KR20060013522A

KR20060013522A - 줌 렌즈 및 촬상 장치

Info

Publication number: KR20060013522A
Application number: KR1020057020288A
Authority: KR
Inventors: 마사후미 스에요시
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2006-02-10
Also published as: MY138445A; CN1798995A; EP1630584A4; CN100422787C; JP2004354869A; WO2004107010A1; TW200510766A; JP4059145B2; US7295380B2; US20060274426A1; EP1630584A1; TWI240088B

Abstract

본 발명은, 광학 성능을 손상시키지 않고, 프리즘을 보다 소형화하여 렌즈계 전체를 소형화하는 것이 가능한 리어 포커스식의 줌 렌즈이다. 물체 측으로부터 순차적으로, 포지티브, 네거티브, 포지티브, 네거티브 굴절력을 각각 가지는 제1 렌즈군(GR1)∼제5 렌즈군(GR5)을 구비하고, 제2 렌즈군(GR2)과 제4 렌즈군(GR4)을 이동시킴으로써 주밍이 행해지도록 구성한다. 또, 제1 렌즈군(GR1)이 물체 측으로부터 순차적으로, 네거티브 굴절력을 가지는 전방 렌즈군, 광로를 절곡시키는 광학 부재, 포지티브 굴절력을 가지는 후방 렌즈군을 구비하고, 또한 피사체 거리가 무한원(無限遠)에서의 제5 렌즈군(GR5)의 결상 배율을 β5로 했을 때, 1.3<β5<2.2의 조건을 만족시키도록 구성함으로써, 물체에 가까운 쪽 렌즈의 초점 거리를 단축하고, 제1 렌즈군(GR1)의 유효 직경을 보다 작게 할 수 있어, 광학 부재(예를 들면 프리즘 P1)가 박형화된다.

광학 성능, 프리즘, 피사체, 광로, 결상 배율.

Description

줌 렌즈 및 촬상 장치 {ZOOM LENS AND IMAGING DEVICE}

본 발명은 줌 렌즈, 및 이 줌 렌즈를 촬상 렌즈로 사용한 촬상 장치에 관한 것이며, 특히 디지털 스틸 카메라나 가정용 비디오 카메라 등의 소형 촬상 장치에 적합한, 3∼5배 정도의 변배율(變倍率)을 실현할 수 있는 리어 포커스식의 줌 렌즈, 및 이 줌 렌즈를 사용한 촬상 장치에 관한 것이다.

최근, 디지털 스틸 카메라나 디지털 비디오 카메라는 가정용으로도 널리 보급되어 있지만, 이들 소형의 촬상 장치에 대해서는, 보다 한층 소형화가 요구되고 있다. 이 때문에 이들에 탑재되는 촬영용 렌즈, 특히 줌 렌즈에 대해서도, 전체 길이나 내측 길이의 단축 등에 의한 소형화가 요구되고 있다. 또, 이와 같은 촬영용 렌즈, 특히 디지털 스틸 카메라용의 것에 대해서는, 촬상 소자의 고화소수화에 대응하여, 소형화와 함께 렌즈 성능의 향상도 요구되고 있다.

예를 들면, 가장 물체 측에 배치되는 제1 렌즈군 이외의 렌즈군을 이동시켜 포커스를 행하는, 이른바 리어 포커스식의 줌 렌즈는 렌즈계 전체를 비교적 용이하게 소형화하고, 또한 화소수가 많은 고체 촬상 소자에 적합한 결상(結像) 성능이 얻어지는 것이 알려져 있다. 이와 같은 리어 포커스식의 줌 렌즈로서는, 물체 측으로부터 순차적으로, 포지티브 굴절력을 가지는 제1 렌즈군, 네거티브 굴절력을 가지는 제2 렌즈군, 포지티브 굴절력을 가지는 제3 렌즈군, 포지티브 굴절력을 가지는 제4 렌즈군, 네거티브 굴절력을 가지는 제5 렌즈군을 가지고, 제2 및 제4 렌즈군을 이동시켜 주밍(zooming)을 행하고, 제4 렌즈군을 이동시켜 포커싱을 행하도록 구성된 5군 줌 렌즈가 알려져 있다. 예를 들면, 이와 같은 구성으로, 또한 제3 렌즈군과 제5 렌즈군의 초점 거리를 각각 f3, f5, 피사체 거리가 무한 거리에서의 제5 렌즈군의 결상 배율을 β5, 제2 렌즈군의 초점 거리를 f2, 광각단(廣角端)과 망원단에 있어서의 전계(全系)의 초점 거리를 각각 fw, ft로 했을 때, 이하의 식 (1)∼(3)을 만족시키는 줌 렌즈가 있다(예를 들면, 일본국 특허 제3015192호 공보(단락 번호〔0014〕∼〔0037〕, 도 1) 참조).

