KR20040093429A - 줌 렌즈 및 촬상 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 컴팩트하며, 높은 광학 성능을 가지는 줌 렌즈 및 촬상 장치에 관한 것으로서, 물체 측으로부터 차례로, 변배(變倍) 중 광축 상을 전후로 이동하는 부(負)의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군 G1과, 변배 중 광축 상을 광각단(廣角端)으로부터 망원단에 걸쳐 물체 측으로 이동하는 정(正)의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군 G2와, 변배 중 광축 상을 전후로 이동하고, 정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군 G3를 구비하는 줌 렌즈 및 이것을 사용한 촬상 장치에 있어서, 제2 렌즈군 G2로서, 물체 측으로부터 조리개, 적어도 물체 측의 면이 비구면으로 이루어지는 1매의 정 렌즈 L4와, 3매 접합 렌즈 L5/L6/L7을 구비하는 것이다.

Description

줌 렌즈 및 촬상 장치 {ZOOM LENS AND IMAGE PICKUP DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 줌 렌즈 및 촬상 장치에 관한 것이며, 특히 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라 등에 적합한, F넘버가 2.8정도의 밝기와, 3배 정도의 줌비를 가지고, 특히 수축 시의 전체 길이가 짧은 줌 렌즈 및 촬상 장치에 관한 것이다.
최근, 고체 촬상 소자를 사용한 비디오 카메라나 디지털 카메라가 급속히 보급되고 있고, 보다 고화질화와 컴팩트화가 요구되고 있다. 종래 기술로서 물체 측으로부터 차례로 부 정 정의 줌 구성을 가지고, 제1 렌즈군이 오목 볼록 2개의 렌즈로 이루어지는 적은 렌즈 개수의 줌 렌즈가 일본국 특개 2001-296475호 공보, 일본국 특개 2002-372667호 공보에 개시되어 있다.
그러나, 이와 같은 종래 기술을 이용하여 500만 화소 클래스의 줌 렌즈를 얻으려고 해도 렌즈계의 축소가 어려운 데다가, 촬상 소자의 화소 사이즈의 축소에 따른 고해상력의 요구에 부응하는 것은 어렵다. 또한, 컴팩트화와 고해상력화를 구하면, 자연히 제2 렌즈군의 렌즈들 사이의 편심에 의한 결상(結像) 성능에의 영향이 현저하게 커져, 신뢰성 향상을 도모하는 것이 곤란해진다.
도 1은 본 실시예에 관한 줌 렌즈를 설명하는 도면이다.
도 2는 제1 실시예에 관한 줌 렌즈의 구성도이다.
도 3은 제1 실시예에 관한 줌 렌즈의 광각단에서의 수차도이다.
도 4는 제1 실시예에 관한 줌 렌즈의 중간 초점 거리에서의 수차도이다.
도 5는 제1 실시예에 관한 줌 렌즈의 망원단에서의 수차도이다.
도 6은 제1 실시예에 관한 줌 렌즈의 제원을 나타낸 도면이다.
도 7은 제2 실시예에 관한 줌 렌즈의 구성도이다.
도 8은 제2 실시예에 관한 줌 렌즈의 광각단에서의 수차도이다.
도 9는 제2 실시예에 관한 줌 렌즈의 중간 초점 거리에서의 수차도이다.
도 10은 제2 실시예에 관한 줌 렌즈의 망원단에서의 수차도이다.
도 11은 제2 실시예에 관한 줌 렌즈의 제원을 나타낸 도면이다.
도 12는 각 실시예에서의 상기 조건식①~④에 대응한 수치예를 나타낸 도면이다.
본 발명은, 이와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이다. 즉, 본 발명은, 물체 측으로부터 차례로, 변배(變倍) 중 광축 상을 전후로 이동하는 부(負)의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군과, 변배 중 광축 상을 광각단(廣角端)으로부터 망원단에 걸쳐 물체 측으로 이동하는 정(正)의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군과, 변배 중광축 상을 전후로 이동하고, 정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군을 구비하는 줌 렌즈에 있어서, 제2 렌즈군으로서, 물체 측으로부터 조리개, 적어도 물체 측의 면이 비구면(非球面)으로 이루어지는 1매의 정(正) 렌즈, 3매 접합 렌즈를 구비하는 것이다. 또, 상기 줌 렌즈에 있어서, 제1 렌즈군이 상면(像面) 측에 복합 비구면을 가지는 부의 메니스커스(meniscus) 렌즈와 정 렌즈를 구비하는 것이다. 또, 제3 렌즈군이 1매의 정 렌즈로 이루어지고, 적어도 1면 이상의 비구면을 가지는 것이다. 또, 상기 줌 렌즈를 구비하는 촬상 장치이다.
