KR101416237B1 - 줌 렌즈 - Google Patents

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KR101416237B1
KR101416237B1 KR1020080071322A KR20080071322A KR101416237B1 KR 101416237 B1 KR101416237 B1 KR 101416237B1 KR 1020080071322 A KR1020080071322 A KR 1020080071322A KR 20080071322 A KR20080071322 A KR 20080071322A KR 101416237 B1 KR101416237 B1 KR 101416237B1
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Abstract

줌 렌즈가 개시된다.
개시된 줌 렌즈는 정의 굴절력을 가지고, 광의 경로를 변환하기 위한 반사부재를 가지는 제1 렌즈군; 부의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군; 정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군; 정의 굴절력을 가지는 제4 렌즈군을 포함하고, 광각단에서 망원단으로 변배시에 상기 제1 렌즈군과 제3 렌즈군은 고정되어 있으며, 상기 제2 렌즈군은 물체측에서 상측으로 이동하고, 상기 제4 렌즈군은 상측에서 물체측으로 이동한다.

Description

줌 렌즈{Zoom lens}
본 발명은 소형이고 구조가 간단한 줌 렌즈에 관한 것이다.
최근 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 등과 같은 고체 촬상 소자를 가진 디지털 카메라(digital camera)나 비디오 카메라(video camera)가 널리 보급되고 있다. 특히, 메가 픽셀의 카메라 모듈의 수요가 요구되고, 보급형 디지털 카메라에서도 500만 이상의 화소와 고화질의 성능을 가지는 카메라가 등장하고 있다. CCD 또는 CMOS와 같은 촬상 장치를 이용한 디지털 카메라 혹은 핸드폰 카메라와 같은 결상 광학 기기는 소형화, 경량화, 저 비용화가 요구된다.
더욱이, 디지털 카메라 사용자는 필름 카메라와는 달리 사진을 찍을 일이 있을 때만 소지하고 다니기보다 평소에 항상 소지하고 다니는 경향이 있다. 그러므로, 디지털 카메라의 경우에는 더욱 더 소형화, 박형화, 경량화에 대한 요구가 증대된다. 이러한 소형화, 박형화에 대한 시도는 촬영 시에 렌즈가 카메라 밖으로 돌출하고 비사용시는 카메라 몸체 내로 렌즈가 수납되는 소위 침통식이라 불리는 방식과 프리즘 등의 반사부재를 사용하여 렌즈 계의 두께를 줄이는 굴절식의 방식으 로 가능하였다. 프리즘을 포함하는 광학계의 경우 프리즘을 사용하여 광로를 광학계 중간에서 90°굽힘으로써 광학계의 두께를 줄일 수 있다.
프리즘이나 반사 미러 등의 반사부재를 사용하여 렌즈계의 두께를 줄이는 굴절식의 방식으로 소형화를 도모하는 경우에는 광학계 전장의 제약과 각 구성요소의 민감도의 억제 등의 다양한 방법이 제안되고 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 소형이고 구조가 간단한 줌 렌즈를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 정의 굴절력을 가지고, 광의 경로를 변환하기 위한 반사부재를 가지는 제1 렌즈군; 부의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군; 정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군; 정의 굴절력을 가지는 제4 렌즈군을 포함하고, 광각단에서 망원단으로 변배시에 상기 제1 렌즈군과 제3 렌즈군은 고정되어 있으며, 상기 제2 렌즈군은 물체측에서 상측으로 이동하고, 상기 제4 렌즈군은 상측에서 물체측으로 이동하며, 하기의 조건식을 만족하는 줌 렌즈를 제공한다.
<조건식>
Figure 112008052685435-pat00001
Figure 112008052685435-pat00002
여기서 fW는 광각단에서의 전체 초점거리를, fT는 망원단에서의 전체 초점거리를, fI은 제1렌즈군의 초점거리를, fII는 제2렌즈군의 초점거리를 나타낸다.
상기 반사부재가 프리즘으로 구성되고, 하기의 조건식을 만족하도록 구성될 수 있다.
<조건식>
nI(P) ≤ 1.80
여기서, nI(P)는 제1렌즈군의 반사부재의 d-line에서의 굴절율을 나타낸다.
상기 제1 렌즈군은 부렌즈, 반사부재, 정렌즈를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제4 렌즈군은 정렌즈, 부렌즈, 정렌즈의 3매로 구성된 접합렌즈를 포함한다.
