KR100759152B1

KR100759152B1 - 촬영 렌즈 시스템

Info

Publication number: KR100759152B1
Application number: KR1020060017939A
Authority: KR
Inventors: 마사시 이소노
Original assignee: 코니카 미놀타 옵토 인코포레이티드
Priority date: 2005-03-01
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2007-09-14
Also published as: JP4720214B2; US7458737B2; KR20060096893A; JP2006243093A; CN1828355A; US20060198630A1; CN100434957C

Abstract

고체 화상 센서 상에 화상을 형성하기 위한 촬영 렌즈 시스템은 그의 대물측으로부터, 구경 조리개와, 양의 광학능을 가지며 대물측에 대해 볼록한 제1 렌즈 소자와, 양의 광학능을 가지며 화상 표면측에 대해 볼록한 제2 렌즈 소자와, 음의 광학능을 가지며 화상 표면측에 대해 오목한 제3 렌즈 소자를 포함한다. 대안적으로, 고체 화상 센서 상에 화상을 형성하기 위한 촬영 렌즈 시스템은 구경 조리개와, 양의 광학능을 가지며 메니스커스 형상을 갖고, 대물측에 대해 볼록한 제1 렌즈 소자와, 양의 광학능을 갖는 제2 렌즈 소자와, 음의 광학능을 갖는 제3 렌즈 소자를 포함한다. 또한, 각각의 경우에, 촬영 렌즈 시스템은 소정의 조건식을 만족시킨다.

디지털 카메라, 촬영 렌즈 시스템, 고체 화상 센서, 수차, 비점수차, 왜곡

Description

촬영 렌즈 시스템 {Taking Lens System}

도1은 본 발명의 제1 실시예(예 1)의 렌즈 구성도.

도2는 본 발명의 제2 실시예(예 2)의 렌즈 구성도.

도3a 내지 도3c는 예 1의 수차 선도.

도4a 내지 도4c는 예 1의 수차 선도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

ST : 구경 조리개

L1 : 제1 렌즈 소자

L2 : 제2 렌즈 소자

L3 : 제3 렌즈 소자

GF : 유리 필터

본 발명은 촬영 렌즈 시스템에 관한 것이고, 특히 고체 화상 센서에 의해 대상의 화상을 포착하는 (디지털 스틸 카메라 또는 디지털 비디오 카메라와 같은) 디지털 입력 장치 내에서 사용하기에 적합한 고성능 소형 촬영 렌즈 시스템에 관한 것이다.

최근에, 개인용 컴퓨터 등이 더욱 더 인기를 누리고 있으므로, 디지털 정지 화상 데이터의 디지털 장치 내로의 용이한 입력을 허용하는 카메라 및 디지털 비디오 카메라(이하에서, 공통적으로 디지털 카메라로 언급됨)가 일반적인 사용자들 사이에서 개인 용도로 더욱 더 인기를 누리게 되었다. 그러한 디지털 카메라는 미래에 화상 데이터 입력 장치로서 훨씬 더 확산될 것으로 기대된다.

디지털 카메라 내에서 사용되는 CCD(전하 결합 장치)와 같은 고체 화상 센서가 점점 더 작게 만들어졌고, 따라서 추가의 소형화가 디지털 카메라 자체에서 시도된다. 결과적으로, 소형화는 디지털 입력 장치 내에서 가장 큰 부피를 차지하는 촬영 렌즈 시스템 내에서도 활발하게 시도된다. 촬영 렌즈 시스템을 작게 만드는 가장 쉬운 방법은 고체 화상 센서를 작게 만드는 것이다. 그러나, 이는 감광 소자들을 작게 만드는 것을 포함하고, 따라서 고체 화상 센서를 제조하기가 더욱 어렵게 만들며, 아울러 촬영 렌즈 시스템에서 더 높은 성능을 요구한다.

다른 한편으로, 고체 화상 센서의 크기를 변하지 않게 유지하면서 촬영 렌즈 시스템을 작게 만드는 것은 확실히 출사 동공 위치를 화상 평면에 더 가깝게 만든다. 출사 동공 위치가 화상 평면에 더 가깝게 되면, 촬영 렌즈 시스템으로부터 진출하는 축이탈 광선이 화상 평면 상에 비스듬하게 입사된다. 이는 마이크로 렌즈의 집광 능력을 대부분이 고체 화상 센서 전방에 제공되게 만드는 것을 불가능하게 만들고, 이러한 결과로 얻어진 화상은 그의 중심부와 주연부 사이에서 극도로 불균일한 휘도를 나타낸다. 이는 촬영 렌즈 시스템의 출사 동공 위치를 화상 평면으로 부터 멀리 함으로써 회피될 수 있지만, 이는 확실히 촬영 렌즈 시스템을 전체적으로 부적절하게 크게 만든다.

