KR101431537B1 - 소형 줌 렌즈 - Google Patents

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KR101431537B1
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Abstract

소형 줌 렌즈가 개시된다.
개시된 줌 렌즈는, 물체측으로부터 차례로 배열된 부의 굴절력을 가지는 제1렌즈군과 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈군, 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈군을 포함하고, 광각단에서 망원단으로 변배시, 상기 제1렌즈군, 제2렌즈군 그리고 제3렌즈군이 모두 이동하고, 상기 제2렌즈군이 광축에 대해 직교하는 방향으로 이동하여 진동에 의한 상 흔들림을 보정하며, 하기의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
<조건식>
-1. 5≤ m2t ≤ -1.2
여기서, m2t는 망원단에서의 제2 렌즈군의 배율을 나타낸다.

Description

소형 줌 렌즈{Compact zoom lens}
본 발명은 소형이고 저가의 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. 이러한 요구를 충족시키기 위해 3 렌즈군으로 이루어진 줌 렌즈가 많이 이용된다. 하지만, 소형화와 저 비용화를 동시에 만족시키기는 어렵다.
한편, 고변배비를 가지는 줌렌즈는 원거리의 피사체를 크게 촬영할 수 있는 장점이 있다. 그렇지만, 고변배비를 가지는 줌렌즈는 특히 망원단에서의 상흔들림으로 인해 촬영이 실패될 확률이 많다. 촬영시 발생하는 미세한 손떨림에 의한 진동이나, 플래쉬의 발광 중에 상흔들림이 발생해 사진의 질이 저하될 수 있다. 고변 배비의 줌 렌즈의 경우 망원단에서 화각이 작아져서 광각단에 비해 상흔들림 보정량이 커지게 되고, 카메라의 진동이 일정할 경우 상흔들림이 커져서 화질의 저하를 초래하게 된다.
본 발명은 고체촬상소자를 이용한 촬영 광학계에 적합한 구성으로 렌즈 매수가 적어 소형화되고 고변배비를 가지며, 진동에 의한 상 흔들림에 대한 보정기능을 갖는 줌렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 물체측으로부터 차례로 배열된 부의 굴절력을 가지는 제1렌즈군과 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈군, 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈군을 포함하고, 광각단에서 망원단으로 변배시, 상기 제1렌즈군, 제2렌즈군 그리고 제3렌즈군이 모두 이동하고, 상기 제2렌즈군이 광축에 대해 직교하는 방향으로 이동하여 진동에 의한 상 흔들림을 보정하며, 하기의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 소형 줌렌즈를 제공한다.
<조건식>
-1. 5≤ m2t ≤ -1.2
여기서, m2t는 망원단에서의 제2 렌즈군의 배율을 나타낸다.
본 발명은 물체측으로부터 차례로 배열된 부의 굴절력을 가지는 제1렌즈군과 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈군, 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈군을 포함하고, 광각단에서 망원단으로 변배시, 상기 제1렌즈군, 제2렌즈군 그리고 제3렌즈군이 모두 이동하고, 상기 제2렌즈군이 광축에 대해 직교하는 방향으로 이동하여 진동에 의한 상 흔들림을 보정하며, 하기의 조건식을 만족하는 소형 줌 렌즈를 제공한다.
<조건식>
Figure 112007090724069-pat00001
여기서, fI는 제1렌즈군(G1)의 초점거리를, fII는 제2렌즈군(G2)의 초점거리를 나타낸다.
상기 제2 렌즈군은 적어서 한 면 이상이 비구면으로 형성된 접합렌즈를 포함한다.
상기 제2 렌즈군은 구면 수차를 보정한다.
상기 제3 렌즈군이 물체 거리 변화에 따른 포커싱을 수행한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 소형 줌 렌즈에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 소형 줌 렌즈는 도 1을 참조하면, 물체측(O)으로부터 부의 굴절력을 가지는 제1렌즈군(G1)과 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈군(G2), 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈군(G3)을 포함하고, 광각단에서 망원단으로 변배시, 상기 제1렌즈군(G1), 제2렌즈군(G2) 그리고 제3렌즈군(G3)이 모두 이동한다.
