KR20020062779A - 줌 렌즈 시스템 - Google Patents

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KR20020062779A
KR20020062779A KR1020010009924A KR20010009924A KR20020062779A KR 20020062779 A KR20020062779 A KR 20020062779A KR 1020010009924 A KR1020010009924 A KR 1020010009924A KR 20010009924 A KR20010009924 A KR 20010009924A KR 20020062779 A KR20020062779 A KR 20020062779A
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zoom lens
lens system
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KR1020010009924A
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에노모토다카시
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아사히 고가쿠 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 제 1 부렌즈 그룹, 제 2 정렌즈 그룹 및 제 3 부렌즈 그룹을 포함하는 줌 렌즈 시스템에 관한 것이다. 줌작용은 제 1 렌즈 내지 제 3 렌즈를 이동시킴으로써 실행된다. 제 1 부렌즈 그룹은 정-부결합 렌즈 요소를 포함하고 있으며, 그것의 물체측에 가장 가까운 표면은 오목한 면이다. 줌 렌즈 시스템은 다음의 2개 식: －1 ＜ r1/fW ＜ 0 .....(1); 1.4 ＜ f1G/f1N ＜ 1.8 .....(2)을 만족하며: 여기서 r1: 제 1 렌즈 그룹의 물체측에 가장 가까운 표면의 곡률 반경; fW: 짧은 초점거리 한계에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리; f1G: 제 1 렌즈 그룹의 초점거리; 그리고 f1N: 결합렌즈 요소들의 렌즈 요소 초점거리이다.

Description

줌 렌즈 시스템{A ZOOM LENS SYSTEM}
본 발명은 콤팩트 카메라용 3-렌즈-그룹 줌 렌즈 시스템에 관한 것으로서, 특히 상기와 같은 줌 렌즈 시스템의 줌 비율을 증가시키는 것에 관한 것이다.
콤팩트 카메라용 줌 렌즈 시스템에 있어서는, 렌즈 시스템의 후방에 거울을 제공하기 위한 공간을 필요로 하는 단일 렌즈 리플렉스(single lens reflex:SLR) 카메라의 줌 렌즈 시스템과는 달리, 긴 후방측 초점거리가 필요하지 않다. 그러므로 콤팩트 카메라에 있어서는, 물체로부터 정렌즈(positive lens) 그룹과 부렌즈(negative lens) 그룹의 순서로 정,부렌즈 그룹을 포함하는 망원형 렌즈 시스템이 일반적으로 사용된다. 한편으로, 단일 렌즈 리플렉스 카메라에 있어서는, 물체로부터 부렌즈 그룹과 정렌즈 그룹의 순서로 부,정렌즈 그룹을 포함하는 레트로포커스(retrofocus)형 렌즈 시스템이 사용된다.
콤팩트 카메라에 있어서, 망원형 줌 렌즈 시스템의 줌 비율은 3-렌즈-그룹 배치의 경우에 통상적으로 기껏해야 2 내지 3이다. 더우기, 4.0 이상의 줌 비율을 가지는 3-렌즈-그룹 줌 렌즈 시스템은 알려져 있지 않다.
본 발명의 목적은 4.0 이상의 고 줌비율을 얻을 수 있는, 콤팩트 카메라용 3-렌즈-그룹 줌 렌즈 시스템을 제공하는 것이다. 상기 목적을 달성하기 위해, 물체로부터 제 1 부렌즈 그룹, 제 2 정렌즈 그룹 및 제 3 부렌즈 그룹의 순서로 렌즈 그룹을 포함하는 줌 렌즈 시스템이 제공된다. 줌작용은 제 1 내지 제 3 렌즈 그룹을 광축 방향으로 이동시킴으로써 실행된다. 제 1 부렌즈 그룹은 물체측에 가장 가까운 표면이 오목한 면인 정-부결합 렌즈 요소를 포함하고 있다. 줌 렌즈 시스템은 다음의 조건을 만족하며:
－1 ＜ r1/fW ＜ 0 .....(1)
1.4 ＜ f1G/f1N ＜ 1.8 .....(2)
여기서
r1은 제 1 부렌즈 그룹의 물체측에 가장 가까운 표면의 곡률 반경을 나타내고;
fW는 짧은 초점거리 한계에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리를 나타내고;
f1G는 제 1 부렌즈 그룹의 초점거리를 나타내며; 그리고
f1N는 제 1 부렌즈 그룹의 결합렌즈 요소들의 부렌즈 요소의 초점거리를 나타낸다.