또한, 최근에, 낮은 가격을 위한 첨예한 경쟁에서, 저비용이 촬영 렌즈 시스템에서 점점 더 활발하게 시도되었다. 또한, 최근에, 더욱 높은 밀도가 고체 화상 센서에서 시도되므로, 더욱 높은 성능이 촬영 렌즈 시스템에서 시도되었다. 그러한 요구를 만족시키기 위해, 아래에 나열된 특허 문헌 1 내지 4가 특히 전방에 배치된 구경 조리개를 가지며 정(正), 정(正), 및 부(負) 렌즈인 3개의 소자로 구성된 고체 화상 센서와 함께 사용하기 위한 촬영 렌즈 시스템을 제안한다.

특허 문헌 1: US-2004-179275-A1

특허 문헌 2: JP-A-2004-226487

특허 문헌 3: JP-A-2004-252312

특허 문헌 4: JP-A-2004-309695

그러나, 불리하게도, 전술한 특허 문헌 1 내지 4에서 제안된 3-렌즈 소자 촬영 렌즈 시스템은 제1 렌즈의 부적절한 형상과 제1 및 제2 렌즈 소자들의 광학능들 사이의 부적절한 관계로 인한 문제를 겪는다. 결과적으로, 이러한 구성은 렌즈 광학축에 대한 제조 오류에 대해 극도로 민감하고, 그러므로 만족스러운 주변 성능을 가지고 제조하기에 어려운 경향이 있다.

전술한 종래에 직면한 불편함의 관점에서, 본 발명의 목적은 고체 화상 센서와 함께 사용하기에 적합한 만족스러운 광학 성능을 제공하는 저비용의 소형 촬영 렌즈 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 태양에 따르면, 고체 화상 센서 상에 화상을 형성하기 위한 촬영 렌즈 시스템은 그의 대물측으로부터, 양의 광학능을 가지며 대물측에 대해 볼록한 제1 렌즈 소자, 양의 광학능을 가지며 화상 표면측에 대해 볼록한 제2 렌즈 소자, 및 음의 광학능을 가지며 화상 표면측에 대해 오목한 제3 렌즈 소자를 구비한다. 여기서, 다음의 조건식 (1) 및 (2)가 만족된다.

1.3 < f1/f2 < 3 (1)

-4 < (r2 + r3)/(r2 - r3) < -2 (2)

여기서,

f1은 제1 렌즈 소자의 초점 거리를 표시하고,

f2는 제2 렌즈 소자의 초점 거리를 표시하고,

r2는 제1 렌즈 소자의 대물측 표면의 곡률 반경을 표시하고,

r3는 제1 렌즈 소자의 화상측 표면의 곡률 반경을 표시한다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 고체 화상 센서 상에 화상을 형성하기 위한 촬영 렌즈 시스템은 그의 대물측으로부터, 구경 조리개, 양의 광학능을 갖고 메니스커스 형상을 가지며 대물측에 대해 볼록한 제1 렌즈 소자, 양의 광학능을 갖는 제2 렌즈 소자, 및 음의 광학능을 갖는 제3 렌즈 소자를 구비한다. 여기서, 전술한 조건식(1) 및 (2)가 만족된다.

본 발명에 따르면, 촬영 렌즈 시스템에서, 제1 렌즈 소자의 형상과 제1 및 제2 렌즈 소자들의 광학능 사이의 관계가 적절하게 설정된다. 이는 제조 오류에 대한 촬영 렌즈 시스템의 민감성을 낮추고, 따라서 만족스러운 주변 성능을 갖는 촬영 렌즈 시스템을 제조하는 것을 쉽게 만든다. 따라서, 고체 화상 센서와 함께 사용하기에 적합한 만족스러운 광학 성능을 제공하는 저비용의 소형 촬영 렌즈 시스템을 구현하는 것이 가능하다. 카메라 내장식 이동 전화 또는 디지털 카메라와 같은 디지털 입력 장치 내에 본 발명에 따른 촬영 렌즈 시스템을 채용함으로써, 디지털 입력 장치를 고성능, 다용도, 저비용, 및 콤팩트하게 만드는 것이 가능하다.

이하에서, 본 발명을 채용한 촬영 렌즈 시스템이 도면을 참조하여 설명될 것이다. 도1 및 도2는 광학 단면에서 관찰된, 본 발명의 제1 및 제2 실시예의 렌즈 구성을 도시한다. 양 실시예에서, 촬영 렌즈 시스템은 (예를 들어, 디지털 카메라 내에서 사용하기 위한) 화상 촬영을 위해, 즉 고체 화상 센서(예를 들어, CCD) 상에 광학 화상을 형성하기 위해 설계된 단렌즈 시스템이다. 촬영 렌즈 시스템은 그의 대물측으로부터, 구경 조리개(ST)와 다음의 3개의 렌즈 소자, 양의 광학능을 가지며 대물측에 대해 볼록한 제1 렌즈 소자(L1), 양의 광학능을 가지며 화상 표면측에 대해 볼록한 제2 렌즈 소자(L2), 및 음의 광학능을 가지며 화상 표면측에 대해 볼록한 제3 렌즈 소자(L3)로 구성된다. 화상측에 대해 평행 평면 판 형상의 유리 필터(GF)가 추가로 배치되고, 이는 광학 저역 통과 필터 등에 대응한다. 각각의 렌즈 구성도(도1 및 도2)에서, ri(i = 1, 2, 3, ...) 형태의 부호는 대물측으로부터 카운트된 i번째 표면의 곡률 반경을 표시하고 (부호 다음의 별표(*)는 비구면 표면을 표시함), di(i = 1, 2, 3,...) 형태의 부호는 대물측으로부터 카운트된 i번째 축방향 거리를 표시한다.

