KR20040012473A - 촬상용 렌즈 - Google Patents

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KR20040012473A
KR20040012473A KR1020030045048A KR20030045048A KR20040012473A KR 20040012473 A KR20040012473 A KR 20040012473A KR 1020030045048 A KR1020030045048 A KR 1020030045048A KR 20030045048 A KR20030045048 A KR 20030045048A KR 20040012473 A KR20040012473 A KR 20040012473A
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마일스톤 가부시키가이샤
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Abstract

제수차가 양호하게 보정되고, 또한 광학길이가 6mm 이하 이며, 충분한 백포커스를 확보할 수 있는 촬상용 렌즈를 제공한다. 본 촬상용 렌즈는, 물체측으로부터 차례로, 조리개(S1)와, 물체측에 오목(凹)면을 향한 메니스커스 형상의 정의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈(L1)와, 제 2 조리개(S2)와, 상측에 오목(凹)면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 제 2 렌즈(L2)를 차례로 배열한 구성으로 되어 있다. 상기 조리개(S1)는 입사면을 구성하고 있다. 또, 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2) 사이에 설치된 제 2 조리개(S2)는 렌즈 주변의 코바 부분 등에 부딪혀 난반사한 광, 소위 플레어(Flare)를 커트하기 위하여 삽입된다.

Description

촬상용 렌즈{PHOTOGRAPHING LENS}
본 발명은 CCD 또는 CMOS를 촬상소자로서 이용하는 카메라에 탑재되는 것에 적합한 촬상용 렌즈에 관한 것이다.
CCD 또는 CMOS를 촬상소자로서 이용하는 소형 카메라에 탑재되는 렌즈는, 광학길이가 짧을 필요가 있다. 이 종류의 렌즈로서 예를들면, 특개평10-206730호 공보에 개시되어 있는 촬상 렌즈가 있다.
그러나, 이 문헌에 개시된 촬상 렌즈는, 조리개 면으로부터 제 2 렌즈의 제 2 면(상측면)까지의 거리가 5.3mm로써, CCD 또는 CMOS를 촬상소자로서 이용하는 소형 카메라에 탑재되는 렌즈로서는 광학길이가 너무 길다. 또, 특개평10-206730호 공보에 개시되어 있는 촬상 렌즈계에서는, 조리개가 제 1 렌즈와 제 2 렌즈 사이에 삽입되어 있다. 즉, 이 문헌에 개시되어 있는 촬상용 렌즈계에서는 조리개가 1면 밖에 설치되어 있지 않은 구조로 되어 있다.
조리개의 위치는 렌즈를 설계하는 때에 극히 중요한 의의를 가지는 것으로 알려지고 있다(예를 들면, 近藤文雄著:렌즈의 설계기법 광학공업기술협회 발행 소화 58년 2월 1일 제 2 판). 즉,
(a) 조리개 위치와 함께 쓸모있는 입사동위치는, 코어수차, 비점수차, 왜곡수차 등에 관계가 있고, 3차 수차계수를 구하기 위한 기초로 되는 것.
(b) 물체측에서 세어서 제 1 번째의 렌즈(제 1 렌즈)의 물체측 면(제 1 면)에서부터 광축을 따라 상측으로 향해 계산한 거리(t)의 위치에 조리개가 설정된 경우, 다음식(1)로 정의되는 B의 값이 대략 0이면, 충분히 저수차가 실현되고 있다고 간주할 수 있다라는 내용, 프라운호퍼(Fraunhofer)의 조건을 부여 기초로 된것.
B = C - St (1)
여기서, C,S는 3차 수차계수에 관계된 정수이다.
(c) 또 다음식(2)로 정의된 Z의 값이 0에 가까울수록 양호하게 수차가 보정되고 있는 것이 보장되는 것이라는 내용의, 진킨-소머(Zinken-Sommer)의 조건을 부여하는 기초로 되는 것.
Z = St2 - 2Ct + A (2)
여기서, C, S, A는 3차 수차계수에 관계된 정수이다.
이 알려지고 있다.
이와 같이, 조리개 위치는 수치에 관계하여 정량적인 논의를 진행할 즈음에 본질적인 역할을 완수하는 것으로, 렌즈계의 기본적인 중요한 구성요소이다.
그런데, 상술한 바와 같은 소형 카메라에 탑재되는 촬상용 렌즈로서는, 광학 길이가 짧은 것이 요구된다. 이에 더하여, 상술한 바와 같은 소형 카메라에 탑재되는 촬상용 렌즈에는 결상된 상의 왜곡을 시각을 통하여 의식하지 않고 또 촬상소자의 집적밀도에서 요청되는 충분한 정도에 제수차가 적게 보정되어 있는 것이 요망되고 있다.
이하의 설명에서, 「상의 왜곡이 시각을 통하여 의식되지 않고 또한 촬상 소자의 집적밀도로부터 요청되는 충분한 정도로 작게 제수차가 보정되는」것을 간단히 하기 위하여 「제수차가 양호하게 보정되는」등으로 표현한다. 또한 제수차가 양호하게 보정된 화상을 「양호한 화상」이라고 한다.
본 발명의 목적은, 제수차가 양호하게 보정되며, 광학 길이가 짧고, 백포커스를 충분히 확보할 수 있는 촬상용 렌즈를 제공하는 것에 있다.
