256)은 각각 독립적으로 축방향으로 이동 가능하며, 이들의 개별 이동은 원하는 포커싱, 줌잉 및 비열화 기능을 달성하기 위해, 캠 등과 같은 종래의 기계 장치와 같은 임의의 편의 수단에 의해 통합된다.

줌 렌즈 시스템(250)은 제2 줌 서브그룹(256) 내에 위치되는 조리개(S25)를 갖고, 이에 따라 조리개(S25)는 축방향으로 이와 함께 이동한다. 조리개(S25)의 구경의 크기는 표3에 열거된 최대 구경 직경에 대해, 전술된 바와 같이 제2 줌 서브그룹(256)이 축방향으로 이동함에 따라 조정되며, 표3에서 그 최대값으로 주어진다.

도25는 예시적인 제1 실시예의 시스템의 3차원 도면을 도시한다. 도25에 도시된 바와 같이, 전방의 2개의 요소 및 2개의 필드 렌즈는 벌크를 최소화하도록 비회전식 실시예에서 직사각형 프로파일로 절두될 수 있다. 도26 및 도27은 전체 치수를 갖는 폴딩된 비회전식 시스템의 2개의 상이한 도면을 도시한다.

본 출원을 통해 기재되고 도시된 상세, 성능 및 광학 법칙은 비회전 복합 줌렌즈에 통상적으로 대응한다. 그러나, 복합 줌 렌즈의 선택적 회전 성능이 도25에 도시되어 있다. 일 실시예에서, 제1 폴드 프리즘(2500) 및 (회전식 실시예에서 절두되는 대신에 원형일 수 있는) 전방 요소(2502)는 화살표(2510)로 표시된 바와 같이 렌즈 요소(2508) 및 제1 폴드 프리즘(2500)의 화상측 상의 프리즘들 및 모든 다른 렌즈 요소들에 대해 광축(2506)을 중심으로 일 유닛으로서 회전될 수도 있다. 그러나, 대체 실시예에서, 회전은 렌즈 요소들(2512) 중 임의의 렌즈 요소 사이에서 발생할 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 폴드 프리즘(2514) 및 제2 폴드 프리즘(2514)의 피사체측 상의 모든 요소들 및 프리즘들은 화살표(2518)로 표시된 바와 같이 제2 폴드 프리즘(2514)의 화상측 상의 요소들 및 프리즘들에 대해 광축(2516)을 중심으로 일 유닛으로서 회전할 수도 있다. 요소(2520)는 회전식 실시예에서 절두되는 대신에 원형일 수도 있다는 것을 주의하기로 한다. 그러나, 대체 예에서, 회전은 렌즈 요소(2524) 중 임의의 렌즈 요소 사이에서 발생할 수 있다. 다른 대체 실시예에서, 회전 양자 모두가 가능하다. 이들 회전은 예컨대 복합 줌 렌즈들의 일부가 폴더 핸드폰의 힌지에 위치되게 할 수도 있다.

또한, 본 명세서에 기재되고 도시되는 일례의 상세, 성능 및 광학 법칙을 유지하고 비네팅하는 것을 방지하기 위해, 본 발명의 회전식 실시예는 검출기가 정사각형 종횡비를 가질 것을 요구하며, 검출기의 각 측부는 본 명세서에 기재된 비회전식 실시예의 광학 법칙에 의해 형성되는 직사각형 화상의 최소 치수와 동등하다는 것을 이해할 수 있다. 다르게는, 본 명세서에 기재된 비회전식 실시예의 광학 법칙에 의해 형성되는 화상을 유지하고 비네팅하는 것을 방지하기 위해, 본 발명의 회전식 실시예는 보다 큰 프리즘에 제공하고 다른 렌즈 요소들에 대한 변경을 제공하기에 당해 기술 분야의 숙련자들의 능력 내에 있고 부적당한 실험을 요구하지 않는, 광학 법칙에 대한 몇몇 수정을 요구한다. 이렇게 함으로써, 직사각형 화상 또는 임의의 화상 형상은 줌 렌즈가 회전되는 방법과 무관하게 얻어질 수도 있다.

이제 도28 내지 도33을 참조하면, 줌 위치들(Z1 내지 Z6)에 대한 광선 수차 그래프는 각각, 3개의 파장(486 ㎚, 588 ㎚ 및 656 ㎚)에 대해 그리고 상부 좌측 코너에서의 0 필드 높이 및 하부 우측 코너에서의 45°의 최대 필드 높이를 갖는 6개의 분리된 쌍의 그래프로 종래의 방식으로 도시된다. 각 쌍에서의 좌측 그래프는 Y-팬인 반면, 각 쌍에서의 우측 그래프는 X-팬이다. 수직축 상의 각 구간 표시는 10마이크로미터를 나타내며, 따라서 최대 스케일은 +/-50 마이크로미터이다. 당해 기술 분야의 숙련자에게 용이하게 이해되는 바와 같이, 이들 성능 곡선은 모든 6개의 줌 위치들에서 줌 렌즈 시스템이 현재의 브로드캐스트 텔레비전 NTSC 품질을 위해 그리고 HDTV 브로드캐스트 텔레비전 품질을 위해 매우 잘 수행한다는 것을 입증한다.

