KR100810208B1 - 줌렌즈 광학계 및 이를 구비한 디지털 촬영기기 - Google Patents

줌렌즈 광학계 및 이를 구비한 디지털 촬영기기 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 줌렌즈 광학계는, 물체측으로부터 상측(像側)으로 순서대로 배열된 제1렌즈군 내지 제4렌즈군을 구비하고, 제1렌즈군은 항상 고정되어 있고 광축을 90도 회전시키는 전반사 프리즘을 구비하고 음의 굴절력을 갖고, 제2렌즈군은 음의 굴절력을 갖고, 제3렌즈군은 양의 굴절력을 갖고, 제4렌즈군은 양의 굴절력을 갖고, 제2렌즈군과 제3렌즈군의 이동에 의하여 변배를 수행하는 동안 제4렌즈군은 고정된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 비교적 간단한 구성으로 이너줌(Innerzoom) 형태의 굴곡형 광학계를 소형화되면서 제수차 보정이 양호한 줌렌즈를 제공할 수 있다. 따라서 안정적인 설계성능과 양산성을 동시에 만족하고 저가 및 소형화가 용이한 줌렌즈 광학계 및 이를 구비한 디지털 촬영기기를 제조할 수 있다.

Description

줌렌즈 광학계 및 이를 구비한 디지털 촬영기기{Zoom lens optical system and digital photographing device comprising the same}
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 의한 줌렌즈 광학계를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 의한 줌렌즈 광학계를 나타낸 것이다.
도 3a,b는 도 1의 줌렌즈 광학계의 표 1 내지 표 3이 적용된 제1실시예에 따른 광각단(Wide)/망원단(Tele) 수차도이다.
도 4a,b는 도 2의 줌렌즈 광학계의 표 4 내지 표 6이 적용된 제2실시예에 따른 광각단(Wide)/망원단(Tele) 수차도이다.
도 5는 본 발명의 줌렌즈 광학계가 장착된 디지털 촬영기기의 일 실시예의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6a는 본 발명의 줌 렌즈 배럴 어셈블리가 내장된 디지털 촬영기기의 일 예이다.
도 6b는 도 6a의 디지털 촬영기기의 뒷면 구성의 일 예이다.
도 7은 본 발명의 줌렌즈 광학계가 적용된 디지털 촬영기기의 내부 장착예이다.
본 발명은 촬상소자(image sensor)에 결상시키는 줌(변배)렌즈 광학계에 관한 것으로, 핸드폰 카메라 또는 디지털 카메라 등 소형의 디지털 촬영기기에 사용되는 소형의 줌렌즈에 관한 것이다.
일반적으로 CCD나 CMOS 등의 촬상소자를 사용하는 디지털 광학계는 입력되는 광을 촬상소자에 의해 전기적인 신호로 변환하기 때문에 구경이 큰 밝은 렌즈를 구성 촬영 렌즈로 사용하고, 렌즈와 촬상소자 사이에 광학적인 필터가 삽입된다.
이와 같은 이유로 인하여, 종래의 촬상소자 결상 광학계는 초점거리(Effective Focal Length)에 비해 긴 후초점거리(Back Focal Length)가 요구되고, 주변상에서 입사되는 광속의 주광선(Chief Ray)이 촬상소자에 직각으로 입사되는 텔레센트릭(Telecentric) 광학계가 되어야 한다.
특히 소형의 디지털 촬영기기의 줌렌즈 광학계는 프리즘을 이용하여 광축을 회전시키는 구조로 되어 있어 광각단과 망원단에서 광학전장이 모두 같아야 한다.
이러한 촬상소자를 이용한 줌렌즈 광학계에 관한 종래기술로는 미국등록특허 US6,771,432B2, US6,975,462B2, 미국공개특허 US2006/0056052A1, US2006/0066956A1 등이 있다.
상기 종래의 기술중 US6,771,432B2, US6,975,462B2에 개시된 줌렌즈는 물체측으로부터 양의 굴절력(positive refracting power)을 갖는 고정된 제1렌즈군과, 음의 굴절력(positive refracting power)을 갖고 변배시 이동하는 제2렌즈군과, 위치가 고정된 조리개와, 양의 굴절력을 갖고 변배시 이동하는 제3렌즈군과, 양의 굴절력을 갖고 변배시 이동하는 제4렌즈군으로 구성되어 있고, 제2렌즈군과 제3렌즈군이 좁혀지면서 변배가되고, 제4군렌즈를 이용하여 AF(Autofocusing)을 한다. 이러한 구조는 광각단과 망원단의 Fno(F number)의 차이가 작고, 센서면에 입사하는 상면 높이에 따른 주광선의 입사각(Chief Ray Angle)이 광각단과 망원단의 차이가 작은 장점이 있다. 그러나 광학계의 길이가 길고 부품공차 및 조립공차의 제조 민감도가 높아 양산성이 떨어지는 단점이 있다.
