KR20190100775A - Optical system having fixed magnification according to change of object distance and apparatus having the same - Google Patents

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Abstract

Disclosed are an optical system and a device including the same. The disclosed optical system comprises a first lens group including at least one lens and having a positive refractive power, an aperture, and a second lens group including at least one lens and having the positive refractive power, wherein the first lens group and the second lens group are moved to perform focusing, have a numerical aperture of 0.2 or greater, and a magnification according to a change in object distance is fixed. Therefore, the present invention is capable of realizing a constant optical performance even if the object distance changes.

Description

물체거리 변화에 따른 배율 고정 광학계 및 이를 포함한 장치{Optical system having fixed magnification according to change of object distance and apparatus having the same} Optical system having fixed magnification according to change of object distance and apparatus having the same}

다양한 실시예는 물체거리 변화에 따른 배율 고정 광학계 및 이를 포함한 장치에 관한 것이다. Various embodiments relate to a magnification fixed optical system according to a change in object distance and an apparatus including the same.

줌 광학계는 광학기술에 있어 지속적으로 발전을 보인 분야 중 하나로 초점거리(Effective focal length, EFL)와 배율이 연속적으로 변하고 상면이 유지되는 광학계를 말한다. 이러한 광학계는 카메라나 캠코더에 주로 사용된다. 이에 반해 물체거리와 초점거리가 바뀌어도 배율이 고정되는 광학계가 있는데, 이를 다중배치 광학계라고 한다. Zoom optical system is one of the fields that have continuously developed in optical technology, and refers to an optical system in which the focal length (EFL) and magnification are continuously changed and the image plane is maintained. Such optical systems are mainly used in cameras or camcorders. On the other hand, there is an optical system in which the magnification is fixed even when the object distance and the focal length are changed. This is called a multi-batch optical system.

예를 들어, 헤드업 디스플레이(Head-up display, HUD)는 여러 기술과 접목되어 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 특히 자동차 시장에서의 헤드업 디스플레이는 자동차의 안전 문제와 연결된다. 근래, 스마트폰이나 네비게이션 등 IT 제품의 대중화로 인해 운전자의 전방에서 시선이 분산되면서 교통사고로 이어지는 사례가 증가하고 있다. 이러한 교통사고를 줄이기 위해 운전자의 시선 분산을 최소화 하면서 도로 교통 정보나 차량운행정보 등을 효율적으로 전달 할 수 있는 헤드업 디스플레이가 주목 받고 있다.For example, a head-up display (HUD) is used in various fields in combination with various technologies, and in particular, the head-up display in the automobile market is connected with the safety problem of the automobile. Recently, due to the popularization of IT products such as smartphones and navigation, the line of sight is diverted from the driver's front, leading to increasing traffic accidents. In order to reduce such traffic accidents, a head-up display that can efficiently convey road traffic information and vehicle driving information while minimizing driver's distraction is drawing attention.

다양한 실시예는 물체 거리가 변하더라도 배율과 상면이 고정되는 광학계 및 이를 포함한 장치를 제공한다. Various embodiments provide an optical system and an apparatus including the same in which the magnification and the upper surface are fixed even if the object distance changes.

예시적인 실시예에 따른 광학계는, Optical system according to an exemplary embodiment,

적어도 하나의 렌즈를 포함하고, 정의 굴절력을 가진 제1렌즈군;A first lens group including at least one lens and having positive refractive power;

조리개; 및iris; And

적어도 하나의 렌즈를 포함하고, 정의 굴절력을 가진 제2렌즈군;을 포함하고,A second lens group including at least one lens and having a positive refractive power;

상기 제1렌즈군과 상기 제2렌즈군이 이동하여 포커싱을 수행하고, 0.2 이상의 개구수를 가지며, 물체거리 변화에 따른 배율이 고정될 수 있다. The first lens group and the second lens group may be moved to perform focusing, have a numerical aperture of 0.2 or more, and a magnification according to a change in object distance may be fixed.

상기 광학계는 다음 식을 만족할 수 있다.The optical system may satisfy the following equation.

<식> <Expression>

   

Figure pat00001
                            
Figure pat00001
                        

여기서, △do는 물체 거리가 최대인 경우와 최소인 경우의 제 1렌즈군과 제2 렌즈군 사이의 거리의 차이며, △Lo는 물체 거리가 최대인 경우와 최소인 경우 물체 거리의 차를 나타낸다.Δd o is the difference between the distance between the first lens group and the second lens group when the object distance is maximum and minimum, and ΔL o is the distance of the object distance when the object distance is maximum and minimum. Indicates a difference.

상기 광학계는 다음 식을 만족할 수 있다.The optical system may satisfy the following equation.

Figure pat00002
                        
Figure pat00002
                        

여기서, EFL1 은 제 1렌즈군의 초점거리이며, EFL2는 제 2렌즈군의 초점거리이다. Here, EFL 1 is the focal length of the first lens group and EFL 2 is the focal length of the second lens group.

상기 광학계는 다음 식을 만족할 수 있다.The optical system may satisfy the following equation.

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, G1nave는 제 1렌즈군에 포함된 렌즈의 평균 굴절률이며, G2nave는 제 2렌즈군에 포함된 렌즈의 평균 굴절률을 나타낸다. Here, G 1nave represents an average refractive index of the lens included in the first lens group, and G 2nave represents an average refractive index of the lens included in the second lens group.

상기 광학계는 다음 식을 만족할 수 있다.The optical system may satisfy the following equation.

 

Figure pat00004
                          
Figure pat00004
                        

여기서, RS -1은 상기 조리개를 기준으로 물체 측에 배치된 렌즈의 상 측면의 곡률 반경이고, RS +1은 조리개를 기준으로 상 측에 배치된 렌즈의 물체 측면의 곡률 반경을 나타낸다. Here, R S -1 represents a radius of curvature of the image side of the lens disposed on the object side based on the aperture, and R S +1 represents a radius of curvature of the object side of the lens disposed on the image side of the lens based on the aperture.

상기 제1렌즈군은 정의 굴절력을 가지는 제1렌즈, 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈, 및 부의 굴절력을 가지는 제3렌즈를 포함할 수 있다.The first lens group may include a first lens having positive refractive power, a second lens having positive refractive power, and a third lens having negative refractive power.

상기 제1렌즈가 양볼록 렌즈이고, 제2렌즈가 양볼록 렌즈일 수 있다.The first lens may be a biconvex lens, and the second lens may be a biconvex lens.

상기 제2렌즈와 제3렌즈가 접합될 수 있다.The second lens and the third lens may be bonded.

상기 제1렌즈가 물체 측으로 볼록한 메니스커스 렌즈이고, 제2렌즈가 물체 측으로 볼록한 메니스커스 렌즈이고, 제3렌즈가 물체 측으로 볼록한 메니스커스 렌즈일 수 있다.The first lens may be a meniscus lens that is convex toward the object side, the second lens may be a meniscus lens that is convex toward the object side, and the third lens may be a meniscus lens that is convex toward the object side.

상기 제2렌즈군은 부의 굴절력을 가지는 제4렌즈, 정의 굴절력을 가지는 제5렌즈, 정의 굴절력을 가지는 제6렌즈를 포함할 수 있다.The second lens group may include a fourth lens having negative refractive power, a fifth lens having positive refractive power, and a sixth lens having positive refractive power.

상기 제4렌즈가 양오목 렌즈일 수 있다.The fourth lens may be a biconvex lens.

상기 제5렌즈가 양볼록 렌즈일 수 있다.The fifth lens may be a biconvex lens.

상기 제4렌즈와 제5렌즈가 접합될 수 있다.The fourth lens and the fifth lens may be bonded.

상기 광학계에 포함된 렌즈가 모두 구면 렌즈일 수 있다.All lenses included in the optical system may be spherical lenses.

예시적인 실시예에 따른 장치는 광학계를 포함하고, 상기 광학계는, 적어도 하나의 렌즈를 포함하고, 정의 굴절력을 가진 제1렌즈군, 조리개, 및 적어도 하나의 렌즈를 포함하고, 정의 굴절력을 가진 제2렌즈군을 포함하고, 상기 제1렌즈군과 상기 제2렌즈군이 이동하여 포커싱을 수행하고, 0.2 이상의 개구수를 가지며, 물체거리 변화에 따른 배율이 고정될 수 있다. An apparatus according to an exemplary embodiment includes an optical system, and the optical system includes a first lens group including at least one lens and having a positive refractive power, an aperture, and at least one lens, and having a positive refractive power. It includes a two lens group, the first lens group and the second lens group is moved to perform focusing, has a numerical aperture of 0.2 or more, and the magnification according to the change in object distance can be fixed.

