KR20050115442A - 촬상 렌즈 - Google Patents

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KR20050115442A
KR20050115442A KR1020040104070A KR20040104070A KR20050115442A KR 20050115442 A KR20050115442 A KR 20050115442A KR 1020040104070 A KR1020040104070 A KR 1020040104070A KR 20040104070 A KR20040104070 A KR 20040104070A KR 20050115442 A KR20050115442 A KR 20050115442A
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Abstract

제수차가 양호하게 보정되고, 광학길이가 짧으며, 그런데도 충분한 백포커스를 확보할 수 있는 촬상렌즈이다. 물체측으로부터 상측을 향하여 제 1 렌즈(L1), 조리개(S1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)의 순서로 배열되어 구성되며, 제 1 렌즈(L1)는 물체측으로 凸면을 향한 메니스커스 형상의 정의 굴절력을 가지는 렌즈이고, 제 2 렌즈(L2)는 상측으로 凸면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 렌즈이며, 제 3 렌즈(L3)는 물체측으로 凸면을 향한 렌즈이다. 또 이하의 조건을 만족한다.
0.35 < r1/r2 < 0.45 (1)
0.07 < D2/f < 0.1 (2)
0.01 < D4/f < 0.04 (3)
1.00 < d/f < 1.30 (4)
0.3 < bf/f < 0.6 (5)
단,
f:촬상 렌즈의 합성초점거리
r1:제 1 렌즈(L1)의 물체측면 광축근방에서 곡률반경(축상곡률반경)
r2:제 1 렌즈(L1)의 상측면 광축근방에서 곡률반경(축상곡률반경)
D2:제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2)와의 간격
D4:제 2 렌즈(L2)의 제 3 렌즈(L3)와의 간격
d:제 1 렌즈(L1)의 물체측면에서 상면까지의 거리(공기중)
bf:제 3 렌즈(L3)의 상측면에서 상면까지의 거리(공기중)

Description

촬상 렌즈{IMAGING LENS}
본 발명은 촬상 렌즈에 관한 것으로, 특히 CCD 또는 CMOS를 촬상 소자로서 이용하는, 휴대전화나 퍼스널 컴퓨터의 화상입력장치, 디지털 카메라, 감시용 CCD 카메라, 검사장치 등에 탑재하기에 적합한 촬상 렌즈에 관한 것이다.
상술한 촬상 렌즈에 있어서는 이 촬상 렌즈의 물체측 입사면으로부터 촬상면(CCD 등의 결상면)까지의 거리로 정의되는 광학 길이가 짧을 필요가 있다. 즉, 렌즈 설계에 있어서 촬상 렌즈의 합성초점거리에 대한 광학 길이의 비를 작게 하는 것이 필요하다. 이후, 광학 길이가 짧고, 초점거리에 대한 광학 길이의 비가 작은 촬상 렌즈를 콤팩트한 렌즈라고 한다.
휴대전화를 예를 들면, 적어도 그 광학 길이는 휴대전화본체의 두께보다 짧아야 한다. 한편, 촬상 렌즈의 상측 출사면으로부터 촬상면까지의 거리로서 정의되는 백포커스는 가능한 한 긴 것이 좋다. 즉, 렌즈 설계에 있어서 초점거리에 대한 백포커스의 비는 할 수 있는 만큼 크게 하는 것이 필요하다. 이는 촬상 렌즈와 촬상면과의 사이에 필터나 카바 글래스 등의 부품을 삽입할 필요가 있기 때문이다.
상술한 이외에도 촬상 렌즈로서, 제수차가 상의 왜곡이 시각을 통하여 의식되지 않으며, 또 촬상소자(imaging elements)[화소(pixels) 라고도 함]의 집적밀도에서 요청되는 충분한 정도로 작게 보정되는 것이 당연히 요청된다. 즉, 제수차가 양호하게 보정될 필요가 있으며, 이하, 이와 같은 제수차가 양호하게 보정된 화상을 「양호한 화상」이라고 한다.
이하에는 휴대형 컴퓨터나 화상 전화장치 등에서 대표되는 CCD, CMOS 등의 고체촬상소자를 이용한 촬상장치에 이용하기에 적합한 3매 구성의 촬상 렌즈가 개시되어 있다. 이들 렌즈는 어느 것이나 넓은 화각을 확보함과 함께 소형 경량화를 도모할 수 있다.
그 중 제 1의 3매 구성 렌즈로서, 넓은 화각을 확보하면서 제수차가 양호하게 보정된 화상을 얻을 수 있는 촬상 렌즈가 개시되어 있다(예를 들면, 특개 2001-075006 호 공보참조).
그러나, 물체측으로부터 차례로 제 1, 제 2 및 제 3 렌즈로 배열된 이들 3매의 렌즈가 각각 가지는 굴절력은, 제 1 렌즈가 정의 굴절력, 제 2 렌즈가 부의 굴절력, 제 3 렌즈가 정의 굴절력을 가지는 구성으로 됨으로써, 제 1 렌즈의 물체측 면으로부터 상면까지의 거리(광학 길이)를 짧게 할 수 없는 구조로 되어 있다. 또 제 1 렌즈의 물체측면에 조리개가 배치되기 때문에, 제 3 렌즈의 유효경을 작게 할 수 없으며, 결과적으로 콤팩트한 렌즈로 할 수 없다.
또, 제 2 내지 제 4의 3매 구성 렌즈로서, 넓은 화각을 확보하면서 제수차가 양호하게 보정되고, 짧은 초점화를 도모한 촬상 렌즈가 각각 개시되어 있다(예를 들면, 특개 2003-149548 호 공보, 특개 2002-221659 호 공보, 특개 2002-244030 호 공보참조).
그러나, 이들 촬상 렌즈도 상술한 촬상 렌즈와 동일하게 물체측으로부터 차례로 제 1 , 제 2 및 제 3 렌즈로 배열된 이들 3매의 렌즈가 가지는 굴절력은, 제 1 렌즈가 정의 굴절력, 제 2 렌즈가 부의 굴절력, 제 3 렌즈가 정의 굴절력을 가지는 구성으로 됨으로써, 촬상 렌즈로서의 합성초점거리는 짧게 설정되어 있으나, 백포커스가 길고, 광학 길이도 긴 구성으로 되어 있다. 이에 더하여 글래스 소재를 이용한 렌즈로 됨으로써 코스트가 높다.
또, 제 5의 3매 구성 렌즈로서, 비구면 렌즈를 이용함과 아울러 파워 배분 및 면 형상을 적절하게 설정하는 것에 의해 소형화된 촬상 렌즈가 개시되어 있다(예를 들면, 특개 2003-149545 호 공보참조).
그러나, 이 촬상 렌즈는 물체측으로부터 차례로 제 1, 제 2 및 제 3 렌즈로 배열된 이들 3매의 렌즈가 가지는 굴절력은, 제 1 렌즈가 부의 굴절력, 제 2 렌즈가 정의 굴절력, 제 3 렌즈가 부의 굴절력을 가지는 구성으로 되어 있으며, 그 결과, 광학 길이가 긴 촬상 렌즈로 되어 있다. 이에 더하여 글래스 소재를 이용한 렌즈로 됨으로써 코스트가 높다.
또, 제 6의 3매 구성 렌즈로서, 서로에 凹면을 향한 메니스커스 형상의 1조의 렌즈를 각각 적어도 하나의 비구면을 가지는 플라스틱 렌즈로 하고, 전렌즈계를 3매 렌즈 구성으로 하는 것에 의해 소형화 및 저코스트화를 달성할 수 있음과 함께 온도변화에 따른 핀트 이동의 억제를 용이하게 행할 수 있는 촬상 렌즈가 개시되어 있다(예를 들면, 특개평 10-301022 호 공보참조).
그러나, 이 촬상 렌즈는 물체측으로부터 차례로 제 1, 제 2 및 제 3 렌즈로 배열된 이들 3매의 렌즈가 각각 가지는 굴절력은, 제 1 렌즈가 약한 굴절력, 제 2 렌즈가 약한 굴절력, 제 3 렌즈가 정의 굴절력을 가지는 구성으로 되어 있기 때문에, 제 1 렌즈와 제 2 렌즈의 굴절력을 제 3 렌즈만으로 보충하는 것이 어렵고, 그 결과 백포커스가 길게 되고 광학 길이도 길어지게 된다. 더욱이, 제 3 렌즈가 글래스 소재의 렌즈로 되기 때문에, 저코스트화를 달성할 수 없다.
