KR100714150B1 - 단초점 렌즈 - Google Patents

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KR100714150B1
KR100714150B1 KR1020050024412A KR20050024412A KR100714150B1 KR 100714150 B1 KR100714150 B1 KR 100714150B1 KR 1020050024412 A KR1020050024412 A KR 1020050024412A KR 20050024412 A KR20050024412 A KR 20050024412A KR 100714150 B1 KR100714150 B1 KR 100714150B1
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켄이치 사토
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후지논 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 적은 렌즈 매수이면서 비구면을 유효하게 사용함으로써, 고성능이고 디스토션이 눈에 띄기 어렵고, 매우 컴팩트한 렌즈계를 실현하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해, 물체측으로부터 순서대로 조리개(St)와, 양면 비구면 형상의 제 1렌즈(G1) 및 제 2렌즈(G2)를 구비하고, 조건식(1)∼(3)을 만족한다.
0.20 ＜ R1/f ＜ 0.70 ㆍㆍㆍ(1)
0.05 ＜ D2/f1 ＜ 0.3 ㆍㆍㆍ(2)
0.3 ＜ │(pa-pb)/pa│ ＜ 1.3 ㆍㆍㆍ(3)
f는 렌즈계 전체의 근축(近軸) 초점거리, f1은 제 1렌즈(G1)의 근축 초점거리, D2는 광축 상에 있어서의 제 1렌즈(G1)와 제 2렌즈(G2)의 렌즈 간격, R1은 제 1렌즈(G1)의 물체측 면의 근축 곡률반경을 나타낸다. pa,pb는 최대 상(像)높이 및 5할의 상높이에 있어서의 광학 디스토션을 나타낸다.
단초점 렌즈

Description

단초점 렌즈{SINGLE FOCUS LENS}
도 1은 본 발명의 일실시형태에 의한 단초점 렌즈의 구성예를 도시하는 도면이고, 실시예1에 대응하는 렌즈 단면도,
도 2는 본 발명의 일실시형태에 의한 단초점 렌즈의 다른 구성예를 도시하는 도면이고, 실시예2에 대응하는 렌즈 단면도,
도 3은 본 발명의 일실시형태에 의한 단초점 렌즈에 있어서의 제 1렌즈의 형상에 대한 설명도,
도 4는 본 발명의 일실시형태에 의한 단초점 렌즈에 있어서의 제 2렌즈의 형상에 대한 설명도,
도 5는 실시예1에 의한 단초점 렌즈의 구면수차(球面收差), 비점수차(非点收差), 광학 디스토션(distortion) 및 배율색수차(倍率色收差)를 나타내는 수차도,
도 6은 실시예2에 의한 단초점 렌즈의 구면수차, 비점수차, 광학 디스토션 및 배율색수차를 나타내는 수차도,
도 7은 광학 디스토션과 텔레비전 디스토션을 설명하기 위한 도면.
[부호의 설명]
CG : 커버 유리 St : 조리개
Gj : 물체측으로부터 제 j번째 렌즈
Ri : 물체측으로부터 제 i번째 렌즈면의 곡률반경
Di : 물체측으로부터 제 i번째와 제 i＋1번째 렌즈면의 면간격
Z1 : 광축
본 발명은 예를 들면 카메라 부착 휴대전화나 PDA(Personal Digital Assistant) 등의 소형의 정보 단말기기로의 탑재에 적합한 단초점 렌즈에 관한 것이다.
최근, 퍼스널 컴퓨터의 일반 가정 등으로의 보급에 따라 촬영한 풍경이나 인물상 등의 화상정보를 퍼스널 컴퓨터에 입력할 수 있는 디지털 스틸 카메라(이하, 단지 디지털 카메라라고 함)가 급속히 보급되고 있다. 또한, 휴대전화의 고기능화에 따라 소형의 촬상 모듈을 탑재한 카메라 부착 휴대전화도 급속히 보급되고 있다. 기타, PDA 등의 소형의 정보 단말기기에 있어서도 촬상 모듈을 탑재한 것이 보급되고 있다.
