KR20020062826A - 줌 렌즈 시스템 - Google Patents

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KR20020062826A
KR20020062826A KR1020020003807A KR20020003807A KR20020062826A KR 20020062826 A KR20020062826 A KR 20020062826A KR 1020020003807 A KR1020020003807 A KR 1020020003807A KR 20020003807 A KR20020003807 A KR 20020003807A KR 20020062826 A KR20020062826 A KR 20020062826A
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lens
lens group
lens system
zoom lens
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KR1020020003807A
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Inventor
에노모토다카시
Original Assignee
아사히 고가쿠 고교 가부시키가이샤
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Abstract

줌 렌즈 시스템은 부의 제1 렌즈그룹, 정의 제2 렌즈그룹, 및 부의 제3 렌즈그룹을 포함하고 있다. 주밍은 광축방향으로 제1 내지 제3 렌즈그룹을 이동시킴으로써 실행된다. 부의 제1 렌즈그룹은 물체쪽을 향한 오목면을 가진 부의 단일 렌즈요소로 이루어지고, 다음의 조건식을 만족시킨다:
-1 < r1/fW < 0…(1)
여기서
r1 은 상기 부의 단일 렌즈요소의 물체측 오목면의 곡률반경을 지시하고; 그리고
fW 는 단초점거리단에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리를 지시한다.

Description

줌 렌즈 시스템{ZOOM LENS SYSTEM}
본 발명은 컴팩트 카메라용 3 렌즈그룹 줌 렌즈 시스템에 관한 것이며, 보다 상세하게는 단초점거리단(短焦點距離端)에서의 화각(畵角)을 보다 크게 만드는 것에 관한 것이다.
컴팩트 카메라의 줌 렌즈 시스템은 그 내부의 촬영 렌즈 시스템 후방에 퀵리턴 미러를 위한 공간이 요구되는 1안 리플렉스 카메라의 줌 렌즈 시스템과는 달리 긴 백포커스를 요하지 않는다. 따라서, 컴팩트 카메라는 물체로부터 순차로 정(正)의 파워 렌즈그룹(이하 정의 렌즈그룹이라 함)과 부(負)의 파워 렌즈그룹(이하 부의 렌즈그룹이라 함)을 포함하고 있는 망원 렌즈 시스템을 채용해 왔다. 다른 한편, 1안 리플렉스 카메라는 물체로부터 순차로 부의 렌즈그룹과 정의 렌즈그룹을 포함하고 있는 레트로포커스 렌즈 시스템을 채용해 왔다.
종래의 컴팩트 카메라의 망원 줌 렌즈 시스템에 있어서는, 단초점거리단에서의 반화각(半畵角)은 기껏해야 30˚이다. 게다가, 단초점거리단에서 35˚보다 큰 반화각을 얻을 수 있는 3 렌즈그룹 줌 렌즈 시스템은 알려져 있지 않다.
도 1은 단초점거리단에 있어서의 본 발명의 제1 실시예에 의한 줌 렌즈 시스템의 렌즈 배열을 도시한 도면;
도 2A, 2B, 2C 및 2D는 도 1에 도시된 렌즈 배열에서 발생되는 수차를 도시한 도면;
도 3은 단초점거리측 주밍범위(Zw) 내의 중간초점거리에 있어서의 본 발명의 제1 실시예에 의한 줌 렌즈 시스템의 렌즈 배열을 도시한 도면;
도 4A, 4B, 4C 및 4D는 도 3에 도시된 렌즈 배열에서 발생되는 수차를 도시한 도면;
도 5는 장초점거리측 주밍범위(Zt) 내의 중간초점거리에 있어서의 본 발명의 제1 실시예에 의한 줌 렌즈 시스템의 또다른 렌즈 배열을 도시한 도면;
도 6A, 6B, 6C 및 6D는 도 5에 도시된 렌즈 배열에서 발생되는 수차를 도시한 도면;
도 7은 장초점거리단에 있어서의 본 발명의 제1 실시예에 의한 줌 렌즈 시스템의 렌즈 배열을 도시한 도면;
도 8A, 8B, 8C 및 8D는 도 7에 도시된 렌즈 배열에서 발생되는 수차를 도시한 도면;
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 의한 줌 렌즈 시스템의 렌즈 배열을 도시한 도면;
도 10A, 10B, 10C 및 10D는 단초점거리단에 있어서의 도 9에 도시된 렌즈 배열에서 발생된 수차를 도시한 도면;
도 11A, 11B, 11C 및 11D는 중간초점거리에 있어서의 도 9에 도시된 렌즈 배열에서 발생되는 수차를 도시한 도면;
도 12A, 12B, 12C 및 12D는 장초점거리단에 있어서의 도 9에 도시된 렌즈 배열에서 발생되는 수차를 도시한 도면;
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 의한 줌 렌즈 시스템의 렌즈 배열을 도시한 도면;
도 14A, 14B, 14C 및 14D는 단초점거리단에 있어서의 도 13에 도시된 렌즈 배열에서 발생되는 수차를 도시한 도면;
도 15A, 15B, 15C 및 15D는 중간초점거리에 있어서의 도 13에 도시된 렌즈 배열에서 발생되는 수차를 도시한 도면;
도 16A, 16B, 16C 및 16D는 장초점거리단에 있어서의 도 13에 도시된 렌즈 배열에서 발생되는 수차를 도시한 도면;
도 17은 본 발명의 제1 실시예에 의한 줌 렌즈 시스템의 개략적인 렌즈그룹 이동경로를 도시한 도면;
도 18은 본 발명의 제1 실시예에 의한 줌 렌즈 시스템의 또다른 개략적인 렌즈그룹 이동경로를 도시한 도면; 그리고
도 19는 본 발명의 제2 실시예 및 제3 실시예에 의한 줌 렌즈 시스템의 개략적인 렌즈그룹 이동경로를 도시한 도면.
