KR20230097981A - 줌 렌즈 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예는 줌 렌즈를 제공하며, 해당 줌 렌즈는 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 정의 굴절력을 갖는 고정 렌즈군, 부의 굴절력을 갖는 제1 줌 렌즈군, 정의 굴절력을 갖는 제2 줌 렌즈군 및 정의 굴절력을 갖는 보상 렌즈군을 포함하되, 제1 줌 렌즈군 및 제2 줌 렌즈군은 광축을 따라 왕복 이동할 수 있고; 고정 렌즈군은 제1 렌즈를 포함하고, 제1 줌 렌즈군은 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 제2 렌즈, 제3 렌즈 및 제4 렌즈를 포함하며, 제2 줌 렌즈군은 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 제5 렌즈, 제6 렌즈, 제7 렌즈, 제8 렌즈, 제9 렌즈, 제10 렌즈 및 제11 렌즈를 포함하고, 보상 렌즈군은 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 제12 렌즈, 제13 렌즈 및 제14 렌즈를 포함한다. 본 발명의 실시예에서 줌 렌즈는 초광각 고정식 대형 조리개 및 모든 초점거리에서 적외선 공초점 능력을 구비한다.
Description
본 출원의 실시예는 렌즈 기술분야에 관한 것으로서, 특히 줌 렌즈에 관한 것이다.
줌 렌즈는 초점거리가 변경될 수 있으므로 다양한 모니터링 시나리오에 적용될 수 있으며, 보안 모니터링 시장에서 점점 더 환영받고 있다. 줌 렌즈는 조리개의 유형에 따라 고정 조리개와 비고정 조리개로 나뉠 수 있고; 각도에 따라 광각 줌과 망원 줌으로 나뉠 수 있다. 기존의 기술에 따르면 고정 조리개 줌 렌즈의 최대 각도는 일반적으로 76° 미만으로 모니터링 범위가 넓지 않으며; 최대 각도가 130° 이상인 초광각 줌 렌즈는 상이한 초점거리에서 조리개가 큰 차이를 가지므로, 상이한 초점거리에서의 화면 밝기가 현저한 차이를 보인다.
근년간, 보안 분야에서 초대형 조리개 스타라이트 개념이 점차적으로 인정을 받고 있다. 네트워크화 및 디지털화 시대에서, 모니터링이 고화질을 추구함으로 인해 카메라가 광속(luminous flux)에 대한 요구도 점점 더 높아지고 있다. 일반적으로 광속이 클수록, 저조도 성능이 좋고, 신호 대 잡음비가 높으며, 결상 효과가 좋다. 그러나 완전히 어두운 환경에서는 여전히 적외선으로 보광하여 결상해야 하기에, 렌즈가 적외선 공초점 능력을 구비해야 한다. 그러나 초광각 줌, 고정에 가까운 조리개, F1.0 적외선 공초점 등 기술적 파라미터를 동시에 구비하는 렌즈는 시중에 아직 출시되지 않았다.
본 발명의 실시예는 초광각 고정식 대형 조리개(F1.0-F1.2) 및 모든 초점거리에서 적외선 공초점 능력을 구비하는 줌 렌즈를 제공한다.
본 발명의 실시예는 줌 렌즈를 제공하며, 해당 줌 렌즈는 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 정의 굴절력을 갖는 고정 렌즈군, 부의 굴절력(negative refractive power)을 갖는 제1 줌 렌즈군, 정의 굴절력을 갖는 제2 줌 렌즈군 및 정의 굴절력을 갖는 보상 렌즈군을 포함하되, 상기 제1 줌 렌즈군 및 상기 제2 줌 렌즈군은 상기 광축을 따라 왕복 이동할 수 있고;
상기 고정 렌즈군은 제1 렌즈를 포함하고, 상기 제1 줌 렌즈군은 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 제2 렌즈, 제3 렌즈 및 제4 렌즈를 포함하며, 상기 제2 줌 렌즈군은 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 제5 렌즈, 제6 렌즈, 제7 렌즈, 제8 렌즈, 제9 렌즈, 제10 렌즈 및 제11 렌즈를 포함하고, 상기 보상 렌즈군은 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 제12 렌즈, 제13 렌즈 및 제14 렌즈를 포함한다.
선택적으로, 상기 고정 렌즈군의 굴절력G와 상기 보상 렌즈군의 굴절력B는 0.2≤|G/B|≤2.5를 만족하고,
상기 제1 줌 렌즈군의 굴절력Z1과 상기 보상 렌즈군의 굴절력B는 3≤|Z1/B|≤30을 만족하며;
상기 제2 줌 렌즈군의 굴절력Z2와 상기 보상 렌즈군의 굴절력B는 2≤|Z2/B|≤25를 만족한다.
선택적으로, 상기 제1 렌즈는 정의 굴절력을 가지고, 상기 제2 렌즈는 부의 굴절력을 가지며, 상기 제3 렌즈는 부의 굴절력을 가지고, 상기 제4 렌즈는 정의 굴절력을 가지며, 상기 제5 렌즈는 정의 굴절력을 가지고, 상기 제6 렌즈는 부의 굴절력을 가지며, 상기 제7 렌즈는 부의 굴절력을 가지고, 상기 제8 렌즈는 정의 굴절력을 가지며, 상기 제9 렌즈는 부의 굴절력을 가지고, 상기 제10 렌즈는 정의 굴절력을 가지며, 상기 제11 렌즈는 부의 굴절력을 가지고, 상기 제12 렌즈는 정의 굴절력을 가지며, 상기 제13 렌즈는 정의 굴절력을 가지고, 상기 제14 렌즈는 부의 굴절력을 가진다.
선택적으로, 상기 제2 렌즈의 굴절력은 φ2이고, 상기 제3 렌즈의 굴절력은 φ3이며, 상기 제4 렌즈의 굴절력은 φ4이고, 상기 제5 렌즈의 굴절력은 φ5이며, 상기 제6 렌즈의 굴절력은 φ6이고, 상기 제7 렌즈의 굴절력은 φ7이며, 상기 제8 렌즈의 굴절력은 φ8이고, 상기 제9 렌즈의 굴절력은 φ9이며, 상기 제10 렌즈의 굴절력은 φ10이고, 상기 제11 렌즈의 굴절력은 φ11이며, 상기 제12 렌즈의 굴절력은 φ12이고, 상기 제13 렌즈의 굴절력은 φ13이며, 상기 제14 렌즈의 굴절력은 φ14이고, 상기 제1 줌 렌즈군의 굴절력은 Z1이며, 상기 제2 줌 렌즈군의 굴절력은 Z2이고, 상기 보상 렌즈군의 굴절력은 B이며;
여기서, 상기 제2 렌즈 내지 상기 제14 렌즈의 굴절력은 다음 조건을 만족한다.
0.3≤|φ2/Z1|≤2.1; 0.3≤|φ3/Z1|≤2.0; 0.15≤|φ4/Z1|≤1.5;
0.15≤|φ5/Z2|≤1.5; 0.05≤|φ6/Z2|≤0.8; 0.08≤|φ7/Z2|≤1;
0.35≤|φ8/Z2|≤2.5; 0.25≤|φ9/Z2|≤2.2; 0.4≤|φ10/Z2|≤3.9;
0.05≤|φ11/Z2|≤0.85; 0.8≤|φ12/B|≤5.5; 3.5≤|φ13/B|≤55;
4≤|φ14/B|≤45.
선택적으로, 상기 제1 렌즈의 굴절률은 n1이고, 상기 제2 렌즈의 굴절률은 n2이며, 상기 제3 렌즈의 굴절률은 n3이고, 상기 제4 렌즈의 굴절률은 n4이며, 상기 제5 렌즈의 굴절률은 n5이고, 상기 제6 렌즈의 굴절률은 n6이며, 상기 제7 렌즈의 굴절률은 n7이고, 상기 제8 렌즈의 굴절률은 n8이며, 상기 제9 렌즈의 굴절률은 n9이고, 상기 제10 렌즈의 굴절률은 n10이며, 상기 제11 렌즈의 굴절률은 n11이고, 상기 제12 렌즈의 굴절률은 n12이며, 상기 제13 렌즈의 굴절률은 n13이고, 상기 제14 렌즈의 굴절률은 n14이다.
여기서, 상기 제1 렌즈 내지 상기 제14 렌즈의 굴절률은 다음 조건을 만족한다.
1.6≤n1≤2.15; 1.58≤n2≤1.95; 1.43≤n3≤1.75; 1.71≤n4≤2.15;
1.4≤n5≤1.75; 1.55≤n6≤1.95; 1.55≤n7≤1.95; 1.4≤n8≤1.75;
1.65≤n9≤2.15; 1.4≤n10≤1.75; 1.7≤n11≤2.15; 1.65≤n12≤2.15;
1.7≤n13≤2.15; 1.65≤n14≤2.1.
선택적으로, 상기 제7 렌즈와 제8 렌즈는 이중 접합 렌즈를 구성하고, 상기 제9 렌즈, 상기 제10 렌즈 및 상기 제11 렌즈는 삼중 접합 렌즈를 구성하며, 상기 제13 렌즈와 상기 제14 렌즈는 이중 접합 렌즈를 구성한다.
선택적으로, 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈, 상기 제4 렌즈, 상기 제6 렌즈, 상기 제7 렌즈, 상기 제8 렌즈, 상기 제9 렌즈, 상기 제10 렌즈, 상기 제11 렌즈, 상기 제13 렌즈 및 상기 제14 렌즈는 모두 구면 렌즈이고, 상기 제3 렌즈, 상기 제5 렌즈 및 상기 제12 렌즈는 모두 비구면 렌즈이다.
