KR19980050401A - 비구면 광학계를 구비한 사진기 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 컴팩트한 사진기에서 필름의 해상도를 개선 시키기 위한, 비구면광학계를 구비한 사진기에 관한 것이다. 이 광학계는 비구면볼록렌즈와 오목렌즈 및 조리개로 구성된다. 따라서, 본 발명에 따른 사진기는 비구면볼록렌즈를 사용하여 수차보정상태를 향상시키므로써, 필름의 해상도를 현저히 개선 시키는 효과를 갖는다.

Description

비구면 광학계를 구비한 사진기

본 발명은 피사체의 촬영에 있어서, 필름의 현상시 해상도를 개선 시키기 위한, 비구면광학계를 구비한 사진기에 관한 것이다.

일반적으로 필름을 기록매체로 하는 사진기는 제 1렌즈를 구면볼록렌즈로 사용한다.

도 1a는 종래 광학구조를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 사진기는 구면렌즈를 갖는 광학구조를 구비하므로써, 볼록한 제 1렌즈(10)와 오목한 제 2렌즈(12) 그리고 조리개(14) 및 볼록한 제 3렌즈(16), 피사체(9)의 상을 기록하는 사진필름(18)으로 구성된다.

이러한 구성을 갖는 광학계를 구비한 사진기는 제 1렌즈(10)를 통해 피사체(9)의 상이 입사된다. 이 상은 다시 제 2렌즈(12)로 투과된다. 이 제 1렌즈(10)는 볼록렌즈이며, 제 2렌즈는 오목렌즈이다. 이 제 2렌즈(12)를 투과한 상은 조리개(14)의 정중앙을 지나 대각선으로 제 3렌즈(16)인 볼록렌즈로 입사된다. 이 제 3렌즈(13)를 투과한, 상은 최종적으로 필름(18)에 기록된다. 이러한, 구면광학구조를 갖는 사진기의 수차를 도 1b로 나타낸다.

도 1b는 도 1a의 수차를 나타낸 확대도이다. 도시된 바와 같이, 필름(18)에 피사체(9)의 상이 기록된 상태를 보면, 수차보정의 한계로 인해 이상적인 기록상태를 나타내지 못함을 알 수 있다. 이러한, 구면렌즈를 갖는 광학계를 도 3a로 나타내었다.

도 3a는 도 1a의 렌즈의 곡률반경과 렌즈간의 거리를 나타낸 단면도이다. 도시된 바와 같이, R1은 제 1면, R2는 제 2면, R3은 제 3면, R4는 제 4면, R5는 조리개, R6는 제 5면, R7는 제 6면, R8은 제 7면을 나타낸다. 즉, R1∼R8은 렌즈의 곡률반경을 나타낸다. 그리고, D1∼D7은 렌즈간의 거리를 나타낸다. 즉, D1은 제 1면과 제 2면 사이의 거리이며, D2는 제 2면과 제 3면 사이의 거리이고, D3은 제 3면과 제 4면 사이의 거리이고, D4는 제 4면과 조리개 사이의 거리이다. 그리고, D5는 조리개와 제 5면 사이의 거리이며, D6은 제 5면과 제 6면 사이의 거리이고, D7은 제 6면과 제 7면 사이의 거리이다. 이러한, 구면렌즈를 갖는 광학계의 수차특성을 그래프곡선으로 도 4a에 나타내었다.

도 4a는 도 1a의 수차특성을 나타낸 그래프곡선이다. 도시된 바와 같이, 이 그래프곡선은 자오상(MERIDIONAL FAN)과 구결상(SAGITAL FAN)에 관한 1.0, 7.0, 5.0의 필드(FIELD)에서 자오상면만곡(T)과 구결상면만곡(S), 백분왜곡(PC DISTORTION), 측면(LATERAL COLOR)을 그래프곡선으로 나타내었다. 이에, 구면렌즈를 구비한 광학계에 대한 실험을 통해 표 1을 제시한다. 이 표 1은 곡률반경과 렌즈간의거리, 굴절률 및 분산을 나타낸다.