본 발명의 목적은 단초점거리단에서 35˚보다 큰 반화각이 얻어질 수 있는 컴팩트 카메라를 위한 소형화된 3 렌즈그룹 줌 렌즈 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 성취하기 위해, 물체로부터 순차로 부의 제1 렌즈그룹, 정의 제2 렌즈그룹, 및 부의 제3 렌즈그룹을 포함하고 있는 줌 렌즈 시스템이 제공된다. 주밍은 광축방향으로 제1 내지 제3 렌즈그룹을 이동시킴으로써 실행된다. 부의 제1 렌즈그룹은 물체쪽을 향한 오목면을 가진 부의 단일 렌즈요소로 이루어지고, 다음의 조건식을 만족시킨다:
-1 < r1/fW < -0.3…(1)
여기서
r1 은 상기 부의 단일 렌즈요소의 물체측 오목면의 곡률반경을 지시하고; 그리고
fW 는 단초점거리단에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리를 지시한다.
물체쪽을 향한 오목면을 가진 부의 단일 렌즈요소는 부의 메니스커스 렌즈요소로 이루어질 수 있다.
본 발명의 줌 렌즈 시스템은 다음의 조건식을 만족시키는 것이 바람직하다:
50 < vd…(2)
여기서
vd 는 부의 단일 렌즈요소의 아베수(Abbe number)를 지시한다.
본 발명의 줌 렌즈 시스템은 다음의 조건식을 만족시킬 수 있다:
1.7 < nd…(3)
여기서
nd 는 부의 단일 렌즈요소의 d-선의 굴절률을 지시한다.
본 발명의 줌 렌즈 시스템은 다음의 조건식을 만족시키는 것이 바람직하다:
-5 < fT/f1G < -3 …(4)
여기서
fT 는 장초점거리단에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리를 지시하고; 그리고
f1G 는 부의 단일 렌즈요소의 초점거리를 지시한다.
본 발명의 줌 렌즈 시스템은 다음의 조건식을 만족시키는 것이 바람직하다:
0.05 < (d12W - d12T)/fW < 0.15 …(5)
여기서
d12W 는 단초점거리단에서의 부의 단일 렌즈요소와 제2 렌즈그룹 사이의 거리를 지시하고; 그리고
d12T 는 장초점거리단에서의 부의 단일 렌즈요소와 제2 렌즈그룹 사이의 거리를 지시한다.
본 발명의 줌 렌즈 시스템은 다음의 조건식을 만족시킬 수 있다:
0.6 < y/fW < 0.9…(6)
여기서
y 는 필름면 위의 경사상높이를 지시한다.
본 발명의 줌 렌즈 시스템은 다음을 조건식을 만족시킬 수 있다:
3.5 < fT/fW …(7)
여기서
fT 는 장초점거리단에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리를 지시하고; 그리고
fW 는 단초점거리단에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리를 지시한다.
정의 제2 렌즈그룹은 적어도 하나의 비구면을 가지고 있는 하나의 렌즈요소를 포함하고 있으며, 다음의 조건식을 만족시킬 수 있다:
-30 < ΔIASP < -10…(8)
여기서
ΔIASP 는 단초점거리단에서의 초점거리가 1.0 으로 변환되어진 조건 하에서의 비구면으로 인한 구면수차계수의 변화량을 지시한다.