또, 제 7의 3매 구성 렌즈로서, 렌즈계 전체를 전,후군의 둘로 나누고, 전군은 정의 굴절력을 가지고 후군은 부의 굴절력을 가지는 렌즈 구성으로 한 망원타입으로 하여 광학 길이가 짧고 저렴한 렌즈계가 개시되어 있다(예를 들면, 일본 특개평 10-301021 호 공보참조).
그러나, 이 렌즈계는 물체측으로부터 차례로 제 1, 제 2 및 제 3 렌즈로 배열된 이들 3매 렌즈가 각각 가지는 굴절력은, 제 1 렌즈가 부의 굴절력, 제 2 렌즈가 정의 굴절력, 제 3 렌즈가 부의 굴절력을 가지며, 제 2 렌즈와 제 3 렌즈 사이의 간격이 넓은 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 광학 길이가 길고, 또 제 3 렌즈가 대구경화 되는 문제가 있어, 휴대전화나 퍼스널 컴퓨터의 화상입력장치, 디지털 카메라, 감시용 CCD 카메라, 검사장치 등에 탑재하기에는 적합하지 않다.
또, 제 8의 3매 구성 렌즈로서, 물체측으로부터 2매의 정렌즈 및 양면이 비구면으로 되고 렌즈의 중심으로부터 주변으로 감에 따라 부의 파워가 점차적으로 약하게 되어 주변부에서 정의 파워를 가지며 상측으로 凹면을 향한 부의 렌즈를 배치한 촬상 렌즈가 개시되어 있다(예를 들면, 특개 2003-322792호 공보참조).
그러나, 이 렌즈계는 제 3 렌즈에 상당하는 렌즈가 그 렌즈의 중심으로부터 주변으로 감에 따라 부의 파워가 점자 약하게 되고, 정의 파워로 바뀌는 위치가 렌즈의 중심으로부터 렌즈의 유효구경의 0.7배에서 1.0배 범위에 존재하는 점이 특징이다. 실시예로서 개시되어 있는 렌즈에서는, 그 정의 파워로 바뀌는 위치가 렌즈의 중심으로부터 렌즈 유효구경의 각각 0.96배 및 0.97배로 되어 있고, 대부분 렌즈의 주변부에 설정되어 있다.
정의 파워로 바뀌는 위치를 렌즈의 주변부에 설정하면 렌즈 광축과 촬상면과의 교점부근 및 주변부로 입사하는 광은 촬상소자로의 입사각이 직각에 근사하게 되나, 렌즈 광축과 촬상면과의 교점과 렌즈 주변부와의 중간 위치에서는 촬상소자로의 입사각이 직각과는 크게 떨어진다. 따라서, 화상의 중요한 부분을 점하는 렌즈 주변부와의 중간 위치에서는 광의 입사각이 직각에서 크게 떨어지는 것에 의해 촬상소자의 경사방향에서 촬상소자로 입사하는 것으로 되고 입사면에서의 반사량이 증가하여 촬상소자의 광전변환면에 이르는 광 에너지가 작아지게 되며, 따라서, 이 부분의 화상이 어두어진다고 하는 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은, CCD 또는 CMOS를 촬상소자로 이용하는 카메라에 탑재하는 것에 적합한, 광학 길이가 짧고(촛점거리에 대한 광학 길이의 비가 작은), 백포커스는 가능한 한 길며(촛점거리에 대한 백포커스의 비는 가능한 만큼 큰), 또한 양호한 화상을 얻을 수 있는 촬상 렌즈를 제공하는데 있다.
또, 본 발명의 촬상 렌즈를 구성하는 전체 렌즈(3매)를 플라스틱 재료로 실현하는 것에 의해 저코스트로 경량화를 도모한 촬상 렌즈를 제공함에 있다. 여기서, 플라스틱 재료로는 열과 압력 또는 그 양자에 의해 소성변형되어 성형되는 것으로 렌즈를 형성할 수 있는 고분자물질이고, 가시광에 대하여 투명인 소재를 말한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 촬상 렌즈는, 물체측으로부터 상측을 향하여 제 1 렌즈(L1), 조리개(S1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L 3)의 순서로 배열된 구성으로 한다. 제 1 렌즈는(L1)는 물체측으로 凸면을 향한 매니스커스 형상의 정의 굴절력을 가지는 렌즈로 한다. 제 2 렌즈(L2)는 상측으로 凸면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 렌즈로 한다. 제 3 렌즈(L3)는 물체측으로 凸면을 향한 렌즈로 한다.
또, 제 1 렌즈(L1)의 양면, 제 2 렌즈(L2)의 양면 및 제 3 렌즈(L3)의 적어도 한 면을 비구면으로 구성한다.
또, 본 발명의 구성예에 의하면, 촬상 렌즈는 이하의 조건(1)∼(5)를 만족한다.
0.35 < r1/r2 < 0.45 (1)
0.07 < D2/f < 0.1 (2)
0.01 < D4/f < 0.04 (3)
1.00 < d/f < 1.30 (4)
0.3 < bf/f < 0.5 (5)
단,
f:촬상렌즈의 합성초점거리
r1:제 1 렌즈의 물체측면 광축근방에서 곡률반경(축상곡률반경)
r2:제 1 렌즈의 상측면 광축근방에서 곡률반경(축상곡률반경)
D2:제 1 렌즈와 제 2 렌즈의 간격
D4:제 2 렌즈와 제 3 렌즈의 간격
d:제 1 렌즈의 물체측면에서 상면까지의 거리(공기중)
bf:제 3 렌즈의 상측면에서 상면까지의 거리(공기중)
로 한다. 촬상 렌즈의 상측 출사면에서 촬상면까지의 거리로서 정의되는 백포커스(bf)는, 여기서는 제 3 렌즈(L3)의 촬상면(r8)에서 상면(r11 )까지의 거리이다.
또, 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)를 아베수가 30에서 60 범위 내의 값인 소재로 형성한 렌즈로 하는 것이 적합하다. 또 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)를 시클로오레핀계 플라스틱 또는 폴리카보네이트 소재로서 형성한 렌즈로 하는 것이 좋다.
또, 보다 바람직하게는 제 1 렌즈(L1) 및 상기 제 3 렌즈(L3)가 시클로오레핀계 플라스틱을 소재로 형성한 렌즈로 되고, 제 2 렌즈(L2)가 폴리카보네이트를 소재로 형성한 렌즈로 되며, 제 3 렌즈(L3)가 물체으로 凸면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 렌즈로 하는 것이 좋다.
제 1 렌즈(L1)를 물체측으로 凸면을 향한 메니스커스 형상의 정의 굴절력을 가지는 렌즈로 하고, 제 2 렌즈(L2)를 상측으로 凸면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 렌즈로 하며, 제 3 렌즈(L3)를 물체측으로 凸면을 향한 렌즈로 함으로써, 광학길이(d)를 짧게 할 수 있는 것이 시뮬레이션에 의해 밝혀졌다. 또, 제 1 렌즈(L1)의 소재 굴절율보다 높은 굴절율을 가지며, 제 1 렌즈(L1)의 소재 아베수보다 작은 아베수를 가지는 소재의 제 2 렌즈(L2)로 하는 것에 의해 색,구면수차를 효과적으로 저감시킬 수 있는 것도 시뮬레이션에 의해 발견되었다.
조건식(1) 내지 (5)에 의해 발휘되는 본 발명의 촬상 렌즈에 대한 효과는 아래와 같다.
상기 조건식(1)은 제 1 렌즈(L1)의 제 1 면 축상곡률반경(r1)과 제 2 면 축상곡률반경(r2)의 비(r1/r2)를 정하는 조건이다. 비 r1/r2 가 조건식(1)이 제공하는 하한보다 크면, 이 촬상 렌즈의 백포커스를, 촬상 렌즈와 촬상면과의 사이에 카바 글래스 또는 필터 등의 부품을 삽입하기에 충분하게, 또 이 촬상 렌즈를 탑재하는 기기의 콤팩트성을 해하지 않는 범위로 길게 설정할 수 있다. 또 왜곡수차도 충분히 작게 할 수 있고, 제 1 렌즈(L1)의 제 1 면 가공도 용이하다.
비 r1/r2가 조건식(1)이 제공하는 상한보다 작으면, 왜곡수차는 그 절대치가 충분히 작게된다. 게다가 이 경우 비구면 성분을 증가할 필요없이 이 왜곡수차를 충분히 작게 할 수 있다.