상기 제4 렌즈군은 변배 중에 발생하는 초점위치 이동을 보정한다.
상기 제3 렌즈군은 1매의 정렌즈를 포함한다.
상기 제3 렌즈군의 상측에 조리개가 구비되고, 상기 조리개가 상기 제3 렌즈군과 함께 연동한다.
상기 제3 렌즈군은 적어도 1매의 비구면 렌즈를 포함한다.
상기 제 4렌즈군은 적어도 1매의 비구면 렌즈를 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 줌 렌즈에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 제1실시예에 따른 줌 렌즈를 도시한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 줌렌즈는, 물체측(O)으로부터 상측(I)으로 배열된 것으로, 정의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군(G1), 부의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군(G2), 정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군(G3), 정의 굴절력을 가지는 제4 렌즈군(G4)을 포함한다. 광각단에서 망 원단으로 변배시에 상기 제1 렌즈군(G1)과 제3 렌즈군(G3)은 고정되어 있으며, 상기 제2 렌즈군(G2)은 물체측(O)에서 상측(I)으로 이동하고, 상기 제4 렌즈군(G4)은 상측(I)에서 물체측(O)으로 이동한다. 상기 제4 렌즈군(G4)은 변배시 발생하는 초점 위치 이동을 보정한다.
상기 제1 렌즈군(G1)은 광의 경로를 변환하여 카메라의 두께를 감소시키기 위한 반사 부재(2)를 포함한다. 상기 반사 부재(2)는 예를 들어 반사 미러 또는 프리즘으로 구성될 수 있다. 상기 반사 부재(2)는 광축을 기준으로 입사광을 90도 굴절시켜 줌 렌즈 광학계를 소형화한다. 상기 제1 렌즈군(G1)은 부렌즈(1), 반사 부재(2), 정렌즈(3)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 렌즈는 네 개의 렌즈 군으로 구성되어 렌즈 매수가 감소되고 변배시에는 제2렌즈군과 제4렌즈군을 이동하고 물체거리 변화에 따른 상면의 이동을 보완하는 포커싱 군을 제4렌즈군으로 하여 렌즈군의 이동에 필요한 모터를 2개만 사용하여도 구동이 가능하도록 함으로써 광학계를 소형화될 수 있도록 한다.
일반적으로 줌렌즈의 전장을 짧게 하기 위하여 제2렌즈군과 제4렌즈군의 광각단과 망원단의 초점거리 변배시 제4렌즈군의 이동 궤적은 포물선 운동을 하여 광학전장을 줄이는 방법을 사용한다. 예를 들어 초기 이동은 물체측으로 이동하다가 중간단 이후 상면 방향으로 이동한다. 하지만, 본 발명에서는 광학 전장을 축소하면서도 제4 렌즈군의 이동 궤적을 선형적 운동으로 하여 렌즈군 이동제어에 필요한 복잡성을 줄인다. 제4 렌즈군의 선형적 운동을 실현하기 위해 제3 렌즈군(G3)과 제 4렌즈군(G4)의 배율을 높여 구성한다.
제2 렌즈군(G2)은 3 매의 렌즈(4)(5)(6)를 포함하여 구성할 수 있다. 제3 렌즈군(G3)은 1 매의 정렌즈(7)를 포함하며, 상기 제4 렌즈군(G4)은 정렌즈(8), 부렌즈(9), 정렌즈(10)의 3매로 구성된 접합렌즈를 포함하여 구성될 수 있다. 도면 부호 11은 필터를 나타낸다.
한편, 제1 렌즈군(G1)은 다음의 조건식을 만족한다.
Figure 112008052685435-pat00003
여기서, fW는 광각단에서의 전체 초점거리를, fT는 망원단에서의 전체 초점거리를, fI은 제1렌즈군의 초점거리를, fII는 제2렌즈군의 초점거리를 나타낸다. 수학식 1은 광각단의 초점거리와 망원단의 초점거리에 대한 제1 렌즈군(G1)의 초점거리의 비를 정의한 것으로서, 이 값이 상한치를 초과하게 되면 제1 렌즈군(G1)의 굴절력이 약하게 되어 제1 렌즈군(G1) 뒤에 배치되어 있는 제2 렌즈군(G2)의 변배에 따른 이동량이 커지게 되고, 그럼으로써 광학계의 소형화가 어려워진다. 역으로 수학식 1의 값이 하한치를 초과하게 되면 제1 렌즈군(G1)의 정의 굴절력이 강하게 되어 코마 수차 보정이 어려워진다.