종래의 기술중 US2006/0056052A1에 개시된 줌렌즈는 물체측으로부터 양의 굴절력을 갖는 제1렌즈군과 음의 굴절력을 갖는 제2렌즈군과 양의 굴절력을 갖는 제3렌즈군과 양의 굴절력을 갖는 제4렌즈군으로 구성되고 제2렌즈군과 제4렌즈군이 움직여 변배를 하고 제4렌즈군을 움직여 AF를 하게된다. 제3렌즈군은 고정되어 있어 광학전장이 크고, 제조 민감도가 큰 단점이 있다.
종래의 기술중 US2006/0066956A1에 개시된 줌렌즈군은 물체측으로부터 음의 굴절력을 가진 제1렌즈군과 양의 굴절력을 가진 제2렌즈군과 양의 굴절력을 가진 제3렌즈군과 양의 굴절력을 가진 제4렌즈군으로 구성되어 있다. 제2렌즈군과 제3렌즈군이 움직여 변배를 하고, 제4렌즈군을 이용하여 AF를 하게 된다. 이러한 구조는 상기에 명시된 종래의 기술의 단점을 보완한 중간형태의 구조이나 렌즈의 매수가 많아 생산단가가 높고 이로 이한 광학전장을 줄이는데 한계를 갖는다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 안정적인 설계성능과 양산성을 동시에 만족하고 저가 및 소형화가 용이한 줌렌즈 광학계 및 이를 구비한 디지털 촬영기기를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 줌렌즈 광학계는, 물체측으로부터 상측(像側)으로 순서대로 배열된 제1렌즈군 내지 제4렌즈군을 구비하고, 상기 제1렌즈군은 항상 고정되어 있고 광축을 물체측으로부터 상측으로 90도 회전시키는 전반사 프리즘을 구비하고 음의 굴절력을 갖고, 상기 제2렌즈군은 음의 굴절력을 갖고, 상기 제3렌즈군은 양의 굴절력을 갖고, 상기 제4렌즈군은 양의 굴절력을 갖고, 상기 제2렌즈군과 상기 제3렌즈군의 이동에 의하여 변배를 수행하는 동안 상기 제4렌즈군은 고정된 것을 특징으로 한다.
상기 줌렌즈 광학계는, 변배에 따른 자동초점 조정(Auto-Focusing)은 상기 제4렌즈군을 이동하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 줌렌즈 광학계는, 상기 제4렌즈군을 통과한 상측 최종단에 촬상소자를 더 구비하고, 변배에 따른 자동초점 조정(Auto-Focusing)은 상기 촬상소자를 이동하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 줌렌즈 광학계는,
Figure 112006060482022-pat00001
fG1:제1렌즈군(G1)의 초점거리
fW:광각단의 초점거리
의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 제1렌즈군(G1)은 물체측으로부터 상측(像側)으로 순서대로 배열된 제1렌즈(L1), 전반사 프리즘인 제2렌즈(L2), 제3렌즈(L3)를 구비하는 것이 바람직하다. 그리고, 여기서 상기 제1렌즈군(G1)은
Figure 112006060482022-pat00002
Figure 112006060482022-pat00003
fL1:제1렌즈(L1)의 초점거리
fW:광각단의 초점거리
fG1:제1렌즈군(G1)의 초점거리
fL3:제3렌즈(L3)의 초점거리
의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
상기 제2렌즈군(G2)은 1매의 제4렌즈(L4)로 구성된 것이 바람직하다. 여기서 상기 제2렌즈군(G2)은
Figure 112006060482022-pat00004
Figure 112006060482022-pat00005
fG2:제2렌즈군(G2)의 초점거리
fW:광각단의 초점거리
R2L4:제4렌즈(L4)의 제2면 곡률반경
R1L4:제4렌즈(L4)의 제1면 곡률반경
의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
변배시 상기 제3렌즈군(G3)은
Figure 112006060482022-pat00006
MG3:제3렌즈군(G3)의 배율
XG3:제3렌즈군(G3)의 변배시 이동량
의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
또한 변배시 상기 제3렌즈군(G3)은
Figure 112006060482022-pat00007
fT:망원단의 초점거리
fW:광각단의 초점거리
XG3:제3렌즈군(G3)의 변배시 이동량
의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 디지털 촬영기기는, 상기 줌렌즈 광학계; 상기 줌렌즈 광학계의 이동렌즈군의 구동부; 상기 줌렌즈 광학계로부터 입력된 신호를 신호처리하여 디지털 이미지로 출력하는 영상 처리부; 사용자에 의해 조작되어 촬영 지시 신호를 발생하는 조작부; 및 상기 촬영 지시 신호에 따라 상기 구동부를 제어하여 변배 촬영을 수행하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 구성과 동작을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면에 도시된 동일한 참조 부호는 동일한 기능을 수행하는 구성요소를 의미한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시예 및 제2실시예에 의한 줌렌즈 광학계를 나타낸 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 줌렌즈 광학계는, 물체(O)측으로부터 상측(像側, I)으로 순서대로 배열된 제1렌즈군(G1) 내지 제4렌즈군(G4)과 촬상소자(I)를 구비한다. 제1렌즈군(G1)은 항상 고정되어 있고 광축을 90도 회전시키는 전반사 프리즘(L2)을 구비하고 음의 굴절력을 갖는다. 제2렌즈군(G2)은 음의 굴절력을 갖고, 제3렌즈군(G3)은 양의 굴절력을 갖고, 제4렌즈군(G4)은 양의 굴절력을 갖는다. 그리고 제2렌즈군(G2)과 제3렌즈군(G3)의 이동에 의하여 변배를 수행하는 동안 제4렌즈군(G4)은 고정된다. 도면에서 L10은 광학필터이다.
