KR100927347B1

KR100927347B1 - 줌렌즈 광학계

Info

Publication number: KR100927347B1
Application number: KR1020070115750A
Authority: KR
Inventors: 김용남; 김성우
Original assignee: 파워옵틱스 주식회사
Priority date: 2007-11-13
Filing date: 2007-11-13
Publication date: 2009-11-24
Also published as: KR20090049482A; US20100265363A1; WO2009064076A1

Abstract

본 발명은 핸드폰카메라 또는 디지털카메라에 사용되는 줌(변배)렌즈 광학계에 관한 것으로, 광축을 따라서 물체측으로부터 순서대로 음의 굴절력을 갖고, 광선을 반사시켜 광로를 직각으로 절곡하는 반사면을 가지는 프리즘을 포함하는 제1 렌즈군과, 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈군과, 양의 굴절력을 갖는 제3 렌즈군, 및 양의 굴절력을 갖는 제4 렌즈군으로 구성되고, 변배시 상기 제2 내지 제4 렌즈군 중에서 적어도 2 개 이상의 렌즈군을 이동시켜 변배를 행하는 줌렌즈 광학계에 관한 것이다.

줌렌즈 광학계, 핸드폰카메라, 디지털카메라, Zoom Lens, Imaging, Optical System, Imaging Lens.

Description

줌렌즈 광학계{Zoom Lens Optical System}

본 발명은 촬상 소자를 이용하는 카메라에 적합한 줌렌즈 광학계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크기를 소형화하면서도 고 변배율를 구현하고, 제수차를 양호하게 보정함은 물론이고, 양산성능을 높여 그 제조비용을 저감할 수 있는 줌렌즈 광학계에 관한 것이다.

일반적으로, CCD(Charge-coupled Device) 또는 COMS(Complementary Metal-oxide Semiconductor)의 촬상 소자를 사용하여 광을 결상시키는 렌즈 광학계는 유효구경이 크고 밝은(f 넘버가 낮은) 렌즈를 구성하여 촬영 렌즈로서 사용하고 있으며, 또한 렌즈와 촬상 소자 사이에는 광학적인 필터가 삽입된다.

이와 같은 이유로 인하여, 종래의 결상 광학계는 초점거리(Effective Focal Length)에 비해 긴 후초점거리(Back Focal Length)가 요구되고, 주변 상에서 입사되는 광속의 주광선(Chief Ray)이 촬상 소자에 입사되는 텔레센트릭(Telecentric) 광학계가 되어야 한다. 또한, 프리즘을 이용하여 광축을 절곡하는 구조로 되어 있어 광각단과 망원단에서 광학전장이 모두 같아야 한다.

이와 관련하여, 미국 공개특허공보 제20060215277 A1호(2006.09.28), 제20060268427 A1호(2006.11.30), 제20070139786A1호(2007.06.21), 제20070070513 A1호 (2007.03.29), 및 제20070109661 A1호(2007.05.17)에서는 4군 줌 방식의 줌렌즈 광학계가 개시된바 있다. 상기 인용한 선행기술에서 개시된 줌렌즈 광학계는 물체측으로부터 순서대로 양의 굴절력을 갖는 제1 렌즈군과, 양의 굴절력을 갖는 제2 렌즈군과, 위치가 고정되는 조리개(Stop Diaphragm, Stop)와, 음의 굴절력을 갖는 제3 렌즈군, 및 양의 굴절력을 갖는 제4 렌즈군으로 구성되어 있다. 이 줌렌즈 광학계는 제2 렌즈군과 제3 렌즈군 사이의 공기 간격(air space) 변화로 변배를 행하고, 상기 제4 렌즈군을 이용하여 AF(Automatic focusing)를 행한다.

상기한 줌렌즈 광학계는 광각단(Wide)과 망원단(Tele)에서의 f 넘버의 차이가 작고, 센서면에 입사하는 상면 높이에 따른 주광선의 입사각(Chief Ray Angle)의 차이가 작은 장점이 있는 반면에, 광학계의 길이가 길고 제조민감도가 높아지는 문제점이 있다.