도 1은 본 발명에 의한 촬상용 렌즈의 구성을 설명하기 위한 개략 단면도,
도 2는 본 발명 촬상용 렌즈의 제 1 실시예의 설명에 제공되는 개략 단면도,
도 3은 도 2 촬상용 렌즈의 왜곡수차도,
도 4는 도 2 촬상용 렌즈의 비점수차도,
도 5는 도 2 촬상용 렌즈의 색·구면수차도,
도 6은 본 발명 촬상용 렌즈의 제 2 실시예의 설명에 제공되는 개략 단면도,
도 7은 도 6 촬상용 렌즈의 왜곡수차도,
도 8은 도 6 촬상용 렌즈의 비점수차도,
도 9는 도 6 촬상용 렌즈의 색·구면수차도,
도 10은 본 발명 촬상용 렌즈의 제 3 실싱예의 설명에 제공되는 개략 단면도,
도 11은 도 10 촬상용 렌즈의 왜곡수차도,
도 12는 도 10 촬상용 렌즈의 비점수차도,
도 13은 도 10 촬상용 렌즈의 색·구면수차도,
도 14는 본 발명 촬상용 렌즈의 제 4 실시예의 설명에 제공되는 개략 단면도,
도 15는 도 14 촬상용 렌즈의 왜곡수차도,
도 16은 도 14 촬상용 렌즈의 비점수차도, 그리고,
도 17은 도 14 촬상용 렌즈의 색·구면수차도이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 촬상용 렌즈는, 물체측으로부터 차례로, 조리개(S1), 제 1 렌즈(L1), 제 2 조리개(S2) 및 제 2 렌즈(L2)를 배열한 구성으로 한다. 제 1 렌즈(L1)는 물체측에 오목(凹)면을 향한 메니스커스 형상의 정의 굴절력을 가지는 렌즈로 한다. 제 2 렌즈(L2)는 상측에 오목(凹)면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 렌즈로 한다.
또한, 이 촬상용 렌즈는, 제 1 렌즈(L1)의 적어도 1개면을 비구면으로 하고, 또 제 2 렌즈(L2)의 적어도 1개면을 비구면으로 하여, 전체로서는 적어도 2개의 렌즈면을 비구면으로 한다. 그리고, 이하의 조건을 만족한다.
0.09 < ｜ f1/f2｜< 0.37(1)
1.33 < ｜ r1/f ｜< 47.77(2)
3.08 < ｜ r1/r2｜< 113.12(3)
0.63 < D/f < 0.87(4)
단,
f:전계의 초점거리(제 1 , 제 2 렌즈로 이루어진 렌즈계의 합성초점거리)
f1:제 1 렌즈의 초점거리
f2:제 2 렌즈의 초점거리
D:조리개 면으로부터 제 2 렌즈 제 2 면(상측면)까지의 거리(렌즈 중심 길이)
r1:제 1 렌즈(L1) 물체측면의 광축근방에서 곡률반경(축상곡률반경)
r2:제 1 렌즈(L1) 상측면의 광축근방에서 곡률반경(축상곡률반경)
이다.
본 발명의 조리개(S1)은 물체와 제 1 렌즈(L1)와의 사이에 배치되어 있다. 환언하면, 이 조리개(S1)은 제 1 렌즈(L1)의 외측, 즉 제 1 렌즈의 제 1 면(물체측면)의 전측에 설정된다. 이 조리개(S1)는 입사면을 구성하고 있다. 또, 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2)와의 사이에 설치된 제 2 조리개(S2)는, 렌즈 주변의 코바의 부분등에 부딪혀 난반사 한 광, 소위 플레어를 커트하기 위하여 삽입된다.
다음, 상기 조건식 (1)에서 (4)까지 식의 의의를 설명한다.
상기 조건식 (1)은 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2)의 파워 배분을 정하기 위한 것으로, ｜ f1/f2｜가 하한을 밑돌면 제 1 렌즈(L1)의 파워가 강하게 되고, 또한 제 2 렌즈(L2)의 파워가 약하게 됨으로써, 제 1 렌즈에서 발생하는 구면수차, 코어수차, 왜곡수차의 보정이 곤란하게 된다. 또 ｜ f1/f2｜가 상한을 넘으면 제 1 렌즈(L1)의 파워가 약하게 되고, 이 때문에, 그 렌즈계의 합성초검거리(f) 및 백포커스(제 2 렌즈의 제 2 면인 상측면과 광축과의 교점에서 수광면과 광축과의 교점까지의 거리)(bf)를 짧게 하기 때문에 제 2 렌즈의 파워를 강하게 하지 않으면 안된다. 따라서, 제 2 렌즈(L2)에서 발생하는 왜곡수차, 코어수차의 보정이 곤란하게 된다. 결과로서 ｜ f1/f2｜가 하한을 밑돌어도 상한을 넘어도, 양호한 화상을 얻을 수 없다. 따라서, 조건식 (1)을 만족하는 본 발명의 촬상용 렌즈로는 양호한 화상을 얻을 수 있다.
상기 조건식 (2)는, 제 1 렌즈(L1)의 물체측 면의 곡률반경 r1을 촬상용 렌즈계의 합성초점거리 f로 규격화한 때의 ｜ r1/f ｜값의 범위를 규정한 것이다. ｜ r1/f ｜가 하한을 밑돌면 코어수차가 크게 됨으로써 이를 보정하고자 한다면 왜곡수차가 발생한다. 그래서 렌즈 주변부를 통과하는 광선을 커트하는 수단을 둘 필요가 생긴다. 결과로서 화상이 어둡게 된다.