또, 최근에는 제1 렌즈군으로부터 상면(像面)까지의 광로를 도중에 절곡하여, 촬상 장치에 내장했을 때 그 전후 길이를 단축하고, 주밍 시의 렌즈의 가동(可動) 방향을 상하 방향으로 함으로써, 촬영 시에 있어서의 렌즈의 돌기부를 없애는 것이 고려되고 있다. 예를 들면, 물체 측으로부터 순차적으로, 포지티브 굴절력을 가지는 제1 렌즈군, 네거티브 굴절력을 가지는 제2 렌즈군, 포지티브 굴절력을 가지는 제3 렌즈군, 포지티브 굴절력을 가지는 제4 렌즈군을 가지고, 제2 및 제4 렌 즈군이 이동됨으로써 주밍이 행해지는 4군 렌즈 구성을 이루고, 제1 렌즈군이 물체 측으로부터 순차적으로, 네거티브 굴절력을 가지는 싱글 렌즈인 제1 렌즈, 광로를 절곡시키는 프리즘, 포지티브 굴절력을 가지는 싱글 렌즈의 제2 렌즈를 가지고 있는 줌 렌즈가 있다(예를 들면, 일본국 특개 2000-131610호 공보(단락 번호〔0010〕∼〔0027〕, 도 1) 참조).

그런데, 프리즘을 사용하여 광로가 절곡된 광학계를 가지는 줌 렌즈에서는, 프리즘의 크기를 소형화함으로써, 보다 한층 소형화, 박형화가 가능해진다. 그러나, 일본국 특개 2000-131610호 공보에 개시된 줌 렌즈에서는, 제1 렌즈군에 포함되는 렌즈의 직경이나 두께를 보다 작게 하면, 광학 성능이 악화되어 버리기 때문에 프리즘을 보다 소형화하는 것이 곤란한 것이 과제였다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 광학 성능을 손상시키지 않고, 프리즘을 보다 소형화하여 렌즈계 전체를 소형화하는 것이 가능한 리어 포커스식의 줌 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명의 다른 목적은 광학 성능을 손상시키지 않고, 프리즘을 보다 소형화하여 렌즈계 전체를 소형화하는 것이 가능한 리어 포커스식의 줌 렌즈를 사용한 촬상 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위해, 물체 측으로부터 순차적으로, 포지티브 굴절력을 가지는 제1 렌즈군, 네거티브 굴절력을 가지는 제2 렌즈군, 포지티브 굴절력을 가지는 제3 렌즈군, 포지티브 굴절력을 가지는 제4 렌즈군, 네거티브 굴절력을 가지는 제5 렌즈군을 구비하고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제4 렌즈군이 이동됨으로써 주밍이 행해지도록 구성된 줌 렌즈에 있어서, 상기 제1 렌즈군은 물체 측으로부터 순차적으로, 네거티브 굴절력을 가지는 전방 렌즈군, 광로를 절곡시키는 광학 부재, 포지티브 굴절력을 가지는 후방 렌즈군을 구비하고, 피사체 거리가 무한원(無限遠)에서의 상기 제5 렌즈군의 결상 배율을 β5로 했을 때, 1.3<β5<2.2의 조건을 만족시키는 줌 렌즈가 제공된다.

이와 같은 줌 렌즈에서는, 물체 측으로부터 순차적으로, 포지티브, 네거티브, 포지티브, 포지티브 및 네거티브 굴절력을 각각 가지는 5개의 렌즈군을 구비하고, 그 중 제2 및 제4 렌즈군이 이동됨으로써 주밍을 행하는 것이 가능하게 되어 있다. 그리고, 제1 렌즈군은 물체 측으로부터 네거티브 굴절력을 가지는 전방 렌즈군, 광로를 절곡시키는 광학 부재, 포지티브 굴절력을 가지는 후방 렌즈군을 구비함으로써, 주밍을 행할 때의 제2 및 제4 렌즈군의 이동 방향이, 제1 렌즈군 후방 렌즈군의 광축 방향으로 되어, 렌즈계가 박형화된다. 이에 더하여, 피사체 거리가 무한원에서의 제5 렌즈군의 결상 배율 β5를 1.3보다 크게 함으로써, 그보다 물체 측에 배치된 렌즈군의 초점 거리를 단축할 수 있어, 렌즈계의 전체 길이를 단축할 수 있고, 제1 렌즈군의 전방 렌즈군 및 후방 렌즈군의 유효 직경을 보다 작게 하는 것이 가능해진다. 단, 제5 렌즈군의 결상 배율 β5를 2.2보다 크게 한 경우에는, F 넘버를 작게 했을 때 충분한 구면 수차(球面收差)의 보정이 곤란해져, 상면으로의 결상 성능이 악화된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 줌 렌즈의 렌즈 구성예를 나타낸 단면도이다.

도 2 (A) 내지 도 2 (C)는 제1 실시예에서의 단(短)초점 거리단(距離端)에서의 제수차(諸收差) 도면이다.

도 3 (A) 내지 도 3 (C)는 제1 실시예에서의 중간 초점 거리에서의 제수차 도면이다.

도 4 (A) 내지 도 4 (C)는 제1 실시예에서의 장초점 거리단에서의 제수차 도면이다.

도 5 (A) 내지 도 5 (C)는 제2 실시예에서의 단초점 거리단에서의 제수차 도면이다.

도 6 (A) 내지 도 6 (C)는 제2 실시예에서의 중간 초점 거리에서의 제수차 도면이다.

도 7 (A) 내지 도 7 (C)는 제2 실시예에서의 장초점 거리단에서의 제수차 도면이다.

도 8 (A) 내지 도 8 (C)는 제3 실시예에서의 단초점 거리단에서의 제수차 도면이다.