선택적으로 상기 줌 렌즈의 조리개는 0.9≤Fw~Ft≤1.4를 만족한다.
여기서, Fw는 상기 줌 렌즈의 광각단에서의 조리개를 나타내고, Ft는 상기 줌 렌즈의 망원단에서의 조리개를 나타낸다.
선택적으로, 상기 줌 렌즈의 시야각은 90°≤FOV-w; FOV-t≤65°를 만족한다.
여기서, FOV-w는 상기 줌 렌즈의 광각단에서의 시야각을 나타내고, FOV-t는 상기 줌 렌즈의 망원단에서의 시야각을 나타낸다.
선택적으로, 상기 줌 렌즈의 상면 직경(IC)과 상기 줌 렌즈의 총 렌즈 길이(TTL)는 0.02≤IC/TTL≤1.2를 만족한다.
본 발명의 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 제1 줌 렌즈군과 제2 줌 렌즈군이 광축을 따라 왕복 이동함으로써 렌즈의 줌 기능을 구현하고, 각 렌즈군에 포함된 렌즈의 개수 및 각 렌즈군의 굴절력을 합리적으로 설치함으로써 수차를 잘 보정할 수 있으며, 상이한 초점거리에서의 이미지의 선명도를 보장하여, 줌 렌즈가 초광각 고정식 대형 조리개(F1.0~F1.2) 및 모든 초점거리에서의 적외선 공초점 능력을 구비하도록 하고, 줌 렌즈는 광각단에서 135° 이상의 최대 각도를 구비하며, 1/1.8" 큰 타겟면 감광칩을 적용할 수 있고, -40℃~80℃의 사용 조건을 만족할 수 있다.
본 발명의 실시예 또는 종래 기술의 기술방안을 보다 명확하게 설명하기 위하여, 이하에서는 실시예 또는 종래 기술의 설명에 사용되는 도면을 간단히 소개한다. 비록, 이하의 설명에서의 도면은 본 발명의 일부 구체적인 실시예이지만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자라면 본 발명의 다양한 실시예에서 개시되고 제기되는 소자 구조, 구동 방법 및 제조 방법의 기본 개념을 기반으로, 다른 구조 및 도면으로 확장 및 확대할 수 있으며, 이들 모두 본 발명의 청구범위 내에 속함은 자명한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 구조 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 구조 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 구면수차(spherical aberration) 곡선도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 광선 팬형도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 스폿 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 필드 만곡 왜곡도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 구면수차 곡선도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 광선 팬형도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 스폿 다이어그램이다.
도 10은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 필드 만곡 왜곡도이다.
도 11은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 구조 개략도이다.
도 12는 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 구조 개략도이다.
도 13은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 구면수차 곡선도이다.
도 14는 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 광선 팬형도이다.
도 15는 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 스폿 다이어그램이다.
도 16은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 필드 만곡 왜곡도이다.
도 17은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 구면수차 곡선도이다.
도 18은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 광선 팬형도이다.
도 19는 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 스폿 다이어그램이다.
도 20은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 필드 만곡 왜곡도이다.
도 21은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 구조 개략도이다.
도 22는 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 구조 개략도이다.
도 23은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 구면수차 곡선도이다.
도 24는 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 광선 팬형도이다.
도 25는 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 스폿 다이어그램이다.
도 26은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 필드 만곡 왜곡도이다.
도 27은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 구면수차 곡선도이다.
도 28은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 광선 팬형도이다.
도 29는 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 스폿 다이어그램이다.
도 30은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 필드 만곡 왜곡도이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 구조 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 구조 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 구면수차(spherical aberration) 곡선도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 광선 팬형도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 스폿 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 필드 만곡 왜곡도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 구면수차 곡선도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 광선 팬형도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 스폿 다이어그램이다.
도 10은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 필드 만곡 왜곡도이다.
도 11은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 구조 개략도이다.
도 12는 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 구조 개략도이다.
도 13은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 구면수차 곡선도이다.
도 14는 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 광선 팬형도이다.
도 15는 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 스폿 다이어그램이다.
도 16은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 필드 만곡 왜곡도이다.
도 17은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 구면수차 곡선도이다.
도 18은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 광선 팬형도이다.
도 19는 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 스폿 다이어그램이다.
도 20은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 필드 만곡 왜곡도이다.
도 21은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 구조 개략도이다.
도 22는 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 구조 개략도이다.
도 23은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 구면수차 곡선도이다.
도 24는 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 광선 팬형도이다.
도 25는 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 스폿 다이어그램이다.
도 26은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 필드 만곡 왜곡도이다.
도 27은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 구면수차 곡선도이다.
도 28은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 광선 팬형도이다.
도 29는 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 스폿 다이어그램이다.
도 30은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 필드 만곡 왜곡도이다.
이하, 본 발명의 목적, 기술방안 및 장점을 보다 명확하게 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예에서의 도면을 참조하면서 실시형태를 통해 본 발명의 기술방안을 명확하고 완전하게 설명하도록 한다. 물론 설명된 실시예는 본 발명의 일부 실시예일 뿐 모든 실시예가 아니다. 본 발명의 실시예에서 개시 및 제기되는 기본 개념을 기반으로, 본 분야의 당업자가 획득한 모든 기타 실시예는 모두 본 발명의 청구범위 내에 속한다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 구조 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 구조 개략도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈는 광축을 따라 물체측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 정의 굴절력을 갖는 고정 렌즈군(100), 부의 굴절력을 갖는 제1 줌 렌즈군(200), 정의 굴절력을 갖는 제2 줌 렌즈군(300) 및 정의 굴절력을 갖는 보상 렌즈군(400)을 포함하되, 제1 줌 렌즈군(200) 및 제2 줌 렌즈군(300)은 광축을 따라 왕복 이동할 수 있고; 고정 렌즈군(100)은 제1 렌즈(1)를 포함하고, 제1 줌 렌즈군(200)은 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 제2 렌즈(2), 제3 렌즈(3) 및 제4 렌즈(4)를 포함하며, 제2 줌 렌즈군(300)은 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 제5 렌즈(5), 제6 렌즈(6), 제7 렌즈(7), 제8 렌즈(8), 제9 렌즈(9), 제10 렌즈(10) 및 제11 렌즈(11)를 포함하고, 보상 렌즈군(400)은 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 제12 렌즈(12), 제13 렌즈(13) 및 제14 렌즈(14)를 포함한다.
예시적으로, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 제1 렌즈(1), 제2 렌즈(2), 제3 렌즈(3), 제4 렌즈(4), 제5 렌즈(5), 제6 렌즈(6), 제7 렌즈(7), 제8 렌즈(8), 제9 렌즈(9), 제10 렌즈(10), 제11 렌즈(11), 제12 렌즈(12), 제13 렌즈(13) 및 제14 렌즈(14)를 포함한다. 여기서, 제1 렌즈(1)는 고정 렌즈군(100)으로서, 외부 광선을 집속하는데 사용된다. 제2 렌즈(2), 제3 렌즈(3), 제4 렌즈(4)는 제1 줌 렌즈군(200)을 구성하고, 제5 렌즈(5), 제6 렌즈(6), 제7 렌즈(7), 제8 렌즈(8), 제9 렌즈(9), 제10 렌즈(10) 및 제11 렌즈(11)는 제2 줌 렌즈군(300)을 구성하며, 제1 줌 렌즈군(200)과 제2 줌 렌즈군(300)은 모두 광축을 따라 이동할 수 있으므로, 줌 렌즈의 초점거리가 광각으로부터 망원까지의 연속적인 변화를 실현할 수 있도록 하고, 줌 렌즈가 각 초점 위치에서 모두 고화질을 갖도록 보장함과 동시에 줌 렌즈의 소형화를 보장할 수 있다. 제12 렌즈(12), 제13 렌즈(13) 및 제14 렌즈(14)는 보상 렌즈군(400)을 구성하고, 보상 렌즈군(400)은 제2 줌 렌즈군(300)의 후방에 배치되며, 결상 과정에서 형성되는 각종 수차를 보상하는데 사용된다. 본 발명의 실시예에서 고정 렌즈군(100), 제1 줌 렌즈군(200), 제2 줌 렌즈군(300) 및 보상 렌즈군(400)은 하나의 경통(lens barrel)(도 1 및 도 2에 미도시됨) 내에 배치될 수 있다. 또한, 줌 렌즈는 다이어프램(diaphragm)(500)을 더 포함할 수 있고, 다이어프램(500)은 제1 줌 렌즈군(200)과 제2 줌 렌즈군(300) 사이의 광경로에 위치하며, 다이어프램(500)은 빔의 전파 방향을 조절할 수 있어, 결상 품질을 향상시키는데 유리하다.
이해할 수 있는 것은, 줌 렌즈가 제1 줌 렌즈군(200)과 제2 줌 렌즈군(300)을 이동하여 줌을 실현하는 과정에서, 초점거리가 가장 짧을 때 해당 줌 렌즈는 광각단에 위치하고, 초점거리가 가장 길 때 해당 줌 렌즈는 망원단에 위치하며, 광각단 및 망원단에서 줌 렌즈는 상이한 초점거리와 굴절력을 가지며, 또한 상이한 길이 또는 형태를 가진다.