상기 조건식(2)는 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2) 사이 간격(D2)이 취할 수 있는 값의 범위를 촬상 렌즈의 합성초점거리(f)로 규격화한 D2/f에 의해 규정하는 조건식이다. D2/f가 조건식(2)이 제공하는 하한보다 크면, 제 1 렌즈(L1)의 상측면(r2)과 제 2 렌즈(L2)의 물체측면(r5)과의 간격을 조리개(S1)를 삽입하기에 충분한 간격으로 확보할 수 있다. 즉, 가공이 곤란할 정도로 제 1 렌즈(L1) 및 제 2 렌즈(L2)의 외형을 작게할 필요가 없고, 조리개(S1)를 삽입하기 위한 스페이스를 충분히 확보할 수 있다.
또, D2/f가 조건식(2)이 제공하는 상한보다 작으면, 제 1 렌즈(L1) 및 제 2 렌즈(L2)의 외형을 크게할 필요가 없고, 촬상 렌즈를 콤팩트화 할 수 있다. 또, 상면왜곡수차가 크게 되지 않고 양호한 화상을 얻을 수 있다.
상기 조건식(3)은 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3) 사이 간격(D4)이 취할 수 있는 값의 범위를 촬상 렌즈의 합성초점거리(f)로 규격화한 D4/f에 의해 규정하는 조건식이다. D4/f가 조건식(3)이 제공하는 하한보다 크면, 상면으로 입사하는 광선의 렌즈 광축에 대한 경사 각도를 작게 할 수 있으므로 렌즈의 주변에 가려진 상의 주변부분이 어둡게 되는 쉐이딩 현상을 회피할 수 있다.
또, D4/f가 조건식(3)이 제공하는 상한보다 작으면, 왜곡수차가 크게 되지 않고 양호한 화상을 얻을 수 있음과 함께 제 3 렌즈(L3)의 유효구경을 작게하는 것이 가능하다. 이 때문에, 촬상렌즈의 콤팩트화가 가능하게 된다.
상기 조건식(4)는 제 1 렌즈(L1)의 물체측면으로부터 상면까지의 거리(공기중)d가 취할 수 있는 값의 범위를 촬상 렌즈의 합성초점거리(f)로 규격화한 d/f에 의해 규정하는 조건식이다. 제 1 렌즈(L1)의 물체측면으로부터 상면까지의 거리 d에 있어서, 거리(공기중) d의 표기는, 제 1 렌즈(L1)의 물체측면으로부터 상면까지의 사이에 공기 이외의 투명물체(카바 글래스 등)를 삽입하지 않는 조건에서 계측되며, 제 1 렌즈(L1)의 물체측면으로부터 상면까지의 거리를 의미한다.
d/f가 조건식(4)이 제공하는 하한보다 크게되면, 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)의 두께를 얇게 할 필요가 없고, 수지 렌즈를 형성 가공하는 때에 주형 전체에 수지가 널리 퍼지게 하는 것이 어려워지는 문제가 생기지 않는다. 또, d/f가 조건식(4)이 제공하는 상한보다 작으면, 렌즈의 주변광량이 렌즈의 중심부에 비하여 지나치게 작게 될 수 있는 문제가 생기지 않는다. 촬상 렌즈의 구성 렌즈인 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)의 외형을 크게 하지 않으면서도 렌즈의 주변광량을 증대시킬 수 있으며, 이에 의해 촬상 렌즈의 콤팩트화를 도모할 수 있다.
상기 조건식(5)는 촬상 렌즈의 합성초점거리(f)에 대한 백포커스(bf)의 길이를 규정한다. 이 조건식(5)이 제공하는 범위로 하면, 휴대전화 등의 화상입력장치에 있어서 대부분 경우 필요로 하는 촬상 렌즈와 촬상면과의 사이에 필터 등의 부품을 삽입하는 것이 가능하다.
따라서, 상술의 조건식 (1)~(5) 5개의 조건을 만족하는 렌즈 구성으로 인해, 상술의 문제점은 해소되고, 소형으로 양호한 화상을 얻을 수 있는 콤팩트한 촬상 렌즈를 제공할 수 있다.
또, 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)를 아베수가 30에서 60 범위 내의 값인 소재로 형성한 렌즈로 하는 것에 의해 아베수가 이 범위외의 재료를 이용하여 구성한 경우와 비교하여 양호한 화상을 용이하게 얻을 수 있다. 시클로오레핀계 플라스틱의 아베수는 56.2 및 폴리카보네이트의 아베수는 30.0이므로 이들 소재를 본 발명의 촬상 렌즈에 이용할 수 있다. 시클로오레핀계 플라스틱 또는 폴리카보네이트 소재는 기존에 확립된 제조기술인 사출정형방법으로 렌즈를 형성하기에 적합한 재료로 알려지고 있다. 물론 특정의 플라스틱 재료에 한정하지 않고, 아베수가 30 내지 60의 범위 내인 플라스틱 재료나 몰드 글래스 소재를 이용할 수 있다.
또, 폴리카보네이트는 시클로오레핀계 플라스틱과 비하여 굴절율이 높고, 아베수가 작다. 따라서, 제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)를 시클로오레핀계 플라스틱으로 형성하고, 제 2 렌즈(L2)를 폴리카보네이트로 형성한 렌즈로 하면, 광학길이를 짧게 할 수 있으며, 해상도를 보다 높게 할 수 있다.
한편, 상세하게 후술되겠지만, 제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)를 시클로오레핀계 플라스틱으로 형성하고, 제 2 렌즈(L2)를 폴리카보네이트로 형성한 렌즈로 하며, 제 3 렌즈(L3)를 물체측으로 凸면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 렌즈로 하는 것에 의해, 보다 확실하게 광학길이가 짧고, 높은 해상도를 가지는 촬상 렌즈를 실현할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 여기서, 이들 도면은 본 발명을 이해할 수 있는 정도로 구성요소의 형상, 크기 및 배치관계를 개략적으로 나타낸 것에 불과하며, 또 이하에 설명하는 수치적 조건 및 다른 조건은 간단한 좋은 예이며, 본 발명은 본 발명의 실시예만으로 한정되는 것이 아니다.
도 1은 본 발명에 의한 촬상렌즈의 구성도이다. 도 1에서 정의되어 있는 면번호나 면간격 등의 기호는 도 2, 도 6, 도 10, 도 14, 도 18 및 도 22에서 공통으로 이용하는 것으로 한다.
물체측으로부터 세어서 제 1, 제 2 및 제 3 렌즈를 각각 L1, L2 및 L3로 나타낸다. 촬상면을 구성하는 촬상소자를 10으로 나타내고, 촬상면과 렌즈계를 이격시킨 카바 글래스를 12로 나타내며, 조리개를 S1으로 나타낸다. 조리개(S1)를 구성하는 면은 r3와 r4이다. 또, 오해가 생기지 않는 범위에서 ri (i=1,2,3,...11)을 축상곡률반경의 값을 의미하는 변수로 이용하거나 렌즈나 카바 글래스 또는 촬상면을 식별하는 기호(예를 들면 r1을 제 1 렌즈의 물체측면의 의미로 이용하는 등)로도 이용한다.
이 도면에 나타낸 ri(i=1,2,3,···,11) 및 di(i=1,2,3,···,11) 등의 파라메타는 이하에 나타낸 표 1에서 표 6에 구체적 수치로서 부여한다. 첨자 i는 물체측에서 상측으로 향하여 순차적으로 각 렌즈의 면번호 또는 렌즈의 두께 또는 렌즈면 간격 등에 대응시켜 부여한 것이다.
즉,
ri는 i번째 면의 축상곡률반경,
di는 i번째 면에서부터 i+1번째 면까지의 거리,
Ni는 i번째 면과 i+1번째 면으로 이루어진 렌즈의 소재 굴절률 및
νi는 i번째 면과 i+1번째 면으로 이루어진 렌즈의 소재 아베수
를 각각 나타낸다.