도 9 (A) 내지 도 9 (C)는 제3 실시예에서의 중간 초점 거리에서의 제수차 도면이다.

도 10 (A) 내지 도 10 (C)는 제3 실시예에서의 장초점 거리단에서의 제수차 도면이다.

도 11은 본 발명의 줌 렌즈를 탑재 가능한 디지털 스틸 카메라의 구성예를 나타낸 블록도이다.

도 12는 본 발명의 실시예에 관한 디지털 스틸 카메라에 있어서의 부품의 장착 구조를 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에서는, 예로서, 디지털 스틸 카메라 등 촬상 장치의 촬상 렌즈로 사용되는 줌 렌즈의 구성예를 나타내고 있다. 이 줌 렌즈에서는, 물체 측으로부터 상면(像面) IMG측에 순차적으로, 포지티브 굴절력을 가지는 제1 렌즈군 GR1, 네거티브 굴절력을 가지는 제2 렌즈군 GR2, 포지티브 굴절력을 가지는 제3 렌즈군 GR3, 포지티브 굴절력을 가지는 제4 렌즈군 GR4, 네거티브 굴절력을 가지는 제5 렌즈군 GR5가 배치되어 있다. 또, 제3 렌즈군 GR3의 상면 IMG 측에는, 광량을 조정하는 아이리스 IR이 배치되고, 제5 렌즈군 GR5의 또한 상면 IMG 측에는, 적외 컷 필터라고 하는 저역 필터 등으로 이루어지는 필터 FL과, 촬상 소자의 커버 유리 CG가 배치되어 있다. 상면 IMG는, 예를 들면 CCD(Charge Coupled Devices) 등 촬상 소자의 수광면이 된다.

이 줌 렌즈는 제2 렌즈군 GR2와 제4 렌즈군 GR4를 이동시켜 주밍이 행해지도록 구성되어 있다. 단초점 거리단으로부터 장초점 거리단에 주밍을 행할 때는 제2 렌즈군을 물체 측으로부터 상면 IMG 측으로, 제4 렌즈군을 상면 IMG 측으로부터 물체 측으로 각각 이동시킨다. 또, 이 줌 렌즈는 이른바 리어 포커스 방식을 채용하고 있으며, 제4 렌즈군 GR4 또는 제5 렌즈군 GR5를 이동시킴으로써 포커싱을 행하는 것이 가능하게 되어 있다.

또한, 제1 렌즈군 GR1은 물체 측으로부터 순차적으로, 네거티브 굴절력을 가지는 1개의 렌즈 L1과, 광로를 절곡하기 위한 프리즘 P1과, 포지티브 굴절력을 가지는 1개의 렌즈 L2에 의해 구성되어 있다. 따라서, 주밍이나 포커싱 시에 이동하는 렌즈의 이동 방향은 가장 물체 측의 렌즈 L1의 광축 방향과는 달리, 렌즈 L2의 광축 방향이 된다. 그리고, 본 실시예에서는, 렌즈 L1을 물체 측을 향해 볼록 형상으로 된 메니스커스 렌즈에 의해 구성하고, 렌즈 L2의 양쪽 렌즈면을 볼록 형상으로 구성하고 있다.

또, 제2 렌즈군 GR2는 물체 측으로부터 순차적으로 렌즈 L3, L4 및 L5의 3개의 렌즈에 의해 구성되며, 그 중 렌즈 L4와 렌즈 L5 사이의 렌즈면이 접합되어 있다. 또, 제3 렌즈군 GR3은 1개의 렌즈 L6에 의해 구성되어 있다. 또, 제4 렌즈군 GR4는 2개의 렌즈 L7 및 L8에 의해 구성되며, 렌즈 L7과 렌즈 L8 사이의 렌즈면이 접합되어 있다. 또, 제5 렌즈군 GR5는 2개의 렌즈 L9 및 L10에 의해 구성되며, 렌즈 L9와 렌즈 L10 사이의 렌즈면이 접합되어 있다.

여기에서, 도 1을 사용하여, 본 발명의 개요에 대하여 설명한다.

본 발명의 줌 렌즈는 도 1에 나타낸 바와 같이, 물체 측으로부터 순차적으로, 포지티브, 네거티브, 포지티브, 포지티브, 네거티브 굴절력을 각각 가지는 제1 렌즈군 GR1∼제5 렌즈군 GR5의 5군 구성이며, 또한 제2 렌즈군 GR2와 제4 렌즈군 GR4를 이동시켜 주밍이 행해지도록 구성되어 있다. 또, 제1 렌즈군 GR1은 물체 측으로부터 순차적으로, 네거티브 굴절력을 가지는 전방 렌즈군, 광로를 절곡시키는 광학 부재, 포지티브 굴절력을 가지는 후방 렌즈군을 구비하고 있다. 제1 렌즈군을 이와 같은 구성으로 함으로써, 주밍이나 포커싱 시에 이동하는 렌즈의 이동 방향이 후방 렌즈군의 광축 방향이 되므로, 렌즈계의 내측 길이를 축소하고, 그 내측 길이를 주밍 시, 포커싱 시, 또는 전원의 온/오프에 관계없이 항상 일정하게 할 수 있다.

