KR100669924B1 - 줌렌즈 - Google Patents

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KR100669924B1
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가시오게산키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 비구면렌즈ㆍ복합비구면렌즈를 효과적으로 배치함으로써 고해상이고 또한 왜곡수차가 작으며, 사용시ㆍ심동수납시도 콤팩트한 줌렌즈를 제공하는 것으로, 물체측으로부터 차례로 제 1 렌즈군 및 제 2 렌즈군으로 구성되고, 상기 제 1 렌즈군은 네가티브의 굴절력을 가지며, 메니스커스형상으로 네가티브의 굴절력을 갖는 렌즈(이하 네가티브렌즈)인 제 1 렌즈, 및 메니스커스형상으로 포지티브의 굴절력을 갖는 렌즈(이하 포지티브렌즈)인 제 2 렌즈를 배치하여 구성되며, 상기 제 2 렌즈군은 포지티브의 굴절력을 갖고, 포지티브렌즈인 제 3 렌즈, 포지티브렌즈인 제 4 렌즈, 상기 제 4 렌즈와 접합상태로 사용되는 네가티브렌즈인 제 5 렌즈, 파워가 작은 제 6 렌즈를 배치하여 구성되며, 상기 제 1 렌즈군 및 상기 제 2 렌즈군의 위치를 이동함으로써 변배를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
줌렌즈, 렌즈군, 비구면렌즈, 왜곡수차, 곡률반경, 코마수차

Description

줌렌즈{ZOOM LENS}
도 1은 본 발명에 의한 줌렌즈에 있어서의 제 1 실시형태의 렌즈구성도.
도 2는 제 1 실시형태에 있어서의 렌즈의 제수차도.
도 3은 본 발명에 의한 줌렌즈에 있어서의 제 2 실시형태의 렌즈구성도.
도 4는 제 2 실시형태에 있어서의 렌즈의 제수차도.
도 5는 본 발명에 의한 줌렌즈에 있어서의 제 3 실시형태의 렌즈구성도.
도 6은 제 3 실시형태에 있어서의 렌즈의 제수차도.
도 7은 본 발명에 의한 줌렌즈에 있어서의 제 4 실시형태의 렌즈구성도.
도 8은 제 4 실시형태의 렌즈의 제수차도.
도 9는 본 발명에 의한 줌렌즈에 있어서의 제 5 실시형태의 렌즈구성도.
도 10은 제 5 실시형태에 있어서의 렌즈의 제수차도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
LG1: 제 1 렌즈군
LG2: 제 2 렌즈군
L1: 제 1 렌즈
L2: 제 2 렌즈
L3: 제 3 렌즈
L4: 제 4 렌즈
L5: 제 5 렌즈
L6: 제 6 렌즈
IP: 축소측물상면
LP: 평행평면유리
본 발명은 주로 디지털스틸카메라와 같은 CCD(charged coupled device) 등의 이미지센서를 사용한 소형의 촬상장치에 이용되는 고성능인 줌렌즈에 관한 것이다.
근래 디지털스틸카메라의 촬상장치에 이용되는 줌렌즈로서 여러 가지 발표되고 있다. 예를 들면 수지재료에 의한 비구면렌즈를 효과적으로 배치함으로써 고해상이고 또한 왜곡수차가 작으며, 콤팩트하고 구성 장수가 적은 줌렌즈 등이 있다(특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1] 일본국 특허공개 2003-057542호 공보
이것은 초박형 디지털스틸카메라의 촬상장치에 이용하도록 한 경우, 사용시나 수납시의 전체길이가 너무 길다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 사정에 감안하여 비구면렌즈를 효과적으로 배치함으로써 고해상이고 또한 왜곡수차가 작으며, 사용시ㆍ심동수납시도 콤팩트하고 저가인 줌 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 줌렌즈는 확대측으로부터 차례로 제 1 렌즈군 및 제 2 렌즈군으로 구성되고, 