예시적인 제4 실시예. 도34는 확인되는 렌즈 요소 및 표면을 갖는 선택적으로 회전 가능한 복합 줌 렌즈의 예시적인 제4 실시예의 폴딩되지 않은 레이아웃을 도시한다. 예시적인 제4 실시예는 제3 실시예에 대한 상세 및 성능과 유사하지만, 근접 피사체 거리에 포커싱하기 위해 가변 초점 액체 렌즈 챔버를 이용한다.

(회전 특징이 없는) 제4 실시예의 상세는 대략적으로 다음과 같다.

줌 비율: 4.8:1

초점 길이: 3.0 내지 13.9 ㎜

구경: f/3.0 내지 f/6.3

풀 시야: 90.0도 내지 24.4도

35 ㎜ 스틸 환산치: 21 ㎜ 내지 100 ㎜

35 ㎜ 씨네 환산치: 14 ㎜ 내지 67 ㎜

폴딩되지 않은 정점 길이: 80.9 ㎜

포맷: 1/3" (6 ㎜ 대각선)

폴딩된 패키지 사이즈: 42.7 ㎜ x 20.7 ㎜ x 8.0 ㎜

출사 주광선 각도: 줌 범위에 걸쳐서 20.0도보다 작음

예시적인 제4 실시예의 줌 범위에 포함되는 초점 길이는 약 21 ㎜ 내지 100 ㎜의 35 ㎜ 스틸 카메라 환산치를 가지며, 전방 요소 직경은 현저하게 작으며, 폴딩된 패키지 사이즈는 매우 소형이다.

정점 길이는 80.9 ㎜이며, 2개의 폴드 프리즘은 시스템이 약 42.7 ㎜ x 20.7 ㎜ x 8.0 ㎜의 패키지 사이즈에 맞도록 제공된다. 다른 구성이 가능하다는 것을 주의해야 한다. 정점은 180도 폴드 프리즘이 수밀리미터만큼 연장되었기 때문에 주로 처음의 2개의 실시예에서보다 길다. 이러한 연장은 광로의 폴딩된 부분 사이의 갭을 확장하는 직접적인 효과를 가져서, 기계 및 전기 부품에 많은 공간을 허용한다.

도34에 도시된 본 발명의 예시적인 제4 비회전식 실시예에서, 첨부된 도면 및 표와 함께 이제 상세히 설명될 것이다. 도34를 참조하면, 각 렌즈 요소는 1 내지 18의 숫자로 확인되며, 각 렌즈 요소의 전체적인 구성이 도시되지만, 각 렌즈 표면의 실제 반경은 하기 표에 기재된다. 렌즈 표면은 S1 내지 S33의 숫자가 후속되는 문자 "S"로 확인된다.

예컨대, 이중 렌즈 구성요소(1D)에 있어서 일치하는 대향 렌즈 표면들이 단일 표면 숫자 S12로 주어지는 것을 제외하고, 도34에 도시된 바와 같이 렌즈 요소 1은 렌즈 표면(S1) 및 렌즈 표면(S2)를 갖고 렌즈 요소 5는 렌즈 표면(S9) 및 렌즈 표면(S10)을 갖는 등과 같이, 각 렌즈 요소는 분리되지만 연속된 표면 숫자에 의해 확인되는 그의 대향 표면들을 갖는다. 예컨대, 이중 1D는 전방 렌즈 표면(S11) 및 후방 렌즈 표면(S12)를 갖는 렌즈 요소(6)와, (일치하는) 전방 렌즈 표면(S12) 및 후방 렌즈 표면(S13)를 갖는 렌즈 요소(7)로 구성된다. 실상 표면은 숫자 S33으로 확인된다. 모든 렌즈 표면들은, 구면이 아니고 평면이 아니지만 광축에 대해 회전식으로 대칭인 비구면 표면인 렌즈 표면들(S4, S18, S19, S20, S22 및 S23)을 제외하고 구면이다.

렌즈 요소들의 상세한 특징을 기술하기 전에, 렌즈 그룹 및 이들의 축방향 위치 및 이동에 대한 폭넓은 설명이, 본 발명의 예시적인 제4 실시예의 줌 렌즈 시스템(350)에 주어질 것이다.

촬영될 피사체에 대향하는 단부, 즉 도34에서 좌측 단부로부터 시작하면, 제1 렌즈 그룹(351)은 제1 렌즈 서브그룹(352) 및 제1 줌 서브그룹(353)을 포함한다. 제1 렌즈 서브그룹(352)은 네거티브 파워 서브그룹이며, 피사체 공간으로부터의 광을 모으고 (φ로 확인되는) 광축에 대해 주광선의 각도를 감소시키는 단일 렌즈 요소(1-4)를 포함한다. 제1 줌 서브그룹(353)은 포지티브 파워 서브그룹이며, 단일 렌즈 요소(5)와, 렌즈 요소(6) 및 렌즈 요소(7)로 구성되는 제1 이중(1D)과, 단일 렌즈 요소(8)를 포함한다. 제2 렌즈 그룹(354)은 고정식이며, 포지티브 파워 그룹이며, 프리즘 요소(9), 단일 렌즈 요소(10) 및 요소(10) 근처에 또는 요소(10) 내부에 위치되는 중간 화상을 포함한다. 렌즈 요소(10)는 필드 렌즈로서 지칭될 수도 있다. 제3 렌즈 그룹(355)은 포지티브 파워 서브그룹인 제2 줌 서브그룹(356)을 포함하고, S25에서 광학 스톱을 포함하고, 단일 렌즈 요소(11 내지 14)와, 렌즈 요소(15 내지 18)로 구성되는 가변 초점 액체 렌즈 챔버를 포함한다.