그리고, 본 실시예에서는, 예로서, 제1 렌즈군 GR1의 전방 렌즈군 및 후방 렌즈군으로 각각 1개의 렌즈 L1 및 L2가 설치되고, 광로를 절곡시키는 광학 부재로 프리즘 P1이 설치되어 있다.

또, 본 발명의 줌 렌즈는 또한 이하의 식 (4)의 조건을 만족시키도록 구성된다.

1.3＜β5＜2.2 …… (4)

단, 물체까지의 거리가 무한원으로 되었을 때의 제5 렌즈군 GR5의 결상 배율을 β5로 한다. 이 식 (4)는 제5 렌즈군 GR5의 결상 배율을 종래와 비교하여 높게 하는 것을 규정하고 있다. 결상 배율 β5가 하한값을 상회하도록 설계된 경우, 그보다 물체 측 렌즈의 초점 거리를 단축하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 렌즈계의 전체 길이를 보다 단축할 수 있고, 제1 렌즈군 GR1의 렌즈 유효 직경을 작게 하는 것이 가능해지며, 이에 따라 광로를 절곡시키는 광학 부재(도 1에서는 프리즘 P1)를 소형화할 수 있으므로, 렌즈계의 내측 길이가 더욱 축소된다.

역으로, 결상 배율 β5가 식 (4)의 하한값 이하인 경우에는, 특히 제1 렌즈군 GR1의 전방 렌즈군(도 1에서는 렌즈 L1)의 유효 직경을 작게 하는 것이 곤란하게 된다. 또, 결상 배율 β5가 식 (4)의 상한값 이상인 경우에는, F 넘버를 작게 하도록 설계한 경우에 구면 수차를 충분히 보정하는 것이 불가능하게 되고, 또 사출동(射出瞳)이 상면 IMG에 가깝게 되어, 촬상 소자에 입사하는 광의 각도가 수직으로부터 크게 벗어나 버리기 때문에 셰이딩(shading) 등이 발생하여, 결상 성능이 악화된다.

그런데, 본 발명의 줌 렌즈에서는, 상기의 조건을 만족시키도록 구성됨으로써, 단초점 거리단으로부터 장초점 거리단에 대하여 주밍을 행할 때, 이동하는 각 렌즈군의 이동 방향을 한 방향으로 할 수 있다. 구체적으로는, 제2 렌즈군 GR2를 물체 측으로부터 상면 IMG 측으로 이동시키고, 제4 렌즈군 GR4를 상면 IMG 측으로부터 물체 측으로 이동시킴으로써, 단초점 거리단으로부터 장초점 거리단으로의 주밍을 행할 수 있다.

이와 같은 주밍 시의 렌즈 구동을 행하는 경우에는, 제2 렌즈군 GR2 및 제4 렌즈군 GR4의 각 스트로크 사이에는, 이하의 식 (5)의 조건이 성립되도록 구성되는 것이 바람직하다.

0.85＜｜dZ2/dZ4｜＜2.2 …… (5)

단, 제2 렌즈군 GR2의 단초점 거리단으로부터 장초점 거리단까지의 스트로크를 dZ2, 피사체 거리가 무한원에서의 제4 렌즈군 GR4의 단초점 거리단으로부터 장 초점 거리단까지의 스트로크를 dZ4로 한다. 여기에서, 상기의 식 (5)의 하한값 이하의 경우에는, 제4 렌즈군 GR4의 유효 직경을 크게 할 필요가 생겨, 렌즈계 전체의 두께가 증가해 버린다. 또, 식 (5)의 상한값 이상의 경우에는, 제1 렌즈군 GR1 및 제2 렌즈군 GR2의 유효 직경을 크게 할 필요가 생겨, 마찬가지로 렌즈계 전체의 두께가 늘어나 버린다.

또, 전술한 바와 같이, 제1 렌즈군 GR1은 네거티브 굴절력을 가지는 전방 렌즈군과, 광로를 절곡시키는 광학 부재와, 포지티브 굴절력을 가지는 후방 렌즈군을 구비하지만, 이들 중, 렌즈 L1을 물체 측을 향해 볼록 형상으로 된 메니스커스 렌즈에 의해 구성하고, 렌즈 L2의 양쪽 렌즈면을 볼록 형상으로 구성함으로써, 렌즈 L1의 유효 직경을 작게 하고, 프리즘 P1을 보다 소형화하는 것이 가능해진다. 이와 같은 구성의 경우, 렌즈 L1에 대해서는, 또한 이하의 식 (6) 및 (7)을 만족시키도록 구성되는 것이 바람직하다.

neL1＞1.8 …… (6)

νeL1＜30 …… (7)

단, 렌즈 L1의 e선에 대한 굴절률을 neL1, 렌즈 L1의 e선을 기준으로 한 아베수를 νeL1로 한다. 여기에서, 식 (6)의 조건을 만족시킴으로써, 제1 렌즈군 GR1에서의 구면 수차 보정을 용이하게 행하는 것이 가능해진다. 또, 식 (7)의 조건을 만족시킴으로써, 제1 렌즈군 GR1에서의 색수차 보정을 용이하게 행하는 것이 가능해진다.

다음에 도 1에 나타낸 구성을 가지는 줌 렌즈의 구체적인 수치 실시예에 대 하여 설명한다.