여기서, 제1렌즈군(G1)은 항시 고정되어 있는 구성으로서, 프리즘(L2)만으로 구비되거나, 제1렌즈(L1)과 프리즘(L2)만으로 구비될 수도 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1렌즈군(G1)은 프리즘의 크기를 줄이기 위해 음의 굴절력을 가진 제1렌즈(L1)와 광로를 90도 회전시키기 위한 전반사 직각 프리즘(L2)과 광각단과 망원단의 제수차보정 및 Fno의 차이를 줄이기 위한 양면 비구면의 제3렌즈(L3)로 구성되는 것이 바람직하다.
줌렌즈 광학계를 소형화하면서도 광각단과 망원단의 Fno차이를 줄이기 위해서는, 제1렌즈군의 초점거리(fG1)와 광각단의 초점거리(fW)는 다음 수학식 1을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112006060482022-pat00008
상기 수학식 1에서 제1렌즈군(G1)의 초점거리가 (+)로 갈수록 프리즘에 입사 되는 빔경(높이)이 증가하여 프리즘의 크기가 커지고, (-)로 갈수록 망원단 입사동의 크기가 작아져서 망원단과 광각단의 Fno 차이가 커진다.
이때 제1렌즈의 초점거리(fL1)와 광각단의 초점거리(fw)는 제1렌즈군(G1)에 포함된 프리즘(L2)의 크기를 소형화하기 위한 조건으로서 다음 수학식 2를 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112006060482022-pat00009
여기서, 상기 수학식 2의 조건값이 상한치(-2.0) 이상이 되면 제1렌즈(L1)에서 프리즘으로 입사되는 빔경(높이)가 커짐에 따라 프리즘이 커지게 된다. 그리고, 상기 수학식 2의 조건값이 하한치(-3.0) 이하가 되면 광각단과 망원단의 입사동의 위치와 크기의 차이가 발생하여 Fno차이가 커지게 된다.
그리고, 제1렌즈군 초점거리(fG1)와 제1렌즈군에 포함된 제3렌즈의 초점거리(fL3)의 관계는 다음 수학식 3을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112006060482022-pat00010
상기 수학식 3은 제1렌즈군(G1)이 제1렌즈(L1), 프리즘(L2), 제3렌즈(L3)의 3매로 구성되는 경우에, 제3렌즈(L3)로 하여금 광학계가 소형화 하는 조건중 하나로서, 제1렌즈군(G1) 전체로는 음의 굴절력을 갖고, 제3렌즈(L3)는 양의 굴절력을 갖도록 구성함을 나타내며, 이러한 조건에 의하여 광각단과 망원단의 Fno 차이를 줄일 수 있다. 수학식 3의 조건값이 커질수록 Fno 차이가 커져서, 상한치(-7.0) 이상이 되면 Fno 차이가 과도하게 커지게 된다. 그리고, 수학식 3의 조건값이 작아질수록 광학계의 사이즈가 커져서, 하한치(-12.0) 이하가 되면 광학계 사이즈가 과도하게 커지게 된다.
음의 굴절력을 갖는 제2렌즈군(G2)은 제4렌즈(L4) 1매로 구성되어 소형화 및 저가격화가 가능하도록 하였으며, 제3렌즈군(G3)과의 변배시 동조하여 움직이며 광학전장의 길이가 모든 변배구간에서 같도록 하는 작용을 한다.
이때 제2렌즈군(G2)의 초점거리 fG2는 광각단(W)의 초점거리 fw와는 수학식 4의 조건을 만족할 때 최적화가 된다.
