KR20070044783A - 촬영광학계 - Google Patents

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KR20070044783A
KR20070044783A KR1020060103270A KR20060103270A KR20070044783A KR 20070044783 A KR20070044783 A KR 20070044783A KR 1020060103270 A KR1020060103270 A KR 1020060103270A KR 20060103270 A KR20060103270 A KR 20060103270A KR 20070044783 A KR20070044783 A KR 20070044783A
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히로토 야스이
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Abstract

촬영광학계는, 물체측으로부터 상측으로 제 1렌즈유닛, 개구조리개 및 제 2렌즈 유닛을 포함하고 있다. 회절광학소자 및 이상부분 분산재료로 이루어지는 렌즈는 상기 광학계 내에 적절히 배치된다. 상기 촬영광학계는, 회절광학소자에서의 플레어나 고스트의 발생을 저감하고, 색수차의 보정을 효과적으로 할 수 있다.

Description

촬영광학계{IMAGE-PICKUP OPTICAL SYSTEM}
도 1은 수치 실시예 1에 의한 촬영광학계의 렌즈 단면도;
도 2는 수치 실시예 1에 의한 촬영광학계의 수차도;
도 3은 수치 실시예 2에 의한 촬영광학계의 렌즈 단면도;
도 4는 수치 실시예 2에 의한 촬영광학계의 수차도;
도 5는 수치 실시예 3에 의한 촬영광학계의 렌즈 단면도;
도 6은 수치 실시예 3에 의한 촬영광학계의 수차도;
도 7은 회절광학소자를 일례를 설명한 개략도;
도 8은 도 7에 도시된 회절광학소자의 파장의존특성의 설명도;
도 9는 회절광학소자의 다른 예를 설명한 개략도;
도 10은 도 9에 도시된 회절광학소자의 파장의존특성의 설명도;
도 11은 회절광학소자의 다른 예를 설명한 개략도;
도 12는 도 11에 도시된 회절광학소자의 파장의존특성의 설명도;
도 13은 촬영장치의 주요 구성요소의 개략도.
본 발명은, 촬영광학계에 관한 것이다.
공지된 장 초점거리의 촬영광학계는, 물체측으로부터 상측에의 순서로, 정의 굴절력의 전방렌즈군(front lens component)과 부의 굴절력의 후방렌즈군(rear lens component)을 포함하고 있다. 이러한 광학계는, 망원 타입(telephoto type)의 광학계, 또는 단지 망원렌즈로 알려져 있다.
전형적인 망원렌즈에서는, 초점거리가 길어짐에 따라서, 제수차 중, 특히 축상 색수차 및 배율 색수차 등의 색수차가 악화된다. 이들 타입의 색수차는, 일반적으로, 형석 등의 이상부분 분산(extraordinary partial dispersion)을 가진 저분산재료로 이루어지는 정렌즈와 고분산재료를 이용한 부렌즈를 조합함으로써 보정된다.
이상부분 분산재료는, 색수차의 보정은 효과적으로 보정하지만, 가공이 어렵다. 이상부분 분산재료의 비중도 이상부분 분산을 갖지 않는 다른 저분산 유리보다 비교적 크다. 따라서, 상기 이상부분 분산재료를 이용함으로써, 렌즈계 전체의 중량이 증가된다.
예를 들면, 형석은 비중 3.18이며, 형석과 마찬가지로 이상부분 분산재료로서 공지된 상품명 FK01는 비중 3.63이다. 이들에 대해서, 이상부분 분산이 작은 재료인 상품명 FK5는 비중 2.46, 상품명 BK7는 비중 2.52이다.
한편, 광학계의 색수차를 보정하는 다른 방법으로는 회절광학소자를 이용하는 방법이 알려져 있다(문헌 "SPIE" Vol.1354 International Lens Design Conference(1990), 일본국 특개평 6－324262호 공보(대응：US5790321), 일본국 특 개평 6－331887호 공보(대응：US5796520) 및 일본국 특개 2000－258685호 공보(대응：US6381079) 참조).
이 방법은 광학계중의 굴절면과 회절면과는, 특정 파장을가진 광선에 의해 기인된 색수차가 역방향으로 발생되는 물리현상을 이용한다.