결합렌즈 요소에 있어서, 정렌즈 요소와 부렌즈 요소의 순서가 특별하게 요구되지는 않았다. 따라서, 결합렌즈 요소는 물체로부터 부렌즈 요소와 정렌즈 요소의 순서로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 줌 렌즈 시스템은 바람직하게는 다음의 조건을 만족하며:
8 ＜ νn － νp .....(3)
여기서
νn은 제 1 부렌즈 그룹의 결합렌즈 요소의 부렌즈의 아베(Abbe)수를 나타내고; 그리고
νp는 제 1 부렌즈 그룹의 결합렌즈 요소의 정렌즈의 아베수를 나타낸다.
본 발명에 따른 줌 렌즈 시스템은 다음의 조건을 만족시킬 수 있으며:
－5 ＜ fT/f1G ＜ －3.5 .....(4)
여기서
fT는 긴 초점거리 한계에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리를 나타낸다.
본 발명에 따른 줌 렌즈 시스템은 바람직하게는 다음의 조건을 만족하며:
0.03 ＜ (d12W － d12T)/fW ＜ 0.10 .....(5)
여기서
d12W는 짧은 초점거리 한계에서의 제 1 렌즈 그룹과 제 2 렌즈 그룹 사이의 거리를 나타내고; 그리고
d12T는 긴 초점거리 한계에서의 제 1 렌즈 그룹과 제 2 렌즈 그룹 사이의 거리를 나타낸다.
본 발명에 따른 줌 렌즈 시스템은 아래의 조건을 만족시킬 수 있으며:
0.6 ＜ y/fW ＜ 0.9 .....(6)
여기서
y는 필름표면 상의 대각선 상 높이를 나타낸다.
본 발명에 따른 줌 렌즈 시스템은 바람직하게는 아래의 조건을 만족시킨다.
3.5 ＜ fT/fW .....(7)
본 발명에 따른 줌 렌즈 시스템은 4 이상의 줌 비율을 얻을 수 있다. 한편으로, 본 발명의 줌 렌즈 시스템은 또한 약 3.5의 줌 비율을 가지고 있는 줌 렌즈 시스템에 적용될 수 있다.
본 발명의 줌 렌즈 시스템에 있어서, 적어도 하나의 비구면을 가지는 렌즈 요소가 제 2 정렌즈 그룹에 제공되는 것이 바람직하고, 다음의 조건이 만족되며:
－30 ＜ ΔIASP ＜ －10 .....(8)
여기서
ΔIASP는 짧은 초점거리 한계에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리가 1.0으로 전환되는 조건하에서 비구면으로 인한 구면수차 계수의 변화량을 나타낸다.
또한, 본 발명의 줌 렌즈 시스템에 있어서, 적어도 하나의 비구면을 가지는 렌즈 요소가 제 3 부렌즈 그룹에 제공되는 것이 바람직하고, 다음의 조건이 만족되며:
0 ＜ ΔVASP ＜ 0.4 .....(9)
여기서
ΔVASP는 짧은 초점거리 한계에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리가 1.0으로 전환되는 조건하에서 비구면으로 인한 왜곡 계수의 변화량을 나타낸다.
본 발명은 첨부된 도면을 참고하여 이하에서 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 줌 렌즈 시스템의 짧은 초점거리 한계에서의 렌즈 배치도;
도 2a, 2b, 2c 및 2d는 도 1에 도시된 렌즈배치에서 발생하는 렌즈의 수차를 도시하는 그림;
도 3은 제 1 실시예의 줌 렌즈 시스템의 제 1 중간 초점거리에서의 렌즈 배치도;
도 4a, 4b, 4c 및 4d는 도 3에 도시된 렌즈배치에서 발생하는 렌즈의 수차를 도시하는 그림;
도 5는 제 1 실시예의 줌 렌즈 시스템의 제 2 중간 초점거리에서의 다른 렌즈 배치도;
도 6a, 6b, 6c 및 6d는 도 5에 도시된 렌즈배치에서 발생하는 렌즈의 수차를 도시하는 그림;
도 7은 제 1 실시예의 줌 렌즈 시스템의 긴 초점거리 한계에서의 렌즈 배치도;
도 8a, 8b, 8c 및 8d는 도 7에 도시된 렌즈배치에서 발생하는 렌즈의 수차를도시하는 그림;
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 줌 렌즈 시스템의 짧은 초점거리 한계에서의 렌즈 배치도;
도 10a, 10b, 10c 및 10d는 짧은 초점거리 한계에서의 도 9의 렌즈배치에서 발생하는 렌즈의 수차를 도시하는 그림;
도 11a, 11b, 11c 및 11d는 중간 초점거리에서의 도 9의 렌즈배치에서 발생하는 렌즈의 수차를 도시하는 그림;
도 12a, 12b, 12c 및 12d는 긴 초점거리 한계에서의 도 9의 렌즈배치에서 발생하는 렌즈의 수차를 도시하는 그림;
도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 줌 렌즈 시스템의 짧은 초점거리 한계에서의 렌즈 배치도;
도 14a, 14b, 14c 및 14d는 짧은 초점거리 한계에서의 도 13의 렌즈배치에서 발생하는 렌즈의 수차를 도시하는 그림;
도 15a, 15b, 15c 및 15d는 중간 초점거리에서의 도 13의 렌즈배치에서 발생하는 렌즈의 수차를 도시하는 그림;
도 16a, 16b, 16c 및 16d는 긴 초점거리 한계에서의 도 13의 렌즈배치에서 발생하는 렌즈의 수차를 도시하는 그림;
도 17은 제 1 실시예에 따른 줌 렌즈 시스템에 대한 렌즈 그룹 이동통로의 개략도;
도 18은 제 1 실시예에 따른 줌 렌즈 시스템에 대한 렌즈 그룹 이동통로의다른 개략도; 그리고
도 19는 제 2 및 제 3 실시예에 따른 줌 렌즈 시스템에 대한 렌즈 그룹 이동통로의 개략도이다.