Figure 112006060482022-pat00011
상기 수학식 4는 제2렌즈군(G2)이 렌즈 1매로 제수차 보정이 가능하도록 하는 조건이며, 이 범위를 벗어날 경우 렌즈 2매로 제수차 보정해야 한다.
제2렌즈군(G2)은 상기 수학식 4를 만족하여 1매의 제4렌즈(L4)로 구성하는 것이 바람직하며, 광각단(W)과 망원단(T)의 제수차 보정이 최적화되기 위해서는 제 4렌즈(L4)의 제1면곡율반경(R1L4)과 제2면곡율반경(R2L4)의 관계가 다음 수학식 5를 만족하는 것이 바라직하다.
Figure 112006060482022-pat00012
상기 수학식 5는 렌즈의 곡률 구성이 최적화 되는 조건으로 광각단(W)에서는 렌즈면의 전체를 사용하고 망원단(T)에서는 렌즈의 중심부를 사용하게 된다.
양의 굴절력을 갖는 제3렌즈군(G3)은, 고정 조리개(ST)를 포함하며, 변배시에도 광각단(W)과 망원단(T)의 Fno의 차이가 크지 않도록 구성되어 있으며, 비구면 렌즈 2매(L5, L8)와 색수차보정을 위한 접합 렌즈 1매(L6/L7)로 구성되어 있다. 광각단(W)에서 망원단(T)으로 변배할 경우, 제3렌즈군(G3)은 상(I) 방향에서 물체(O) 방향으로 직선운동을 하게 되고, 이와 동조(同調)하여 제2렌즈군(G2)이 곡선운동을 하게 된다.
광각단(W)과 망원단(T)의 Fno차이를 줄이기 위한 조건으로서, 제3렌즈군(G3)의 단위이동량(XG3)과 제3렌즈군(G3)의 배율(MG3)은 다음 수학식 6을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112006060482022-pat00013
상기 수학식 6은, 제3렌즈군(G3)의 이동거리를 최소화하기 위해서 즉 광학계의 사이즈를 소형화하기 위해서 제3렌즈군(G3)의 배율을 최적화하는 조건으로서, 수학식 6의 조건값이 작아지면 배율은 증가하고 이동량이 적어지지만 제조 민감도가 높아 제조수율이 낮아지고, 수학식 6의 조건값이 커지면 제조 민감도는 낮아지나 이동량이 커져 광학계의 크기가 커진다.
또한 광각단(W)과 망원단(T)의 상면 입사 높이에 따른 입사각(Chief Ray Angle, CRA)의 차이를 줄이면서 고스트 이미지(Ghost image)의 발생을 억제하는 조건으로서, 제3렌즈군(G3)의 단위이동량(XG3)과 광각단의 초점거리(fW) 및 망원단의 초점거리(fT)와는 다음 수학식 7을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112006060482022-pat00014
제조공정의 수율을 높이기 위해 파워가 큰 제5렌즈(L5)의 민감도를 제8렌즈(L8)로 분배하고 제조 민감도를 낮추기 위하여, 제8렌즈(L8)의 양면(S16, S17) 중 물체측 일면(S16)은 비구면으로 또한 상측 일면(S17)은 구면으로 나누어 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 제8렌즈(L8)는 광각단(W)과 망원단(T)의 상면 입사높이에 따른 입사각(CRA)의 차이를 줄이는 작용을 한다.
수학식 7은 광각단과 망원단의 상면 입사높이에 따른 입사각(CRA)을 최소화 하는 조건으로서, 수학식 7의 조건값이 작아지면 광각단과 망원단의 입사각(CRA)의 차이는 줄어드나, 광학계 사이즈가 커지게 되고, 조건값이 커지면 광학계 사이즈는 줄어드나 광각단과 망원단의 입사각(CRA) 차이가 크게 발생한다. 수학식 7은 광학계 사이즈를 고려한 입사각 최소화를 위한 최적조건이 된다.
제4렌즈군(G4)은 제9렌즈(L9) 비구면 렌즈 1매로 구성되는 것이 바람직하며, 플라스틱 재질로 제조될 수 있다. 제4렌즈군(G4)은 망원단의 중심대비 주변 광량비 조절 및 상면 입사높이에 따른 입사각(CRA)을 조절하는 작용을 하며, 변배시 고정(fixed)이다.