망원 렌즈에서, 제 1렌즈군의 가장 물체측의 렌즈에 회절광학소자를 이용하면, 광학계의 축상 색수차 및 배율 색수차가 매우 효과적으로 보정된다. 그러나, 화각화면 외부에 있는 태양광 등의 광강도의 강한 광이 회절광학소자에 입사하면, 플레어나 고스트가 발생한다. 그 결과로서, 화면 전체가 희게 흐려지는 상태가 되는 경우가 있다.
본 발명은, 회절광학소자로 생기는 플레어나 고스트를 가능한 저감하면서, 색수차의 보정을 효율적으로 실시할 수 있는 촬영광학계의 제공한다.
촬영광학계는, 물체측으로부터 상측에의 순서로, 정의 광학적 파워의 제 1렌즈 유닛, 개구조리개, 제 2렌즈 유닛을 포함하고 있다. 회절광학소자 및 이상부분 분산재료로 이루어진 렌즈가 광학계 중에 적절히 배치된다.
[실시형태의 상세한 설명]
본 발명의 실시예에 의한 촬영광학계를 첨부도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 실시예 1에 의한 촬영광학계에 포함된 렌즈 단면도이다. 도 2는 실시예 1에 의한 촬영광학계가, 무한원에 물체를 결상시켰을 때의 수차도이다.
도 3은 실시예 2에 의한 촬영광학계에 포함된 렌즈 단면도이다. 도 4는 실시예 2에 의한 촬영광학계가, 무한원에 물체를 결상시켰을의 수차도이다.
도 5는 실시예 3에 의한 촬영광학계의 렌즈 단면도이다. 도 6은 실시예 3에 의한 촬영광학계가, 무한원에 물체를 결상시켰을 수차도이다.
도 1, 도 3 및 도 5의 렌즈 단면도에 도시된 촬영광학계는, 각각 정의 굴절력(광학적 파워=초점거리의 역수)을 가지는 제 1렌즈군(L1), 정 또는 부의 굴절력의 제 2렌즈군(L2) 및 개구조리개(S)를 포함하고 있다. 개구조리개(S)는, 제 1렌즈군(L1)과 제 2렌즈군(L2)의 사이에 배치되어 있다.
각 촬영광학계는 광학필터나 페이스 플레이트 등에 대응한 광학설계에 의거하여 설치된 유리 블록을 포함하고 있다.
상면(IP)도 형성된다. 본 실시예에 의한 촬영광학계가 비디오 카메라나 디지털 카메라에 사용될 때, 상면(IP)의 위치에 CCD 센서나 CMOS 센서 등의 고체촬상소자(광전변환소자)의 촬상면이 형성된다. 본 실시예에 의한 촬영광학계가 은염필름용의 카메라에 사용될 때, 상면(IP)의 위치에 필름면이 형성된다.
g선, d선, F선, C선에 대한 재료의 굴절률을 각각 Ng, Nd, NF, NC로 할 때, 압베수νd와 부분분산비θgF는 이하의 식으로 결정된다.
νd = (Nd－1)/(NF－NC)
θgF = (Ng－NF)/(NF－NC)
이때, 이하의 조건을 만족시키는 재료를 이상부분 분산재료라고 칭한다.
75 ＜νd
0.5 ＜ θgF ＜ 0.6
도 1의 렌즈 단면도에 도시된 제 1실시예에 의하면, 제 1렌즈군(L1)의 접합렌즈(L1do)는, 제 1렌즈군(L1)의 상측으로부터 물체측으로 세어서 2번째의 접합렌즈이다. 회절광학소자(L1doa)는 접합렌즈(L1do)의 접합면에 설치되고 있다.
L1a는, 제 1렌즈군L1가 가지는 정렌즈 중에, 상측으로부터 물체측에 세어 2번째의 정렌즈이다. 실시예 1에서는, 이상부분 분산재료(여기에서는 형석)가 정렌즈(L1a)를 구성하기 위해 이용된다.
초점은, 렌즈 서브유닛(L1F)를 상측으로 이동시킴으로써, 무한원 물체점으로부터 근접 거리물체점으로 이동된다. 렌즈 서브유닛(L1F)은 접합렌즈로 구성된다.상기 렌즈 서브유닛(L1F)는 부의 굴절력을 가지며, 제 1렌즈유닛(L1)의 상측에 가장 가깝게 배치된다.
방진렌즈 서브유닛(image stablizing lens subunit)(L2IS)은 제 2렌즈유닛(L2)에 포함되어 있다. 광축과 수직 방향의 백터성분을 가지도록 방진렌즈 서브유닛(L2IS)을 이동시켜, 촬영광학계의 결상위치를 변이시키는 것이 가능하다.