이들 촬상 기능을 갖춘 기기에서는, CCD(Charge Coupled Device:전하결합소자)나 CMOS(Complementary Metal 0xide Semiconductor) 등의 촬상 소자가 사용되어 있다. 이들 촬상 소자는 최근, 대단히 소형화가 진행되고 있다. 그 때문에, CCD 등의 촬상 소자를 사용한 촬상 기기에 있어서, 기기본체 및 그것에 탑재되는 렌즈에도 소형 경량화가 요구되고 있다. 또한, 최근에는 고화질을 달성하기 위해서 화소 수가 많은 촬상 소자가 개발되고 있고, 이에 따라 렌즈계에도 보다 고해상이고 고콘트라스트(contrast)의 성능이 요구되고 있다.
이러한 촬상 기기에 사용되는 촬상 렌즈로서는, 예를 들면 이하의 특허문헌1에 기재된 것이 있다. 이 특허문헌1에는 2매 구성의 촬상 렌즈가 기재되어 있다.
[특허문헌1] 일본 특허 공개 2000-258684호 공보
상술한 바와 같이, 최근의 촬상 소자는 소형화 및 고화소화가 진행되고 있고, 이에 따라 특히 디지털 카메라용의 촬상 렌즈에는 높은 해상성능과 구성의 컴팩트화가 요구되고 있다. 한편, 카메라 부착 휴대전화 등의 소형의 정보 단말기기용의 촬상 렌즈에는 종래, 가격면과 컴팩트성이 주로 요구되고 있었지만, 최근에는 카메라 부착 휴대전화 등에 있어서도 촬상 소자의 고화소화가 진행되는 경향이 있고, 예를 들면 100만 화소이상의 메가픽셀 대응의 것이 실용화되어 성능면에 대한 요구도 높아지고 있다. 이 때문에, 가격면, 성능면 및 컴팩트성을 종합적으로 고려한 다종의 다양한 렌즈의 개발이 요망되고 있다.
고화소에 대응한 소형의 정보 단말기기용의 촬상 렌즈로서는 종래, 예를 들면 유리 렌즈 1매와 플라스틱 렌즈 2매로 이루어지는 3매 구성의 렌즈계나, 플라스틱 렌즈를 3매이상 사용한 렌즈계 등이 개발되어 있다. 그렇지만, 최근의 소형화의 요구에 부응하기 위해서는 3매보다도 적은 렌즈 매수이고 성능면에서도 종래와 동등한 것이 요망되고 있다.
상기 특허문헌에 기재된 렌즈는 2매 구성이고 비구면을 사용한 렌즈 구성으 로 되어 있지만, 이보다도 더 컴팩트하고 고성능인 렌즈계의 개발이 요망된다. 특히, 소형의 촬상 소자를 사용할 경우 배율색수차가 눈에 띄기 쉬워지므로, 그 렌즈계로서 배율색수차가 양호하게 보정된 것이 요망된다.
또한, 새로운 고성능화를 목표로 하기 위해서, 디스토션이 양호하게 보정되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, 통상의 촬상 렌즈는 디스토션으로서 광학 디스토션을 고려해서 설계되는 것이 많지만, 텔레비전 디스토션도 고려한 설계로 함으로써, 실제로 촬영 화상을 모니터 화면 등에 표시했을 경우에 있어서의 화상의 시인(視認)상태의 개선을 도모할 수 있다고 생각된다. 예를 들면 광학 디스토션의 수차량이 다소 있었어도 텔레비전 디스토션과의 밸런스에 의해서는 화상 전체의 왜곡을 눈에 띄지 않게 할 수 있다고 생각된다.
여기에서, 도 7을 참조해서 광학 디스토션과 텔레비전 디스토션의 개념에 대해서 설명한다. 도 7은 구형상의 물체를 광학계를 통해서 결상시킨 상태 혹은 텔레비전 화면 등에 표시한 상태를 모식적으로 나타내고 있다. 도 7에 있어서 부호 10으로 나타낸 파선은 이상적인 상의 형상을 나타내고, 부호 11로 나타낸 실선은 실제의 상의 형상을 나타낸다.