부의 제3 렌즈그룹은 적어도 하나의 비구면을 가지고 있는 하나의 렌즈요소를 포함하고 있으며, 다음의 조건식을 만족시킬 수 있다:
0 < ΔVASP < 0.4…(9)
여기서
ΔVASP 는 단초점거리단에서의 초점거리가 1.0 으로 변환되어진 조건하에서의 비구면으로 인한 왜곡수차계수의 변화량을 지시한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참고로 하여 아래에서 보다 상세히 설명될 것이다.
(발명의 실시형태)
본 발명에 의한 3 렌즈그룹 줌 렌즈 시스템은 (i) 도 17, 18 및 19에 도시된바와 같이 물체로부터 순차로 부의 제1 렌즈그룹(10), 정의 제2 렌즈그룹(20), 및 부의 제3 렌즈그룹(30)으로 이루어지고, (ii) 광축방향을 따라 제1 내지 제3 렌즈그룹을 이동시킴으로써 주밍을 실행하는 줌 렌즈 시스템에 적용될 수 있다.
도 17 내지 19의 상기 개략적인 렌즈그룹 이동경로들에 있어서, 도 17은 중간초점거리(fm)에서 단절되는(전환되는) 렌즈그룹 이동경로를 도시하고 있다. 단초점거리단(fw)으로부터 장초점거리단(ft)을 향해 주밍할 때, 부의 제1 렌즈그룹(10), 정의 제2 렌즈그룹(20), 및 부의 제3 렌즈그룹(30)은 다음과 같이 이동한다:
[1] 단초점거리단(fw)과 중간초점거리(fm)에 의해 형성되는 초점거리 범위(제1 초점거리 범위; 단초점거리측 주밍범위; Zw) 내에서, 부의 제1 렌즈그룹(10), 정의 제2 렌즈그룹(20), 및 부의 제3 렌즈그룹(30)은 물체를 향해 이동하고; 제1 렌즈그룹(10)과 제2 렌즈그룹(20)은 그들 사이이 거리(d1)를 유지한다(제1 상태);
[2] 중간초점거리단(fm)에서, 제1 내지 제3 렌즈그룹(10 내지 30)이 소정 거리만큼 상을 향해 이동하여, 중간초점거리(fm)는 전환된 중간초점거리(fm')로 변경되고; 제1 렌즈그룹(10)과 제2 렌즈그룹(20) 사이의 거리(d1)는 더 짧아져 더 짧은 거리(d2)를 형성한다(제2 상태);
[3] 전환된 중간초점거리(fm')와 장초점거리단(ft)에 의해 형성되는 초점거리 범위(제2 초점거리 범위; 장초점거리측 주밍범위; Zt) 내에서, 제1 내지 제3 렌즈그룹(10 내지 30)은 물체를 향해 이동하고; 제1 렌즈그룹과 제2 렌즈그룹(20)은 거리(d2)를 유지한다(제2 상태).
중간초점거리(fm)는 제1 초점거리 범위(Zw)에 속하고; 전환된 중간초점거리(fm')는 (i) 제1 렌즈그룹(10)과 제3 렌즈그룹(30)이 상을 향해 이동하고, (ii) 제1 렌즈그룹(10)과 제2 렌즈그룹(20) 사이의 거리가 더 짧아져 거리(d2)를 형성하는 조건 하에서 얻어지는 초점거리로서 형성된다는 것을 알 수 있다.
조리개(S)가 주밍시 제2 렌즈그룹과 함께 이동한다.
제1 렌즈그룹(10), 제2 렌즈그룹(20), 및 제3 렌즈그룹(30)의 렌즈그룹 이동경로들이 도 17에 직선으로서 개략적으로 도시되어 있다. 하지만, 실제 렌즈그룹 이동경로들은 항상 직선인 것은 아니다.
초점맞춤은 초점거리 범위와는 상관없이 제1 렌즈그룹(10)과 제2 렌즈그룹(20)을 일체로 이동시킴으로써 실행된다.
도 17에 도시된 렌즈그룹 이동경로들은 중간초점거리(fm) 및 전환된 중간초점거리(fm')에서 단절되지만; 단초점거리단(fw), 중간초점거리(fm), 전환된 중간초점거리(fm'), 및 장초점거리단(ft) 각각에서 제1 렌즈그룹(10), 제2 렌즈그룹(20), 및 제3 렌즈그룹의 위치를 적절하게 결정함으로써, 상이 정확하게 형성되는 해법이 얻어질 수 있다. 그와같은 해법을 가진 렌즈그룹 이동경로에 의해, 소형화되고 높은 줌비를 가진 줌 렌즈 시스템이 얻어질 수 있다.