또한, 미국 공개특허공보 제20070008626 A1호(2007.01.11)에서는 4군 줌 방식의 줌렌즈 광학계가 개시된바 있다. 상기 인용한 선행기술에서 개시된 줌렌즈 광학계는 물체측으로부터 순서대로 음의 굴절력을 갖는 제1 렌즈군과, 양의 굴절력을 갖는 제2 렌즈군과, 양의 굴절력을 갖는 제3 렌즈군, 및 양의 굴절력을 갖는 제4 렌즈군으로 구성되어 있다. 이 줌렌즈 광학계는 제2 렌즈군과 제4 렌즈군 각각을 가동시켜 변배를 행하고, 상기 제4 렌즈군을 가동시켜 AF를 행한다.

상기한 줌렌즈 광학계는 광학전장을 짧게 할 수는 있으나, 변배시 움직이는 제3 렌즈군의 제조민감도가 매우 커서 양산성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 미국 공개특허공보 제20070070513 A1호(2007.03.29)에서는 6군 방식의 줌렌즈 광학계가 개시된바 있다. 상기 인용한 선행기술에서 개시된 줌렌즈 광학계는 물체측으로부터 순서대로 양의 굴절력을 갖는 제1 군렌즈과, 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈군과, 양의 굴절력을 갖는 제3 렌즈군과, 양의 굴절력을 갖는 제4 렌즈군과, 음의 굴절력을 갖는 제5 렌즈군, 및 음의 굴절력을 갖는 제 6 렌즈군으로 구성되어 있다.

상기한 줌렌즈 광학계는 수차의 보정이 양호하고, f 넘버를 밝게 구현할 수 있는 장점이 있으나, 구성된 렌즈의 매수가 많아 높은 제조 단가와 긴 광학전장을 갖는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 크기를 소형화하면서도 고 변배율을 구현하고 제수차를 양호하게 보정할 수 있는 줌렌즈 광학계를 제공하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 안정적인 설계성능 및 양산성능을 만족하도록 하여 그 제조비용을 저감할 수 있는 줌렌즈 광학계를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 줌렌즈 광학계는 광축을 따라서 물체측으로부터 순서대로, 음의 굴절력을 갖는 제1 렌즈와 상기 제1 렌즈를 투과한 광선을 90° 반사시켜 광로를 절곡하는 프리즘을 포함하고, 음의 굴절력을 갖는 제1 렌즈군과; 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈군과; 양의 굴절력을 갖는 제3 렌즈군과; 양의 굴절력을 갖는 제4 렌즈군; 및 조리개;를 포함하는 것으로, 상기 제2 내지 제4 렌즈군 중에서 적어도 2 개의 렌즈군을 이동시켜 변배를 행하며, 하기 조건식 1과 조건식 2를 만족하는 것을 특징으로 한다.

<조건식 1>

<조건식 2>

여기서, M2는 제2 렌즈군의 배율이고, M3는 제3 렌즈군의 배율이고, M4는 제4 렌즈군의 배율이고, ST3는 제3 렌즈군의 이동거리이며, OL은 제1 렌즈군의 물체측 렌즈의 첫 번째 면에서 상면까지의 광축상 거리인 광학전장이다.

또한, 본 발명에 따른 줌렌즈 광학계는 상기 제4 렌즈군과 상면 사이의 간격은 중간단에 비해 광각단 및 망원단에서 더 큰 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 조리개는 상기 제3 렌즈군에 연동되어 이동하되, 바람직하게는 상기 제2 렌즈군과 제3 렌즈군 사이에 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 줌렌즈 광학계는 하기 조건식 3을 만족하는 것을 특징으로 한다.

<조건식 3>

여기서, FG1은 제1 렌즈군의 초점거리이고, FW는 광각단에서의 초점거리이다.