(바람직한 실시예의 기술)
도 17 내지 도 19에 도시된 바와 같이 렌즈-그룹 이동 통로에 있어서, 콤팩트 카메라용 3-렌즈-그룹 줌 렌즈 시스템은 물체로부터 제 1 부렌즈 그룹(10), 제 2 정렌즈 그룹(20) 및 제 3 부렌즈 그룹(30)의 순서로 렌즈 그룹을 포함하며; 그리고 줌작용은 제 1 내지 제 3 렌즈 그룹을 광축 방향으로 이동시킴으로써 실행된다.
도 17 내지 도 19의 렌즈-그룹 이동 통로의 개략도 중에서, 도 17은 렌즈-그룹 이동 통로의 한 예로서 이 이동 통로를 따라 중간 초점거리에서의 렌즈그룹의 스위칭 이동이 있다. 짧은 초점거리 한계(fw)로부터 긴 초점거리 한계(ft)를 향해 줌작용하는 도 17에 따르면, 렌즈 그룹(10 내지 30)은 아래와 같이 이동하도록 배치되어 있으며:
짧은 초점거리 한계(fw)로부터 중간 초점거리(fm)로의 초점거리 범위(zw)(제 1 초점거리 범위; 짧은 초점거리측 줌작용 범위)에 있어서, 제 1 렌즈 그룹(10), 제 2 렌즈 그룹(20) 및 제 3 렌즈 그룹(30)은 물체를 향하여 이동된다.
중간 초점거리(fm)에서, 제 1 렌즈 그룹(10), 제 2 렌즈 그룹(20) 및 제 3 렌즈 그룹(30)은 예정된 거리만큼 상 평면을 향해 이동되고, 그래서 중간 초점거리(fm)는 스위칭후 중간 초점거리(fm')으로 변화된다.
스위칭후 중간 초점거리(fm')로부터 긴 초점거리(ft)로의 초점거리 범위(zt)(제 2 초점거리 범위; 긴 초점거리측 줌작용 범위)에 있어서, 제 1 렌즈 그룹(10), 제 2 렌즈 그룹(20) 및 제 3 렌즈 그룹(30)은 물체를 향하여 이동된다.
초점거리 범위(zw)에 있어서, 제 1 렌즈 그룹(10) 및 제 2 렌즈 그룹(20)은그 사이의 예정된 거리를 유지한다(제 1 상태).
중간 초점거리(fm)에서, 제 1 렌즈 그룹(10)과 제 2 렌즈 그룹(20) 사이의 거리는 축소된다.
초점거리 범위(zt)에 있어서, 제 1 렌즈 그룹(10) 및 제 2 렌즈 그룹(20)은 그 사이의 축소된 거리를 유지한다(제 2 상태).
중간 초점거리(fm)는 제 1 초점거리 범위에 속하고; 그리고 스위칭후 중간 초점거리(fm')는 렌즈 그룹의 아래의 이동:
(ⅰ) 제 1 렌즈 그룹(10) 및 제 3 렌즈 그룹(30)은 중간 초점거리(fm)에 상응하는 위치로부터 상을 향해 이동되며; 그리고
(ⅱ) 제 1 렌즈 그룹(10) 및 제 2 렌즈 그룹(20)은 그 사이의 거리를 축소한다
이 완결된 후에 결정된다.
줌작용시에, 개구 조리개(s)는 제 2 렌즈 그룹(20)과 함께 이동한다.
도 3 의 제 1 중간 초점거리는 초점거리 범위(zw)에서의 전형적인 초점거리이다.