본 발명의 예시적인 제4 실시예의 각 렌즈 요소의 포지티브 또는 네거티브 파워는 하기에 표4에 기재되어 있다. 전술된 바와 같이, 렌즈들의 각 그룹의 얻어진 광학 파워는 다음과 같다: 제1 렌즈 서브그룹(352)은 네거티브이고, 제1 줌 서브그룹(353)은 포지티브이고, 제2 렌즈 그룹(354)은 포지티브이고, 제2 줌 서브그룹(356)은 포지티브이다.

광학 설계는 P 릴레이가 후속되는 NP 커널로 구성된다. 전체적으로 단 2개의 독립적 이동식 그룹이 있다: 피사체측 상에 1개와 중간 화상의 화상측 상에 1개가 있다. 이는 트루 줌 렌즈를 생성하기 위해 필요한 이동식 그룹의 최소 개수를 나타낸다. 전방 네거티브 파워 그룹은 폴드 프리즘들 양자 모두와 같이 화상 평면에 대해 고정되어 있다. 4.8:1의 줌 비율은 시장에서 일반적으로 대부분의 콤팩트 디지털 카메라에서 찾을 수 있는 것보다 크며, 90도의 넓은 단부에서의 시야는 임의의 일반적인 콤팩트 디지털 카메라보다 상당히 더욱 넓다.

이러한 제4 실시예는 근접 포커싱을 달성하기 위해 가변 초점 액체 렌즈 챔버의 이용면에서 중요하다. 이러한 유형의 액체 포커싱 챔버는 상이한 굴절율들을 갖는 한 쌍의 혼합될 수 없는(non miscible) 액체를 수납하는 글래스 셀(glass cell)을 포함하며, 본 명세서에 참조로써 합체된 미국 특허 제6,369,954호에 상세히 기재되어 있다. 이러한 가변 파워 액체 요소를 이용하는 이점은 어떠한 이동식 부품도 포커싱을 위해 요구되지 않는다는 것이다. 이는 포커싱 작동의 속도 및 신뢰성을 증가시킬 수 있다.

액체 포커싱 셀의 크기 및 광 파워를 최소화하기 위해, 이는 개구 스톱 근처에 바람직하게 위치된다. 셀을 스폽의 화상측 상에 위치시킴으로써, 시스템의 입사 퓨필(entrance pupil)이 포커싱 중에 일정하게 유지된다. 이는 비디오 카메라용 렌즈에 중요한 특징인 임의의 포커스 브리딩(focus breathing)을 대부분 제거할 것이다.

줌 서브그룹들(353 및 256)의 각각은, 이들의 위치에 따라 줌잉을 위해 광축을 따라 양 방향으로 이동 가능하다. 특히, 줌 서브그룹(353 및 356) 중 적어도 1개는 포커싱 및 줌잉, 열 보정 및 줌잉, 또는 포커싱, 열보정 및 줌잉을 위해 광축을 따라 이동 가능할 수도 있다. 고정식 제1 렌즈 서브그룹(352) 및 제2 렌즈 그룹(354)은 줌잉 중에 실상 표면(S33)으로부터의 고정 거리에서 고정되어 유지된다. 도34의 상부 부분에서의 양단부에 화살촉을 갖는 수평 화살표는 줌 서브그룹들(353 및 356)의 각각이 양 축방향이지만 모노토닉 방식으로[즉, 조정부의 일 극단으로부터 다른 극단으로 진행할 때 일 방향으로만] 이동 가능하다는 것을 나타낸다.

단지 렌즈 요소들이 물리적으로 도34에 도시되지만, 렌즈 요소를 지지하고 종래의 렌즈 하우징 또는 배럴에서 이동식 그룹의 축방향 이동을 발생시키기 위해 종래의 기계적 장치 및 기구가 제공된다는 것을 이해할 수 있다.

전술된 예시적인 제4 렌즈 시스템(350)에 대한 렌즈 구조 및 제조 데이터는 하기 표4에 기재되어 있다.