상기 장치가 헤드업 디스플레이 또는 헤드 마운티드 디스플레이를 포함할 수 있다.The device may comprise a head-up display or a head mounted display.

다양한 실시예에 따른 광학계는 물체거리에 따라 배율과 상면이 고정될 수 있다. 이러한 광학계는 예를 들어, 헤드업 디스플레이나 헤드 마운트이드 디스플레이에 채용되어 물체 거리가 변하더라도 일정한 광학 성능을 구현할 수 있다.In the optical system according to various embodiments, the magnification and the upper surface may be fixed according to the object distance. Such an optical system may be employed in, for example, a head-up display or a head mounted display to implement a constant optical performance even if the object distance changes.

도 1은 제1 실시예에 따른 광학계를 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 광학계의 횡수차도를 나타낸 것이다.
도 3은 제2 실시예에 따른 광학계를 도시한 것이다.
도 4는 도 3에 도시된 광학계의 횡수차도를 나타낸 것이다.
도 5는 제3 실시예에 따른 광학계를 도시한 것이다.
도 6은 도 5에 도시된 광학계의 횡수차도를 나타낸 것이다.
1 shows an optical system according to a first embodiment.
FIG. 2 illustrates lateral aberration diagrams of the optical system illustrated in FIG. 1.
3 shows an optical system according to a second embodiment.
FIG. 4 illustrates a lateral aberration diagram of the optical system illustrated in FIG. 3.
5 shows an optical system according to a third embodiment.
FIG. 6 illustrates lateral aberration diagrams of the optical system illustrated in FIG. 5.

이하, 예시적인 실시예에 따른 광학계 및 이를 포함한 장치에 대해 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.Hereinafter, an optical system and an apparatus including the same according to an exemplary embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, this is not intended to limit the techniques described in this document to specific embodiments, but should be understood to cover various modifications, equivalents, and / or alternatives to the embodiments of this document. . In connection with the description of the drawings, similar reference numerals may be used for similar components.

본 문서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.In this document, expressions such as "have," "may have," "include," or "may include" include the presence of a corresponding feature (e.g., numerical, functional, operational, or component such as component). Does not exclude the presence of additional features.

본 문서에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.In this document, expressions such as "A or B," "at least one of A or / and B," or "one or more of A or / and B" may include all possible combinations of items listed together. . For example, "A or B," "at least one of A and B," or "at least one of A or B," includes (1) at least one A, (2) at least one B, Or (3) both of cases including at least one A and at least one B.

본 문서에서 사용된 "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.Expressions such as "first," "second," "first," or "second," as used herein, may modify various components, regardless of order and / or importance, and may form a component. It is used to distinguish it from other components and does not limit the components. For example, the first user device and the second user device may represent different user devices regardless of the order or importance. For example, without departing from the scope of rights described in this document, the first component may be called a second component, and similarly, the second component may be renamed to the first component.

어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.One component (such as a first component) is "(functionally or communicatively) coupled with / to" to another component (such as a second component) or " When referred to as "connected to", it should be understood that any component may be directly connected to the other component or may be connected through another component (eg, a third component). On the other hand, when a component (e.g., a first component) is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component (e.g., a second component), the component and the It can be understood that no other component (eg, a third component) exists between the other components.

본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.The expression "configured to" as used in this document is, for example, "having the capacity to" depending on the context, for example, "suitable for," ". It may be used interchangeably with "designed to," "adapted to," "made to," or "capable of." The term "configured to" may not necessarily mean only "specifically designed to" in hardware. Instead, in some situations, the expression "device configured to" may mean that the device "can" along with other devices or components.

본 문서의 다양한 실시예들에 따른 장치는, 예를 들면, 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 영상 전화기, 전자책 리더기(e-book reader), 데스크탑 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), 워크스테이션(workstation), 서버, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimediaplayer), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라(camera), 또는 웨어러블 장치(wearable device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 웨어러블 장치는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자 의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드(skin pad) 또는 문신), 또는 생체 이식형(예: implantable circuit) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The device according to various embodiments of the present disclosure may be, for example, a smartphone, a tablet personal computer, a mobile phone, a video phone, an e-book reader, Desktop personal computer, laptop personal computer, netbook computer, workstation, server, personal digital assistant, portable multimedia player, MP3 player, mobile medical device , At least one of a camera or a wearable device. According to various embodiments, wearable devices may be accessory (eg, watches, rings, bracelets, anklets, necklaces, glasses, contact lenses, or head-mounted-devices (HMDs)), textiles, or clothing one-pieces ( For example, it may include at least one of an electronic garment, a body attachment type (eg, a skin pad or a tattoo), or a living implantable type (eg, an implantable circuit).

다른 실시예에서, 장치는, 각종 의료기기(예: 각종 휴대용 의료측정기기(혈당 측정기, 심박 측정기, 혈압 측정기, 또는 체온 측정기 등), MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 또는 초음파기 등), 네비게이션(navigation) 장치, 위성 항법 시스템(GNSS(global navigation satellite system)), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차 인포테인먼트(infotainment) 장치, 선박용 전자 장비(예: 선박용 항법 장치, 자이로 콤파스 등), 항공 전자기기(avionics), 보안 기기, 차량용 헤드 유닛(head unit), 산업용 또는 가정용 로봇, 금융 기관의 ATM(automatic teller's machine), 상점의 POS(point of sales), 또는 사물 인터넷 장치(internet of things)(예: 전구, 각종 센서, 전기 또는 가스 미터기, 스프링클러 장치, 화재경보기, 온도조절기(thermostat), 가로등, 토스터(toaster), 운동기구, 온수탱크, 히터, 보일러 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In another embodiment, the device may include a variety of medical devices (e.g., various portable medical devices (such as blood glucose meters, heart rate monitors, blood pressure meters, or body temperature meters), magnetic resonance angiography (MRA), magnetic resonance imaging (MRI), CT). (computed tomography, imaging or ultrasound), navigation devices, global navigation satellite systems (GNSS), event data recorders (FDRs), flight data recorders (FDRs), automotive infotainment Devices, ship electronics (e.g. ship navigation devices, gyro compasses, etc.), avionics, security devices, vehicle head units, industrial or home robots, automatic teller's machines in financial institutions, Point of sales (POS), or Internet of things (e.g., light bulbs, sensors, electrical or gas meters, sprinkler systems, fire alarms, thermostats, street lights, toasters) oaster), exercise equipment, hot water tank, heater, boiler, and the like.

도 1은 제1실시예에 따른 광학계(100-1)를 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically shows the optical system 100-1 according to the first embodiment.

광학계(100-1)는 상 측(image side)(I)에서 물체 측(object side)(O)으로 순서대로 배열된 제1렌즈군(G11)과, 조리개(ST), 제2렌즈군(G21)을 포함한다. The optical system 100-1 includes a first lens group G11, an aperture ST, and a second lens group arranged in order from an image side I to an object side O. G21).

이하에서, 상 측(image side)(I)은 상이 결상되는 상면(image plane)(IMG)이 있는 방향을 나타내고, 물체 측(object side)(O)은 피사체가 있는 방향을 나타낼 수 있다. 또는, 광학계가 헤드업 디스플레이에 적용되는 경우, 상 측(I)은 영상이 생성되는 디스플레이 패널이 있는 방향을 나타내고, 물체 측(O)은 영상이 표시되는 스크린이 있는 방향을 나타낼 수 있다. 또한, 렌즈의 "물체 측면"은, 예를 들면, 피사체 또는 스크린이 있는 쪽의 렌즈 면으로 도면상 좌측 면을 의미하며, "상 측면"은 상면(image plane)이 있는 쪽의 렌즈 면으로 도면상 우측 면을 나타낼 수 있다. 상면(IMG)은 예를 들어, 촬상 소자 면, 이미지 센서 면, 디스플레이 패널 면 일 수 있다. 이미지 센서는 예를 들어, 씨모스 이미지 센서(CMOS, complementary metal oxide semiconductor) 또는 전하 결합 소자(CCD, charge coupled device)와 같은 센서를 포함할 수 있다. 상기 이미지 센서는 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 피사체의 이미지를 전기적인 영상신호로 변환하는 소자일 수 있다.Hereinafter, the image side I may indicate a direction in which an image plane IMG is formed, and the object side O may indicate a direction in which an object is located. Alternatively, when the optical system is applied to the head-up display, the image side I may indicate the direction in which the display panel in which the image is generated is located, and the object side O may indicate the direction in which the screen is displayed in the image. In addition, the "object side" of the lens means the left side in the drawing, for example, the lens side of the object or the screen side, and the "image side" is the side of the lens on the side of the image plane. It may represent the upper right side. The upper surface IMG may be, for example, an imaging device surface, an image sensor surface, or a display panel surface. The image sensor may include, for example, a sensor such as a CMOS image sensor (CMOS) or a charge coupled device (CCD). The image sensor is not limited thereto, and may be, for example, a device that converts an image of a subject into an electrical image signal.