한편, ｜ r1/f ｜가 상한을 상회하면, 비점수차 및 코어수차가 증대하고, 또한 렌즈 두께도 두꺼워 짐으로써, 넓은 화각에 걸쳐 양호한 화상을 얻을 수 없게 된다. 즉, 이 조건식 (2)를 만족하도록 제 1 렌즈(L1)의 물체측 면의 곡률반경 r1을 설정하면, 촬상용 렌즈의 코어수차, 비점수차 및 왜곡수차의 보정이 용이하게 되며, 또한 넓은 화각을 유지하면서 촬상용 렌즈의 콤팩트화를 도모하는 외에 화상의 밝음도 확보할 수 있다.
상기 조건식 (3)은 제 1 렌즈(L1)의 양면 곡률반경 r1와 r2의 비율을 규정하는 것으로, ｜ r1/f ｜가 하한을 밑돌면, 광학 길이가 길어지거나, 또는 렌즈 구경이 커지게 되며, 또, 왜곡수차도 커지게 된다. 한편, ｜ r1/f ｜가 상한을 상회하면 코어수차가 증대한다. 즉, 조건식 (3)을 만족하도록 설계하면, 촬상용 렌즈의 코어수차 및 왜곡수차의 보정이 용이하게 되며, 더욱이 촬상용 렌즈의 콤팩트화도 도모하는 것이 가능하다.
상기 조건식 (4)는, 조리개(S1)와 광축의 교점에서 제 2 렌즈의 제 2 면(상측면)과 광축의 교점까지의 거리 D를 이 렌즈계의 합성 초점거리 f로 규정화한 값의 취하여야만 하는 범위를 규정한 것이다. 이 렌즈계가 실제로 사용되는 때에는, 제 2 렌즈(L2)의 후방(상측)에 카바 글래스 등이 삽입된다. D/f의 값은, 카바 글래스 등의 광학적 요소를 가한 본 발명의 촬상용 렌즈 전체의 광학 길이(입사 조리개 위치로부터 결상면까지의 거리)가 어느 정도로 되는 가의 목표를 부여한다. 조건식(4)로 부여된 범위에 들어가는 것에 의해 카바 글래스 등의 사용을 전제로 한 경우의 광학 길이를, 실용상 허용된 범위의 길이에 들어가는 것이 가능하다.
후술하는 제 1 실시예에서 제 4 실시예에 있어서 명백한 바와 같이, 조건식 (1)에서 조건식 (4)로 부여된 4개의 조건에 의해 제수차가 양호하게 보정된, 광학 길이가 6mm 이하(D가 2.98mm이하)의, 생산성이 우수한 촬상용 렌즈를 실현할 수 있었다.
다시 특개평10-206730호 공보에 개시되어 있는 촬상 렌즈계를 보면, 기설명한 바와 같이, 조리개가 제 1 렌즈와 제 2 렌즈와의 사이에 설정되어 있다. 이들에 대하여, 본 발명에서는 조리개 위치는 제 1 렌즈의 전측이다. 이에 의해 제수차의 표현방법이, 특개평 10-206730호 공보에 개시되어 있는 촬상 렌즈계와 본 발명과는 명백하게 다르게 되며, 상기 문헌에 개시되어 있는 렌즈계는 본 발명의 렌즈계와는 구조상 다른 렌즈계로 되어 있는 것을 이해할 수 있다.
또, 본 발명의 촬상용 렌즈는 바람직하게는, 그 구성 렌즈의 전체를 플라스틱 소재(열과 압력 또는 그 양자에 의해 소형변형시켜 성형시켜 형성하는 것이 가능한 고분자물질로 된, 가시광에 대하여 투명한 소재)로 형성하는 것이 좋다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 여기서, 이들 도면은, 본 발명을 이해할 수 있는 정도로 구성요소의 형상, 크기 및 배치관계를 개략적으로 나타낸 것에 불과하며, 또 이하에 설명하는 수치적 및 다른 조건은 간단한 좋은 예이며, 본 발명은 본 발명의 실시예에 한정되는 것이 아니다.
도 1은 본 발명에 의한 촬상렌즈의 구성도이다. 물체측으로부터 상측 방향으로 세어서 제 1 및 제 2 렌즈를 각각 각각 L1및 L2로 나타낸다. 촬상면(고체촬상소자의 수광면)을 10으로 나타내고, 촬상면과 렌즈계와를 이격시킨 카바 글래스를 12로 나타내며, 제 2 조리개(S2)를 구성하는 2매의 평면을 상측에서부터 물체측의 순서로 각각 14와 16으로 나타낸다. 조리개(S1)을 구성하는 조리개면을 18로 나타낸다.
이 도면에 나타낸 ri(i=1,2,3,···,9) 및 di(i=1,2,3,···,9) 등의 파라메타는 이하에 나타낸 표 1에서 표 4에 구체적 수치로서 부여한다. 첨자 i=1,2,....9는 물체측에서 상측으로 향하여 순차적으로 각 렌즈의 면번호 또는 렌즈의 두께 또는 렌즈면 간격등에 대응시켜 부여한 것이다.
즉,
ri는 i번째 면의 곡률반경(비구면에서는 축상곡률반경),
di는 i번째 면에서부터 i+1번째 면까지의 거리,
Ni는 i번째 면과 i+1번째 면에서 이루어진 렌즈의 매질굴절률,
νi는 i번째 면과 i+1번째 면에서 이루어진 렌즈의 매질분산,
을 각각 나타낸다.
광학길이는 d1에서 d9까지를 가산한 값이다.