도 18에서, 검은 점들은 각 렌즈그룹이 정지되는 위치를 지시하며, 이 경우 이들 정지위치들은 도 17의 렌즈그룹 이동경로들을 따라 단차식으로 결정된다. 또한, 도 18에서, 이 점들은 유연한 곡선들로 연결되어 있다.
실제의 기계역학적인 구조에 의해, 각 렌즈그룹은 그와같은 유연한 곡선들을 따라 이동될 수 있다.
도 19는 아무런 전환된 중간초점거리도 제공되지 않은 경우에 있어서의 개략적인 렌즈그룹 이동경로이다. 단초점거리단(fw)으로부터 장초점거리단(ft)을 향해 주밍할 때, 모든 렌즈그룹(10 내지 30)은 그 사이의 거리가 변경되면서 물체를 향해 이동한다. 조리개(S)는 제2 렌즈그룹(20)과 제3 렌즈그룹(30) 사이에 제공되고, 주밍시 제2 렌즈그룹(20)과 함께 이동한다.
실시예들 중 하나의 형태는, 각각의 렌즈그룹이 도 17 내지 19에 도시된 렌즈그룹 이동경로들을 따라 이동할 수 있는 줌 렌즈 시스템을 3개의 렌즈그룹이 이루고 있고, 제1 렌즈그룹이 3 렌즈그룹들 중 하나인 조건 하에서, 부의 제1 렌즈그룹(10)이 물체를 향한 오목면(렌즈면 No.1)을 가진 부의 단일 렌즈요소(바람직하게는 하나의 부의 메니스커스 렌즈요소)로 이루어져 있다. 구체적으로는, 단초점거리단에서 35˚보다 큰 반화각을 가진 3개의 렌즈그룹들을 포함하고 있는 광각 줌 렌즈 시스템에 있어서, 제1 렌즈그룹(10)을 이루고 있는 렌즈요소의 개수와 그 두께가 더 커지면, 제1 렌즈그룹(10)의 직경과 제2 렌즈그룹(20)의 직경은 주위 조명을 집속하기 위해 증가되는 경향이 있다. 하지만, 렌즈그룹의 직경의 증가는 카메라의 높이를 더 크게 하여, 카메라의 소형화가 어려워진다. 제1 렌즈그룹(10)을 물체를 향한 오목면(렌즈면 No.1)을 가진 부의 단일 렌즈요소(바람직하게는, 부의 메니스커스 렌즈요소)로서 구성함으로써, 주위 조도가 확보될 수 있음과 동시에 제1 렌즈그룹(10), 즉 최전방 렌즈그룹의 직경의 증가가 방지될 수 있다. 또한,상술한 3 렌즈그룹 줌 렌즈 시스템은 단초점거리단에서 30˚보다 작은 반화각을 가진 렌즈 시스템에 적용될 수 있다.
조건식 (1)은 부의 제1 렌즈그룹(10)이 물체를 향한 오목면(렌즈면 No.1)을 가진 부의 단일 렌즈요소(바람직하게는, 부의 메니스커스 렌즈요소)로 이루어진 조건하에서 부의 제1 렌즈그룹(10)의 두께를 감소시키기 위해 부의 단일 렌즈요소를 규정하고 있다. 조건식 (1)을 만족시킴으로써, 주위 조도가 큰 화각을 가진 단초점거리단에서 확보될 수 있으며, 제1 렌즈그룹(10), 즉 최전방 렌즈그룹의 직경의 증가가 방지될 수 있다.
r1/fW 가 조건식 (1)의 상한을 초과하면, 제1 면의 곡률반경이 너무 작게 되어, 부의 단일 렌즈요소의 제조가 불가능하게 되거나 제1 면(렌즈면 No.1)을 오목면으로서 형성하기 위한 요건이 만족되지 않아, 주위 조도가 확보될 수 없다.
r1/fW 가 조건식 (1)의 하한을 초과하면, 제1 면(렌즈면 No.1)의 발산효과가 작고, 제1 렌즈그룹(10), 즉 최전방 렌즈그룹의 직경이 주위 조도를 확보하기 위해 증가된다.
조건식 (2)는 전체 주밍범위에서 색수차를 보정하기 위한 아베수를 규정하는 것으로, 이는 제1 렌즈그룹(10)이 부의 단일 렌즈요소로 이루어지기 때문이다.
조건식 (2)이 만족되지 않으면, 부의 단일 렌즈요소에 의한 색수차의 보정은 모든 주밍범위에서 어렵게 된다.