상기 제2 렌즈군(G2)은 다음 조건식을 만족하도록 구성될 수 있다.
Figure 112008052685435-pat00004
수학식 2는 광각단의 초점거리와 망원단의 초점거리에 대한 제2 렌즈군(G2)의 초점거리의 비를 정의한 것으로서, 이 값이 상한치를 초과하게 되면 제2 렌즈군(G2)의 굴절력이 강하게 되어 변배에 따른 위치의 오차에 대한 초점 위치의 변화가 심하게 되어 성능 확보가 어려워진다. 수학식 2의 값이 하한치를 초과하게 되면 제2 렌즈군(G2)의 변배에 따른 이동량이 커지게 되어 소형화가 어려워진다.
상기 반사부재(2)가 프리즘으로 구성되고, 다음의 조건식을 만족하도록 구성될 수 있다.
nI(P) ≤ 1.80
여기서, nI(P)는 제1렌즈군의 반사부재의 d-line(587.56nm 기준 파장)에서의 굴절율을 나타낸다.
수학식 3은 제1 렌즈군(G1) 내의 반사 부재로 사용되는 프리즘의 재료의 굴절율 범위를 정한 것으로, 프리즘의 굴절율이 높게 되면 프리즘을 통과하는 광속 범위가 작아져서 프리즘을 소형화하는 것이 가능하나, 굴절율이 높은 소재일수록 가격이 비싸지는 단점이 있기 때문에 이러한 점을 고러하여 수학식 3의 범위를 만족하도록 프리즘을 구성한다.
본 발명의 실시예에 나오는 비구면의 정의를 나타내면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 렌즈의 비구면 형상은 광축 방향을 x축으로 하고, 광축 방향에 대해 수직한 방향을 y축으로 할 때, 광선의 진행 방향을 정으로 하여 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다. 여기서, x는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리를, y는 광축에 대해 수직한 방향으로의 거리를, k는 코닉 상수(conic constant)를, A, B, C, D는 비구면 계수를, c는 렌즈의 정점에 있어서의 곡률 반경의 역수(1/R)를 각각 나타낸다.
Figure 112008052685435-pat00005
본 발명에서는 구체적으로 다음과 같이 다양한 설계에 따른 실시예를 통해 줌 렌즈의 소형화를 구현한다.
이하, f는 전체 렌즈 계의 합성초점거리를, Fno는 F 넘버를, 2w는 화각을, R은 곡률 반경을, Dn은 렌즈의 중심 두께 또는 렌즈와 렌즈 사이의 간격을, nd는 굴절률을, vd는 아베수를 각각 나타낸다. 또한, ST는 조리개를 나타내며, D1, D2, D3, D4는 가변 거리를 나타내며, ASP는 비구면을 나타낸다. 그리고, 각 실시예를 도시한 도면에서 각 렌즈군을 구성하는 렌즈들에 대해서는 동일한 번호를 부기하여 나타내었다.
<제1 실시예>
도 1은 제1실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단, 중간단, 망원단을 각각 도시한 것이다.
f ; 6.55 ~ 12.44 ~ 18.34 Fno ; 3.62 ~ 4.18 ~ 4.64 2ω ; 59.48 ~ 31.96 ~ 21.88
R Dn nd vd
> OBJ: INFINITY INFINITY
S1: 51.94000 0.610000 1.84666 23.78
S2: 9.83900 1.500000
S3: INFINITY 3.450000 1.56883 56.04
S4: INFINITY 3.450000 1.56883 56.04
S5: INFINITY 0.400000
S6: 14.06000 2.500000 1.68874 52.86
ASP:
K : -1.000000
A :-0.245920E-04 B :0.389884E-06 C :-0.285118E-07 D :0.471686E-09
S7: -18.96000 D1
S8: -122.30000 0.500000 1.77250 49.62
S9: 8.71000 0.720000
S10: -24.23000 0.500000 1.71300 53.94
S11: 7.20600 1.680000 1.84666 23.78
S12: 43.20000 D2
S13: 7.55000 1.550000 1.51835 70.33
ASP:
K : 0.000000
A :-0.284422E-03 B :-0.119520E-06 C :-0.158755E-06 D :0.176428E-07
S14: 38.60000 0.900000
ST: INFINITY D3
S16: 6.30000 2.400000 1.74330 49.22
S17: -70.00000 0.650000 1.72825 28.32
S18: 4.51000 1.780000 1.51835 70.33
S19: 14.00000 D4
ASP:
K : 0.000000
A :0.160506E-02 B :0.794935E-04 C :-0.108995E-05 D :0.177335E-07
S20: INFINITY 1.000000 1.51680 64.20
S21: INFINITY 1.000000
IMG: INFINITY
다음은 변배시 가변 거리에 대한 데이터이다.