제1렌즈군(G11)은 적어도 하나의 렌즈를 포함하고, 정의 굴절력을 가질 수 있다. 제1렌즈군(G11)은 예를 들어, 정의 굴절력을 가지는 제1렌즈(L11), 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈(L21), 부의 굴절력을 가지는 제3렌즈(L31)를 포함할 수 있다. 제1렌즈(L11)는 물체 측(O)을 향해 볼록한 물체 측면(1)을 포함할 수 있다. 제1렌즈(L11)는 예를 들어, 양볼록 렌즈일 수 있다. 제2렌즈(L21)는 물체 측(O)을 향해 볼록한 물체 측면(3)을 포함할 수 있다. 제2렌즈(L21)는 예를 들어, 양볼록 렌즈일 수 있다. 제3렌즈(L31)는 양오목 렌즈일 수 있다.The first lens group G11 may include at least one lens and may have positive refractive power. The first lens group G11 may include, for example, a first lens L11 having a positive refractive power, a second lens L21 having a positive refractive power, and a third lens L31 having a negative refractive power. The first lens L11 may include an object side surface 1 convex toward the object side O. FIG. The first lens L11 may be, for example, a biconvex lens. The second lens L21 may include an object side surface 3 that is convex toward the object side O. FIG. The second lens L21 may be, for example, a biconvex lens. The third lens L31 may be a biconvex lens.

제1렌즈군(G11)은 적어도 하나의 접합 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2렌즈(L21)와 제3렌즈(L31)가 접합될 수 있다.The first lens group G11 may include at least one bonding lens. For example, the second lens L21 and the third lens L31 may be bonded to each other.

제2렌즈군(G21)은 부의 굴절력을 가지는 제4렌즈(L41), 정의 굴절력을 가지는 제5렌즈(L51), 정의 굴절력을 가지는 제6렌즈(L61)를 포함할 수 있다. 제4렌즈(L41)는 예를 들어, 상 측(I)을 향해 오목한 상 측면(8)을 포함할 수 있다. 제4렌즈(L41)는 양오목 렌즈일 수 있다. 제5렌즈(L51)는 물체 측(O)을 향해 볼록한 물체 측면(8)을 포함할 수 있다. 제5렌즈(L51)는 예를 들어, 양볼록 렌즈일 수 있다. 제6렌즈(L61)는 물체 측(O)을 향해 볼록한 물체 측면(10)을 포함할 수 있다. 제6렌즈(L61)는 물체 측(O)을 향해 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.The second lens group G21 may include a fourth lens L41 having negative refractive power, a fifth lens L51 having positive refractive power, and a sixth lens L61 having positive refractive power. For example, the fourth lens L41 may include an image side surface 8 that is concave toward the image side I. FIG. The fourth lens L41 may be a biconvex lens. The fifth lens L51 may include an object side surface 8 that is convex toward the object side O. FIG. The fifth lens L51 may be, for example, a biconvex lens. The sixth lens L61 may include an object side surface 10 that is convex toward the object side O. FIG. The sixth lens L61 may have a meniscus shape in which it is convex toward the object side O. FIG.

제2렌즈군(G21)은 적어도 하나의 접합 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제4렌즈(L41)와 제5렌즈(L51)가 접합될 수 있다.The second lens group G21 may include at least one bonding lens. For example, the fourth lens L41 and the fifth lens L51 may be bonded.

예시적인 실시예에 따른 광학계는 조리개(ST)를 중심으로 물체 측과 상 측에 제1렌즈군(G11)과 제2렌즈군(G21)이 대칭적으로 배치되는 더블-가우스 타입(double-gauss type)의 광학계로, 안정적인 광학 성능을 구현할 수 있다. 제1렌즈군(G11)과 제2렌즈군(G21)을 이동하여 포커싱을 수행할 수 있다. 그리고, 예시적인 실시예에 따른 광학계는 물체 거리가 변하더라도, 배율이 고정 되고, 상면이 고정될 수 있다. The optical system according to the exemplary embodiment has a double-gauss type in which the first lens group G11 and the second lens group G21 are symmetrically disposed on an object side and an image side with respect to the aperture ST. type) optical system, it is possible to implement a stable optical performance. The first lens group G11 and the second lens group G21 may be moved to perform focusing. The optical system according to the exemplary embodiment may have a magnification fixed and an upper surface fixed, even if the object distance changes.

예시적인 실시예에 따른 광학계는, 예를 들어, 디스플레이 패널에서 나온 영상 정보를 확대시켜주는 광학계에 적용될 수 있다. 또는, 예시적인 실시예에 따른 광학계는, 영상을 보는 대상의 위치에 따라 정확한 상의 정보를 전달해 줄 수 있다. 또는, 예시적인 실시예에 따른 광학계가, 자동차용 헤드업 디스플레이(Head-up display)에 적용될 경우, 개인에 따라 눈에 상이 맺히는 위치가 다른 것을 보정해주는 시도조절기능을 할 수 있다. The optical system according to an exemplary embodiment may be applied to, for example, an optical system that enlarges image information from a display panel. Alternatively, the optical system according to the exemplary embodiment may transmit accurate image information according to the position of the object for viewing the image. Alternatively, when the optical system according to an exemplary embodiment is applied to a head-up display for a vehicle, it may have a trial adjustment function for correcting a position where an image is formed in an eye according to an individual.

시도 조절이 가능하기 위해서 물체거리의 변화에 따른 광학계의 배율이 고정될 수 있다. 광학계의 배율이 고정되면, 투사되는 상 면(image plane)의 크기가 고정될 수 있다. The magnification of the optical system according to the change of the object distance may be fixed in order to enable the diopter adjustment. When the magnification of the optical system is fixed, the size of the projected image plane may be fixed.

또한, 헤드업 디스플레이가 주간의 밝은 빛에서도 투영된 이미지를 볼 수 있도록, 예시적인 실시예에 따른 광학계는 높은 개구수(NA)를 가질 수 있다. 예를 들어, 광학계는 0.2 이상의 개구수(NA)를 가질 수 있다. 예를 들어, 광학계는 0.2 이상 1 이하의 개구수를 가질 수 있다. 그럼으로써, 물체거리에 변화에 따른 해상력 성능의 변화를 최소화할 수 있다. 또한, 예시적인 실시예에 따른 광학계는, 물체거리의 변화에 따른 배율을 고정시키고, 상의 중심과 주변의 밝기를 고르게 하기 위해서 텔레센트릭하게 구성될 수 있다. In addition, the optical system according to the exemplary embodiment may have a high numerical aperture (NA) so that the head-up display can see the projected image even in daytime bright light. For example, the optical system may have a numerical aperture NA of 0.2 or more. For example, the optical system may have a numerical aperture of 0.2 or more and 1 or less. As a result, the change in resolution performance due to the change in the object distance can be minimized. In addition, the optical system according to the exemplary embodiment may be configured to be telecentric to fix the magnification according to the change of the object distance and to even the brightness of the center and the periphery of the image.

또한, 광학계가 헤드업 디스플레이 또는 헤드-마운티드 디스플레이(HMD;Head-mounted display)에 적용될 경우, 허상 광학계와 함께 사용되어 스크린에 투사되는 상 면이 확대되거나 축소되는 것을 방지할 수 있다. In addition, when the optical system is applied to a head-up display or a head-mounted display (HMD), it may be used together with the virtual image optical system to prevent the image surface projected on the screen from being enlarged or reduced.