도 7에 도시된 바와 같이, 이상적인 상높이를 y0, 실제의 상높이를 y로 하면, 광학 디스토션의 수차량(D)은 일반적으로 이하의 식으로 표현된다. 즉, 실제의 상높이(y)와 이상적인 상높이(y0)의 차를 이상적인 상높이(y0)로 나누어 100분율로 표시한 것이다.
D = {(y-y0)/y0} ×100(%)
한편, 텔레비전 디스토션(Dt)은 보통 텔레비전에 관련된 광학계 등에 있어서 사용되는 것으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 실제의 상의 형상(11)에 있어서의 긴 변의 구부러짐량을 왜곡의 대상으로 생각하고, 일반적으로 이하의 식으로 표시된다. Δh는 구부러진 깊이, h는 수직화면 길이를 표시한다.
Dt = (Δh/2h) ×100(%)
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 적은 렌즈 매수이면서 비구면을 유효하게 사용함으로써, 고성능이고 디스토션이 눈에 띄기 어렵고, 매우 컴팩트한 렌즈계를 실현할 수 있는 단초점 렌즈를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의한 단초점 렌즈는, 물체측으로부터 순서대로 조리개와, 양면을 비구면 형상으로 하고 물체측의 면을 볼록면 형상으로 한 정(正)의 파워(power)를 갖는 메니스커스(meniscus) 형상의 제 1렌즈와, 양면을 비구면 형상으로 하고 근축 근방에 있어서 물체측으로 볼록면을 향한 정의 파워를 갖는 메니스커스 형상의 제 2렌즈를 구비하고, 제 2렌즈가 물체측 면의 유효 지름 내에 있어서 부(負)의 파워로서 작용하는 부분을 갖고 있는 것이다. 또한, 이하의 조건식(1)∼(3)을 만족하도록 구성되어 있는 것이다.
0.20 ＜ R1/f ＜ 0.70 ㆍㆍㆍ(1)
0.05 ＜ D2/f1 ＜ 0.3 ㆍㆍㆍ(2)
0.3 ＜ │(pa-pb)/pa│ ＜ 1.3 ㆍㆍㆍ(3)
단, f는 렌즈계 전체의 근축 초점거리, f1은 제 1렌즈의 근축 초점거리, D2 는 광축 상에 있어서의 제 1렌즈와 제 2렌즈의 렌즈 간격, R1은 제 1렌즈의 물체측 면의 근축 곡률반경을 나타내고 있다. pa는 최대 상높이에 있어서의 광학 디스토션, pb는 최대 상높이의 5할의 상높이에 있어서의 광학 디스토션을 나타내고 있다.
본 발명에 의한 단초점 렌즈에서는 조리개를 가장 물체측에 설치하고, 이어서 양면 비구면 형상의 제 1렌즈와 제 2렌즈를 물체측으로부터 순서대로 설치하며, 제 1렌즈의 초점거리나 형상 등에 관한 소정의 조건식(1),(2)을 만족시켜서 각 렌즈의 형상, 파워 배분 등을 적절하게 함으로써, 2매라고 하는 매우 적은 렌즈 매수이면서도 비구면을 유효하게 사용하고, 종래의 카메라 부착 휴대전화 등에 사용되어 있는 일반적인 3매 구성의 렌즈와 동등한 높은 광학성능이 얻어진다. 또한, 종래보다도 매우 컴팩트한 렌즈계가 실현된다. 또한, 광학 디스토션에 관해서 조건식(3)을 만족시킴으로써, 텔레비젼 디스토션과의 밸런스로 디스토션이 눈에 띄기 어려운 렌즈계가 실현된다.
여기에서, 이 단초점 렌즈는 또한, 이하의 조건식(4),(5)을 만족하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이들 조건을 만족함으로써 배율색수차나 디스토션에 대해서 보다 바람직한 성능이 얻어진다.