더 나아가, 굴절력은 초점거리의 역수이고, 이는 광학 시스템이 광선을 편향시키는 능력을 나타낸다. 굴절력의 절대치가 클수록 광선에 대한 굽힘 능력은 강하고, 굴절력의 절대치가 작을수록 광선에 대한 굽힘 능력은 약하다. 굴절력이 양수이면 광선의 굴절은 집속적이고, 굴절력이 음수이면 광선의 굴절은 발산적이다. 굴절력은 어느 한 렌즈를 나타내는데 적용될 수 있고, 또한, 복수의 렌즈에 의해 공동으로 형성된 시스템, 즉 렌즈군을 나타내는데 적용될 수도 있다. 본 실시예에서는 고정 렌즈군(100)이 정의 굴절력을 가지고, 제1 줌 렌즈군(200)이 부의 굴절력을 가지며, 제2 줌 렌즈군(300)이 정의 굴절력을 가지고, 보상 렌즈군(400)이 정의 굴절력을 갖도록 설치함으로써, 고정 렌즈군(100), 제1 줌 렌즈군(200), 제2 줌 렌즈군(300) 및 보상 렌즈군(400)의 굴절력이 서로 배합되어, 제1 줌 렌즈군(200) 및 제2 줌 렌즈군(300)이 줌 이동 과정에서 발생된 수차를 보상할 수 있도록 하며, 상이한 초점거리에서의 이미지의 선명도를 보장한다.
본 발명의 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 제1 줌 렌즈군과 제2 줌 렌즈군이 광축을 따라 왕복 이동함으로써 렌즈의 줌 기능을 구현하고, 각 렌즈군에 포함된 렌즈의 개수 및 각 렌즈군의 굴절력을 합리적으로 설정함으로써 수차를 잘 보정할 수 있으며, 상이한 초점거리에서의 이미지의 선명도를 보장하여, 줌 렌즈가 초광각 고정식 대형 조리개(F1.0~F1.2) 및 모든 초점거리에서의 적외선 공초점 능력을 구비하도록 하고, 줌 렌즈는 광각단에서 135° 이상의 최대 각도를 구비하며, 1/1.8" 큰 타겟면 감광칩을 적용할 수 있고, -40℃~80℃의 사용 조건을 만족할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 실시예의 기초상에, 선택적으로, 고정 렌즈군(100)의 굴절력G와 보상 렌즈군(400)의 굴절력B는 0.2≤|G/B|≤2.5를 만족하고; 제1 줌 렌즈군(200)의 굴절력Z1과 보상 렌즈군(400)의 굴절력B는 3≤|Z1/B|≤30을 만족하며; 제2 줌 렌즈군(300)의 굴절력Z2와 보상 렌즈군(400)의 굴절력B는 2≤|Z2/B|≤25를 만족한다.
고정 렌즈군(100), 제1 줌 렌즈군(200), 제2 줌 렌즈군(300) 및 보상 렌즈군(400)의 굴절력의 비례 관계를 합리적으로 설정함으로써 이들이 서로 배합하여, 초광각 고정식 대형 조리개(F1.0~F1.2) 및 모든 초점거리에서 적외선 공초점 능력을 구비하는 줌 렌즈를 구현하도록 한다.
선택적으로, 제1 렌즈(1)는 정의 굴절력을 가지고, 제2 렌즈(2)는 부의 굴절력을 가지며, 제3 렌즈(3)는 부의 굴절력을 가지고, 제4 렌즈(4)는 정의 굴절력을 가지며, 제5 렌즈(5)는 정의 굴절력을 가지고, 제6 렌즈(6)는 부의 굴절력을 가지며, 제7 렌즈(7)는 부의 굴절력을 가지고, 제8 렌즈(8)는 정의 굴절력을 가지며, 제9 렌즈(9)는 부의 굴절력을 가지고, 제10 렌즈(10)는 정의 굴절력을 가지며, 제11 렌즈(11)는 부의 굴절력을 가지고, 제12 렌즈(12)는 정의 굴절력을 가지며, 제13 렌즈(13)는 정의 굴절력을 가지고, 제14 렌즈(14)는 부의 굴절력을 가진다.
각 렌즈의 굴절력을 합리적으로 배합함으로써, 수차를 잘 보정할 수 있으며, 동시에 -40℃~80℃의 온도 범위 내에서 초점이 흐리지 않으며, 초광각 고정식 대형 조리개(F1.0~F1.2) 및 모든 초점거리에서 적외선 공초점 능력을 구비하는 줌 렌즈를 구현한다.
선택적으로, 제2 렌즈(2)의 굴절력은 φ2이고, 제3 렌즈(3)의 굴절력은 φ3이며, 제4 렌즈(4)의 굴절력은 φ4이고, 제5 렌즈(5)의 굴절력은 φ5이며, 제6 렌즈(6)의 굴절력은 φ6이고, 제7 렌즈(7)의 굴절력은 φ7이며, 제8 렌즈(8)의 굴절력은 φ8이고, 제9 렌즈(9)의 굴절력은 φ9이며, 제10 렌즈(10)의 굴절력은 φ10이고, 제11 렌즈(11)의 굴절력은 φ11이며, 제12 렌즈(12)의 굴절력은 φ12이고, 제13 렌즈(13)의 굴절력은 φ13이며, 제14 렌즈(14)의 굴절력은 φ14이고, 제1 줌 렌즈군(200)의 굴절력은 Z1이며, 제2 줌 렌즈군(300)의 굴절력은 Z2이고, 보상 렌즈군(400)의 굴절력은 B이며; 여기서 제2 렌즈(2) 내지 제14 렌즈(14)의 굴절력은 다음의 조건을 만족한다.
0.3≤|φ2/Z1|≤2.1; 0.3≤|φ3/Z1|≤2.0; 0.15≤|φ4/Z1|≤1.5;
0.15≤|φ5/Z2|≤1.5; 0.05≤|φ6/Z2|≤0.8; 0.08≤|φ7/Z2|≤1;
0.35≤|φ8/Z2|≤2.5; 0.25≤|φ9/Z2|≤2.2; 0.4≤|φ10/Z2|≤3.9;
0.05≤|φ11/Z2|≤0.85; 0.8≤|φ12/B|≤5.5; 3.5≤|φ13/B|≤55;
4≤|φ14/B|≤45.
본 발명의 실시예에서는, 각 렌즈군에서의 각 렌즈와 대응하는 렌즈군의 굴절력의 비례 관계를 합리적으로 설정함으로써, 수차를 잘 보정하는데 유리하고, 상이한 초점거리 상태에서의 이미지의 선명도를 보장한다.
일 가능한 실시형태로, 제1 렌즈(1)의 굴절률은 n1이고, 제2 렌즈(2)의 굴절률은 n2이며, 제3 렌즈(3)의 굴절률은 n3이고, 제4 렌즈(4)의 굴절률은 n4이며, 제5 렌즈(5)의 굴절률은 n5이고, 제6 렌즈(6)의 굴절률은 n6이며, 제7 렌즈(7)의 굴절률은 n7이고, 제8 렌즈(8)의 굴절률은 n8이며, 제9 렌즈(9)의 굴절률은 n9이고, 제10 렌즈(10)의 굴절률은 n10이며, 제11 렌즈(11)의 굴절률은 n11이고, 제12 렌즈(12)의 굴절률은 n12이며, 제13 렌즈(13)의 굴절률은 n13이고, 제14 렌즈(14)의 굴절률은 n14이며; 여기서 제1 렌즈(1) 내지 제14 렌즈(14)의 굴절률은 다음의 조건을 만족한다.
1.6≤n1≤2.15; 1.58≤n2≤1.95; 1.43≤n3≤1.75; 1.71≤n4≤2.15;
1.4≤n5≤1.75; 1.55≤n6≤1.95; 1.55≤n7≤1.95; 1.4≤n8≤1.75;
1.65≤n9≤2.15; 1.4≤n10≤1.75; 1.7≤n11≤2.15; 1.65≤n12≤2.15;
1.7≤n13≤2.15; 1.65≤n14≤2.1.
여기서, 굴절률은 진공에서의 광의 전파 속도와 해당 매질에서의 광의 전파 속도의 비율을 의미하고, 주로 광에 대한 재료의 굴절 능력을 설명하는데 사용되며, 상이한 재료의 굴절률은 다르다. 본 발명의 실시예는 줌 렌즈 중의 각 렌즈의 굴절률을 배합하여 설치함으로써, 줌 렌즈의 소형화 설계를 실현하는데 유리함과 동시에, 높은 픽셀 해상도와 큰 조리개를 실현하는데도 유리하다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 선택적으로, 제7 렌즈(7)와 제8 렌즈(8)는 이중 접합 렌즈(achromatic lens)를 구성하고, 제9 렌즈(9), 제10 렌즈(10) 및 제11 렌즈(11)는 삼중 접합 렌즈를 구성하며, 제13 렌즈(13)와 제14 렌즈(14)는 이중 접합 렌즈를 구성한다.