표4에서, 제1 열 "항목"은 도34에서 사용된 것과 동일한 숫자 또는 라벨을 갖는 각 광학 요소를 확인한다. 제2 및 제3 열은 도34에서 사용된 동일한 숫자로 광학 요소(렌즈)가 속한 "그룹" 및 "서브그룹"을 각각 확인한다. 제4 열 "표면"은 도34에서 확인된 바와 같이 렌즈들의 각각의 실제 표면들 및 스톱(조리개)(S25)의 표면 숫자들의 리스트이다. 제5 열 "줌 위치"는 보다 완전하게 하기에 설명되는 바와 같이 제4 열에 열거된 표면들 중 일부 사이의 거리(간격)의 변화가 있는, (도35 내지 도37에 도시된) 줌 서브그룹들(353 및 356)의 6개의 통상적인 줌 위치들(Z1 내지 Z6)를 확인한다. 제목이 "곡률반경"으로 기재되어 있는 제6 열은, 각 표면에 대한 광학 표면 곡률 반경의 리스트이며, 음 기호(-)는 도34에 도시된 바와 같이 곡률반경의 중심이 표면의 좌측에 있는 것이며, "무한"은 광학적으로 편평한 표면을 의미한다. 표면들(S4, S18, S19, S20, S22 및 S23)에 있어서의 별표(*)는 이들 표면이 "곡률반경"이 베이스 반경인 비구면 표면인 것을 나타내며, 이들 2개의 표면에 있어서의 식 및 계수는 *(별표)에서 표4에 각주로서 기재되어 있다. 제7 열 "두께 또는 간격"은 표면(제4 열)과 후속 표면 사이의 축방향 거리이다. 예컨대, 표면(S2)와 표면(S3) 사이의 거리는 2.124 ㎜이다.

표4의 제8 열 및 제9 열은 각 렌즈 요소의 굴절률 및 아베수를 제공한다. "구경 직경"으로 기재된 표4의 마지막 열은 광선이 지나가는 각 표면에 대한 최대 직경을 제공한다. 스톱 표면(S25)을 제외한 모든 최대 구경 직경은, 6 ㎜의 화상 대각선과, 최단 초점 거리에서의 f/3.0으로부터 최장 초점 길이에서의 f/6.3까지의 범위에 있는 상대 구경을 가정하여 계산된다. 줌 위치들(Z1 내지 Z6)에 있어서의 스톱 표면(S25)의 최대 구경 직경은 각각 2.406 ㎜, 2.366 ㎜, 2.517 ㎜, 2.392 ㎜, 1.976 ㎜ 및 1.718 ㎜이다. 줌 위치들(Z1 내지 Z6)에 있어서의 상대 구경(f-수)은 각각 f/3.0, f/3.0, f/3.0, f/3.1, f/6.0 및 f/6.7이다.

여기서, CURV=1/(곡률반경)

Y= 광축에 대해 직각으로 측정되는 구경 높이

K, A, B, C, D, E, F, G=계수

항목2의 표면(S4)에 대한 계수는

이다.

항목10의 표면(S18)에 대한 계수는

이다.

항목10의 표면(S19)에 대한 계수는

이다.

항목11의 표면(S20)에 대한 계수는

이다.

항목12의 표면(S22)에 대한 계수는

이다.

항목12의 표면(S23)에 대한 계수는

이다.

표4에서의 전술한 각주 *는 값 Z에 대한 비구면 표면들(S4, S18, S19, S20, S22 및 S23)의 형상을 계산하기 위한 방정식을 포함하며, 여기서 CURV는 표면의 폴에서의 곡률이고, Y는 글래스의 표면 상의 특정 지점의 광축으로부터의 거리 또는 높이이고, K는 원추 계수이고, A, B, C, D, E, F 및 G는 각각 4차 변형 계수, 6차 변형 계수, 8차 변형 계수, 10차 변형 계수, 12차 변형 계수, 14차 변형 계수 및 16차 변형 계수이다. 본 발명의 범위 및 다능성을 설명하기 위해, 전술된 바와 같이, 가변 초점 액체 및 2개의 이동식 줌 서브그룹에 대한 6개의 상이한 위치들에 특정 데이터를 제공하는 표4의 데이터에 기재된 6개의 상이한 줌 위치들(Z1, Z2, Z3, Z4, Z5 및 Z6)이 있다. 줌 위치들(Z1, Z3 및 Z5)은 무한 거리 피사체를 위해 조정되는 줌 서브그룹들(253 및 256)의 3개의 위치들을 나타내는데, 줌 위치(Z1 및 Z5)는 극단 위치들이고 줌 위치(Z3)는 중간 위치이다. 물론, 연속적인 줌잉은 극단 줌 위치(Z1)와 극단 줌 위치(Z5) 사이에서 가능하다는 것과, 연속적인 줌잉의 임의의 조합은 렌즈 시스템(350)으로 기재된 줌 범위 내에서 가능하다는 것이 이해될 것이다.

줌 위치(Z2, Z4 및 Z6)은 렌즈 시스템의 전방 정점으로부터 100 ㎜에 위치된 피사체에 대해 조정되는 줌 서브 그룹(353 및 356)의 3개의 근접 초점 위치를 나타낸다. 줌 위치(Z2)는 100 ㎜ 피사체 거리에 대한 최단 초점 길이 위치인 점에서 줌 위치(Z1)에 대한 근접 초점 짝이다. 유사하게, 줌 위치들(Z4 및 Z6)은 각각 줌 위치들(Z3 및 Z5)에 대한 근접 초점 짝이다.

렌즈 시스템(350)의 유효 초점 길이(EFL), 풀 시야(FFOV) 및 F-수는 상이한 줌 위치들에 대해 변한다. 도35 내지 도37를 이제 참조하면, 줌 렌즈 시스템(350)에는 다양한 줌 위치들에서의 줌 그룹 및 이들 위치들에 대한 광선 트레이스가 도시되어 있다. 도35는 EFL이 약 3.0 ㎜이고 FFOV가 약 90.0°이고 F-수가 약 3.0인 것으로 데이터가 표4에 기재된 줌 위치(Z1)을 나타낸다. 도36은 EFL이 약 6.0 ㎜이고 FFOV가 약 53.4°이고 F-수가 약 3.0인, 표4에서의 줌 위치(Z3)를 나타낸다. 도37는 EFL이 약 13.9 ㎜이고 FFOV가 약 24.4°이고 F-수가 약 6.0인, 표4에서의 줌 위치(Z5)을 나타낸다.