광각단(W)의 광경로를 보면 제4렌즈군(G4)의 중심을 지나고, 망원단(T)은 제4렌즈(G4)의 전면을 지나게 된다. 이때 망원단(T)의 렌즈의 유효경을 적절하게 조정함으로 광각단(W)의 중심대비 주변 광량비를 조절할 수 있다. 제4군(G4) 렌즈(L9)를 크게하면 주변 광량비는 증가하나, 렌즈의 외경에 커지는 단점이 있고 작게하면 주변 광량비가 낮아진다. 상면에 입사되는 높이에 따른 입사각(CRA)을 조절할 수 있는 렌즈는 촬상소자면 즉 상면(I)과 가장 가까운 렌즈이며, 제4군(G4) 렌즈(L9)가 이러한 입사각 미세조절 기능을 수행한다.
여기서 변배에 따른 초점위치 이동을 보정하는 자동초점 조정(Auto-Focusing)은 제4군(G4) 렌즈(L9)을 이동하여 수행할 수 있다.
또한 변배에 따른 자동초점 조정(Auto-Focusing)은 촬상소자(I)를 이동하여 수행할 수도 있다.
다음 표 1은 도 1의 실시예의 구성을 갖는 줌렌즈 광학계의 각 렌즈의 데이터의 일 예이다.
군 렌즈 면번호 곡율반경(R,㎜) 두께(D,㎜) 굴절율(Nd) 아베수(Vd)
O INFINITY INFINITY 　 　
G1 L1 S1 18.025 0.900 1.80610 33.27
S2 5.640 0.950 　 　
L2 (프리즘) S3 INFINITY 2.750 1.62299 58.12
S4 INFINITY 2.750 　 　
S5 INFINITY 0.140 　 　
L3 *S6 11.421 0.800 1.63200 23.41
*S7 -83.617 * 0.717 　 　
G2 L4 S8 -7.653 0.500 1.71300 53.93
S9 -59.133 * 7.082 　 　
G3 STOP INFINITY 0.000 　 　
L5 *S11 3.380 1.380 1.59201 67.05
*S12 -13.235 0.200 　 　
L6/L7 S13 7.970 1.140 1.72916 54.67
S14 -7.970 0.670 1.90366 31.31
S15 5.000 0.170 　 　
L8 *S16 5.170 1.000 1.53113 55.73
S17 3.153 * 2.521 　 　
G4 L9 *S18 -9.853 0.630 1.53113 55.73
*S19 -6.008 1.400 　 　
필터 L10 S20 INFINITY 0.300 1.51680 64.19
S21 INFINITY 0.601 　 　
I INFINITY -0.001 　 　
표 1에서 면번호 앞에 (*) 표기되어 있는 렌즈면은 비구면으로서 다음 표 2의 비구면 계수에 대하여 비구면 수학식 8을 만족한다.
면번호 *S6 *S7 *S11 *S12 *S16 *S18 *S19
K 1.077150 E+00 1.227782 E+02 -1.076611 E+00 -3.000000 E+00 -6.069870 E+00 4.272143 E+00 3.086019 E+00
A 1.109910 E-03 8.364600 E-04 1.806250 E-03 9.700000 E-05 -6.947930 E-03 1.555780 E-02 1.834390 E-02
B -1.092980 E-04 -1.210300 E-04 -6.118820 E-06 4.021380 E-05 -1.082110 E-03 2.416800 E-03 1.444110 E-03
C 5.997660 E-06 8.139420 E-06 2.000200 E-05 0.000000 E+00 -5.136910 E-04 -7.258040 E-04 1.005380 E-04
D 3.365540 E-06 4.128390 E-06 -1.536590 E-06 0.000000 E+00 8.471500 E-05 8.826380 E-05 -1.178710 E-04
E 0.000000 E+00 0.000000 E+00 0.000000 E+00 0.000000 E+00 0.000000 E+00 -2.079740 E-06 1.705240 E-05
Figure 112006060482022-pat00015
여기에서, x:렌즈 정점으로부터 광측 방향으로의 거리, y:광축에 수직 방향으로의 거리, c:렌즈의 정점에서의 곡율 반경의 역수(1/R), K:원추계수 (Conic Constant), A,B,C,D,E:비구면 계수(표 2)이다.
다음 표 3에는 표 1의 두께(D)의 항목중 (*)표시된 부분의 줌위치별 거리를 나타낸다.
면번호 광각단(W) 중간단 망원단(T)
7 0.717 2.711 1.600
9 7.082 2.881 0.460
17 2.521 4.728 8.260
또한 다음 표 4는 도 2의 실시예의 구성을 갖는 줌렌즈 광학계의 각 렌즈의 데이터의 일 예이다.