광학 길이(d)는 d1에서 d7까지를 가산하여 백포커스(bf)를 가한 수치이다. 백포커스(bf)는, 광축상에서의 제 3 렌즈(L3)의 상측면에서 촬상면까지의 거리이다. 단, 백포커스(bf)는 제 3 렌즈(L3)와 촬상면과의 사이에 삽입되는 카바 글래스(12)를 제외하고 계측된 것으로 한다. 즉, 카바 글래스를 삽입한 상태에서는, 제 3 렌즈(L3)의 상측 면에서부터 촬상면까지의 기하학적인 거리는 카바 글래스의 굴절률이 1보다 크기 때문에, 카바 글래스 없는 상태에 비하여 길게 된다. 어느 정도 길게되는 가는 삽입하는 카바 글래스의 굴절율과 두께로 결정된다. 그래서, 카바 글래스가 존재하는지 여부와는 관계없이 촬상 렌즈 고유의 값으로서 백포커스를 정의하기 때문에, 카바 글래스를 제외하고 계측된 값을 이용하는 것이다. 또, 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2)의 간격(D2)는 D2=d2+d3+d4 이고, 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3)의 간격(D4)은 D4=d6이다.
비구면 데이타는 각 표 1에서 표 6의 각각 난에 면번호와 함께 나타내었다. 조리개(S1)의 면(r3)(r4), 또 카바 글래스의 양면(r9)(r10 ) 및 촬상면(r11)은 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 근축적 곡률
h: 광축으로터의 높이
k: 원추정수
A0: 4차 비구면계수
B0: 6차 비구면계수
C0: 8차 비구면계수
D0: 10차 비구면계수
본 명세서 중의 표 1 내지 표 6에 있어서, 비구면계수를 나타낸 수치는 지수 표시이며, 예를 들면 「e - 1」은 「10e - 1승」을 의미한다. 또 초점거리 f로서 나타낸 값은 제 1 내지 제 3 렌즈로 이루어진 렌즈계의 합성 초점거리이다.
이하, 도 2 내지 도 25를 참조하여 각각 실시예 1에서부터 실시예 6를 설명한다. 도 2, 도 6, 도 10, 도 14, 도 18 및 도 22에 렌즈 구성의 개략도를 나타내었다. 또 도 3, 도 7, 도 11, 도 15, 도 19 및 도 23에서 왜곡수차곡선, 도 4, 도 8, 도 12, 도 16, 도 20 및 도 24에서 비점수차곡선, 도 5, 도 9, 도 13, 도 17, 도 21 및 도 25에서 색.구면수차곡선을 나타내었다.
왜곡수차곡선은 광축으로부터의 거리(종축에 상면내에서의 광축으로부터의 최대거리를 100으로써 백분율 표시하고 있다)에 대하여 수차(횡축에 정접조건의 불만족량을 백분율 표시하고 있다)를 표시한다. 비점수차곡선은 왜곡수차곡선과 같은 형태로 광축에서부터의 거리에 대하여 수차량을 횡축(mm단위)으로 하여 표시하며, 메리져널 면(meridional plane)과 새지털 면(sagittai plane)에 있어서 수차량(mm단위)을 표시한다. 색,구면수차곡선에 있어서는 종축의 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 굴절율이다.
이하에, 실시예 1 내지 실시예 6에 관한 구성 렌즈의 곡률반경(mm단위), 렌즈면 간격(mm단위), 렌즈 소재의 굴절율, 렌즈 소재의 아베수, 초점거리, 개구수 및 비구면계수를 일람하여 게재한다. 실시예 1 내지 6에서 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3) 각각의 초점거리를 f1,f2,f3 로 표시한다.
이하에 각 실시예의 특징을 나타낸다. 실시예 1에서 실시예 5에 있어서 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)의 소재로 시클로오레핀(cycloolefin)계 플라스틱인 제녹스 480R(제녹스는 일본 제온 주식회사의 등록상표로서, 480R은 상품번호이다)을 이용한다. 실시예 6에 있어서는 제 2 렌즈(L2)의 소재로 제녹스 480R 대신에 폴리카보네이트를 이용한다.
제녹스 480R의 d선에 대한 굴절율은 1.525이고, 폴리카보네이트의 d선에 대한 굴절율은 1.583이다. 또, 제녹스 480R의 아베수는 56.2, 폴리카보네이트의 아베수는 30.0이다.
또, 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3) 각각의 양면을 비구면으로 한다. 즉, 비구면수는 각 실시예 및 비교예 모두 6면 이며, 제 3 렌즈(L3)의 적어도 한 면이 비구면인 조건을 만족하고 있다.
시뮬레이션 결과, 이들 렌즈의 소재 아베수가 30에서 60의 범위 내에 있으면, 수차 등 렌즈 성능에 실질적인 차이는 나타나지 않는 것을 알았다. 즉, 아베수가 상기 값의 범위 내에 있으면, 본 발명의 목적인 촬상 렌즈의 제수차가 종래 촬상 렌즈의 제수차에 비하여 양호하게 보정되어 실현될 수 있는 것을 알았다.
렌즈계와 촬상면과의 사이에 실시예 1에서 실시예 6에서는, 각각 적외선 컷트 필터로서의 역할도 하는 카바 글래스(12)를 삽입하고 있다. 이 필터의 소재로서 글래스(d선에 대한 굴절율이 1.50이다)를 이용한다. 이들 필터의 존재도 전제로서 이하에 설명하는 제수차를 계산한다. 또, 이하에 개시되는 실시예 1~6의 촬상 렌즈 전계의 초점거리, 즉 합성초점거리(f)는 1.0mm로 설정되어 있다.
실시예 1
(A) 제 1 렌즈(L1)의 물체측곡률반경 r1은, r1=0.296mm 이다.
(B) 제 1 렌즈(L1)의 상측곡률반경 r2는, r2=0.720mm 이다.
(C) 백포커스 bf는, bf=0.365mm 이다.
(D) 제 1 렌즈(L1)의 물체측면에서 상면까지의 공기중에서의 거리, 즉 광학 길이 d는, d=d1+d2+d3+d4+d5+d6+d7 +df=1.195mm 이다.
(E) 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2)와의 간격 D2는, D2=d2 +d3+d4=0.076mm 이다.
(F) 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈와의 간격 D4는, D4=d6=0.0369mm 이다.
(G) 제 1 렌즈(L1)의 초점거리 f1은, f1=0.79mm 이다.
(H) 제 2 렌즈(L2)의 초점거리 f2은, f2=-5.14mm 이다.
(I) 제 3 렌즈(L3)의 초점거리 f3은, f3=10.56mm 이다.
따라서,
(1) r1/r2 = 0.296/0.720 = 0.4111,
(2) D2/f = 0.076/1.00 = 0.076,
(3) D4/f = 0.0369/1.00 = 0.0369,
(4) d/f = 1.195/1.00 = 1.195 및
(5) bf/f = 0.365/1.00 = 0.365
로 됨으로써, 실시예 1의 렌즈계는 이하의 조건식 (1)에서 조건식 (5)까지 모두를 만족하고 있다.
0.35 < r1/r2 < 0.45 (1)
0.07 < D2/f < 0.1 (2)
0.01 < D4/f < 0.04 (3)
1.00 < d/f < 1.30 (4)
0.3 < bf/f < 0.5 (5)
이후, 조건식은 상기 (1)에서 (5)까지 5개의 식을 지칭한다.
조리개(S1)는 표 1에 나타낸 바와 같이, 제 1 렌즈(L1)의 제 2 면(상측면)에서 후방 0.0148mm(d2=0.0148mm)의 위치에 설치되어 있다. 또 개구수(F-넘버)는 3.4이다.
도 2에 실시예 1의 촬상 렌즈의 단면도를 도시한다. 초점거리 1.00mm에 대한 백포커스는 0.365mm로 충분한 길이로 확보되어 있다.
도 3에 나타낸 왜곡수차곡선 20, 도 4에 나타낸 비점수차곡선(메리져널 면에 대한 수차곡선 22 및 새지털 면에 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 광축으로부터의 거리의 몇%인가로 표시하고 있다. 도 3 및 도 4 중에서 100%, 80%, 70% 및 60%는 각각 0.534mm, 0.427mm, 0.374mm 및 0.320mm에 대응하고 있다. 또 도 5의 수차곡선의 종축은 입사높이 h(F-넘버)를 표시하며, 최대가 F3.4에 대응한다. 도 5의 횡축은 수차의 크기를 표시하고 있다.
왜곡수차는 상높이 80%(상고 0.427mm) 위치에서 수차량의 절대치가 4.5919%로 최대로 되고, 상높이 0.534mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 4.5919% 이내로 안정된다.
비점수차는 상높이 100%(상고 0.534mm) 위치에서 매리져널 면에 있어서 수차량의 절대치가 0.0273mm로 최대로 되고, 또 상높이 0.534mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 0.0273mm 이내로 안정된다.
색.구면수차는 입사높이 h의 85%에서 g선에 대한 수차곡선 34의 절대치가 0.0235mm로 최대로 되고, 수차량의 절대치가 0.0235mm 이내로 안정된다.