이와 같이 구면광학계를 구비한 사진기는 수차가 발생한다. 즉, 컴팩트한 사진기에 사용되는 광학계는 렌즈의 구성이 3매(10,12,16)로 되어 있어서 자유도가 적다. 이에, 수차보정에 한계를 갖는다. 이러한, 구면광학계를 구비한 사진기는 필름(18)의 현상에 있어서 해상도를 개선하는데 한계가 있다. 즉, 구경비를 유지하면서 수차보정을 하여, 해상도를 높이기 위해 렌즈를 하나 더 추가 설치함으로써 해상도를 개선할 수 있으나, 이는 컴팩트한 사진기에는 맞지 않으며, 렌즈의 수를 늘리는 것은 제조원가의 상승과, 광학계의 크기 및 무게증가 등의 문제가 발생된다.

따라서, 위와 같은 종래의 사진기는, 3매의 렌즈로 구성되어 컴팩트한 사진기의 구조를 갖는다. 하지만, 이로인해 자유도가 적어져 수차보정의 한계를 나타내므로써, 사진필름의 해상도가 저하된다. 따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결 하기 위한 것으로, 구경비를 유지하면서 자유도를 크게하여 수차보정을 향상시키므로써, 필름의 해상도를 개선 시킬 수 있는, 비구면 광학계를 구비한 사진기를 제공함에 있다.

도 1a는 종래 광학구조를 나타낸 도면,

도 1b는 도 1a의 수차를 나타낸 확대도,

도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학구조를 나타낸 도면,

도 2b는 도 2a의 수차를 나타낸 확대도,

도 3a는 도 1a의 렌즈의 곡률반경과 렌즈간의 거리를 나타낸 단면도,

도 3b는 도 2a의 렌즈의 곡를반경과 렌즈간의 거리를 나타낸 단면도.

도 4a는 도 1a의 수차특성을 나타낸 그래프곡선,

도 4b는 도 2a의 수차특성을 나타낸 그래프곡선.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

9 : 피사체 12 : 제 2렌즈

14 : 조리개 16 : 제 3렌즈

18 : 필름 20 : 제 1렌즈

22 : 수차

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 볼록렌즈인 제 1렌즈와 오목렌즈인 제 2렌즈 그리고 조리개와 볼록렌즈인 제 3렌즈 그리고 최종적으로 상이 맺치는 필름을 차례대로 구비한 사진기에 있어서, 상기 볼록렌즈인 제 1렌즈의 제 2면이 비구면인 것을 특징으로하는 비구면광학계를 구비한 사진기를 포함한다.

본 발명의 구성 및 작용을 설명하기 위해 첨부된 도면을 이용하여 한 바람직한 실시예를 들기로 한다.

도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학구조를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비구면광학계를 구비한 사진기는 비구면렌즈를 갖는 광학구조를 구비함으로써, 비구면볼록렌즈로된 제 1렌즈(10)와 오목렌즈인 제 2렌즈(12) 그리고 조리개(14) 및 볼록렌즈인 제 3렌즈(16), 피사체(9)의 상을 기록하는 필름(18)으로 구성된다.

이러한 구성을 갖는 사진기는 제 1렌즈(10)를 통해 피사체(9)의 상이 입사된다. 이 상은 다시 제 2렌즈(12)로 투과된다. 이 제 1렌즈(10)는 비구면볼록렌즈이며, 제 2면에 비구면을 형성하고 있다. 이에 반해 제 2렌즈는 오목렌즈이다. 이 제 2렌즈(12)를 투과한 상은 조리개(14)의 정중앙을 지나 대각선으로 제 3렌즈(16)인 볼록렌즈로 입사된다. 이 제 3렌즈(13)를 투과한, 상은 최종적으로 필름(18)에 기록된다. 이러한, 비구면광학구조를 갖는 사진기는 수차보정되어 개선된 수차를 나타낸다. 이를 도 1b로 나타낸다.