렌즈의 접합은 렌즈 사이의 공기 간격을 효과적으로 줄일 수 있어, 렌즈의 전체 길이를 줄이므로, 줌 렌즈의 전체 구조를 콤팩트(compact)하게 하여, 소형화 요구를 만족시킨다. 또한, 접합 렌즈는 색수차 제거에 유리하므로, 줌 렌즈의 각종 수차를 충분히 보정할 수 있고, 콤팩트한 구조를 전제로 해상도를 향상시킬 수 있으며, 왜곡 및 CRA 등 광학 성능을 최적화할 수 있다. 또한 렌즈 사이의 반사로 인한 광량 손실을 줄이고 조도를 증가시켜, 이미지 품질을 개선하며, 렌즈 결상의 선명도를 향상시킬 수 있다. 또한, 접합 렌즈를 사용하면 두 렌즈 사이의 조립 부품을 줄이고, 렌즈 제조 과정에서의 조립 절차를 간소화하며, 비용을 절감하고, 렌즈 유닛의 조립 과정에서 발생하는 기울기/편심 등 공차 민감도 문제를 줄일 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 선택적으로, 제1 렌즈(1), 제2 렌즈(2), 제4 렌즈(4), 제6 렌즈(6), 제7 렌즈(7), 제8 렌즈(8), 제9 렌즈(9), 제10 렌즈(10), 제11 렌즈(11), 제13 렌즈(13) 및 제14 렌즈(14)는 모두 구면 렌즈이고, 제3 렌즈(3), 제5 렌즈(5) 및 제12 렌즈(12)는 모두 비구면 렌즈이다.
구체적으로, 구면 렌즈의 특징은 렌즈의 중심에서부터 렌즈의 변두리까지 일정한 곡률을 가지므로 렌즈의 설치 방식이 간단하도록 보장한다. 비구면 렌즈의 특징은 렌즈의 중심에서부터 변두리까지 곡률이 지속적으로 변화되는 것이다. 렌즈의 중심에서부터 렌즈의 변두리까지 일정한 곡률을 가지는 구면 렌즈와 달리, 비구면 렌즈는 보다 바람직한 곡률반경 특성을 가지고, 왜곡수차 및 비점수차를 개선하는 장점을 구비한다. 비구면 렌즈를 사용하면 결상(imaging)시 발생하는 수차를 최대한 제거할 수 있어, 렌즈의 결상 품질을 향상시킨다. 본 실시예에서는, 줌 렌즈의 일부 렌즈를 구면 렌즈로 설치하고, 일부 렌즈를 비구면 렌즈로 설치하여, 구면 렌즈와 비구면 렌즈를 서로 배합함으로써, 줌 렌즈의 결상 품질을 향상시킴과 동시에 줌 렌즈의 설치 방식을 간소화할 수 있다.
더 나아가, 줌 렌즈 중의 각 렌즈의 재질은 실제 수요에 따라 설치될 수 있다. 예시적으로, 제1 렌즈(1), 제2 렌즈(2), 제4 렌즈(4), 제6 렌즈(6), 제7 렌즈(7), 제8 렌즈(8), 제9 렌즈(9), 제10 렌즈(10), 제11 렌즈(11), 제13 렌즈(13) 및 제14 렌즈(14)는 모두 유리 구면 렌즈일 수 있고, 제3 렌즈(3), 제5 렌즈(5) 및 제12 렌즈(12)는 모두 플라스틱 비구면 렌즈일 수 있다. 여기서, 유리 구면 렌즈는 가공이 용이하고, 플라스틱 재질의 렌즈는 유리 재질의 렌즈에 비해 훨씬 저렴하며, 유리 렌즈와 플라스틱 렌즈를 배합하는 방식을 사용하여, 고정 초점 렌즈의 광학적 성능을 보장함과 동시에 고정 초점 렌즈의 비용을 효과적으로 제어할 수 있으며; 또한 각 렌즈 재질은 서로 보상하는 효과를 가지므로 고온 및 저온 환경에서 여전히 정상적으로 사용될 수 있도록 보장할 수 있다. 이해할 수 있는 것은, 다른 실시예에서, 제3 렌즈(3), 제5 렌즈(5) 및 제12 렌즈(12)는 모두 유리 비구면 렌즈일 수도 있다.
여기서, 플라스틱 비구면 렌즈의 재질은 본 분야의 당업자에게 공지된 다양한 플라스틱일 수 있고, 유리 구면 렌즈의 재질은 본 분야의 당업자에게 공지된 다양한 유형의 유리일 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 이에 대해 설명하거나 제한하지 않는다.
선택적으로, 줌 렌즈의 조리개는 0.9≤Fw~Ft≤1.4를 만족하고; 여기서, Fw는 줌 렌즈의 광각단에서의 조리개를 나타내고, Ft는 줌 렌즈의 망원단에서의 조리개를 나타낸다.
본 발명의 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 초광각 고정식 대형 조리개(F1.0~F1.2)의 줌 렌즈로서, 해당 줌 렌즈의 광각단에서의 조리개Fw와 망원단에서의 조리개Ft는 0.9~1.4에 도달하여, 초대형 광 통과량을 만족시키며, 저조도 조건에서의 모니터링 요구를 만족시킬 수 있다.
선택적으로, 줌 렌즈의 시야각은 90°≤FOV-w; FOV-t≤65°를 만족하며, 여기서 FOV-w는 줌 렌즈의 광각단에서의 시야각을 나타내고, FOV-t는 줌 렌즈의 망원단에서의 시야각을 나타낸다.
본 발명의 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 시야각이 비교적 넓고, 광각단에서 90° 이상의 시야각에 도달할 수 있으며, 더 나아가 135° 이상의 최대 시야각에 도달할 수 있고, 망원단에서는 60° 이상의 시야각에 도달할 수 있어, 넓은 시야 요구를 만족한다. 선택적으로, 줌 렌즈의 상(image)면 직경(IC)과 줌 렌즈의 총 렌즈 길이(TTL)는 0.02≤IC/TTL≤1.2를 만족한다.
줌 렌즈의 유효 상면 직경은 IC(Image circle)이고, 제1 렌즈(1)의 물체측 면의 광축 중심에서 상면까지의 거리는 총 광학 길이(TTL)이며, 상면 직경과 총 렌즈 길이의 관계를 합리적으로 설치함으로써 상면 수요를 만족함과 동시에, 광학 렌즈의 총 렌즈 길이를 절감함으로써, 줌 렌즈의 소형화를 구현하고, 후기 조립에 유리하다.
상기 내용을 종합하면, 본 발명의 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 굴절력을 합리적으로 분배함으로써, 초광각 고정식 대형 조리개(F1.0~F1.2) 및 모든 초점거리에서 적외선 공초점 능력을 구비하는 줌 렌즈를 제공하고, 줌 렌즈는 광각단에서 135° 이상의 최대 각도를 구비하며, 1/1.8" 큰 타겟면 감광칩을 적용할 수 있고, -40℃~80℃의 사용 조건을 만족할 수 있으며, 초광각, 고정식 대형 조리개, 큰 타겟면 및 작은 부피를 구비하는 줌 렌즈를 구현한다.
예시적으로, 표 1은 일 가능한 실시형태로, 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈 중의 각 렌즈의 구체적인 광 물리적 파라미터를 상세히 설명한 것으로, 표 1에서의 줌 렌즈는 도 1 및 도 2에 도시된 줌 렌즈에 대응한다.
표 1에서의 면 번호는 각 렌즈의 표면 순서에 따라 넘버링된 것이며, 예를 들어 "1"은 제1 렌즈(1)의 물체면 표면을 나타내고, "2"는 제1 렌즈(1)의 상면 표면을 나타내며, "3"은 제2 렌즈(2)의 물체면 표면을 나타내고, "4"는 제2 렌즈(2)의 상면 표면을 나타내며, 기타 면 번호도 이와 같은 방식으로 유추할 수 있다. 여기서, "15"는 제7 렌즈(7)와 제8 렌즈(8)의 접합면이고, "18"은 제9 렌즈(9)와 제10 렌즈(10)의 접합면이며, "19"는 제10 렌즈(10)와 제11 렌즈(11)의 접합면이고, "24"는 제13 렌즈(13)와 제14 렌즈(14)의 접합면이다. 곡률반경은 렌즈 표면의 만곡 정도를 나타내고, 양의 값은 해당 표면이 상면 측으로 구부러짐을 나타내며, 음의 값은 해당 표면이 물체면 측을 향해 구부러짐을 나타내고, 여기서 "PL"은 해당 표면이 평면이며, 곡률반경은 무한대로 큼을 나타내고; 두께는 현재 표면에서 다음 표면까지의 중심 축 방향 거리를 나타내며, 곡률반경과 두께의 단위는 모두 밀리미터(mm)이고; 재료(nd)는 굴절률이며, 광선에 대한 현재 표면에서부터 다음 표면 사이의 재료의 편향 능력을 나타내고, 빈칸은 현재 위치가 공기이고, 굴절률은 1임을 나타내며; 재료(vd)는 색분산 계수이고, 광선에 대한 현재 표면에서부터 다음 표면 사이의 재료의 색분산 특성을 나타내며, 빈칸은 현재 위치가 공기임을 나타내고; K값은 해당 비구면의 최적 피팅(fitting)된 코닉 상수(conic coefficient)의 수치 크기를 나타내며, STO는 다이어프램을 나타낸다.
표 2는 표 1의 가변 간격의 일 설계값을 나타낸다:
비구면 표면 형상은 방정식 z를 만족한다.
여기서, Z는 비구면이 광축 방향을 따라 높이가 y인 위치에 있는 경우, 비구면의 꼭지점까지의 벡터 높이를 나타내며, c=1/R이고, R은 렌즈면의 근축 곡률반경을 나타내고; k는 코닉 상수를 나타내며; A, B, C, D, E, F는 고차 비구면 계수를 나타낸다.
표 3은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈 중의 각 렌즈의 비구면 계수이다.
