KR101375472B1

KR101375472B1 - 촬상 렌즈, 촬상 광학 장치 및 디지털 기기

Info

Publication number: KR101375472B1
Application number: KR1020127024780A
Authority: KR
Inventors: 히로아키 다나카; 게이지 마츠사카; 에이고 사노; 마이코 니시다
Original assignee: 코니카 미놀타 어드밴스드 레이어즈 인코포레이티드
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2014-03-18
Anticipated expiration: 2031-03-22
Also published as: US8885270B2; US20130016261A1; KR20120135273A; JP5397538B2; WO2011118555A1; CN102804021A; EP2555034A1; JPWO2011118555A1; CN102804021B

Abstract

본 발명의 촬상 렌즈는, 제1, 제3 렌즈군이 상면(像面)에 대하여 위치 고정된 상태에서, 제2 렌즈군을 광축 방향으로 포커스 이동시키는 단초점 렌즈이다. 제2 렌즈군은 플러스 렌즈를 포함하고, 제3 렌즈군이 광축과의 교점 이외의 위치에 변곡점을 갖는 비구면 형상의 렌즈를 포함하고, 제1, 제2 렌즈군 간격으로부터 형성되는 제1 공기 렌즈가 마이너스의 굴절력을 갖고, 제2, 제3 렌즈군 간격으로부터 형성되는 제2 공기 렌즈가 플러스의 굴절력을 갖고, 조건식: 0≤|Fi1/Fi2|-|Fm1/Fm2|≤10(Fi1: 무한원 물체 거리에 포커싱했을 때의 제1 공기 렌즈의 초점 거리, Fi2: 무한원 물체 거리에 포커싱했을 때의 제2 공기 렌즈의 초점 거리, Fm1: 최근접 물체 거리에 포커싱했을 때의 제1 공기 렌즈의 초점 거리, Fm2: 최근접 물체 거리에 포커싱했을 때의 제2 공기 렌즈의 초점 거리)을 만족한다.

Description

촬상 렌즈, 촬상 광학 장치 및 디지털 기기 {IMAGE PICKUP LENS, IMAGING OPTICAL APPARATUS, AND DIGITAL DEVICE}

본 발명은 촬상 렌즈, 촬상 광학 장치 및 디지털 기기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 피사체의 영상을 촬상 소자(예를 들어, CCD(Charge Coupled Device)형 이미지 센서, CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)형 이미지 센서 등의 고체 촬상 소자)로 저장하는 촬상 광학 장치와, 그것을 탑재한 화상 입력 기능을 구비한 디지털 기기와, 촬상 소자의 수광면 상에 피사체의 광학상을 형성하는 소형의 촬상 렌즈에 관한 것이다.

최근, 촬상 소자의 고성능화ㆍ소형화에 따라, 촬상 광학 장치를 구비한 휴대 전화, 휴대 정보 단말기 등의 화상 입력 기능을 구비한 디지털 기기가 보급되고 있다. 그리고, 촬상 광학 장치에 탑재되는 촬상 렌즈에는, 한층 더 소형화ㆍ고성능화에 대한 요구가 높아지고 있다. 이러한 용도의 촬상 렌즈로서는, 3매 구성 또는 4매 구성 이외에, 최근에는 5매 구성의 촬상 렌즈도 제안되어 있다.

상기와 같은 소형화를 목표로 하는 경우, 사출동 위치가 촬상 소자로 접근하기 때문에, 촬상 소자에 대한 상측 주변 광속의 입사각이 커져 버려, 쉐이딩에 의한 광량 저하를 일으켜 버린다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로서, 최근에는 광축과의 교점 이외에 변곡점을 갖는 비구면 형상의 렌즈를 사용하여, 상측 광속의 텔레센트릭성을 확보한 5매 구성의 촬상 렌즈가 특허문헌 1에 제안되어 있다. 또한, 4매 구성의 촬상 렌즈로서는, 예를 들어 특허문헌 2, 3에 기재된 것이 알려져 있다.

일본 특허 공개 제2007-264180호 공보 일본 특허 공개 제2007-108534호 공보 일본 특허 공개 제2008-76953호 공보

특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은 변곡점을 갖는 비구면 형상의 렌즈에서는, 광축 부근에서의 굴절력과 주변에서의 굴절력이 크게 상이하기 때문에, 상면(像面) 만곡으로의 영향이 커져 버린다. 이러한 비구면 형상을 갖는 렌즈를 포함하는 구성에서는, 유한 거리 물체를 촬영할 때, 종래의 전군 조출 구성으로도 화면 중심의 포커싱은 가능하지만, 변곡점을 갖는 비구면 형상의 렌즈로의 입사 광선이 변화되기 때문에, 주변의 상면이 흘러버린다(run away)는 문제가 있다.

특허문헌 2에 기재되어 있는 촬상 렌즈에서는, 그의 일부를 움직여서 유한 거리 물체에 포커싱을 행하는 구성으로 되어 있으며, 주로 제1 렌즈만을 조출함으로써 구동 장치의 소형화에 대응하고 있다. 특허문헌 3에 기재되어 있는 촬상 렌즈에서는, 4매 구성의 렌즈 중 제2 렌즈만을 조출하여 포커싱을 행하는 구성으로 되어 있다. 그러나, 특허문헌 2, 3에 기재되어 있는 광학계는, 모두 포커싱 방식을 변경한 장점 이상으로, 광학계의 부하가 증가했기 때문에 광학 성능이 저하되어 버리거나, 광학 전체 길이가 증가하여 버리거나, F값이 어두워지거나, 근접 거리가 종래 타입보다 멀어진다는 단점이 많은 구성이 되어 있다.

본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 그의 목적은 유한 거리 물체로의 포커싱을 행할 때의 상면 만곡 변동을 억제하면서, 소형이며 F2.4 정도의 충분한 밝기를 갖고, 여러 수차가 양호하게 보정된 촬상 렌즈, 그것을 구비한 촬상 광학 장치 및 디지털 기기를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 제1 발명의 촬상 렌즈는, 물체측으로부터 순서대로 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군으로 구성되고, 상기 제1 렌즈군과 상기 제3 렌즈군이 상면에 대하여 위치 고정된 상태에서, 상기 제2 렌즈군을 광축 방향으로 이동시킴으로써 포커싱을 행하는 단초점의 촬상 렌즈이며, 상기 제2 렌즈군이 적어도 1매의 플러스 렌즈를 포함하고, 상기 제3 렌즈군이 광축과의 교점 이외의 위치에 변곡점을 갖는 비구면 형상의 렌즈를 적어도 1매 포함하고, 상기 제1 렌즈군과 상기 제2 렌즈군의 간격으로부터 형성되는 공기 렌즈가 마이너스의 굴절력을 갖고, 상기 제2 렌즈군과 상기 제3 렌즈군의 간격으로부터 형성되는 공기 렌즈가 플러스의 굴절력을 갖고, 이하의 조건식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다.

<조건식 1>

0≤|Fi1/Fi2|-|Fm1/Fm2|≤10

(단, 상기 제1 렌즈군과 상기 제2 렌즈군의 간격으로부터 형성되는 공기 렌즈를 제1 공기 렌즈로 하고, 상기 제2 렌즈군과 상기 제3 렌즈군의 간격으로부터 형성되는 공기 렌즈를 제2 공기 렌즈로 하면,

Fi1: 무한원 물체 거리에 포커싱했을 때의 제1 공기 렌즈의 초점 거리,

Fi2: 무한원 물체 거리에 포커싱했을 때의 제2 공기 렌즈의 초점 거리,

Fm1: 최근접 물체 거리에 포커싱했을 때의 제1 공기 렌즈의 초점 거리,

Fm2: 최근접 물체 거리에 포커싱했을 때의 제2 공기 렌즈의 초점 거리

임)

제2 발명의 촬상 렌즈는, 상기 제1 발명에 있어서, 이하의 조건식 1a를 만족하는 것을 특징으로 한다.

<조건식 1a>

0≤|Fi1/Fi2|-|Fm1/Fm2|≤3

제3 발명의 촬상 렌즈는, 상기 제1 또는 제2 발명에 있어서, 이하의 조건식 2를 만족하는 것을 특징으로 한다.

<조건식 2>

0.1<fg2/f<2

(단,

fg2: 제2 렌즈군의 초점 거리,

f: 촬상 렌즈 전체 시스템의 초점 거리

임)

제4 발명의 촬상 렌즈는, 상기 제1 내지 제3 중 어느 하나의 발명에 있어서, 이하의 조건식 2a를 만족하는 것을 특징으로 한다.

<조건식 2a>

0.5<fg2/f<1.5

(단,

fg2: 제2 렌즈군의 초점 거리,

f: 촬상 렌즈 전체 시스템의 초점 거리

임)

제5 발명의 촬상 렌즈는, 상기 제1 내지 제4 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 제1 렌즈군 내에 개구 조리개가 위치하는 것을 특징으로 한다.