조건식 (3)은 제1 렌즈그룹(10)을 구성하는 부의 단일 렌즈요소의 굴절률을 규정한다. 부의 단일 렌즈요소의 제1 면(렌즈면 No.1)의 곡률반경이 너무 작게 되면, 부의 단일 렌즈요소 자체에서 발생되는 수차가 현저하게 되어, 주밍으로 인한 수차의 변동이 더 커지게 된다. 또한, 부의 단일 렌즈요소의 제작이 어렵게 된다.
조건식 (3)이 만족되지 않으면, 부의 단일 렌즈요소에서 발생되는 수차가 현저하게 되어, 주밍으로 인한 수차의 변동이 더 커지게 된다. 이는 부의 단일 렌즈요소의 제1 면(렌즈면 No.1)의 곡률반경이 보다 작은 굴절률을 가지고서 굴절력을 유지하기 위해 보다 작게 만들어져야만 하기 때문이다.
조건식 (4)는 제1 렌즈그룹(10)(부의 단일 렌즈요소)의 진행거리를 규정한다. 단초점거리단에서의 화각이 더 크게 되고, 거기다 4보다 큰 줌비가 얻어지는 조건 하에서 카메라를 소형화하려고 시도하는 경우, 제1 렌즈그룹(10)의 진행거리를 감소시키킬 필요가 있다.
fT/f1G 가 조건식 (4)의 상한을 초과하면, 부의 단일 렌즈요소의 진행거리는 더 길어지게 되어, 카메라의 소형화는 얻어질 수 없다.
fT/f1G 가 조건식 (4)의 하한을 초과하면, 부의 단일 렌즈요소의 파워가 너무 강해져서, 부의 단일 렌즈요소에서의 수차가 더 커지게 되고, 주밍시 수차의 변동이 더 커지게 된다.
조건식 (5)는 제1 렌즈그룹(10)과 제2 렌즈그룹(20)의 직경을 감소시키기 위한 것이다. 제1 렌즈 그룹(10)과 제2 렌즈그룹(20) 사이의 거리가 4보다 큰 줌비를 얻기 위한 그 주행거리의 증가로 인해 더 커지게 되면, 제1 렌즈그룹(10)과 제2 렌즈그룹(20)의 직경은 특히 단초점거리단에서 주위 조도를 확보하기 위해 증가하는 경향이 있다.
(d12W - d12T)/fW 가 조건식 (5)의 상한을 초과하면, 제1 렌즈그룹(10)과 제2 렌즈그룹(20) 사이의 거리가 더 길어지게 되어, 카메라의 소형화는 얻어질 수 없다.
(d12W - d12T)/fW 가 조건식 (5)의 하한을 초과하면, 제1 렌즈그룹(10)의 주밍효과와 제2 렌즈그룹(20)의 주밍효과가 더 작아져, 보다 높은 줌비는 얻어질 수 없다.
조건식 (6)은 단초점거리단에서의 화각을 더 크게 만들기 위한, 즉 단초점거리단에서의 초점거리를 더 짧게 만들기 위한 것이다.
y/fW 가 조건식 (6)의 상한을 초과하면, 단초점거리단에서의 화각은 더 크게 만들어질 수 없다.
조건식 (7)은 4보다 큰 줌비를 얻기 위한 것이다.
fT/fW 가 조건식 (7)의 상한을 초과하면, 4보다 큰 줌비는 얻어질 수 없다.
조건식 (8)은 정의 제2 렌즈그룹(20)이 적어도 하나의 비구면을 가진 하나의 렌즈요소를 포함하고 있는 경우에 있어 정의 제2 렌즈그룹(20) 내의 비구면을 규정한다. 정의 제2 렌즈그룹(20)에 적어도 하나의 비구면을 가진 렌즈요소를 제공함으로써, 그것의 렌즈요소의 개수가 감소될 수 있고, 특히 단초점거리단에서의 구면수차가 보정되어질 수 있다.
ΔIASP 가 조건식 (8)의 상한을 초과하면, 비구면에 의한 구면수차의 보정효과는 더 작게 되어, 그 보정은 충분히 이루어질 수 없다.
ΔIASP 가 조건식 (8)의 하한을 초과하면, 비구면량이 더 커져, 비구면을 가진 렌즈요소의 제작이 어렵게 된다.
조건식 (9)는 부의 제3 렌즈그룹(30)이 적어도 하나의 비구면을 가진 렌즈요소를 포함하고 있는 경우에 있어서 부의 제3 렌즈그룹(30) 내의 비구면을 규정한다. 부의 제3 렌즈그룹(30)에 적어도 하나의 비구면을 가진 렌즈요소를 제공함으로써, 그 렌즈요소의 개수가 감소되어질 수 있고, 특히 단초점거리단에서의 왜곡수차가 보정되어질 수 있다.