여기서, -2.118E-5는 면 번호가 5인 계수 A가 -2.118*10-5임을 나타내고, 이와 같은 방식으로 유추할 수 있다.
본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈는 다음과 같은 기술적 지표에 도달한다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 구면수차 곡선도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 해당 줌 렌즈는 상이한 파장(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)에서의 구면수차가 모두 0.036mm 이내이고, 상이한 파장의 곡선이 상대적으로 집중되며, 이는 해당 줌 렌즈의 축 방향 수차가 비교적 작음을 나타내므로, 본 발명의 실시예에서 제공하는 줌 렌즈가 광각단에서 수차를 잘 보정할 수 있음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 광선 팬형도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상이한 파장의 광선(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)이 해당 줌 렌즈의 상이한 시야각에서의 결상 범위는 모두 20μm 이내이고, 곡선이 매우 집중되어, 상이한 시야 영역의 수차가 비교적 작도록 보장하며, 이는 해당 줌 렌즈가 광각단에서 광학 시스템의 수차를 비교적 잘 보정하였음을 의미한다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 스폿 다이어그램이다. 여기서 스폿 다이어그램은 현대 광학 설계에서 가장 흔히 사용하는 평가 방법의 하나이다. 스폿 다이어그램은 일 점광원에서 방출된 많은 광선이 광학 시스템을 통과한 후, 수차로 인해 상면과의 교차점이 더 이상 동일한 점에 집중되지 않고, 특정 범위에 산포된 확산도형을 형성하는 것을 의미한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 제공하는 줌 렌즈의 경우, 상이한 파장의 광선(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm, 0.850μm)이 각 시야에서의 확산도형은 비교적 집중되고, 비교적 균일하게 분포되며, 특정 시야에서의 확산도형이 파장에 따라 위아래로 많이 분리되는 현상이 없고, 이는 명백한 퍼플 사이드(purple side)가 없음을 나타낸다. 아울러, 상이한 파장의 광선(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)이 해당 줌 렌즈의 각 시야 위치측에서의 평균 제곱근 반경 값(RMS 반경)은 각각 1.371μm, 2.854μm, 1.587μm, 3.173μm, 3.051μm, 3.556μm이며, 이는 각 시야의 RMS 반경이 모두 4μm보다 작음을 나타내며, 즉 해당 줌 렌즈가 광각단에서 비교적 낮은 색수차와 수차를 구비함을 의미하고, 각 파장대의 결상의 퍼플 사이드 문제를 해결하여, 고해상도의 결상을 실현할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 필드 만곡 왜곡도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 좌측 좌표계에서 수평 좌표는 필드 만곡의 크기를 표시하고, 단위는 mm이며; 수직 좌표는 표준화된 상고를 표시하고 단위가 없으며; 여기서 T는 자오(meridian)를 표시하고, S는 구결(sagittal)을 표시한다. 도 6에서 볼 수 있듯이, 본 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 파장이 435nm인 광 내지 850nm인 광의 필드 만곡을 효과적으로 제어하며, 즉, 결상시 중앙의 이미지 품질과 변두리의 이미지 품질의 차이가 비교적 작다. 우측 좌표계에서 수평 좌표는 왜곡의 크기를 표시하고, 단위는 %이며, 수직 좌표는 표준화된 상고를 표시하고, 단위가 없으며; 도 6에서 볼 수 있듯이, 본 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 광각단에서의 왜곡이 비교적 잘 보상되고, 결상 왜곡이 비교적 작으며, 작은 왜곡의 요구를 충족한다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 구면수차 곡선도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 해당 줌 렌즈는 상이한 파장(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)에서의 구면수차가 모두 0.05mm 이내이고, 상이한 파장의 곡선은 상대적으로 집중되며, 이는 해당 줌 렌즈의 축 방향 수차가 비교적 작음을 나타내고, 이로부터 본 발명의 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 망원단에서 수차를 잘 보정할 수 있음을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 광선 팬형도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상이한 파장의 광선(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)이 해당 줌 렌즈의 상이한 시야각에서의 결상 범위는 모두 20μm 이내이고 곡선이 매우 집중되므로, 상이한 시야영역의 수차가 비교적 작도록 보장하고, 즉 해당 줌 렌즈가 망원단에서 광학 시스템의 수차를 비교적 잘 보정하였음을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 스폿 다이어그램이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 제공하는 줌 렌즈의 경우, 상이한 파장의 광선(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)이 각 시야에서의 확산도형은 비교적 집중되고, 비교적 균일하게 분포되며, 특정 시야에서의 확산도형이 파장에 따라 위아래로 많이 분리되는 현상이 없고, 이는 명백한 퍼플 사이드가 없음을 나타낸다. 아울러, 상이한 파장의 광선(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)이 해당 줌 렌즈의 각 시야 위치측에서의 평균 제곱근 반경 값(RMS 반경)은 각각 2.167μm, 2.288μm, 2.242μm, 2.308μm, 2.436μm 및 3.171μm이며, 이는 각 시야의 RMS 반경이 모두 4μm보다 작음을 나타내며, 즉 해당 줌 렌즈가 망원단에서 비교적 낮은 색수차와 수차를 구비함을 의미하고, 각 파장대의 결상의 퍼플 사이드 문제를 해결하여, 고해상도의 결상을 실현할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예 1에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 필드 만곡 왜곡도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 좌측 좌표계에서 수평 좌표는 필드 만곡의 크기를 표시하고, 단위는 mm이며; 수직 좌표는 표준화된 상고를 표시하고 단위가 없으며; 여기서 T는 자오를 표시하고, S는 구결을 표시한다. 도 10에서 볼 수 있듯이, 본 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 파장이 435nm인 광 내지 850nm인 광의 필드 만곡을 효과적으로 제어하며, 즉, 결상시 중앙의 이미지 품질과 변두리 이미지 품질의 차이가 비교적 작다. 우측 좌표계에서 수평 좌표는 왜곡의 크기를 표시하고, 단위는 %이며, 수직 좌표는 표준화된 상고를 표시하고, 단위가 없으며; 도 10에서 볼 수 있듯이, 본 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 망원단에서의 왜곡이 비교적 잘 보정되고, 결상 왜곡이 비교적 작으며, 작은 왜곡의 요구를 충족한다.
실시예 2
도 11은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 구조 개략도이고, 도 12는 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 구조 개략도이다. 도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈는 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 정의 굴절력을 갖는 고정 렌즈군(100), 부의 굴절력을 갖는 제1 줌 렌즈군(200), 정의 굴절력을 갖는 제2 줌 렌즈군(300) 및 정의 굴절력을 갖는 보상 렌즈군(400)을 포함하되, 제1 줌 렌즈군(200) 및 제2 줌 렌즈군(300)은 광축을 따라 왕복 이동할 수 있고; 고정 렌즈군(100)은 제1 렌즈(1)를 포함하며, 제1 줌 렌즈군(200)은 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 제2 렌즈(2), 제3 렌즈(3) 및 제4 렌즈(4)를 포함하고, 제2 줌 렌즈군(300)은 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 제5 렌즈(5), 제6 렌즈(6), 제7 렌즈(7), 제8 렌즈(8), 제9 렌즈(9), 제10 렌즈(10) 및 제11 렌즈(11)를 포함하고, 보상 렌즈군(400)은 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 제12 렌즈(12), 제13 렌즈(13) 및 제14 렌즈(14)를 포함한다. 제1 렌즈(1)는 정의 굴절력을 가지고, 제2 렌즈(2)는 부의 굴절력을 가지며, 제3 렌즈(3)는 부의 굴절력을 가지고, 제4 렌즈(4)는 정의 굴절력을 가지며, 제5 렌즈(5)는 정의 굴절력을 가지고, 제6 렌즈(6)는 부의 굴절력을 가지며, 제7 렌즈(7)는 부의 굴절력을 가지고, 제8 렌즈(8)는 정의 굴절력을 가지며, 제9 렌즈(9)는 부의 굴절력을 가지고, 제10 렌즈(10)는 정의 굴절력을 가지며, 제11 렌즈(11)는 부의 굴절력을 가지고, 제12 렌즈(12)는 정의 굴절력을 가지며, 제13 렌즈(13)는 정의 굴절력을 가지고, 제14 렌즈(14)는 부의 굴절력을 가진다. 여기서, 제7 렌즈(7)와 제8 렌즈(8)는 이중 접합 렌즈를 구성하고, 제9 렌즈(9), 제10 렌즈(10) 및 제11 렌즈(11)는 삼중 접합 렌즈를 구성하며, 제13 렌즈(13)와 제14 렌즈(14)는 이중 접합 렌즈를 구성한다. 다이어프램(500)은 제1 줌 렌즈군(200)과 제2 줌 렌즈군(300) 사이의 광경로에 위치한다.
예시적으로, 표 5는 일 가능한 실시형태로, 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈 중의 각 렌즈의 구체적인 광 물리적 파라미터를 상세히 설명하고, 표 5에서의 줌 렌즈는 도 11 및 도 12에 도시된 줌 렌즈에 대응한다.