제6 발명의 촬상 렌즈는, 상기 제1 내지 제5 중 어느 하나의 발명에 있어서, 이하의 조건식 3을 만족하는 것을 특징으로 한다.

<조건식 3>

1.0<fg1/f<3.0

(단,

fg1: 제1 렌즈군의 초점 거리,

f: 촬상 렌즈 전체 시스템의 초점 거리

임)

제7 발명의 촬상 렌즈는, 상기 제1 내지 제6 중 어느 하나의 발명에 있어서, 이하의 조건식 3a를 만족하는 것을 특징으로 한다.

<조건식 3a>

1.3<fg1/f<2.0

(단,

fg1: 제1 렌즈군의 초점 거리,

f: 촬상 렌즈 전체 시스템의 초점 거리

임)

제8 발명의 촬상 렌즈는, 상기 제1 내지 제7 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 제1 렌즈군이 적어도 1매의 플러스 렌즈와 적어도 1매의 마이너스 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

제9 발명의 촬상 렌즈는, 상기 제1 내지 제8 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 제1 렌즈군이, 물체측으로부터 순서대로 플러스의 굴절력을 갖고 물체측에 볼록면을 향하게 한 제1 렌즈와, 마이너스의 굴절력을 갖고 상측에 오목면을 향하게 한 제2 렌즈로 이루어지고, 상기 제2 렌즈군이, 물체측으로부터 순서대로 물체측에 볼록면을 향하게 한 제3 렌즈와, 플러스의 굴절력을 갖고 상측에 볼록면을 향하게 한 제4 렌즈로 이루어지고, 상기 제3 렌즈군이, 마이너스의 굴절력을 갖고 상측에 오목면을 향하게 한 제5 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

제10 발명의 촬상 렌즈는, 상기 제1 내지 제9 중 어느 하나의 발명에 있어서, 이하의 조건식 4를 만족하는 것을 특징으로 한다.

<조건식 4>

0.1<f1/f<1.26

(단,

f1: 가장 물체측의 렌즈의 초점 거리,

f: 촬상 렌즈 전체 시스템의 초점 거리

임)

제11 발명의 촬상 렌즈는, 상기 제1 내지 제10 중 어느 하나의 발명에 있어서, 이하의 조건식 4a를 만족하는 것을 특징으로 한다.

<조건식 4a>

0.4<f1/f<1.1

(단,

f1: 가장 물체측의 렌즈의 초점 거리,

f: 촬상 렌즈 전체 시스템의 초점 거리

임)

제12 발명의 촬상 렌즈는, 상기 제1 내지 제11 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 제1 렌즈군이 플러스의 굴절력을 갖고, 상기 제2 렌즈군이 플러스의 굴절력을 갖고, 상기 제3 렌즈군이 마이너스의 굴절력을 갖는 것을 특징으로 한다.

제13 발명의 촬상 렌즈는, 상기 제1 내지 제12 중 어느 하나의 발명에 있어서, 렌즈가 모두 플라스틱 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

제14 발명의 촬상 광학 장치는, 상기 제1 내지 제13 중 어느 하나의 발명에 관한 촬상 렌즈와, 촬상면 상에 형성된 광학상을 전기적인 신호로 변환하는 촬상 소자를 구비하고, 상기 촬상 소자의 촬상면 상에 피사체의 광학상이 형성되도록 상기 촬상 렌즈가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

제15 발명의 디지털 기기는, 상기 제14 발명에 관한 촬상 광학 장치를 구비함으로써, 피사체의 정지 화상 촬영, 동화상 촬영 중 적어도 하나의 기능이 부가된 것을 특징으로 한다.

제16 발명의 디지털 기기는, 상기 제15의 발명에 있어서, 휴대 단말기인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 구성을 채용함으로써, 유한 거리 물체로의 포커싱을 행할 때의 상면 만곡 변동을 억제하면서, 소형이며 F2.4 정도의 충분한 밝기를 갖고, 여러 수차가 양호하게 보정된 촬상 렌즈와, 그것을 구비한 촬상 광학 장치를 실현할 수 있다. 그리고, 본 발명에 관한 촬상 광학 장치를 휴대 전화, 휴대 정보 단말기 등의 디지털 기기에 사용함으로써, 디지털 기기에 대하여 고성능의 화상 입력 기능을 콤팩트하게 부가하는 것이 가능해진다.

도 1은 제1 실시 형태(실시예 1)의 광학 구성도.
도 2는 제2 실시 형태(실시예 2)의 광학 구성도.
도 3은 제3 실시 형태(실시예 3)의 광학 구성도.
도 4는 제4 실시 형태(실시예 4)의 광학 구성도.
도 5는 제5 실시 형태(실시예 5)의 광학 구성도.
도 6은 제6 실시 형태(실시예 6)의 광학 구성도.
도 7은 제7 실시 형태(실시예 7)의 광학 구성도.
도 8은 제8 실시 형태(실시예 8)의 광학 구성도.
도 9는 실시예 1의 무한원 물체 거리 시의 수차도.
도 10은 실시예 2의 무한원 물체 거리 시의 수차도.
도 11은 실시예 3의 무한원 물체 거리 시의 수차도.
도 12는 실시예 4의 무한원 물체 거리 시의 수차도.
도 13은 실시예 5의 무한원 물체 거리 시의 수차도.
도 14는 실시예 6의 무한원 물체 거리 시의 수차도.
도 15는 실시예 7의 무한원 물체 거리 시의 수차도.
도 16은 실시예 8의 무한원 물체 거리 시의 수차도.
도 17은 실시예 1의 최근접 물체 거리 시의 수차도.
도 18은 실시예 2의 최근접 물체 거리 시의 수차도.
도 19는 실시예 3의 최근접 물체 거리 시의 수차도.
도 20은 실시예 4의 최근접 물체 거리 시의 수차도.
도 21은 실시예 5의 최근접 물체 거리 시의 수차도.
도 22는 실시예 6의 최근접 물체 거리 시의 수차도.
도 23은 실시예 7의 최근접 물체 거리 시의 수차도.
도 24는 실시예 8의 최근접 물체 거리 시의 수차도.
도 25는 촬상 광학 장치를 탑재한 디지털 기기의 개략 구성예를 도시하는 모식도.

이하, 본 발명에 관한 촬상 렌즈, 촬상 광학 장치, 디지털 기기 등을 설명한다. 본 발명에 관한 촬상 렌즈는, 물체측으로부터 순서대로 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군으로 구성되고, 상기 제1 렌즈군과 상기 제3 렌즈군이 상면에 대하여 위치 고정된 상태에서, 상기 제2 렌즈군을 광축 방향으로 이동시킴으로써 포커싱을 행하는 단초점의 촬상 렌즈이며, 상기 제2 렌즈군이 적어도 1매의 플러스 렌즈를 포함하고, 상기 제3 렌즈군이 광축과의 교점 이외의 위치에 변곡점을 갖는 비구면 형상의 렌즈를 적어도 1매 포함하고, 상기 제1 렌즈군과 상기 제2 렌즈군의 간격으로부터 형성되는 공기 렌즈가 마이너스의 굴절력을 갖고, 상기 제2 렌즈군과 상기 제3 렌즈군의 간격으로부터 형성되는 공기 렌즈가 플러스의 굴절력을 갖고 있다. 그리고, 이하의 조건식 1을 만족하는 것을 특징으로 하고 있다.

<조건식 1>

0≤|Fi1/Fi2|-|Fm1/Fm2|≤10

임)

유한 거리 물체로의 포커싱을 행할 때의 상면 만곡의 변동을 억제하면서, 소형이며 수차가 양호하게 보정된 촬상 렌즈를 얻기 위해, 본 발명의 기본 구성으로서 물체측으로부터 순서대로 촬상면에 대하여 고정된(즉, 상면에 대한 상대 위치가 고정된) 제1 렌즈군과, 광축 방향으로 포커스 이동이 가능한 제2 렌즈군과, 촬상면에 대하여 고정된(즉, 상면에 대한 상대 위치가 고정된) 제3 렌즈군으로 구성되고, 상기 제2 렌즈군을 광축 방향으로 이동시킴으로써 유한 거리 물체로의 포커싱을 가능하게 하는 포커스 방식을 채용하고 있다.