도 5 의 제 2 중간 초점거리는 초점거리 범위(zt)에서의 전형적인 초점거리이다. 도 17에 도시된 제 1 내지 제 3 렌즈 그룹(10, 20 및 30)용, 스위칭 이동 전후의 렌즈 그룹 이동 통로는 직선으로 단순하게 표시되어 있다. 그러나 렌즈 그룹 이동 통로가 반드시 직선일 필요는 없다는 것을 알아야 한다. 게다가, 초점맞춤작용은 초점거리 범위에 관계없이 제 1 렌즈 그룹(10) 및 제 2 렌즈 그룹(20)을일체로 이동시킴으로써 실행된다.
렌즈 그룹 이동 통로는 중간 초점거리(fm) 및 스위칭후 중간 초점거리(fm')에서 불연속지점을 가지고 있고; 그러나, 짧은 초점거리 한계(fw), 중간 초점거리(fm), 스위칭후 중간 초점거리(fm') 및 긴 초점거리 한계(ft)에서 각각 제 1 렌즈 그룹(10), 제 2 렌즈 그룹(20) 및 제 3 렌즈 그룹(30)의 위치를 적절하게 결정함으로써, 상이 예정된 평면 상에 정확하게 형성되는 해법이 얻어질 수 있다. 이러한 해법을 수반하는 렌즈 그룹 이동 통로에 따라, 소형화되고 고 줌비율을 가지는 줌 렌즈 시스템을 얻을 수 있다.
도 18은 도 17의 렌즈 그룹 이동 통로를 따라서 단계적으로 각 렌즈 그룹을 멈추게 하기 위한 위치가 결정되는 것을 도시하며; 그리고 각 렌즈 그룹이 멈추게 되는 위치가 검정색 점으로 표시되어 있고, 점들은 완만한 곡선으로 연결되어 있다. 실제 기계 구조에 있어서, 각 렌즈 그룹은 상기 완만한 곡선을 따라서 이동될 수 있다.
도 19는 스위칭도중 초점거리를 가지고 있지 않은 렌즈 그룹 이동 통로의 한 예를 도시하고 있다. 짧은 초점거리 한계로부터 긴 초점거리 한계를 향하여 줌작용시, 모든 렌즈 그룹은 물체를 향해 이동하고, 게다가 그들 사이의 거리가 변한다. 개구 조리개(s)는 제 2 렌즈 그룹(20)과 제 3 렌즈 그룹(30) 사이에 제공되어 있고, 그리고 제 2 렌즈 그룹(20)과 함께 이동한다.
예를 들면, 위에서 설명한 렌즈 그룹 이동 통로(줌작용 기본 통로)가 만들어 질 수 있는 3-렌즈-그룹 줌 렌즈 시스템의 실시예에 있어서, 한 가지 특징은 제 1부렌즈 그룹(10)이 물체에 가장 가까운 측 표면(제 1 표면)이 오목한 표면인 정부결합렌즈 요소로 구성되어 있는 것이다. 정렌즈 요소와 부렌즈 요소의 순서가 특정적으로 요구되는 것은 아니다.
특히, 짧은 초점거리 한계에서 35。 이상의 반 시야각을 가진 3-렌즈-그룹 줌 렌즈 시스템에 경우, 제 1 렌즈 그룹을 구성하는 렌즈 요소의 수가 많으면, 그리고 제 1 렌즈 그룹의 전체 길이가 길면, 제 1 및 제 2 렌즈 그룹의 직경은 주위 조명을 집중시키기 위해서 보다 크게 되는 경향이 있다. 그러나, 렌즈 요소 직경의 증가는 카메라의 상하 크기의 증가를 가져오고, 카메라의 소형화를 방해한다.
물체에 가장 가까운 측 표면이 오목한 표면인 정부결합렌즈 요소로 제 1 부렌즈 그룹(10)을 구성하면 주위 조명을 확보할 수 있고, 전방 (제 1 및 제 2)렌즈 그룹의 직경의 증가를 피할 수 있다. 상기 실시예의 3-렌즈-그룹 줌 렌즈 시스템은 짧은 초점거리 한계에서 큰 반 시야각을 가지고 있지 않은 렌즈 시스템용으로 사용될 수 있다.
물체에서 가장 가까운 측 표면이 오목한 표면인 정부결합렌즈 요소로 제 1 부렌즈 그룹(10)이 구성되는 조건하에서, 조건 (1)은 제 1 렌즈 그룹의 전체 길이를 감소시키기 위해 결합렌즈 요소를 지정한다. 이러한 조건을 만족시킴으로써, 주위 조명이 확보될 수 있고, 전방 렌즈 그룹의 직경의 증가를 막을 수 있다.