표 5에서의 면 번호는 각 렌즈의 표면 순서에 따라 넘버링된 것이며, 예를 들어 "1"은 제1 렌즈(1)의 물체면 표면을 나타내고, "2"는 제1 렌즈(1)의 상면 표면을 나타내며, 기타 면 번호도 이와 같은 방식으로 유추할 수 있다. 여기서, "15"는 제7 렌즈(7)와 제8 렌즈(8)의 접합면이고, "18"은 제9 렌즈(9)와 제10 렌즈(10)의 접합면이며, "19"는 제10 렌즈(10)와 제11 렌즈(11)의 접합면이고, "24"는 제13 렌즈(13)와 제14 렌즈(14)의 접합면이다. 곡률반경은 렌즈 표면의 만곡 정도를 나타내고, 양의 값은 해당 표면이 상면 측으로 구부러짐을 나타내며, 음의 값은 해당 표면이 물체면 측을 향해 구부러짐을 나타내고, 여기서 "PL"은 해당 표면이 평면이며, 곡률반경은 무한대로 큼을 나타내고; 두께는 현재 표면에서 다음 표면까지의 중심 축 방향 거리를 나타내며, 곡률반경과 두께의 단위는 모두 밀리미터(mm)이고; 재료(nd)는 굴절률이며, 광선에 대한 현재 표면에서부터 다음 표면 사이의 재료의 편향 능력을 나타내고, 빈칸은 현재 위치가 공기이고, 굴절률은 1임을 나타내며; 재료(vd)는 색분산 계수이고, 광선에 대한 현재 표면에서부터 다음 표면 사이의 재료의 색분산 특성을 나타내며, 빈칸은 현재 위치가 공기임을 나타내고; K값은 해당 비구면의 최적 피팅된 코닉 상수의 수치 크기를 나타내며, STO는 다이어프램을 나타낸다.
표 6은 표 5의 가변 간격의 한 가지 설계값을 나타낸다:
비구면 표면 형상은 방정식 z를 만족한다.
여기서, Z는 비구면이 광축 방향을 따라 높이가 y인 위치에 있는 경우, 비구면의 꼭지점까지의 벡터 높이를 나타내며, c=1/R이고, R은 렌즈면의 근축 곡률반경을 나타내고; k는 코닉 상수를 나타내며; A, B, C, D, E, F는 고차 비구면 계수를 나타낸다.
표 7은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈 중의 각 렌즈의 비구면 계수이다.
여기서, -2.091E-5는 면 번호가 5인 계수 A가 -2.091*10-5임을 나타내고, 이와 같은 방식으로 유추할 수 있다.
본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈는 다음과 같은 기술적 지표에 도달한다.
도 13은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 구면수차 곡선도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 해당 줌 렌즈는 상이한 파장(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)에서의 구면수차가 모두 0.036mm 이내이고, 상이한 파장의 곡선이 상대적으로 집중되며, 이는 해당 줌 렌즈의 축 방향 수차가 비교적 작음을 나타내므로, 본 발명의 실시예에서 제공하는 줌 렌즈가 광각단에서 수차를 잘 보정할 수 있음을 알 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 광선 팬형도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 상이한 파장의 광선(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)이 해당 줌 렌즈의 상이한 시야각에서의 결상 범위는 모두 20μm 이내이고 곡선이 매우 집중되어, 상이한 시야 영역의 수차가 비교적 작도록 보장하며, 이는 해당 줌 렌즈가 광각단에서 광학 시스템의 수차를 비교적 잘 보정하였음을 의미한다.
도 15는 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 스폿 다이어그램이다. 여기서 스폿 다이어그램은 현대 광학 설계에서 가장 흔히 사용되는 평가 방법의 하나이다. 스폿 다이어그램은 일 점광원에서 방출된 많은 광선이 광학 시스템을 통과한 후, 수차로 인해 상면과의 교차점이 더 이상 동일한 점에 집중되지 않고, 특정 범위에 산포된 확산도형을 형성하는 것을 의미한다. 도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 제공하는 줌 렌즈의 경우, 상이한 파장의 광선(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm, 0.850μm)이 각 시야에서의 확산도형은 비교적 집중되고, 비교적 균일하게 분포되며, 특정 시야에서의 확산도형이 파장에 따라 위아래로 많이 분리되는 현상이 없고, 이는 명백한 퍼플 사이드가 없음을 나타낸다. 아울러, 상이한 파장의 광선(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)이 해당 줌 렌즈의 각 시야 위치측에서의 평균 제곱근 반경 값(RMS 반경)은 각각 1.494μm, 2.590μm, 1.948μm, 1.621μm, 1.950μm 및 2.192μm이며, 이는 각 시야의 RMS 반경이 모두 3μm보다 작음을 나타내며, 즉 해당 줌 렌즈가 광각단에서 비교적 낮은 색수차와 수차를 구비함을 의미하고, 각 파장대의 결상의 퍼플 사이드 문제를 해결하여, 고해상도의 결상을 실현할 수 있도록 한다.
도 16은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 필드 만곡 왜곡도이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 좌측 좌표계에서 수평 좌표는 필드 만곡의 크기를 표시하고, 단위는 mm이며; 수직 좌표는 표준화된 상고를 표시하고 단위가 없으며; 여기서 T는 자오를 표시하고, S는 구결을 표시한다. 도 16에서 볼 수 있듯이, 본 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 파장이 435nm인 광 내지 850nm인 광의 필드 만곡을 효과적으로 제어하며, 즉, 결상시 중앙의 이미지 품질과 변두리의 이미지 품질의 차이가 비교적 작다. 우측 좌표계에서 수평 좌표는 왜곡의 크기를 표시하고, 단위는 %이며, 수직 좌표는 표준화된 상고를 표시하고, 단위가 없으며; 도 16에서 볼 수 있듯이, 본 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 광각단에서의 왜곡이 비교적 잘 보상되고, 결상 왜곡이 비교적 작으며, 작은 왜곡의 요구를 충족한다.
도 17은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 구면수차 곡선도이다. 도 17에 도시된 바와 같이, 해당 줌 렌즈는 상이한 파장(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)에서의 구면수차가 모두 0.036mm 이내이고, 상이한 파장의 곡선은 상대적으로 집중되며, 이는 해당 줌 렌즈의 축 방향 수차가 비교적 작음을 나타내고, 이로부터 본 발명의 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 망원단에서 수차를 잘 보정할 수 있음을 알 수 있다.
도 18은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 광선 팬형도이다. 도 18에 도시된 바와 같이, 상이한 파장의 광선(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)이 해당 줌 렌즈의 상이한 시야각에서의 결상 범위는 모두 20μm 이내이고 곡선이 매우 집중되므로, 상이한 시야영역의 수차가 비교적 작도록 보장하고, 즉 해당 줌 렌즈가 망원단에서 광학 시스템의 수차를 비교적 잘 보정하였음을 나타낸다.
도 19는 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 스폿 다이어그램이다. 도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 제공하는 줌 렌즈의 경우, 상이한 파장의 광선(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)이 각 시야에서의 확산도형은 비교적 집중되고, 비교적 균일하게 분포되며, 특정 시야에서의 확산도형이 파장에 따라 위아래로 많이 분리되는 현상이 없고, 이는 명백한 퍼플 사이드가 없음을 나타낸다. 아울러, 상이한 파장의 광선(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)이 해당 줌 렌즈의 각 시야 위치측에서의 평균 제곱근 반경 값(RMS 반경)은 각각 1.798μm, 1.871μm, 2.229μm, 2.457μm, 2.565μm 및 3.414μm이며, 이는 각 시야의 RMS 반경이 모두 4μm보다 작음을 나타내며, 즉 해당 줌 렌즈가 망원단에서 비교적 낮은 색수차와 수차를 구비함을 의미하고, 각 파장대의 결상의 퍼플 사이드 문제를 해결하여, 고해상도의 결상을 실현할 수 있다.
도 20은 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 필드 만곡 왜곡도이다. 도 20에 도시된 바와 같이, 좌측 좌표계에서 수평 좌표는 필드 만곡의 크기를 표시하고, 단위는 mm이며; 수직 좌표는 표준화된 상고를 표시하고 단위가 없으며; 여기서 T는 자오를 표시하고, S는 구결을 표시한다. 도 20에서 볼 수 있듯이, 본 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 파장이 435nm인 광 내지 850nm인 광의 필드 만곡을 효과적으로 제어하며, 즉, 결상시 중앙의 이미지 품질과 변두리 이미지 품질의 차이가 비교적 작다. 우측 좌표계에서 수평 좌표는 왜곡의 크기를 표시하고, 단위는 %이며, 수직 좌표는 표준화된 상고를 표시하고, 단위가 없으며; 도 20에서 볼 수 있듯이, 본 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 망원단에서의 왜곡이 비교적 잘 보정되고, 결상 왜곡이 비교적 작으며, 작은 왜곡의 요구를 충족한다.