광각단 중간단 망원단
D1 1.00000 5.89591 8.29900
D2 8.29900 3.40530 1.00000
D3 7.54565 4.35850 2.37623
D4 8.59921 11.78415 13.76862
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단과 망원단에서의 구면수차, 상면만곡, 왜곡수차를 나타낸 것이다. 상면만곡으로는 자오상면 만곡(T: tangential field curvature)과 구결상면 만곡(S: sagittal field curvature)을 보여준다.
<제2 실시예>
도 3은 제2 실시예에 따른 렌즈 시스템을 도시한 것이며 다음은 제2 실시예 의 설계 데이터를 나타낸 것이다.
f ; 6.56 ~ 12.52 ~ 18.35 Fno ; 3.59 ~ 4.15 ~ 4.59 2ω ; 59.42 ~ 31.78 ~ 21.88
R Dn nd vd
> OBJ: INFINITY INFINITY
S1: 54.10000 0.610000 1.84666 23.78
S2: 10.11000 1.500000
S3: INFINITY 3.450000 1.56883 56.04
S4: INFINITY 3.450000 1.56883 56.04
S5: INFINITY 0.595000
S6: 14.14000 2.460000 1.69350 53.20
ASP:
K : -1.000000
A :-0.246313E-04 B :0.369039E-06 C :-0.274452E-07 D :0.442127E-09
S7: -19.66000 D1
S8: -250.00000 0.500000 1.77250 49.62
S9: 8.72000 0.830000
S10: -23.22000 0.500000 1.71300 53.94
S11: 7.47000 1.650000 1.84666 23.78
S12: 40.33000 D2
S13: 7.73000 1.510000 1.58313 59.46
ASP:
K : 0.000000
A :-0.220026E-03 B :-0.149048E-04 C :0.263344E-05 D :-0.163274E-06
S14: 28.51000 0.900000
ST: INFINITY D3
S16: 6.21600 1.980000 1.71300 53.94
S17: 46.39000 1.050000 1.74077 27.76
S18: 4.16000 1.880000 1.58313 59.46
S19: 13.95000 D4
ASP:
K : 0.000000
A :0.146261E-02 B :0.664367E-04 C :-0.372747E-06 D :-0.362889E-07
S20: INFINITY 1.0000녁 00 1.51680 64.2000
S21: INFINITY 1.000000
IMG: INFINITY
다음은 제2 실시예에 따른 줌 렌즈의 변배시 가변 거리에 대한 데이터이다.
광각단 중간단 망원단
D1 1.00000 5.87004 8.27500
D2 8.27500 3.35647 1.00000
D3 7.43209 4.29789 2.38713
D4 8.53307 11.71577 13.57803
<제3 실시예>
도 5는 제3 실시예에 따른 줌 렌즈를 도시한 것이며 다음은 제3 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다.