이와 같이 방진렌즈 서브유닛 (L2IS)을 이동시킴으로써, 손 흔들림 등에 기인한 화상의 흔들림을 보정하고 있다. 방진렌즈 서브유닛(L2IS)을 광축과 수직방향의 백터성분을 가지도록 이동시키기 위해서는, 방진렌즈 서브유닛(L2IS)을 광축과 수직인 방향으로 이동시키거나 광축상의 점을 중심으로 회전시키거나 하면 된다.
도 2에서, 구면 수차의 d선, g선, C선 및 F선은 각 선에서의 수차를 나타낸다.
비점수차에 대해서, ds 및 gs는 d선과 g선의 새지털(sagittal) 상면, dM, gM는 d선과 g선의 메리디오날(meridional) 상면을 나타내고 있다. 배율 색수차에 있어서 g선, F선은 수차이다.
본 실시예에 의하면, 배율색수차는, 동근축광선(paraxial chief ray)(
Figure 112006076685192-PAT00001
) 이 비교적 높은 위치에, 이상부분 분산재료로 구성되는 렌즈(L1a)를 설치함으로써, 보정하고 있다.
축상색수차는, 근축축상광선(paraxial marginal ray)(h)이 비교적 낮은 위치에, 회절광학 소자(L1doa)를 설치함으로써, 보정한다.
도 3의 렌즈 단면도에 도시된 실시예 2에 의하면, 상측으로부터 물체 측으로 세었을 때, 제 1렌즈 유닛(L1)의 접합 렌즈(L1do)는 2번째의 접합 렌즈이다. 회절광학소자(L1doa)는 접합 렌즈(L1do)의 접합면에 설치되어 있다.
물체측으로부터 상측으로 세었을 때, 정렌즈(L1a)는 2번째의 정렌즈이다. 정렌즈(L1a)는, 물체측에 볼록면을 가지는 정의 메니스커스 렌즈이며, 이상부분 분산재료(여기에서는 형석)로 구성되어 있다.
렌즈 서브유닛(L1F)를 상측으로 이동시킴으로써, 초점은 무한원 물체로부터 근접 거리물체로 이동된다. 렌즈 서브유닛(L1F)은 접합렌즈로 이루어져 있다. 상기 서브유닛(L1F)은 부의 굴절력을 가지고 제 1렌즈 유닛(L1)의 상측에 가장 근접하여 배치된다.
방진렌즈 서브유닛(L2IS)은 제 2렌즈 유닛(L2)에 포함되어 있다. 광축과 수직 방향의 벡터성분을 가지도록 이동시킴으로서, 촬영광학계의 결상 위치를 변경시킬 수 있다.
도 4에 도시된 수차의 설명은, 도 2에 도시된 것과 마찬가지이다.
본 실시예에 의하면, 배율 색수차는 동근축광선(
Figure 112006076685192-PAT00002
)이 비교적 높은 위치에, 회절광학소자(L1doa)를 설치함으로써, 보정한다. 축상 색수차는 근축축상광선(h)가 비교적 낮은 위치에, 이상부분 분산재료로 구성된 렌즈(L1a)를 설치함으로써, 보정한다.
도 5의 단면도에 도시된 실시예 3에 의하면, 회절광학소자(L1doFa)는 접합 렌즈(L1doF)의 접합면에 설치되어 있다. 상기 접합렌즈(L1doF)는 부의 굴절력을 가지며, 제 1렌즈 유닛(L1)의 상측에 가정 근접하여 배치된다.
이 접합렌즈(L1doF)를 상면측으로 이동시킴으로써, 초점이 무한원물체로부터 근접 거리물체로 이동될 수 있다.
실시예 3에 의하면, 제 1렌즈 유닛(L1)에 포함된 정렌즈 중, 물체측으로부터 상측으로 세어서 2번째 및 3번째 정렌즈(L1a, L2a)는, 이상부분 분산재료(이 경우에는 형석)로 구성되어 있다.
방진렌즈 서브유닛(L2IS)은 제 2렌즈군(L2)에 포함되어 있다. 광축과 수직 방향의 벡터성분을 가지도록 방진렌즈 서브유닛(L2IS)을 이동시킴으로써, 촬영광학계의 결상위치를 변경시킬 수 있다.