이에 더하여, 본 발명에 따른 줌렌즈 광학계는 하기 조건식 4를 만족하는 것을 특징으로 한다.

<조건식 4>

여기서, NdL1은 디선(d-line)에서 제1 렌즈의 굴절률이다.

또한, 본 발명에 따른 줌렌즈 광학계는 광각단에서 망원단으로 변배시 상기 제2 렌즈군과 상기 제3 렌즈군의 간격은 감소하고, 상기 제3 렌즈군과 제4 렌즈군의 간격은 증가하며, 상기 제4 렌즈군이 AF 기능을 하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 제1 렌즈는 양면이 오목한 형상인 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 줌렌즈 광학계는 비교적 간단한 구성으로 이너줌(Inner Zoom) 형태의 굴곡형 광학계를 소형화하면서도 고 변배율을 구현하고, 제수차를 보다 용이하게 보정하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 안정적인 설계성능 및 양산성능을 만족하는 동시에 그 제조비용을 낮추는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계의 광각단, 중간단, 및 망원단에서의 광학적 배치를 각각 보인 도면이고, 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계의 광각단, 중간단, 및 망원단에서의 광학적 배치를 각각 보인 도면이다.

도면에서는, 본 발명의 제1,2 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계를 구성하는 4 개의 렌즈군이 일직선 상에 도시되어 있으나, 이는 물체(OBJ)측으로부터 입사해온 광선이 프리즘에 의해 절곡되어 서로 직교하는 2 개의 광축상에 배치되어 있는 것으로 이해하여야 한다.

한편, 제2 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계에 있어 각 렌즈군의 변배동작과 각 렌즈군을 구성하는 렌즈의 매수는 실질상 제1 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계와 동일하지만, 후술되는 표 1 내지 표 8에 정리된 바와 같이 그에 따른 렌즈 데이터를 서로 다르게 한 것이다.

도 1a 내지 도 1c 및 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 제1,2 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계는 물체(OBJ)측으로부터 순서대로 음의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군(G1)과, 음의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군(G2)과, 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군(G3), 및 양의 굴절력을 가지는 제4 렌즈군(G4)을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 제1 내지 제4 렌즈군(G1 내지 G4)을 거쳐 물체(OBJ)의 이미지가 결상되는 상면(IMG)에는 CCD 또는 CMOS 등의 촬상 소자가 배치되며, 상기 제2 렌즈군(G2)과 상기 제3 렌즈군(G3) 사이에는 조리개(Stop)가 더 구비되어 있다. 이때, 상기 조리개는 상기 제3 렌즈군과 연동되어 이동이 가능하게 배치됨으로써 전체 렌즈의 사이즈를 소형화하는 데 기여한다.

상기 제2 내지 제4 렌즈군(G2 내지 G4) 중 적어도 2 개 이상의 렌즈군은 변배를 위해 광축상에서 이동하고, 상기 제4 렌즈군(G4) 또는 이미지센서의 상면(IMG)은 초점의 위치 이동을 보정하기 위해 이동한다. 이때, 상기 제4 렌즈군(G4)과 상면 사이의 간격은 중간단(Middle)에 비해 광각단(Wide) 및 망원단(Tele)에서 더 큼에 주목하여야 한다.

상기 제2 내지 제4 렌즈군(G2 내지 G4)의 배율은 하기 수학식 1의 조건을 만족함이 바람직하다.

<수학식 1>

여기서, M2는 제2 렌즈군(G2)의 배율, M3는 제3 렌즈군(G3)의 배율이고, M4는 제4 렌즈군(G4)의 배율이다.

상기 수학식 1은 제조민감도를 최소화하는 조건으로, 이에 표현된 값은 상기 제2 렌즈군(G2)이 광축을 벗어났을 때 결상된 이미지가 상면(IMG)에서 벗어나는 양을 의미한다.