제2 렌즈군이 적어도 플러스 렌즈를 1매 포함함으로써, 상면 만곡을 양호하게 보정하는 것을 가능하게 하고 있다. 또한, 제3 렌즈군이 적어도 비구면 형상을 갖는 렌즈를 1매 포함함으로써, 화면 주변부에서의 여러 수차를 양호하게 보정하는 것을 가능하게 하고 있다. 또한, 광축과의 교점 이외의 위치에 변곡점을 갖는 비구면 형상으로 함으로써, 상측 광속의 텔레센트릭 특성이 확보되기 쉬워지도록 하고 있다. 여기서 「변곡점」이란, 유효 반경 내에서의 렌즈 단면 형상의 곡선에 있어서, 비구면 정점의 접평면이 광축과 수직인 평면이 되는 비구면 형상의 점이다. 상기와 같은 변곡점을 갖는 비구면 형상을 갖는 렌즈는, 광축 부근에서의 굴절력과 주변에서의 굴절력이 크게 상이하기 때문에, 상면 만곡으로의 영향이 크다. 본 발명의 구성에서는, 유한 거리 물체로의 포커싱을 행할 때에, 상기 비구면 형상을 갖는 렌즈보다 물체측에 배치된 제2 렌즈군을 광축 방향으로 이동시킴으로써, 상기 비구면 형상을 갖는 렌즈로의 입사광을 조정하고, 상면 만곡의 변동을 억제하는 것을 가능하게 하고 있다.

조건식 1은, 포커싱과 동시에 각 렌즈군의 간격으로 구성되는 공기 렌즈의 초점 거리를 변화시킴으로써, 비점 수차의 변동을 억제하면서 제2 렌즈군의 이동 거리를 적절하게 설정하고, 촬상 렌즈 전체 길이의 단축화를 달성하기 위한 조건을 규정하고 있다. 조건식 1의 상한을 하회함으로써, 무한원 물체에 포커싱한 경우와 비교하여 플러스의 제2 공기 렌즈에 대한 마이너스의 제1 공기 렌즈의 초점 거리가 지나치게 짧아지지 않고, 제2 렌즈군의 이동량을 억제할 수 있고, 촬상 렌즈 전체 길이의 단축화를 달성할 수 있다. 한편, 하한을 상회함으로써, 무한원 물체에 포커싱한 경우와 비교하여 플러스의 제2 공기 렌즈에 대한 마이너스의 제1 공기 렌즈의 초점 거리를 짧게 할 수 있고, 포커싱과 동시에 페츠발(Petzval) 합을 보정함으로써 비점 수차의 변동을 억제할 수 있다.

상기 특징적 구성에 따르면, 유한 거리 물체로의 포커싱을 행할 때의 상면 만곡 변동을 억제하면서, 소형이며 F2.4 정도의 충분한 밝기를 갖고, 여러 수차가 양호하게 보정된 촬상 렌즈 및 그것을 구비한 촬상 광학 장치를 실현하는 것이 가능하다. 그리고, 이 촬상 광학 장치를 휴대 전화, 휴대 정보 단말기 등의 디지털 기기에 사용하면, 디지털 기기에 대하여 고성능의 화상 입력 기능을 콤팩트하게 부가하는 것이 가능해지고, 그의 콤팩트화, 고성능화, 고기능화 등에 기여할 수 있다. 이러한 효과를 균형적으로 얻음과 함께, 더 높은 광학 성능, 소형화 등을 달성하기 위한 조건 등을 이하에 설명한다.

이하의 조건식 1a를 만족하는 것이 더욱 바람직하다.

<조건식 1a>

0≤|Fi1/Fi2|-|Fm1/Fm2|≤3

이 조건식 1a는, 상기 조건식 1이 규정하고 있는 조건 범위 중에서도 상기 관점 등에 기초한 더욱 바람직한 조건 범위를 규정하고 있다. 따라서, 바람직하게는 조건식 1a를 만족함으로써, 상기 효과를 한층 더 크게 할 수 있다.

이하의 조건식 2를 만족하는 것이 바람직하다.

<조건식 2>

0.1<fg2/f<2

(단,

fg2: 제2 렌즈군의 초점 거리,

f: 촬상 렌즈 전체 시스템의 초점 거리

임)

조건식 2는, 포커스군인 제2 렌즈군의 초점 거리를 적절하게 설정함에 있어서 바람직한 조건 범위를 규정하고 있다. 조건식 2의 상한을 하회함으로써, 제2 렌즈군의 굴절력을 적절하게 유지할 수 있고, 제2 렌즈군의 이동량을 작게 억제할 수 있고, 촬상 렌즈 전체 길이를 단축화할 수 있다. 한편, 조건식 2의 하한을 상회함으로써, 제2 렌즈군의 굴절력이 지나치게 강해지지 않고, 포커싱 시의 상면 만곡, 구면 수차의 변동을 작게 억제할 수 있다.

이하의 조건식 2a를 만족하는 것이 더욱 바람직하다.

<조건식 2a>

0.5<fg2/f<1.5

이 조건식 2a는, 상기 조건식 2가 규정하고 있는 조건 범위 중에서도 상기 관점 등에 기초한 더욱 바람직한 조건 범위를 규정하고 있다. 따라서, 바람직하게는 조건식 2a를 만족함으로써, 상기 효과를 한층 더 크게 할 수 있다.

상기 제1 렌즈군 내에 개구 조리개가 위치하는 것이 바람직하다. 개구 조리개를 제1 렌즈군 내에 설치함으로써, 상측 광속의 텔레센트릭성을 용이하게 확보하는 것이 가능해진다.

이하의 조건식 3을 만족하는 것이 바람직하다.

<조건식 3>

1.0<fg1/f<3.0

(단,

fg1: 제1 렌즈군의 초점 거리,

f: 촬상 렌즈 전체 시스템의 초점 거리

임)

조건식 3은, 제1 렌즈군의 초점 거리를 적절하게 설정함에 있어서 바람직한 조건 범위를 규정하고 있다. 조건식 3의 상한을 하회함으로써, 제1 렌즈군의 초점 거리를 적절하게 유지할 수 있기 때문에, 전체 시스템의 주점(主点) 위치를 보다 물체측에 배치할 수 있으며, 촬상 렌즈 전체 길이를 짧게 할 수 있다. 한편, 조건식 3의 하한을 상회함으로써, 제1 렌즈군의 초점 거리가 필요 이상으로 지나치게 작아지지 않고, 제1 렌즈군에서 발생하는 높은 차원의 구면 수차나 코마 수차를 작게 억제할 수 있고, 제1 렌즈군의 굴절력을 적절하게 억제함으로써, 제조 오차에 대한 상면 변동을 작게 할 수 있다.

이하의 조건식 3a를 만족하는 것이 더욱 바람직하다.

<조건식 3a>

1.3<fg1/f<2.0

이 조건식 3a는, 상기 조건식 3이 규정하고 있는 조건 범위 중에서도 상기 관점 등에 기초한 더욱 바람직한 조건 범위를 규정하고 있다. 따라서, 바람직하게는 조건식 3a를 만족함으로써, 상기 효과를 한층 더 크게 할 수 있다.

상기 제1 렌즈군이 적어도 1매의 플러스 렌즈와 적어도 1매의 마이너스 렌즈를 포함하는 것이 바람직하다. 제1 렌즈군이 적어도 1매의 플러스 렌즈와 적어도 1매의 마이너스 렌즈를 포함함으로써, 구면 수차와 축상 색수차의 보정을 효과적으로 행할 수 있다.

상기 제1 렌즈군이, 물체측으로부터 순서대로 플러스의 굴절력을 갖고 물체측에 볼록면을 향하게 한 제1 렌즈와, 마이너스의 굴절력을 갖고 상측에 오목면을 향하게 한 제2 렌즈로 이루어지고, 상기 제2 렌즈군이, 물체측으로부터 순서대로 물체측에 볼록면을 향하게 한 제3 렌즈와, 플러스의 굴절력을 갖고 상측에 볼록면을 향하게 한 제4 렌즈로 이루어지고, 상기 제3 렌즈군이, 마이너스의 굴절력을 갖고 상측에 오목면을 향하게 한 제5 렌즈로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 5매의 렌즈 구성에 의해, 소위 텔레포토 타입의 배율 배치(배율: 초점 거리의 역수로 정의되는 양)가 가능해지기 때문에, 촬상 렌즈 전체 길이의 소형화에 유리한 구성으로 할 수 있다.

이하의 조건식 4를 만족하는 것이 바람직하다.

<조건식 4>

0.1<f1/f<1.26

(단,

f1: 가장 물체측의 렌즈의 초점 거리,

f: 촬상 렌즈 전체 시스템의 초점 거리

임)

조건식 4는, 가장 물체측의 렌즈의 초점 거리를 적절하게 설정함에 있어서 바람직한 조건 범위를 규정하고 있다. 조건식 4의 상한을 하회함으로써, 가장 물체측의 렌즈의 초점 거리를 적절하게 유지할 수 있으며, 촬상 렌즈 전체 길이를 짧게 할 수 있다. 한편, 조건식 4의 하한을 상회함으로써, 가장 물체측의 초점 거리가 필요 이상으로 지나치게 작아지지 않고, 제1 렌즈군에서 발생하는 높은 차원의 구면 수차나 코마 수차를 작게 억제할 수 있다.