표4에 기재된 개별 렌즈 요소들(항목 1 내지 항목 18) 및 렌즈 요소들 사이의 분리에 대한 상세로부터, 각 렌즈 요소의 초점 길이 및 이 후 렌즈 요소들의 각 그룹[즉, 제1 렌즈 그룹(352), 제1 줌 서브그룹(353), 제2 렌즈 그룹(354) 및 제2 줌 서브그룹(356)]은 전술된 ZEMAX^? 광학 설계 소프트웨어를 이용하여 계산될 수도 있으며, 이들 계산된 그룹 초점 길이는 다음과 같다.

제1 렌즈 그룹(352)(요소 1 내지 요소 4)= -6.357 ㎜

제1 줌 서브그룹(353)(요소 5 내지 요소 8)= 9.645 ㎜

제2 렌즈 그룹(354)(요소 9 및 요소 10)= 9.560 ㎜

제2 줌 서브그룹(356)(요소 11 내지 요소 14)= 6.777 ㎜

또한, 줌 렌즈 시스템(350)에는, 광선이 그 지점에서 통과할 수 있는 구경의 직경을 제어하고 이에 의해 정지되도록 직경을 넘어 반경 방향으로 줌 렌즈 시스템에서 임의의 광선을 발생시키는 표면(S25)에서의 하나의 광학 스톱이 제공된다는 것을 주의해야 한다. 광학 스톱은 물리적 조리개가 위치되는 위치이다. 조리개는 제2 줌 서브그룹(356)의 단부에 또는 그 내부에 위치되며, 그 줌 서브그룹과 함께 이동한다. 예컨대 도37에서의 림 레이는 여분의 공간을 갖는 S25을 통과하는 한편, 도36에서의 림 레이는 이들이 광학 스톱을 통과함에 따라 S25의 극단 에지와 거의 접촉하고 있다는 것을 주의하도록 한다. 이는 초점 길이가 증가함에 따라 S25에 위치된 조리개가 개방되어야 한다는 것을 보여준다. 화상에서 일정한 f-수를 유지하기 위해, 조리개는 "줌"해야 하거나 변경하여야 한다. 즉, 조리개는 일정한 구경을 위해 조정되어야 한다. 분리된 캠은 줌잉 중에 조리개를 개방하거나 폐쇄하는 데 이용될 수도 있다. 또한, 표4에 기재된 모든 렌즈 요소 표면 구경은 도35 내지 도37에 도시된 바와 같이 모든 초점 및 줌 위치에서 필드 스톱으로서 작용한다는 것을 주의하여야 한다.

2개의 줌 서브그룹들(353 및 356)은 각각 독립적으로 축방향으로 이동 가능하며, 이들의 개별 이동은 원하는 줌잉 기능을 달성하기 위해, 캠 등과 같은 종래의 기계 장치와 같은 임의의 편의 수단에 의해 통합된다.

줌 렌즈 시스템(350)은 제2 줌 서브그룹(356) 내에 위치되는 조리개(S25)를 갖고, 이에 따라 조리개(325)는 축방향으로 이와 함께 이동한다. 조리개(S25)의 구경의 크기는 표4에 열거된 최대 구경 직경에 대해, 전술된 바와 같이 제2 줌 서브그룹(356)이 축방향으로 이동함에 따라 조정되며, 표4에서 그 최대값으로 주어진다.

도38은 예시적인 제1 실시예의 시스템의 3차원 도면을 도시한다. 도38에 도시된 바와 같이, 전방의 2개의 요소 및 2개의 필드 렌즈는 벌크를 최소화하도록 비회전식 실시예에서 직사각형 프로파일로 절두될 수 있다. 도39 및 도40은 전체 치수를 갖는 폴딩된 비회전식 시스템의 2개의 상이한 도면을 도시한다.

본 출원을 통해 기재되고 도시된 상세, 성능 및 광학 법칙은 비회전 복합 줌렌즈에 통상적으로 대응한다. 그러나, 복합 줌 렌즈의 선택적 회전 성능이 도38에 도시되어 있다. 일 실시예에서, 제1 폴드 프리즘(3500) 및 (회전식 실시예에서 절두되는 대신에 원형일 수 있는) 전방 요소(3502)는 화살표(3510)로 표시된 바와 같이 렌즈 요소(3508) 및 제1 폴드 프리즘(3500)의 화상측 상의 프리즘들 및 모든 다른 렌즈 요소들에 대해 광축(3506)을 중심으로 일 유닛으로서 회전될 수도 있다. 그러나, 대체 실시예에서, 회전은 렌즈 요소(3512) 중 임의의 렌즈 요소 사이에서 발생할 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 폴드 프리즘(3514) 및 제2 폴드 프리즘(3514)의 피사체측 상의 모든 요소들 및 프리즘들은 화살표(3518)로 표시된 바와 같이 제2 폴드 프리즘(3514)의 화상측 상의 요소들 및 프리즘들에 대해 광축(3516)을 중심으로 일 유닛으로서 회전할 수도 있다. 요소(3520)는 회전식 실시예에서 절두되는 대신에 원형일 수도 있다는 것을 주의하기로 한다. 그러나, 대체 예에서, 회전은 렌즈 요소(3524) 중 임의의 렌즈 요소 사이에서 발생할 수 있다. 다른 대체 실시예에서, 회전 양자 모두가 가능하다. 이들 회전은 예컨대 복합 줌 렌즈들의 일부가 폴더 핸드폰의 힌지에 위치되게 할 수도 있다.