도 6에 도시된 수차의 설명은, 도 2 및 도 4에 도시된 것과 마찬가지이다.
본 실시예에 의하면, 배율색수차는 동근축광선(
Figure 112006076685192-PAT00003
)이 비교적 높은 위치에, 이상부분 분산재료로 구성되는 렌즈(L1a, L2a)를 설치함으로써, 보정한다. 축상색수차는 근축축상광선(h)이 비교적 낮은 개구조리개 부근의 위치에, 회절광학소자 (L1doFa)를 설치함으로써, 보정한다.
각 실시예에서, 회절광학소자는 개구조리개(S)보다 물체측에 가깝게 배치되고, 또한 촬영광학계중에서 물체 측에 가장 근접하여 배치되는 렌즈(각 실시예에서는 정렌즈(G11))의 광선유효직경을φf, 회절광학소자의 광선유효직경을φdo로 할 때,
　　　0. 1＜φdo/φf＜0. 7　　‥‥‥(1)
의 식을 만족시킨다.
또한, 이상부분 분산재료, 즉
　　　0.5 ＜θgF ＜ 0.6　 　　‥‥‥(2)
　　　75 ＜ νd　　 　　　 　‥‥‥(3)
의 조건을 만족시키는 재료로 구성된 렌즈가, 상기 이상부분 분산재료로 구성된 렌즈의 광선유효직경을 φa로 할 때
　　　0.2 ＜ φdo / φa ＜ 1.5　‥‥‥(4)
의 조건을 만족시키는 위치에 배치된다.
식(1) 내지 식(4)는, 회절광학소자 및 이상부분 분산재료로 구성된 렌즈를 광학계에 설치할 때의 위치를 정의하는 식이다.
식(2) 및 식(3)는 이상부분 분산재료의 부분분산비(θgF)와 압베수(νd)를 규정한다.
식(1)은, 회절광학소자가 설치되는 위치를 규정하여, 화각 화면 외부에 있는 태양광 등의 광강도가 강한 광이, 회절광학소자에 입사하여 플레어를 발생시키는 것을 방지한다.
식(1)의 하한치를 벗어나면, 회절광학소자에 입사한 화각 외부의 강한 직접광에 의해 플레어가 더 적게 발생된다. 그러나, 촬영광학계의 수차 보정상, 특히 색수차의 보정이 곤란하게 된다.
식(1)의 상한을 초과하면, 색수차는 효과적으로 보정할 수 있다. 그러나, 회절광학소자에 입사한 화각 외부의 강한 직접광에 의해 발생된 플레어를 저감 시키는 것이 곤란해진다.
식(2) 및 식(3)는, 이상부분 분산재료의 분산특성의 범위를 규정한다. 각 식(2) 및 식(3)에 의해 규정된 범위내에, 분산된 재료가 포함되지 않으면, 촬영광학계의 색수차를 보정하는 것이 곤란해진다.
식(4)는, 이상부분 분산재료로 구성된 렌즈를 설치하는 위치를 정의한다.
식(4)의 하한치를 벗어나면, 이상부분 분산재료로 구성된 렌즈의 렌즈직경이 너무 커진다. 이것은 광학계 전체의 중량도 무거워지므로, 바람직하지 않다.
식(4)의 상한치를 초과하면, 색수차의 보정이 곤란해진다.
상기 식으로 정의된 조건을 만족시킴으로써, 화각외부의 회절광학소자에 입사하는 매우 강한 직접광에 의해 발생된 플레어를 저감 할 수 있고, 색수차를 효율 적으로 보정할 수 있는 촬영광학계를 실현할 수 있다.
이하와 같이 표시된 바와 같이, 식(1) 내지 (4)의 수치 범위를 설정하면, 한층더 효율적으로 플레어를 줄일 수 있고, 색수차를 보정할 수 있다. 　
0.20＜φdo/φf ＜0.68 ‥‥‥(1a)
0.5 ＜ θgF ＜ 0.55　 　 ‥‥‥(2a)
85 ＜νd　　　　　　　 ‥‥‥(3a)
0.30 ＜φdo /φi＜ 1.25 ‥‥‥(4a)
더욱 바람직하게는, 부분분산비θgF와 압베수νd를 다음과 같이 설정할 수 있다.
0.52 ＜θgF ＜0.54　　　　‥‥‥(2b)
90 ＜νd　　　　　　　　　‥‥‥(3b)
각 실시예에서, 촬영광학계는 회절광학소자를 1개만 포함하고 있다.