이하의 조건식 4a를 만족하는 것이 더욱 바람직하다.

<조건식 4a>

0.4<f1/f<1.1

이 조건식 4a는, 상기 조건식 4가 규정하고 있는 조건 범위 중에서도 상기 관점 등에 기초한 더욱 바람직한 조건 범위를 규정하고 있다. 따라서, 바람직하게는 조건식 4a를 만족함으로써, 상기 효과를 한층 더 크게 할 수 있다.

상기 제1 렌즈군이 플러스의 굴절력을 갖고, 상기 제2 렌즈군이 플러스의 굴절력을 갖고, 상기 제3 렌즈군이 마이너스의 굴절력을 갖는 것이 바람직하다. 이 렌즈 구성은, 제1 렌즈군과 제2 렌즈군으로 이루어지는 플러스 배율의 렌즈군과 마이너스 배율의 제3 렌즈군이며, 소위 텔레포토 타입이 되어 있기 때문에, 촬상 렌즈 전체 길이의 소형화에 유리한 구성이다.

렌즈는 모두 플라스틱 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 촬상 렌즈는 렌즈로서 플라스틱 렌즈만을 갖는 것이 바람직하다. 최근에는, 고체 촬상 소자를 포함하는 촬상 광학 장치 전체의 소형화를 목적으로 하고, 동일한 화소수의 고체 촬상 소자여도, 화소 피치가 작아, 결과적으로 촬상면 크기가 작은 것이 개발되어 있다. 이러한 촬상면 크기가 작은 고체 촬상 소자에 적합한 촬상 렌즈는, 전체 시스템의 초점 거리를 비교적으로 짧게 할 필요가 있기 때문에, 각 렌즈의 곡률 반경이나 외경이 상당히 작아져 버린다. 따라서, 번거로운 연마 가공에 의해 제조하는 유리 렌즈와 비교하면, 모든 렌즈를 사출 성형에 의해 제조되는 플라스틱 렌즈로 구성함으로써, 곡률 반경이나 외경이 작은 렌즈여도 저렴하게 대량 생산이 가능해진다. 또한, 플라스틱 렌즈는 프레스 온도를 낮게 할 수 있기 때문에, 성형 금형의 손모를 억제할 수 있고, 그 결과 성형 금형의 교환 횟수나 유지 보수 횟수를 감소시켜 비용 저감을 도모할 수 있다.

본 발명에 관한 촬상 렌즈는, 화상 입력 기능을 구비한 디지털 기기(예를 들어 휴대 단말기)용의 촬상 렌즈로서의 사용에 적합하고, 이것을 촬상 소자 등과 조합함으로써, 피사체의 영상을 광학적으로 저장하여 전기적인 신호로서 출력하는 촬상 광학 장치를 구성할 수 있다. 촬상 광학 장치는, 피사체의 정지 화상 촬영이나 동화상 촬영에 사용되는 카메라의 주된 구성 요소를 이루는 광학 장치이며, 예를 들어 물체(즉, 피사체)측으로부터 순서대로 물체의 광학상을 형성하는 촬상 렌즈와, 이 촬상 렌즈에 의해 형성된 광학상을 전기적인 신호로 변환하는 촬상 소자를 구비함으로써 구성된다. 그리고, 촬상 소자의 수광면(즉, 촬상면) 상에 피사체의 광학상이 형성되도록 상술한 특징적 구성을 갖는 촬상 렌즈가 배치됨으로써, 소형ㆍ저비용이며 높은 성능을 갖는 촬상 광학 장치나 그것을 구비한 디지털 기기(예를 들어 휴대 단말기)를 실현할 수 있다.

카메라의 예로서는, 디지털 카메라, 비디오 카메라, 감시 카메라, 차량 탑재 카메라, 텔레비전 전화용 카메라 등을 들 수 있고, 또한 퍼스널 컴퓨터, 디지털 기기(예를 들어, 휴대 전화, 모바일 컴퓨터 등의 소형이며 휴대 가능한 정보 기기 단말기), 이들의 주변 기기(스캐너, 프린터 등), 그 밖의 디지털 기기 등에 내장 또는 외장되는 카메라를 들 수 있다. 이들의 예로부터 알 수 있는 바와 같이, 촬상 광학 장치를 사용함으로써 카메라를 구성할 수 있을 뿐만 아니라, 각종 기기에 촬상 광학 장치를 탑재함으로써 카메라 기능을 부가하는 것이 가능하다. 예를 들어, 카메라를 구비한 휴대 전화 등의 화상 입력 기능을 구비한 디지털 기기를 구성하는 것이 가능하다.

도 25에, 화상 입력 기능을 구비한 디지털 기기의 일례로서, 디지털 기기(DU)의 개략 구성예를 모식적인 단면으로 도시한다. 도 25에 도시하는 디지털 기기(DU)에 탑재되어 있는 촬상 광학 장치(LU)는, 물체(즉 피사체)측으로부터 순서대로 물체의 광학상(상면)(IM)을 형성하는 촬상 렌즈(LN)(AX: 광축)와, 평행 평판(PT)(필요에 따라 배치되는 광학적 저역 통과 필터, 적외선(IR) 차단 필터 등의 광학 필터; 촬상 소자(SR)의 커버 유리 등에 상당함)과, 촬상 렌즈(LN)에 의해 수광면(촬상면)(SS) 상에 형성된 광학상(IM)을 전기적인 신호로 변환하는 촬상 소자(SR)를 구비하고 있다. 이 촬상 광학 장치(LU)로 화상 입력 기능을 구비한 디지털 기기(DU)를 구성하는 경우, 통상 그의 본체 내부에 촬상 광학 장치(LU)를 배치하게 되지만, 카메라 기능을 실현할 때에는 필요에 따른 형태를 채용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 유닛화한 촬상 광학 장치(LU)를 디지털 기기(DU)의 본체에 대하여 착탈 가능 또는 회동 가능하게 구성하는 것이 가능하다.

촬상 소자(SR)로서는, 예를 들어 복수의 화소를 갖는 CCD형 이미지 센서, CMOS형 이미지 센서 등의 고체 촬상 소자가 사용된다. 촬상 렌즈(LN)는, 촬상 소자(SR)의 광전 변환부인 수광면(SS) 상에 피사체의 광학상(IM)이 형성되도록 설치되어 있기 때문에, 촬상 렌즈(LN)에 의해 형성된 광학상(IM)은 촬상 소자(SR)에 의해 전기적인 신호로 변환된다.

디지털 기기(DU)는, 촬상 광학 장치(LU) 이외에 신호 처리부(1), 제어부(2), 메모리(3), 조작부(4), 표시부(5) 등을 구비하고 있다. 촬상 소자(SR)에서 생성된 신호는, 신호 처리부(1)에서 소정의 디지털 화상 처리나 화상 압축 처리 등이 필요에 따라 실시되고, 디지털 영상 신호로서 메모리(3)(반도체 메모리, 광 디스크 등)에 기록되거나, 경우에 따라서는 케이블을 통하거나 적외선 신호 등으로 변환되어 다른 기기로 전송된다(예를 들어 휴대 전화의 통신 기능). 제어부(2)는 마이크로 컴퓨터로 이루어져 있으며, 촬영 기능(정지 화상 촬영 기능, 동화상 촬영 기능 등), 화상 재생 기능 등의 기능의 제어; 포커싱을 위한 렌즈 이동 기구의 제어 등을 집중적으로 행한다. 예를 들어, 피사체의 정지 화상 촬영, 동화상 촬영 중 적어도 하나를 행하도록 제어부(2)에 의해 촬상 광학 장치(LU)에 대한 제어가 행해진다. 표시부(5)는 액정 모니터 등의 디스플레이를 포함하는 부분이며, 촬상 소자(SR)에 의해 변환된 화상 신호 혹은 메모리(3)에 기록되어 있는 화상 정보를 사용하여 화상 표시를 행한다. 조작부(4)는, 조작 버튼(예를 들어 릴리스 버튼), 조작 다이얼(예를 들어 촬영 모드 다이얼) 등의 조작 부재를 포함하는 부분이며, 조작자가 조작 입력한 정보를 제어부(2)에 전달한다.

신호 처리부(1)는, 촬상 광학 장치(LU)로부터 얻어지는 화상 데이터를 전기적으로 가공하는 화상 처리부(1a)를 갖고 있다. 화상 처리부(1a)를 가짐으로써, 광학적으로 전부 보정할 수 없는 수차나 주변 광량 저하를 경감하는 것이 가능해진다.

상기 화상 처리부(1a)에서 화상의 왜곡을 보정하는 것이 바람직하다. 화상의 왜곡을 보정함으로써, 특히 상면에 가까운 렌즈에 의한 수차 부담이 경감되기 때문에, 사출동 위치의 제어가 용이해지고, 렌즈 형상을 가공성이 양호한 형상으로 할 수도 있다.