실시예 2
(A) 제 1 렌즈(L1)의 물체측곡률반경 r1은, r1=0.300mm 이다.
(B) 제 1 렌즈(L1)의 상측곡률반경 r2는, r2=0.748mm 이다.
(C) 백포커스 bf는, bf=0.362mm 이다.
(D) 제 1 렌즈(L1)의 물체측면에서 상면까지의 공기중에서의 거리, 즉 광학 길이 d는, d=d1+d2+d3+d4+d5+d6+d7 +df=1.204mm 이다.
(E) 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2)과의 간격 D2는, D2=d2 +d3+d4=0.078mm 이다.
(F) 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈와의 간격 D4는, D4=d6=0.0232mm 이다.
(G) 제 1 렌즈(L1)의 초점거리 f1은, f1=0.79mm 이다.
(H) 제 2 렌즈(L2)의 초점거리 f2은, f2=-3.57mm 이다.
(I) 제 3 렌즈(L3)의 초점거리 f3은, f3=5.96mm 이다.
따라서,
(1) r1/r2 = 0.300/0.748 = 0.4011,
(2) D2/f = 0.078/1.00 = 0.078,
(3) D4/f = 0.0232/1.00 = 0.0232,
(4) d/f = 1.204/1.00 = 1.204 및
(5) bf/f = 0.362/1.00 = 0.362
로 됨으로써 실시예 2의 렌즈계는 조건식을 만족하고 있다.
조리개(S1)는 표 2에 나타낸 바와 같이, 제 1 렌즈(L1)의 제 2 면(상측면)에서 후방 0.015mm(d2=0.015mm)의 위치에 설치되어 있다. 또 개구수(F-넘버)는 3.4이다.
도 6에 실시예 2의 촬상 렌즈의 단면도를 도시한다. 초점거리 1.00mm에 대한 백포커스는 0.362mm로 충분한 길이로 확보되어 있다.
도 7에 나타낸 왜곡수차곡선 36, 도 8에 나타낸 비점수차곡선(메리져널 면에 대한 수차곡선 38 및 새지털 면에 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 광축으로부터의 거리의 몇%인가로 표시하고 있다. 도 7 및 도 8 중에서 100%, 80%, 70% 및 60%는 각각 0.543mm, 0.434mm, 0.380mm 및 0.326mm에 대응하고 있다. 또 도 9의 수차곡선의 종축은 입사높이 h(F-넘버)를 표시하며, 최대가 F3.4에 대응한다. 도 9의 횡축은 수차의 크기를 표시하고 있다.
왜곡수차는 상높이 80%(상고 0.434mm) 위치에서 수차량의 절대치가 4.526%로 최대로 되고, 상높이 0.543mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 4.526% 이내로 안정된다.
비점수차는 상높이 80%(상고 0.434mm) 위치에서 매리져널 면에 있어서 수차량의 절대치가 0.0175mm로 최대로 되고, 또 상높이 0.543mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 0.0175mm 이내로 안정된다.
색.구면수차는 입사높이 h의 85%에서 g선에 대한 수차곡선 50의 절대치가 0.0230mm로 최대로 되고, 수차량의 절대치가 0.0230mm 이내로 안정된다.
실시예 3
(A) 제 1 렌즈(L1)의 물체측곡률반경 r1은, r1=0.296mm 이다.
(B) 제 1 렌즈(L1)의 상측곡률반경 r2는, r2=0.738mm 이다.
(C) 백포커스 bf는, bf=0.337mm 이다.
(D) 제 1 렌즈(L1)의 물체측면에서 상면까지의 공기중에서의 거리, 즉 광학 길이 d는, d=d1+d2+d3+d4+d5+d6+d7 +df=1.221mm 이다.
(E) 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2)과의 간격 D2는, D2=d2 +d3+d4=0.09mm 이다.
(F) 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈와의 간격 D4는, D4=d6=0.0215mm 이다.
(G) 제 1 렌즈(L1)의 초점거리 f1은, f1=0.78mm 이다.
(H) 제 2 렌즈(L2)의 초점거리 f2은, f2=-6.27mm 이다.
(I) 제 3 렌즈(L3)의 초점거리 f3은, f3=8.56mm 이다.
따라서,
(1) r1/r2 = 0.296/0.738 = 0.4011,
(2) D2/f = 0.09/1.00 = 0.09,
(3) D4/f = 0.0215/1.00 = 0.0215,
(4) d/f = 1.221/1.00 = 1.221 및
(5) bf/f = 0.337/1.00 = 0.337
로 됨으로써 실시예 3의 렌즈계는 조건식을 만족하고 있다.
조리개(S1)는 표 3에 나타낸 바와 같이, 제 1 렌즈(L1)의 제 2 면(상측면)에서 후방 0.0129mm(d2=0.0129mm)의 위치에 설치되어 있다. 또 개구수(F-넘버)는 3.4이다.
도 10에 실시예 3의 촬상 렌즈의 단면도를 도시한다. 초점거리 1.00mm에 대한 백포커스는 0.337mm로 충분한 길이로 확보되어 있다.
도 11에 나타낸 왜곡수차곡선 52, 도 12에 나타낸 비점수차곡선(메리져널 면에 대한 수차곡선 54 및 새지털 면에 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 광축으로부터의 거리의 몇%인가로 표시하고 있다. 도 11 및 도 12 중에서 100%, 80%, 70% 및 60%는 각각 0.580mm, 0.464mm, 0.406mm 및 0.348mm에 대응하고 있다. 또 도 13의 수차곡선의 종축은 입사높이 h(F-넘버)를 표시하며, 최대가 F3.4에 대응한다. 도 13의 횡축은 수차의 크기를 표시하고 있다.
왜곡수차는 상높이 80%(상고 0.464mm) 위치에서 수차량의 절대치가 3.8995%로 최대로 되고, 상높이 0.580mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 3.8995% 이내로 안정된다.
비점수차는 상높이 100%(상고 0.580mm) 위치에서 매리져널 면에 있어서 수차량의 절대치가 0.0192mm로 최대로 되고, 또 상높이 0.580mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 0.0192mm 이내로 안정된다.
색.구면수차는 입사높이 h의 100%에서 g선에 대한 수차곡선 66의 절대치가 0.0284mm로 최대로 되고, 수차량의 절대치가 0.0284mm 이내로 안정된다.
실시예 4
(A) 제 1 렌즈(L1)의 물체측곡률반경 r1은, r1=0.295mm 이다.
(B) 제 1 렌즈(L1)의 상측곡률반경 r2는, r2=0.724mm 이다.
(C) 백포커스 bf는, bf=0.348mm 이다.
(D) 제 1 렌즈(L1)의 물체측면에서 상면까지의 공기중에서의 거리, 즉 광학 길이 d는, d=d1+d2+d3+d4+d5+d6+d7 +df=1.219mm 이다.
(E) 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2)과의 간격 D2는, D2=d2 +d3+d4=0.088mm 이다.
(F) 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈와의 간격 D4는, D4=d6=0.0209mm 이다.
(G) 제 1 렌즈(L1)의 초점거리 f1은, f1=0.77mm 이다.
(H) 제 2 렌즈(L2)의 초점거리 f2은, f2=-5.72mm 이다.
(I) 제 3 렌즈(L3)의 초점거리 f3은, f3=6.91mm 이다.
따라서,
(1) r1/r2 = 0.295/0.724 = 0.4075,
(2) D2/f = 0.088/1.00 = 0.088,
(3) D4/f = 0.0209/1.00 = 0.0209,
(4) d/f = 1.219/1.00 = 1.219 및
(5) bf/f = 0.348/1.00 = 0.348
로 됨으로써 실시예 4의 렌즈계는 조건식을 만족하고 있다.
조리개(S1)는 표 4에 나타낸 바와 같이, 제 1 렌즈(L1)의 제 2 면(상측면)에서 후방 0.0125mm(d2=0.0125mm)의 위치에 설치되어 있다. 또 개구수(F-넘버)는 3.4이다.
도 14에 실시예 2의 촬상 렌즈의 단면도를 도시한다. 초점거리 1.00mm에 대한 백포커스는 0.348mm로 충분한 길이로 확보되어 있다.