그러나, 실시예 3과 마찬가지로, 식(2) 및 식(3)을 만족시키는 재료로 구성되는 렌즈가, 촬영광학계중에 복수 설치되어도 된다.
실시예에 의한 촬영광학계는, 식(2) 및 식(3)을 만족시키는 재료로 구성된 렌즈의 초점거리를 fa, 무한원물체에 포커싱 되어었을 때의 전체 계의 초점거리를 f로 할 때, 이하의 조건식을 만족시킨다.
0.10 ＜｜fa/f｜＜0.80　　‥‥‥(5)
식(5)는, 이상부분 분산재료로 구성된 렌즈의 굴절력을 정의한다. 식(5)의 하한치를 벗어나면, 이상부분 분산재료로 구성된 렌즈의 굴절력이 너무 강해진다. 이것은 색수차 보정이 과잉이 되어 바람직하지 않다.
식(5)의 상한치를 초과하면, 이상부분 분산재료로 구성된 렌즈의 굴절력이 너무 약해져서, 색수차의 보정이 곤란해진다.
실시예 3에서, 이상부분 분산재료로 구성된 렌즈가 복수 설치되어 있다. 각각의 이들 렌즈는 식(5)을 만족시킨다.
식(5)은, 색수차를 보정하기 위해서는 이하와 같이 수치 범위를 설정하는 것이 바람직하다.
0.20 ＜｜fa/f｜＜ 0.65　 　‥‥‥(5a)
각 실시예에 의한 촬영광학계는, 회절광학소자가 설치되어 있는 면의 곡률 반경을 Rdo, 회절광학소자로부터 상면까지의 길이를 Ldo-img로 할 때, 다음 조건을 만족시킨다.
0.10 ＜｜Rdo/Ldo-img｜＜ 1.00　‥‥‥(6)
식(6)은, 회절광학소자로부터 상면까지의 길이에 대한 회절광학소자가 설치된 면의 곡률반경의 비를 정의한다. 식(6)의 하한치를 벗어나면, 회절광학소자에 입사되는 화각 외부의 강한 직접광에 의해 발생된 플레어가 증가되므로 바람직하지 않다.
식(6)의 상한치를 초과하면, 회절광학소자와 상면 간의 거리가 너무 근접된다.
그 결과, 설계차수 부근의 불필요한 회절광(예를 들면, 설계 차수가 1차이면, "설계차수 부근"이란 0차 및 2차를 말함)의 스폿직경이 너무 작아진다. 이것은 불필요한 회절광에 의해 플레어가 눈에 띄게 되므로 바람직하지 않다.
더욱 바람직하게는, 식(6)은 다음과 같이 설정하여도 된다.
0.11 ＜｜Rdo/Ldo-img｜＜ 0.98　‥‥‥(6a)
실시예에 의한 촬영광학계는, 제 1렌즈 유닛(L1)에서 상측에 가장 근접 배치되고, 부의 굴절력을 가진 렌즈 서브유닛의 초점거리를 fnf로 할 때, 다음의 식을 만족시킨다.
0.05 ＜｜fnf / f｜＜ 0.2　　‥‥‥(7)
식(7)은, 촬영광학계에 포함된 포커스용의 렌즈 서브유닛의 굴절력에 관한 것이다. 식(7)의 하한치를 벗어나면, 포커스 렌즈의 굴절력이 너무 커진다. 이것은 색수차 보정의 차이가 커지므로 바람직하지 않다.
식(7)의 상한치를 초과하면, 포커스 렌즈의 굴절력이 너무 작아진다. 이것은, 포커싱시의 이동량이 너무 커지므로 바람직하지 않다.
더욱 바람직하게는, 식(7)은 다음과 같이 설정하여도 된다.
0.07 ＜｜fnf / f｜＜ 0.18　　‥‥‥(7a)
실시예에 의한 촬영광학계는, 렌즈계 전체길이를 TL로 할 때, 다음의 조건을 만족시킨다.
0.4 ≤ TL / f ≤ 0.85 　　‥‥‥(8)
여기서 "렌즈계 전체길이"란, 물체측에 가장 근접한 제 1렌즈면(즉, 촬영광학계중 물체측에 가장 근접한 렌즈면)으로부터 상면까지의 거리이다.