상기 화상 처리부(1a)에서 초점 심도를 확대하는 것이 바람직하다. 초점 심도를 확대함으로써, 부품 편차를 허용할 수 있게 되기 때문에, 생산성을 높일 수 있다. 또한 구동 장치를 사용하는 경우에는, 구동 장치의 위치 오차나 편심 오차를 흡수할 수 있다.

촬상 렌즈(LN)는, 상술한 바와 같이 물체측으로부터 순서대로 제1 렌즈군(Gr1), 제2 렌즈군(Gr2) 및 제3 렌즈군(Gr3)으로 구성되고, 제1 렌즈군(Gr1)과 제3 렌즈군(Gr3)이 상면(IM)(바꾸어 말하면 촬상면(SS))에 대하여 위치 고정된 상태에서, 제2 렌즈군(Gr2)을 광축(AX) 방향으로 이동시킴으로써 포커싱을 행하는 단초점 렌즈의 구성으로 되어 있으며, 촬상 소자(SR)의 수광면(SS) 상에 광학상(IM)을 형성한다. 촬상 렌즈(LN)의 포커스는, 액추에이터를 사용하여 제2 렌즈군(Gr2)을 광축(AX) 방향으로 이동시킴으로써 행해지고, 이 구성에 의해 상술한 상면 만곡 변동의 억제, 콤팩트화, 먼지 침입 방지 등의 효과가 얻어진다.

촬상 렌즈(LN)에서 형성되어야 할 광학상(IM)은, 예를 들어 촬상 소자(SR)의 화소 피치에 의해 결정되는 소정의 차단 주파수 특성을 갖는 광학적 저역 통과 필터(도 25 중의 평행 평판(PT)에 상당함)를 통과함으로써, 전기적인 신호로 변환될 때에 발생하는 소위 에일리어싱 노이즈가 최소화되도록 공간 주파수 특성이 조정된다. 이에 의해, 색 무아레의 발생을 억제할 수 있다. 단, 해상 한계 주파수 주변의 성능을 억제하면, 광학적 저역 통과 필터를 사용하지 않아도 노이즈의 발생을 염려할 필요가 없고, 또한 노이즈가 그다지 눈에 띄지 않는 표시계(예를 들어, 휴대 전화의 액정 화면 등)를 사용하여 유저가 촬영이나 감상을 행하는 경우에는, 광학적 저역 통과 필터를 사용할 필요는 없다.

이어서, 제1 내지 제8 실시 형태를 들어, 촬상 렌즈(LN)의 구체적인 광학 구성을 더욱 상세하게 설명한다. 도 1 내지 도 8에, 무한원 합초 상태(infinity-focused condition)에 있는 촬상 렌즈(LN)(단초점 렌즈)의 제1 내지 제8 실시 형태를 광학 단면으로 각각 나타낸다. 또한, 무한원으로부터 최근접 거리로의 포커싱에 있어서의 포커스군의 이동을, 도 1 내지 도 8 중의 화살표(mF)로 나타낸다.

제1 실시 형태의 촬상 렌즈(LN)(도 1)는, 물체측으로부터 순서대로 플러스의 제1 렌즈(L1)와, 개구 조리개(ST)와, 마이너스의 제2 렌즈(L2)와, 플러스의 제3 렌즈(L3)와, 플러스의 제4 렌즈(L4)와, 마이너스의 제5 렌즈(L5)로 구성되어 있고, 플러스의 제1 렌즈군(Gr1)이 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)로 구성되어 있고, 플러스의 제2 렌즈군(Gr2)이 제3 렌즈(L3)와 제4 렌즈(L4)로 구성되어 있고, 마이너스의 제3 렌즈군(Gr3)이 제5 렌즈(L5)로 구성되어 있다. 촬상 렌즈(LN)의 상측에 배치되어 있는 평행 평판(PT)은, 광학적 저역 통과 필터, IR 차단 필터, 고체 촬상 소자의 시일 유리 등을 상정한 것이다. 촬상 렌즈(LN)를 구성하고 있는 모든 렌즈면은 비구면이며, 모든 렌즈는 플라스틱 재료를 광학 재료로서 상정하고 있다. 또한, 오토 포커스나 매크로 전환 기능 등에서의 초점 위치 정렬을, 제3, 제4 렌즈(L3, L4)(제2 렌즈군(Gr2))를 이동시켜서 행하는 이너 포커스를 상정하고 있다.

제2 실시 형태의 촬상 렌즈(LN)(도 2)는, 물체측으로부터 순서대로 플러스의 제1 렌즈(L1)와, 개구 조리개(ST)와, 마이너스의 제2 렌즈(L2)와, 플러스의 제3 렌즈(L3)와, 플러스의 제4 렌즈(L4)와, 마이너스의 제5 렌즈(L5)로 구성되어 있고, 플러스의 제1 렌즈군(Gr1)이 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)로 구성되어 있고, 플러스의 제2 렌즈군(Gr2)이 제3 렌즈(L3)와 제4 렌즈(L4)로 구성되어 있고, 마이너스의 제3 렌즈군(Gr3)이 제5 렌즈(L5)로 구성되어 있다. 촬상 렌즈(LN)의 상측에 배치되어 있는 평행 평판(PT)은, 광학적 저역 통과 필터, IR 차단 필터, 고체 촬상 소자의 시일 유리 등을 상정한 것이다. 촬상 렌즈(LN)를 구성하고 있는 모든 렌즈면은 비구면이며, 모든 렌즈는 플라스틱 재료를 광학 재료로서 상정하고 있다. 또한, 오토 포커스나 매크로 전환 기능 등에서의 초점 위치 정렬을, 제3, 제4 렌즈(L3, L4)(제2 렌즈군(Gr2))를 이동시켜서 행하는 이너 포커스를 상정하고 있다.

제3 실시 형태의 촬상 렌즈(LN)(도 3)는, 물체측으로부터 순서대로 플러스의 제1 렌즈(L1)와, 개구 조리개(ST)와, 마이너스의 제2 렌즈(L2)와, 플러스의 제3 렌즈(L3)와, 플러스의 제4 렌즈(L4)와, 마이너스의 제5 렌즈(L5)로 구성되어 있고, 플러스의 제1 렌즈군(Gr1)이 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)로 구성되어 있고, 플러스의 제2 렌즈군(Gr2)이 제3 렌즈(L3)와 제4 렌즈(L4)로 구성되어 있고, 마이너스의 제3 렌즈군(Gr3)이 제5 렌즈(L5)로 구성되어 있다. 촬상 렌즈(LN)의 상측에 배치되어 있는 평행 평판(PT)은, 광학적 저역 통과 필터, IR 차단 필터, 고체 촬상 소자의 시일 유리 등을 상정한 것이다. 촬상 렌즈(LN)를 구성하고 있는 모든 렌즈면은 비구면이며, 모든 렌즈는 플라스틱 재료를 광학 재료로서 상정하고 있다. 또한, 오토 포커스나 매크로 전환 기능 등에서의 초점 위치 정렬을, 제3, 제4 렌즈(L3, L4)(제2 렌즈군(Gr2))를 이동시켜서 행하는 이너 포커스를 상정하고 있다.

제4 실시 형태의 촬상 렌즈(LN)(도 4)는, 물체측으로부터 순서대로 플러스의 제1 렌즈(L1)와, 개구 조리개(ST)와, 마이너스의 제2 렌즈(L2)와, 마이너스의 제3 렌즈(L3)와, 플러스의 제4 렌즈(L4)와, 마이너스의 제5 렌즈(L5)로 구성되어 있고, 플러스의 제1 렌즈군(Gr1)이 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)로 구성되어 있고, 플러스의 제2 렌즈군(Gr2)이 제3 렌즈(L3)와 제4 렌즈(L4)로 구성되어 있고, 마이너스의 제3 렌즈군(Gr3)이 제5 렌즈(L5)로 구성되어 있다. 촬상 렌즈(LN)의 상측에 배치되어 있는 평행 평판(PT)은, 광학적 저역 통과 필터, IR 차단 필터, 고체 촬상 소자의 시일 유리 등을 상정한 것이다. 촬상 렌즈(LN)를 구성하고 있는 모든 렌즈면은 비구면이며, 모든 렌즈는 플라스틱 재료를 광학 재료로서 상정하고 있다. 또한, 오토 포커스나 매크로 전환 기능 등에서의 초점 위치 정렬을, 제3, 제4 렌즈(L3, L4)(제2 렌즈군(Gr2))를 이동시켜서 행하는 이너 포커스를 상정하고 있다.