f ; 6.53 ~ 13.55 ~ 20.57 Fno ; 3.56 ~ 4.18 ~ 4.69 2ω ; 59.64 ~ 29.42 ~ 19.56
R Dn nd vd
> OBJ: INFINITY INFINITY
S1: 17.93000 0.610000 1.92286 20.88
S2: 9.13000 2.000000
S3: INFINITY 3.500000 1.77250 49.62
S4: INFINITY 3.500000 1.77250 49.62
S5: INFINITY 0.320000
S6: 14.45000 2.350000 1.74330 49.33
ASP:
K : -1.000000
A :0.196016E-04 B :0.620090E-06 C :-0.303584E-07 D :0.538220E-09
S7: -25.62400 D1
S8: -31.26000 0.500000 1.80420 46.50
S9: 7.82600 0.710000
S10: -24.07500 0.500000 1.58913 61.25
S11: 6.36000 1.650000 1.84666 23.78
S12: 22.14700 D2
S13: 9.29000 1.480000 1.51835 70.33
ASP:
K : 0.000000
A :-0.197008E-03 B :-0.716908E-05 C :0.141587E-05 D :-0.100903E-06
S14: -500.00000 0.900000
ST: INFINITY D3
S16: 7.09000 2.410000 1.69680 55.46
S17: -43.30000 0.800000 1.67270 32.17
S18: 4.42000 2.300000 1.51443 63.28
S19: 48.85000 D4
ASP:
K : 0.000000
A :0.849685E-03 B :0.502642E-04 C :-0.441997E-05 D :0.221945E-06
S20: INFINITY 1.000000 1.51680 64.20
S21: INFINITY 1.000000
IMG: INFINITY
광각단 중간단 망원단
D1 1.00000 5.77520 7.90345
D2 7.90345 3.12826 1.00000
D3 8.46360 4.84113 2.73887
D4 9.01693 12.63940 14.74167
다음은, 상기 제1 내지 제3 실시예가 각각 상기 수학식 1 내지 3의 조건을 만족시킴을 보여준 것이다.
제1 실시예 제2 실시예 제3 실시예
수학식 1 1.72 1.72 1.58
수학식 2 -0.70 -0.70 -0.55
수학식 3 1.56883 1.56883 1.77250
본 발명에서는 반사 부재를 구비하여 줌 렌즈의 소형화를 구현하고, 변배시 제2렌즈군과 제4렌즈군을 이동하고, 물체 거리 변화에 따른 상면 이동을 보완하기 위해 제4렌즈군을 이용하여 포커싱을 수행함으로써 렌즈군의 이동에 필요한 모터를 2개만 사용하여도 이동이 가능하도록 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 변배시 광학 전장을 축소하면서도 제4렌즈군의 이동 궤적을 선형적 운동으로 구현함으로써 렌즈군의 이동 제어에 필요한 복잡성을 줄였다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 줌 렌즈를 광각단, 중간단, 망원단별로 나타낸 것이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단 및 망원단에서의 수차도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 줌 렌즈를 광각단, 중간단, 망원단별로 나타낸 것이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 제2실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단 및 망원단에서의 수차도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 줌 렌즈를 광각단, 중간단, 망원단별로 나타낸 것이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 제3실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단 및 망원단에서의 수차도를 나타낸 것이다.
<도면 중 주요 부분에 대한 설명>
G1...제1 렌즈군, G2...제2 렌즈군,
G3...제3 렌즈군, G4...제4 렌즈군
D1,D2,D3,D4...가변 거리

Claims (9)

  1. 정의 굴절력을 가지고, 광의 경로를 변환하기 위한 반사부재를 가지는 제1 렌즈군;
    부의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군;
    정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군;
    정의 굴절력을 가지는 제4 렌즈군을 포함하고,
    광각단에서 망원단으로 변배시에 상기 제1 렌즈군과 제3 렌즈군은 고정되어 있으며, 상기 제2 렌즈군은 물체측에서 상측으로 이동하고, 상기 제4 렌즈군은 상측에서 물체측으로 이동하며, 하기의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
    <조건식>
    Figure 112008052685435-pat00006
    Figure 112008052685435-pat00007
    여기서, fW는 광각단에서의 전체 초점거리를, fT는 망원단에서의 전체 초점거리를, fI은 제1렌즈군의 초점거리를, fII는 제2렌즈군의 초점거리를 나타낸다.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 반사부재가 프리즘으로 구성되고, 하기의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
    <조건식>
    nI(P) ≤ 1.80
    여기서, nI(P)는 제1렌즈군의 반사부재의 d-line에서의 굴절율을 나타낸다.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군은 부렌즈, 반사부재, 정렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제4 렌즈군은 정렌즈, 부렌즈, 정렌즈의 3매로 구성된 접합렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제4 렌즈군은 변배 중에 발생하는 초점위치 이동을 보정하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
  6. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제3 렌즈군은 1매의 정렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
  7. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제3 렌즈군의 상측에 조리개가 구비되고, 상기 조리개가 상기 제3 렌즈군과 함께 연동하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
  8. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제3 렌즈군은 적어도 1매의 비구면 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
  9. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제 4렌즈군은 적어도 1매의 비구면 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
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