표 1에 제1 실시예의 각 수치를 나타낸다. 또, 표 2에 제1 실시예에 있어서의 각 초점 위치에서의 초점 거리 f, F 넘버(FNo.) 및 반화각 ω의 값을 나타낸다. 또한, 표 3에 제1 실시예에서 비구면으로 구성된 각 면의 비구면 계수를 나타낸다.

표 1

표 2

표 3

그리고, 표 1(후술하는 표 2 및 표 3도 동일)에서, 면 번호 S1∼S24는 렌즈 L1∼L10, 프리즘 P1, 아이리스 IR, 필터 FL 및 커버 유리 CG의 중심축에 있어서의 광의 입사면 및 출사면을 물체 측으로부터 순차적으로 나타내고 있다. 예를 들면, S1은 렌즈 L1의 물체 측 렌즈면을 나타내고, S2는 그 상면 IMG 측의 렌즈면을 나타내고 있다. 또, S3은 프리즘 P1의 물체 측의 면을 나타내고, S4는 그 상면 IMG 측의 면을 나타내고 있다. 또, 접합 렌즈에 대해서는, 각 렌즈의 접합면을 동일한 면 번호로 나타내고 있다. 예를 들면, S10은 렌즈 L4와 렌즈 L5와의 접합면을 나타내고 있다.

또, R은 각 면의 곡률, d는 면과 면과의 간격, ne는 e선에 대한 굴절률, νe는 e선을 기준으로 한 아베수를 각각 나타낸다. 곡률 R의 란에서는, 수치의 뒤에 (ASP)로 나타낸 면은 그 면이 비구면에 의해 구성된 것을 나타내고 있다. 또, 간격 d는 그 면과, 상면 IMG 측에 인접하는 면 사이의 간격을 나타내고 있다. 예를 들면, 면 번호 S1의 란에 기재된 간격 d의 값은 렌즈 L1의 물체 측과 상면 IMG 측 사이의 두께를 나타내고 있다. 또, 주밍이나 포커싱 시에 이동하는 면의 간격 d에 대해서는, 주밍 시의 단초점 거리단, 중간 초점 거리, 장초점 거리단의 순으로 나타내고 있다.

또, 이 제1 실시예에서는, 렌즈 L2의 양면(S5 및 S6), 렌즈 L6의 물체 측의 면(S12), 및 렌즈 L7의 물체 측의 면(S15)이 각각 비구면에 의해 구성되어 있다. 비구면의 형상은 이하의 식 (8)에 의해 표현된다.

단, 각 렌즈면의 정상점으로부터의 광축 방향의 거리를 x, 정상점에서의 렌즈의 곡률 반경을 r, 원추 정수(定數)를 κ로 한다. 또, 4차, 6차, 8차 및 10차의 비구면 계수를 각각 C4, C6, C8 및 C10으로 하고 있으며, 표 3(후술하는 표 6 및 표 9에서도 동일)에서는, 이들 비구면 계수의 값을 나타내고 있다. 또, 표 3(후술하는 표 6 및 표 9에서도 동일) 중의 "E"는 10을 바닥으로 하는 지수(指數) 표현을 의미하고 있다.

이 제1 실시예와 같이, 제1 렌즈군 GR1이 구비하는 렌즈 중 적어도 1개의 렌즈면을 비구면으로 함으로써, 왜곡 수차가 보정되고, 렌즈 L1의 유효 직경을 작게 하여, 프리즘 p1을 소형화하는 것이 가능해진다. 또, 제5 렌즈군 GR5에서, 렌즈 L9와 렌즈 L10과의 접합면이 물체 측에 볼록형의 형상으로 되어 있는 것에 의해, 색수차(色收差)가 보정되고, 렌즈 성능 악화에 대한 제5 렌즈군 GR5의 민감도를 저감할 수 있다. 그리고, 접합 렌즈를 사용함으로써, 해당 렌즈군 내에서의 편심(偏心)에 의한 상면의 넘어짐이나 코마 수차의 발생량을 작게 하여, 제조를 용이하게 할 수 있다.

도 2 (A) 내지 도 4 (C)는 각각 단초점 거리단, 중간 초점 거리, 장초점 거리단에 있어서의 제수차 도면이다.

여기에서, 각 도면의 A 도는 구면 수차를 나타내고 있으며, 세로축이 개방 F값과의 비율, 가로축이 포커스량을 나타내고 있다. 또, 실선은 e선(파장 546.1nm), 파선은 g선(파장 435.8nm), 일점 쇄선은 C선(656.3nm)에서의 구면 수차를 각각 나타내고 있다. 또, 각 도면의 B 도는 비점 수차를 나타내고, 세로축이 상 높이, 가로축이 포커스량을 나타내고, 실선은 새지털(sagittal) 상면, 파선은 메리디오널(meridional) 상면에서의 값을 나타내고 있다. 또한, 각 도면의 C 도는 왜곡 수차를 나타내고 있으며, 세로축이 상 높이, 가로축이 비율(%)을 나타내고 있다(그리고, 후술하는 도 5 (A) 내지 도 10 (C)에서도 동일함).