이제, 각각의 실시예의 렌즈 구성이 더욱 상세하게 설명될 것이다. 제1 및 제2 실시예(도1 및 도2)에서, 제1 내지 제3 렌즈 소자(L1 내지 L3)들은 모두 메니스커스 렌즈 소자이다. 구체적으로, 제1 렌즈 소자(L1)는 대물측에 대해 볼록한 메니스커스 형상을 갖는 정 렌즈 소자이고, 제2 렌즈 소자(L2)는 화상 표면측에 대해 볼록한 메니스커스 형상을 갖는 정 렌즈 소자이고, 제3 렌즈 소자(L3)는 화상 표면측에 대해 오목한 메니스커스 형상을 갖는 부 렌즈 소자이다. 이러한 3개의 렌즈 소자들의 렌즈 표면들은 모두 비구면 표면이다.

양 실시예에서, 3개의 렌즈 소자, 즉 정-정-부 구성은 렌즈 소자에 적절한 광학능(여기서, 광학능은 초점 거리의 역수로서 정의되는 품질임)을 제공함으로써 설계되고, 그렇지 않으면 고체 화상 센서와 함께 사용하기 위한 촬영 렌즈 시스템 내에서 요구되는 만족스러운 광학 성능을 달성하면서 소형화 및 저비용을 달성하기 위해 설계된다. 디지털 카메라 또는 카메라 내장형 이동 전화와 같은 화상 입력 장치의 촬영 렌즈 시스템으로서 각 실시예의 촬영 렌즈 시스템을 채용함으로써, 화상 입력 장치를 고성능, 다용도, 저비용, 및 콤팩트하게 만드는 것이 가능하다. 적절한 균형으로 이러한 이익을 얻기 위해, 또한 여전히 높은 광학 성능과 같은 다른 이익을 달성하기 위해 양호하게 만족되어야 하는 조건이 이제 설명될 것이다.

먼저, 각각의 실시예의 촬영 렌즈 시스템에 의해 양호하게 만족되어야 하는 조건식, 즉 제1 또는 제2 실시예에서와 유사한 유형의 촬영 렌즈 시스템에 의해 양호하게 만족되어야 하는 조건식이 설명될 것이다. 그러나, 아래에서 설명되는 모 드 조건식이 동시에 만족될 필요는 없다는 것을 이해해야 한다. 즉, 그러한 조건식들을 개별적으로 만족시키는 것이 대응하는 이익 및 장점을 제공하는 주어진 광학 구성에 대해 적절하다. 물론, 광학 성능, 소형화, 제조, 조립, 및 다른 태양의 관점에서, 가능한 한 많은 조건식이 만족되는 것이 양호하다. 조건식들은 대물측으로부터 구경 조리개와, 3-렌즈 소자, 즉 정-정-부 구성을 갖는 촬영 렌즈 시스템, 양호하게는 대물측으로부터 구경 조리개와 다음의 3개의 렌즈 소자, 양의 광학능을 가지며 대물측에 대해 볼록한 제1 렌즈 소자, 양의 광학능을 가지며 화상 표면측에 대해 볼록한 제2 렌즈 소자, 및 음의 광학능을 가지며 화상 표면측에 대해 오목한 제3 렌즈 소자로 구성된 촬영 렌즈 시스템에 적용될 수 있다. 제1 렌즈 소자는 대물측에 대해 볼록한 메니스커스 형상을 갖는 정 렌즈 소자이고, 제2 렌즈 소자는 화상 표면측에 대해 볼록한 메니스커스 형상을 갖는 정 렌즈 소자이고, 제3 렌즈 소자는 화상 표면측에 대해 오목한 메니스커스 형상을 갖는 부 렌즈 소자인 것이 양호하다.

아래의 조건식 (1)이 만족되는 것이 양호하다.

1.3 < fl/f2 < 3 (1)

여기서,

f1은 제1 렌즈 소자의 초점 거리를 표시하고,

f2는 제2 렌즈 소자의 초점 거리를 표시한다.