0.70 ＜ ΔZF/ΔZR ＜ 1.20 ㆍㆍㆍ(4)
0.85 ＜ db/da ＜ 1.10 ㆍㆍㆍ(5)
단, ΔZF는 제 1렌즈의 물체측의 면에 있어서의 최대 유효광선 높이(HF)에서의 광축 방향의 형상 변위량, ΔZR은 제 1렌즈 상측(像側)의 면에 있어서의 최대 유효광선 높이(HR)에서의 광축 방향의 형상 변위량을 나타내고 있다. da는 제 2렌 즈의 중심 두께, db은 제 2렌즈의 외주부의 두께[제 2렌즈의 물체측의 면에 있어서의 최대 유효광선 높이(H1)와 제 2렌즈 상측의 면에 있어서의 최대 유효광선 높이(H2) 사이의 광축 방향의 거리]를 나타내고 있다.
또한, 이 단초점 렌즈에 있어서, 제 1렌즈 및 제 2렌즈 렌즈재는 모두 플라스틱 재료인 것이 바람직하다. 플라스틱 재료를 사용함으로써 비구면 가공을 하기 쉬워진다.
이들 바람직한 구성을 필요에 따라서 적당히 채용함으로써, 보다 고성능이고 컴팩트한 렌즈계가 실현된다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 의한 단초점 렌즈의 구성예를 도시하고 있다. 이 구성예는 후술하는 제 1수치실시예(표1, 표2)의 렌즈 구성에 대응하고 있다. 또한, 도 2는 본 실시형태에 의한 단초점 렌즈의 다른 구성예를 도시하고 있다. 도 2의 구성예는 후술하는 제 2수치실시예(표3, 표4)의 렌즈 구성에 대응하고 있다. 또한, 도 l, 도 2에 있어서, 부호 Ri는 조리개(St)를 0번째, 가장 물체측의 렌즈 요소의 면을 1번째로 해서 상측(결상측)을 향함에 따라 순차 증가하도록 해서 부호를 첨부한 i번째(i=0∼6) 면의 곡률반경을 나타낸다. 부호 Di는 i번째 면과 i＋1번째 면의 광축(Z1) 상의 면간격을 나타낸다. 또한, 각 구성예 모두 기본적인 구성은 같으므로, 이하에서는 도 1에 도시된 단초점 렌즈의 구성을 기본으로 해서 설명한다.
이 단초점 렌즈는, 예를 들면 카메라 부착 휴대전화 등의 소형의 정보 단말 기기나 디지털 카메라 등 특히, 소형의 촬상 소자를 사용한 촬상 기기에 탑재되어서 사용되는 것이다. 이 단초점 렌즈는 광축(Z1)을 따라 조리개(St), 제 1렌즈(G1) 및 제 2렌즈(G2)가 물체측으로부터 순서대로 설치된 구성으로 되어 있다.
이 단초점 렌즈의 결상면(촬상면)에는 도시하지 않은 CCD 등의 촬상 소자가 배치된다. CCD의 촬상면 부근에는 촬상면을 보호하기 위한 커버 유리(CG)가 배치되어 있다. 제 2렌즈(G2)와 결상면(촬상면) 사이에는 커버 유리(CG) 외에, 적외선 컷오프 필터(cut-off filter)나 로패스 필터(low-pass filter) 등의 다른 광학부재가 배치되어 있어도 좋다.
제 1렌즈(G1)는 양면이 비구면 형상이고, 물체측의 면을 볼록면 형상으로 한 정의 파워를 갖는 메니스커스 형상으로 되어 있다.
제 2렌즈(G2)는 양면이 비구면 형상이고, 근축 근방에 있어서 물체측으로 볼록면을 향한 정의 파워를 갖는 메니스커스 형상으로 되어 있다. 제 2렌즈(G2)의 비구면 형상은 물체측의 면에 대해서는, 유효지름의 범위 내에서 중심으로부터 주변으로 감에 따라서 물체측에 볼록 형상으로부터 오목 형상으로 변곡하는 바와 같은 부분을 갖고 있다. 상측의 면에 대해서는, 유효지름의 범위 내에서 중심으로부터 주변으로 감에 따라서 상측에 오목 형상으로부터 볼록 형상으로 변곡하는 바와 같은 부분을 갖고 있다. 이것에 의해, 제 2렌즈(G2)는 근축 근방에 있어서는 정의 파워를 갖고 있지만, 물체측의 면 유효지름 내에 있어서 근축 이외의 부분에서 부의 파워로서 작용하는 부분을 갖고 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서 근축 근방에 있어서의 렌즈 형상은, 예를 들면 후술하는 비구면식(A)에 있어서 계수 K에 의한 부분(계수 Ai에 의한 다항식 부분을 제외한 부분)에 의해 표시된다.