실시예 3
도 21은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 구조 개략도이고, 도 22는 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 구조 개략도이다. 도 21 및 도 22를 참조하면, 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈는 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 정의 굴절력을 갖는 고정 렌즈군(100), 부의 굴절력을 갖는 제1 줌 렌즈군(200), 정의 굴절력을 갖는 제2 줌 렌즈군(300) 및 정의 굴절력을 갖는 보상 렌즈군(400)을 포함하되, 제1 줌 렌즈군(200) 및 제2 줌 렌즈군(300)은 광축을 따라 왕복 이동할 수 있고; 고정 렌즈군(100)은 제1 렌즈(1)를 포함하며, 제1 줌 렌즈군(200)은 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 제2 렌즈(2), 제3 렌즈(3) 및 제4 렌즈(4)를 포함하고, 제2 줌 렌즈군(300)은 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 제5 렌즈(5), 제6 렌즈(6), 제7 렌즈(7), 제8 렌즈(8), 제9 렌즈(9), 제10 렌즈(10) 및 제11 렌즈(11)를 포함하고, 보상 렌즈군(400)은 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 제12 렌즈(12), 제13 렌즈(13) 및 제14 렌즈(14)를 포함한다. 제1 렌즈(1)는 정의 굴절력을 가지고, 제2 렌즈(2)는 부의 굴절력을 가지며, 제3 렌즈(3)는 부의 굴절력을 가지고, 제4 렌즈(4)는 정의 굴절력을 가지며, 제5 렌즈(5)는 정의 굴절력을 가지고, 제6 렌즈(6)는 부의 굴절력을 가지며, 제7 렌즈(7)는 부의 굴절력을 가지고, 제8 렌즈(8)는 정의 굴절력을 가지며, 제9 렌즈(9)는 부의 굴절력을 가지고, 제10 렌즈(10)는 정의 굴절력을 가지며, 제11 렌즈(11)는 부의 굴절력을 가지고, 제12 렌즈(12)는 정의 굴절력을 가지며, 제13 렌즈(13)는 정의 굴절력을 가지고, 제14 렌즈(14)는 부의 굴절력을 가진다. 여기서, 제7 렌즈(7)와 제8 렌즈(8)는 이중 접합 렌즈를 구성하고, 제9 렌즈(9), 제10 렌즈(10) 및 제11 렌즈(11)는 삼중 접합 렌즈를 구성하며, 제13 렌즈(13)와 제14 렌즈(14)는 이중 접합 렌즈를 구성한다. 다이어프램(500)은 제1 줌 렌즈군(200)과 제2 줌 렌즈군(300) 사이의 광경로에 위치한다.
예시적으로, 표 9는 일 가능한 실시형태로, 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈 중의 각 렌즈의 구체적인 광 물리적 파라미터를 상세히 설명하고, 표 9에서의 줌 렌즈는 도 21 및 도 22에 도시된 줌 렌즈에 대응한다.
표 9에서의 면 번호는 각 렌즈의 표면 순서에 따라 넘버링된 것이며, 예를 들어 "1"은 제1 렌즈(1)의 물체면 표면을 나타내고, "2"는 제1 렌즈(1)의 상면 표면을 나타내며, 기타 면 번호도 이와 같은 방식으로 유추할 수 있다. 여기서, "15"는 제7 렌즈(7)와 제8 렌즈(8)의 접합면이고, "18"은 제9 렌즈(9)와 제10 렌즈(10)의 접합면이며, "19"는 제10 렌즈(10)와 제11 렌즈(11)의 접합면이고, "24"는 제13 렌즈(13)와 제14 렌즈(14)의 접합면이다. 곡률반경은 렌즈 표면의 만곡 정도를 나타내고, 양의 값은 해당 표면이 상면 측으로 구부러짐을 나타내며, 음의 값은 해당 표면이 물체면 측을 향해 구부러짐을 나타내고, 여기서 "PL"은 해당 표면이 평면이며, 곡률반경은 무한대로 큼을 나타내고; 두께는 현재 표면에서 다음 표면까지의 중심 축 방향 거리를 나타내며, 곡률반경과 두께의 단위는 모두 밀리미터(mm)이고; 재료(nd)는 굴절률이며, 광선에 대한 현재 표면에서부터 다음 표면 사이의 재료의 편향 능력을 나타내고, 빈칸은 현재 위치가 공기이고, 굴절률은 1임을 나타내며; 재료(vd)는 색분산 계수이고, 광선에 대한 현재 표면에서부터 다음 표면 사이의 재료의 색분산 특성을 나타내며, 빈칸은 현재 위치가 공기임을 나타내고; K값은 해당 비구면의 최적 피팅된 코닉 상수의 수치 크기를 나타내며, STO는 다이어프램을 나타낸다.
표 10은 표 9의 가변 간격의 한 가지 설계값을 나타낸다:
비구면 표면 형상은 방정식 z를 만족한다.
여기서, Z는 비구면이 광축 방향을 따라 높이가 y인 위치에 있는 경우, 비구면의 꼭지점까지의 벡터 높이를 나타내며, c=1/R이고, R은 렌즈면의 근축 곡률반경을 나타내고; k는 코닉 상수를 나타내며; A, B, C, D, E, F는 고차 비구면 계수를 나타낸다.
표 11은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈에서의 각 렌즈의 비구면 계수이다.
여기서, -2.035E-5는 면 번호가 5인 계수 A가 -2.035*10-5임을 나타내고, 이와 같은 방식으로 유추할 수 있다.
본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈는 다음과 같은 기술적 지표에 도달한다.
도 23은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 구면수차 곡선도이다. 도 23에 도시된 바와 같이, 해당 줌 렌즈는 상이한 파장(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)에서의 구면수차가 모두 0.027mm 이내이고, 상이한 파장의 곡선이 상대적으로 집중되며, 이는 해당 줌 렌즈의 축 방향 수차가 비교적 작음을 나타내므로, 본 발명의 실시예에서 제공하는 줌 렌즈가 광각단에서 수차를 잘 보정할 수 있음을 알 수 있다.
도 24는 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 광선 팬형도이다. 도 24에 도시된 바와 같이, 상이한 파장의 광선(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)이 해당 줌 렌즈의 상이한 시야각에서의 결상 범위는 모두 20μm 이내이고, 곡선이 매우 집중되어, 상이한 시야 영역의 수차가 비교적 작도록 보장하며, 이는 해당 줌 렌즈가 광각단에서 광학 시스템의 수차를 비교적 잘 보정하였음을 의미한다.
도 25는 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 스폿 다이어그램이다. 여기서 스폿 다이어그램은 현대 광학 설계에서 가장 흔히 사용되는 평가 방법의 하나이다. 스폿 다이어그램은 일 점광원에서 방출된 많은 광선이 광학 시스템을 통과한 후, 수차로 인해 상면과의 교차점이 더 이상 동일한 점에 집중되지 않고, 특정 범위에 산포된 확산도형을 형성하는 것을 의미한다. 도 25에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 제공하는 줌 렌즈의 경우, 상이한 파장의 광선(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm, 0.850μm)이 각 시야에서의 확산도형은 비교적 집중되고, 비교적 균일하게 분포되며, 특정 시야에서의 확산도형이 파장에 따라 위아래로 많이 분리되는 현상이 없고, 이는 명백한 퍼플 사이드가 없음을 나타낸다. 아울러, 상이한 파장의 광선(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)이 해당 줌 렌즈의 각 시야 위치측에서의 평균 제곱근 반경 값(RMS 반경)은 각각 1.070μm, 2.751μm, 1.553μm, 2.370μm, 2.902μm 및 3.026μm이며, 이는 각 시야의 RMS 반경이 모두 4μm 보다 작음을 나타내며, 즉 해당 줌 렌즈가 광각단에서 비교적 낮은 색수차와 수차를 구비함을 의미하고, 각 파장대의 결상의 퍼플 사이드 문제를 해결하여, 고해상도의 결상을 실현할 수 있다.
도 26은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 광각단에서의 필드 만곡 왜곡도이다. 도 26에 도시된 바와 같이, 좌측 좌표계에서 수평 좌표는 필드 만곡의 크기를 표시하고, 단위는 mm이며; 수직 좌표는 표준화된 상고를 표시하고 단위가 없으며; 여기서 T는 자오를 표시하고, S는 구결을 표시한다. 도 26에서 볼 수 있듯이, 본 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 파장이 435nm인 광 내지 850nm인 광의 필드 만곡을 효과적으로 제어하며, 즉, 결상시 중앙의 이미지 품질과 변두리의 이미지 품질의 차이가 비교적 작다. 우측 좌표계에서 수평 좌표는 왜곡의 크기를 표시하고, 단위는 %이며, 수직 좌표는 표준화된 상고를 표시하고, 단위가 없으며; 도 26에서 볼 수 있듯이, 본 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 광각단에서의 왜곡이 비교적 잘 보상되고, 결상 왜곡이 비교적 작으며, 작은 왜곡의 요구를 충족한다.
도 27은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 구면수차 곡선도이다. 도 27에 도시된 바와 같이, 해당 줌 렌즈는 상이한 파장(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)에서의 구면수차가 모두 0.035mm 이내이고, 상이한 파장의 곡선은 상대적으로 집중되며 이는 해당 줌 렌즈의 축 방향 수차가 비교적 작다는 것을 나타내고, 이로부터 본 발명의 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 망원단에서 수차를 잘 보정할 수 있음을 알 수 있다.
도 28은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 광선 팬형도이다. 도 28에 도시된 바와 같이, 상이한 파장의 광선(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)이 해당 줌 렌즈의 상이한 시야각에서의 결상 범위는 모두 20μm 이내이고 곡선이 매우 집중되므로, 상이한 시야영역의 수차가 비교적 작도록 보장하고, 즉 해당 줌 렌즈가 망원단에서 광학 시스템의 수차를 비교적 잘 보정하였음을 나타낸다.
도 29는 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 스폿 다이어그램이다. 도 29에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 제공하는 줌 렌즈의 경우, 상이한 파장의 광선(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)이 각 시야에서의 확산도형은 비교적 집중되고, 비교적 균일하게 분포되며, 특정 시야에서의 확산도형이 파장에 따라 위아래로 많이 분리되는 현상이 없고, 이는 명백한 퍼플 사이드가 없음을 나타낸다. 아울러, 상이한 파장의 광선(0.435μm, 0.486μm, 0.546μm, 0.588μm, 0.656μm 및 0.850μm)이 해당 줌 렌즈의 각 시야 위치측에서의 평균 제곱근 반경 값(RMS 반경)은 각각 1.455μm, 1.572μm, 2.004μm, 2.245μm, 2.396μm 및 3.349μm이며, 이는 각 시야의 RMS 반경이 모두 4μm보다 작음을 나타내며, 즉 해당 줌 렌즈가 망원단에서 비교적 낮은 색수차와 수차를 구비함을 의미하고, 각 파장대의 결상의 퍼플 사이드 문제를 해결하여, 고해상도의 결상을 실현할 수 있다.