조건식 (1)은 주로 전체 길이와 제조 오류에 대한 민감도 사이의 적절한 균형을 달성하기 위해 제1 및 제2 렌즈 소자에 의해 양호하게 만족되어야 하는 조건 범위를 정의한다. 조건식 (1)의 상한을 무시하는 것은 제조 오류에 대한 민감도의 측면에서 유리하지만, 부당하게 큰 전체 길이의 결과를 낳는다. 대조적으로, 조건식 (1)의 하한을 무시하는 것은 전체 길이를 감소시키는 측면에서 유리하지만, 부당하게 큰 수차로 이어지는 제조 오류에 대한 부당하게 큰 민감도의 결과를 낳는다.

아래의 조건식 (1a)가 만족되는 것이 더욱 양호하다.

1.6 < f1/f2 < 2.5 (1a)

조건식(1a)은 상기 조건식 (1)에 의해 정의된 조건 범위 내에서, 전술한 그리고 다른 관점으로부터의 더욱 양호한 조건 범위를 정의한다.

아래의 조건식 (2)가 만족되는 것이 양호하다.

-4 < (r2 + r3)/(r2 - r3) < -2 (2)

여기서,

r2는 제1 렌즈 소자의 대물측 표면의 곡률 반경을 표시하고,

r3는 제1 렌즈 소자의 화상측 표면의 곡률 반경을 표시한다.

조건식 (2)는 주로 출사 동공 위치와 생성되는 왜곡 사이의 적절한 균형을 달성하기 위해 제1 렌즈 소자에 의해 양호하게 만족되어야 하는 조건 범위를 정의한다. 조건식 (2)의 하한을 무시하는 것은 출사 동공 위치의 측면에서 유리하지만, 부당하게 큰 왜곡의 결과를 낳는다. 대조적으로, 조건식 (2)의 상한을 무시하는 것은 왜곡의 측면에서 유리하지만, 출사 동공 위치의 측면에서는 불리하다. 이는 촬영 렌즈 시스템을 고체 화상 센서와 함께 사용하기에 부적합하게 만든다.

아래의 조건식 (2a)가 만족되는 것이 더욱 양호하다.

-3.5 < (r2 + r3)/(r2 - r3) < -2.5 (2a)

이러한 조건식 (2a)는 상기 조건식 (2)에 의해 정의된 조건 범위 내에서, 전술한 그리고 다른 관점으로부터의 더욱 양호한 조건 범위를 정의한다.

아래의 조건식 (3)이 만족되는 것이 양호하다.

-1.4 < f/f3 < -1 (3)

여기서,

f는 전체 촬영 렌즈 시스템의 초점 거리를 표시하고,

f3는 제3 렌즈 소자의 초점 거리를 표시한다.

조건식 (3)은 주로 전체 길이와 생성되는 수차 사이의 적절한 균형을 달성하기 위해 제3 렌즈 소자에 의해 양호하게 만족되어야 하는 조건 범위를 정의한다. 조건식 (3)의 상한을 무시하는 것은 수차 교정의 측면에서 유리하지만 부당하게 큰 전체 길이의 결과를 낳는다. 대조적으로, 조건식 (3)의 하한을 무시하는 것은 전체 길이를 감소시키는데는 유리하지만, 부당하게 큰 수차, 특히 왜곡 및 시야 만곡의 결과를 낳는다.

아래의 조건식 (3a)가 만족되는 것이 더욱 양호하다.

-1.30 < f/f3 < -1.05 (3a)

이러한 조건식 (3a)는 상기 조건식 (3)에 의해 정의된 조건 범위 내에서, 전술한 그리고 다른 관점으로부터의 더욱 양호한 조건 범위를 정의한다.

아래의 조건식 (4)가 만족되는 것이 양호하다.

0.1 < d2/f < 0.3 (4)

여기서,

d2는 제1 렌즈 소자의 축방향 두께를 표시하고,

f는 전체 촬영 렌즈 시스템의 초점 거리를 표시한다.

조건식 (4)는 제1 렌즈 소자의 축방향 두께에 의해 양호하게 만족되어야 하는 조건 범위를 정의한다. 조건식 (4)의 하한을 무시하는 것은 전체 길이를 감소시키는데 있어서 유리하지만, 부당하게 큰 수차, 특히 왜곡 및 시야 만곡의 결과를 낳는다. 대조적으로, 조건식 (4)의 상한을 무시하는 것은 높은 광학 성능을 얻는 측면에서 유리하지만, 전체 광학 길이를 부당하게 크게 만드는 결과를 낳는다.

아래의 조건식 (4a)가 만족되는 것이 더욱 양호하다.

0.15 < d2/f < 0.20 (4a)

이러한 조건식 (4a)는 상기 조건식 (4)에 의해 정의된 조건 범위 내에서, 전술한 그리고 다른 관점으로부터의 더욱 양호한 조건 범위를 정의한다.