이와 같은 본 발명에서는, 물체 측으로부터 차례로 부 정 정의 굴절력으로 되는 제1 ~ 제3 렌즈군을 구비하는 줌 렌즈에 있어서, 제2 렌즈군을 물체 측으로부터 조리개, 적어도 물체 측의 면이 비구면으로 이루어지는 1매의 정 렌즈, 3매 접합 렌즈라는 구성으로 함으로써, 비구면으로 이루어지는 1매의 정 렌즈에 의해 수차의 보정을 효과적으로 행할 수 있고, 또 3매 접합 렌즈에 의해, 종래 더블릿(Doublet)과 싱글 렌즈로 구성하고 있던 것에 비해, 3매의 렌즈의 위치 맞춤 정밀도를 향상시킬 수 있어, 컴팩트화에 따른 편심 감도의 증대를 억제하고, 조립성이 용이한 광학계로 할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 실시예에 관한 줌 렌즈를 설명하는 도면이다. 이 줌 렌즈는, 주로 디지털 스틸 카메라 등의 촬상 장치에 적용되는 것이다. 먼저, 본 실시예에 관한 줌 렌즈의 개요를 설명한다.
본 실시예의 줌 렌즈는, 물체 측으로부터 차례로, 변배 중 광축 상을 전후로이동하는 부의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군 G1과, 변배 중 광축 상을 광각단으로부터 망원단에 걸쳐 물체 측으로 이동하는 정의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군 G2와, 변배 중 광축 상을 전후로 이동하고, 정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군 G3를 구비하고 있다.
이와 같은 줌 렌즈에 있어서, 본 실시예에서는, 제2 렌즈군 G2로서, 물체 측으로부터 조리개 S, 적어도 물체 측의 면이 비구면으로 이루어지는 1매의 정 렌즈 L4, 3매 접합 렌즈 L5/L6/L7을 구비하는 구성으로 되어 있다.
또, 제1 렌즈군 G1으로서는, 상면(像面) 측에 복합 비구면을 가지는 부의 메니스커스 렌즈 L1/L2와 정 렌즈 L3를 구비하는 구성으로 되어 있다. 또한, 제3 렌즈군 G3로서는, 1매의 정 렌즈 L8로 이루어지고, 적어도 1면 이상의 비구면을 가지는 구성으로 되어 있다. 또한, 제3 렌즈군 G3의 정 렌즈 L8가 이하의 조건식을 만족시킴으로써, 보다 바람직한 줌 렌즈를 얻을 수 있다.
n＞ 1.5 및 45 ＜ν＜ 70 …①
n: 제3 렌즈군에 사용되는 정 렌즈의 초재(硝材)의 d선에 대한 굴절률
ν: 제3 렌즈군에 사용되는 정 렌즈의 초재의 아베수(abbe's number)
다음에, 본 실시예에 관한 줌 렌즈의 상세에 대하여 설명한다. 이 줌 렌즈에 있어서 변배를 행할 때는, 도면 중 화살표선으로 나타낸 바와 같이, 각 렌즈군이 이동하게 되지만, 변배비의 대부분은 주로 정의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군 G2가 분담하고 있다. 그리고, 부의 제1 렌즈군 G1은 광각단 W로부터 망원단 T에 걸쳐 광축 상을 전후로 이동하고, 정의 제3 렌즈군 G3는 촬상면 IMG에 대하여 광축 상을전후로 이동함으로써, 변배시에 일어나는 초점의 이동을 보정하고 있다.
본 실시예에 관한 줌 렌즈의 제1 렌즈군 G1은, 특히 광각단 W에서의 축 외주 광선의 굴절량이 크기 때문에, 렌즈의 비점 수차나 왜곡 수차의 발생이 크다. 그래서 본 실시예에서는, 렌즈계의 소형화를 도모하고자 오목 렌즈 선행(先行)의 오목 볼록의 구성으로 하고, 부 렌즈의 상면(像面) 측에 수지층의 비구면, 이른바 하이브리드 비구면을 형성하고 있다.