식(8)은, 망원비로 알려진 값을 정의한다. 실시예에 의한 촬영광학계에서는, 식(8)을 만족하도록 각 요소, 예를 들면 제 1 및 제2 렌즈 유닛의 굴절력이나 주점 간격 등을 설정한다.
망원비가 식(8)의 하한보다 작아지면, 회절광학소자와 이상부분 분산재료로 구성되는 렌즈를 이용하여 색수차를 보정하는 것이 어려워진다.
망원비가 상한을 초과하면, 회절광학소자와, 이상부분 분산재료로 구성되는 렌즈를 이용하는 기술적인 이점이 작어진다.
촬상장치가 실시예에 의한 촬영광학계와 고체촬상소자로 구성되는 경우, 회절광학소자만의 초점거리를 fdo, 고체촬상소자의 유효길이(유효 대각선길이)를 2·himg로 할 때, 다음의 조건을 만족시킨다.
0.03 ＜ f / fdo ＜ 0.30　　‥‥‥(9)
0.02 ≤ himg / f ≤ 0.06　‥‥‥(10)
식(9)은, 촬영광학계에서의 회절광학소자의 광파워에 관한 것이다.
식(9)의 하한치를 벗어나면, 회절광학소자의 광파워가 너무 작아진다. 그 결과, 색수차의 보정이 곤란해지게 된다. 식(9)의 상한치를 넘으면, 회절광학소자의 광파워가 너무 커진다. 이것은 회절효율 악화되므로 바람직하지 않다.
식(10)은, 촬영광학계의 촬영범위와 초점거리의 비에 관한 것이다. 실시예에 의한 촬영광학계는, 식(10)에 의해 나타나는 범위내의 초점거리를 가진 망원형의 렌즈계에 매우 적합하다.
실시예에 의하면, 식(10)을 만족시키는 초점거리를 가진 촬영광학계에 있어서, 상술한 조건을 만족시키는 회절광학계와, 이상부분 분산재료로 구성된 렌즈를 이용하는 것이 상당히 유리하다.
식(9)이, 다음과 같은 수치 범위가 되면, 색수차 보정에 바람직하다.
0.05 ＜ f / fdo ＜ 0.25　　‥‥‥(9a)
이상과 같이 각 실시예에서는, 회절광학소자와 이상부분 분산재료로 구성된 렌즈를 적절히 광학계내에 설치된다. 따라서, 회절광학소자에 입사된 화각외부의 태양으로부터의 태양광 등의 광강도가 강한 직접광에 의해 발생되는 플레어를 저감 할 수 있고, 또한 색수차를 충분히 보정할 수 있는 우수한 광학성능을 가진, 소형 경량인 촬영광학계를 제공할 수 있다.
다음에 실시예에 의한 회절광학소자의 구성에 대해 설명한다.
회절광학소자는 전형적인 유리에 의한 굴절과는 다른 광학적 특성을 갖추고 있다. 즉, 부의 분산과 이상 분산성의 특징을 가지고 있다.
보다 구체적으로는, 압베수 νd는 －3.45, 부분분산비θgF는 0.296이다.
굴절광학계의 이들 특성을 이용함으로써, 색수차를 효율적으로 보정한다.
실시예에 의한 회절광학소자는, 격자부의 피치를 변경함으로써 비구면의 효과를 가질 수도 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 회절광학소자는, 회절격자 (106, 107)사이에 에어 갭(101)이 개재된 2층 구성을 가져도 된다. 또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 회절격자 (106 내지 108)사이에 에어 갭(101)이 개재된 3층 구성을 가져도 된다. 게다가, 도 11에 도시된 바와 같이, 격자두께가 다른(또는, 동일한) 회절격자(104, 105)를 포함하는 2개의 층을 가져도 된다.
도 7에 도시된 회절광학소자는 기판(102＇)상에 자외선 경화수지로 구성되는 제 1회절격자(106) 및 기판(102)상에 자외선 경화수지로 구성되는 제 2회절격자 (107)에 의해 구성되어 있다.
도 8은, 도 7에 나타내는 2층 구조를 가진 회절광학소자에 있어서의 1차 회절광의 회절효율의 파장의존을 나타낸다. 도 8로부터 알 수 있듯이, 설계차수(예를 들면, 1차)의 회절효율은, 사용파장 전체범위 내에 95%이상의 높은 회절효율을 나타내고 있다.