양 실시예의 경우에서와 같이, 모든 렌즈 소자들이 각각 그의 적어도 하나의 측면 상에서 비구면 표면을 갖는 것이 양호하고, 모든 렌즈 표면들이 비구면 표면인 것이 더욱 양호하다. 제1 내지 제3 렌즈 소자들 각각에 적어도 하나의 비구면 표면을 제공하는 것은 비구면 수차, 코마, 및 왜곡의 만족스러운 교정에 크게 기여한다. 제3 렌즈 소자가 그의 화상측 상에서 비구면 표면을 갖고, 이러한 표면은 중심으로부터 모서리로 점점 약해지는 음의 광학능을 가져서 결국 모서리 부분 내에서 양의 광학능을 갖는 것이 양호하다. 이는 전체 광학 길이를 작게 유지하면서 출사 동공 위치를 멀리 위치시키는 것이 기여한다.

모든 실시예에서, 촬영 렌즈 시스템은 굴절에 의해 입사광을 편향시키는 굴절 렌즈 소자(즉, 다른 굴절 지수를 갖는 2개의 매체 사이의 경계면에서 광을 편향시키는 유형의 렌즈 소자)만으로 구성된다. 그러나, 임의의 이러한 렌즈 소자를 임의의 다른 유형의 렌즈 소자, 예를 들어 회절에 의해 입사광을 편향시키는 회절 렌즈 소자, 또는 조합된 회절 및 굴절에 의해 입사광을 편향시키는 굴절/회절 복합 렌즈 소자, 또는 매체 내래 분포된 가변 굴절 지수에 의해 입사광을 편향시키는 구배 지수 렌즈 소자로 교체하는 것이 가능하다. 이러한 유형들 중에서, 매체 내에 분포된 가변 굴절 지수를 갖는 구배 지수 렌즈 소자는 그가 요구하는 복잡한 제조 공정 때문에 고가이다. 그러므로, 본 발명을 실시하는 촬영 렌즈 시스템에서, 모든 제1 내지 제3 렌즈 소자로서 균일한 재료로 형성된 렌즈 소자를 사용하는 것이 양호하다.

필요하다면, 구경 조리개에 추가하여, 불필요한 광을 차단하기 위한 비임 제한판 등이 배열될 수 있다. 필요하다면, 일종의 프리즘(예를 들어, 사각형 프리즘), 일종의 거울(예를 들어, 평편 거울) 등이 굽힘 광학 시스템(예를 들어, 광학축이 정확하게 또는 대략 90°만큼 굽혀지도록 광선을 반사시키는 것)을 형성하기 위해 촬영 렌즈 시스템의 전방, 후방, 또는 중간의 광학 경로를 광학능을 갖지 않는 표면(예를 들어, 반사 또는 회절 표면)에 의해 굽히도록 광학 경로 내에 배열될 수 있다. 광학 경로를 굽히는 위치는 특정 필요에 적합하도록 결정될 수 있다. 광학 경로를 대략적으로 굽힘으로써, 촬영 렌즈 시스템이 통합되어 있는 (디지털 카메라와 같은) 디지털 장치를 명확하게 슬림 및 콤팩트하게 만드는 것이 가능하다.

본 실시예의 양 촬영 렌즈 시스템들은 화상 입력 능력을 갖춘 디지털 카메라 및 디지털 장치(예를 들어, 카메라 내장형 이동 전화) 내에서 사용하기 위한 콤팩트한 촬영 렌즈 시스템으로서 적합하고, 그러한 촬영 렌즈 시스템들 중 하나를 광학 필터 및 화상 센서와 조합함으로써, 대상의 화상을 광학적으로 포착하여 이를 전기 신호로서 출력하는 촬영 렌즈 장치를 구성하는 것이 가능하다. 촬영 렌즈 장치는 대상의 정지 또는 활동 사진을 촬영하는데 사용되는 카메라의 주요 구성요소로서 사용된다. 촬영 렌즈 장치는 예를 들어 물체(대물)측으로부터, 대상의 광학 화상을 형성하기 위한 촬영 렌즈 시스템, 광학 저역 통과 필터 또는 적외선 차단 필터와 같은 광학 필터, 및 촬영 렌즈 시스템에 의해 형성된 광학 화상을 전기 신호로 변환하는 CCD와 같은 화상 센서로 구성된다.

그러한 카메라의 예는 디지털 카메라, 비디오 카메라, 감시 카메라, 차량 장착형 카메라, 화상 전화용 카메라, 인터콤용 카메라, 및 개인용 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 이동 전화, 휴대용 데이터 장치 (또는 개인 휴대용 정보 단말기(PDA로 축약됨))과 같은 디지털 장치 등 내에 통합되거나 외부에서 연결되는 카메라를 포함한다. 이러한 예가 말해주듯이, 촬영 렌즈 장치의 사용에 의해 카메라를 구성하는 것은 물론, 다양한 장치 내에 촬영 렌즈 장치를 통합함으로써 이들에게 카메라 능력을 추가하는 것이 가능하다. 예를 들어, 카메라 내장형 이동 전화와 같이, 화상 입력 능력을 갖춘 디지털 장치를 구성하는 것이 가능하다. 카메라 능력은 원하는 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 촬영 렌즈 장치는 카메라의 본체에 탈착식으로 또는 회전식으로 부착되는 유닛으로서 구성될 수 있거나, (이동 전화 또는 PDA와 같은) 휴대용 데이터 장치에 탈착식으로 또는 회전식으로 부착되는 유닛으로서 구성될 수 있다.