상기 수학식 1에 표현된 값은 그 절대값이 작을 수록 제조민감도가 낮아지고 클수록 제조민감도가 커지는 것을 의미하며, 상한값을 초과하면 제조민감도는 낮아지지만 광학전장이 길어지고, 하한값을 초과하면 광학전장은 줄어들지만 제조민감도가 증가하게 된다.

이때, 상기 수학식 1에서의 상한값과 하한값의 부호는 결상되는 이미지가 틀어지는 방향을 나타내는 것으로, 음의 부호일 경우에는 상기 제2 렌즈군(G2)이 광축에서 벗어나는 반대방향으로 이미지가 상면(IMG)에 결상되는 것을 의미한다.

또한, 광각단(Wide)에서 망원단(Tele)으로 변배시 상기 제3 렌즈군(G3)의 이 동거리와 광학전장은 하기 수학식 2의 조건을 만족함이 바람직하다.

<수학식 2>

여기서, ST3는 제3 렌즈군(G3)의 이동거리이고, OL은 제1 렌즈군(G1)의 물체(OBJ)측 렌즈의 첫 번째 면에서 상면(IMG)까지의 거리인 광학전장이다.

상기 수학식 2는 상기 제3 렌즈군(G3)이 광각단(Wide)에서 망원단(Tele)으로 변배시 그 이동거리와 광학전장의 상관관계를 나타낸다.

상기 수학식 2에 표현된 값이 하한값을 초과하면 광학계 내에서 상기 제3 렌즈군(G3)의 이동거리가 짧아 광학전장을 줄이는 데 효율이 낮아지고, 상한값을 초과하면 상기 제3 렌즈군(G3)의 이동거리가 길어 기구적으로 각 렌즈군의 이동거리를 확보하기 어려워진다.

한편, 상기 수학식 2는 본 발명의 제1,2 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계가 광각단(Wide)에서 망원단(Tele)으로 변배시 상기 제4 렌즈군(G4)이 상면(IMG) 쪽으로 이동하다가 중간단(Middle)에서 망원단(Tele)으로 변배시 물체(OBJ)측으로 움직여 광학계 내부의 공간 활용도를 최대화함과 동시에 후초점거리(Back Focal Length)를 크게 확보 할 수 있는 조건이기도 하다.

또한, 본 발명의 제1,2 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계에 있어서, 상기 제1 렌즈군(G1)은 음의 굴절력을 갖는 제1 렌즈(L1)와 상기 제1 렌즈(L1)를 투과한 광선을 90° 반사시켜 광로를 절곡하는 프리즘(L2)을 포함하여 구성되며, 변배와 상 관 없이 항상 고정된 상태를 유지한다.

여기서, 상기 제1 렌즈(L1)는 적어도 한 면이 비구면인 플라스틱렌즈로 구성함이 바람직하며, 이는 광각단(Wide)과 망원단(Tele) 사이에서의 제수차를 양호하게 보정하고, f 넘버의 차이를 줄일 수 있게 한다.

이때, 상기 제1 렌즈군(G1)의 초점거리(FG1)와 상기 제1 렌즈(L1)의 굴절률(Index)은 하기 수학식 3 및 수학식 4의 조건을 만족할 때 최적화된다.

<수학식 3>

여기서, FG1은 제1 렌즈군(G1)의 초점거리이고, FW은 광각단(Wide)에서의 초점거리이다.

상기 제1 렌즈군(G1)의 초점거리가 하한값을 초과하면 프리즘(L2)으로 입사되는 빔경(높이)이 커짐에 따라 프리즘(L2)이 커지고, 상한값을 초과하면 광각단(Wide)과 망원단(Tele)에서의 입사동(Entrance Pupil; 물체측에서 보아 광선의 통과여부를 결정하는 개구)의 위치와 크기의 차이가 발생하여 광각단(Wide)과 망원단(Tele)에서의 f 넘버의 차이가 커진다.