도 9에 도시된 회절광학소자는 기판(102＇)상에 자외선 경화수지로 구성된 제 1회절격자(106), 기판(102)상에 자외선 경화수지로 구성된 제 2회절격자(107) 및 상기 제 2격자를 매워서 구성된 층(108)으로 구성되어 있다.
도 10은 도 9에 나타내는 3층 구조를 가진 회절광학소자에 있어서의 1차 회절광의 회절효율의 파장의존을 나타낸다. 도 10으로부터 알 수 있듯이, 설계차수(예를 들면, 1차)의 회절효율은, 사용파장 전체범위 내에 95%이상의 높은 회절효율을 나타내고 있다.
도 11에 도시된 회절광학소자는 기판(102)상에 자외선 경화수지로 구성된 제 1회절격자(104) 및 제 1회절격자(104)상에 자외선 경화수지로 구성된 제 2회절 격자(105)로 구성되어 있다.
도 12는 도 11에 나타내는 2층 구조를 가진 회절광학소자에 있어서의 1차 회절광의 회절효율의 파장의존을 나타낸다.
도 12로부터 알 수 있듯이 설계 차수(1차)의 회절 효율은, 사용파장 전체범 위 내에 95%이상의 높은 회절효율을 나타내고 있다.
도 7, 도 9 및 도 11의 회절격자의 구조를 시각적으로 알기 쉽게 표현하기 위하여, 높이방향으로 확대되어 있다. 회절 자의 실제의 높이(깊이)는 수㎛ 내지 수십㎛의 오더이며, 기하 광학적으로는 무시할 수 있는 정도로 작다. 따라서, 도 7, 도 9 또는 도 11에 도시된 바와 같은 다층 구조를 가진 회절광학소자가, 기하 광학적으로 평탄한 구조를 가진다고 가정할 수 있다.
다음에 본 발명의 수치 실시예에 대해 설명한다.
각 수치 실시예에서, ri는 물체측으로부터 세어서 제 i번째의 면의 곡률반경을 나타내고; di는 물체측으로부터 세어서 제 i번째의 면과 제(i＋1)번째의 면 사이의 축 간격을 나타내며; ndi는 제 i번째의 광학부재의 재료의 d선에서의 굴절률을 나타내고; νdi는 제 i번째의 광학부재의 재료의 d선에서의 굴절률을 나타내고 있다.
또한, f는 초점거리를 나타내고, Fno는 F넘버를 나타내고, ω는 반화각을 나타낸다. AIR는 공기를 나타내고; himg는 유효촬영 범위의 반의 값을 나타낸다.
실시예에 의한 회절광학소자의 격자의 위상형상(ψ)은, 회절광의 회절차수를 m, 설계 파장을 λ0, 광축에 대해서 수직 방향의 높이를 h, 위상 계수를 Ci(i=1, 2, 3…)라 할 때, 다음식에 의해 나타내진다.
ψ(h, m) = (2π／mλ0) * (C1·h2 ＋ C2·h4 ＋ C3·h6 ＋…)
회절광학소자가 릴리프형 회절격자인 경우에도, 그 격자높이는 기하 광학적 의 관점에서는 무시할 정도로 작다. 따라서, 수치 실시예에서, 회절광학소자가 설치된 렌즈면은 동일한 곡률반경을 가지며, 그 면간격은 제로로 설정된다.
상술한 조건식과 수치 실시예에 의한 여러 수치와의 관계를(표-1)에 나타낸다.
Figure 112006076685192-PAT00004
Figure 112006076685192-PAT00005
Figure 112006076685192-PAT00006
조건식 수치실시예 1 수치실시예 2 수치실시예 3
(1) 0.389 0.652 0.233
(2) 0.537 - 0.537 - 0.537 0.537
(3) 95.15 - 95.15 - 95.15 95.15
(4) 0.574 - 1.231 - 0.341 0.400
(5) 0.494 - 0.619 - 0.462 0.235
(6) 0.177 0.957 0.129
(7) 0.090 0.151 0.122
(8) 0.58 0.58 0.58
(9) 0.094 0.076 0.246
(10) 0.028 0.028 0.028
본 발명의 실시예에 의한 촬영광학계를 포함한 카메라(촬상장치)를 도 13을 참조하면서 설명한다.