도 3은 제2실시예에 따른 광학계(100-2)를 개략적으로 도시한 것이다.3 schematically shows the optical system 100-2 according to the second embodiment.

광학계(100-2)는 상 측(image side)(I)에서 물체 측(object side)(O)으로 순서대로 배열된 제1렌즈군(G12)과, 조리개(ST), 제2렌즈군(G22)을 포함한다. The optical system 100-2 includes a first lens group G12, an aperture ST, and a second lens group arranged in order from an image side I to an object side O. G22).

제1렌즈군(G12)은 적어도 하나의 렌즈를 포함하고, 정의 굴절력을 가질 수 있다. 제1렌즈군(G12)은 예를 들어, 정의 굴절력을 가지는 제1렌즈(L12), 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈(L22), 부의 굴절력을 가지는 제3렌즈(L32)를 포함할 수 있다. 제1렌즈(L12)는 물체 측(O)을 향해 볼록한 물체 측면(1)을 포함할 수 있다. 제1렌즈(L12)는 예를 들어, 물체 측(O)을 향해 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제2렌즈(L22)는 물체 측(O)을 향해 볼록한 물체 측면(3)을 포함할 수 있다. 제2렌즈(L22)는 예를 들어, 물체 측(O)을 향해 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제3렌즈(L32)는 물체 측(O)을 향해 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.The first lens group G12 may include at least one lens and may have positive refractive power. For example, the first lens group G12 may include a first lens L12 having positive refractive power, a second lens L22 having positive refractive power, and a third lens L32 having negative refractive power. The first lens L12 may include an object side surface 1 that is convex toward the object side O. FIG. For example, the first lens L12 may have a meniscus shape in which it is convex toward the object side (O). The second lens L22 may include an object side surface 3 that is convex toward the object side O. FIG. For example, the second lens L22 may have a meniscus shape in which it is convex toward the object side (O). The third lens L32 may have a meniscus shape in which it is convex toward the object side O. FIG.

예를 들어, 제2렌즈(L22)와 제3렌즈(L32)가 접합될 수 있다.For example, the second lens L22 and the third lens L32 may be bonded.

제2렌즈군(G22)은 부의 굴절력을 가지는 제4렌즈(L42), 정의 굴절력을 가지는 제5렌즈(L52), 정의 굴절력을 가지는 제6렌즈(L62)를 포함할 수 있다. 제4렌즈(L42)는 예를 들어, 상 측(I)을 향해 오목한 상 측면(8)을 포함할 수 있다. 제4렌즈(L42)는 양오목 렌즈일 수 있다. 제5렌즈(L52)는 물체 측(O)을 향해 볼록한 물체 측면(8)을 포함할 수 있다. 제5렌즈(L52)는 예를 들어, 양볼록 렌즈일 수 있다. 제6렌즈(L62)는 물체 측(O)을 향해 볼록한 물체 측면(10)을 포함할 수 있다. 제6렌즈(L62)는 양볼록 렌즈일 수 있다.The second lens group G22 may include a fourth lens L42 having negative refractive power, a fifth lens L52 having positive refractive power, and a sixth lens L62 having positive refractive power. For example, the fourth lens L42 may include an image side surface 8 that is concave toward the image side I. FIG. The fourth lens L42 may be a biconvex lens. The fifth lens L52 may include an object side surface 8 that is convex toward the object side O. FIG. The fifth lens L52 may be, for example, a biconvex lens. The sixth lens L62 may include an object side surface 10 that is convex toward the object side O. FIG. The sixth lens L62 may be a biconvex lens.

예를 들어, 제4렌즈(L42)와 제5렌즈(L52)가 접합될 수 있다.For example, the fourth lens L42 and the fifth lens L52 may be bonded.

도 5는 제3실시예에 따른 광학계(100-3)를 개략적으로 도시한 것이다.5 schematically shows the optical system 100-3 according to the third embodiment.

광학계(100-3)는 상 측(image side)(I)에서 물체 측(object side)(O)으로 순서대로 배열된 제1렌즈군(G13)과, 조리개(ST), 제2렌즈군(G23)을 포함한다. The optical system 100-3 includes a first lens group G13, an aperture ST, and a second lens group arranged in order from an image side I to an object side O. G23).

제1렌즈군(G13)은 적어도 하나의 렌즈를 포함하고, 정의 굴절력을 가질 수 있다. 제1렌즈군(G13)은 예를 들어, 정의 굴절력을 가지는 제1렌즈(L13), 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈(L23), 부의 굴절력을 가지는 제3렌즈(L33)를 포함할 수 있다. 제1렌즈(L13)는 물체 측(O)을 향해 볼록한 물체 측면(1)을 포함할 수 있다. 제1렌즈(L13)는 예를 들어, 양볼록 렌즈일 수 있다. 제2렌즈(L23)는 물체 측(O)을 향해 볼록한 물체 측면(3)을 포함할 수 있다. 제2렌즈(L23)는 예를 들어, 양볼록 렌즈일 수 있다. 제3렌즈(L33)는 양오목 렌즈일 수 있다.The first lens group G13 may include at least one lens and may have positive refractive power. The first lens group G13 may include, for example, a first lens L13 having a positive refractive power, a second lens L23 having a positive refractive power, and a third lens L33 having a negative refractive power. The first lens L13 may include an object side surface 1 that is convex toward the object side O. FIG. The first lens L13 may be, for example, a biconvex lens. The second lens L23 may include an object side surface 3 that is convex toward the object side O. FIG. The second lens L23 may be, for example, a biconvex lens. The third lens L33 may be a biconvex lens.

예를 들어, 제2렌즈(L23)와 제3렌즈(L33)가 접합될 수 있다.For example, the second lens L23 and the third lens L33 may be bonded to each other.

제2렌즈군(G23)은 부의 굴절력을 가지는 제4렌즈(L43), 정의 굴절력을 가지는 제5렌즈(L53), 정의 굴절력을 가지는 제6렌즈(L63)를 포함할 수 있다. 제4렌즈(L43)는 예를 들어, 상 측(I)을 향해 오목한 상 측면(8)을 포함할 수 있다. 제4렌즈(L43)는 양오목 렌즈일 수 있다. 제5렌즈(L53)는 물체 측(O)을 향해 볼록한 물체 측면(8)을 포함할 수 있다. 제5렌즈(L53)는 예를 들어, 양볼록 렌즈일 수 있다. 제6렌즈(L63)는 물체 측(O)을 향해 볼록한 물체 측면(10)을 포함할 수 있다. 제6렌즈(L63)는 양볼록 렌즈일 수 있다.The second lens group G23 may include a fourth lens L43 having negative refractive power, a fifth lens L53 having positive refractive power, and a sixth lens L63 having positive refractive power. For example, the fourth lens L43 may include an image side surface 8 that is concave toward the image side I. FIG. The fourth lens L43 may be a biconvex lens. The fifth lens L53 may include an object side surface 8 that is convex toward the object side O. FIG. The fifth lens L53 may be, for example, a biconvex lens. The sixth lens L63 may include an object side surface 10 that is convex toward the object side O. FIG. The sixth lens L63 may be a biconvex lens.

예를 들어, 제4렌즈(L43)와 제5렌즈(L53)가 접합될 수 있다.For example, the fourth lens L43 and the fifth lens L53 may be bonded.

예시적인 실시예에 따른 광학계에서, 제 1렌즈군이 물체거리 변화에 따른 배율을 고정시키며, 제 2렌즈군이 고정된 촬상 소자에 일정하게 상을 결상시키도록 할 수 있다. 예시적인 실시예에서 포커싱시 제1렌즈군과 제2렌즈군이 함께 이동한다. In the optical system according to the exemplary embodiment, the first lens group may fix the magnification according to the change of the object distance, and the second lens group may constantly image the image on the fixed image pickup device. In an exemplary embodiment, the first lens group and the second lens group move together when focusing.

다양한 실시예에 따른 광학계는 다음 식을 만족할 수 있다. 이하 식들에 대해서는 도 1을 참조하여 설명하지만, 다른 실시예에 따른 광학계에도 적용될 수 있다. The optical system according to various embodiments may satisfy the following equation. Hereinafter, the equations will be described with reference to FIG. 1, but may be applied to an optical system according to another embodiment.