만약 r1/fW가 조건 (1)의 상한을 초과하면, 오목한 표면으로서 제 1 표면을 형성하는 요건은 만족되지 않고, 그로 인해 주위 조명이 확보될 수 없다.
만약 r1/fW가 조건 (1)의 하한을 초과하면, 제 1 표면의 발산도의 영향은 작아지고, 그로 인해 전방 (제1)렌즈 그룹의 직경은 주위 조명을 집중시키기 위해 커진다.
조건 (2)는 결합렌즈 요소로 구성된 제 1 부렌즈 그룹의 부렌즈 요소를 지정한다. 이 조건을 만족시킴으로써, 제 1 렌즈 그룹에서의 수차는 감소될 수 있고, 전체 줌 렌즈 시스템에 걸친 수차의 변이도 감소될 수 있다.
만약 f1G/f1N가 조건 (2)의 상한을 초과하면, 대체로 부배율을 가지는 결합렌즈 요소의 발산도가 매우 커지고, 그로 인해 전체 줌 렌즈 시스템에서 발생한 구면수차는 과도하게 보정되는 경향이 있다.
만약 f1G/f1N가 조건 (2)의 하한을 초과하면, 대체로 부배율을 가지는 결합렌즈 요소의 발산도가 작아지고, 그로 인해 전체 줌 렌즈 시스템에서 발생한 구면수차는 부족하게 보정되는 경향이 있다.
조건 (3)은 전체 줌작용 범위에 걸쳐서 색수차를 보정하기 위한 것이다.
만약 νn － νp이 조건 (3)의 하한을 초과하면, 전체 줌작용 범위에 걸친 색수차는 결합렌즈 요소에 의해 보정될 수 없다.
조건 (4)는 제 1 렌즈 그룹의 이동 거리를 지정한다. 이 조건은 제 1 렌즈 그룹의 이동 거리를 감소시키기 위해 필요하고, 그 결과 줌 렌즈 시스템의 소형화가 달성되고 게다가 4 이상의 줌 비율이 유지된다.
만약 fT/f1G가 조건 (4)의 상한을 초과하면, 제 1 부렌즈 그룹의 이동 거리는 보다 길어지고, 그 결과 줌 렌즈 시스템의 소형화는 달성될 수 없다.
만약 fT/f1G가 조건 (4)의 하한을 초과하면, 제 1 부렌즈 그룹의 배율은 매우 커지고, 그 결과 발생된 수차가 커지며, 줌작용시 수차의 변이도 커진다.
조건 (5)는 제 1 및 제 2 렌즈 그룹의 직경을 감소시키기 위한 것이다. 만약 제 1 및 제 2 렌즈 그룹의 이동 거리가 길어지고, 그 사이의 거리가 4 이상의 줌 비율을 유지하기 위해 또한 길어지면, 제 1 및 제 2 렌즈 그룹의 직경이 특히 짧은 초점거리 한계에서 주위 조명을 집중시키기 위해 커지는 경향이 있기 때문에, 이 조건은 필요하다.
만약 (d12W － d12T)/fW가 조건 (5)의 상한을 초과하면, 제 1 및 제 2 렌즈 그룹의 이동 거리가 길어지고, 그 결과 줌 렌즈 시스템의 소형화는 달성될 수 없다.
만약 (d12W － d12T)/fW가 조건 (5)의 하한을 초과하면, 제 1 및 제 2 렌즈 그룹의 줌작용 효과가 작아지고, 그 결과 고 줌비율은 달성될 수 없다.
조건 (6)은 짧은 초점거리 한계에서 초점거리를 보다 짧게 하기 위한 것이다.
만약 y/fW가 조건 (6)의 하한을 초과하면, 짧은 초점거리 한계에서 초점거리는 보다 짧게 될 수 없다.
조건 (7)은 3.5 이상의 줌 비율을 얻기 위한 것이다.
만약 fT/fW가 조건 (7)의 하한을 초과하면, 3.5 이상의 줌 비율을 가진 줌 렌즈 시스템을 얻을 수 없다.
조건 (8)은 제 2 정렌즈 그룹이 적어도 하나의 비구면이 형성된 렌즈 요소를 구비하고 있는 경우에 비구면에 의해 만족될 요건을 지정하기 위한 것이다. 적어도 하나의 비구면이 형성된 한 렌즈 요소를 사용함으로써, 제 2 정렌즈 그룹의 렌즈 요소의 수가 감소될 수 있고, 특히, 줌 렌즈 시스템의 구면수차가 보정될 수 있다.
만약 ΔIASP가 조건 (8)의 상한을 초과하면, 구면수차의 보정 효과가 작아지고, 그 결과 구면수차는 충분하게 보정될 수 없다.