이 부분에 하이브리드 비구면을 형성하는 것은, 통상의 유리 몰드 비구면 렌즈를 사용한 경우에 비해 비용을 저감할 수 있고, 초재 선택의 폭을 넓힐 수 있어, 렌즈의 비점 수차나 왜곡 수차 등을 양호하게 보정할 수 있게 된다. 그 결과, 제1 렌즈군 G2를 렌즈 2매라는 간소한 구성으로 할 수 있고, 렌즈 전체의 컴팩트화를 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 복합형 비구면 렌즈를 자외선 경화에 의한 방법으로 제작하는 경우, 제1 렌즈군 G1에 사용되는 초재는 자외선의 투과율이 높은 것이 바람직하다. 그 투과율 교류 특성은, 예를 들면 투과율 5%로 되는 파장(λ 5%)이 350nm 이하인 것이 바람직하다.
λ5% ＜ 350nm …②
또, 제2 렌즈군 G2에서 가장 물체 측에 위치하는 정 렌즈 L4(볼록 렌즈)에는, 적어도 물체 측에 비구면을 형성하는 것이 바람직하다. 부군(負群) 선행의 줌 렌즈의 경우, 제1 렌즈군 G1으로부터의 광속(光束)이 발산 광속으로 되므로, 제2 렌즈군 G2에서 가장 물체 측에 위치하는 조리개 S의 근방에 놓여진 정 렌즈 L4에가장 직경이 큰 광속이 통과한다. 따라서, 여기에 비구면을 사용함으로써 구면 수차의 보정을 효과적으로 행하는 것이 가능해진다. 또, 이 정 렌즈 L4는 조리개 S에 대하여 볼록면을 가지는 것이 바람직하다. 만약, 오목면으로 하면, 다시 광속이 발산하여, 제2 렌즈군 G2의 직경을 증대시키게 되기 때문이다.
또, 조리개 S의 위치를 제2 렌즈군 G2 중 가장 물체 측에 두는 이유는, 축 외주 광선의 촬상 소자에의 입사 각도를 얕게 하고 싶고, 촬상면 IMG에 대하여 멀리 배치하고 싶기 때문이며, 또, 제2 렌즈군 G2 중 렌즈 사이에 조리개를 배치하는데 비하여, 조리개 S로부터 물체 측의 스페이스를 렌즈군의 간격과 공유할 수 있으므로 컴팩트화를 도모할 수 있기 때문이다. 또, 광각단 W에서의 입사동(入射憧) 위치를 물체 측으로 근접시켜 제1 렌즈군 G1의 렌즈 외경의 증대를 억제하는 효과도 있다.
제2 렌즈군 G2 중, 선행하는 정 렌즈 L4(볼록 렌즈)의 후방에 3매의 렌즈( 3매 접합 렌즈 L5/L6/L7)를 배치하고 있다. 부군 선행의 줌 렌즈의 경우, 축외 광속은 제1 렌즈군 G1에서는 광축 상보다 높은 위치를 통과하고, 제2 렌즈군 G2에 들어가 조리개 S 근방에서 낮아진다. 그리고, 제2 렌즈군 G2로부터 제3 렌즈군 G3에 걸쳐 다시 높아지므로, 렌즈를 3매 사용하여 제수차를 보정하고 있다.
축상 광선은 특히, 제2 렌즈군 G2 중 비구면을 가지는 볼록 렌즈에 의해 수차 보정을 분담시키고, 축외 광선은, 제1 렌즈군 G1 중 복합 비구면과 제2 렌즈군 G2 중 3매 렌즈에 의해 수차 보정을 분담시키고 있다. 그러나, 보정에 3매의 렌즈를 사용하면, 광학계를 컴팩트화 하려고 했을 때 제2 렌즈군 G2에 강한 파워를 분담시키지 않으면 안되므로, 자연히 구성 렌즈의 편심 감도가 증대한다. 그러므로, 본 실시예에서는 렌즈의 기계적인 조립 오차를 흡수하기 위해, 3매의 렌즈를 접합한 3매 접합 렌즈 L5/L6/L7을 사용함으로써 해결하고 있다.
제2 렌즈군 G2가 분담하는 변배의 비율은 이하의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다.
2.0＜(β2t·β3w)/(β2w·β3t)＜ 2.6 …③
β2w: 제2 렌즈군의 광각단에서의 배율
β3w: 제3 렌즈군의 광각단에서의 배율
β2t: 제2 렌즈군의 망원단에서의 배율
β3t: 제3 렌즈군의 망원단에서의 배율
조건식③은 제2 렌즈군 G2와 제3 렌즈군 G3의 변배비의 분담량을 규정하는 것이며, 만약 조건식③의 하한을 넘으면, 상대적으로 제3 렌즈군 G3에 변배비의 부담이 커지고, 특히 변배시의 수차 변동을, 제3 렌즈군 G3를 불과 1매의 볼록 렌즈로 구성하는 것이 어려워진다. 또, 포커싱을 제3 렌즈군 G3로 행하는 경우, 조출(繰出)에 의한 배율 색수차의 변화가 허용될 수 없게 되어 바람직하지 않다.