군 렌즈 면번호 곡율반경(R,㎜) 두께(d,㎜) 굴절율(Nd) 아베수(Vd)
OBJ INFINITY INFINITY 　
G1 L1 S1 46.971 0.625 1.79500 45.40
S2 7.549 0.800
L2 (프리즘) S3 INFINITY 2.950 1.88300 40.80
S4 INFINITY 2.950
S5 INFINITY 0.232
L3 *S6 10.857 1.000 1.76655 48.81
*S7 5645.973 *
G2 L4 S8 -7.888 0.500 1.70308 55.34
S9 140.104 * 6.152
G3 STO INFINITY 0.100
L5 *S11 2.966 2.066 1.61051 58.58
*S12 -13.215 0.325
L6/L7 S13 5.502 1.122 1.71620 49.52
S14 -5.502 0.510 1.90400 31.30
S15 2.677 0.139
L8 S16 3.177 0.760 1.67800 55.50
S17 2.613 * 0.894
G4 L9 *S18 -5.539 1.121 1.53113 55.73
*S19 -3.105 1.400
L10 S20 INFINITY 0.300 1.51680 64.19
S21 INFINITY 0.498
IMG: INFINITY 0.002
표 4에서 면번호 앞에 (*) 표기되어 있는 렌즈면은 비구면으로서 다음 표 5의 비구면 계수에 대하여 비구면 수학식 8을 만족한다.
*S6 *S7 *S11 *S12 *S17 *S18
K 1.12637E+00 2.00000E+00 -7.60568E-01 -1.18556E+02 4.19193E+00 -5.92259E+00
A 1.80630E-04 3.84159E-05 3.48640E-03 3.58949E-03 2.71313E-03 -2.05081E-02
B -1.95575E-04 -2.29468E-04 6.63650E-04 3.47039E-03 2.75084E-03 6.20545E-03
C 2.99844E-05 4.43175E-05 4.49929E-05 -6.95693E-04 -1.90973E-03 -2.04249E-03
D 6.87742E-08 -3.74170E-07 2.23467E-05 2.80144E-04 5.84039E-04 3.52417E-04
E 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00 -8.22999E-05 -3.13937E-05
다음 표 6은 표 4의 두께(D)의 항목중 (*)표시된 부분의 줌위치별 거리를 나타낸다.
면번호 광각단(W) 중간단 망원단(T)
7 0.696 2.437 1.600
9 6.152 2.624 0.508
17 0.894 2.681 5.634
이러한 도 1 및 도 2의 실시예의 구성을 갖는 본 발명의 줌렌즈 광학예는 상기에 기술된 수학식 1~8의 조건을 만족하며, 각 실시예의 렌즈 데이터에 따른 조건식의 값들은 다음 표 7과 같다.
수학식1 수학식2 수학식3 수학식4 수학식5 수학식6 수학식7
실시예 도1 -2.40 36.89 10.17 -2.83 -7.71 -0.10 0.48
실시예 도2 -2.76 29.98 8.71 -2.58 -17.95 -0.12 0.58
도 3a,b는 도 1의 줌렌즈 광학계의 표 1 내지 표 3이 적용된 제1실시예에 따른 광각단(Wide)/망원단(Tele) 수차도이다.
또한 도 4a,b는 도 2의 줌렌즈 광학계의 표 4 내지 표 6이 적용된 제2실시예에 따른 광각단(Wide)/망원단(Tele) 수차도이다.
도 5는 본 발명의 줌렌즈 광학계가 장착된 디지털 촬영기기의 일 실시예의 구성을 나타낸 블록도로서, 본 발명의 줌렌즈 광학계(304), 렌즈 구동부(302), 영상 처리부(306), 조작부(310), 제어부(300)를 구비한다. 도 5의 촬영기기는 디스플레이부(308)를 더 구비할 수 있다.
먼저, 줌렌즈 광학계(302)로는 도 1 및 도 2에서 설명한 본 발명의 줌렌즈 광학계가 적용되며, 그 장착예는 도 7에 도시되어 있다. 줌렌즈 광학계(302)는 피사체로부터의 입사된 광을 CCD(charge coupled device)와 같은 촬상소자에서 광전변환한다.
렌즈 구동부(302)는 줌렌즈 광학계(304)에 구비된 이동 줌렌즈군(도 1, 도 2의 G2, G3), 조리개(ST), 포커스 렌즈(G4 또는 촬상소자)를 구동하기 위한 구동원(모터 등)과 그 구동회로를 구비한다.
조작부(310)는 사용자에 의해 조작되어 촬영 지시 신호를 발생한다. 조작부(310)에는 각종 메뉴 설정 버튼, 파워버튼, 줌 버튼 등이 구비될 수 있다.(도 6b 참조)
제어부(300)는 조작부(310)에서 입력된 촬영 지시 신호에 따라 렌즈 구동부(302)를 제어하여 변배 촬영을 수행한다.