다음에 제2 실시예에 대하여 설명한다. 표 4에 제2 실시예의 각 수치를 나타낸다. 또, 표 5에 제2 실시예에 있어서의 각 초점 위치에서의 초점 거리 f, F 넘버FNo.) 및 반화각 ω의 값을 나타낸다. 또한, 표 6에 제2 실시예에서 비구면으로 구성된 면의 비구면 계수를 나타낸다.

표 4

표 5

표 6

이 제2 실시예에서는, 렌즈 L2의 양면(S5 및 S6), 렌즈 L6의 양면(S12 및 S13), 및 렌즈 L7의 물체 측의 면(S15)이 각각 비구면에 의해 구성되어 있다.

이상의 제2 실시예에서는, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 렌즈군 GR1의 렌즈 L2의 양면(S5 및 S6)이 비구면으로 됨으로써, 왜곡 수차가 보정되고, 프리즘 P1이 소형화되어 있다. 또, 제5 렌즈군 GR5에 이용된 접합 렌즈(렌즈 L9 및 렌즈 L10)의 접합면이 물체 측에 볼록형의 형상으로 되어 있고, 색수차가 보정되어 있다.

도 5 (A) 내지 도 7 (C)는 각각 단초점 거리단, 중간 초점 거리, 장초점 거 리단에 있어서의 제수차 도면이다. 각 도면에서, A 도는 구면 수차, B 도는 비점 수차, C 도는 왜곡 수차를 나타내고 있다.

다음에 제3 실시예에 대하여 설명한다. 표 7에 제3 실시예의 각 수치를 나타낸다. 또, 표 8에 제3 실시예에 있어서의 각 초점 위치에서의 초점 거리 f, F 넘버(FNo.) 및 반화각 ω의 값을 나타낸다. 또한, 표 9에 제3 실시예에서 비구면으로 된 면의 비구면 계수를 나타낸다.

표 7

표 8

표 9

이 제3 실시예에서는 렌즈 L2의 양면(S5 및 S6), 렌즈 L6의 물체 측의 면(S12), 렌즈 L7의 물체 측의 면(S15), 및 렌즈 L10의 상면 IMG 측의 면(S20)이 각각 비구면에 의해 구성되어 있다.

이상의 제3 실시예에서는, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 렌즈군 GR1의 렌즈 L2의 양면(S5 및 S6)이 비구면으로 되고, 왜곡 수차가 보정되고, 프리즘 P1이 소형화되어 있다. 또, 제5 렌즈군 GR5에서는, 접합 렌즈(렌즈 L9 및 렌즈 L10)의 접합면이 물체 측에 볼록형의 형상으로 되고, 색수차가 보정되어 있는 동시에 렌즈 L10의 상면 IMG 측의 면이 비구면에 의해 구성되어 있다. 이와 같이, 제5 렌즈군 GR5 가 구비하는 렌즈 중 적어도 1개의 렌즈면을 비구면으로 함으로써, 상면 만곡을 효율적으로 보정하고, 렌즈계의 전체 길이를 단축하는 것이 가능해진다.

도 8 (A) 내지 도 10 (C)는 각각 단초점 거리단, 중간 초점 거리, 장초점 거리단에서의 제수차 도면이다. 각 도면에서, A 도는 구면 수차, B 도는 비점 수차, C 도는 왜곡 수차를 나타내고 있다.

여기에서, 표 10에 제1, 제2 및 제3 실시예에서, 상기의 각 식 (4)∼(7)의 조건을 구하기 위한 수치를 나타낸다.

표 10

이 표 10에 나타낸 바와 같이, 상기의 제1∼제3 실시예는 식 (4)∼(7)의 각 조건을 만족시키고 있다. 또, 도 2 (A) 내지 도 10 (C)의 제수차 도면에 의하면, 각 실시예 모두 단초점 거리단, 중간 초점 거리 및 장초점 거리단에서, 제수차가 밸런스 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 3∼4배 정도의 변배비(變倍比)를 가지는 촬상 장치용, 특히 화소수가 비교적 많은 디지털 스틸 카메라용의 줌 렌즈로 바람직한 것이 실현되어 있다.

다음에 상기의 줌 렌즈를 사용한 촬상 장치의 예에 대하여 설명한다. 도 11은 본 발명의 줌 렌즈를 탑재 가능한 디지털 스틸 카메라의 구성예를 나타낸 블록도이다.

도 11에 나타낸 디지털 스틸 카메라는 촬상 기능을 담당하는 카메라 블록(10)과, 촬상된 화상 신호의 아날로그-디지털 변환 등의 신호 처리를 행하는 카메라 신호 처리부(20)와, 화상 신호의 기록 재생 처리를 행하는 화상 처리부(30)와, 촬상된 화상 등을 표시하는 LCD(Liquid Crystal Display)(40)와, 메모리 카드(51)로의 기록/판독을 행하는 R/W(리더/라이터)(50)와, 장치 전체를 제어하는 CPU(60)와, 사용자에 의한 조작 입력을 위한 입력부(70)와, 카메라 블록(10) 내의 렌즈 구동을 제어하는 렌즈 구동 제어부(80)를 구비한다.