한편, 조건식③의 상한을 넘어 제2 렌즈군 G2의 변배비의 부담이 많아지면, 변배에 필요한 이동 i가 커져, 컴팩트화가 어려워진다. 조건식③에 있는 대로 제3 렌즈군 G3에 변배시의 배율을 적당히 할당함으로써, 제1, 제2 렌즈군 각각의 굴절력의 최적화를 도모할 수 있어, 수차 보정을 용이하게 행하는 것이 가능해진다.
본 실시예에 관한 줌 렌즈 중, 제3 렌즈군 G3는 1매의 정 렌즈 L8(볼록 렌즈)로 구성하고, 변배 중 광축 상을 전후로 이동함으로써 변배에 의해 생기는 상면(像面)의 어긋남을 보정하고 있다. 1매의 렌즈로 함으로써, 침동(沈胴) 줌 렌즈에 요구되는 수축시의 광축 상의 길이를 짧게 할 수 있는 것, 포커싱 기구의 간소화가 도모되는 효과를 가진다.
그러나, 이 제3 렌즈군 G3를 1매로 구성하면, 포커싱 시에 발생하는 배율의 색수차나 오버 측에 발생하는 상면(像面) 만곡의 보정이 어려워진다. 이것을 적당한 범위에 두지 않으면 안된다는 새로운 과제가 생긴다. 그래서 본 실시예에서는, 제3 렌즈군 G3 중 정 렌즈 L8가 상기 조건식①을 만족시키도록 구성하고 있다.
그리고, 상기 조건식①을 빗나가 아베수가 작아지면, 특히 망원단에서 포커싱 시의 렌즈의 조출에 의한 배율 색수차를 허용치 내에 두는 것이 어려워진다. 역으로 이 범위를 벗어나 커지면 색수차에 관해서는 바람직하지만, 시판품 중에서 선택할 수 있는 초종(硝種)의 굴절률이 작은 것이 되기 때문에, 제3 렌즈군 중의 렌즈의 곡율 반경이 작아져 특히 망원단의 상면(像面) 만곡이 현저하게 언더 측으로 되어, 다른 렌즈군으로 보정하는 것이 어려워진다.
또, 아래와 같은 조건식④을 만족시키는 것이 바람직하다.
2.2＜f3/fw＜ 3.0 … ④
f3: 제3 렌즈군의 초점 거리
fw: 광각단의 초점 거리
그리고, 상기 조건식④의 상한을 넘어 제3 렌즈군 G3의 초점 거리가 길어지면, 제3 렌즈군 G3로 포커싱하는 경우, 포커싱에 필요한 이동량이 증대하고, 수차의 근거리 변화가 커져 바람직하지 않다. 역으로 하한을 넘어 초점 거리가 짧아지면, 특히 제1 렌즈군의 대형화를 초래하고, 광학계 전체의 컴팩트화를 어렵게 하므로 바람직하지 않다.
다음에, 본 실시예에 관한 줌 렌즈의 수치예로서 제1 실시예 및 제2 실시예를 나타낸다.
각 실시예에 있어서, 비구면은, 좌표로서 광축 방향으로 X축을 취하고, 광축과 수직 방향의 높이를 H, 원추 상수를 K, 곡율 반경을 R, 4차, 6차, 8차 및 10차의 비구면 계수를 각각 A, B, C 및 D로 하면, 식 1로 표현되는 것으로 한다.
[식 1]
도 2는 제1 실시예에 관한 줌 렌즈의 구성도, 도 3은 제1 실시예에 관한 줌 렌즈의 광각단에서의 수차도, 도 4는 제1 실시예에 관한 줌 렌즈의 중간 초점 거리에서의 수차도, 도 5는 제1 실시예에 관한 줌 렌즈의 망원단에서의 수차도, 도 6은 제1 실시예에 관한 줌 렌즈의 제원을 나타낸 도면이다.
도 3~도 5에서의 FNo는 F 넘버, ω는 반화각(半畵角)이다. 또, 구면 수차를 나타낸 도면의 종축은 개방 F치, 횡축은 포커스, d선은 파장 587.6nm, g선은 파장 435.8nm이다. 또, 렌즈의 비점 수차를 나타낸 도면의 수직축은 상(像)의 높이, 횡축은 포커스, ΔS는 사지탈(sagittal), ΔM는 메리디오날(meridional)의 상면(像面)을 나타내고 있다. 또, 왜곡 수차를 나타낸 도면의 종축은 상의 높이, 횡축은 %으로 되어 있다.