도 15에 나타낸 왜곡수차곡선 68, 도 16에 나타낸 비점수차곡선(메리져널 면에 대한 수차곡선 70 및 새지털 면에 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 광축으로부터의 거리의 몇%인가로 표시하고 있다. 도 15 및 도 16 중에서 100%, 80%, 70% 및 60%는 각각 0.564mm, 0.451mm, 0.395mm 및 0.338mm에 대응하고 있다. 또 도 17의 수차곡선의 종축은 입사높이 h(F-넘버)를 표시하며, 최대가 F3.4에 대응한다. 도 17의 횡축은 수차의 크기를 표시하고 있다.
왜곡수차는 상높이 80%(상고 0.451mm) 위치에서 수차량의 절대치가 3.6086%로 최대로 되고, 상높이 0.564mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 3.6086% 이내로 안정된다.
비점수차는 상높이 100%(상고 0.564mm) 위치에서 매리져널 면에 있어서 수차량의 절대치가 0.0148mm로 최대로 되고, 또 상높이 0.564mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 0.0148mm 이내로 안정된다.
색.구면수차는 입사높이 h의 100%에서 g선에 대한 수차곡선 82의 절대치가 0.0289mm로 최대로 되고, 수차량의 절대치가 0.0289mm 이내로 안정된다.
실시예 5
(A) 제 1 렌즈(L1)의 물체측곡률반경 r1은, r1=0.299mm 이다.
(B) 제 1 렌즈(L1)의 상측곡률반경 r2는, r2=0.748mm 이다.
(C) 백포커스 bf는, bf=0.347mm 이다.
(D) 제 1 렌즈(L1)의 물체측면에서 상면까지의 공기중에서의 거리, 즉 광학 길이 d는, d=d1+d2+d3+d4+d5+d6+d7 +df=1.224mm 이다.
(E) 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2)과의 간격 D2는, D2=d2 +d3+d4=0.0896mm 이다.
(F) 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈와의 간격 D4는, D4=d6=0.0219mm 이다.
(G) 제 1 렌즈(L1)의 초점거리 f1은, f1=0.79mm 이다.
(H) 제 2 렌즈(L2)의 초점거리 f2은, f2=-7.42mm 이다.
(I) 제 3 렌즈(L3)의 초점거리 f3은, f3=10.30mm 이다.
따라서,
(1) r1/r2 = 0.299/0.748 = 0.3997,
(2) D2/f = 0.0896/1.00 = 0.0896,
(3) D4/f = 0.0219/1.00 = 0.0219,
(4) d/f = 1.224/1.00 = 1.224 및
(5) bf/f = 0.347/1.00 = 0.347
로 됨으로써 실시예 5의 렌즈계는 조건식을 만족하고 있다.
조리개(S1)는 표 5에 나타낸 바와 같이, 제 1 렌즈(L1)의 제 2 면(상측면)에서 후방 0.0131mm(d2=0.0131mm)의 위치에 설치되어 있다. 또 개구수(F-넘버)는 3.4이다.
도 18에 실시예 5의 촬상 렌즈의 단면도를 도시한다. 초점거리 1.00mm에 대한 백포커스는 0.347mm로 충분한 길이로 확보되어 있다.
도 19에 나타낸 왜곡수차곡선 84, 도 20에 나타낸 비점수차곡선(메리져널 면에 대한 수차곡선 86 및 새지털 면에 대한 수차곡선 88), 도 21에 나타낸 색.구면수차곡선(C선에 대한 수차곡선 90, d선에 대한 수차곡선 92, e선에 대한 수차곡선 94, F선에 대한 수차곡선 96 및 g선에 대한 수차곡선 98)에 있어서는, 각각 그래프에 의해 표시되어 있다.
도 19 및 도 20의 수차곡선의 종축은 상높이를 광축으로부터의 거리의 몇%인가로 표시하고 있다. 도 19 및 도 20 중에서 100%, 80%, 70% 및 60%는 각각 0.585mm, 0.468mm, 0.409mm 및 0.351mm에 대응하고 있다. 또 도 21의 수차곡선의 종축은 입사높이 h(F-넘버)를 표시하며, 최대가 F3.4에 대응한다. 도 21의 횡축은 수차의 크기를 표시하고 있다.
왜곡수차는 상높이 80%(상고 0.468mm) 위치에서 수차량의 절대치가 4.4431%로 최대로 되고, 상높이 0.585mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 4.4431% 이내로 안정된다.
비점수차는 상높이 100%(상고 0.585mm) 위치에서 매리져널 면에 있어서 수차량의 절대치가 0.0195mm로 최대로 되고, 또 상높이 0.585mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 0.0195mm 이내로 안정된다.
색.구면수차는 입사높이 h의 100%에서 g선에 대한 수차곡선 98의 절대치가 0.0266mm로 최대로 되고, 수차량의 절대치가 0.0266mm 이내로 안정된다.
실시예 6
(A) 제 1 렌즈(L1)의 물체측곡률반경 r1은, r1=0.290mm 이다.
(B) 제 1 렌즈(L1)의 상측곡률반경 r2는, r2=0.777mm 이다.
(C) 백포커스 bf는, bf=0.34mm 이다.
(D) 제 1 렌즈(L1)의 물체측면에서 상면까지의 공기중에서의 거리, 즉 광학 길이 d는, d=d1+d2+d3+d4+d5+d6+d7 +df=1.17mm 이다.
(E) 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2)과의 간격 D2는, D2=d2 +d3+d4=0.077mm 이다.
(F) 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈와의 간격 D4는, D4=d6=0.036mm 이다.
(G) 제 1 렌즈(L1)의 초점거리 f1은, f1=0.74mm 이다.
(H) 제 2 렌즈(L2)의 초점거리 f2은, f2=-9.52mm 이다.
(I) 제 3 렌즈(L3)의 초점거리 f3은, f3=-8.39mm 이다.
따라서,
(1) r1/r2 = 0.290/0.777 = 0.3732,
(2) D2/f = 0.077/1.00 = 0.077,
(3) D4/f = 0.036/1.00 = 0.036,
(4) d/f = 1.17/1.00 = 1.17 및
(5) bf/f = 0.34/1.00 = 0.34
로 됨으로써 실시예 6의 렌즈계는 조건식을 만족하고 있다.
조리개(S1)는 표 6에 나타낸 바와 같이, 제 1 렌즈(L1)의 제 2 면(상측면)에서 후방 0.0147mm(d2=0.0147mm)의 위치에 설치되어 있다. 또 개구수(F-넘버)는 3.4이다.
도 22에 실시예 6의 촬상 렌즈의 단면도를 도시한다. 초점거리 1.00mm에 대한 백포커스는 0.34mm로 충분한 길이로 확보되어 있다.
도 23에 나타낸 왜곡수차곡선 100, 도 24에 나타낸 비점수차곡선(메리져널 면에 대한 수차곡선 102 및 새지털 면에 대한 수차곡선 104), 도 25에 나타낸 색.구면수차곡선(C선에 대한 수차곡선 106, d선에 대한 수차곡선 108, e선에 대한 수차곡선 110, F선에 대한 수차곡선 112 및 g선에 대한 수차곡선 114)에 있어서는, 각각 그래프에 의해 표시되어 있다.
도 23 및 도 24의 수차곡선의 종축은 상높이를 광축으로부터의 거리의 몇%인가로 표시하고 있다. 도 23 및 도 24 중에서 100%, 80%, 70% 및 60%는 각각 0.585mm, 0.468mm, 0.409mm 및 0.351mm에 대응하고 있다. 또 도 25의 수차곡선의 종축은 입사높이 h(F-넘버)를 표시하며, 최대가 F3.4에 대응한다. 도 25의 횡축은 수차의 크기를 표시하고 있다.
왜곡수차는 상높이 80%(상고 0.468mm) 위치에서 수차량의 절대치가 2.2562%로 최대로 되고, 상높이 0.585mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 2.2562% 이내로 안정된다.
비점수차는 상높이 100%(상고 0.585mm) 위치에서 매리져널 면에 있어서 수차량의 절대치가 0.0104mm로 최대로 되고, 또 상높이 0.585mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 0.0104mm 이내로 안정된다.
색.구면수차는 입사높이 h의 50%에서 g선에 대한 수차곡선 114의 절대치가 0.0176mm로 최대로 되고, 수차량의 절대치가 0.0176mm 이내로 안정된다.
실시예 1 내지 5의 제 2 렌즈(L2)를 구성하는 소재는 시클로오레핀계 플라스틱인 제녹스 480R이다. 이에 대하여 실시예 6의 제 2 렌즈(L2)를 구성하는 소재는 폴리카보네이트이다. 제녹스 480R의 d선에 대한 굴절율은 1.525이고, 폴리카보네이트의 d선에 대한 굴절율은 1.583이므로 폴리카보네이트편이 그 굴절율이 높다.