카메라 블록(10)은 본 발명이 적용되는 줌 렌즈(11)를 포함하는 광학계나, CCD 등의 촬상 소자(12) 등에 의해 구성된다. 카메라 신호 처리부(20)는 촬상 소자(12)로부터의 출력 신호에 대한 디지털 신호로의 변환이나, 노이즈 제거, 화질 보정, 휘도ㆍ색차 신호로의 변환 등의 신호 처리를 행한다. 화상 처리부(30)는 소정의 화상 데이터 포맷에 따른 화상 신호의 압축 부호화ㆍ신장(伸張) 복호화 처리나, 해상도 등의 데이터 사양(仕樣)의 변환 처리 등을 행한다.

메모리 카드(51)는 착탈 가능한 반도체 메모리로 이루어진다. R/W(50)는 화상 처리부(30)에 의해 부호화된 화상 데이터를 메모리 카드(51)에 기록하고, 또 메모리 카드(51)에 기록된 화상 데이터를 판독한다. CPU(60)는 디지털 스틸 카메라 내의 각 회로 블록을 제어하는 제어 처리부이며, 입력부(70)로부터의 지시 입력 신 호 등에 따라 각 회로 블록을 제어한다.

입력부(70)는, 예를 들면 셔터 조작을 행하기 위한 셔터 릴리스 버튼이나, 동작 모드를 선택하기 위한 선택 스위치 등에 의해 구성되며, 사용자에 의한 조작에 따라 지시 입력 신호를 CPU(60)에 대하여 출력한다. 렌즈 구동 제어부(80)는 CPU(60)로부터의 제어 신호에 따라, 줌 렌즈(11) 내의 렌즈를 구동하는 모터(도시하지 않음) 등을 제어한다.

이하, 이 디지털 스틸 카메라의 동작을 간단하게 설명한다.

촬영의 대기 상태에서는, CPU(60)에 의한 제어 하에, 카메라 블록(10)에서 촬상된 화상 신호가 카메라 신호 처리부(20)를 통해 LCD(40)에 출력되어, 카메라 스루 화상으로 표시된다. 또, 입력부(70)로부터의 주밍을 위한 지시 입력 신호가 입력되면, CPU(60)가 렌즈 구동 제어부(80)에 제어 신호를 출력하고, 렌즈 구동 제어부(80)의 제어에 따라, 줌 렌즈(11) 내의 소정의 렌즈가 이동된다.

그리고, 입력부(70)로부터의 지시 입력 신호에 의해 카메라 블록(10)의 셔터(도시하지 않음)가 끊어지면, 촬상된 화상 신호가 카메라 신호 처리부(20)로부터 화상 처리부(30)에 출력되어 압축 부호화 처리되고, 소정의 데이터 포맷의 디지털 데이터로 변환된다. 변환된 데이터는 R/W(50)에 출력되어, 메모리 카드(51)에 기록된다.

그리고, 포커싱은, 예를 들면 셔터 릴리스 버튼이 반 눌려진 경우, 또는 기록을 위해 모두 눌려진 경우 등에 CPU(60)로부터의 제어 신호에 따라 렌즈 구동 제어부(80)가 줌 렌즈(11) 내의 소정의 렌즈를 이동시킴으로써 행해진다.

또, 메모리 카드(51)에 기록된 화상 데이터를 재생하는 경우에는, 입력부(70)에 의한 조작에 따라, R/W(50)에 의해 메모리 카드(51)로부터 소정의 화상 데이터가 판독되어, 화상 처리부(30)에서 신장 복호화 처리된 후, 재생 화상 신호가 LCD(40)에 출력된다. 이에 따라 재생 화상이 표시된다.

도 12는 이 디지털 스틸 카메라에 있어서의 부품의 장착 구조를 나타낸 단면도이다.

도 12에서는, 도면 중 좌측에 피사체가 존재하는 경우의 디지털 스틸 카메라의 내부를 나타내고 있다. 줌 렌즈(11)는 카메라 캐비닛(90) 내부에 수납되어 있고, 그 하부에 촬상 소자(12)가 설치된다. 또, LCD(40)는 피사체와 대향하는 측의 카메라 캐비닛(90) 면에 설치되고, 촬영 시에 화각을 맞추기 위해 사용된다.

본 발명의 줌 렌즈는 피사체로부터의 광의 광축을 프리즘에 의해 절곡하고, 또한 그 절곡된 방향(도면 중의 상하 방향)에 따라 소정의 렌즈를 이동시킴으로써 주밍이나 포커싱을 행하는 것이 가능하게 되어 있다. 따라서, 줌 렌즈(11)를 카메라 캐비닛(90)으로부터 돌출시키지 않고 촬영을 행하는 것이 가능하여, 촬영 시의 카메라 본체의 내측 길이가 단축된다. 이에 더하여, 전술한 조건을 만족시키도록 줌 렌즈(11)가 설계됨으로써, 카메라 캐비닛(90)의 더한층의 박형화, 및 상하 방향의 소형화가 가능해져, 소형이면서, 3∼5배 정도의 주밍이 가능하고, 또한 각종 초점 거리에서 수차가 적은 고화질의 촬상 화상을 얻는 것이 가능하다.