제5 실시 형태의 촬상 렌즈(LN)(도 5)는, 물체측으로부터 순서대로 플러스의 제1 렌즈(L1)와, 개구 조리개(ST)와, 마이너스의 제2 렌즈(L2)와, 마이너스의 제3 렌즈(L3)와, 플러스의 제4 렌즈(L4)와, 마이너스의 제5 렌즈(L5)로 구성되어 있고, 플러스의 제1 렌즈군(Gr1)이 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)로 구성되어 있고, 플러스의 제2 렌즈군(Gr2)이 제3 렌즈(L3)와 제4 렌즈(L4)로 구성되어 있고, 마이너스의 제3 렌즈군(Gr3)이 제5 렌즈(L5)로 구성되어 있다. 촬상 렌즈(LN)의 상측에 배치되어 있는 평행 평판(PT)은, 광학적 저역 통과 필터, IR 차단 필터, 고체 촬상 소자의 시일 유리 등을 상정한 것이다. 촬상 렌즈(LN)를 구성하고 있는 모든 렌즈면은 비구면이며, 모든 렌즈는 플라스틱 재료를 광학 재료로서 상정하고 있다. 또한, 오토 포커스나 매크로 전환 기능 등에서의 초점 위치 정렬을, 제3, 제4 렌즈(L3, L4)(제2 렌즈군(Gr2))를 이동시켜서 행하는 이너 포커스를 상정하고 있다.

제6 실시 형태의 촬상 렌즈(LN)(도 6)는, 물체측으로부터 순서대로 개구 조리개(ST)와, 플러스의 제1 렌즈(L1)와, 마이너스의 제2 렌즈(L2)와, 플러스의 제3 렌즈(L3)와, 마이너스의 제4 렌즈(L4)로 구성되어 있고, 플러스의 제1 렌즈군(Gr1)이 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)로 구성되어 있고, 플러스의 제2 렌즈군(Gr2)이 제3 렌즈(L3)로 구성되어 있고, 마이너스의 제3 렌즈군(Gr3)이 제4 렌즈(L4)로 구성되어 있다. 촬상 렌즈(LN)의 상측에 배치되어 있는 평행 평판(PT)은, 광학적 저역 통과 필터, IR 차단 필터, 고체 촬상 소자의 시일 유리 등을 상정한 것이다. 촬상 렌즈(LN)를 구성하고 있는 모든 렌즈면은 비구면이며, 모든 렌즈는 플라스틱 재료를 광학 재료로서 상정하고 있다. 또한, 오토 포커스나 매크로 전환 기능 등에서의 초점 위치 정렬을, 제3 렌즈(L3)(제2 렌즈군(Gr2))를 이동시켜서 행하는 이너 포커스를 상정하고 있다.

제7 실시 형태의 촬상 렌즈(LN)(도 7)는, 물체측으로부터 순서대로 개구 조리개(ST)와, 플러스의 제1 렌즈(L1)와, 마이너스의 제2 렌즈(L2)와, 플러스의 제3 렌즈(L3)와, 마이너스의 제4 렌즈(L4)로 구성되어 있고, 플러스의 제1 렌즈군(Gr1)이 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)로 구성되어 있고, 플러스의 제2 렌즈군(Gr2)이 제3 렌즈(L3)로 구성되어 있고, 마이너스의 제3 렌즈군(Gr3)이 제4 렌즈(L4)로 구성되어 있다. 촬상 렌즈(LN)의 상측에 배치되어 있는 평행 평판(PT)은, 광학적 저역 통과 필터, IR 차단 필터, 고체 촬상 소자의 시일 유리 등을 상정한 것이다. 촬상 렌즈(LN)를 구성하고 있는 모든 렌즈면은 비구면이며, 모든 렌즈는 플라스틱 재료를 광학 재료로서 상정하고 있다. 또한, 오토 포커스나 매크로 전환 기능 등에서의 초점 위치 정렬을, 제3 렌즈(L3)(제2 렌즈군(Gr2))를 이동시켜서 행하는 이너 포커스를 상정하고 있다.

제8 실시 형태의 촬상 렌즈(LN)(도 8)는, 물체측으로부터 순서대로 플러스의 제1 렌즈(L1)와, 개구 조리개(ST)와, 마이너스의 제2 렌즈(L2)와, 플러스의 제3 렌즈(L3)와, 플러스의 제4 렌즈(L4)와, 마이너스의 제5 렌즈(L5)로 구성되어 있고, 플러스의 제1 렌즈군(Gr1)이 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)로 구성되어 있고, 플러스의 제2 렌즈군(Gr2)이 제3 렌즈(L3)와 제4 렌즈(L4)로 구성되어 있고, 마이너스의 제3 렌즈군(Gr3)이 제5 렌즈(L5)로 구성되어 있다. 촬상 렌즈(LN)의 상측에 배치되어 있는 평행 평판(PT)은, 광학적 저역 통과 필터, IR 차단 필터, 고체 촬상 소자의 시일 유리 등을 상정한 것이다. 촬상 렌즈(LN)를 구성하고 있는 모든 렌즈면은 비구면이며, 모든 렌즈는 플라스틱 재료를 광학 재료로서 상정하고 있다. 또한, 오토 포커스나 매크로 전환 기능 등에서의 초점 위치 정렬을, 제3, 제4 렌즈(L3, L4)(제2 렌즈군(Gr2))를 이동시켜서 행하는 이너 포커스를 상정하고 있다.

그런데, 플라스틱 재료는 온도 변화 시의 굴절률 변화가 크기 때문에, 모든 렌즈를 플라스틱 렌즈로 구성하면, 주위 온도가 변화되었을 때에 촬상 렌즈 전체 시스템의 상점 위치가 변동되어 버린다는 문제를 갖게 된다. 그러나, 최근에는 플라스틱 재료 중에 무기 미립자를 혼합시키면, 플라스틱 재료가 받는 온도 변화의 영향을 작게 할 수 있다는 것을 알 수 있다. 상세하게 설명하면 일반적으로 투명한 플라스틱 재료에 미립자를 혼합시키면, 광의 산란이 발생하여 투과율이 저하되기 때문에, 광학 재료로서 사용하는 것은 곤란했지만, 미립자의 크기를 투과 광속의 파장보다 작게 하면, 산란이 실질적으로 발생하지 않도록 할 수 있는 것이다.

또한, 플라스틱 재료는 온도가 상승함으로써 굴절률이 저하되어 버리지만, 무기 입자는 온도가 상승하면 굴절률이 상승한다. 따라서, 이들의 온도 의존성을 이용하여 서로 상쇄하도록 작용시킴으로써, 굴절률 변화가 거의 발생하지 않도록 할 수 있다. 구체적으로는, 모재가 되는 플라스틱 재료에 최대 길이가 20nm 이하인 무기 입자를 분산시킴으로써, 굴절률의 온도 의존성이 극히 낮은 플라스틱 재료로 할 수 있다. 예를 들어, 아크릴 수지에 산화니오븀(Nb₂O₅)의 미립자를 분산시킴으로써, 온도 변화에 의한 굴절률 변화를 작게 할 수 있다.

본 발명에 관한 촬상 렌즈(LN)에서는, 비교적 굴절력이 큰 플러스 렌즈(예를 들어 제1 렌즈(L1)) 또는 모든 렌즈에 이러한 무기 입자를 분산시킨 플라스틱 재료를 사용함으로써, 촬상 렌즈(LN) 전체 시스템의 온도 변화 시의 상점 위치 변동을 작게 억제하는 것이 가능해진다.

상술한 각 실시 형태나 후술하는 각 실시예에서는, 고체 촬상 소자의 촬상면에 입사하는 광속의 주광선 입사각이 촬상면 주변부에 있어서 반드시 충분히 작은 설계는 되어 있지 않다. 그러나, 최근의 기술에서는, 고체 촬상 소자의 색 필터나 온 칩 마이크로 렌즈 어레이의 배열의 재검토에 의해, 쉐이딩을 경감할 수 있도록 되어 오고 있다. 구체적으로는, 촬상 소자의 촬상면의 화소 피치에 대하여, 색 필터나 온 칩 마이크로 렌즈 어레이의 배열의 피치를 조금 작게 설정하면, 촬상면의 주변부로 갈수록 각 화소에 대하여 색 필터나 온 칩 마이크로 렌즈 어레이가 촬상 렌즈 광축측으로 시프트하기 때문에, 사입사(obliquely incident)의 광속을 효율적으로 각 화소의 수광부로 유도할 수 있다. 이에 의해 고체 촬상 소자에서 발생하는 쉐이딩을 작게 억제할 수 있다. 후술하는 각 실시예에서는, 상기 요구가 완화된 부분에 대하여 보다 소형화를 목표로 한 설계예가 되어 있다.

[실시예]

이하, 본 발명을 실시한 촬상 렌즈의 구성 등을 실시예의 구성 데이터 등을 들어 더욱 구체적으로 설명한다. 여기서 드는 실시예 1 내지 8(EX1 내지 8)은, 상술한 제1 내지 제8 실시 형태에 각각 대응하는 수치 실시예이며, 제1 내지 제8 실시 형태를 나타내는 광학 구성도(도 1 내지 도 8)는 대응하는 실시예 1 내지 8의 렌즈 구성을 각각 나타내고 있다.