ΔVASP 가 조건식 (9)의 상한을 초과하면, 비구면량이 더 커지게 되어, 비구면을 가진 렌즈요소의 제작이 어렵게 된다.
ΔVASP 가 조건식 (9)의 하한을 초과하면, 비구면에 의한 왜곡수차의 보정효과가 더 작게 되어, 그 보정이 충분히 이루어질 수 없다.
실시예들의 구체적인 수치 데이터가 아래에 설명된다. 구면수차로 나타내어진 색수차(축선상 색수차)의 도면에서, 실선과 2가지 형태의 점선은 각각 d선, g선, C선에 대한 구면수차를 지시한다. 또한, 배율색수차의 도면에서, 2가지 형태의 점선은 g선과 C선에 대한 배율을 각각 지시하지만; 기선(基線)으로서 d선은 종좌표와 일치한다. S 는 새지탈상(sagittal image)을 지시하고, M 은 메리디오날 상(meridional image)을 지시한다. 표에서, FNO는 F 넘버를 지시하고, f 는 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리를 지시하고, W 는 반화각(˚)을 지시하고, fB는 백포커스(물체최근측면(物體最近側面)에서 상형성평면까지의 상당 공기두께)를 지시하고, r 은 곡률반경을 지시하고, d 는 렌즈요소 두께 또는 렌즈요소들 사이의 거리를 지시하고, Nd 는 d선의 굴절률을 지시하고, v 는 아베수를 지시한다.
이상에 더하여, 광축에 대하여 대칭인 비구면은 다음식과 같이 정의된다:
x = cy2/(1+[1-{1+K}c2y2]1/2)+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10‥‥
여기서:
c 는 비구면 정점의 곡률(1/r)을 지시하고;
y 는 광축으로부터의 거리를 지시하고;
K 는 원추계수를 지시하고;
A4 는 4차 비구면계수를 지시하고;
A6 는 6차 비구면계수를 지시하고;
A8 은 8차 비구면계수를 지시하고; 그리고
A10 은 10차 비구면계수를 지시한다.
비구면계수와 수차계수 사이의 관계를 여기서 설명한다.
1. 비구면의 형상은 다음식과 같이 정의된다:
x = cy2/(1+[1-{1+K}c2y2]1/2)+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10‥‥
여기서:
x 는 비구면 정점의 접선면으로부터의 거리를 지시하고;
y 는 광축으로부터의 거리를 지시하고;
c 는 비구면 정점의 곡률(1/r)을 지시하고;
K 는 원추상수를 지시하고;
2. 이 방정식에서, 수차계수를 얻기 위해, 다음의 치환이 K를 "0"으로 변환하기 위해 이루어진다(K=0 일 때 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; 그러므로 다음의 방정식이 얻어진다:
x = cy2/[1+[1-c2y2]1/2]+B4y4+B6y6+B8y8+B10y10+…
3. 또한, 초점거리(f)를 1.0 으로 정규화하기 위해, 다음 사항이 고려된다:
X = x/f; Y = y/f; C = f*c;
α4 = f3B4; α6 = f5B6; α8 = f7B8; α10 = f9B10
따라서, 다음의 방정식이 얻어진다.
X = CY2/[1+[1-C2Y2]1/2]+α4Y4+α6Y6+α8Y8+α10Y10+…
4. Φ = 8(N'-N)α4 가 정의되고, 제3 수차계수가 다음과 같이 정의된다:
I 는 구면수차계수를 지시하고;
II 는 코마계수(coma coefficient)를 지시하고;
III 는 비점수차계수를 지시하고;
IV 는 새지탈상면의 곡률계수를 지시하고; 그리고
V 는 왜곡수차계수를 지시하며; 그러므로 각각의 수차계수에 관한 4차 비구면계수(α4)의 영향은 다음과 같이 정의된다:
ΔI = h4Φ
ΔII = h3kΦ
ΔIII = h2k2Φ
ΔIV = h2k2Φ
ΔV = hk3Φ
여기서
h1 은 근축광선이 비구면을 포함하고 있는 렌즈 시스템의 제1 면을 때리는 높이를 지시하고;
h 는 높이(h1)가 1 일 때 근축축광선이 비구면을 때리는 높이를 지시하고;
k1 은 입사동의 중심을 통과하는 근축축외광선이 비구면을 포함하고 있는 렌즈 시스템의 제1 면을 때리는 높이를 지시하고;
k 는 높이(k1)가 -1 일 때 근축축외광선이 비구면을 때리는 높이를 지시하고;
N' 는 비구면에 대한 상측 매질의 굴절률을 지시하고;
N 은 비구면에 대한 물체측 매질의 굴절률을 지시한다.