백포커스 bf는 d7+ d8+ d9이다.
또, D = d1+ d2+ d3+ d4+ d5+ d6이다.
비구면 데이타는 각 표 1에서 표 4의 각각 우측난에 면번호와 함께 나타내었다. 제 2 조리개(S2)의 r3와 r4, 또 카바 글래스의 r7과 r8는 평면으로 됨으로써 곡률반경 ∞로 표시하고 있다.
본 발명에서 사용되는 비구면은 다음 식으로 부여된다.
Z = ch2/ [1 + [1 - (1 + k)c2h2] + 1/2] + A0h4+ B0h6+ C0h8+ D0h10
단,
Z: 면정점에 대한 접평면으로부터의 깊이
c: 면의 광축근방에서 곡률
h: 광축으로터의 높이
k: 원추정수
A0: 4차 비구면계수
B0: 6차 비구면계수
C0: 8차 비구면계수
D0: 10차 비구면계수
본 명세서 중의 각 표 1에서 표 4에 있어서, 비구면계수를 나타낸 수치의 표시에서 표시「e - 1」은 「10e - 1승」을 의미한다. 또 초점거리 f로서 나타낸 값은 제 1, 제 2 렌즈로 이루어진 렌즈계의 합성 초점거리이다.
도 2∼도 17를 참조하여 각각 제 1 내지 제 4 실시예를 설명한다.
도 2, 도 6, 도 10 및 도 14에 렌즈 구성의 개략적 단면도와 스폿 다이아그램을 각각 표시하고, 입사높이에 대한 상면상에서의 점상의 퍼짐 정도를 표시한다. 스폿 다이아그램은 이들의 도면 중에 있어서, 촬상면(고체촬상소자의 수광면)(10)의 우측에 상하방향으로 길게 장방형으로 둘러싸여 나타내며, 이 촬상면(10)에 상이 찍힌 점상의 퍼짐 정도를 원의 크기에 대응시켜서 묘사하고 있다. 또 도 3, 도 7, 도 11 및 도 15에서 왜곡수차곡선, 도 4, 도 8, 도 12 및 도 16에서 비점수차곡선, 도 5, 도 9, 도 13 및 도 17에서 색,구면수차곡선을 나타내고 있다.
왜곡수차곡선은, 광축으로부터의 거리(종축에 상면내에서의 광축으로부터의 최대거리를 100으로써 백분율 표시하고 있다)에 대하여 수차량(횡축에 정접조건의 불만족량을 백분율 표시하고 있다)을 표시한다. 비점수차곡선은, 왜곡수차곡선과 같은 형태로 광축에서부터의 거리에 대하여 수차량을 횡축(mm단위)으로 하여 표시한다. 또 비점수차에 있어서는 메리디져널 플랜(meridional plane)과 새지털 플랜(sagittai plane)에 있어서 수차량(mm단위)을 표시한다. 색,구면수차곡선은, 입사높이 h(F-number)에 대하여 수차량을 횡축(mm단위)으로 하여 표시한다. 또 색,구면수차곡선에 있어서는, C선 (파장 656.3nm의 광), d선 (파장 587.6nm의 광), e선 (파장 546.1nm의 광), F선 (파장 486.1nm의 광) 및 g선 (파장 435.8nm의 광)에 대한 수차값을 표시한다. 굴절율은 d선 (587.6nm의 광)에 있어서 굴절율을 표시한다.
이하에, 제 1 실시예(표 1), 제 2 실시예(표 2), 제 3 실시예(표 3) 및 제 4 실시예(표 4)에 관한 구성렌즈의 곡률반경(mm단위), 렌즈면 간격(mm단위), 렌즈소재의 굴절율, 렌즈소재의 아베수(Abbe number), 초점거리, 개구수, 비구면계수를 일람하여 게재한다.
이하에, 각 실시예의 특징을 나타낸다.
제 1 에서 제 4 실시예까지 공히, 물체측에 오목(凹)면을 향한 메니스커스 형상의 정의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈(L1), 상측에 오목(凹)면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 제 2 렌즈(L4)에는 시클로오레핀(cycloolefin)계 플라스틱인 제녹스 E48R(ZEONEX E48R)(제녹스는 일본 제온 주식회사의 등록상표로서, E48R은 상품번호이다)을 채용한다.
또, 제 1 렌즈(L1)의 양면, 제 2 렌즈(L2)의 양면을 비구면으로 한다. 즉, 비구면의 수는 각 실시예 모두 4면이다.
제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2)의 소재인 제녹스 E48R의 아베수는 56이나, 시뮬레이션 결과 이들 렌즈 소재의 아베수가 45에서 65 범위 내에 있으면, 수차등 렌즈 성능에 실질적인 차이는 나타나지 않는다는 것을 알았다. 아베수가 상기 값의 범위 내에 있으면, 본 발명의 목적인 촬상 렌즈의 제수차가 종래의 촬상 렌즈의 제수차에 비하여 양호하게 보정되고, 또 광학길이가 6mm 이하의 촬상 렌즈을 실현할 수 있는 것을 알았다.
