KR20070064354A - 줌렌즈 및 촬상장치 - Google Patents

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모토유키 오타케
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

개구 조리개 근방에 위치하는 렌즈군을 2개의 부분군으로 구성하고, 이들 부분군의 하나를 시프트 시켜서 상시프트를 행함으로써 시프트군을 포함하는 렌즈군의 대형화를 회피하고, 또한, 대형화를 초래하지 않고 2개의 부분군 사이의 간격을 충분히 확보하여 축 기울어짐에 대한 민감도를 완화하는 것을 가능하게 하고, 충분한 성능 확보를 가능하게 하는 것을 과제로 한다.
적어도 3개의 렌즈군, 즉, 물체측으로부터 순서로 배열된, 음(-)의 굴절력을 가지는 음렌즈군(G2), 시프트 렌즈군(G3) 및 양(+)의 굴절력을 가지는 양렌즈군(G4)을 가지고, 광각단상태에서 망원단상태까지 렌즈위치가 변화할 때에, 상기 음렌즈군과 상기 시프트 렌즈군과 사이의 간격을 좁히고, 상기 시프트 렌즈군과 상기 양렌즈군과 사이의 간격이 변화하도록, 적어도 상기 음렌즈군과 양렌즈군이 이동하고, 상기 시프트 렌즈군은 적어도 2개의 부분군(L31, L32)으로 구성되며, 이들 2개의 부분군 사이에 개구 조리개(S)를 배치하고, 어느 한쪽의 부분군(L32)을 광축과 거의 수직인 방향으로 시프트 시킴으로써, 상(像)을 시프트 시키는 것이 가능하며, 이하의 조건식(1)을 만족하는 줌렌즈(3).
(1)Ds／ft＞0.1
단,
Ds：물체측에 위치하는 부분군의 가장 상측의 렌즈면과 상측에 위치하는 부분군의 가장 물체측의 렌즈면과의 사이의 축상(軸上) 간격
ft：망원단상태에 있어서의 렌즈전계의 초점거리로 한다.

Description

줌렌즈 및 촬상장치{Zoom lens and imaging apparatus}
본 발명은 신규 줌렌즈 및 촬상장치에 관한 것이다. 상세하게는, 비디오 카메라나 디지털 카메라 등의 촬상소자에 의해 수광하는 카메라에 적당하고, 또, 손떨림 보정에 적당한 줌렌즈 및 이 줌렌즈를 사용한 촬상장치에 관한 것이다.
종래부터, 카메라에 있어서의 기록수단으로서 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 등의 광전변환소자를 이용한 촬상소자에 의하여, 촬상소자면상에 형성된 피사체상을, 각 광전변환소자에 의하여 피사체상의 광량을 전기적 출력으로 변환하고, 기록하는 방법이 알려져 있다.
근년의 미세 가공 기술의 기술진보에 수반하여, 중앙연산 처리장치(CPU)의 고속화나 기억매체의 고집적화가 도모되며, 그때까지는 취급할 수 없었던 대용량의 화상데이터가 고속 처리할 수 있게 되어 왔다. 또, 수광소자에 있어서도 고집적화나 소형화가 도모되며, 고집적화에 의해, 보다 높은 공간주파수의 기록이 가능하게 되며, 소형화에 의해, 카메라 전체의 소형화를 도모할 수 있게 되어 왔다.
또, 광범위한 촬영상황 속에서의 사용이 가능한 것처럼, 줌렌즈로의 요구가 높고, 특히, 큰 줌비로의 요구가 높아져 왔다.
그런데, 줌비가 큰 광학계에서는 망원단상태에 있어서의 화각이 좁아지기 때 문에, 미소한 손떨림에 의해서도, 상(像)의 흔들림이 크게 발생하게 된다. 이 때문에, 특히 줌비가 큰 비디오 카메라에서는, 손떨림을 보정하도록 수광소자의 화상 독해범위를 시프트 시키는, 소위, 전자식 손떨림 보정 시스템이 알려져 있다.
또, 종래부터, 렌즈계를 구성하는 일부의 렌즈군을 광축에 거의 수직인 방향으로 시프트 시킴으로써, 상위치를 시프트 시켰을 때에 발생하는 광학성능의 열화를 보정하는, 소위, 손떨림 보정 광학계가 알려져 있다.