이 단초점 렌즈는, 이하의 조건식(1)∼(3)을 만족하도록 구성되어 있다. 조건식(1)∼(3)에 있어서, f는 렌즈계 전체의 근축 초점거리, f1은 제 1렌즈(G1)의 근축 초점거리, D2은 광축 상에 있어서의 제 1렌즈(G1)와 제 2렌즈(G2)의 렌즈 간격, R1은 제 1렌즈(G1)의 물체측 면의 근축 곡률반경을 나타내고 있다. pa는 최대 상높이에 있어서의 광학 디스토션, pb는 최대 상높이의 5할의 상높이에 있어서의 광학 디스토션을 나타내고 있다.
0.20 ＜ R1/f ＜ 0.70 ㆍㆍㆍ(1)
0.05 ＜ D2/f1 ＜ 0.3 ㆍㆍㆍ(2)
0.3 ＜ │(pa-pb)/pa│ ＜ 1.3 ㆍㆍㆍ(3)
이 단초점 렌즈는 또한, 이하의 조건식(4)을 만족하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
0.70 ＜ ΔZF/ΔZR ＜ 1.20 ㆍㆍㆍ(4)
여기에서, ΔZF는 도 3에 나타낸 바와 같이, 제 1렌즈(G1)의 물체측의 면에 있어서의 높이(HF)의 광축 방향의 형상 변위량을 나타낸다. ΔZR는 제 1렌즈(G1)의 상측의 면에 있어서의 높이(HR)의 광축 방향의 형상 변위량을 나타내고 있다. 높이 HF는 제 1렌즈(G1)의 물체측의 면을 유효광선이 통과하는 최대 높이이고, 높이 HR는 제 1렌즈(G1)의 상측의 면을 유효광선이 통과하는 최대 높이이다.
이 단초점 렌즈는 또한, 이하의 조건식(5)을 만족하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
0.85 ＜ db/da ＜ 1.10 ㆍㆍㆍ(5)
여기에서, da는 도 4에 나타낸 바와 같이, 제 2렌즈(G2)의 중심 두께를 나타낸다. db는 제 2렌즈(G2)의 외주부의 두께이고, 구체적으로는 도 4에 나타낸 바와 같이, 제 2렌즈(G2)의 물체측 면에 있어서의 최대 유효광선 높이(H1)와 제 2렌즈의 상측의 면에 있어서의 최대 유효광선 높이(H2) 사이의 광축 방향의 거리를 나타내고 있다.
이 단초점 렌즈는 제 1렌즈(G1) 및 제 2렌즈(G2)의 양면이 비구면 형상이기 때문에, 가공성의 점에서 제 1렌즈(G1) 및 제 2렌즈(G2)의 렌즈재가 모두 플라스틱 재료인 것이 바람직하다.
다음에, 이상과 같이 구성된 단초점 렌즈의 작용 및 효과를 설명한다.
이 단초점 렌즈에서는 조리개(St)를 가장 물체측에 설치하고, 이어서 양면 비구면 형상의 제 1렌즈(G1)와 제 2렌즈(G2)를 물체측으로부터 순서대로 설치하며, 제 1렌즈(G1)의 초점거리나 형상 등에 관한 소정의 조건식(1),(2)을 만족시켜서 각 렌즈의 형상, 파워 배분 등을 적절하게 함으로써, 2매라고 하는 매우 적은 렌즈 매수이면서도 비구면을 유효하게 사용하고, 고성능이고 매우 컴팩트한 렌즈계를 실현할 수 있다. 또한, 광학 디스토션에 관해서 조건식(3)을 만족시킴으로써 텔레비전 디스토션과의 밸런스로 디스토션이 눈에 띄기 어려운 렌즈계를 실현할 수 있다. 또한 조건식(4),(5)을 만족함으로써 보다 고성능화를 실현할 수 있다.