이 때문에, 제 2 렌즈(L2)를 굴절율이 낮은 제녹스 480R을 소재로 한 렌즈를 이용하여 구성하는 실시예 1 내지 5의 촬상 렌즈에 있어서, f3값이 정의 값이므로 제 3 렌즈(L3)는 정의 굴절율을 가지는 렌즈로 되어 있다. 한편, 제 2 렌즈(L2)를 굴절율이 높은 폴리카보네이트 소재로 한 렌즈를 이용하여 구성한 실시예 6의 촬상 렌즈에 있어서는, f3의 값이 부의 값이므로 제 3 렌즈(L3)는 부의 굴절율을 가지는 렌즈로 되어 있다.
본 발명의 촬상 렌즈를 구성하는 제 1 렌즈(L1)는 주로 촬상 렌즈로서의 합성초점거리를 결정하는 역할을 한다. 제 2 렌즈(L2)는 주로 그 촬상 렌즈의 해상도를 결정하는 역할을 하며, 제 2 렌즈(L2)를 구성하는 소재의 굴절율을 높게 하는 것으로 해상도를 높일 수 있다. 제 3 렌즈(L3)는 결상면에 입사하는 광선의 광축에서의 경사를 작게하는 역할을 한다. 결상면에 입사하는 광선의 광축에서의 경사를 작게하는 것에 의해 렌즈의 주변에 가려진 상의 주변부분이 어둡게 되는 쉐이딩 현상을 회피할 수 있다.
제 2 렌즈(L2)를 구성하는 소재의 굴절율을 높게 함에 따라 제 3 렌즈(L3)의 굴절력, 즉 f3의 값으로서의 최적치가 변화한다. 본 발명의 실시예 6에 있어서 제 3 렌즈(L3)의 굴절력을 부로 설정한 것은 이 때문이다.
제 2 렌즈(L2)를 구성하는 소재의 굴절율을 높게 함으로써 해상도를 높일 수 있는 이유는 굴절율이 높은 소재일수록 아베수가 작게되는 경향이 있고, 시클로오레핀계 플라스틱과 폴리카보네이트의 비교에서도 굴절율이 낮은 시클로오레핀계 플라스틱에 비하여 굴절율이 높은 폴리카보네이트편이 아베수가 작다. 그 때문에, 정의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈(L1)에 의해 발현하는 색수차와 부의 굴절력을 가지는 제 2 렌즈(L2)에 의해 발현하는 색수차가 서로 상쇄되는 관계로 되고, 결과적으로 색수차를 작게할 수 있는 것으로 이어진다. 색수차가 작게 되는 것에 의해 해상도도 그에 따라서 높아지게 된다.
도 5, 도 9, 도 13, 도 17, 도 21 및 도 25를 참조하여 색.구면수차 특성에 대하여 실시예 1 내지 6을 비교하면, 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 나타낸 곡선이 특히 실시예 6에 있어서 0을 중심으로 집중하여 존재하고 있는 것을 알았다. 실시예 1 내지 5의 색.구면수차 특성을 표시하는 수차곡선은 실시예 6의 색.구면수차 특성을 나타내는 수차곡선만큼 C선 내지 g선 범위의 광에 대하여 밀집하여 존재하지 않고, 보다 넓은 간격을 비워 존재하고 있는 것을 알았다.
C선 내지 g선 범위의 광에 대하여 수차를 나타낸 수차곡선이 0을 중심으로 집중하여 존재하고 있다는 것은, 촬상 렌즈의 색수차가 작다는 것을 의미하는 것이며, 이에 의해 촬상 렌즈의 해상도도 높은 것을 의미한다.
색.구면수차 특성을 나타낸 수차곡선이 0을 중심으로 가장 집중하여 존재하고 있다는 특징을 가지는 실시예 6의 촬상 렌즈의 해상도가 다른 실시예 1 내지 5의 촬상 렌즈와 비교하여 가장 높다는 것을 구체적으로 설명하기 위해서, 변조전달관계(MTF : Modulation Transfer Function)에 의한 비교를 행한다. MTF는 광학계의 물체로부터 상으로의 공간 필터 특성을 나타낸 광학적 전달계수(OTF : Optical Transfer Function)의 절대치를 나타낸 관계 이며, 물체와 상의 콘트라스트를 제공하는 관계이다.
촬상 렌즈가 가지는 MTF가 클수록 그 촬상 렌즈는 우수한 해상능력을 구비하고 있다고 할 수 있다. 도 26에 본 발명의 실시예 1 내지 6의 촬상 렌즈의 화상 중심에 있어서 MTF를 나타낸다. 횡축에 공간주파수(단위 : mm)를 나타내었고, 종축은 MTF의 값을 %로 눈금하여 표시하고 있다.
도 26에 있어서, A, B, C, D, E 및 F로 표시되어 있는 곡선이 각각 실시예 1 내지 6의 촬상 렌즈에 대응하는 MTF를 표시하고 있다. F로 표시되어 있는 곡선이 도 26에 있어서 최상의 위치에 존재하므로 실시예 6에 대한 MTF가 가장 큰 것을 알 수 있다. 촬상 렌즈의 화상 중심에서 벗어난 부분에 걸리는 메리져널 면 및 새지털 면에 대한 MTF에 대해서도 중심에 걸리는 MTF 특성으로서 상술한 F로 표시되어 있는 곡선이 도 26에 있어서 최상의 위치에 존재한다는 특성은 공통되므로 여기서는 제시하는 것을 생략한다.
이상의 것으로부터, 제 2 렌즈(L2)를 구성하는 소재를 폴리카보네이트로 한 실시예 6의 촬상 렌즈의 해상도가 가장 우수하다는 것을 알았다.
또, 이 촬상 렌즈의 발명자가 촬상 렌즈를 구성하는 제 1, 제 2 및 제 3 렌즈의 최적 조합에 대하여 검토해 본 결과, 실시예 6의 구성과 같이, 제 1 렌즈(L1)보다 높은 굴절율(작은 아베수)의 소재로 구성한 제 2 렌즈(L2)를 채용함으로써 광학길이도 짧게 할 수 있는 것을 찾아 내었다. 이와 관련하여 실시예 1 내지 6의 d/f의 값을 비교하면, 실시예 6에 대하여는 1.17로 되어 있고, 다른 실시예 1 내지 5에 대한 값의 어느 것보다도 작다.
즉, 실시예 6과 같은 렌즈계의 구성으로 함으로써, 실시예 1 내지 5와 같은 렌즈계의 구성에 비하여, 렌즈의 해상도를 높게할 수 있음과 함께, 광학길이를 보다 짧게 설계할 수 있는 잇점이 있다. 그러나, 폴리카보네이트는 시클로오레핀계 플라스틱과 비교하여 열에 대한 내성이 낮다. 따라서, 이 발명의 촬상 렌즈를 이용하는 대상에 따라 실시예 1 내지 5와 같은 렌즈계의 구성으로 할 것인가 실시예 6과 같은 렌즈계의 구성으로 할 것인가를 결정하면 좋다.
또, 실시예 1 내지 6 어느 것의 촬상 렌즈에 있어서도 CCD 또는 CMOS를 촬상소자로 이용하는 소형 카메라에 탑재하는 렌즈에 필요한 성능이 확보될 수 있는 것을 알았다.
상술한 본 발명의 촬상 렌즈의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 촬상 렌즈의 각 구성렌즈를 조건식(1) 내지 (5)를 만족하도록 설계함으로써, 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 해결한다. 즉, 제수차가 양호하게 보정되고, 충분한 백포커스를 얻으며 또한 광학길이가 짧게 유지되는 촬상 렌즈를 얻을 수 있다.
여기서, 상술한 실시예에 있어서 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)에는 제녹스 480R 또는 폴리카보네이트라는 플라스틱 소재를 이용하였으나, 실시예에 게재된 이외의 플라스틱 재료는 물론, 플라스틱 소재가 아니어도, 예를 들면 몰드 글래스 등으로도 실시예 등에서 설명한 제조건을 만족하는 소재이면, 글래스 그 외의 재료를 이용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
이와 관련하여, 휴대전화기 등에 있어서 제 3 렌즈(L3)와 촬상면(r11)과의 사이에는 적외선 컷트 필터 등으로서의 역할을 하는 카바 글래스(12)가 삽입될 수 있는데, 현재 기술에서는 이 제 3 렌즈(L3)와 촬상면(r11)과의 간격을 0.95mm이상 확보할 수 있으면, 카바 글래스를 삽입할 수 있다.