손떨림 보정 광학계는, 예를 들면, 셔터 릴리스(release)에 기인하는 손떨림에 수반하는, 카메라의 흔들림을 검출하는 검출계, 검출계로부터 출력되는 신호에 근거하여 렌즈위치에 보정량을 부여하는 제어계, 제어계로부터의 출력에 근거하여 소정의 렌즈를 시프트 시키는 구동계를 조합함으로써, 광학식 손떨림 보정 시스템으로서 기능하게 하는 것이 가능하다.
이 광학식 손떨림 보정 시스템에서는, 구동계에 의한 렌즈의 시프트에 의하여 상을 시프트 시키는 것이 가능하고, 카메라의 흔들림에 수반하는 상의 흔들림을 구동계에 의한 렌즈의 시프트에 의하여 보정하는 것이 가능하다.
이들 손떨림 보정 광학계로서는, 예를 들면, 특개 2002－244037호 공보, 특개 2003－228001호 공보, 특개 2003－295057호 공보에 나타난 것이 알려져 있다.
특개 2002－244037호 공보에 나타난 줌렌즈에서는, 개구 조리개의 상(像)측에 배치되는 제 3 렌즈군이 음(-)부분군과 양(+)부분군으로 구성되며, 상기 양부분군을 시프트 시킴으로써, 상을 시프트 시키고 있다.
특개 2003－228001호 공보에 나타난 줌렌즈에서는, 개구 조리개의 상측에 배 치되는 제 3 렌즈군이 양부분군과 음부분군으로 구성되며, 상기 양부분군을 시프트 시킴으로써, 상을 시프트 시키고 있었다.
특개 2003－295057호 공보에 나타난 줌렌즈에서는, 제 3 렌즈군 전체를 시프트 시킴으로써, 상을 시프트 시키고 있었다.
그렇지만, 특허문헌 3(특개 2003－295057호 공보)에 나타난 줌렌즈와 같이, 제 3 렌즈군 전체를 시프트 시키는 경우, 변배시에 발생하는 축외 수차(收差)의 변동을 양호하게 보정하고, 또한, 시프트시에 발생하는 축외 수차의 변동을 양호하게 보정할 필요가 있기 때문에, 제 3 렌즈군을 구성하는 렌즈 매수가 많아지며, 경량화 및 소형화가 어렵다고 한 문제가 있었다.
또, 특허 문헌1(특개 2002－244037호 공보)이나 특허 문헌2(특개 2003－228001호 공보)에 나타난 줌렌즈와 같이, 개구 조리개의 상측에 양부분군과 음부분군을 배치하는 경우, 2개의 부분군의 굴절력을 약하게 하기 위해서는, 2개의 부분군 사이에 충분한 간격을 넓힐 필요가 있지만, 2개의 부분군 사이에 충분한 간격을 확보하는 것은, 소형화에 반하기 때문에, 충분한 간격을 확보할 수 없고, 그 때문에, 2개의 부분군의 굴절력을 약하게 할 수 없고, 2개의 부분군 사이의 축이 무너져 성능 열화가 커지기 쉽다고 하는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명은, 개구 조리개 근방에 위치하는 렌즈군을 2개의 부분군으로 구성하고, 이들 부분군의 1을 시프트 시켜 상(像)시프트를 행함으로써 시프트군을 포함한 렌즈군의 대형화를 회피하고, 또한, 대형화를 초래하지 않고 2개의 부분군 사이의 간격을 충분히 확보하고 축 기울어짐(tilting of axis)에 대한 민감도를 완화하는 것을 가능하게 하고, 충분한 성능 확보를 가능하게 하는 것을 과제로 한다.
본 발명 줌렌즈는, 상기한 과제를 해결하기 위해서, 적어도 3개의 렌즈군, 즉, 물체측으로부터 순서로 배열된, 음의 굴절력을 가지는 음렌즈군, 시프트 렌즈군 및 양의 굴절력을 가지는 양렌즈군을 가지고, 광각단상태에서 망원단상태까지 렌즈위치가 변화할 때에, 상기 음렌즈군과 상기 시프트 렌즈군과 사이의 간격을 좁히고, 상기 시프트 렌즈군과 상기 양렌즈군과 사이의 간격이 변화하도록, 적어도 상기 음렌즈군과 양렌즈군이 이동하고, 상기 시프트 렌즈군은 적어도 2개의 부분군으로 구성되며, 이들 2개의 부분군 사이에 개구 조리개를 배치하고, 어느 한쪽의 부분군을 광축과 거의 수직인 방향으로 시프트 시킴으로써, 상을 시프트 시키는 것이 가능하며, Ds를 물체 측에 위치하는 부분군의 가장 상측의 렌즈면과 상측에 위치하는 부분군의 가장 물체측의 렌즈면과 사이의 축상 간격, ft를 망원단상태에 있어서의 렌즈전계의 초점거리로서 조건식(1) Ds／ft＞0.1을 만족한다.