Figure pat00005
<식 1>
Figure pat00005
<Equation 1>

여기서, △do는 물체 거리가 최대인 경우와 최소인 경우의 제 1렌즈군과 제2 렌즈군 사이의 거리의 차이며, △Lo는 물체 거리가 최대인 경우와 최소인 경우 물체 거리의 차를 나타낸다. 물체 거리의 최대값과 최소값은 설계 사양에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 광학계가 물체 거리 100mm를 기준으로 +/-20mm 범위 내로 물체 거리가 바뀔 때, 배율이 고정되는 광학계에 대해서 △Lo는 40mm이다.Δd o is the difference between the distance between the first lens group and the second lens group when the object distance is maximum and minimum, and ΔL o is the distance of the object distance when the object distance is maximum and minimum. Indicates a difference. The maximum and minimum values of the object distance can be determined by the design specification. For example, when the object distance changes within the range of +/- 20 mm based on the object distance 100 mm, ΔLo is 40 mm for the optical system to which the magnification is fixed.

식 <1>은 물체거리 변화에 대한 제 1렌즈군(G11)과 제 2렌즈군(G21) 사이의 간격의 비율을 한정한다. 식 <1>의 비율이 하한 값보다 작으면 제 1렌즈군과 제 2렌즈군의 간격이 너무 짧아져 제1렌즈군과 제2렌즈군이 충돌할 수 있다. 또한, 식 <1>의 비율이 상한 값보다 커지면 제 1렌즈군과 제 2렌즈군 사이의 간격이 넓어져 원하는 해상력 성능을 얻기 어렵다.  Equation < 1 > defines the ratio of the interval between the first lens group G11 and the second lens group G21 with respect to the object distance change. If the ratio of the formula <1> is smaller than the lower limit, the distance between the first lens group and the second lens group may be too short, and the first lens group and the second lens group may collide. In addition, when the ratio of the formula <1> is larger than the upper limit value, the interval between the first lens group and the second lens group is widened, so that it is difficult to obtain a desired resolution performance.

다양한 실시예에 따른 광학계는 다음 식을 만족할 수 있다.The optical system according to various embodiments may satisfy the following equation.

Figure pat00006
                       <식 2>
Figure pat00006
                        <Equation 2>

여기서, EFL1 은 제 1렌즈군의 초점거리이며, EFL2는 제 2렌즈군의 초점거리이다. Here, EFL 1 is the focal length of the first lens group and EFL 2 is the focal length of the second lens group.

식 <2>는 제 2렌즈군(G21)의 초점거리에 대한 제 1렌즈군(G11)의 초점거리의 비율을 한정한다. 식 <2>의 비율이 하한 값보다 작으면 제 2렌즈군(G21)의 굴절력이 제 1렌즈군(G11)의 굴절력에 비해 커지게 되어 제 1렌즈군(G11)과 제 2렌즈군(G21)의 간격이 길어져 원하는 해상력 성능을 얻기 어렵다. 식 <2>의 비율이 상한 값보다 크면, 제 1렌즈군의 초점 거리가 짧아져 광학계의 조립 민감도가 높아질 수 있다. 다양한 실시예에 따른 광학계는 다음 식을 만족할 수 있다.Equation <2> defines the ratio of the focal length of the first lens group G11 to the focal length of the second lens group G21. If the ratio of the formula <2> is smaller than the lower limit, the refractive power of the second lens group G21 becomes larger than that of the first lens group G11, so that the first lens group G11 and the second lens group G21 are larger. The interval of) is long, so it is difficult to achieve the desired resolution performance. When the ratio of the formula <2> is larger than the upper limit value, the focal length of the first lens group may be shortened to increase the assembly sensitivity of the optical system. The optical system according to various embodiments may satisfy the following equation.

Figure pat00007
                    <식 3>
Figure pat00007
<Equation 3>

여기서, G1nave는 제 1렌즈군에 포함된 렌즈의 평균 굴절률이며, G2nave는 제 2렌즈군에 포함된 렌즈의 평균 굴절률을 나타낸다. Here, G 1nave represents an average refractive index of the lens included in the first lens group, and G 2nave represents an average refractive index of the lens included in the second lens group.

식 <3>은 제 1렌즈군의 평균 굴절률에 대한 제 2렌즈군의 평균 굴절률의 비율을 나타낸 것으로 렌즈 소재를 한정한다. 제1렌즈군의 평균 굴절률은 제1렌즈군에 포함된 렌즈들의 굴절률의 평균을 나타내며, 제2렌즈군의 평균 굴절률은 제2렌즈군에 포함된 렌즈들의 굴절률의 평균을 나타낸다. 적은 매수의 구면렌즈를 사용할 경우 비점수차에 유리한 고굴절의 소재를 사용해야 하며, 제 1렌즈군과 제 2렌즈군의 굴절률의 비율이 식 3의 범위를 벗어나면, 어느 한 쪽 렌즈군의 굴절력이 높아지게 되어 원하는 해상력 성능을 얻기 어렵거나 제1렌즈군의 초점 거리가 너무 짧아져 광선의 급격한 굴절로 인해 조립 민감도가 높아질 수 있다. Equation <3> represents the ratio of the average refractive index of the second lens group to the average refractive index of the first lens group, thereby defining the lens material. The average refractive index of the first lens group represents the average of the refractive indices of the lenses included in the first lens group, and the average refractive index of the second lens group represents the average of the refractive indices of the lenses included in the second lens group. When using a small number of spherical lenses, a high refractive material that is advantageous for astigmatism should be used. If the ratio of the refractive index of the first lens group to the second lens group is outside the range of Equation 3, the refractive power of either lens group is increased. As a result, it is difficult to obtain a desired resolution performance, or the focal length of the first lens group may be too short, resulting in high assembly sensitivity due to the sudden refraction of the light beam.

다양한 실시예에 따른 광학계는 다음 식을 만족할 수 있다.The optical system according to various embodiments may satisfy the following equation.

 

Figure pat00008
                      < 식 4>  
Figure pat00008
<Equation 4>

여기서, RS -1은 상기 조리개를 기준으로 물체 측에 배치된 렌즈의 상 측면의 곡률 반경이고, RS +1은 조리개를 기준으로 상 측에 배치된 렌즈의 물체 측면의 곡률 반경을 나타낸다. 예를 들어, RS -1은 제1실시예에 따른 광학계(100-1)에서 조리개(ST)의 상 측에 있는 제4렌즈(L41)의 물체 측면(7)의 곡률 반경을 나타낸다. 식 <4>는 조리개의 앞 쪽에 있는 렌즈 면의 곡률 반경에 대한 조리개 뒤 쪽에 있는 렌즈 면에 대한 곡률 반경의 비율을 한정한 것으로, 식 <4>의 값이 상한 값보다 커지면, 조리개의 앞에 위치한 렌즈의 상측 면의 곡률 반경이 커지거나, 식 <4>의 값이 양수(positive number)가 될 수 있다. 그러면, 조리개의 양 쪽 면의 곡률 방향이 같게 되어 구면 수차를 줄이기 어렵고 원하는 해상력 성능을 얻기가 어렵다. 또한, 식 <4>의 값이 하한 값보다 작으면, 조리개의 앞 쪽에 있는 렌즈 면의 곡률 반경이 작아지고, 조리개 뒤 쪽에 있는 렌즈 면의 곡률 반경이 커지므로, 광선이 조리개의 뒤 쪽에 있는 렌즈 면을 통과할 때, 광선이 강하게 수렴되어 후초점 거리(BFL)가 짧아질 수 있다. 후초점 거리가 너무 짧아지면 광학계의 제작이 어려워질 수 있다. Here, R S -1 represents a radius of curvature of the image side of the lens disposed on the object side based on the aperture, and R S +1 represents a radius of curvature of the object side of the lens disposed on the image side of the lens based on the aperture. For example, R S -1 represents the radius of curvature of the object side surface 7 of the fourth lens L41 on the image side of the aperture ST in the optical system 100-1 according to the first embodiment. Equation <4> defines the ratio of the radius of curvature to the lens plane behind the iris to the radius of curvature of the lens plane at the front of the iris. When the value of Equation <4> is greater than the upper limit, The radius of curvature of the image-side surface of the lens may be large, or the value of Equation <4> may be a positive number. Then, the curvature directions of both surfaces of the iris become the same, making it difficult to reduce spherical aberration and to obtain desired resolution performance. Also, if the value in equation <4> is smaller than the lower limit, the radius of curvature of the lens surface at the front of the iris becomes smaller, and the radius of curvature of the lens surface at the back of the iris is increased, so that the light beam is behind the aperture. As it passes through the plane, the light beams converge strongly and the short focal length BFL can be shortened. If the postfocal length is too short, it may be difficult to manufacture the optical system.