각 조건식의 작용은 이하와 같다. 조건식(1)은 제 1렌즈(G1)의 물체측 면의 곡률반경에 관한 것으로, 이 수치범위를 제외하면 특히 코마(coma) 수차 및 배율색수차의 보정이 곤란해지므로 바람직하지 못하다. 조건식(2)는 광축 상에 있어서의 제 1렌즈(G1)와 제 2렌즈(G2)의 렌즈 간격(D2)과, 제 1렌즈(G1)의 근축 초점거리(f1)에 관한 것으로, 이 수치범위를 제외하면 전장을 억제하면서 사출 동공 거리(射出瞳距離)를 확보하는 것이 곤란해지므로 바람직하지 못하다.
조건식(3)은 10할과 5할의 상높이에 있어서의 광학 디스토션에 관한 것으로, 이 수치범위를 제외하면 텔레비전 디스토션과의 밸런스가 나빠지고, 디스토션이 눈에 띄는 상으로 되므로 바람직하지 못하다.
조건식(4)는 제 1렌즈(G1)의 면형상에 관한 것으로, 이 수치범위를 제외하면 배율색수차의 보정이 곤란해지므로 바람직하지 못하다. 조건식(5)는 제 2렌즈(G2)의 중심 두께(da)와 외주부의 두께(db)에 관한 것으로, 이 수치범위를 제외하면 디스토션의 보정이 곤란해짐과 아울러, 제 2렌즈(G2)의 제조성이 악화하므로 바람직하지 못하다.
이와 같이, 본 실시형태에 의한 단초점 렌즈에 의하면, 2매라고 하는 매우 적은 렌즈 매수로 비구면을 유효하게 사용함으로써, 종래의 카메라 부착 휴대전화 등에 사용되어 있는 일반적인 3매 구성의 렌즈와 동등한 높은 광학성능을 얻을 수 있다. 또한, 종래보다도 매우 컴팩트한 렌즈계를 실현할 수 있다.
[실시예]
다음에, 본 실시형태에 의한 단초점 렌즈의 구체적인 수치실시예에 대해서 설명한다. 이하에서는 제 1 및 제 2의 수치실시예(실시예1, 2)를 정리해서 설명한다.
표1, 표2는 도 1에 도시된 단초점 렌즈의 구성에 대응하는 구체적인 렌즈 데이터(실시예1)를 나타내고 있다. 또한, 표3, 표4는 도 2에 도시된 단초점 렌즈의 구성에 대응하는 구체적인 렌즈 데이터(실시예2)를 나타내고 있다. 표1 및 표3에는 그 실시예의 렌즈 데이터 중 기본적인 데이터 부분을 나타내고, 표2 및 표4에는 그 실시예의 렌즈 데이터 중 비구면 형상에 관한 데이터 부분을 나타낸다.
[표1]
Figure 112005015439078-pat00001
[표2]
Figure 112005015439078-pat00002
[표3]
Figure 112005015439078-pat00003
[표4]
Figure 112005015439078-pat00004
각 표에 나타낸 렌즈 데이터에 있어서의 면번호(Si)의 란에는 각 실시예의 단초점 렌즈에 대해서 조리개(St)를 0번째, 가장 물체측의 렌즈 요소의 면을 1번째로 해서 상측을 향함에 따라 순차 증가하도록 해서 부호를 첨부한 i번째(i=0∼6) 면의 번호를 나타내고 있다. 곡률반경(Ri)의 란에는 도 1, 도 2에서 첨부한 부호 Ri에 대응시켜서 물체측으로부터 i번째 면의 곡률반경의 값을 나타낸다. 면간격(Di)의 란에 대해서도 도 1, 도 2에서 첨부한 부호에 대응시켜서 물체측으로부터 i번째 면(Si)과 i＋1번째 면(Si＋1)의 광축 상의 간격을 나타낸다. 곡률반경(Ri) 및 면간격(Di)의 값의 단위는 밀리미터(mm)이다. Ndj, νdj의 란에는 각각 커버 유리(CG)도 포함해서 물체측으로부터 j번째(j=1∼3) 렌즈 요소의 d선(587.6nm)에 대한 굴절율 및 아베(Abbe)수의 값을 나타낸다. 또한, 커버 유리(CG)의 양면의 곡률반경(R5,R6)의 값이 0(zero)으로 되어 있지만, 이것은 평면인 것을 나타낸다. 또한, 조리개(St)의 곡률반경(R0)의 값이 0(zero)으로 되어 있지만, 이것은 가상면인 것을 나타낸다.