렌즈계와 촬상면과의 사이에, 제 1 실시예, 제 2 실시예 및 제 3 실시예에서는 각각 1.05mm의 카바 글래스를 삽입하고, 제 4 실시예에서는 0.70mm의 카바 글래스를 삽입하고 있다. 카바 글래스의 소재에는 제 1 실시예에서 제 3 실시예까지의 3예에서는 굴절율 1.52의 글래스 소재를, 제 4 실시예에서는 굴절율 1.493의 아크릴수지 소재를 사용하였다. 이 카바 글래스의 존재도 전제로 하여, 이하에 설명하는 제수차를 계산한다. 즉, 그 카바 글래스는 r7및 r8면으로 이루어지고, 그 두께를 표시하는 파라메타 d8이 제 1 실시예에서 제 3 실시예까지의 3예에서는 d8= 1.05mm 이고, 제 4 실시예에서는 d8= 0.70mm이다.
(제 1 실시예)
(A) 전계의 초점거리는 f = 3.296mm 이다.
(B) 제 1 렌즈의 초점거리는 f1= 3.13mm 이다.
(C) 제 2 렌즈의 초점거리는 f2= -17.63mm 이다.
(D) 제 1 렌즈의 물체측 곡률반경은 r1= -15.3122mm 이다.
(E) 제 1 렌즈의 상측 곡률반경은 r2= -1.5519mm 이다.
(F) 조리개 위치로부터 제 2 렌즈의 제 2 면까지의 거리는 D = 2.83mm 이다.
이에 의해,
(1) ｜ f1/f2｜ = ｜3.13/-17.63｜ = 0.1775 ≒ 0.18
(2) ｜ r1/f ｜ = ｜-15.3122/3.296｜ = 4.646 ≒ 4.65
(3) ｜ r1/r2｜ = ｜-15.3122/-1.5519｜ = 9.867 ≒ 9.87
(4) D/f = 2.83/3.296 = 0.8586 ≒ 0.86
로 됨으로써, 제 1 실시예의 렌즈계는, 이하의 조건식 (1) 에서 조건식 (4) 까지 모두를 만족하고 있다.
0.09 < ｜ f1/f2｜< 0.37(1)
1.33 < ｜ r1/f ｜< 47.77(2)
3.08 < ｜ r1/r2｜< 113.12(3)
0.63 < D/f < 0.87(4)
이후, 조건식은 상기 (1)에서 (4)까지의 4개의 식을 지시하는 것으로 한다.
조리개(S1)은 표 1에 표시대로 제 1 렌즈의 제 1 면(물체측 면)에서 전측 0.13mm (d1= 0.13mm)의 위치에 설치되어 있다. 또 개구수(F 넘버)는 2.8 이고, 합성초점거리 f는 3.296mm 이다.
도 2에 광선추적을 한 결과와 촬상면상에서의 점상의 퍼짐을 표시하는 스폿 다이아그램을 나타낸다. 이들에 의하면 화상의 주변부 근방 위치에서의 점상(P)가 약간 퍼질뿐 촬상면상 거의 전역에 걸쳐 양호한 점상을 얻을 수 있는 것을 알았다.
광학길이는 5.495mm로 6mm 이내에 들어가고, 백포커스도 2.665mm로 충분하게 확보할 수 있다.
도 3에 나타낸 왜곡수차곡선 20, 도 4에 나타낸 비점수차곡선(메리디져널 플랜에 대한 수차곡선 22 및 새지털 플랜에 대한 수차곡선 24), 도 5에 나타낸 색.구면수차곡선(C선에 대한 수차곡선 26, d선에 대한 수차곡선 28, e선에 대한 수차곡선 30, F선에 대한 수차곡선 32 및 g선에 대한 수차곡선 34)에 있어서는, 각각 그래프에 의해 표시되어 있다. 도 3 및 도 4의 수차곡선의 종축은 상높이를 나타내고 있고, 100%, 85%, 80%, 70%, 50% 및 30%는 각각, 2.3mm, 1.9mm, 1.8mm, 1.6mm, 1.1mm 및 0.68mm에 대응하고 있다. 제 1 실시예에 있어서, 상 높이 2.3mm는 주광선 렌즈계로의 입사전에 광축을 이루는 각으로 환산하면, 36°에 상당한다. 또 도 5 수차곡선의 종축은 입사 높이 h (F 넘버)를 표시하고 있으며, 최대가 F 2.8이다. 횡축은 수차의 크기를 나타내고 있다.
왜곡수차는 상 높이 100%(상 높이 2.3mm) 위치에서 수차량의 절대치가 3.9%로 최대로 되고, 상 높이 2.3mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 3.9%이내에 들어 있다.
비점수차는 상 높이 100%(상 높이 2.3mm)에 있어서 새지털 플랜에서 수차량의 절대치가 0.14mm로 최대로 되고, 상 높이 2.3mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 0.14mm 이내로 들어 있다.
색.구면수차는 광축에 있어서 g선에 대한 수차량의 절대치가 0.18mm로 최대로 되고, 수차량의 절대치가 0.18mm이내에 들어 있다.
(제 2 실시예)
(A) 전계의 초점거리는 f = 3.74mm 이다.
(B) 제 1 렌즈의 초점거리는 f1= 3.98mm 이다.
(C) 제 2 렌즈의 초점거리는 f2= -38.38mm 이다.
(D) 제 1 렌즈의 물체측 곡률반경은 r1= -4.9982mm 이다.
(E) 제 1 렌즈의 상측 곡률반경은 r2= -1.6179mm 이다.
(F) 조리개 위치로부터 제 2 렌즈의 제 2 면까지의 거리는 D = 2.40mm 이다.