상기 제 1 렌즈군은 네가티브의 굴절력을 가지며, 확대측이 볼록면의 메니스커스형상이고 네가티브의 굴절력을 갖는 렌즈(이하 네가티브렌즈)인 제 1 렌즈, 및 확대측이 볼록면의 메니스커스형상이고 포지티브의 굴절력을 갖는 렌즈(이하포지티브렌즈)인 제 2 렌즈를 배치하여 구성되며, 상기 제 2 렌즈군은 포지티브의 굴절력을 갖고, 확대측이 곡률반경이 작은 면으로 한 포지티브렌즈인 제 3 렌즈, 포지티브렌즈인 제 4 렌즈, 상기 제 4 렌즈와 접합상태로 사용되는 네가티브렌즈인 제 5 렌즈, 파워가 작은 제 6 렌즈를 배치하여 구성되며, 상기 제 1 렌즈군 및 상기 제 2 렌즈군의 위치를 이동함으로써 변배를 이루고 있는 줌렌즈에 있어서, 렌즈전체계의 광축방향의 치수에 관해서 하기 조건식 (1) 및 (2)를 만족하고 있는 것을 특징으로 한다.(청구항 1)
(1) TL/fW＜1. 9
(2) 0. 6＜fW/fn＜0. 77
단,
TL: 제 1 렌즈군과 제 2 렌즈군의 전체길이의 합계
fW: 광각단에 있어서의 렌즈전체계의 합성초점거리
fn: 제 2 렌즈군의 합성초점거리
조건식 (1)은 심동수납시에 있어서의 렌즈전체길이를 규정하는 것이다. 상 한을 넘으면 충분한 소형화가 곤란하게 된다. 조건식 (2)는 적절한 파워로 소형화와 성능을 양립할 수 있는 각 군의 파워배분을 규정하는 것이다. 상한을 넘으면 파워과대가 되어 성능이 저하한다. 하한을 넘으면 대형화하여 버린다.
또 상기 청구항 1 기재의 줌렌즈에 있어서, 상기 제 1 렌즈군을 구성하는 상기 제 1 렌즈의 파워에 관해서 하기 조건식 (3)을 만족하고, 상기 제 1 렌즈, 제 2 렌즈의 재질에 관해 조건식 (4), (5)를 만족하며, 제 1 렌즈의 축소측의 면의 형상에 관해서 하기 조건식 (6)을 만족하는 것이 바람직하다.(청구항 4)
(3) -1. 1＜fW/f1＜-0. 8
(4) 10＜ν1- ν2
(5) 1. 66＜n2
(6) 1. 16＜fW/R2＜1. 51
단,
f1: 제 1 렌즈의 초점거리
ν1: 제 1 렌즈의 아베수
ν2: 제 2 렌즈의 아베수
n2: 제 2 렌즈의 d선에 있어서의 굴절률
R2: 제 1 렌즈의 축소측의 면의 곡률반경
조건식 (3)은 네가티브의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군으로의 파워의 적절한 배분에 관한 것이다. 광학계 전체의 크기와 제수차를 적정히 보정하기 위한 조건의 밸런스로 된다. 하한을 넘으면, 제 1 렌즈군의 네가티브의 파워가 큰 것으로 되고, 이것에 동반하여 제 2 렌즈군의 포지티브의 파워를 강하게 하지 않으면 안되어 제수차의 밸런스를 취하는 것이 곤란해져 성능이 저하한다. 반대로 상한을 넘으면 제 2군과의 공기간격을 크게 취하지 않으면 안되어 광학계 전체의 크기가 대형화하는 것으로 되어 콤팩트한 디지털스틸카메라의 용도에 적합하지 않다.
조건식 (4)는 색수차보정에 관한 것이다. 하한을 넘으면 제 1 렌즈에 의한 색수차가 보정을 다 할 수 없어서 제 1군내에서의 보정이 곤란하게 된다. 조건식 (5)는 상면만곡보정에 관한 것이다. 하한을 넘으면 페츠발 합(Petzval sum)이 커져 버려 상면(像面)만곡이 다 보정할 수 없게 되어 버린다.
조건식 (6)은 곡률이 큰 오목면인 상기 제 1 렌즈의 축소측면의 형상에 관한 조건식이다. 조건식 (6)의 범위로 곡률을 주는 것에 의해 입사동공에 대해 동심적형상으로 함으로써 제수차의 발생을 기본적으로 작게 하고 있다. 상한을 넘으면 상기 제 1 렌즈의 축소측면의 곡률반경이 작아져 가공이 곤란하게 되는 동시에, 네가티브의 파워가 너무 과대하게 되어 페츠발 합이 과소하게 되어 버린다. 반대로 하한을 넘으면 가공상은 유리하게 되는데, 동심성이 악화되어 왜곡수차나 상면만곡의 보정이 곤란하게 된다.