표1 및 표3에는 또한, 여러 데이터로서 전계의 근축 초점거리(f)(mm), F넘버(FNO.), 화각(2ω)(ω:반화각)의 값을 동시에 나타낸다. 또한, 각 실시예의 단초점 렌즈는 촬상면을 35mm필름 환산으로 표시했을 때에 초점거리 f=35mm상당의 성능을 갖고 있다.
표1 및 표3의 각 렌즈 데이터에 있어서, 면번호의 좌측에 첨부된 기호 「*」는 그 렌즈면이 비구면 형상인 것을 나타낸다. 각 실시예 모두 제 1렌즈(G1)의 양면(S1,S2)과 제 2렌즈(G2)의 양면(S3,S4)이 비구면 형상으로 되어 있다. 기본 렌즈 데이터에는 이들 비구면의 곡률반경으로서 광축 근방(근축 근방)의 곡률반경의 수치를 나타내고 있다.
표2 및 표4의 각 비구면 데이터의 수치에 있어서, 기호 "E"는 그 다음에 이어지는 수치가 10을 밑수로 한 "거듭제곱지수"인 것을 나타내고, 그 10을 밑수로 한 지수함수로 나타내지는 수치가 "E"의 앞의 수치에 승산되는 것을 나타낸다. 예를 들면, 「1.0E-02」이면, 「1.0×10-2」인 것을 나타낸다.
각 비구면 데이터에는 이하의 식(A)에 의해 표시되는 비구면 형상의 식에 있어서의 각 계수(Ai,K)의 값을 기재한다. Z는, 보다 자세하게는 광축으로부터 높이 h의 위치에 있는 비구면 상의 점으로부터 비구면의 정점의 접평면(광축에 수직한 평면)에 내린 수선의 길이(mm)를 나타낸다.
Z = Cㆍh2/{1＋(1-KㆍC2ㆍh2)1/2}＋A3ㆍh3＋A4ㆍh4＋A5ㆍh5＋A6ㆍh6＋A7ㆍh7＋A8ㆍ h8＋A9ㆍh9＋A10ㆍh10 ㆍㆍㆍ(A)
단, Z : 비구면의 깊이(mm)
h : 광축으로부터 렌즈면까지의 거리(높이)(mm)
K : 이심율(離心率)
C : 근축 곡률=1/R (R:근축 곡률반경)
Ai : 제 i번째(i=3∼10) 비구면 계수
각 실시예 모두 제 1렌즈(G1)의 양면(S1,S2)의 비구면 형상은 비구면 계수로서, 짝수차의 계수(A4, A6, A8, A10)만을 유효하게 사용해서 표시되어 있다. 제 2렌즈(G2)의 양면(S3,S4)의 비구면 형상은 또한 홀수차의 비구면 계수(A3, A7, A9)도 유효하게 사용하고 있다.
또, 이하의 표5에 상술한 조건식(1)∼(5)에 관한 값을 각 실시예에 대해서 정리한 것을 나타낸다. 표5에 나타낸 바와 같이, 각 실시예의 값이 각 조건식(1)∼(5)의 수치범위 내로 되어 있다.
[표5]
Figure 112005015439078-pat00005
도 5(A)∼(D)는 실시예1의 단초점 렌즈에 있어서의 구면수차, 비점수차, 광학 디스토션(왜곡 수차), 및 배율색수차를 나타내고 있다. 각 수차도에는 d선을 기준 파장으로 한 수차를 나타내지만, 구면수차도 및 배율색수차도에는 g선(파장435.8nm), C선(파장656.3nm)에 관한 수차도 나타낸다. 비점수차도에 있어서, 실선은 사지털 방향, 파선은 탄젠셜 방향의 수차를 나타낸다. ω는 반화각(半畵角)을 나타낸다. 마찬가지로, 실시예2에 관한 여러 수차를 도 6(A)∼(D)에 나타낸다.