이제 도41 내지 도46을 참조하면, 줌 위치들(Z1 내지 Z6)에 대한 광선 수차 그래프는 각각 3개의 파장(486 ㎚, 588 ㎚ 및 656 ㎚)에 대해 그리고 상부 좌측 코너에서의 0 필드 높이 및 하부 우측 코너에서의 45°의 최대 필드 높이를 갖는 6개의 분리된 쌍의 그래프로 종래의 방식으로 도시된다. 각 쌍에서의 좌측 그래프는 Y-팬인 반면, 각 쌍에서의 우측 그래프는 X-팬이다. 수직축 상의 각 구간 표시는 10마이크로미터를 나타내며, 따라서 최대 스케일은 +/-50 마이크로미터이다. 당해 기술 분야의 숙련자에게 용이하게 이해되는 바와 같이, 이들 성능 곡선은 모든 6개의 줌 위치들에서 줌 렌즈 시스템이 현재의 브로드캐스트 텔레비전 NTSC 품질을 위해 그리고 HDTV 브로드캐스트 텔레비전 품질을 위해 매우 잘 수행한다는 것을 입증한다.

전술한 모든 실시예에서의 몇몇의 횡 광선 수차 플롯에 도시된 플라이-오프(fly-off)는 각 플롯에 대한 광 빔의 매우 작은 영역에 단지 인가하고, 이에 따라 성능에 거의 영향을 미치지 않는다는 것을 알게 될 것이다. 또한, 전술한 모든 실시예에서의 모든 데이터가 20℃(68℉), 표준 대기압(760㎜Hg)에서 주어진다는 것을 알게 될 것이다.

본 발명이 첨부 도면을 참조하여 실시예와 관련하에 충분히 설명되었지만, 다양한 변경 및 변형이 당해 기술분야의 숙련자에게 명백해 질 것이라는 것을 알아야 한다. 이러한 변경 및 변형은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

Claims

피사체의 최종 화상을 형성하기 위한 줌 렌즈 시스템이며,

상기 시스템은 피사체측 및 화상측을 가지며, 피사체와 최종 화상 사이에 제1 중간 실상을 형성하며,

상기 시스템은 피사체측으로부터 화상측으로의 순서로,

피사체와 제1 중간 실상 사이에 위치된, 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함하는 줌 서브그룹 A를 포함하는 제1 렌즈 그룹과,

제1 중간 실상과 최종 화상 사이에 위치된, 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함하는 줌 서브그룹 B를 포함하는 제2 렌즈 그룹을 포함하며,