또 상기 청구항 1 및 상기 청구항 4에 기재한 줌렌즈에 있어서, 상기 제 1 렌즈의 축소측의 면의 형상이 비구면인 것이 바람직하다. (청구항 2, 5)
또 상기 청구항 1에 기재한 줌렌즈에 있어서, 상기 제 2 렌즈군을 구성하는 상기 제 3 렌즈의 재질에 관해서 하기 조건식 (7), (8)을 만족하고, 파워에 관해서 하기 조건식 (9)를 만족하며, 형상에 관해서 하기 조건식 (10)을 만족하고, 또 상기 제 3 렌즈, 제 5 렌즈의 형상에 관해서 하기 조건식 (11)을 만족하며, 상기 제 2 렌즈군을 구성하는 렌즈면의 2면 이상의 형상이 비구면인 것이 바람직하다. (청구항 7)
(7) 29. 7＜(ν3＋ν4)/2- ν5
(8) 1. 45＜(n3＋n4)/2＜1. 78
(9) 0. 5＜fw/f3＜0. 85
(10) 0. 8＜fw/R5＜1. 45
(11) 0. 75＜R5/R9＜1. 45
단,
ν3: 제 3 렌즈의 아베수
ν4: 제 4 렌즈의 아베수
n3: 제 3 렌즈의 d선에 있어서의 굴절률
n4: 제 4 렌즈의 d선에 있어서의 굴절률
f3: 제 3 렌즈의 초점거리
R5: 제 3 렌즈의 확대측의 면의 곡률반경
R9: 제 5 렌즈의 축소측의 면의 곡률반경
조건식 (7)은 색수차보정을 양호하게 유지하기 위한 조건식이다. 이 조건을 넘으면 색수차의 보정이 곤란하게 된다. 조건식 (8)은 상면만곡보정에 관한 것이다. 상한 또는 하한을 넘으면 페츠발 합이 부적절하게 되어 버려 상면만곡이 다 보정할 수 없게 되어 버린다. 조건식 (9)는 포지티브의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈로의 파워의 적절한 배분에 관한 것이다. 광학계 전체의 크기와 제수차를 적정히 보정하기 위한 조건의 밸런스로 된다. 이 조건으로부터 벗어나면 제 3 렌즈의 포지티브의 파워가 큰 것으로 되고, 이것에 동반하여 제 1 렌즈군의 네가티브의 파워를 강하게 하지 않으면 안되어 제수차의 밸런스를 취하는 것이 곤란해져 성능이 저하한다.
조건식 (10)은 강한 포지티브의 파워를 갖는 제 3 렌즈에 의한 언더의 구면수차를 보정하고, 또 제 2군으로서 포지티브, 네가티브의 텔레타입구성에 의해 소형화하는 조건. 상한을 넘으면 소형화에는 유리하지만 성능을 저하, 하한을 넘으면 성능은 유리하지만 커진다. 조건식 (11)은 구면수차, 코마수차보정의 용건이다. 제 2군에는 굵은 축상 및 축외광속이 들어가기 때문에 입사광속에 대해 동심인 면이 필요하게 된다. 이 조건으로부터 벗어나면 구면수차, 코마수차를 양호하게 보정할 수 없다.
또 상기 청구항 7에 기재한 줌렌즈에 있어서, 상기 제 2 렌즈군을 구성하는 렌즈면의 2면 이상의 형상이 비구면인 것이 바람직하다.(청구항 8)
또 청구항1, 4, 7에 기재한 줌렌즈에 있어서, 제 5 렌즈는 투광성 세라믹스로 구성하는 것이 바람직하다.(청구항 3, 6, 9)
이하 구체적인 실시형태에 대해서 본 발명을 설명한다. 이하 제 1 실시형태부터 제 5 실시형태에서는 제 1 렌즈군(LG1) 및 제 2 렌즈군(LG2)으로 구성되고, 상기 제 1 렌즈군(LG1)은 확대측이 볼록면의 메니스커스형상이고 네가티브의 굴절력을 갖는 렌즈(이하 네가티브렌즈)인 제 1 렌즈(L1) 및 확대측이 볼록면의 메니스커스형상이고 포지티브의 굴절력을 갖는 렌즈(이하 포지티브렌즈)인 제 2 렌즈(L2)를 배치하여 구성되며, 상기 제 2 렌즈군(LG2)은 포지티브의 굴절력을 갖고 확대측이 곡률반경이 작은 면으로 한 포지티브렌즈인 제 3 렌즈(L3), 포지티브렌즈인 제 4 렌즈(L4), 제 4 렌즈(L4)와 접합상태로 사용되는 네가티브렌즈인 제 5 렌즈(L5), 파워가 작은 제 6 렌즈(L6)를 배치하여 구성된다.