또, 현재 휴대전화기 등에 촬상 렌즈를 탑재함에는 그 광학길이는 5mm 이내인 것이 바람직하다. 이 발명의 실시예 1 내지 6에 개시한 촬상 렌즈에 의하면, 조건식 1.00 < d/f < 1.30 (4)로부터 명백한 바와 같이, 광학길이는 초점거리의 최대로도 1.30이다. 그래서, 광학길이가 초점거리의 1.30배로 된 조건에서 설계하는 경우를 상정하여 광학길이를 5mm로 하면, 초점거리는 3.85mm이다. 또, 백포커스에 대해서는 조건식 0.3 <bf/f < 0.5 (5)에 의해 f=3.85로 하면 1.15 < bf < 1.92로 되어 최소로도 1.15mm의 길이를 확보할 수 있다.
현재 휴대전화기 등에 촬상 렌즈를 탑재하는 때에 제 3 렌즈(L3)의 상측면으로부터 상면까지의 거리는 0.95mm 이상 필요로 한다. 본 발명의 촬상 렌즈에 의하면, 백포커스가 최소로도 1.15mm 확보될 수 있으므로 제 3 렌즈(L3)의 상측면으로부터 상면까지의 간격으로서 필요되는 간격을 충분히 확보할 수 있다.
또, 제 1 실시예 내지 제 6 실시예의 촬상 렌즈의 비구면인 제 3 렌즈(L3)의 상측면 정점의 접평면(광축에 수직한 평면)에 대한 접평면의 경사가 0으로 되는 비구면상 점의 광축에서의 높은 위치, 즉 그 렌즈의 중심에서 주변으로 감에 따라 부의 파워가 점차적으로 약해져 정으로 바뀌는 비구면상 점의 광축에서의 높은 위치는 다음과 같이 된다. 렌즈의 유효구경을 1로 규격화하여 표시하면, 렌즈의 중심에서 렌즈의 주변에 향하여 실시예 1의 촬상 렌즈가 58.5%, 실시예 2의 촬상 렌즈가 59.5%, 실시예 3의 촬상 렌즈가 28.3%, 실시예 4의 촬상 렌즈가 20.4%, 실시예 5의 촬상 렌즈가 29.8%, 실시예 6의 촬상 렌즈가 55.3%의 위치에 각각 존재한다. 이에 의해 광축과 촬상면과의 교점과 렌즈 주변부와의 중간 위치에 있서도 촬상소자로의 입사각이 직각과는 크게 떨어지지 않는다. 따라서, 화상의 중요한 부분을 점하는 렌즈 주변부와의 중간 위치에서도 광의 입사각이 직각으로부터 크게 떨어지지 않으며, 이 부분의 화상이 어둡게 된다는 문제가 발생하지 않는다.
본 발명은 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며 한정의 의미로 이해되어서는 안될 것이다. 상기 내용에 따라 본 발명의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 따로 부가 언급하지 않는 한 본 발명은 청구항의 범주 내에서 자유로이 실행될 수 있을 것이다.
이상, 설명한 바와 같이, 본 발명의 촬상 렌즈에 의하면, 제수차가 양호하게 보정되고, 짧은 광학 길이임에도 불구하고 양호한 화상을 얻을 수 있으며, 백포커스도 충분히 확보할 수 있다.
이상 설명한 것으로부터, 본 발명의 촬상 렌즈는 휴대전화기, 퍼스널 컴퓨터 또는 디지털 카메라에 내장되는 카메라용 렌즈로서의 이용은 물론, 휴대정보단말기(PDA:personal digital assistants)에 내장되는 카메라용 렌즈, 화상인식 기능을 구비한 완구에 내장되는 카메라용 렌즈, 감시, 검사 또는 방범기기 등에 내장되는 카메라용 렌즈로서 적용하여도 좋다.
도 1은 본 발명에 의한 촬상 렌즈의 단면도,
도 2는 실시예 1의 촬상 렌즈의 단면도,
도 3은 실시예 1의 촬상 렌즈의 왜곡수차도,
도 4는 실시예 1의 촬상 렌즈의 비점수차도,
도 5는 실시예 1의 촬상 렌즈의 색·구면수차도,
도 6은 실시예 2의 촬상 렌즈의 단면도,
도 7은 실시예 2의 촬상 렌즈의 왜곡수차도,
도 8은 실시예 2의 촬상 렌즈의 비점수차도,
도 9는 실시예 2의 촬상 렌즈의 색·구면수차도,
도 10은 실시예 3의 촬상 렌즈의 단면도,
도 11은 실시예 3의 촬상 렌즈의 왜곡수차도,
도 12는 실시예 3의 촬상 렌즈의 비점수차도,
도 13은 실시예 3의 촬상 렌즈의 색·구면수차도,
도 14는 실시예 4의 촬상 렌즈의 단면도,
도 15는 실시예 4의 촬상 렌즈의 왜곡수차도,
도 16은 실시예 4의 촬상 렌즈의 비점수차도,
도 17은 실시예 4의 촬상 렌즈의 색·구면수차도,
도 18은 실시예 5의 촬상 렌즈의 단면도,
도 19는 실시예 5의 촬상 렌즈의 왜곡수차도,
도 20은 실시예 5의 촬상 렌즈의 비점수차도,
도 21은 실시예 5의 촬상 렌즈의 색·구면수차도,
도 22는 실시예 6의 촬상 렌즈의 단면도,
도 23은 실시예 6의 촬상 렌즈의 왜곡수차도,
도 24는 실시예 6의 촬상 렌즈의 비점수차도,
도 25는 실시예 6의 촬상 렌즈의 색·구면수차도,
도 26은 본 발명의 실시예 1 내지 6의 촬상 렌즈의 MTF를 표시한 도면이다.

Claims (5)

  1. 제 1 렌즈(L1), 조리개(S1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)를 가지며,
    물체측으로부터 상측으로 향하여 제 1 렌즈(L1), 조리개(S1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)의 순서로 배열되어 구성되고,
    제 1 렌즈(L1)는 물체측으로 凸면을 향한 메니스커스 형상의 정의 굴절력을 가지는 렌즈로 되며,
    제 2 렌즈(L2)는 상측으로 凸면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 렌즈로 되고,
    제 3 렌즈(L3)는 물체측으로 凸면을 향한 렌즈로 되며,
    제 1 렌즈(L1) 및 제 2 렌즈(L2)의 양면이 비구면, 또 제 3 렌즈(L3)의 적어도 한 면이 비구면으로 되고,
    이하의 조건을 만족하는 촬상 렌즈.
    0.35 < r1/r2 < 0.45 (1)
    0.07 < D2/f < 0.1 (2)
    0.01 < D4/f < 0.04 (3)
    1.00 < d/f < 1.30 (4)
    0.3 < bf/f < 0.5 (5)
    단,
    f:촬상렌즈의 합성초점거리
    r1:제 1 렌즈(L1)의 물체측면 광축근방에 있어서 곡률반경(축상곡률반경)
    r2:제 1 렌즈(L1)의 상측면 광축근방에 있어서 곡률반경(축상곡률반경)
    D2:제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2)의 간격
    D4:제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3)의 간격
    d:제 1 렌즈(L1)의 물체측면에서 상면까지의 거리(공기중)
    bf:제 3 렌즈(L3)의 상측면에서 상면까지의 거리(공기중)
  2. 제1항에 있어서,
    촬상 렌즈를 구성하는 상기 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)는 아베수가 30에서 60까지의 범위 내의 값인 소재로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
  3. 제1항에 있어서,
    촬상 렌즈를 구성하는 상기 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)는 시클로오레핀계 플라스틱을 소재로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
  4. 제1항에 있어서,
    촬상 렌즈를 구성하는 상기 제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)는 시클로오레핀계 플라스틱을 소재로 형성된 렌즈로 되고,
    상기 제 2 렌즈(L2)는 폴리카보네이트를 소재로 형성된 렌즈인 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
  5. 제1항에 있어서, 촬상 렌즈를 구성하는 상기 제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)는 시클로오레핀계 플라스틱을 소재로 형성된 렌즈로 되고,
    상기 제 2 렌즈(L2)는 폴리카보네이트를 소재로 형성된 렌즈로 되며,
    상기 제 3 렌즈(L3)는 물체측으로 凸면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 렌즈인 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
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