<수학식 4>

여기서, NdL1은 디선(d-line)에서 제1 렌즈의 굴절률이다.

상기 제1 렌즈(L1)의 굴절률이 하한값을 초과하면 곡률과 아울러 상기 프리즘(L2)과의 간격이 커져 광학계의 전장 및 경통이 두꺼워 질 수 있고, 상한값을 초과하면 제수차의 보정이 양호한 동시에 광학계 전장을 줄일 수 있지만, 상기 제1 렌즈(L1)로서 글래스와 플라스틱 소재를 병행하여 선택하기 어려워 진다. 이는 플라스틱 소재의 경우 굴절률이 1.55 이상에서 분산치(Abbe's Number)까지 만족하는 소재를 구하기 어렵기 때문이다.

상기 제2 렌즈군(G2)은 색수차를 최대한 보정하기 위해 음의 굴절력을 갖는 제3 렌즈(L3)와 양의 굴절력을 갖는 제4 렌즈(L4)가 접합된 접합렌즈 구성되어 있으며, 광각단(Wide)에서 망원단(Tele)으로 변배시 물체(OBJ)측에서 상면(IMG) 쪽으로 움직이다가 중간단(Middle)을 지나면서 다시 상면(IMG) 쪽에서 물체(OBJ)측으로 움직이게 된다. 이때, 상기 제2 렌즈군(G2)은 상기 제3 렌즈군(G3)과의 거리를 일정하게 좁히면서 변배율을 늘리는 역할을 한다.

상기 제3 렌즈군(G3)은 적어도 한 면 이상이 비구면인 제5 렌즈(L5)와, 접합렌즈로 구성된 제6 렌즈(L6) 및 제7 렌즈(L7)로 구성되며 광각단(Wide)에서 망원단(Tele)으로 변배시 상면(IMG) 쪽에서 물체(OBJ)측으로 이동하게 된다.

상기 제4 렌즈군(G4)은 비구면의 플라스틱으로 된 제8 렌즈(L8) 1 매로 구성되어 망원단(Tele)의 중심대비 주변광량비를 조절함은 물론, 상면의 입사높이에 따른 입사각(Chief Ray Angle)을 조절하는 작용을 하며, 변배시에는 고정된 상태를 유지하다가 물체(OBJ)와의 거리가 변할 때 AF(Automatic Focusing) 기능을 수행하기 위해 이동한다.

광각단(Wide)에서의 광 경로는 상기 제4 렌즈군(G4)의 중심을 지나고, 망원단(Tele)에서의 광 경로는 상기 제4 렌즈군(G4)의 전면을 지나게 된다. 이때, 망원단(Tele)에서의 렌즈 유효구경을 적절하게 조정함으로써 광각단(Wide)의 중심대비 주변광량비를 조절할 수 있다.

이때, 상기 제4 렌즈군(G4)을 크게 할수록 주변광량비는 증가하지만 렌즈의 외경이 커지고, 작게 할수록 주변광량비가 낮아지는 단점이 있으므로, 사용목적에 따라서 그 유효구경이 적절하게 정해져야 한다.

상면(IMG)에 입사되는 광의 높이에 따른 입사각을 조절할 수 있는 렌즈는 상면과 가장 가까운 렌즈에서 최종적으로 최적화된다. 즉, 상기 제4 렌즈군(G4)이 상면과 가장 가까운 렌즈로 입사각을 미세하게 조절하는 기능을 가진다.

한편, 상기 제 4렌즈군(G4)과 상면 사이에는 렌즈를 장착하는 카메라의 구성에 따라서 여러 가지 광학부재가 배치되어 있을 수 있다. 도시한 구성 예에서는 적외선 차단 필터(Infrared Cutoff Filter, IRF)가 배치된 것으로 한다.

도 1a 내지 도 1c에 도시된 제1 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계를 구성하는 각 렌즈의 데이터를 표 1 내지 표 4에 나타내었다.