그리고, 상기의 실시예에서는, 본 발명의 줌 렌즈를 디지털 스틸 카메라에 적용한 경우에 대하여 설명했지만, 예를 들면 비디오 카메라라고 하는 다른 촬상 장치 등에 적용하는 것도 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 줌 렌즈에서는, 물체 측으로부터 순차적으로, 포지티브, 네거티브, 포지티브, 포지티브 및 네거티브 굴절력을 각각 가지는 5개의 렌즈군을 구비하고, 그 중 제2 및 제4 렌즈군이 이동됨으로써 주밍을 행하는 것이 가능하게 되고, 또한 제1 렌즈군이 물체 측으로부터 네거티브 굴절력을 가지는 전방 렌즈군, 광로를 절곡시키는 광학 부재, 포지티브 굴절력을 가지는 후방 렌즈군을 구비함으로써, 주밍을 행할 때의 제2 및 제4 렌즈군의 이동 방향이 제1 렌즈군의 후방 렌즈군의 광축 방향이 되어, 렌즈계가 박형화된다. 이에 더하여, 피사체 거리가 무한원에서의 제5 렌즈군의 결상 배율 β5를 1.3보다 크게 함으로써, 그보다 물체 측에 배치된 렌즈의 초점 거리를 단축할 수 있어, 렌즈계의 전체 길이를 단축할 수 있고, 제1 렌즈군의 전방 렌즈군 및 후방 렌즈군의 유효 직경을 보다 작게 하는 것이 가능해진다. 단 제5 렌즈군의 결상 배율 β5가 2.2 이상인 경우에는, F 넘버를 작게 했을 때 충분한 구면 수차의 보정이 곤란해져, 상면으로의 결상 성능이 악화된다. 따라서, 제5 렌즈군의 결상 배율 β5에 대한 상기의 조건을 만족시킴으로써, 양호한 광학 성능을 유지하면서, 제1 렌즈군의 광학 부재를 보다 소형화하고, 렌즈계 전체를 박형화하는 것이 가능해진다.

Claims

물체 측으로부터 순차적으로, 포지티브 굴절력을 가지는 제1 렌즈군, 네거티브 굴절력을 가지는 제2 렌즈군, 포지티브 굴절력을 가지는 제3 렌즈군, 포지티브 굴절력을 가지는 제4 렌즈군, 네거티브 굴절력을 가지는 제5 렌즈군을 구비하고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제4 렌즈군이 이동됨으로써 주밍(zooming)이 행해지도록 구성된 줌 렌즈에 있어서,

상기 제1 렌즈군은 물체 측으로부터 순차적으로, 네거티브 굴절력을 가지는 전방 렌즈군, 광로를 절곡시키는 광학 부재, 포지티브 굴절력을 가지는 후방 렌즈군을 구비하고,

피사체 거리가 무한원(無限遠)에서의 상기 제5 렌즈군의 결상(結像) 배율을 β5로 했을 때,

1.3＜β5＜2.2

의 조건을 만족시키는 줌 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 제2 렌즈군이 물체 측으로부터 상면(像面) 측으로 이동되고, 상기 제4 렌즈군이 상면 측으로부터 물체 측으로 이동됨으로써, 광각 측으로부터 망원 측으로 주밍이 행해지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
제2항에 있어서,

상기 제2 렌즈군의 단(短)초점 거리단(距離端)으로부터 장(長)초점 거리단까지의 스트로크를 dZ2, 피사체 거리가 무한원에서의 상기 제4 렌즈군의 단초점 거리단으로부터 장초점 거리단까지의 스트로크를 dZ4로 했을 때,

0.85＜｜dz2/dz4｜＜2.2

의 조건을 추가로 만족시키는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 제1 렌즈군이 구비하는 렌즈 중 적어도 1개의 면은 비구면(非球面)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 제5 렌즈군은 물체 측을 향한 면이 볼록면으로 된 접합면을 가지는 접합 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 제5 렌즈군이 구비하는 렌즈 중 적어도 1개의 면은 비구면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 제1 렌즈군에 있어서, 상기 전방 렌즈군은 물체 측을 향해 볼록 형상으로 된 네거티브 굴절력을 가지는 1개의 메니스커스 렌즈로 이루어지고, 상기 광학 부재는 프리즘으로 이루어지고, 상기 후방 렌즈군은 양면이 볼록면으로 된 1개의 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
제7항에 있어서,

상기 전방 렌즈군의 e선에 대한 굴절률을 neL1, 상기 전방 렌즈군의 e선을 기준으로 한 아베수를 νeL1로 했을 때,

neL1＞1.8

νeL1＜30

의 조건을 추가로 만족시키는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
물체 측으로부터 순차적으로, 포지티브 굴절력을 가지는 제1 렌즈군, 네거티브 굴절력을 가지는 제2 렌즈군, 포지티브 굴절력을 가지는 제3 렌즈군, 포지티브 굴절력을 가지는 제4 렌즈군, 네거티브 굴절력을 가지는 제5 렌즈군을 구비하고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제4 렌즈군이 이동됨으로써 주밍이 행해지도록 구성된 줌 렌즈를 촬상 렌즈로 사용한 촬상 장치에 있어서,

상기 제1 렌즈군은 물체 측으로부터 순차적으로, 네거티브 굴절력을 가지는 전방 렌즈군, 광로를 절곡시키는 광학 부재, 포지티브 굴절력을 가지는 후방 렌즈군을 구비하고,

피사체 거리가 무한원에서의 상기 제5 렌즈군의 결상 배율을 β5로 했을 때,

1.3＜β5＜2.2

의 조건을 만족시키는 촬상 장치.