줌 서브그룹 A 및 줌 서브그룹 B는 줌잉을 위해 광축을 따라 동시에 이동 가능하며,

줌 서브그룹은 3개 이하이며 모든 줌 서브그룹은 포지티브 파워를 갖는 줌 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 최종 화상에 대해 고정되어 있는 줌 서브그룹 A의 피사체측 상에 네거티브 파워 제1 렌즈 서브그룹을 더 포함하는 줌 렌즈 시스템.
제2항에 있어서, 제1 렌즈 서브그룹은 적어도 약 65도의 최대 시야를 수용하는 줌 렌즈 시스템.
제2항에 있어서, 제1 렌즈 서브그룹은 광축 및 수집된 광을 폴딩하기 위한 폴드 프리즘을 포함하는 줌 렌즈 시스템.
제4항에 있어서, 폴드 프리즘 및 폴드 프리즘의 피사체측 상의 모든 렌즈 요소는 광축에 대해 일 유닛으로서 회전 가능한 줌 렌즈 시스템.
제2항에 있어서, 제1 렌즈 서브그룹 및 줌 서브그룹 A 및 B는 -++ 구성을 갖는 줌 렌즈 시스템.
제2항에 있어서, 줌 서브그룹 A 또는 제1 렌즈 서브그룹 내의 하나의 렌즈 요소 및 하나의 렌즈 요소의 피사체측 상의 모든 렌즈 요소는 광축에 대해 일 유닛으로서 회전 가능한 줌 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 줌 서브그룹 A와 줌 서브그룹 B 사이에 위치되는 제2 렌즈 그룹을 더 포함하며, 상기 제2 렌즈 그룹은 이에 인접하여 제1 중간 실상을 포함하거나 갖는 줌 렌즈 시스템.
제8항에 있어서, 제1 중간 실상은 제2 렌즈 그룹 내의 렌즈 요소들 사이의 공기 공간 내에 형성되는 줌 렌즈 시스템.
제8항에 있어서, 제2 렌즈 그룹은 광축 및 수집된 광을 폴딩하기 위한 폴드 프리즘을 포함하는 줌 렌즈 시스템.
제10항에 있어서, 폴드 프리즘 및 폴드 프리즘의 피사체측 상의 모든 렌즈 요소는 광축에 대해 일 유닛으로서 회전 가능한 줌 렌즈 시스템.
제8항에 있어서, 제2 렌즈 그룹은 + 구성을 갖는 줌 렌즈 시스템.
제8항에 있어서, 제2 렌즈 그룹은 최종 화상에 대해 고정되어 있는 줌 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 줌 서브그룹 B 내의 하나의 렌즈 요소 및 하나의 렌즈 요소의 피사체측 상의 모든 렌즈 요소는 광축에 대해 일 유닛으로서 회전 가능한 줌 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 줌 서브그룹 A 및 줌 서브그룹 B의 이동을 방해하지 않는 영역 내에 위치되는 적어도 하나의 폴드 프리즘을 더 포함하는 줌 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 비구면 광학 표면을 더 포함하는 줌 렌즈 시 스템.
제16항에 있어서, 적어도 하나의 비구면 광학 표면은 왜곡 수차 및 구면 수차 중 적어도 하나를 보정하는 데에 기여하는 줌 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 줌 서브그룹 B와 최종 화상 사이에 위치되는 폴드 미러를 더 포함하는 줌 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 줌 서브그룹 B와 최종 화상 사이에 위치되는 폴드 프리즘을 더 포함하는 줌 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 줌 서브그룹 B는 포커싱에 대해 가변하는 곡률 반경을 갖는 적어도 하나의 렌즈 요소 포함하는 줌 렌즈 시스템.
제20항에 있어서, 줌 서브그룹 B는 적어도 하나의 액체 렌즈 요소를 포함하는 줌 렌즈 시스템.
제20항에 있어서, 가변하는 곡률 반경을 갖는 렌즈 요소는 포커스 브리딩(focus breathing)을 최소화하기 위해 구경 스톱 근처에 위치되는 줌 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 줌 서브그룹 A 및 줌 서브그룹 B 중 적어도 하나는 포커싱 및 줌잉을 위해 광축을 따라 이동 가능한 줌 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 줌 서브그룹 A 및 줌 서브그룹 B 중 적어도 하나는 열 보정 및 줌잉을 위해 광축을 따라 이동 가능한 줌 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 줌 서브그룹 A 및 줌 서브그룹 B 중 적어도 하나는 포커싱, 열 보정 및 줌잉을 위해 광축을 따라 이동 가능한 줌 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 제2 렌즈 그룹은 줌 서브그룹 B와 최종 화상 사이에 위치되는 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함하는 줌 서브그룹 C를 더 포함하며,

3개의 줌 서브그룹 A, 줌 서브그룹 B 및 줌 서브그룹 C 중 적어도 2개는 줌잉을 위해 광축을 따라 동시에 이동 가능한 줌 렌즈 시스템.
제26항에 있어서, 줌 서브그룹 C는 + 구성을 갖는 줌 렌즈 시스템.
제26항에 있어서, 줌 서브그룹 A, 줌 서브그룹 B 및 줌 서브그룹 C 중 적어도 하나는 포커싱 및 줌잉을 위해 광축을 따라 이동 가능한 줌 렌즈 시스템.
제26항에 있어서, 줌 서브그룹 A, 줌 서브그룹 B 및 줌 서브그룹 C 중 적어도 하나는 열 보정 및 줌잉을 위해 광축을 따라 이동 가능한 줌 렌즈 시스템.
제26항에 있어서, 줌 서브그룹 A, 줌 서브그룹 B 및 줌 서브그룹 C 중 적어도 하나는 포커싱, 열 보정 및 줌잉을 위해 광축을 따라 이동 가능한 줌 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 제1 렌즈 그룹은 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함하고 줌 서브그룹 A와 제1 중간 실상 사이에 위치되는 줌 서브그룹 C를 더 포함하며,

3개의 줌 서브그룹 A, 줌 서브그룹 B 및 줌 서브그룹 C 중 적어도 2개는 줌잉을 위해 광축을 따라 동시에 이동 가능하며,

줌 서브그룹 A 및 줌 서브그룹 C가 줌잉을 위해 광축을 따라 동시에 이동하고 줌 서브그룹 B가 일시적으로 고정되어 있을 때, 줌 렌즈 시스템은 10 대 1보다 작은 줌 비율을 갖는 줌 렌즈 시스템.
제31항에 있어서, 줌 서브그룹 C는 + 구성을 갖는 줌 렌즈 시스템.
제31항에 있어서, 줌 서브그룹 A, 줌 서브그룹 B 및 줌 서브그룹 C 중 적어도 하나는 포커싱 및 줌잉을 위해 광축을 따라 이동 가능한 줌 렌즈 시스템.
제31항에 있어서, 줌 서브그룹 A, 줌 서브그룹 B 및 줌 서브그룹 C 중 적어도 하나는 열 보정 및 줌잉을 위해 광축을 따라 이동 가능한 줌 렌즈 시스템.
제31항에 있어서, 줌 서브그룹 A, 줌 서브그룹 B 및 줌 서브그룹 C 중 적어도 하나는 포커싱, 열 보정 및 줌잉을 위해 광축을 따라 이동 가능한 줌 렌즈 시스템.
제1항에 있어서, 제1 렌즈 그룹은 단 1개의 줌 서브그룹을 포함하며, 제2 렌즈 그룹은 단 1개의 줌 서브그룹을 포함하는 줌 렌즈 시스템.
제36항에 있어서, 줌 서브그룹 A 및 줌 서브그룹 B 중 적어도 하나는 포커싱 및 줌잉을 위해 광축을 따라 이동 가능한 줌 렌즈 시스템.
제36항에 있어서, 줌 서브그룹 A 및 줌 서브그룹 B 중 적어도 하나는 열 보정 및 줌잉을 위해 광축을 따라 이동 가능한 줌 렌즈 시스템.
제36항에 있어서, 줌 서브그룹 A 및 줌 서브그룹 B 중 적어도 하나는 포커싱, 열 보정 및 줌잉을 위해 광축을 따라 이동 가능한 줌 렌즈 시스템.
피사체의 최종 화상을 형성하기 위한 줌 렌즈 시스템이며,