만약 ΔIASP가 조건 (8)의 하한을 초과하면, 비구면성이 커지고, 그 결과 비구면을 가진 렌즈 요소의 제작이 어려워진다.
조건 (9)는 제 3 부렌즈 그룹이 적어도 하나의 비구면이 형성된 렌즈 요소를 구비하고 있는 경우에 비구면에 의해 만족될 요건을 지정하기 위한 것이다. 적어도 하나의 비구면이 형성된 한 렌즈 요소를 사용함으로써, 제 3 부렌즈 그룹의 렌즈 요소의 수가 감소될 수 있고, 특히, 짧은 초점거리 한계에서의 왜곡이 보정될 수 있다.
만약 ΔVASP가 조건 (9)의 상한을 초과하면, 비구면성이 커지고, 그 결과 비구면을 가진 렌즈 요소의 제작이 어려워진다.
만약 ΔVASP가 조건 (9)의 하한을 초과하면, 비구면에 의한 왜곡의 보정 효과가 작아지고, 그 결과 왜곡이 충분하게 보정될 수 없다.
실시예에 대한 특정한 수치 자료가 이하에서 기술될 것이다. 구면수차로 표시된 색수차(축방향의 색수차)의 다이아그램에 있어서, 실선과 두 종류의 점선은 각각 d, g 및 c선에 관한 구면수차를 나타낸다. 또한, 측방향 색수차의 다이아그램에 있어서, 두 종류의 점선을 각각 g 및 c선에 관한 배율을 나타내고; 그러나,기본 선으로서 d선은 세로 좌표와 일치한다. S는 구결면상(sagittal image)을 나타내고, M은 자오면상(meridional image)을 나타낸다. 표에 있어서, FNO는 F-수를 나타내고, f는 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리를 나타내고, w는 반 시야각(˚)을 나타내고, fB는 후방 초점거리를 나타내고, r은 곡률반경을 나타내고, d는 렌즈요소 두께 또는 렌즈요소들 사이의 거리를 나타내고, Nd는 d라인의 굴절률을 나타내며, 그리고 ν는 아베수를 나타낸다.
상기에 부가하여, 광축에 관하여 대칭인 비구면은 다음과 같이 정의되며:
x = cy2/(1+[1-{1+K}c2y2]1/2)+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10.....
여기서:
c는 비구면 정점의 곡률(1/r)을 나타내고;
K는 원추 계수를 나타내고; 그리고
A4는 4차 비구면 계수를 나타내고;
A6는 6차 비구면 계수를 나타내고;
A8는 8차 비구면 계수를 나타내고; 그리고
A10는 10차 비구면 계수를 나타낸다.
비구면 계수들과 렌즈수차 계수들 사이의 관계는 이하에서 기술될 것이다.
1. 비구면의 형상은 대체로 다음과 같이 정의될 수 있으며;
x = cy2/(1+[1-{1+K}c2y2]1/2)+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10.....
여기서:
x는 비구면 정점의 접평면으로부터의 거리를 나타내고;
y는 광축으로부터의 거리를 나타내고;
c는 비구면 정점의 곡률(1/r)을 나타내고;
K는 원추 계수를 나타내며;
2. 이 방정식에 있어서, 렌즈수차 계수를 얻기 위하여, K를 "O"로 교체하도록 아래의 대입이 행해진다(K=0 이면 Bi=Ai).
B4 = A4+Kc3/8;
B6 = A6+(K2+2K)c5/16;
B8 = A8+5(K3+3K2+3K)c7/128;
B10 = A10+7(K4+4K3+6K2+4K)c9/256; 그 결과 아래의 방정식이 얻어지고:
x = cy2/[1+[1-c2y2]1/2+B4y4+B6y6+B8y8+B10y10+.....
3. 더우기, 초점거리(f)를 1.0으로 표준화하기 위해, 아래 사항이 고려되며:
X = x/f; Y = y/f; C = f*c;
α4 = f3B4; α6 = f5B6; α8 = f7B8; α10 = f9B10
따라서, 다음의 방정식을 얻는다.
x = cy2/[1+[1-c2y2]1/2+α4y4+α6y6+α8y8+α10y10+.....