도 1b는 도 1a의 수차를 나타낸 확대도이다. 도시된 바와 같이, 필름(18)에 피사체(9)의 상이 맺침에 있어서, 정중앙에 상이 모이는 상태를 보면, 수차보정이 향상되어 있음을 알 수 있다. 이러한, 비구면렌즈를 갖는 광학계를 도 3b로 나타내었다.

도 3b는 도 2a의 렌즈의 곡률반경과 렌즈간의 거리를 나타낸 단면도이다. 도시된 바와 같이, R1은 제 1면, R2는 제 2면, R3는 제 3면, R4는 제 4면, R5는 조리개, R6는 제 5면, R7는 제 6면, R8은 제 7면을 나타낸다. 즉, R1∼R8은 렌즈의 곡률반경을 나타낸다. 이중 R2인 제 2면에 비구면을 형성한다. 그리고, D1∼D7은 렌즈간의 거리를 나타낸다. 즉, D1은 제 1면과 제 2면 사이의 거리이며, D2는 제 2면과 제 3면 사이의 거리이고, D3은 제 3면과 제 4면 사이의 거리이고, D4는 제 4면과 조리개 사이의 거리이다. 그리고, D5는 조리개와 제 5면 사이의 거리이며, D6은 제 5면과 제 6면 사이의 거리이고, D7은 제 6면과 제 7면 사이의 거리이다. 이러한, 광학구조의 전장길이는 57.25mm이다. 즉, 렌즈의 제 1면에서부터 상이 기록되는 필름까지의 거리이다. 또한, 구경비의 길이는 4.3mm이다. 이는 조리개(14)의 직경이다. 이러한 비구면렌즈(20)를 구비한 광학계의 초점거리는 49.75mm이며, 뒤촛점거리는 44.98mm이다. 이러한, 비구면렌즈를 갖는 사진기는 광학계의 수차특성을 그래프곡선으로 도 4a에 나타내었다.

도 4a는 도 2a의 수차특성을 나타낸 그래프곡선이다. 도시된 바와 같이, 이 그래프곡선은 자오상(MERIDIONAL FAN)과 구결상(SAGITAL FAN)에서 1.0, 7.0, 5.0의 필드(FIELD)를 자오상면만곡(T)과 구결상면만곡(S), 백분왜곡(PC DISTORTION), 측면(LATERAL COLOR)을 그래프곡선으로 나타내었다. 이에, 비구면광학계를 구비한 사진기에 대한 실험을 통해 표 2를 제시한다. 이 표 2는 곡률반경과 렌즈간의거리, 굴절률 및 분산을 나타낸다.

표 2와 같이 비구면광학계를 구비한 사진기는 비구면렌즈를 사용하므로써, 왜곡수차 및 수차보정상태를 개선시킨다. 이러한, 비구면렌즈는 구면에서부터 안으로들어간량(X)을 수식 X(AG,AF,AE,AD:비구면계수, C:곡률, Y:높이)로 나타낸다.

X=CY²/[1+(1-C²Y²)^1/2]+ADY⁴+AEY⁶+AFY⁸+AGY¹⁰

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 비구면광학계를 구비한 사진기는, 비구면렌즈를 통해 수차보정상태를 향상시키므로써, 구경비를 유지하면서 자유도를 크게하여 상의 선명도를 결정하는 해상도를 개선하는 효과를 갖는다.

Claims (2)

1. 볼록렌즈인 제 1렌즈와 오목렌즈인 제 2렌즈 그리고 조리개와 볼록렌즈인 제 3렌즈 그리고 최종적으로 상이 맺치는 필름을 차례대로 구비한 사진기에 있어서,

   상기 볼록렌즈인 제 1렌즈의 제 2면이 비구면인 것을 특징으로하는 비구면광학계를 구비한 사진기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1렌즈의 제 2면의 비구면량(X)은 다음 수식에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 비구면광학게를 구비한 사진기.

   X=CY²/[1+(1-C²Y²)^1/2]+ADY⁴+AEY⁶+AFY⁸+AGY¹⁰

   여기서, AG,AF,AE,AD:비구면계수, C:곡률, Y:높이