예를 들어, 복수의 화소를 갖는 CCD 또는 CMOS(보수성 금속 산화막 반도체) 센서와 같은 고체 화상 센서가 화상 센서로서 사용된다. 촬영 렌즈 시스템에 의해 형성된 광학 화상은 고체 화상 센서에 의해 전기 신호로 변환된다. 촬영 렌즈 시스템에 의해 형성되는 광학 화상은 고체 화상 센서의 화소 피치에 의존하는 소정의 차단 주파수 특징을 갖는 광학 저역 통과 필터를 통과하고, 한편 광학 화상은 광학 화상이 전기 신호로 변환될 때 발생되는 소위 위신호 잡음을 최소화하도록 조정된 그의 공간 주파수 특징을 갖는다. 고체 화상 센서에 의해 생성된 신호는 필요하다면 소정의 디지털 화상 처리, 화상 압축 처리 등을 받고, 디지털 비디오 신호로서 (반도체 메모리 또는 광 디스크와 같은) 메모리 내에 기록되고, 몇몇 경우에, 신호는 케이블을 통해 또는 적외선 신호로 변환된 후에 다른 장치로 전송된다.

본 실시예에서, 유리 필터(GF)가 촬영 렌즈 시스템의 최종 표면과 고체 화상 센서 사이에 배치된 광학 저역 통과 필터로서 사용되고, 대신에 실제로 사용되는 디지털 입력 장치에 적합한 임의의 다른 유형을 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 적절하게 정렬된 결정축을 갖는 석영 등으로 만들어진 복굴절식 저역 통과 필터, 회절을 활용함으로써 요구되는 광학 차단 주파수 특징을 달성하는 위상형 저역 통과 필터, 또는 임의의 다른 유형의 저역 통과 필터를 사용하는 것이 가능하다.

상기로부터 명확한 바와 같이, 전술한 실시예 및 이후에 설명되는 실제 예는 아래에서 설명되는 구성을 포함한다. 이러한 구성에서, 만족스러운 광학 성능을 제공하는 저비용의 콤팩트한 촬영 렌즈 장치를 구현하는 것이 가능하고, 이를 카메라, 디지털 장치 등에 통합함으로써, 이러한 장치를 고성능, 다용도, 저비용, 및 콤팩트하게 만드는 것이 가능하다.

(U1) 광학 화상을 형성하기 위한 촬영 렌즈 시스템과 촬영 렌즈 시스템에 의해 형성된 광학 화상을 전기 신호로 변환하기 위한 화상 센서를 포함하는 촬영 렌즈 장치이며, 촬영 렌즈 장치는 촬영 렌즈 시스템은 그의 대물측으로부터, 구경 조리개, 양의 광학능을 가지며 대물측에 대해 볼록한 제1 렌즈 소자, 양의 광학능을 가지며 화상 표면측에 대해 볼록한 제2 렌즈 소자, 및 음의 광학능을 가지며 화상 표면측에 대해 오목한 제3 렌즈 소자를 포함하고, 조건식 (1), (1a), (2), (2a), (3), (3a), (4), 및 (4a) 중 적어도 하나가 만족되는 것을 특징으로 하는 촬영 렌즈 장치.

(U2) 광학 화상을 형성하기 위한 촬영 렌즈 시스템과 촬영 렌즈 시스템에 의해 형성된 광학 화상을 전기 신호로 변환하기 위한 화상 센서를 포함하는 촬영 렌즈 장치이며, 촬영 렌즈 시스템은 그의 대물측으로부터, 구경 조리개, 양의 광학능을 가지며 메니스커스 형상을 갖고 대물측에 대해 볼록한 제1 렌즈 소자, 양의 광학능을 갖는 제2 렌즈 소자, 및 음의 광학능을 갖는 제3 렌즈 소자를 포함하고, 조건식 (1), (1a), (2), (2a), (3), (3a), (4), 및 (4a) 중 적어도 하나가 만족되는 것을 특징으로 하는 촬영 렌즈 장치.

(U3) 상기 (U1) 또는 (U2)에서 설명된 촬영 렌즈 장치이며, 제1 내지 제3 렌즈 소자들은 각각 그의 양 측면 상에 비구면 표면을 갖는 촬영 렌즈 장치.