[실시예 1]
도 1 내지 8D는 본 발명의 제1 실시예를 도시하고 있다. 제1 실시예는 도 17 또는 도 18에 도시된 렌즈그룹 이동경로를 가진 줌 렌즈 시스템에 적용된다. 도 1은 단초점거리단에서의 줌 렌즈 시스템의 렌즈 배열을 도시하고 있다. 도 3은 단초점거리측 주밍범위(Zw) 내의 중간초점거리(f=50.0)에서의 줌 렌즈 시스템의 렌즈 배열을 도시하고 있다. 도 5는 장초점거리측 주밍범위(Zt) 내의 중간초점거리(f=70.0)에서의 줌 렌즈 시스템의 렌즈 배열을 도시하고 있다. 도 7은 장초점거리단에서의 줌 렌즈 시스템의 렌즈 배열을 도시하고 있다. 도 2A 내지 2D는 도 1에 도시된 렌즈 배열에서 발생되는 수차를 도시하고 있다. 도 4A 내지 4D는 도 3에 도시된 렌즈 배열에서 발생되는 수차를 도시하고 있다. 도 6A 내지 6D는 도 5에 도시된 렌즈 배열에서 발생되는 수차를 도시하고 있다. 도 8A 내지 8D는 도 7에 도시된 렌즈 배열에서 발생되는 수차를 도시하고 있다. 표 1은 제1 실시예의 수치 데이터를 나타내고 있다. 표 1, 2 및 3 내의 수치 데이터는 줌비가 단초점거리단에서 초점거리에 대해 약 3.5가 되는 f값(105.00)을 나타내고, 또한 105.00의 초점거리에 상응하는 FNO, W, fB및 d값을 나타내고 있다. 렌즈면 No.1 및 2는 부의 제1 렌즈그룹(10)을 정의하고, 렌즈면 No.3 내지 7은 정의 제2 렌즈그룹(20)을 정의하고, 렌즈면 No.8 내지 11은 부의 제3 렌즈그룹(30)을 정의한다. 제2 렌즈그룹(20)은 물체로부터 순차로 정의 렌즈요소와 부의 렌즈요소로 이루어진 접합렌즈요소, 및 정의 렌즈요소를 포함하고 있다. 제3 렌즈그룹(30)은 물체로부터 순차로 정의 렌즈요소 및 부의 렌즈요소를 포함하고 있다. 조리개(S)가제2 렌즈그룹(20)(렌즈면 No.7) 1.0 밀리미터 뒤에 제공된다.
* 는 광축에 대해 회전대칭인 비구면을 지시한다.
비구면 데이터(표시되지 않은 비구면계수는 0(0.00)이다):
[실시예 2]
도 9 내지 12D는 본 발명의 제2 실시예를 도시하고 있다. 제2 실시예는 도 19에 도시된 렌즈그룹 이동경로를 가진 줌 렌즈 시스템에 적용된다. 도 9는 단초점거리단에서의 줌 렌즈 시스템의 렌즈 배열을 도시하고 있다. 도 10A 내지 10D는 도 9에 도시된 렌즈 배열에서 발생되는 수차를 도시하고 있다. 도 11A 내지 11D는 도 9에 도시된 렌즈 배열의 중간초점거리에서 발생되는 수차를 도시하고 있다. 도 12A 내지 12D는 도 9에 도시된 렌즈 배열의 장초점거리단에서 발생되는 수차를 도시하고 있다. 표 2는 제2 실시예의 수치 데이터를 나타내고 있다. 제2 실시예의 기본적인 렌즈 배열은 제1 실시예와 동일하다. 조리개(S)는 제2 렌즈그룹(20)(렌즈면 No.7) 1.0 밀리미터 뒤에 제공된다.
* 는 광축에 대해 회전대칭인 비구면을 지시한다.