다양한 실시예에 따른 광학계는 광학계에 포함된 렌즈가 모두 구면 렌즈일 수 있다. 그럼으로써, 렌즈 제작 비용을 줄일 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, all of the lenses included in the optical system may be spherical lenses. As a result, the lens manufacturing cost can be reduced.

본 발명에서는 다음과 같이 다양한 설계에 따른 수치 실시예를 통해 광학계를 구현할 수 있다. 이하에서, 유효 초점거리(EFL)는 mm 단위를 사용하며, 반화각(HFOV)은 degree의 단위를 사용하며, NA는 개구수를 나타낸다. Object는 피사체를 나타내고, R은 곡률 반경을, Dn은 렌즈의 두께 또는 렌즈와 렌즈 사이의 공기 간격을 나타내는 것으로 mm 단위를 사용하며, nd는 굴절률을, vd는 아베수를, M은 배율을 나타낸다. 각 수치 실시예에서 렌즈면 번호(1,2,3..n;n은 자연수)는 물체측(O)으로부터 상 측(I)으로 순차적으로 일렬로 부쳐진다.  In the present invention, the optical system can be implemented through a numerical embodiment according to various designs as follows. Hereinafter, the effective focal length (EFL) uses a unit of mm, the half angle of view (HFOV) uses a unit of degree, and NA represents a numerical aperture. Object represents the subject, R represents the radius of curvature, Dn represents the thickness of the lens or the air gap between the lens and mm, nd represents the refractive index, vd represents the Abbe number, and M represents the magnification. . In each numerical embodiment, the lens surface numbers (1, 2, 3 .. n; n is a natural number) are sequentially arranged in line from the object side O to the image side I. FIG.

<제1 실시예><First Embodiment>

도 1은 제1 실시예에 따른 광학계(100-1)를 도시한 것이며, 다음은 제1 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다. 도 1에서 상부 도면은 물체 거리가 106.030일 때(최소 물체 거리), 하부 도면은 물체 거리가 125.931일 때(최대 물체 거리)를 도시한 것이다.1 shows an optical system 100-1 according to the first embodiment, and the following shows design data of the first embodiment. In FIG. 1 the top view shows when the object distance is 106.030 (minimum object distance), and the bottom view shows when the object distance is 125.931 (maximum object distance).

EFL=27.08mm, NA/0.25, HFOV=6.892°, M = 0.24 EFL = 27.08mm, NA / 0.25, HFOV = 6.892 °, M = 0.24

렌즈면Lens surface RR DnDn ndnd vdvd NoteNote ObjectObject   AA       1One 57.57957.579 8.5008.500 1.8938301.893830 32.1932.19 제1렌즈군First lens group 22 -80.633-80.633 0.1000.100     33 18.36718.367 4.4944.494 1.8631281.863128 37.9237.92 44 -40.364-40.364 2.5312.531 1.9209931.920993 21.3521.35 55 20.92920.929 BB     6(ST)6 (ST) InfinityInfinity 5.1045.104       77 -206.336-206.336 8.5008.500 1.8941371.894137 32.0032.00 제2렌즈군2nd lens group 88 9.2119.211 8.5008.500 1.5700801.570080 45.1445.14 99 -61.008-61.008 0.1000.100     1010 11.53211.532 8.5008.500 1.8830001.883000 40.8140.81 1111 47.74147.741 CC     IMGIMG InfinityInfinity 0.0000.000      

표 2는 제1 실시예에서의 줌 데이터를 나타낸 것이다. 즉, 제1 물체거리(A=106.030)와 제2 물체거리(A=125.931)에서, 제1렌즈군의 가장 상 측에 위치한 렌즈의 상 측면과 조리개 사이의 간격(B)과, 제2렌즈군의 가장 상 측에 위치한 렌즈의 상 측면과 상면(IMG) 사이의 간격(C)을 나타낸 것이다. 제1 물체 거리(최소 물체 거리)와 제2물체 거리(최대 물체 거리)에서 배율이 변하지 않는다.Table 2 shows the zoom data in the first embodiment. That is, at the first object distance A = 106.030 and the second object distance A = 125.931, the distance B between the image side and the aperture of the lens positioned at the most image side of the first lens group, and the second lens The distance C between the image side surface and the image surface IMG of the lens located at the most image side of the group is shown. The magnification does not change at the first object distance (minimum object distance) and the second object distance (maximum object distance).

No.No. AA BB CC M = 0.024M = 0.024 106.030106.030 1.8151.815 4.2224.222 M = 0.024M = 0.024 125.931125.931 5.7035.703 0.4460.446

도 2는 제1 실시예에 대한 횡수차도(ray fan)를 나타낸 것으로서, 광학계의 성능을 나타내는 그림이다. 여기서, 점선은 C-line(587.5618NM), 실선은 d-line(656.2725NM), 일점 파선은 F-line(486.1327NM)에 대한 횡수차를 나타낸다. 횡수차는 자오상면(Tangential)과 구결상면(Sagittal)에 대한 수차를 보여준다. FIG. 2 is a diagram showing a ray fan for the first embodiment, which shows the performance of the optical system. Here, the dotted line represents the C-line (587.5618NM), the solid line represents the d-line (656.2725NM), and the dashed dashed line represents the lateral aberration to the F-line (486.1327NM). Lateral aberrations show aberrations for the tangential and sagittal planes.

<제2 실시예>Second Embodiment

도 3은 제2 실시예에 따른 광학계(100-2)를 도시한 것이며, 표 3은 제2 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다. 도 3에서 상부 도면은 물체 거리가 87.292일 때, 하부 도면은 물체 거리가 94.726일 때를 도시한 것이다.3 shows the optical system 100-2 according to the second embodiment, and Table 3 shows the design data of the second embodiment. In FIG. 3, the upper view shows when the object distance is 87.292, and the lower view shows when the object distance is 94.726.

EFL=27.10mm, NA/0.25, HFOV=6.875°, M = 0.24 EFL = 27.10mm, NA / 0.25, HFOV = 6.875 °, M = 0.24

렌즈면Lens surface RR DnDn ndnd vdvd NoteNote ObjectObject   AA       1One 35.76735.767 2.7112.711 1.8830001.883000 40.8140.81 제1렌즈군First lens group 22 102.859102.859 0.1000.100     33 17.48817.488 3.0493.049 1.8830001.883000 40.8140.81 44 25.45525.455 1.1981.198 1.6221411.622141 35.9935.99 55 12.62012.620 BB     6(ST)6 (ST) InfinityInfinity 0.9150.915       77 -14.075-14.075 9.0009.000 1.9125701.912570 23.7823.78 제2렌즈군2nd lens group 88 17.84217.842 6.9956.995 1.6603471.660347 56.6956.69 99 -17.074-17.074 0.1000.100     1010 26.90326.903 9.0009.000 1.8926811.892681 32.9232.92 1111 -60.768-60.768 CC     IMGIMG InfinityInfinity 0.0000.000      

표 4는 제2 실시예에서의 줌 데이터를 나타낸 것이다. 즉, 제1 물체거리(A=87.292)와 제2 물체거리(A=94.726)에서의 제1렌즈군과 조리개 사이의 간격(B)과, 제2레즈군과 상면(IMG) 사이의 간격(C)을 나타낸 것이다.Table 4 shows the zoom data in the second embodiment. That is, the distance B between the first lens group and the aperture at the first object distance A = 87.292 and the second object distance A = 94.726, and the distance between the second group of lenses and the image surface IMG ( C) is shown.

No.No. AA BB CC M = 0.024M = 0.024 87.29287.292 14.20014.200 24.79524.795 M = 0.024M = 0.024 94.72694.726 27.26427.264 24.30024.300

도 4는 제2 실시예에 대한 횡수차도(ray fan)를 나타낸 것으로서, 광학계의 성능을 나타내는 그림이다. FIG. 4 shows a ray fan for the second embodiment, which shows the performance of the optical system.