상기 시스템은 피사체측 및 화상측을 가지며, 피사체와 최종 화상 사이에 제1 중간 실상을 형성하며,

상기 시스템은 피사체측으로부터 화상측으로의 순서로,

피사체와 제1 중간 실상 사이에 위치된, 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함하는 제1 줌잉부와,

제1 중간 실상과 최종 화상 사이에 위치된, 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함하는 제2 줌잉부를 포함하며,

제1 줌잉부 및 제2 줌잉부는 줌잉을 위해 광축을 따라 연속적으로 동시에 이동 가능하며,

줌잉부는 3개 이하이며 모든 줌잉부는 포지티브 파워를 갖는 줌 렌즈 시스템.
피사체의 최종 화상을 형성하기 위한 줌 렌즈 시스템이며,

상기 시스템은 피사체와 최종 화상 사이에 제1 중간 실상을 형성하며,

상기 시스템은, 각각 줌 서브그룹 A 및 줌 서브그룹 B를 포함하는 제1 렌즈 그룹 및 제2 렌즈 그룹을 포함하며,

줌 서브그룹 A 및 줌 서브그룹 B는 줌잉을 위해 광축을 따라 연속적으로 동시에 이동 가능하며,

줌 서브그룹 A 및 줌 서브그룹 B는 서로에 대해 제어된 동 결상(pupil imaging)을 가지며,

줌 서브그룹은 3개 이하이며 모든 줌 서브그룹은 포지티브 파워를 갖는 줌 렌즈 시스템.
피사체의 최종 화상을 형성하기 위한 줌 렌즈 시스템이며,

상기 시스템은 피사체측 및 화상측을 가지며,

상기 시스템은 피사체측으로부터 화상측으로의 순서로,

중간 실상을 형성하는 줌 서브그룹 A를 포함하는 제1 렌즈 그룹과,

최종 화상을 형성하기 위해 중간 실상을 수용하고 그의 배율을 변경시키는 가변 초점 길이 줌 서브그룹 B를 포함하는 제2 렌즈 그룹을 포함하며,

줌 서브그룹 A 및 줌 서브그룹 B는 줌잉을 위해 광축을 따라 연속적으로 동시에 이동 가능하며,

줌 서브그룹은 3개 이하이며 모든 줌 서브그룹은 포지티브 파워를 갖는 줌 렌즈 시스템.
피사체의 최종 화상을 형성하기 위한 줌 렌즈 시스템이며,

줌 렌즈 시스템은 최대 초점 길이와 최소 초점 길이 사이의 초점 길이의 범위를 갖고, 초점 길이의 범위 내에서 모든 초점 길이에 대해 피사체와 최종 화상 사이에 제1 중간 실상을 적어도 형성하며,

줌 렌즈 시스템은 피사체측 및 화상측을 가지며, 피사체측으로부터 화상측으로의 순서로,

제1 중간 실상의 배율을 변경시키도록 변경되는 초점 길이를 갖는 줌 서브그룹 A를 포함하는 제1 렌즈 그룹으로서, 피사체와 제1 중간 실상 사이에 위치되는, 제1 렌즈 그룹과,

최종 화상의 배율을 변경시키는 줌 서브그룹 B를 포함하는 제2 렌즈 그룹으로서, 제1 중간 실상과 최종 화상 사이에 위치되는, 제2 렌즈 그룹을 포함하며,

줌 서브그룹 A 및 줌 서브그룹 B는 줌잉 및 포커싱을 위해 광축을 따라 연속적으로 동시에 이동 가능하며,

줌 서브그룹은 3개 이하이며 모든 줌 서브그룹은 포지티브 파워를 갖는 줌 렌즈 시스템.
줌 렌즈 시스템이며,

중간 실상을 형성하기 위한 줌 커널과,

최종 화상을 형성하도록 중간 실상을 확대하기 위해 줌잉하는 줌 릴레이를 포함하며,

줌 커널 및 릴레이는 줌잉을 위해 광축을 따라 연속적으로 동시에 이동 가능한 하나 이상의 줌 서브그룹들로 구성되며,

줌 서브그룹은 3개 이하이며 모든 줌 서브그룹은 포지티브 파워를 갖는 줌 렌즈 시스템.