각 실시예의 구성 데이터에서는, 면 데이터로서 좌측의 란으로부터 순서대로 면 번호, 곡률 반경 r(mm), 축 상면 간격 d(mm), 포커스 시의 가변 간격에 대해서는 최근접 물체 거리 시(물체 거리: 10cm)의 축 상면 간격 dm(mm), d선(파장: 587.56nm)에 관한 굴절률 nd, d선에 관한 아베수 vd, 유효 반경(mm)을 나타낸다. 면 번호에 *이 붙여진 면은 비구면이며, 그의 면 형상은 면 정점을 원점으로 하는 로컬인 직교 좌표계(X, Y, Z)를 사용한 이하의 수학식 AS로 정의된다. 비구면 데이터로서, 비구면 계수 등을 나타낸다. 또한, 각 실시예의 비구면 데이터에 있어서 표기가 없는 항의 계수는 0이며, 모든 데이터에 대하여 E-n=×10^-n이다.

<수학식 AS>

(단,

h: X축(광축 AX)에 대하여 수직인 방향의 높이(h²=Y²+Z²),

X: 높이 h의 위치에서의 광축(AX) 방향의 새그량(면 정점 기준),

R: 기준 곡률 반경(곡률 반경 r에 상당함),

K: 원추 상수,

Ai: i차의 비구면 계수

임)

각종 데이터로서 전체 시스템의 초점 거리(f, mm), F 넘버(Fno.), 반화각(ω°), 촬상 소자(SR)의 촬상면(SS)의 대각선 길이(2Y', mm; Y': 최대 상 높이), 백 포커스(fB, mm), 입사동 위치(ENTP, 제1면으로부터 입사동 위치까지의 거리, mm), 사출동 위치(EXTP, 촬상면(SS)으로부터 사출동 위치까지의 거리, mm), 전방측 주점 위치(H1, 제1면으로부터 전방측 주점 위치까지의 거리, mm), 후방측 주점 위치(H2, 최종면으로부터 후방측 주점 위치까지의 거리, mm)를 나타낸다. 전체 시스템의 초점 거리 및 F 넘버에 대해서는, 무한원 물체 거리 시(물체 거리: ∞)와 최근접 물체 거리 시(물체 거리: 10cm)의 양쪽의 포커스 상태에서의 값을 나타내고 있다. 백 포커스 fB는, 평행 평판(PT)의 상 측면으로부터 상면(IM)까지의 거리를 나타내는 것으로 한다. 또한, 단체 렌즈 데이터 및 렌즈군 데이터로서 각 렌즈와 각 렌즈군의 초점 거리를 나타낸다. 또한, 각 조건식에 대응하는 실시예의 값 등을 표 1에 나타낸다.

도 9 내지 도 16은 실시예 1 내지 8(EX1 내지 8)의 무한원 물체 거리 시(물체 거리: ∞)의 수차도이며, 도 17 내지 도 24는 실시예 1 내지 8(EX1 내지 8)의 최근접 물체 거리(물체 거리: 10cm)의 수차도이다. 도 9 내지 도 24 각각에 있어서, (A)는 구면 수차도, (B)는 비점 수차도, (C)는 왜곡 수차도이다. 구면 수차도는, 실선으로 나타내는 d선(파장 587.56nm)에 대한 구면 수차량, 파선으로 나타내는 g선(파장 435.84nm)에 대한 구면 수차량을, 각각 근축 상면으로부터의 광축(AX) 방향의 어긋남량(단위: mm)으로 나타내고 있으며, 종축은 퓨필(pupil)로의 입사 높이를 그 최대 높이로 규격화한 값(즉, 상대 퓨필 높이)을 나타내고 있다. 비점 수차도에 있어서, 파선 또는 이점쇄선 T는 d선에 대한 접선 상면, 실선 S는 d선에 대한 시상 상면을 근축 상면으로부터의 광축(AX) 방향의 어긋남량(단위: mm)으로 나타내고 있으며, 종축은 상 높이(IMG HT, 단위: mm)를 나타내고 있다. 왜곡 수차도에 있어서, 횡축은 d선에 대한 왜곡(단위: ％)을 나타내고 있으며, 종축은 상 높이(IMG HT, 단위: mm)를 나타내고 있다. 또한, 상 높이 IMG HT의 최댓값은, 상면(IM)에 있어서의 최대 상 높이 Y'(촬상 소자(SR)의 수광면(SS)의 대각 길이의 절반)에 상당한다.

실시예 1의 촬상 렌즈(LN)(도 1)는, 물체측으로부터 순서대로 플러스의 제1 렌즈(L1)와, 개구 조리개(ST)와, 마이너스의 제2 렌즈(L2)와, 플러스의 제3 렌즈(L3)와, 플러스의 제4 렌즈(L4)와, 마이너스의 제5 렌즈(L5)로 구성되어 있고, 렌즈면은 모두 비구면이다. 근축의 면 형상으로 각 렌즈를 본 경우, 제1 렌즈(L1)는 양쪽 볼록한 플러스 렌즈이고, 제2 렌즈(L2)는 상측으로 오목한 마이너스 메니스커스 렌즈이고, 제3 렌즈(L3)는 물체측으로 볼록한 플러스 메니스커스 렌즈이고, 제4 렌즈(L4)는 상측으로 볼록한 마이너스 메니스커스 렌즈이고, 제5 렌즈(L5)는 상측으로 오목한 마이너스 메니스커스 렌즈이다.

실시예 2의 촬상 렌즈(LN)(도 2)는, 물체측으로부터 순서대로 플러스의 제1 렌즈(L1)와, 개구 조리개(ST)와, 마이너스의 제2 렌즈(L2)와, 플러스의 제3 렌즈(L3)와, 플러스의 제4 렌즈(L4)와, 마이너스의 제5 렌즈(L5)로 구성되어 있고, 렌즈면은 모두 비구면이다. 근축의 면 형상으로 각 렌즈를 본 경우, 제1 렌즈(L1)는 양쪽 볼록한 플러스 렌즈이고, 제2 렌즈(L2)는 상측으로 오목한 마이너스 메니스커스 렌즈이고, 제3 렌즈(L3)는 물체측으로 볼록한 플러스 메니스커스 렌즈이고, 제4 렌즈(L4)는 상측으로 볼록한 플러스 메니스커스 렌즈이고, 제5 렌즈(L5)는 상측으로 오목한 마이너스 메니스커스 렌즈이다.

실시예 3의 촬상 렌즈(LN)(도 3)는, 물체측으로부터 순서대로 플러스의 제1 렌즈(L1)와, 개구 조리개(ST)와, 마이너스의 제2 렌즈(L2)와, 플러스의 제3 렌즈(L3)와, 플러스의 제4 렌즈(L4)와, 마이너스의 제5 렌즈(L5)로 구성되어 있고, 렌즈면은 모두 비구면이다. 근축의 면 형상으로 각 렌즈를 본 경우, 제1 렌즈(L1)는 양쪽 볼록한 플러스 렌즈이고, 제2 렌즈(L2)는 상측으로 오목한 마이너스 메니스커스 렌즈이고, 제3 렌즈(L3)는 물체측으로 볼록한 플러스 메니스커스 렌즈이고, 제4 렌즈(L4)는 상측으로 볼록한 플러스 메니스커스 렌즈이고, 제5 렌즈(L5)는 상측으로 오목한 마이너스 메니스커스 렌즈이다.

실시예 4의 촬상 렌즈(LN)(도 4)는, 물체측으로부터 순서대로 플러스의 제1 렌즈(L1)와, 개구 조리개(ST)와, 마이너스의 제2 렌즈(L2)와, 마이너스의 제3 렌즈(L3)와, 플러스의 제4 렌즈(L4)와, 마이너스의 제5 렌즈(L5)로 구성되어 있고, 렌즈면은 모두 비구면이다. 근축의 면 형상으로 각 렌즈를 본 경우, 제1 렌즈(L1)는 물체측으로 볼록한 플러스 메니스커스 렌즈이고, 제2 렌즈(L2)는 상측으로 오목한 마이너스 메니스커스 렌즈이고, 제3 렌즈(L3)는 상측으로 오목한 마이너스 메니스커스 렌즈이고, 제4 렌즈(L4)는 상측으로 볼록한 플러스 메니스커스 렌즈이고, 제5 렌즈(L5)는 상측으로 오목한 마이너스 메니스커스 렌즈이다.