또, 본 발명 촬상장치는, 상기한 과제를 해결하기 위해서, 줌렌즈와 상기 줌렌즈에 의하여 형성된 광학상을 전기적인 신호로 변환하는 촬상소자를 갖추고, 상기 줌렌즈는, 적어도 3개의 렌즈군, 즉, 물체측으로부터 순서로 배열된, 음의 굴절력을 가지는 음렌즈군, 시프트 렌즈군 및 양의 굴절력을 가지는 양렌즈군을 가지고, 광각단상태에서 망원단상태까지 렌즈위치가 변화할 때에, 상기 음렌즈군과 상기 시프트 렌즈군과 사이의 간격을 좁히고, 상기 시프트 렌즈군과 상기 양렌즈군과 사이의 간격이 변화하도록, 적어도 상기 음렌즈군과 양렌즈군이 이동하고, 상기 시프트 렌즈군은 적어도 2개의 부분군으로 구성되며, 이들 2개의 부분군 사이에 개구 조리개를 배치하고, 어느 한쪽의 부분군을 광축과 거의 수직인 방향으로 시프트 시킴으로써, 상을 시프트 시키는 것이 가능하고, Ds를 물체 측에 위치하는 부분군의 가장 상측의 렌즈면과 상측에 위치하는 부분군의 가장 물체측의 렌즈면과 사이의 축상 간격, ft를 망원단상태에 있어서의 렌즈전계의 초점거리로서 조건식(1) Ds／ft＞0.1을 만족한다.
따라서, 본 발명에 있어서는, 시프트 렌즈군을 구성하는 2개의 부분군이 개구 조리개를 사이에 끼우고 충분한 간격을 두고 배치된다.
도 1은, 본 발명 줌렌즈의 제 1의 실시형태의 굴절력 배치와 변배시에 있어서의 각 렌즈군의 가동 여부를 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명 줌렌즈의 제 2의 실시형태의 굴절력 배치와 변배시에 있어서의 각 렌즈군의 가동 여부를 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명 줌렌즈의 제 3의 실시형태의 굴절력 배치와 변배시에 있어서의 각 렌즈군의 가동 여부를 나타내는 도면이다.
도 4는, 제 3의 실시형태에 관계되는 줌렌즈를 더욱더 구체화한 제 1 실시 예의 렌즈 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는, 도 6 내지 도 10과 함께 제 1 실시예에 구체적 수치를 적용한 수치 실시예 1의 각종 수차도를 나타내는 것이며, 본 도면은 광각단상태에 있어서의 구 면수차, 비점수차, 왜곡수차 및 코마수차를 나타내는 것이다.
도 6은, 중간초점거리상태에 있어서의 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 및 코마수차를 나타내는 것이다.
도 7은, 망원단상태에 있어서의 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 및 코마수차를 나타내는 것이다.
도 8은, 광각단상태에 있어서의 횡수차를 나타내는 것이다.
도 9는, 중간초점거리상태에 있어서의 횡수차를 나타내는 것이다.
도 10은, 망원단상태에 있어서의 횡수차를 나타내는 것이다.
도 11은, 제 3의 실시형태에 관계되는 줌렌즈를 한층 더 구체화한 제 2 실시 예의 렌즈 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는, 도 13 내지 도 17과 함께 제 2 실시예에 구체적 수치를 적용한 수치 실시예 2의 각종 수차도를 나타내는 것이며, 본 도면은 광각단상태에 있어서의 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 및 코마수차를 나타내는 것이다.
도 13은, 중간초점거리상태에 있어서의 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 및 코마수차를 나타내는 것이다.
도 14는, 망원단상태에 있어서의 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 및 코마수차를 나타내는 것이다.
도 15는, 광각단상태에 있어서의 횡수차를 나타내는 것이다.
도 16은, 중간초점거리상태에 있어서의 횡수차를 나타내는 것이다.