이에 의해,
(1) ｜ f1/f2｜ = ｜3.98/-38.38｜ = 0.104 ≒ 0.10
(2) ｜ r1/f ｜ = ｜-4.9982/3.74｜ = 1.336 ≒ 1.34
(3) ｜ r1/r2｜ = ｜-4.9982/-1.6179｜ = 3.089 ≒ 3.09
(4) D/f = 2.40/3.74 = 0.6417 ≒ 0.64
로 됨으로써, 제 2 실시예의 렌즈계는, 이하의 조건식 (1) 에서 조건식 (4)까지 모두를 만족하고
0.09 < ｜ f1/f2｜< 0.37(1)
1.33 < ｜ r1/f ｜< 47.77(2)
3.08 < ｜ r1/r2｜< 113.12(3)
0.63 < D/f < 0.87(4)
조리개(S1)은 표 2에 표시대로 제 1 렌즈의 제 1 면(물체측 면)에서 전측 0.10mm (d1= 0.10mm)의 위치에 설치되어 있다. 또 개구수(F 넘버)는 2.8 이고, 합성초점거리 f는 3.740mm 이다.
도 6에 광선추적을 한 결과와 촬상면상에서의 점상의 퍼짐을 표시하는 스폿 다이아그램을 나타낸다. 이들에 의하면 화상의 주변부 근방 위치에서의 점상(P)가 약간 퍼질뿐 촬상면상 거의 전역에 걸쳐 양호한 점상을 얻을 수 있는 것을 알았다.
광학길이는 5.629mm로 6mm 이내에 들어가고, 백포커스도 3.229mm로 충분하게 확보할 수 있다.
도 7에 나타낸 왜곡수차곡선 36, 도 8에 나타낸 비점수차곡선(메리디져널 플랜에 대한 수차곡선 38 및 새지털 플랜에 대한 수차곡선 40), 도 9에 나타낸 색.구면수차곡선(C선에 대한 수차곡선 42, d선에 대한 수차곡선 44, e선에 대한 수차곡선 46, F선에 대한 수차곡선 48 및 g선에 대한 수차곡선 50)에 있어서는, 각각 그래프에 의해 표시되어 있다. 도 7 및 도 8의 수차곡선의 종축은 상높이를 나타내고 있고, 100%, 85%, 80%, 70%, 50% 및 30%는 각각, 2.3mm, 1.9mm, 1.8mm, 1.6mm, 1.1mm 및 0.68mm에 대응하고 있다. 제 2 실시예에 있어서, 상 높이 2.3mm는 주광선 렌즈계로의 입사전에 광축을 이루는 각으로 환산하면, 32°에 상당한다. 또 횡축은 수차의 크기를 나타내고 있다. 또한 도 9 수차곡선의 종축은 입사 높이 h (F 넘버)를 표시하고 있으며, 최대가 F 2.8이다.
왜곡수차는 상 높이 80%(상 높이 1.8mm) 위치에서 수차량의 절대치가 0.6%로 최대로 되고, 상 높이 2.3mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 0.6%이내에 들어 있다.
비점수차는 상 높이 100%(상 높이 2.3mm)에 있어서 메리디져녈 플랜에서 수차량의 절대치가 0.17mm로 최대로 되고, 상 높이 2.3mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 0.17mm 이내로 들어 있다.
색.구면수차는 광축에 있어서 g선에 대한 수차량의 절대치가 0.15mm로 최대로 되고, 수차량의 절대치가 0.15mm이내에 들어 있다.
(제 3 실시예)
(A) 전계의 초점거리는 f = 3.912mm 이다.
(B) 제 1 렌즈의 초점거리는 f1= 3.73mm 이다.
(C) 제 2 렌즈의 초점거리는 f2= -16.80mm 이다.
(D) 제 1 렌즈의 물체측 곡률반경은 r1= -10.1892mm 이다.
(E) 제 1 렌즈의 상측 곡률반경은 r2= -1.7455mm 이다.
(F) 조리개 위치로부터 제 2 렌즈의 제 2 면까지의 거리는 D = 2.765mm 이다.
이에 의해,
(1) ｜ f1/f2｜ = ｜3.73/-16.80｜ = 0.222 ≒ 0.22
(2) ｜ r1/f ｜ = ｜-10.1892/3.912｜ = 2.605 ≒ 2.61
(3) ｜ r1/r2｜ = ｜-10.1892/-1.7455｜ = 5.8374 ≒ 5.84
(4) D/f = 2.765/3.912 = 0.7068 ≒ 0.71
로 됨으로써, 제 3 실시예의 렌즈계는, 이하의 조건식 (1) 에서 조건식 (4) 까지의 모두를 만족하고 있다.
0.09 < ｜ f1/f2｜< 0.37(1)
1.33 < ｜ r1/f ｜< 47.77(2)
3.08 < ｜ r1/r2｜< 113.12(3)
0.63 < D/f < 0.87(4)
조리개(S1)은 표 3에 표시대로 제 1 렌즈의 제 1 면(물체측 면)에서 전측 0.085mm (d1= 0.085mm)의 위치에 설치되어 있다. 또 개구수(F 넘버)는 2.8 이고,합성초점거리 f는 3.912mm 이다.
도 10에 광선추적을 한 결과와 촬상면상에서의 점상의 퍼짐을 표시하는 스폿 다이아그램을 나타낸다. 이들에 의하면 화상의 주변부 근방 위치에서의 점상(P)가 약간 퍼질뿐 촬상면상 거의 전역에 걸쳐 양호한 점상을 얻을 수 있는 것을 알았다. 광학길이는 5.946mm로 6mm 이내에 들어가고, 백포커스도 3.181mm로 충분하게 확보할 수 있다.