실시예 5의 촬상 렌즈(LN)(도 5)는, 물체측으로부터 순서대로 플러스의 제1 렌즈(L1)와, 개구 조리개(ST)와, 마이너스의 제2 렌즈(L2)와, 마이너스의 제3 렌즈(L3)와, 플러스의 제4 렌즈(L4)와, 마이너스의 제5 렌즈(L5)로 구성되어 있고, 렌즈면은 모두 비구면이다. 근축의 면 형상으로 각 렌즈를 본 경우, 제1 렌즈(L1)는 양쪽 볼록한 플러스 렌즈이고, 제2 렌즈(L2)는 상측으로 오목한 마이너스 메니스커스 렌즈이고, 제3 렌즈(L3)는 상측으로 오목한 마이너스 메니스커스 렌즈이고, 제4 렌즈(L4)는 양쪽 볼록한 플러스 렌즈이고, 제5 렌즈(L5)는 상측으로 오목한 마이너스 메니스커스 렌즈이다.

실시예 6의 촬상 렌즈(LN)(도 6)는, 물체측으로부터 순서대로 개구 조리개(ST)와, 플러스의 제1 렌즈(L1)와, 마이너스의 제2 렌즈(L2)와, 플러스의 제3 렌즈(L3)와, 마이너스의 제4 렌즈(L4)로 구성되어 있고, 렌즈면은 모두 비구면이다. 근축의 면 형상으로 각 렌즈를 본 경우, 제1 렌즈(L1)는 양쪽 볼록한 플러스 렌즈이고, 제2 렌즈(L2)는 상측으로 오목한 마이너스 메니스커스 렌즈이고, 제3 렌즈(L3)는 양쪽 볼록한 플러스 렌즈이고, 제4 렌즈(L4)는 상측으로 오목한 마이너스 메니스커스 렌즈이다.

실시예 7의 촬상 렌즈(LN)(도 7)는, 물체측으로부터 순서대로 개구 조리개(ST)와, 플러스의 제1 렌즈(L1)와, 마이너스의 제2 렌즈(L2)와, 플러스의 제3 렌즈(L3)와, 마이너스의 제4 렌즈(L4)로 구성되어 있고, 렌즈면은 모두 비구면이다. 근축의 면 형상으로 각 렌즈를 본 경우, 제1 렌즈(L1)는 양쪽 볼록한 플러스 렌즈이고, 제2 렌즈(L2)는 상측으로 오목한 마이너스 메니스커스 렌즈이고, 제3 렌즈(L3)는 상측으로 볼록한 플러스 메니스커스 렌즈이고, 제4 렌즈(L4)는 상측으로 오목한 마이너스 메니스커스 렌즈이다.

실시예 8의 촬상 렌즈(LN)(도 8)는, 물체측으로부터 순서대로 플러스의 제1 렌즈(L1)와, 개구 조리개(ST)와, 마이너스의 제2 렌즈(L2)와, 플러스의 제3 렌즈(L3)와, 플러스의 제4 렌즈(L4)와, 마이너스의 제5 렌즈(L5)로 구성되어 있고, 렌즈면은 모두 비구면이다. 근축의 면 형상으로 각 렌즈를 본 경우, 제1 렌즈(L1)는 양쪽 볼록한 플러스 렌즈이고, 제2 렌즈(L2)는 상측으로 오목한 마이너스 메니스커스 렌즈이고, 제3 렌즈(L3)는 양쪽 볼록한 플러스 렌즈이고, 제4 렌즈(L4)는 상측으로 볼록한 플러스 메니스커스 렌즈이고, 제5 렌즈(L5)는 상측으로 오목한 마이너스 메니스커스 렌즈이다.

DU: 디지털 기기
LU: 촬상 광학 장치
LN: 촬상 렌즈
Gr1 내지 Gr3: 제1 내지 제3 렌즈군
L1 내지 L5: 제1 내지 제5 렌즈
ST: 개구 조리개(조리개)
SR: 촬상 소자
SS: 수광면(촬상면)
IM: 상면(광학상)
AX: 광축
1: 신호 처리부
1a: 화상 처리부
2: 제어부
3: 메모리
4: 조작부
5: 표시부

Claims

물체측으로부터 순서대로 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군으로 구성되고, 상기 제1 렌즈군과 상기 제3 렌즈군이 상면(像面)에 대하여 위치 고정된 상태에서, 상기 제2 렌즈군을 광축 방향으로 이동시킴으로써 포커싱을 행하는 단초점의 촬상 렌즈이며,
상기 제1 렌즈군이, 물체측으로부터 순서대로 플러스의 굴절력을 갖고 물체측에 볼록면을 향하게 한 제1 렌즈와, 마이너스의 굴절력을 갖고 상측에 오목면을 향하게 한 제2 렌즈로 이루어지고,
상기 제2 렌즈군이, 물체측으로부터 순서대로 물체측에 볼록면을 향하게 한 제3 렌즈와, 플러스의 굴절력을 갖고 상측에 볼록면을 향하게 한 제4 렌즈로 이루어지고,
상기 제3 렌즈군이, 마이너스의 굴절력을 갖고 상측에 오목면을 향하게 한 제5 렌즈로 이루어지고, 상기 제5 렌즈가 광축과의 교점 이외의 위치에 변곡점을 갖는 비구면 형상을 갖고,
상기 제1 렌즈군과 상기 제2 렌즈군의 간격으로부터 형성되는 공기 렌즈가 마이너스의 굴절력을 갖고, 상기 제2 렌즈군과 상기 제3 렌즈군의 간격으로부터 형성되는 공기 렌즈가 플러스의 굴절력을 갖고, 이하의 조건식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
<조건식 1>
0≤|Fi1/Fi2|-|Fm1/Fm2|≤10
(단, 상기 제1 렌즈군과 상기 제2 렌즈군의 간격으로부터 형성되는 공기 렌즈를 제1 공기 렌즈로 하고, 상기 제2 렌즈군과 상기 제3 렌즈군의 간격으로부터 형성되는 공기 렌즈를 제2 공기 렌즈로 하면,
Fi1: 무한원 물체 거리에 포커싱했을 때의 제1 공기 렌즈의 초점 거리,
Fi2: 무한원 물체 거리에 포커싱했을 때의 제2 공기 렌즈의 초점 거리,
Fm1: 최근접 물체 거리에 포커싱했을 때의 제1 공기 렌즈의 초점 거리,
Fm2: 최근접 물체 거리에 포커싱했을 때의 제2 공기 렌즈의 초점 거리
임)
제1항에 있어서, 이하의 조건식 1a를 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
<조건식 1a>
0≤|Fi1/Fi2|-|Fm1/Fm2|≤3
제1항에 있어서, 이하의 조건식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
<조건식 2>
0.1<fg2/f<2
(단,
fg2: 제2 렌즈군의 초점 거리,
f: 촬상 렌즈 전체 시스템의 초점 거리
임)
제1항에 있어서, 이하의 조건식 2a를 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
<조건식 2a>
0.5<fg2/f<1.5
(단,
fg2: 제2 렌즈군의 초점 거리,
f: 촬상 렌즈 전체 시스템의 초점 거리
임)
제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈군 내에 개구 조리개가 위치하는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
제1항에 있어서, 이하의 조건식 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
<조건식 3>
1.0<fg1/f<3.0
(단,
fg1: 제1 렌즈군의 초점 거리,
f: 촬상 렌즈 전체 시스템의 초점 거리
임)
제1항에 있어서, 이하의 조건식 3a를 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
<조건식 3a>
1.3<fg1/f<2.0
(단,
fg1: 제1 렌즈군의 초점 거리,
f: 촬상 렌즈 전체 시스템의 초점 거리
임)
제1항에 있어서, 이하의 조건식 4를 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
<조건식 4>
0.1<f1/f<1.26
(단,
f1: 가장 물체측의 렌즈의 초점 거리,
f: 촬상 렌즈 전체 시스템의 초점 거리
임)
제1항에 있어서, 이하의 조건식 4a를 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
<조건식 4a>
0.4<f1/f<1.1
(단,
f1: 가장 물체측의 렌즈의 초점 거리,
f: 촬상 렌즈 전체 시스템의 초점 거리
임)
제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈군이 플러스의 굴절력을 갖고, 상기 제2 렌즈군이 플러스의 굴절력을 갖고, 상기 제3 렌즈군이 마이너스의 굴절력을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
제1항에 있어서, 렌즈가 모두 플라스틱 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 촬상 렌즈와, 촬상면 상에 형성된 광학상을 전기적인 신호로 변환하는 촬상 소자를 구비하고, 상기 촬상 소자의 촬상면 상에 피사체의 광학상이 형성되도록 상기 촬상 렌즈가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 광학 장치.
제12항에 기재된 촬상 광학 장치를 구비함으로써, 피사체의 정지 화상 촬영, 동화상 촬영 중 적어도 하나의 기능이 부가된 것을 특징으로 하는 디지털 기기.
제13항에 있어서, 휴대 단말기인 것을 특징으로 하는 디지털 기기.
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