영상처리부(306)는 줌렌즈 광학계(304)로부터 입력된 광전변환 신호를 신호처리하여 디지털 이미지로 출력한다. 이를 위하여 영상처리부(306)는 광전변환 신호의 잡음 억제를 위한 CDS(correlated double sampling) 회로, AGC(Auto gain control) 회로, 각종 신호 보정회로 등을 구비하고, 윤곽보정, 감마 보정, AWB(auto white balance) 처리 등 제품 설계 사양에 따른 일정한 영상 신호 처리를 수행한다. 또한, 영상 처리부(306)는 처리된 이미지를 소정 저장 형식의 파일 예컨대 JPEG(joint photographic coding experts group) 파일로 변환한다. 영상처리부(306)는 이미지 파일을 임시 저장할 수 있는 메모리를 구비할 수 있고, 이미지 파일을 외부 저장장치(미도시)로 출력한다.
디스플레이부(308)는 촬영할 이미지의 프리뷰(preview) 화면을 제공하고, 영상 처리부(306)에서 제공된 이미지를 재생하는 등의 기능을 하며, LCD(liquid crystal display) 등에 의해 구비될 수 있다.(도 6b 참조)
도 6a는 본 발명의 줌렌즈 광학계가 내장된 디지털 촬영기기의 일 예로서, 플래시(401), 뷰 파인더(403), 렌즈 커버(404), 줌렌즈 광학계 내장공간(405), 배터리부(402) 등을 구비한다.
도 6b는 도 6a의 디지털 촬영기기의 뒷면 구성의 일 예로서, 뷰 파인더(210), 디스플레이(418), 각종 조작버튼(414, 415, 416, 417), 방향버튼(411, 412), 줌 버튼(413) 등이 구비되어, 사용자가 변배 촬영을 위한 조작 및 확인을 수행할 수 있도록 한다.
도 5에서 설명한 각종 구성요소(302, 304, 306, 308)들이 구현된 도 6a,b와 같은 디지털 카메라의 내부회로, 줌렌즈 광학소자, 기구물들로 내장된다. 도 7을 참조하면, 렌즈 커버(404)가 내려간 상태에서 렌즈 입구가 개방되고, 외부의 피사체(O)로부터 입사된 광이 줌렌즈 광학계(100)를 통하여 CCD 촬상소자(I)로 입사하게 된다.
이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 비교적 간단한 구성으로 이너줌(Innerzoom) 형태의 굴곡형 광학계를 소형화되면서 제수차 보정이 양호한 줌렌즈를 제공할 수 있다. 따라서 안정적인 설계성능과 양산성을 동시에 만족하고 저가 및 소형화가 용이한 줌렌즈 광학계 및 이를 구비한 디지털 촬영기기를 제조할 수 있다.
본 발명은 이상에서 설명되고 도면들에 표현된 예시들에 한정되는 것은 아니다. 전술한 실시예들에 의해 가르침을 받은 당업자라면, 다음의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위 및 목적 내에서 치환, 소거, 병합 등에 의하여 전술한 실예들에 대해 많은 변형이 가능할 것이다.

Claims (11)

  1. 줌렌즈 광학계에 있어서,
    물체측으로부터 상측(像側)으로 순서대로 배열된 제1렌즈군 내지 제4렌즈군을 구비하고,
    상기 제1렌즈군은 항상 고정되어 있고 광축을 물체측으로부터 상측으로 90도 회전시키는 전반사 프리즘을 구비하고 음의 굴절력을 갖고,
    상기 제2렌즈군은 음의 굴절력을 갖고,
    상기 제3렌즈군은 양의 굴절력을 갖고,
    상기 제4렌즈군은 양의 굴절력을 갖고,
    상기 제2렌즈군과 상기 제3렌즈군의 이동에 의하여 변배를 수행하는 동안 상기 제4렌즈군은 고정되고,
    상기 줌렌즈 광학계는 다음 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
    Figure 112007068878503-pat00033
    fG1:제1렌즈군(G1)의 초점거리
    fW:광각단의 초점거리
  2. 제1항에 있어서,
    변배에 따른 자동초점 조정(Auto-Focusing)은 상기 제4렌즈군을 이동하여 수행하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 제4렌즈군을 통과한 상측 최종단에 촬상소자를 더 구비하고, 변배에 따른 자동초점 조정(Auto-Focusing)은 상기 촬상소자를 이동하여 수행하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 줌렌즈 광학계에 있어서,
    물체측으로부터 상측(像側)으로 순서대로 배열된 제1렌즈군 내지 제4렌즈군을 구비하고,
    상기 제1렌즈군은 항상 고정되어 있고 광축을 물체측으로부터 상측으로 90도 회전시키는 전반사 프리즘을 구비하고 음의 굴절력을 갖고,