<제3 실시예>Third Embodiment

도 5는 제3 실시예에 따른 광학계(100-3)를 도시한 것이며, 표 5는 제3 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다. 도 5에서 상부 도면은 물체 거리가 95.630일 때, 하부 도면은 물체 거리가 114.068일 때를 도시한 것이다.5 shows the optical system 100-3 according to the third embodiment, and Table 5 shows design data of the third embodiment. The upper figure in FIG. 5 shows when the object distance is 95.630, and the lower figure shows when the object distance is 114.068.

EFL=27.10mm, NA/0.25, HFOV=6.855°, M=0.24 EFL = 27.10mm, NA / 0.25, HFOV = 6.855 °, M = 0.24

렌즈면Lens surface RR DnDn ndnd vdvd NoteNote ObjectObject   AA       1One 80.80780.807 2.2812.281 1.8649571.864957 41.5341.53 제1렌즈군First lens group 22 -88.652-88.652 0.1000.100     33 26.96726.967 8.0008.000 1.8830001.883000 40.8140.81 44 -21.101-21.101 8.0008.000 1.8753501.875350 30.9730.97 55 24.97624.976 BB     6(ST)6 (ST) InfinityInfinity 0.6110.611       77 -15.322-15.322 8.0008.000 1.7552011.755201 27.5827.58 제2 렌즈군Second lens group 88 10.32610.326 8.0008.000 1.5742671.574267 62.9862.98 99 -15.373-15.373 0.1000.100     1010 15.77115.771 2.5762.576 1.7439721.743972 44.8544.85 1111 -206.138-206.138 CC     IMGIMG InfinityInfinity 0.0000.000      

표 6은 제3 실시예에서의 줌 데이터를 나타낸 것이다. 즉, 제1 물체거리(A=95.630)와 제2 물체거리(A=114.068)에서의 제1렌즈군과 조리개 사이의 간격(B)과, 제2레즈군과 상면(IMG) 사이의 간격(C)을 나타낸 것이다.Table 6 shows the zoom data in the third embodiment. That is, the distance B between the first lens group and the iris at the first object distance A = 95.630 and the second object distance A = 114.068, and the distance between the second red groups and the image surface IMG ( C) is shown.

No.No. AA BB CC M= 0.024M = 0.024 95.63095.630 2.0872.087 14.79614.796 M= 0.024M = 0.024 114.068114.068 5.8495.849 12.59512.595

도 6은 제3 실시예에 대한 횡수차도(ray fan)를 나타낸 것으로서, 광학계의 성능을 나타내는 그림이다. FIG. 6 shows a ray fan for the third embodiment, which is a figure showing the performance of an optical system. FIG.

다음은, 상기 제1 내지 제3 실시예에서 식 1 내지 4에 필요한 항목들의 값과,을식1 내지 식 4를 만족함을 보여준 것이다.The following shows that the values of items required for Equations 1 to 4 and Equations 1 to 4 are satisfied in the first to third embodiments.

  실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 △do △ d o 3.8883.888 13.06413.064 3.7623.762 △Lo △ L o 19.90119.901 7.4347.434 18.43818.438 EFL2 EFL 2 20.35320.353 17.35317.353 14.53814.538 EFL1 EFL 1 25.69125.691 62.47762.477 29.23229.232 G1nave G 1nave 1.9001.900 1.7961.796 1.8801.880 G2nave G 2nave 1.7871.787 1.8221.822 1.6951.695 Rs -1 R s -1 20.928520.9285 12.62012.620 24.97624.976 Rs +1 R s +1 -206.336-206.336 -14.075-14.075 -15.323-15.323 식1Equation 1 0.1950.195 1.7571.757 0.2040.204 식2Equation 2 0.7920.792 0.2780.278 0.4970.497 식3Equation 3 1.0631.063 0.9860.986 1.1091.109 식4Equation 4 -0.101-0.101 -0.897-0.897 -1.630-1.630

일반적으로 광학계의 물체거리가 변하면 배율이 변하게 된다. 이에 반해, 본 발명의 다양한 실시예에서는 이중 가우스(Double-Gauss) 형태의 광학계에서 조리개를 기준으로 조리개 앞쪽에 위치한 제1 렌즈군과 조리개 뒤쪽에 위치한 제2렌즈군을 광축 방향을 따라 독립적으로 이동하여 물체거리가 변하더라도 배율과 상면이 고정되도록 하였다. 이러한 광학계는 헤드업 디스플레이(Head-up display, HUD), 헤드-마운티드 디스플레이(MD) 등의 투사 광학계에 채용되어, 포커싱(focusing) 시에 화각이 변하지 않도록 할 수 있다. In general, when the object distance of the optical system changes, the magnification changes. On the contrary, in various embodiments of the present invention, the first lens group positioned in front of the aperture and the second lens group positioned behind the aperture in the double-Gauss type optical system are independently moved along the optical axis direction. Therefore, the magnification and the upper surface are fixed even if the object distance changes. Such an optical system is employed in projection optical systems such as a head-up display (HUD), a head-mounted display (MD), and the like, so that the angle of view does not change during focusing.

자동차의 속도가 달라지면, 헤드업 디스플레이에 의해 표시된 허상(virtual image)의 거리가 조정되어야 운전자에게 편리하다. 헤드업 디스플레이에서 허상 거리 변화를 구현하는 방법은 여러 가지가 있지만, 가장 쉽게 구현할 수 있는 방법은 헤드업 디스플레이 장치의 소형 영상 소자를 움직이는 것이다. 이는 광학계에서 물체거리가 변하면 상 거리(image distance)가 변하는 것과 원리가 동일하며, 헤드업 디스플레이와 헤드 마운티드 디스플레이(Head mounted display, HMD)와 같은 무초점 광학계에서는 이를 시도 조절이라고 부른다. If the speed of the vehicle varies, it is convenient for the driver to adjust the distance of the virtual image displayed by the head-up display. There are many ways to implement the virtual distance change in the head-up display, but the easiest method is to move the small image elements of the head-up display device. This principle is the same as the image distance changes when the object distance changes in the optical system, and in afocal optical systems such as a head-up display and a head mounted display (HMD), this is called trial adjustment.

여기서, 헤드업 디스플레이 장치에서 원하는 화각을 만족하는 영상 소자를 만들기가 어렵다. 따라서 이를 위해 액정화면(Liquid crystal display, LCD) 또는 반사형 액정화면(Liquid crystal on silicon, LcoS)과 같은 소형 영상 소자의 상을 헤드업 디스플레이의 상 면에 확대하여 결상시키는 투사 광학계를 사용할 수 있다. 이때 투사 광학계의 투사 면이 고정되면 헤드업 디스플레이의 시도 조절이 불가능하므로, 이러한 투사 광학계는 줌(zoom) 구조로 설계되어야 한다.Here, in the head-up display device, it is difficult to make an image element satisfying a desired angle of view. Therefore, a projection optical system may be used to enlarge and image an image of a small image device such as a liquid crystal display (LCD) or a liquid crystal on silicon (LcoS) onto an image of a head-up display. . At this time, when the projection surface of the projection optical system is fixed, it is impossible to adjust the head-up display, such a projection optical system should be designed in a zoom (zoom) structure.

하지만 이렇게 줌 구조를 이용한 투사 광학계는 화각 변화(zooming) 시에 물체 크기가 변하게 되므로 헤드업 디스플레이의 광학계 관점에서는 영상 크기가 변하여 시도 조절 단계에서 화각이 변하는 부작용이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 다양한 실시예에서는, 각 렌즈군을 이동하여 물체 거리가 변하더라도 배율이 고정되어 투사 화면의 크기가 바뀌지 않도록 한다.However, the projection optical system using the zoom structure changes the size of the object when the angle of view changes (zooming), so the side effect of changing the angle of view in the diopter adjustment step may occur in view of the optical system of the head-up display. Therefore, in various embodiments of the present invention, even if the object distance changes by moving each lens group, the magnification is fixed so that the size of the projection screen does not change.