또 상기 제 2 렌즈군(LG2)과 축소측물상면(IP)의 사이에는 공기간격을 두고 평행평면유리(LP)가 단수 또는 복수 배치되어 있다. 상기 평행평면유리(LP)는 상세하게는 CCD의 커버유리, 수정필터 및 적외흡수필터 등 복수 또는 단품으로 구성되어 있는 것인데, 광학적으로는 아무런 문제는 없으므로 이들의 총 두께에 동일한 1장의 평행평면유리로 표현하고 있다.
각 실시형태에 있어서 사용하고 있는 비구면에 대해서는 주지와 같이, 광축방향으로 Z축, 광축과 직교하는 방향으로 Y축을 취할 때, 비구면식：
Z=(Y2/r)〔1＋√｛1-(1＋K)(Y/r)2｝〕＋A4ㆍY4＋A6ㆍY 6＋A8ㆍY8＋A10ㆍY10
으로 주어지는 곡선을 광축의 둘레에 회전하여 얻어지는 곡면이고, 근축곡률반경：r, 원추정수：K, 고차의 비구면계수：A4, A6, A8, A10을 주어 형상을 정의한다. 또한 표중의 원추정수 및 고차의 비구면계수의 표기에 있어서 「E와 그것에 계속되는 숫자」는 「10의 누승」을 나타내고 있다. 예를 들면 「E-4」는 10-4를 의미하고, 이 수치가 직전의 수치에 걸리는 것이다.
(제 1 실시형태)
본 발명의 줌렌즈의 제 1 실시형태에 대해서 수치예를 표 1에 나타낸다. 또 도 1은 그 렌즈구성도, 도 2는 그 제수차도이다.
표 및 도면중, “f ”는 렌즈전체계의 초점거리, “FNo”는 F넘버, “2ω ”는 렌즈의 전체화각, “bf ”는 백포커스를 나타낸다. 백포커스(bf)는 제 2 렌즈군을 구성하는 제 6 렌즈 축소측면으로부터 축소측물상면까지의 거리의 공기환산거리이다. 또 “R ”은 곡률반경, “D ”는 렌즈두께 또는 렌즈간격, “nd”는 d선의 굴절률, “νd ”는 d선의 아베수를 나타낸다. 제수차도 중의 “C ”, “d ”, “g ”는 각각의 파장에 있어서의 수차곡선이다. 또 “S ”는 새저틀(Sagittal), “M “은 메리디오널(Meridional)을 나타내고 있다.
Figure 112005005201658-pat00001
(제 2 실시형태)
제 2 실시형태에 대해서 수치예를 표 2에 나타낸다. 또 도 3은 그 렌즈구성도, 도 4는 그 제수차도이다.
Figure 112005005201658-pat00002
(제 3 실시형태)
제 3 실시형태에 대해서 수치예를 표 3에 나타낸다. 또 도 5는 그 렌즈구성도, 도 6은 그 제수차도이다.
Figure 112005005201658-pat00003
(제 4 실시형태)
제 4 실시형태에 대해서 수치예를 표 4에 나타낸다. 또 도 7은 그 렌즈구성도, 도 8은 그 제수차도이다.
Figure 112005005201658-pat00004
(제 5 실시형태)
제 5 실시형태에 대해서 수치예를 표 5에 나타낸다. 또 도 9는 그 렌즈구성도, 도 10은 그 제수차도이다.
Figure 112005005201658-pat00005
다음으로 제 1 실시형태부터 제 5 실시형태에 관해서 조건식 (1)부터 조건식 (11)에 대응하는 값을 정리하여 표 6에 나타낸다.
Figure 112005005201658-pat00006
표 6으로부터 명백한 바와 같이 각 실시형태에 관한 수치는 조건식 (1)부터(11)을 만족하고 있는 동시에, 각 실시형태에 있어서의 수차도로부터도 명백한 바와 같이 각 수차와도 양호하게 보정되어 있다.
상기 제 1 내지 제 3 실시형태의 제 5 렌즈(L5)의 재료로서는, 예를 들면 일본국 특허공개 2004-43194호에 개시되어 있는 바와 같은 투광성 세라믹스를 채용해도 좋다.