(U4) 상기 (U1), (U2), 및 (U3) 중 하나에서 설명된 촬영 렌즈 장치이며, 제3 렌즈 소자는 그의 화상 표면측 상에 비구면 표면을 갖고, 이러한 표면은 중심으로부터 모서리로 점점 약해지는 음의 광학능을 가져서 결국 그의 모서리 부분 내에서 양의 광학능을 갖는 촬영 렌즈 장치.

(U5) 상기 (U1), (U2), (U3), 및 (U4) 중 하나에서 설명된 촬영 렌즈 장치이며, 제1 내지 제3 렌즈 소자들은 각각 균일한 재료로 형성되는 촬영 렌즈 장치.

(C1) 상기 (U1), (U2), (U3), (U4), 및 (U5) 중 하나에서 설명된 촬영 렌즈 장치를 포함하고, 대상의 적어도 정지 사진 또는 활동 사진을 촬영하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 카메라,

(C2) 상기 (C1)에서 설명된 카메라이며, 카메라는 디지털 카메라, 비디오 카메라, 또는 개인용 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 이동 전화, 휴대용 데이터 단말기, 또는 그의 주변 장치 내에 통합되거나 외부에서 연결되는 카메라인 카메라.

(D1) 대상의 적어도 정지 사진 또는 활동 사진을 촬영하는 능력을 구비하도록 상기 (U1), (U2), (U3), (U4), 및 (U5) 중 하나에서 설명된 촬영 렌즈 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 장치.

(D2) 상기 (D1)에서 설명된 디지털 장치이며, 디지털 장치는 개인용 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 이동 전화, 휴대용 데이터 단말기, 또는 그를 위한 주변 장치인 디지털 장치.

예

이하에서, 본 발명을 실시하는 촬영 렌즈 시스템의 실제 예가 그의 구성 및 다른 데이터를 참조하여 제시될 것이다. 표1 및 2는 각각 예1 및 2의 구성 데이터를 도시한다. 예1 및 2는 각각 본원에서 설명된 제1 및 제2 실시예에 대응하는 수치 예이다. 따라서, 제1 및 제2 실시예의 렌즈 구성도(도1 및 도2)는 또한 각각 예1 및 2의 렌즈 구성을 도시한다.

각각의 예의 구성 데이터에서, ri(i = 1, 2, 3,...) 형태의 부호는 대물측으로부터 카운트된 i번째 표면의 곡률 반경(mm)을 표시하고, di(i = 1, 2, 3,...) 형태의 부호는 대물측으로부터 카운트된 i번째 축방향 거리(mm)를 표시하고, Ni(i = 1, 2,...) 및 vi(i = 1, 2,...) 형태의 부호는 각각 대물측으로부터 카운트된 i번째 광학 소자의 d-라인에 대한 굴절 지수(Nd) 및 압베수(vd)를 표시한다. 이러한 데이터와 함께, 전체 촬영 렌즈 시스템의 초점 거리(f, mm) 및 f-수(FNO)가 도시되어 있다. 표3은 예1 및 2에서 실제로 관찰된 조건식의 값을 도시한다.

곡률 반경(ri)이 별표(*)로 표시된 표면은 비구면 형상을 갖는 굴절 광학 표면 또는 비구면 표면과 동등한 굴절 효과를 발휘하는 표면이다. 그러한 비구면 표면의 표면 형상은 아래의 공식(AS)에 의해 정의된다. 각각의 예에서 사용된 비구면 표면의 비구면 표면 데이터는 또한 전술한 다른 데이터와 함께 도시되어 있다 (0과 동일한 계수는 도시되지 않음).

(AS)

여기서,

H는 광학축(AX)에 수직인 방향으로의 높이를 표시하고,

X(H)는 높이(H)에서의 광학축(AX)을 따른 변위(즉, 처짐)을 표시하고,

C₀는 근축 곡률(= 1/ri)을 표시하고,

ε는 2차 표면 파라미터를 표시하고,

j는 비구면 표면의 차수를 표시하고,

Aj는 차수(j)의 비구면 표면 계수를 표시한다.

도3a 내지 도3c 및 도4a 내지 도4c는 각각 예1 및 2의 수차 선도이다. 이러한 수차 선도 중에서, "a"가 붙은 번호를 갖는 것은 구면 수차를 도시하고, "b"가 붙은 번호를 갖는 것은 비점수차를 도시하고, "c"가 붙은 번호를 갖는 것은 왜곡을 도시하고, FNO는 f-수를 표시하고, Y'는 최대 화상 높이(mm)를 표시한다. 구면 수차를 도시하는 선도에서, 실선(d), 일점 쇄선(g), 및 이점 쇄선(c)은 각각 d-, g-, 및 c-라인에 대해 관찰된 구면 수차(mm)를 표시하고, 점선(SC)은 사인 상태로부터의 편차(mm)를 표시한다. 비점수차를 도시하는 선도에서, 점선(DM) 및 실선(DS)은 각각 자오선 및 시상 평면 상에서 관찰된 비점수차(mm)를 표시한다. 왜곡을 도시하는 선도에서, 실선은 d-라인에 대해 관찰된 왜곡(%)을 표시한다.