4. Φ = 8(N' - N)α4이 정의되고, 제 3 렌즈수차 계수가 아래와 같이 정의되며:
Ⅰ는 구면수차 계수를 나타내고;
Ⅱ는 코마(Ccoma)수차 계수를 나타내고;
Ⅲ는 비점수차 계수를 나타내고;
Ⅳ는 구결면상 표면의 곡률 계수를 나타내며; 그리고
Ⅴ는 왜곡 계수를 나타내고; 그 결과 각 렌즈수차 계수에 대한 4차 비구면 계수(α4)의 영향이 다음과 같이 정의되며:
ΔⅠ = h4Φ
ΔⅡ = h3kΦ
ΔⅢ = h2k2Φ
ΔⅣ = h2k2Φ
ΔⅤ = hk3Φ
여기서
h는 축상의 근축광선이 비구면과 부딪치는 높이를 나타내고;
k는 축외측의 근축광선이 동공의 중심을 통과하는 높이를 나타내고;
N'는 비구면에 관하여 상의 측면상의 매질의 굴절률을 나타내며; 그리고
N은 비구면에 관하여 물체의 측면상의 매질의 굴절률을 나타낸다.
(실시예 1)
도 1 내지 도 8은 제 1 실시예에 따른 줌 렌즈 시스템을 도시하고 있다. 이 실시예는 도 17 또는 도 18에 도시된 렌즈-그룹 이동 통로를 가지는 줌 렌즈 시스템에 적용된다. 도 1, 3, 5 및 7은 각각 짧은 초점거리 한계, 짧은 초점거리 측 줌작용 범위(zw) 내의 중간 초점거리(f=35.0), 긴 초점거리 측 줌작용 범위(zt) 내의 중간 초점거리(f=70.0) 그리고 긴 초점거리 한계에서의 줌 렌즈 시스템의 렌즈 배치를 도시하고 있다. 도 2a 내지 도 2d, 도 4a 내지 도 4d, 도 6a 내지 도 6d 그리고 도 8a 내지 도 8d는 도 1, 3, 5 및 7에 도시된 렌즈 배치에서 발생하는 렌즈의 수차를 도시하고 있다. 표 1은 제 1 실시예의 수치 자료를 제시하고 있다.
렌즈 면 Nos. 1 내지 3은 제 1 부렌즈 그룹(10)을 구성하고, 렌즈 면 Nos. 4 내지 8은 제 2 정렌즈 그룹(20)을 구성하며 그리고 렌즈 면 Nos. 9 내지 12는 제 3 부렌즈 그룹(30)을 구성한다. 제 1 렌즈 그룹(10)은 물체로부터 가장 가까운 측 표면이 오목한 표면인 정부결합렌즈 요소를 포함하고 있다. 제 2 렌즈 그룹(20)은 물체로부터 정렌즈 요소와 부렌즈 요소의 순서로 렌즈 요소를 가지는 결합렌즈 요소, 그리고 정렌즈 요소를 포함하고 있다. 제 3 렌즈 그룹(30)은 물체로부터 정렌즈 요소와 부렌즈 요소의 순서로 렌즈 요소를 포함하고 있다. 개구 조리개(S)는 제 2 렌즈 그룹(렌즈 면 Nos.8)의 후방 1.0mm에 위치하고 있다.
*는 광축에 관하여 회전 대칭인 비구면을 나타낸다.
비구면 자료(비구면 계수는 제로(0.00)를 나타내지 않음):
(실시예 2)
도 9 내지 도 12는 제 2 실시예에 따른 줌 렌즈 시스템을 도시하고 있다. 이 실시예는 도 19에 도시된 렌즈-그룹 이동 통로를 가지는 줌 렌즈 시스템에 적용된다. 도 9는 줌 렌즈 시스템의 렌즈 배치를 도시하고 있다. 도 10a 내지 도 10d, 도 11a 내지 도 11d 그리고 도 12a 내지 도 12d는 각각 짧은 초점거리 한계, 중간 초점거리(f=70.0) 그리고 긴 초점거리 한계에서의 렌즈 배치에서 발생된 렌즈수차를 도시하고 있다. 표 2는 제 2 실시예의 수치 자료를 제시하고 있다. 기본적인 렌즈 배치는 제 1 실시예의 배치와 동일하다. 개구 조리개(S)는 제 2 렌즈 그룹(20)(렌즈 면 번호 8) 후방 1.0mm에 위치하고 있다.
*는 광축에 관하여 회전 대칭인 비구면을 나타낸다.
비구면 자료(비구면 계수는 제로(0.00)를 나타내지 않음):
(실시예 3)
도 13 내지 도 16은 제 3 실시예에 따른 줌 렌즈 시스템을 도시하고 있다. 이 실시예는 도 19에 도시된 렌즈-그룹 이동 통로를 가지는 줌 렌즈 시스템에 적용된다. 도 13은 줌 렌즈 시스템의 렌즈 배치를 도시하고 있다. 도 14a 내지 도 14d, 도 15a 내지 도 15d 그리고 도 16a 내지 도 16d는 각각 짧은 초점거리 한계, 중간 초점거리(f=70.0) 그리고 긴 초점거리 한계에서의 렌즈 배치의 렌즈수차를 도시하고 있다. 표 3은 제 3 실시예의 수치 자료를 제시하고 있다. 기본적인 렌즈 배치는 제 1 실시예의 배치와 동일하다. 개구 조리개(S)는 제 2 렌즈 그룹(20)(렌즈 면 번호 8) 후방 1.0mm에 위치하고 있다.