본 발명에 따르면, 비구면렌즈ㆍ복합비구면렌즈를 효과적으로 배치함으로써 고해상이고 또한 왜곡수차가 작으며, 사용시ㆍ심동수납시도 콤팩트한 줌렌즈를 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 확대측으로부터 차례로 제 1 렌즈군 및 제 2 렌즈군으로 구성되고, 상기 제 1 렌즈군은 네가티브의 굴절력을 가지며, 확대측이 볼록면의 메니스커스형상이고 네가티브의 굴절력을 갖는 렌즈(이하 네가티브렌즈)인 제 1 렌즈, 확대측이 볼록면의 메니스커스형상이고 포지티브의 굴절력을 갖는 렌즈(이하 포지티브렌즈)인 제 2 렌즈를 배치하여 구성되며, 상기 제 2 렌즈군은 포지티브의 굴절력을 갖고, 확대측이 곡률반경이 작은 면으로 한 포지티브렌즈인 제 3 렌즈, 포지티브렌즈인 제 4 렌즈, 상기 제 4 렌즈와 접합상태로 사용되는 네가티브렌즈인 제 5 렌즈, 파워가 작은 제 6 렌즈를 배치하여 구성되며, 상기 제 1 렌즈군 및 상기 제 2 렌즈군의 위치를 이동함으로써 변배를 이루고 있는 줌렌즈에 있어서, 렌즈전체계의 광축방향의 치수에 관해서 하기 조건식 (1) 및 (2)를 만족하고 있는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
    (1) TL/fW＜1. 9
    (2) 0. 6＜fW/fn＜0. 77
    단,
    TL: 제 1 렌즈군과 제 2 렌즈군의 전체길이의 합계
    fW: 광각단에 있어서의 렌즈전체계의 합성초점거리
    fn: 제 2 렌즈군의 합성초점거리
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈의 축소측의 면의 형상이 비구면인 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 5 렌즈는 투광성 세라믹스로 구성되는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈군을 구성하는 상기 제 1 렌즈의 파워에 관해서 하기 조건식 (3)을 만족하고, 상기 제 1 렌즈, 제 2 렌즈의 재질에 관해 조건식 (4), (5)를 만족하며, 제 1 렌즈의 축소측의 면의 형상에 관해서 하기 조건식 (6)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
    (3) -1. 1＜fW/f1＜-0. 8
    (4) 10＜ν1- ν2
    (5) 1. 66＜n2
    (6) 1. 16＜fW/R2＜1. 51
    단,
    f1: 제 1 렌즈의 초점거리
    ν1: 제 1 렌즈의 아베수
    ν2: 제 2 렌즈의 아베수
    n2: 제 2 렌즈의 d선에 있어서의 굴절률
    R2: 제 1 렌즈의 축소측의 면의 곡률반경
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈의 축소측의 면의 형상이 비구면인 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 5 렌즈는 투광성 세라믹스로 구성되는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈군을 구성하는 상기 제 3 렌즈의 재질에 관해서 하기 조건식 (7), (8)을 만족하고, 파워에 관해서 하기 조건식 (9)를 만족하며, 형상에 관해서 하기 조건식 (10)을 만족하고, 또 상기 제 3 렌즈, 제 5 렌즈의 형상에 관해서 하기 조건식 (11)을 만족하며, 상기 제 2 렌즈군을 구성하는 렌즈면의 2면 이상의 형 상이 비구면인 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
    (7) 29. 7＜(ν3＋ν4)/2- ν5
    (8) 1. 45＜(n3＋n4)/2＜1. 78
    (9) 0. 5＜fw/f3＜0. 85
    (10) 0. 8＜fw/R5＜1. 45
    (11) 0. 75＜R5/R9＜1. 45
    단,
    ν3: 제 3 렌즈의 아베수
    ν4: 제 4 렌즈의 아베수
    n3: 제 3 렌즈의 d선에 있어서의 굴절률
    n4: 제 4 렌즈의 d선에 있어서의 굴절률
    f3: 제 3 렌즈의 초점거리
    R5: 제 3 렌즈의 확대측의 면의 곡률반경
    R9: 제 5 렌즈의 축소측의 면의 곡률반경
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈군을 구성하는 렌즈면의 2면 이상의 형상이 비구면인 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 5 렌즈는 투광성 세라믹스로 구성되는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
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