상기 제 1렌즈군(G1)은 물체측(O)으로부터 순서대로, 물체측(O)으로 볼록한 형상을 가지고 부의 굴절력을 가지는 메니스커스 제1 렌즈(11-1)와, 정의 굴절력을 갖는 제2렌즈(12-1)를 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈는 적어도 한면 이상이 비구 면으로 구성되며, 제1렌즈군에서 주광선의 광선 높이가 높아지는 면에 비구면을 사용하면 왜곡 수차의 보정이 용이하다.
제2렌즈군(G2)은 물체측(O)으로부터 정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈(21-1), 부의 굴절력을 가지는 제4 렌즈(22-1), 정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈(23-1)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2렌즈군이 제1에 도시된 바와 같이, 물체측으로부터 순서대로 배열된 제1양볼록 렌즈, 제2양오목 렌즈, 제3양볼록 렌즈를 포함할 수 있다. 즉, 제3 렌즈(21-1)가 제1양볼록 렌즈이고, 제4 렌즈(22-1)가 제2양오목 렌즈이고, 제3 렌즈(23-1)가 제3양볼록 렌즈일 수 있다. 제2 렌즈군은 정의 굴절력을 가지면서 적어도 한면 이상이 비구면으로 구성된 접합렌즈를 포함하고 있다. 제2렌즈군에서 축상 광선의 광선 폭이 넓어지는 렌즈면 또는 입사고가 가장 높아지는 렌즈면에 비구면을 사용하면 구면수차의 보정이 용이하다. 예를 들어, 상기 제3 렌즈(21-1)와 제4 렌즈(22-1)가 접합렌즈로 구성되어 있으며, 제3 렌즈는 비구면으로 형성될 수 있다. 상기 제2렌즈군(G2)이 광축에 대해 직교하는 방향으로 이동하여 손 떨림으로 인한 상 흔들림을 보정하도록 되어 있다.
제 3 렌즈군(G3)은 정의 굴절력을 갖는 제6렌즈(31-1) 1매를 포함한다. 제3 렌즈군(G3)을 렌즈 1매로 구성함으로써 제3 렌즈군을 이동시키는 모터 용량을 줄이고, 모터용 베터리의 전력 소비량을 감소시킨다. 본 발명에서는 상기 제3 렌즈군(G3)이 물체 거리 변화에 따른 상면 이동과 포커싱을 수행한다.
상기 제2 렌즈군(G2)은 상 흔들림 보정을 수행하기 위해 다음 조건식을 만족하도록 구성된다.
-1. 5≤ m2t ≤ -1.2
여기서, m2t는 망원단에서의 제2 렌즈군의 배율을 나타낸다. 상기 수학식 1을 만족함으로써 손 흔들림으로 인한 상 흔들림을 보정할 수 있는 광학계로서 보다 컴펙트한 광학계를 구성할 수 있으며, 광축에 대해 수직한 방향으로 제2렌즈군을 이동하여 촬영시 진동에 의한 상 흔들림을 보정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 줌렌즈는 다음 조건식을 만족하도록 구성될 수 있다.
Figure 112007090724069-pat00002
fI는 제1렌즈군(G1)의 초점거리를, fII는 제2렌즈군(G2)의 초점거리를 나타낸다. 수학식 2는 제1렌즈군과 제2렌즈군의 파워에 대한 조건으로 제1렌즈군이 부의 굴절력을 가지고, 제2렌즈군이 정의 굴절력을 가지도록 적절히 배치함으로써, 변배시 수차 변화를 양호하게 보정하게 하는 것과 동시에 컴팩트화를 구현할 수 있도록 한다. 수학식 2의 상한을 넘으면 제2렌즈군의 정의 굴절력이 강해져서 구면 수차 및 색수차를 균형 있게 보정하는 것이 어려워지면서 충분한 후초점 거리를 확보하기가 어려워진다. 수학식 2의 하한을 넘을 경우에는 제2렌즈군의 정의 굴절력이 약해져서 변배시 제2 렌즈군의 이동량이 증가하게 되고, 전체 광학계의 길이가 길어지게 되어 소형화에 방해가 된다.