또, 도 6에서의 면No.는 도 2에 나타낸 렌즈면의 물체 측으로부터의 번호, R은 곡율 반경, D는 렌즈면 간격, Nd는 d선에 대한 굴절률, νd는 아베수를 나타낸다. 또, 비구면을 나타내는 파라미터의 K, A, B, C, D는 식 1의 각 파라미터에 대응한다. 또, 렌즈군 간격 A1, B2, C3는, A1이 제1 렌즈군과 제2 렌즈군의 간격(렌즈면 S5와 조리개 S의 간격), B2가 제2 렌즈군과 제3 렌즈군의 간격(렌즈면 S12와 렌즈면 S13의 간격), C3가 제3 렌즈군과 필터 FL의 간격(렌즈면 S14와 필터면 S15와 간격)을 나타내고 있다.
도 7은 제2 실시예에 관한 줌 렌즈의 구성도, 도 8은 제2 실시예에 관한 줌 렌즈의 광각단에서의 수차도, 도 9는 제2 실시예에 관한 줌 렌즈의 중간 초점 거리에서의 수차도, 도 10은 제2 실시예에 관한 줌 렌즈의 망원단에서의 수차도, 도 11은 제2 실시예에 관한 줌 렌즈의 제원을 나타낸 도면이다.
도 7~도 11에서의 각 부호의 의미는 제1 실시예와 마찬가지이다.
또, 도 12는, 각 실시예에서의 상기 조건식①~④에 대응한 수치예를 나타낸 도면이다.
이상 설명한 것처럼, 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다. 즉, 줌 렌즈의 소형화를 도모할 수 있는 동시에, 렌즈의 편심에 대하여 결상 성능에의 영향을 억제한 높은 광학 성능을 실현하는 것이 가능해진다. 이로써, 촬상 장치의 소형화 및 고화질화를 도모하는 것이 가능해진다.

Claims (8)

  1. 물체 측으로부터 차례로, 변배(變倍) 중 광축 상을 전후로 이동하는 부(負)의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군과, 변배 중 광축 상을 광각단(廣角端)으로부터 망원단에 걸쳐 물체 측으로 이동하는 정(正)의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군과, 변배 중 광축 상을 전후로 이동하고, 정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군을 구비한 줌 렌즈에 있어서,
    상기 제2 렌즈군은, 물체 측으로부터 조리개, 적어도 물체 측의 면이 비구면으로 이루어지는 1매의 정(正) 렌즈, 3매 접합 렌즈를 구비한 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군은 상면(像面) 측에 복합 비구면(非球面)을 가지는 부의 메니스커스(meniscus) 렌즈와 정 렌즈를 구비한 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 렌즈군은 1매의 정 렌즈로 이루어지고, 적어도 1면 이상의 비구면을 가지는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제3 렌즈군 중의 정 렌즈가,
    n＞ 1.5 및 45＜ν＜70
    n: 제3 렌즈군에 사용되는 정 렌즈의 초재(硝材)의 d선에 대한 굴절률
    ν: 제3 렌즈군에 사용되는 정 렌즈의 초재의 아베수(abbe's number)
    를 만족시키는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
  5. 줌 렌즈를 구비한 촬상 장치에 있어서,
    상기 줌 렌즈는, 물체 측으로부터 차례로, 변배 중 광축 상을 전후로 이동하는 부의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군과, 변배 중 광축 상을 광각단으로부터 망원단에 걸쳐 물체 측으로 이동하는 정의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군과, 변배시 광축 상을 전후로 이동하고, 정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군을 구비하고 있고,
    상기 제2 렌즈군은, 물체 측으로부터 조리개, 적어도 물체 측의 면이 비구면으로 이루어지는 1매의 정 렌즈, 3매 접합 렌즈를 구비한 촬상 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군은 상면(像面) 측에 복합 비구면을 가지는 부의 메니스커스 렌즈와 정 렌즈를 구비한 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제3 렌즈군은 1매의 정 렌즈로 이루어지고, 적어도 1면에 비구면을 가지는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3 렌즈군 중의 정 렌즈가,
    n＞ 1.5 및 45＜ν＜70
    n: 제3 렌즈군에 사용되는 정 렌즈의 초재의 d선에 대한 굴절률
    ν: 제3 렌즈군에 사용되는 정 렌즈의 초재의 아베수
    를 만족시키는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
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