조건식	(1), (1a)	(2), (2a)	(3), (3a)	(4), (4a)
조건식	f1/f2	(r2+r3)/(r2-r3)	f/f3	d2/f
예1	2.12	-2.90	-1.27	0.17
예2	1.72	-3.14	-1.08	0.17

본 발명에 따르면, 고체 화상 센서와 함께 사용하기에 적합한 만족스러운 광학 성능을 제공하는 저비용의 소형 촬영 렌즈 시스템을 제공할 수 있다. 아울러, 디지털 입력 장치 내에 본 발명에 따른 촬영 렌즈 시스템을 채용함으로써, 디지털 입력 장치를 고성능, 다용도, 저비용, 및 콤팩트하게 만드는 것이 가능하다.

Claims

고체 화상 센서 상에 화상을 형성하기 위한 촬영 렌즈 시스템이며,

촬영 렌즈 시스템은, 그의 대물측으로부터,

구경 조리개와,

양의 광학능을 가지며 대물측에 대해 볼록한 제1 렌즈 소자와,

양의 광학능을 가지며 화상 표면측에 대해 볼록한 제2 렌즈 소자와,

음의 광학능을 가지며 화상 표면측에 대해 오목한 제3 렌즈 소자를 포함하고,

다음의 조건식 (1) 및 (2)가 만족되고,

1.3 < f1/f2 < 3 (1)

-4 < (r2 + r3)/(r2 - r3) < -2 (2)

여기서,

f1은 제1 렌즈 소자의 초점 거리를 표시하고,

f2는 제2 렌즈 소자의 초점 거리를 표시하고,

r2는 제1 렌즈 소자의 대물측 표면의 곡률 반경을 표시하고,

r3는 제1 렌즈 소자의 화상측 표면의 곡률 반경을 표시하는 촬영 렌즈 시스템.
제1항에 있어서,

다음의 조건식 (3)이 만족되고,

-1.4 < f/f3 < -1 (3)

여기서,

f는 전체 촬영 렌즈 시스템의 초점 거리를 표시하고,

f3는 제3 렌즈 소자의 초점 거리를 표시하는 촬영 렌즈 시스템.
제1항에 있어서,

다음의 조건식 (4)가 만족되고,

0.1 < d2/f < 0.3 (4)

여기서,

d2는 제1 렌즈 소자의 축방향 두께를 표시하고,

f는 전체 촬영 렌즈 시스템의 초점 거리를 표시하는 촬영 렌즈 시스템.
제2항에 있어서,

다음의 조건식 (4)가 만족되고,

0.1 < d2/f < 0.3 (4)

여기서,

d2는 제1 렌즈 소자의 축방향 두께를 표시하고,

f는 전체 촬영 렌즈 시스템의 초점 거리를 표시하는 촬영 렌즈 시스템.
고체 화상 센서 상에 화상을 형성하기 위한 촬영 렌즈 시스템이며,

촬영 렌즈 시스템은, 그의 대물측으로부터,

구경 조리개와,

양의 광학능을 가지며 메니스커스 형상을 갖고, 대물측에 대해 볼록한 제1 렌즈 소자와,

양의 광학능을 갖는 제2 렌즈 소자와,

음의 광학능을 갖는 제3 렌즈 소자를 포함하고,

다음의 조건식 (1) 및 (2)가 만족되고,

1.3 < f1/f2 < 3 (1)

-4 < (r2 + r3)/(r2 - r3) < -2 (2)

여기서,

f1은 제1 렌즈 소자의 초점 거리를 표시하고,

f2는 제2 렌즈 소자의 초점 거리를 표시하고,

r2는 제1 렌즈 소자의 대물측 표면의 곡률 반경을 표시하고,

r3는 제1 렌즈 소자의 화상측 표면의 곡률 반경을 표시하는 촬영 렌즈 시스템.
제5항에 있어서,

다음의 조건식 (3)이 만족되고,

-1.4 < f/f3 < -1 (3)

여기서,

f는 전체 촬영 렌즈 시스템의 초점 거리를 표시하고,

f3는 제3 렌즈 소자의 초점 거리를 표시하는 촬영 렌즈 시스템.
제5항에 있어서,

다음의 조건식 (4)가 만족되고,

0.1 < d2/f < 0.3 (4)

여기서,

d2는 제1 렌즈 소자의 축방향 두께를 표시하고,

f는 전체 촬영 렌즈 시스템의 초점 거리를 표시하는 촬영 렌즈 시스템.
제6항에 있어서,

다음의 조건식 (4)가 만족되고,

0.1 < d2/f < 0.3 (4)

여기서,

d2는 제1 렌즈 소자의 축방향 두께를 표시하고,

f는 전체 촬영 렌즈 시스템의 초점 거리를 표시하는 촬영 렌즈 시스템.