구체적으로는 표 1은 각 면의 곡율반경, 두께 또는 렌즈 사이의 거리, 및 소재의 Glass Code로 굴절률 및 분산치를, 표 2는 표 1에 있어서 비구면 1 내지 6의 비구면 계수를, 표 3은 표 1의 두께 또는 렌즈 사이의 거리의 항목 중 (*) 표시된 부분의 줌 위치별 거리를, 그리고 표 4는 줌 위치별 초점거리와 화각을 각각 나타내고 있다.

[표 1]

면 번호	곡율반경	두께 또는 렌즈 사이의 거리	Glass Code
1 (비구면 1)	-10.168	0.68	531130.557
2 (비구면 2)	22.760	0.92
3	∞	2.40	804000.466
4	∞	2.40	804000.466
5	∞	* 0.88
6	-10.200	0.45	717004.479
7	6.209	0.97	904000.313
8	-155.500	* 7.05
Stop	∞	0.00
10 (비구면 3)	3.625	1.13	586470.609
11 (비구면 4)	-8.104	0.10
12	4.250	1.02	729160.547
13	-16.080	0.54	904000.313
14	2.350	* 2.68
15 (비구면 5)	-7.836	1.71	531130.557
16 (비구면 6)	-3.398	* 1.97
17	∞	0.30	516798.642
18	∞	0.62
IMG	∞	0.00

[표 2]

	비구면 1	비구면 2	비구면 3	비구면 4	비구면 5	비구면 6
R	-1.01683E+01	2.27600E+01	3.62517E+00	-8.10418E+00	-7.83610E+00	-3.39759E+00
K	-3.99319E+01	4.40258E+01	-1.43365E-01	-1.79999E+00	9.67285E+00	3.96310E-01
A	2.60737E-03	6.89316E-03	-1.73656E-03	1.85773E-03	-1.12049E-03	4.14922E-03
B	5.53881E-05	-4.01370E-04	-3.12997E-04	-1.87075E-04	7.88345E-04	-2.49017E-04
C	-6.92593E-06	5.23301E-05	9.31882E-05	4.06636E-05	-2.52320E-04	2.47873E-04
D	1.59846E-07	-2.48030E-06	-1.01928E-05		7.51993E-06	-8.33247E-05
E			3.60830E-07		1.71372E-06	1.10890E-05
F					3.43336E-07	-4.33993E-07

[표 3]

면 번호	광각단 (Wide)	중간단 (Middle)	망원단 (Tele)
5	0.880	2.920	0.886
8	7.050	2.437	0.550
14	2.683	6.132	9.747
16	1.969	0.945	1.398

[표 4]

	광각단 (Wide)	중간단 (Middle)	망원단 (Tele)
EFL	3.90	6.58	11.11
1/2 FOV	31.28	19.27	11.48

도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계의 광각단에서의 구면수 차(a), 상면만곡(b), 및 왜곡(c)을 보인 수차도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계의 망원단에서의 구면수차(a), 비점수차(b), 및 왜곡(c)을 보인 수차도이다.

즉, 도 3 및 도 4의 (a)는 다양한 파장의 광에 대한 광학계의 자오선(종) 방향으로의 구면수차를 나타낸다. 즉 0.25상면, 0.50상면, 0.75상면, 1.00상면 각각에 대하여 파장이 435.84nm, 486.13nm, 546.07nm 587.56nm, 656.28nm인 광에 대한 수차를 나타낸 것이다. 도 3 및 도 4의 (b)는 상면 만곡(Astigmatic Field Curvature) 즉 자오상면 만곡(Tangential Field Curvature, T)과 구결상면 만곡(Sagittal Field Curvature, S)를 나타낸 것이다. 그리고, 도 3 및 도 4의 (c)는 퍼센트 왜곡(Percent Distortion)을 나타낸 것이다.