또한, 예를 들어, 다양한 실시예에 따른 광학계는, 반도체 칩과, 인쇄회로기판에 집적 회로를 연결하는 와이어(wire)의 연결 상태를 검사하는 장치에도 채용될 수 있다. 이러한 검사 과정에서 검사 장치가 위 아래로 움직여서 물체거리가 변해도 광학계의 배율이 변하지 않도록 하여 배율 고정을 위한 별도의 영상 처리를 할 필요가 없다. 따라서, 고속검사가 가능할 수 있다. Also, for example, the optical system according to various embodiments may be employed in an apparatus for inspecting a connection state between a semiconductor chip and a wire connecting an integrated circuit to a printed circuit board. In this inspection process, the inspection apparatus moves up and down so that the magnification of the optical system does not change even if the object distance changes, so that there is no need to perform separate image processing for fixing the magnification. Thus, high speed inspection may be possible.

인쇄 회로 기판에 직접회로를 연결하는 와이어는 눈으로 확인할 수 없기 때문에 광학계를 사용하여 영상을 확대하여 검사해야 하며, 촬상 소자에서 얻은 영상을 판독하여 와이어의 단선 여부를 자동으로 감지할 수 있다. 이 때 검사하는 장비는 인쇄 회로 기판 바닥면에서 직접회로의 윗면까지 위아래로 스캔하기 때문에 물체거리가 변하는 것과 같은 효과를 갖는다. 이때 물체거리 변화에 따라 배율이 바뀌지 않기 때문에 영상 처리가 간편해 지므로 고속으로 검사할 수 있다.Since the wire connecting the direct circuit to the printed circuit board cannot be visually checked, the image must be magnified and inspected using an optical system, and the image obtained from the image pickup device can be read to automatically detect whether the wire is broken. In this case, the inspection equipment scans up and down from the bottom of the printed circuit board to the top of the integrated circuit, so that the object distance is changed. At this time, the magnification does not change in accordance with the change of the object distance, so the image processing is simplified, so that the inspection can be performed at high speed.

본 문서에 개시된 실시예는 개시된, 기술 내용의 설명 및 이해를 위해 제시된 것이며, 본 문서에서 기재된 기술의 범위를 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 문서의 범위는, 본 문서의 기술적 사상에 근거한 모든 변경 또는 다양한 다른 실시예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.The embodiments disclosed herein are presented for the purpose of explanation and understanding of the disclosed, technical details, and do not limit the scope of the techniques described in this document. Accordingly, the scope of this document should be construed as including all changes or various other embodiments based on the technical spirit of this document. The above embodiments are merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible to those skilled in the art. Therefore, the true technical protection scope according to the embodiment of the present invention will be defined by the technical spirit of the invention described in the claims below.

G11,G12,G13:제1렌즈군, G21,G22,G32:제2렌즈군
L11:제1렌즈, L21:제2렌즈
L31:제3렌즈, L41:제4렌즈
L51:제5렌즈, L61:제6렌즈
G11, G12, G13: first lens group, G21, G22, G32: second lens group
L11: first lens, L21: second lens
L31: third lens, L41: fourth lens
L51: fifth lens, L61: sixth lens

Claims (16)

적어도 하나의 렌즈를 포함하고, 정의 굴절력을 가진 제1렌즈군;
조리개; 및
적어도 하나의 렌즈를 포함하고, 정의 굴절력을 가진 제2렌즈군;을 포함하고,
상기 제1렌즈군과 상기 제2렌즈군이 이동하여 포커싱을 수행하고, 0.2 이상의 개구수를 가지며, 물체거리 변화에 따른 배율이 고정된 광학계.
A first lens group including at least one lens and having positive refractive power;
iris; And
A second lens group including at least one lens and having a positive refractive power;
The first lens group and the second lens group is moved to perform focusing, the optical system having a numerical aperture of 0.2 or more, and the magnification according to the change of object distance is fixed.
제1항에 있어서,
다음 식을 만족하는 광학계.
<식>
   
Figure pat00009
                        
여기서, △do는 물체 거리가 최대인 경우와 최소인 경우의 제 1렌즈군과 제2 렌즈군 사이의 거리의 차이며, △Lo는 물체 거리가 최대인 경우와 최소인 경우 물체 거리의 차를 나타낸다.
The method of claim 1,
Optical system satisfying the following equation.
<Expression>
   
Figure pat00009
                        
Δd o is the difference between the distance between the first lens group and the second lens group when the object distance is maximum and minimum, and ΔL o is the distance of the object distance when the object distance is maximum and minimum. Indicates a difference.
제1항에 있어서,
다음 식을 만족하는 광학계.
Figure pat00010
                        
여기서, EFL1 은 제 1렌즈군의 초점거리이며, EFL2는 제 2렌즈군의 초점거리이다.
The method of claim 1,
Optical system satisfying the following equation.
Figure pat00010
                        
Here, EFL 1 is the focal length of the first lens group and EFL 2 is the focal length of the second lens group.
제1항에 있어서,
다음 식을 만족하는 광학계.
Figure pat00011

여기서, G1nave는 제 1렌즈군에 포함된 렌즈의 평균 굴절률이며, G2nave는 제 2렌즈군에 포함된 렌즈의 평균 굴절률을 나타낸다.
The method of claim 1,
Optical system satisfying the following equation.
Figure pat00011

Here, G 1nave represents an average refractive index of the lens included in the first lens group, and G 2nave represents an average refractive index of the lens included in the second lens group.
제1항에 있어서,
다음 식을 만족하는 광학계.
 
Figure pat00012
                        
여기서, RS -1은 상기 조리개를 기준으로 물체 측에 배치된 렌즈의 상 측면의 곡률 반경이고, RS +1은 조리개를 기준으로 상 측에 배치된 렌즈의 물체 측면의 곡률 반경을 나타낸다.
The method of claim 1,
Optical system satisfying the following equation.
 
Figure pat00012
                        
Here, R S -1 represents a radius of curvature of the image side of the lens disposed on the object side based on the aperture, and R S +1 represents a radius of curvature of the object side of the lens disposed on the image side of the lens based on the aperture.
제1항에 있어서,
상기 제1렌즈군은 정의 굴절력을 가지는 제1렌즈, 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈, 및 부의 굴절력을 가지는 제3렌즈를 포함하는 광학계.
The method of claim 1,
The first lens group includes a first lens having a positive refractive power, a second lens having a positive refractive power, and a third lens having a negative refractive power.
제6항에 있어서,
상기 제1렌즈가 양볼록 렌즈이고, 제2렌즈가 양볼록 렌즈인 광학계.
The method of claim 6,
The first lens is a biconvex lens, and the second lens is a biconvex lens.
제6항에 있어서,
상기 제2렌즈와 제3렌즈가 접합된 광학계.
The method of claim 6,
An optical system in which the second lens and the third lens are bonded.
제6항에 있어서,
상기 제1렌즈가 물체 측으로 볼록한 메니스커스 렌즈이고, 제2렌즈가 물체 측으로 볼록한 메니스커스 렌즈이고, 제3렌즈가 물체 측으로 볼록한 메니스커스 렌즈인 광학계.
The method of claim 6,
And the first lens is a meniscus lens that is convex toward the object side, the second lens is a meniscus lens that is convex toward the object side, and the third lens is a meniscus lens that is convex toward the object side.
제1항에 있어서,
상기 제2렌즈군은 부의 굴절력을 가지는 제4렌즈, 정의 굴절력을 가지는 제5렌즈, 정의 굴절력을 가지는 제6렌즈를 포함하는 광학계.
The method of claim 1,
The second lens group includes a fourth lens having negative refractive power, a fifth lens having positive refractive power, and a sixth lens having positive refractive power.
제1항에 있어서,
상기 제4렌즈가 양오목 렌즈인 광학계.
The method of claim 1,
And the fourth lens is a biconvex lens.
제10항에 있어서,
상기 제5렌즈가 양볼록 렌즈인 광학계.
The method of claim 10,
And the fifth lens is a biconvex lens.
제10항에 있어서,
상기 제4렌즈와 제5렌즈가 접합된 광학계.
The method of claim 10,
An optical system in which the fourth lens and the fifth lens are bonded.
제1항에 있어서,
상기 광학계에 포함된 렌즈가 모두 구면 렌즈인 광학계.
The method of claim 1,
All of the lenses included in the optical system are spherical lenses.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 광학계를 포함하는 장치.An apparatus comprising the optical system according to claim 1. 제15항에 있어서,
상기 장치가 헤드업 디스플레이 또는 헤드 마운티드 디스플레이를 포함하는 장치.
The method of claim 15,
Wherein the device comprises a head-up display or a head mounted display.
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