도 13은 단일렌즈 레플렉스 카메라의 주요 구성요소의 개략도이다. 도 13은, 실시예에 의한 촬영광학계(1)을 포함하는 촬영렌즈(10)를 도시한다. 촬영광학계(1)는 유지부재인 경통(2)에 의해 유지되고 있다. 카메라 본체(20)는, 퀵리턴 밀러(3), 초점판(focusing screen)(4), 펜타루프 프리즘(penta-roof prism)(5) 및 접안렌즈(6)를 포함하고 있다. 퀵리턴 미러(3)는, 촬영렌즈(10)로부터의 광속을 위쪽으로 반사한다. 초점화면(4)는, 촬영렌즈(10)의 상형성 위치에 배치되어 있다. 펜타루프 프리즘(5)은, 초점판(4)에 형성된 도립상을 정립상으로 변환한다. 접안렌즈 (6)는, 그 정립상을 관찰자가 관찰하기 위하여 사용된다.
감광면(7)상에, CCD(charge-coupled device)나 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)등의 고체촬상소자(광전변환소자)나 은염필름이 배치된다. 촬영시에는 퀵리턴 미러(3)가 광로로부터 후퇴하고, 감광면(7)상에 촬영렌즈(10)에 의해 상이 형성된다.
본 발명의 각 실시예에 의한 촬영광학계는, 이러한 촬상장치에 매우 적합하다.
본 발명은 전형적인 실시예에 관련하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 전형적인 실시예에 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하 청구항의 범위는 모든 변경, 등가의 구성 및 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 정의 광학적 파워의 제 1렌즈유닛과:
    개구조리개와;
    제 2렌즈 유닛;
    을 구비하는 촬영광학계로서,
    상기 촬영광학계의 물체측으로부터 상측으로 상기 제 1렌즈유닛, 상기 개구조리개 및 상기 제 2렌즈 유닛을 이 순서로 배치하고,
    상기 촬영광학계는, 상기 개구조리개 보다 물체측에 가깝게 배치되고, 또한 상기 촬영광학계에서 물체측에 가장 근접하여 배치된 렌즈의 광선유효경을 φf, 회절광학소자의 광선유효경을 φdo로 할 때,
    0.1 ＜ φdo/φf ＜ 0.7
    의 조건을 만족시키는 위치에 배치된 회절광학소자를 포함하고,
    상기 촬영광학계는, 압베수를 νd, 부분분산비를 θgF로 할 때,
    0.5＜θgF ＜ 0.6 및
    　　　75 ＜νd
    의 조건을 만족시키는 재료로부터 이루어지는 렌즈를 포함하고,
    상기 렌즈는, 상기 렌즈의 광선유효경을 φa로 할 때,
    　　　0.2 ＜ φdo /φa ＜ 1.5
    의 조건을 만족시키는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 촬영광학계.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 촬영광학계는, 상기 회절광학소자를 1개만 구비하는 것을 특징으로 하는 촬영광학계.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈의 초점거리를 fa, 상기 촬영광학계 전체의 초점거리를 f로 할 때,
    　　　0.10 ＜｜fa / f｜＜ 0.80
    의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 촬영광학계.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 회절광학소자가 설치되어 있는 면의 곡률반경을 Rdo, 상기 회절광학소자로부터 상면까지의 길이를 Ldo－img로 할 때,
    　　　0.10 ＜｜Rdo / Ldo－img｜＜1.00
    의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 촬영광학계.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈유닛은, 상측에 가장 근접한 위치에 설치되어 부의 광학적 파워를 가지고, 결상시에 이동하는 렌즈 서브유닛을 구비하고,
    상기 렌즈 서브유닛의 초점거리를 fnf, 상기 촬영광학계 전체의 초점거리를 f로 할 때,
    0.05 ＜｜fnf / f｜＜ 0.2
    의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 촬영광학계.
  6. 제 1항에 있어서,
    촬영광학계 전체의 길이를 TL, 상기 촬영광학계 전체의 초점거리를 f로 할 때,
    0.4 ≤ TL / f ≤ 0.85
    의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 촬영광학계.
  7. 1 항에 기재된 촬영광학계 및;
    상기 촬영광학계에 의해 형성된 상을 수광하는 고체촬상소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 카메라.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 회절광학소자의 초점거리를 fdo, 상기 촬영광학계 전체의 초점거리를 f, 상기 고체촬상소자의 유효 대각선길이를 2·himg로 할 때,
    0.03 ＜ f / fdo ＜ 0.30 및
    0.02 ≤ himg / f ≤ 0.06
    의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 카메라.
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