도 30은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 줌 렌즈의 망원단에서의 필드 만곡 왜곡도이다. 도 30에 도시된 바와 같이, 좌측 좌표계에서 수평 좌표는 필드 만곡의 크기를 표시하고, 단위는 mm이며; 수직 좌표는 표준화된 상고를 표시하고 단위가 없으며; 여기서 T는 자오를 표시하고, S는 구결을 표시한다. 도 30에서 볼 수 있듯이, 본 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 파장이 435nm인 광 내지 850nm인 광의 필드 만곡을 효과적으로 제어하며, 즉, 결상시 중앙의 이미지 품질과 변두리 이미지 품질의 차이가 비교적 작다. 우측 좌표계에서 수평 좌표는 왜곡의 크기를 표시하고, 단위는 %이며, 수직 좌표는 표준화된 상고를 표시하고, 단위가 없으며; 도 30에서 볼 수 있듯이, 본 실시예에서 제공하는 줌 렌즈는 망원단에서의 왜곡이 비교적 잘 보정되고, 결상 왜곡이 비교적 작으며, 작은 왜곡의 요구를 충족한다.
주의해야 할 것은, 상기 내용은 단지 본 발명의 바람직한 실시예 및 적용된 기술 원리이다. 해당 분야의 당업자는 본 발명이 상기에 기술된 특정 실시예에 한정되지 않으며, 해당 분야의 당업자가 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 명백한 변경, 재조정, 결합 및 대체를 진행할 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 상기 실시예들을 통해 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들로 제한되지 않으며, 본 발명의 구상을 벗어나지 않는 전제하에서, 다른 동등한 실시예들을 더 많이 포함할 수 있으며, 본 발명의 범위는 청구 범위에 의해 결정된다.
Claims (10)
- 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 정의 굴절력을 갖는 고정 렌즈군, 부의 굴절력을 갖는 제1 줌 렌즈군, 정의 굴절력을 갖는 제2 줌 렌즈군 및 정의 굴절력을 갖는 보상 렌즈군을 포함하되, 상기 제1 줌 렌즈군 및 상기 제2 줌 렌즈군은 상기 광축을 따라 왕복 이동이 가능하고;
상기 고정 렌즈군은 제1 렌즈를 포함하고, 상기 제1 줌 렌즈군은 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 제2 렌즈, 제3 렌즈 및 제4 렌즈를 포함하며, 상기 제2 줌 렌즈군은 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 제5 렌즈, 제6 렌즈, 제7 렌즈, 제8 렌즈, 제9 렌즈, 제10 렌즈 및 제11 렌즈를 포함하고, 상기 보상 렌즈군은 광축을 따라 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 제12 렌즈, 제13 렌즈 및 제14 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈. - 제 1 항에 있어서,
상기 고정 렌즈군의 굴절력G와 상기 보상 렌즈군의 굴절력B는 0.2≤|G/B|≤2.5를 만족하고,
상기 제1 줌 렌즈군의 굴절력Z1과 상기 보상 렌즈군의 굴절력B는 3≤|Z1/B|≤30을 만족하며;
상기 제2 줌 렌즈군의 굴절력Z2와 상기 보상 렌즈군의 굴절력B는 2≤|Z2/B|≤25를 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 렌즈는 정의 굴절력을 가지고, 상기 제2 렌즈는 부의 굴절력을 가지며, 상기 제3 렌즈는 부의 굴절력을 가지고, 상기 제4 렌즈는 정의 굴절력을 가지며, 상기 제5 렌즈는 정의 굴절력을 가지고, 상기 제6 렌즈는 부의 굴절력을 가지며, 상기 제7 렌즈는 부의 굴절력을 가지고, 상기 제8 렌즈는 정의 굴절력을 가지며, 상기 제9 렌즈는 부의 굴절력을 가지고, 상기 제10 렌즈는 정의 굴절력을 가지며, 상기 제11 렌즈는 부의 굴절력을 가지고, 상기 제12 렌즈는 정의 굴절력을 가지며, 상기 제13 렌즈는 정의 굴절력을 가지고, 상기 제14 렌즈는 부의 굴절력을 가지는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2 렌즈의 굴절력은 φ2이고, 상기 제3 렌즈의 굴절력은 φ3이며, 상기 제4 렌즈의 굴절력은 φ4이고, 상기 제5 렌즈의 굴절력은 φ5이며, 상기 제6 렌즈의 굴절력은 φ6이고, 상기 제7 렌즈의 굴절력은 φ7이며, 상기 제8 렌즈의 굴절력은 φ8이고, 상기 제9 렌즈의 굴절력은 φ9이며, 상기 제10 렌즈의 굴절력은 φ10이고, 상기 제11 렌즈의 굴절력은 φ11이며, 상기 제12 렌즈의 굴절력은 φ12이고, 상기 제13 렌즈의 굴절력은 φ13이며, 상기 제14 렌즈의 굴절력은 φ14이고, 상기 제1 줌 렌즈군의 굴절력은 Z1이며, 상기 제2 줌 렌즈군의 굴절력은 Z2이고, 상기 보상 렌즈군의 굴절력은 B이며;
여기서, 상기 제2 렌즈 내지 상기 제14 렌즈의 굴절력은 다음 조건:
0.3≤|φ2/Z1|≤2.1; 0.3≤|φ3/Z1|≤2.0; 0.15≤|φ4/Z1|≤1.5;
0.15≤|φ5/Z2|≤1.5; 0.05≤|φ6/Z2|≤0.8; 0.08≤|φ7/Z2|≤1;
0.35≤|φ8/Z2|≤2.5; 0.25≤|φ9/Z2|≤2.2; 0.4≤|φ10/Z2|≤3.9;
0.05≤|φ11/Z2|≤0.85; 0.8≤|φ12/B|≤5.5; 3.5≤|φ13/B|≤55;
4≤|φ14/B|≤45; 을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 렌즈의 굴절률은 n1이고, 상기 제2 렌즈의 굴절률은 n2이며, 상기 제3 렌즈의 굴절률은 n3이고, 상기 제4 렌즈의 굴절률은 n4이며, 상기 제5 렌즈의 굴절률은 n5이고, 상기 제6 렌즈의 굴절률은 n6이며, 상기 제7 렌즈의 굴절률은 n7이고, 상기 제8 렌즈의 굴절률은 n8이며, 상기 제9 렌즈의 굴절률은 n9이고, 상기 제10 렌즈의 굴절률은 n10이며, 상기 제11 렌즈의 굴절률은 n11이고, 상기 제12 렌즈의 굴절률은 n12이며, 상기 제13 렌즈의 굴절률은 n13이고, 상기 제14 렌즈의 굴절률은 n14이며;
여기서, 상기 제1 렌즈 내지 상기 제14 렌즈의 굴절률은 다음 조건:
1.6≤n1≤2.15; 1.58≤n2≤1.95; 1.43≤n3≤1.75; 1.71≤n4≤2.15;
1.4≤n5≤1.75; 1.55≤n6≤1.95; 1.55≤n7≤1.95; 1.4≤n8≤1.75;
1.65≤n9≤2.15; 1.4≤n10≤1.75; 1.7≤n11≤2.15; 1.65≤n12≤2.15;
1.7≤n13≤2.15; 1.65≤n14≤2.1; 을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈. - 제 1 항에 있어서,
상기 제7 렌즈와 제8 렌즈는 이중 접합 렌즈를 구성하고, 상기 제9 렌즈, 상기 제10 렌즈 및 상기 제11 렌즈는 삼중 접합 렌즈를 구성하며, 상기 제13 렌즈와 상기 제14 렌즈는 이중 접합 렌즈를 구성하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈, 상기 제4 렌즈, 상기 제6 렌즈, 상기 제7 렌즈, 상기 제8 렌즈, 상기 제9 렌즈, 상기 제10 렌즈, 상기 제11 렌즈, 상기 제13 렌즈 및 상기 제14 렌즈는 모두 구면 렌즈이고, 상기 제3 렌즈, 상기 제5 렌즈 및 상기 제12 렌즈는 모두 비구면 렌즈인 것을 특징으로 하는 줌 렌즈. - 제 1 항에 있어서,
상기 줌 렌즈의 조리개는 0.9≤Fw~Ft≤1.4를 만족하고,
여기서, Fw는 상기 줌 렌즈의 광각단에서의 조리개를 나타내고, Ft는 상기 줌 렌즈의 망원단에서의 조리개를 나타내는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈. - 제 1 항에 있어서,
상기 줌 렌즈의 시야각은 90°≤FOV-w; FOV-t≤65°를 만족하고,
여기서, FOV-w는 상기 줌 렌즈의 광각단에서의 시야각을 나타내고, FOV-t는 상기 줌 렌즈의 망원단에서의 시야각을 나타내는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈. - 제 1 항에 있어서,
상기 줌 렌즈의 상면 직경(IC)과 상기 줌 렌즈의 총 렌즈 길이(TTL)는 0.02≤IC/TTL≤1.2를 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
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