한편, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 제2 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계는 상기한 제1 실시 예에서와 각 렌즈군을 구성하는 렌즈 데이터가 구별되는 것으로, 이들에 대해 표 5 내지 표 8에 나타내었다.

구체적으로는 표 5은 각 면의 곡율반경, 두께 또는 렌즈 사이의 거리, 및 소재의 Glass Code로 굴절률 및 분산치를, 표 6는 표 5에 있어서 비구면 1 내지 6의 비구면 계수를, 표 7은 표 5의 두께 또는 렌즈 사이의 거리의 항목 중 (*)표시된 부분의 줌 위치별 거리를, 그리고 표 8는 줌 위치별 초점거리와 화각을 각각 나타내고 있다.

[표 5]

면 번호	곡율 반경	두께 또는 렌즈 사이의 거리	Glass Code
1 (비구면 1)	-8.796	0.84	531130.557
2 (비구면 2)	39.304	1.15
3	∞	2.40	755201.2758
4	∞	2.40	755201.2758
5	∞	* 0.85
6	-10.229	0.50	714390.4203
7	6.381	0.92	904000.313
8	-121.320	* 7.43
Stop	∞	0.00
10 (비구면 3)	3.466	1.23	587982.6212
11 (비구면 4)	-8.993	0.13
12	4.303	1.00	725822.4634
13	-12.709	0.50	904000.313
14	2.342	* 2.55
15 (비구면 5)	8.938	1.14	531130.557
16 (비구면 6)	-35.489	* 1.90
17	∞	0.30	516798.642
18	∞	0.71
IMG	∞	0.01

[표 6]

	비구면 1	비구면 2	비구면 3	비구면 4	비구면 5	비구면 6
R	-8.79577E+00	3.93041E+01	3.46591E+00	-8.99322E+00	8.93758E+00	-3.54887E+01
K	-2.68892E+01	1.28802E+02	-1.85368E-01	-1.31205E+00	6.99352E+00	-4.17625E+02
A	2.38622E-03	6.22807E-03	-2.14779E-03	1.72378E-03	1.09303E-02	1.93690E-02
B	3.31816E-05	-2.78372E-04	5.82384E-05	-5.03997E-05	-4.88971E-04	-1.30310E-03
C	-7.60084E-06	2.72639E-05	-5.86427E-05	8.92143E-06	-2.29976E-04	2.83854E-05
D	1.60783E-07	-1.77649E-06	1.58911E-05		1.47673E-05	-9.09483E-05
E			-1.54195E-06		1.45444E-06	1.33997E-05
F					-3.77337E-08	-2.28328E-07

[표 7]

면 번호	광각단 (Wide)	중간단 (Middle)	망원단 (Tele)
5	0.850	2.899	0.850
8	7.432	2.475	0.550
14	2.545	6.294	9.938
16	1.903	1.063	1.393

[표 8]

	광각단 (Wide)	중간단 (Middle)	망원단 (Tele)
EFL	3.77	6.33	10.69
1/2 FOV	31.96	20.37	12.40

도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계의 광각단에서의 구면수차(a), 상면만곡(b), 및 왜곡(c)을 보인 수차도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계의 망원단에서의 구면수차(a), 상면만곡(b), 및 왜곡(c)을 보인 수차도이다.

상기한 제1 및 제2 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계에 있어서, 각 렌즈군을 구성하는 렌즈의 비구면 1 내지 6의 비구면은 하기의 수학식 5의 비구면 수식을 만족한다.

<수학식 5>

여기서, z는 렌즈의 정점으로부터 광축방향으로의 거리, h는 광축에 수직방향으로의 거리, c는 렌즈의 정점에 있어서의 곡률반경(R)의 역수, K는 코닉(Conic) 상수이고, A, B, C, D, E, F는 비구면 계수이다.

또한, 상기한 제1 및 제2 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계에 있어서, 수학식 1 내지 4의 값들은 표 9에 나타낸 바와 같다.