다음은 제3렌즈군의 파워에 관한 식을 나타낸 것이다.
Figure 112007090724069-pat00003
여기서, fⅢ은 제3렌즈군의 초점거리를, fw는 전체 렌즈계의 광각단에서의 초점거리를 나타낸다. 수학식 3은 상기 제1렌즈군(G1)과 제2렌즈군(g2)으로 양호하게 보정되는 색수차를 약화시키지 않고, 양호한 텔레센트릭성을 얻기 위한 조건이다. 수학식 3의 상한을 넘으면, 제3렌즈군(G3)의 정의 굴절력이 강해져서 텔레센트릭성을 확보하기는 유리하지만, 구면수차나 상면만곡을 균형 있게 보정하기가 어려워진다. 수학식 3의 하한을 넘을 경우 제3렌즈군(G3)의 정의 굴절력이 약해져서 텔레센트릭성이 나빠지면서, 포커싱을 하기 위해 이동 할 때의 이동량이 증가하여 소형화가 어렵다.
다음은 제1렌즈군과 초점거리에 의한 광각단에서 광학계의 전체 길이 비를 정의한 것이다.
Figure 112007090724069-pat00004
여기서, LⅡ는 제2렌즈군(G2)의 이동거리를, ft는 전체 렌즈계의 망원단에서의 초점 거리를, fw는 전체 렌즈계의 광각단에서의 초점 거리를 각각 나타낸다.
상기 수학식 4의 상한을 초과하면 광각단에서 광학계의 전장이 길어져 광학 계를 소형 화 하기 어렵고, 하한를 초과하면 제1렌즈군의 초점거리가 길어져서 왜곡 및 비점 수차의 보정이 어려워진다.
한편, 본 발명의 실시예에 나오는 비구면의 정의를 나타내면 다음과 같다.
본 발명에 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, h는 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 112007090724069-pat00005
본 발명에서는 구체적으로 다음과 같이 다양한 설계에 따른 실시예를 통해 줌 렌즈의 소형화를 구현하기 위한 최적화 조건들에 따른 렌즈들을 포함한다.
이하, f는 전체 렌즈 계의 합성초점거리를, Fno는 F 넘버를, 2w는 화각을, R은 곡률 반경을, Dn은 렌즈의 중심 두께 또는 렌즈와 렌즈 사이의 간격을, nd는 소재의 굴절률 및 vd는 아베수를 각각 나타낸다. 또한, ST는 조리개를 나타내며, D1, D2, D3은 가변 거리를 나타내며, ASP는 비구면을 나타낸다. 그리고, 각 실시예를 도시한 도면에서 각 렌즈군의 도면 부호에 실시예의 번호를 부기하여 나타내었으며, 각 렌즈군을 구성하는 렌즈들에 대해서는 동일한 번호를 부기하여 나타내었 다.
<제1 실시예>
도 1은 제1실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단, 중간단, 망원단을 각각 도시한 것이며 도면 부호 41-1은 필터를 나타낸다.
f : 6.41 ~ 10.80 ~ 18.19 Fno : 2.89 ~ 3.78 ~ 5.35 2ω : 64.08 ~ 39.70 ~ 23.92
R Dn nd vd
S1: 83.71310 1.000000 1.80400 40.70
ASP:
K : 0.000000
A :0.953860E-04 B :0.507532E-06 C :0.000000E+00
D :0.000000E+00
S2: 5.18650 1.198351
ASP:
K : -0.345343
A :0.125159E-05 B :0.111076E-05 C :0.000000E+00
D :0.000000E+00
S3: 7.40456 1.776398 1.846663 23.7848
S4: 17.83933 D1
ST(S5): 4.61700 2.330000 1.804000 40.7000
ASP:
K : -1.000000
A :0.678410E-03 B :0.000000E+00 C :0.000000E+00
D :0.000000E+00
S6: -8.57900 0.600000 1.728250 28.3205
S7: 3.69500 0.510000
S8: 12.33117 0.988663 1.620409 60.3438
S9: -22.15553 D2
S10: 64.42499 1.203573 1.834810 42.7207
S11: -26.09675 D3
S12: INFINITY 1.100000 1.516798 64.1983
S13: INFINITY
다음은 제1실시예에 따른 줌 렌즈에서의 가변 거리(D1)(D2)(D3)를 광각단, 중간단 및 망원단에 대해 나타낸 것이다.