도 11에 나타낸 왜곡수차곡선 52, 도 12에 나타낸 비점수차곡선(메리디져널 플랜에 대한 수차곡선 54 및 새지털 플랜에 대한 수차곡선 56), 도 13에 나타낸 색.구면수차곡선(C선에 대한 수차곡선 58, d선에 대한 수차곡선 60, e선에 대한 수차곡선 62, F선에 대한 수차곡선 64 및 g선에 대한 수차곡선 66)에 있어서는, 각각 그래프에 의해 표시되어 있다. 도 11 및 도 12의 수차곡선의 종축은 상높이를 나타내고 있고, 100%, 85%, 80%, 70%, 50% 및 30%는 각각, 2.3mm, 1.9mm, 1.8mm, 1.6mm, 1.1mm 및 0.68mm에 대응하고 있다. 제 3 실시예에 있어서, 상 높이 2.3mm는 주광선 렌즈계로의 입사전에 광축을 이루는 각으로 환산하면, 30°에 상당한다. 또 도 13의 수차곡선의 종축은 입사 높이 h (F 넘버)를 표시하고 있으며, 최대가 F 2.8이다. 횡축은 수차의 크기를 나타내고 있다.
왜곡수차는 상 높이 100%(상 높이 2.3mm) 위치에서 수차량의 절대치가 1.5%로 최대로 되고, 상 높이 2.3mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 1.5%이내에 들어 있다.
비점수차는 상 높이 100%(산 높이 2.3mm)에 있어서 새지털 플랜에서 수차량의 절대치가 0.08mm로 최대로 되고, 상 높이 2.3mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 0.08mm 이내로 들어 있다.
색.구면수차는 광축에 있어서 g선에 대한 수차량의 절대치가 0.10mm로 최대로 되고, 수차량의 절대치가 0.10mm이내에 들어 있다.
(제 4 실시예)
(A) 전계의 초점거리는 f = 3.498mm 이다.
(B) 제 1 렌즈의 초점거리는 f1= 2.80mm 이다.
(C) 제 2 렌즈의 초점거리는 f2= -7.73mm 이다.
(D) 제 1 렌즈의 물체측 곡률반경은 r1= -167.055mm 이다.
(E) 제 1 렌즈의 상측 곡률반경은 r2= -1.4769mm 이다.
(F) 조리개 위치로부터 제 2 렌즈의 제 2 면까지의 거리는 D = 2.305mm 이다.
이에 의해,
(1) ｜ f1/f2｜ = ｜2.80/-7.73｜ = 0.362 ≒ 0.36
(2) ｜ r1/f ｜ = ｜-167.055/3.498｜ = 47.757 ≒ 47.76
(3) ｜ r1/r2｜ = ｜-167.055/-1.4769｜ = 113.112 ≒ 113.11
(4) D/f = 2.305/3.498 = 0.6589 ≒ 0.66
로 됨으로써, 제 4 실시예의 렌즈계는, 이하의 조건식 (1) 에서 조건식 (4)까지의 모두를 만족하고 있다.
0.09 < ｜ f1/f2｜< 0.37(1)
1.33 < ｜ r1/f ｜< 47.77(2)
3.08 < ｜ r1/r2｜< 113.12(3)
0.63 < D/f < 0.87(4)
조리개(S1)은 표 4에 표시대로 제 1 렌즈의 제 1 면(물체측 면)에서 전측 0.75mm (d1= 0.75mm)의 위치에 설치되어 있다. 또 개구수(F 넘버)는 2.8 이고, 합성초점거리 f는 3.498mm 이다.
도 14에 광선추적을 한 결과와 촬상면상에서의 점상의 퍼짐을 표시하는 스폿 다이아그램을 나타낸다. 이들에 의하면 화상의 주변부 근방 위치에서의 점상(P)가 약간 퍼질뿐 촬상면상 거의 전역에 걸쳐 양호한 점상을 얻을 수 있는 것을 알았다. 광학길이는 5.071mm로 6mm 이내에 들어가고, 백포커스도 2.766mm로 충분하게 확보할 수 있다.
도 15에 나타낸 왜곡수차곡선 68, 도 16에 나타낸 비점수차곡선(메리디져널 플랜에 대한 수차곡선 70 및 새지털 플랜에 대한 수차곡선 72), 도 17에 나타낸 색.구면수차곡선(C선에 대한 수차곡선 74, d선에 대한 수차곡선 76, e선에 대한 수차곡선 78, F선에 대한 수차곡선 80 및 g선에 대한 수차곡선 82)에 있어서는, 각각 그래프에 의해 표시되어 있다. 도 15 및 도 16의 수차곡선의 종축은 상높이를 나타내고 있고, 100%, 85%, 70%, 50% 및 30%는 각각, 2.3mm, 1.9mm, 1.6mm, 1.1mm 및 0.68mm에 대응하고 있다. 제 4 실시예에 있어서, 상 높이 2.3mm는 주광선 렌즈계로의 입전에 광축을 이루는 각으로 환산하면, 32°에 상당한다. 또 도 17 수차곡선의 종축은 입사 높이 h (F 넘버)를 표시하고 있으며, 최대가 F 2.8이다. 횡축은 수차의 크기를 나타내고 있다.
왜곡수차는 상 높이 100%(상 높이 2.3mm) 위치에서 수차량의 절대치가 3.2%로 최대로 되고, 상 높이 2.3mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 3.2%이내에 들어 있다.