	수학식 1	수학식 2	수학식 3	수학식 4
제1 실시 예	-0.496	0.251	3.355	1.531
제2 실시 예	-0.458	0.265	3.556	1.531

아울러, 상술한 제1,2 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계는 광선을 반사시켜 광로를 절곡하는 반사광학소자로서 프리즘(L2)을 이용하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 미러(Mirror)라도 좋다. 반사광학소자를 프리즘에(L2) 의해 구성함으로써 반사광학계 내를 통과하는 광속 직경이 작아지므로 프리즘(L2)을 소형화할 수 있고, 촬상 장치의 두께를 얇게 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계의 광학단, 중간단, 및 망원단의 광학적 구성을 각각 보인 배치도,

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계의 광학단, 중간단, 및 망원단에서의 광학적 구성을 각각 보인 배치도,

도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계의 광각단에서의 구면수차(a), 상면만곡(b), 및 왜곡(c)을 보인 수차도,

도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계의 망원단에서의 구면수차(a), 상면만곡(b), 및 왜곡(c)을 보인 수차도,

도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계의 광각단에서의 구면수차(a), 상면만곡(b), 및 왜곡(c)을 보인 수차도,

도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 줌렌즈 광학계의 망원단에서의 구면수차(a), 상면만곡(b), 및 왜곡(c)을 보인 수차도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

G1 : 제1 렌즈군 G2 : 제2 렌즈군

G3 : 제3 렌즈군 G4 : 제4 렌즈군

Stop : 조리개 L1 : 제1 렌즈

L2 : 프리즘 L3 내지 L8 : 제3 내지 제8 렌즈

IRF : 적외선 차단 필터 IMG : 상면

Wide : 광각단 Middle : 중간단

Tele : 망원단

Claims

광축을 따라서 물체측으로부터 순서대로,

음의 굴절력을 갖는 제1 렌즈와 상기 제1 렌즈를 투과한 광선을 90° 반사시켜 광로를 절곡하는 프리즘을 포함하고, 음의 굴절력을 갖는 제1 렌즈군과;

음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈군과;

양의 굴절력을 갖는 제3 렌즈군과;

양의 굴절력을 갖는 제4 렌즈군; 및

조리개;를 포함하는 것으로,

상기 제2 내지 제4 렌즈군 중에서 적어도 2 개의 렌즈군을 이동시켜 변배를 행하며,

하기 조건식 1과 조건식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.

<조건식 1>

<조건식 2>

여기서, M2는 제2 렌즈군의 배율이고, M3는 제3 렌즈군의 배율이고, M4는 제4 렌즈군의 배율이고, ST3는 제3 렌즈군의 이동거리이며, OL은 제1 렌즈군의 물 체측 렌즈의 첫 번째 면에서 상면까지의 광축상 거리인 광학전장이다.
제 1항에 있어서,

상기 제4 렌즈군과 상면 사이의 간격은 중간단에 비해 광각단 및 망원단에서 더 큰 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
제 2항에 있어서,

상기 조리개는 상기 제3 렌즈군에 연동되어 이동하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
제 3항에 있어서,

상기 조리개는 상기 제2 렌즈군과 제3 렌즈군 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
제 2항에 있어서,

하기 조건식 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.

<조건식 3>

여기서, FG1은 제1 렌즈군의 초점거리이고, FW는 광각단에서의 초점거리이다.
제 5항에 있어서,

하기 조건식 4를 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.

<조건식 4>

여기서, NdL1은 디선(d-line)에서 제1 렌즈의 굴절률이다.
5항에 있어서,

광각단에서 망원단으로 변배시 상기 제2 렌즈군과 상기 제3 렌즈군의 간격은 감소하고, 상기 제3 렌즈군과 제4 렌즈군의 간격은 증가하며, 상기 제4 렌즈군이 AF 기능을 하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
제 5항에 있어서,

상기 제1 렌즈는 양면이 오목한 형상인 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.