이상의 각 수치 데이터 및 각 수차도로부터 알 수 있는 바와 같이, 각 실시예에 대해서 적은 렌즈 매수이면서 양호하게 수차보정이 되어 매우 컴팩트한 렌즈계가 실현되어 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태 및 각 실시예에 한정되지 않고 여러가지 변형 실시가 가능하다. 예를 들면, 각 렌즈 성분의 곡률반경, 면간격 및 굴절율의 값 등은 상기 각 수치실시예로 나타낸 값으로 한정되지 않고, 다른 값을 취할 수 있다.
본 발명의 단초점 렌즈에 의하면, 조리개를 가장 물체측에 설치하고, 이어서 양면 비구면 형상의 제 1렌즈와 제 2렌즈를 물체측으로부터 순서대로 설치하며, 제 1렌즈의 초점거리나 형상 등에 관한 소정의 조건식(1),(2)을 만족시켜서 각 렌즈의 형상, 파워 배분 등을 최적화하도록 했으므로, 적은 렌즈 매수이면서 비구면을 유효하게 사용함으로써, 고성능이고 매우 컴팩트한 렌즈계를 실현할 수 있다. 또한, 광학 디스토션에 관해서 조건식(3)을 만족하도록 했으므로, 텔레비전 디스토션과의 밸런스로 디스토션의 눈에 띄기 어려운 렌즈계를 실현할 수 있다.
특히, 제 1렌즈 및 제 2렌즈의 형상을 조건식(4),(5)을 만족하도록 구성했을 경우에는 배율색수차 및 디스토션의 성능을 보다 양호한 것으로 할 수 있고, 보다 고성능이고 컴팩트한 렌즈계를 실현할 수 있다.

Claims (3)

  1. 물체측으로부터 순서대로
    조리개;
    양면을 비구면 형상으로 하고 물체측의 면을 볼록면 형상으로 한 정의 파워를 갖는 메니스커스 형상의 제 1렌즈; 및
    양면을 비구면 형상으로 하고 근축 근방에 있어서 물체측으로 볼록면을 향한 정의 파워를 갖는 메니스커스 형상의 제 2렌즈를 구비하고:
    상기 제 2렌즈는 물체측 면의 유효지름 내에 있어서 부의 파워로서 작용하는 부분을 갖고,
    이하의 조건식(1)∼(5)을 만족하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 단초점 렌즈.
    0.20 ＜ R1/f ＜ 0.70 ㆍㆍㆍ(1)
    0.05 ＜ D2/f1 ＜ 0.3 ㆍㆍㆍ(2)
    0.3 ＜ │(pa-pb)/pa│ ＜ 1.3 ㆍㆍㆍ(3)
    0.70 ＜ ΔZF/ΔZR ＜ 1.20 ㆍㆍㆍ(4)
    0.85 ＜ db/da ＜ 1.10 ㆍㆍㆍ(5)
    단, f : 렌즈계 전체의 근축 초점거리
    fl : 제 1렌즈의 근축 초점거리
    D2 : 광축 상에 있어서의 제 1렌즈와 제 2렌즈의 렌즈 간격
    R1 : 제 1렌즈의 물체측 면의 근축 곡률반경
    pa : 최대 상높이에 있어서의 광학 디스토션
    pb : 최대 상높이의 5할의 상높이에 있어서의 광학 디스토션
    ΔZF : 제 1렌즈의 물체측 면에 있어서의 최대 유효광선 높이(HF)에서의 광축 방향의 형상 변위량
    ΔZR : 제 1렌즈 상측의 면에 있어서의 최대 유효광선 높이(HR)에서의 광축 방향의 형상 변위량
    da : 제 2렌즈의 중심 두께
    db : 제 2렌즈의 외주부의 두께[제 2렌즈의 물체측 면에 있어서의 최대 유효광선 높이(H1)와 제 2렌즈 상측의 면에 있어서의 최대 유효광선 높이(H2) 사이의 광축 방향의 거리]
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1렌즈 및 상기 제 2렌즈의 렌즈재가 모두 플라스틱 재료인 것을 특징으로 하는 단초점 렌즈.
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