비점수차는 상 높이 100%(산 높이 2.3mm)에 있어서 메리디져널 플랜에서 수차량의 절대치가 0.22mm로 최대로 되고, 상 높이 2.3mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 0.22mm 이내로 들어 있다.
색.구면수차는 광축에 있어서 g선에 대한 수차량의 절대치가 0.17mm로 최대로 되고, 수차량의 절대치가 0.17mm이내에 들어 있다.
이상 어느 실시예의 촬상용 렌즈에 있어서도, CCD 또는 CMOS을 촬상소자로서 이용하는 소형 카메라에 탑재하는 렌즈에 필요한 성능을 확보할 수 있다는 것을 알았다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 촬상용 렌즈의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 촬상용 렌즈의 각 구성 렌즈를 각 조건식 (1) 에서 (4)를 만족하도록 설계함으로써, 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 해결한다. 즉, 제수차가 양호하게 보정되고, 충분한 백포커스를 얻을 수 있으며, 또 광학길이가 짧은 촬상용 렌즈를 얻을수 있다.
단, 상술한 실시예에 있어서 제 1 렌즈, 제 2 렌즈에는 제녹스 E48R이라는 플라스틱 소재를 이용하였으나, 실시예에 게재된 이외의 플라스틱 재료는 물론, 플라스틱 소재가 아니어도 실시예 등에서 설명한 제조건을 만족하는 소재이면, 글래스 소재인 것도 이용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
이상, 설명한 바와 같이 본 발명은 플라스틱 렌즈의 적극적인 사용을 가능하게 하고, 제수차가 양호하게 보정된 광학 길이가 6mm 이하인, 소형 CCD 카메라에 이용하는 것에 알맞은 촬상렌즈를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 촬상용 렌즈에 의하면, 짧은 광학 길이에도 불구하고 백포커스도 충분하게 확보할 수 있다.
이상에서 설명한 것으로부터, 본 발명의 촬상렌즈는 휴대전화기에 내장되는 비디오 카메라용 렌즈로서의 이용은 물론, PDA(personal digital assistant)에 내장되는 비디오 카메라용 렌즈, 화상인식기능을 구비한 완구에 내장되는 비디오 카메라용 렌즈, 감시용 비디오 카메라 및 방범용 비디오 카메라용 렌즈로서 적용하여도 좋다.

Claims (9)

  1. 조리개(S1)와, 물체측에 오목(凹)면을 향한 메니스커스 형상의 정의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈(L1)와, 제 2 조리개(S2)와, 상측에 오목(凹)면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 제 2 렌즈(L2)를 포함하며, 물체측으로부터 차례로 조리개(S1), 제 2 렌즈(L1), 제 2 조리개(S2) 제 2 렌즈(L2)의 순서로 배열하여 구성되고,
    전기 제 1 렌즈(L1)의 적어도 1개 면이 비구면으로 되고, 또한 전기 제 2 렌즈(L2)의 적어도 1개 면이 비구면으로 되어, 전체로서 적어도 2개의 렌즈면이 비구면으로 되며, 이하의 조건을 만족하는 촬상용 렌즈.
    0.09 < ｜ f1/f2｜< 0.37(1)
    1.33 < ｜ r1/f ｜< 47.77(2)
    3.08 < ｜ r1/r2｜< 113.12(3)
    0.63 < D/f < 0.87(4)
    단,
    f:전계의 초점거리(제 1 , 제 2 렌즈로 이루어진 렌즈계의 합성초점거리)
    f1:제 1 렌즈의 초점거리
    f2:제 2 렌즈의 초점거리
    D:조리개 면으로부터 제 2 렌즈 제 2 면(상측면)까지의 거리(렌즈 중심 길이)
    r1:제 1 렌즈(L1) 물체측면의 광축근방에서 곡률반경(축상곡률반경)
    r2:제 1 렌즈(L1) 상측면의 광축근방에서 곡률반경(축상곡률반경)
  2. 제 1 항에 있어서, 촬상용 렌즈를 구성하는 렌즈가 모두 플라스틱 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 촬상용 렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서, 촬상용 렌즈를 구성하는 상기 제 1 렌즈(L1) 및 제 2 렌즈(L2)를 아베수가 45 에서 65 범위에 있는 소재로 형성한 렌즈로 하는 것을 특징으로 하는 촬상용 렌즈
  4. 제 2 항에 있어서, 촬상용 렌즈를 구성하는 상기 제 1 렌즈(L1) 및 제 2 렌즈(L2)를 시클로오레핀계 플라스틱을 소재로써 형성한 렌즈로 하는 것을 특징으로 하는 촬상용 렌즈.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈의 물체측면으로부터 제 2 렌즈(L2)의 상측면까지의 거리가 2.83mm 이하로 되는 것을 특징으로 하는 촬상용 렌즈.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈의 물체측면으로부터 제 2 렌즈(L2)의 상측면까지의 거리가 2.83mm 이하로 되는 것을 특징으로 하는 촬상용 렌즈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상 높이 2.3mm 이하에 있어서 왜곡수차가 3.9% 이내로 되도록 수차보정되는 것을 특징으로 하는 촬상용 렌즈.
  8. 제 1 항에 있어서, 상 높이 2.3mm 이하에 있어서 비점수차가 0.22mm 이내로 되도록 수차보정되는 것을 특징으로 하는 촬상용 렌즈.
  9. 제 1 항에 있어서, 광축상에 있어서 g선에 대응하는 광에 대한 구면수차가 0.18mm 이내로 되도록 수차보정되는 것을 특징으로 하는 촬상용 렌즈.
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