*는 광축에 관하여 회전 대칭인 비구면을 나타낸다.
비구면 자료(비구면 계수는 제로(0.00)를 나타내지 않음):
표 4는 각 실시예의 각 조건의 수치를 제시하고 있다.
표 4로부터 알 수 있듯이, 제 1 내지 제 3 실시예의 각각의 수치 자료는 조건 (1) 내지 조건 (9)를 만족시킨다. 게다가, 렌즈수차 다이아그램에서 알 수 있는 바와 같이, 각 초점거리에서의 다양한 렌즈수차는 충분히 보정된다.
상기한 바에 따르면, 4.0 이상의 고 줌비율을 가질 수 있는 콤팩트 카메라용 3-렌즈-그룹 줌 렌즈 시스템이 실현될 수 있다.

Claims (8)

  1. 물체로부터 제 1 부렌즈 그룹, 제 2 정렌즈 그룹 및 제 3 부렌즈 그룹의 순서로 렌즈 그룹을 포함하는 줌 렌즈 시스템에 있어서;
    줌작용은 제 1 내지 제 3 렌즈 그룹을 광축 방향으로 이동시킴으로써 실행되고;
    상기 제 1 부렌즈 그룹은 물체측에 가장 가까운 표면이 오목한 표면인 정부결합렌즈 요소를 포함하고 있고; 그리고
    상기 줌 렌즈 시스템은 다음의 조건을 만족하며:
    －1 ＜ r1/fW ＜ 0
    1.4 ＜ f1G/f1N ＜ 1.8
    여기서
    r1은 상기 제 1 부렌즈 그룹의 물체측에 가장 가까운 표면의 곡률 반경을 나타내고;
    fW는 짧은 초점거리 한계에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리를 나타내고;
    f1G는 상기 제 1 부렌즈 그룹의 초점거리를 나타내며; 그리고
    f1N는 상기 결합렌즈 요소들 중의 상기 부렌즈 요소의 초점거리를 나타내는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 줌 렌즈 시스템은 아래의 조건을 만족하며:
    8 ＜ νn － νp
    여기서
    νn은 상기 결합렌즈 요소들 중의 상기 부렌즈 요소의 아베수를 나타내며; 그리고
    νp는 상기 결합렌즈 요소들 중의 상기 정렌즈의 아베수를 나타내는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 줌 렌즈 시스템은 아래의 조건을 만족시키며:
    －5 ＜ fT/f1G ＜ －3.5
    여기서
    fT는 긴 초점거리 한계에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리를 나타내는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 줌 렌즈 시스템은 아래의 조건을 만족하며:
    0.03 ＜ (d12W － d12T)/fW ＜ 0.10
    여기서
    d12W는 짧은 초점거리 한계에서의 상기 제 1 렌즈 그룹과 상기 제 2 렌즈 그룹 사이의 거리를 나타내고; 그리고
    d12T는 긴 초점거리 한계에서의 상기 제 1 렌즈 그룹과 상기 제 2 렌즈 그룹사이의 거리를 나타내는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 줌 렌즈 시스템은 아래의 조건을 만족시킬 수 있으며:
    0.6 ＜ y/fW ＜ 0.9
    여기서
    y는 필름표면상의 대각선 상 높이를 나타내는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 줌 렌즈 시스템은 아래의 조건:
    3.5 ＜ fT/fW
    를 만족시키는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 정렌즈 그룹은 적어도 하나의 비구면을 가지는 렌즈 요소를 포함하고 있고, 상기 비구면은 아래의 조건을 만족시키며:
    －30 ＜ ΔIASP ＜ －10
    여기서
    ΔIASP는 짧은 초점거리 한계에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리가 1.0으로 전환되는 조건하에서 상기 비구면으로 인한 구면수차 계수의 변화량을 나타내는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 부렌즈 그룹은 적어도 하나의 비구면을 가지는 렌즈 요소를 포함하고 있고, 상기 비구면은 아래 조건을 만족시키며:
    0 ＜ ΔVASP ＜ 0.4
    여기서
    ΔVASP는 짧은 초점거리 한계에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리가 1.0으로 전환되는 조건하에서 상기 비구면으로 인한 왜곡 계수의 변화량을 나타내는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
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