광각단 중간단 망원단
D1 12.39 6.07 1.66
D2 4.33 10.44 17.69
D3 4.99 3.39 2.4
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단 및 망원단에서의 구면수차, 상면만곡, 왜곡수차를 나타낸 것이다. 상면만곡으로는 자오상면 만곡(T: tangential field curvature)과 구결상면 만곡(S: sagittal field curvature)을 보여준다.
<제 2실시예>
도 4는 제2실시예에 따른 줌 렌즈를 도시한 것으로, 제1, 제2 및 제3 렌즈군(G1)(G2)(G3)을 포함한다.
f : 6.07 ~ 10.14 ~ 16.95 Fno : 2.84 ~ 3.81 ~ 5.11 2ω : 66.68 ~ 42.04 ~ 25.44
R Dn nd vd
S1: 44.78581 1.250000 1.804000 40.7000
ASP:
K : 0.000000
A :0.256811E-03 B :-.466009E-05 C :0.969807E-07
D :0.000000E+00
S2: 5.59929 1.427327
ASP:
K : -1.725655
A :0.132088E-02 B :0.110317E-05 C :0.000000E+00
D :0.000000E+00
S3: 7.32137 1.771420 1.922860 20.8804
S4: 11.91412 D1
ST: INFINITY 1.000000
S6: 4.40486 1.791066 1.804000 40.7000
ASP:
K : -0.402266
A :0.000000E+00 B :0.000000E+00 C :0.000000E+00
D :0.000000E+00
S7: -11.19704 0.704467 1.728250 28.3205
S8: 3.62446 0.574048
S9: 13.81055 1.081973 1.620409 60.3438
S10: -21.79466 D2
S11: 24.14970 1.311388 1.883000 40.8054
S12: -55.49020 D3
S13: INFINITY 1.100000 1.516798 64.1983
S14: INFINITY
다음은 제2실시예에 따른 줌 렌즈에서의 가변 거리(D1)(D2)(D3)를 광각단, 중간단 및 망원단에 대해 나타낸 것이다.
광각단 중간단 망원단
D1 12.49 6.58 1.80
D2 4.58 11.15 17.95
D3 4.78 2.88 2.10
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 제2실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단 및 망원단에서의 구면수차, 상면만곡, 왜곡수차를 나타낸 것이다.
<제 3실시예>
도 7은 제3실시예에 따른 줌 렌즈를 도시한 것이다.
f : 6.49 ~ 10.86 ~ 18.86 Fno : 3.2 ~ 4.37 ~ 6.06 2ω : 63.2 ~ 39.04 ~ 23.88
R Dn nd vd
S1: 49.23921 0.600000 1.883000 40.8054
S2: 5.93229 1.412545
S3: 10.53968 1.560478 1.821145 24.0583
ASP:
K : -0.000000
A :-.575145E-05 B :-.750961E-05 C :0.000000E+00
D :0.000000E+00
S4: 35.13689 D1
ASP:
K : 0.000000
A :-.324457E-03 B :-.789584E-05 C :0.000000E+00
D :0.000000E+00
ST: INFINITY 0.000000
S6: 4.99682 1.416110 1.685806 49.3403
ASP:
K : -0.974338
A :-.737839E-04 B :0.000000E+00 C :0.000000E+00
D :0.000000E+00
S7: -22.16108 0.200000
ASP:
K : 0.000000
A :0.471495E-03 B :0.251399E-04 C :0.000000E+00
D :0.000000E+00
S8: 11.81106 1.378489 1.725766 33.1278
S9: -4.01483 0.605401 1.668018 26.8107
S10: 3.17417 D2
S11: 40.49889 1.526978 1.725689 46.3184
ASP:
K : -1.000000
A :-.404629E-04 B :0.000000E+00 C :0.000000E+00
D :0.000000E+00
S12: -16.52566 D3
S13: INFINITY 1.100000 1.516798 64.1983
S14: INFINITY
다음은 제3실시예에 따른 줌 렌즈에서의 가변 거리(D1)(D2)(D3)를 광각단, 중간단 및 망원단에 대해 나타낸 것이다.