비구면 데이터(표시되지 않은 비구면계수는 0(0.00)이다):
[실시예 3]
도 13 내지 16D는 본 발명의 제3 실시예를 도시하고 있다. 제3 실시예는 도 19에 도시된 렌즈그룹 이동경로를 가진 줌 렌즈 시스템에 적용된다. 도 13은 단초점거리단에서의 줌 렌즈 시스템의 렌즈 배열을 도시하고 있다. 도 14A 내지 14D는 도 13에 도시된 렌즈 배열에서 발생되는 수차를 도시하고 있다. 도 15A 내지 15D는 도 13에 도시된 렌즈 배열의 중간초점거리에서 발생되는 수차를 도시하고 있다. 도 16A 내지 16D는 도 13에 도시된 렌즈 배열의 장초점거리단에서 발생되는 수차를 도시하고 있다. 표 3은 제3 실시예의 수치 데이터를 나타내고 있다. 제3 실시예의 기본적인 렌즈 배열은 제1 실시예와 동일하다. 조리개(S)는 제2 렌즈그룹(20)(렌즈면 No.7) 1.0 밀리미터 뒤에 제공된다.
* 는 광축에 대해 회전대칭인 비구면을 지시한다.
비구면 데이터(표시되지 않은 비구면계수는 0(0.00)이다):
각 실시예의 각 조건식의 수치값들이 표 4에 나타내어진다.
표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 각 실시예의 수치값들은 각 조건식을 만족시킨다. 또한, 수차도면들로부터 알수 있는 바와 같이, 여러가지 수차들이 각각의 초점거리에서 적합하게 보정된다.
상기 설명에 의하면, 단초점거리단에서 35˚보다 큰 반화각을 얻을 수 있는 컴팩트 카메라를 위한 소형화된 3 렌즈그룹 줌 렌즈 시스템이 얻어질 수 있다.

Claims (10)

  1. 물체로부터 순차로 부의 제1 렌즈그룹, 정의 제2 렌즈그룹, 및 부의 제3 렌즈그룹을 포함하고 있는 줌 렌즈 시스템에 있어서,
    주밍은 광축방향으로 상기 제1 내지 제3 렌즈그룹을 이동시킴으로써 실행되고,
    상기 부의 제1 렌즈그룹은 상기 물체쪽을 향한 오목면을 가진 부의 단일 렌즈요소로 이루어져 있고, 그리고
    상기 줌 렌즈 시스템은 다음의 조건식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
    -1 < r1/fW < -0.3
    여기서
    r1 은 상기 부의 단일 렌즈요소의 물체측 오목면의 곡률반경을 지시하고; 그리고
    fW 는 단초점거리단에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리를 지시함.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 물체쪽을 향한 상기 오목면을 가진 상기 부의 단일 렌즈요소는 부의 메니스커스 렌즈요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 줌 렌즈 시스템은 다음의 조건식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
    50 < vd
    여기서
    vd 는 상기 부의 단일 렌즈요소의 아베수를 지시함.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 줌 렌즈 시스템은 다음의 조건식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
    1.7 < nd
    여기서
    nd 는 상기 부의 단일 렌즈요소의 d-선의 굴절률을 지시함.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 줌 렌즈 시스템은 다음의 조건식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
    -5 < fT/f1G < -3
    여기서
    fT 는 장초점거리단에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리를 지시하고; 그리고
    f1G 는 상기 부의 단일 렌즈요소의 초점거리를 지시함.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 줌 렌즈 시스템은 다음의 조건식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
    0.05 < (d12W - d12T)/fW < 0.15
    여기서
    d12W 는 단초점거리단에서의 상기 부의 단일 렌즈요소와 상기 제2 렌즈그룹 사이의 거리를 지시하고; 그리고
    d12T 는 장초점거리단에서의 상기 부의 단일 렌즈요소와 상기 제2 렌즈그룹 사이의 거리를 지시함.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 줌 렌즈 시스템은 다음의 조건식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
    0.6 < y/fW < 0.9
    여기서
    y 는 필름면 위의 경사상높이를 지시함.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 줌 렌즈 시스템은 다음을 조건식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
    3.5 < fT/fW
    여기서
    fT 는 장초점거리단에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리를 지시하고; 그리고
    fW 는 단초점거리단에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리를 지시함.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 정의 제2 렌즈그룹은 적어도 하나의 비구면을 가지고 있는 하나의 렌즈요소를 포함하고 있고, 그리고
    상기 비구면은 다음의 조건식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
    -30 < ΔIASP < -10
    여기서
    ΔIASP 는 단초점거리단에서의 초점거리가 1.0 으로 변환되어진 조건 하에서의 비구면으로 인한 구면수차계수의 변화량을 지시함.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 부의 제3 렌즈그룹은 적어도 하나의 비구면을 가지고 있는 하나의 렌즈요소를 포함하고 있고, 그리고
    상기 비구면은 다음의 조건식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
    0 < ΔVASP < 0.4
    여기서
    ΔVASP 는 단초점거리단에서의 초점거리가 1.0 으로 변환되어진 조건하에서의 비구면으로 인한 왜곡수차계수의 변화량을 지시함.
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