    상기 제2렌즈군은 음의 굴절력을 갖고,
    상기 제3렌즈군은 양의 굴절력을 갖고,
    상기 제4렌즈군은 양의 굴절력을 갖고,
    상기 제2렌즈군과 상기 제3렌즈군의 이동에 의하여 변배를 수행하는 동안 상기 제4렌즈군은 고정되고,
    상기 제1렌즈군(G1)은 물체측으로부터 상측(像側)으로 순서대로 배열된 제1렌즈(L1), 전반사 프리즘인 제2렌즈(L2), 제3렌즈(L3)를 구비하고,
    상기 줌렌즈 광학계는 다음 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
    Figure 112007068878503-pat00017
    Figure 112007068878503-pat00018
    fL1:제1렌즈(L1)의 초점거리
    fW:광각단의 초점거리
    fG1:제1렌즈군(G1)의 초점거리
    fL3:제3렌즈(L3)의 초점거리
  7. 삭제
  8. 줌렌즈 광학계에 있어서,
    물체측으로부터 상측(像側)으로 순서대로 배열된 제1렌즈군 내지 제4렌즈군을 구비하고,
    상기 제1렌즈군은 항상 고정되어 있고 광축을 물체측으로부터 상측으로 90도 회전시키는 전반사 프리즘을 구비하고 음의 굴절력을 갖고,
    상기 제2렌즈군은 음의 굴절력을 갖고,
    상기 제3렌즈군은 양의 굴절력을 갖고,
    상기 제4렌즈군은 양의 굴절력을 갖고,
    상기 제2렌즈군과 상기 제3렌즈군의 이동에 의하여 변배를 수행하는 동안 상기 제4렌즈군은 고정되고,
    제2렌즈군은 1매의 제4렌즈(L4)로 구성되고,
    상기 줌렌즈 광학계는 다음 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
    Figure 112007068878503-pat00019
    Figure 112007068878503-pat00020
    fG2:제2렌즈군(G2)의 초점거리
    fW:광각단의 초점거리
    R2L4:제4렌즈(L4)의 제2면 곡률반경
    R1L4:제4렌즈(L4)의 제1면 곡률반경
  9. 줌렌즈 광학계에 있어서,
    물체측으로부터 상측(像側)으로 순서대로 배열된 제1렌즈군 내지 제4렌즈군을 구비하고,
    상기 제1렌즈군은 항상 고정되어 있고 광축을 물체측으로부터 상측으로 90도 회전시키는 전반사 프리즘을 구비하고 음의 굴절력을 갖고,
    상기 제2렌즈군은 음의 굴절력을 갖고,
    상기 제3렌즈군은 양의 굴절력을 갖고,
    상기 제4렌즈군은 양의 굴절력을 갖고,
    상기 제2렌즈군과 상기 제3렌즈군의 이동에 의하여 변배를 수행하는 동안 상기 제4렌즈군은 고정되고,
    상기 줌렌즈 광학계는 다음 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
    Figure 112007068878503-pat00021
    MG3:제3렌즈군(G3)의 배율
    XG3:제3렌즈군(G3)의 변배시 이동량
  10. 줌렌즈 광학계에 있어서,
    물체측으로부터 상측(像側)으로 순서대로 배열된 제1렌즈군 내지 제4렌즈군을 구비하고,
    상기 제1렌즈군은 항상 고정되어 있고 광축을 물체측으로부터 상측으로 90도 회전시키는 전반사 프리즘을 구비하고 음의 굴절력을 갖고,
    상기 제2렌즈군은 음의 굴절력을 갖고,
    상기 제3렌즈군은 양의 굴절력을 갖고,
    상기 제4렌즈군은 양의 굴절력을 갖고,
    상기 제2렌즈군과 상기 제3렌즈군의 이동에 의하여 변배를 수행하는 동안 상기 제4렌즈군은 고정되고,
    상기 줌렌즈 광학계는 다음 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
    Figure 112007068878503-pat00022
    fT:망원단의 초점거리
    fW:광각단의 초점거리
    XG3:제3렌즈군(G3)의 변배시 이동량
  11. 제1항, 제2항, 제3항, 제6항, 제8항, 제9항 및 제10항 중 어느 한 항의 줌렌즈 광학계로서, 광축상의 상면에 촬상소자를 구비한 줌렌즈 광학계;
    상기 줌렌즈 광학계의 이동렌즈군의 구동부;
    상기 줌렌즈 광학계로부터 입력된 신호를 신호처리하여 디지털 이미지로 출력하는 영상 처리부;
    사용자에 의해 조작되어 촬영 지시 신호를 발생하는 조작부; 및
    상기 촬영 지시 신호에 따라 상기 구동부를 제어하여 변배 촬영을 수행하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 디지털 촬영기기.
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