광각단 중간단 망원단
D1 11.02 5.61 1.48
D2 4.52 9.88 16.15
D3 3.63 2.35 2.00
도 8 및 도 9는 각각 본 발명의 제3실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단 및 망원단에서의 구면수차, 상면만곡, 왜곡수차를 나타낸 것이다.
다음은, 상기 제1 내지 제3 실시예가 각각 상기 수학식 1 내지 4의 조건을 만족시킴을 보여준 것이다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3
수학식 1 -1.45 -1.36 -1.5
수학식 2 1.4 1.38 1.52
수학식 3 3.5 3.17 2.51
수학식 4 1.0 1.06 0.92
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 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 2 및 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단 및 망원단에서의 수차도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 줌 렌즈를 광각단, 중간단, 망원단별로 나타낸 것이다.
도 5 및 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단 및 망원단에서의 수차도를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 줌 렌즈를 광각단, 중간단, 망원단별로 나타낸 것이다.
도 8 및 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단, 중간단 및 망원단에서의 수차도를 나타낸 것이다.
<도면 중 주요 부분에 대한 설명>
G1...제1렌즈군, G2...제2렌즈군,
G3...제3렌즈군,
D1,D2,D3...가변 거리

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 물체측으로부터 차례로 배열된 부의 굴절력을 가지는 제1렌즈군과 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈군, 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈군을 포함하고, 상기 제2렌즈군이 물체측으로부터 순서대로 배열된 제1양볼록 렌즈, 제2양오목 렌즈, 제3양볼록 렌즈를 포함하고,광각단에서 망원단으로 변배시, 상기 제1렌즈군, 제2렌즈군 그리고 제3렌즈군이 모두 이동하고, 상기 제2렌즈군이 광축에 대해 직교하는 방향으로 이동하여 진동에 의한 상 흔들림을 보정하며, 하기의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 소형 줌렌즈.
    <조건식>
    Figure 112014009450029-pat00007
    여기서, fI는 제1렌즈군(G1)의 초점거리를, fII는 제2렌즈군(G2)의 초점거리를 나타낸다.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 줌 렌즈는 다음 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 소형 줌렌즈.
    <조건식>
    Figure 112007090724069-pat00008
    여기서, fⅢ은 제3렌즈군의 초점거리를, fw는 전체 렌즈계의 광각단에서의 초점거리를 나타낸다.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 줌 렌즈는 다음 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 소형 줌렌즈.
    <조건식>
    Figure 112007090724069-pat00009
    여기서, LⅡ는 제2렌즈군(G2)의 이동거리를, ft는 전체 렌즈계의 망원단에서의 초점 거리를, fw는 전체 렌즈계의 광각단에서의 초점 거리를 각각 나타낸다.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 제1렌즈군은 적어도 한 면 이상이 비구면으로 형성된 메니스커스 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 줌 렌즈.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 제2 렌즈군은 적어서 한 면 이상이 비구면으로 형성된 접합렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 줌 렌즈.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 제2 렌즈군은 구면 수차를 보정하는 것을 특징으로 하는 소형 줌 렌즈.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 제3 렌즈군이 물체 거리 변화에 따른 포커싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 소형 줌 렌즈.
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