도 17은, 망원단상태에 있어서의 횡수차를 나타내는 것이다.
도 18은, 제 3의 실시형태에 관계되는 줌렌즈를 한층 더 구체화한 제 3 실시 예의 렌즈 구성을 나타내는 도면이다.
도 19는, 도 20 내지 도 24와 함께 제 3 실시예에 구체적 수치를 적용한 수치 실시예 3의 각종 수차도를 나타내는 것이며, 본 도면은 광각단상태에 있어서의 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 및 코마수차를 나타내는 것이다.
도 20은, 중간초점거리상태에 있어서의 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 및 코마수차를 나타내는 것이다.
도 21은, 망원단상태에 있어서의 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 및 코마수차를 나타내는 것이다.
도 22는, 광각단상태에 있어서의 횡수차를 나타내는 것이다.
도 23은, 중간초점거리상태에 있어서의 횡수차를 나타내는 것이다.
도 24는, 망원단상태에 있어서의 횡수차를 나타내는 것이다.
도 25는, 본 발명 촬상장치의 실시형태를 나타내는 블럭도이다.
이하에, 본 발명 줌렌즈 및 촬상장치를 실시하기 위한 최선의 형태에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
최초에, 본 발명 줌렌즈에 대하여 설명한다.
본 발명 줌렌즈는, 적어도 3개의 렌즈군, 즉, 물체측으로부터 순서로 배열된, 음의 굴절력을 가지는 음렌즈군, 시프트 렌즈군 및 양의 굴절력을 가지는 양렌즈군을 가지고, 광각단상태에서 망원단상태까지 렌즈위치가 변화할 때에, 상기 음 렌즈군과 상기 시프트 렌즈군과 사이의 간격을 좁히고, 상기 시프트 렌즈군과 상기 양렌즈군과 사이의 간격이 변화하도록, 적어도 상기 음렌즈군과 양렌즈군이 이동한다.
상기 시프트 렌즈군은 적어도 2개의 부분군으로 구성되며, 이들 2개의 부분군 사이에 개구 조리개를 배치하고, 어느 한쪽의 부분군(이하, 「시프트 부분군」이라고 한다)을 광축과 거의 수직인 방향으로 시프트 시킴으로써, 상을 시프트 시키는 것이 가능하고, 이하의 조건식(1)을 만족한다.
(1)Ds／ft＞0.1 단, Ds：물체 측에 위치하는 부분군의 가장 상측의 렌즈면과 상측에 위치하는 부분군의 가장 물체측의 렌즈면과 사이의 축상 간격 ft：망원단상태에 있어서의 렌즈전계의 초점거리로 한다.
본 발명 줌렌즈에 있어서는, 개구 조리개의 위치가 중요하다.
종래의 기술에 있어서는, 제 3 렌즈군의 물체 측에 개구 조리개가 배치되어 있었지만, 본 발명 줌렌즈에 있어서는, 시프트 렌즈군을 구성하는 2개의 부분군 사이에 개구 조리개를 배치함으로써, 2개의 부분군 사이의 간격을 크게 취할 수 있고, 이것에 의하여, 시프트 렌즈군을 구성하는 2개의 부분군의 굴절력을 완화하고 있다. 각 부분군의 굴절력을 완화함으로써, 시프트 부분군을 시프트 시켰을 때에 발생하는 화각의 변화를 억제하고 있다.
종래부터, 개구 조리개는 반드시 필요하고, 종래의 기술에서는 제 2 렌즈군과 제 3 렌즈군과 사이에 개구 조리개를 배치하는 것이 많고, 개구 조리개를 배치하는데 필요한 스페이스를 비우고 있었다. 이 때문에, 개구 조리개의 위치를 변경 하는 것이 광학계를 대형화하는 것은 아니다.
시프트 렌즈군을 구성하는 2개의 부분군 사이에 개구 조리개를 배치하고, 각각의 부분군의 굴절력을 약하게 하는 점에 대하여, 굴절력 배치를 사용하여 설명한다.
개구 조리개의 물체 측에 배치되는 부분군의 굴절력을 φ3n, 개구 조리개의 상측에 배치되는 부분군의 굴절력을 φ3p, 주(主)점간격을 d로 할 때, 시프트 렌즈군의 굴절력(φ3)은 φ3=φ3n＋φ3p－φ3n·φ3p·d로 표현된다.
만일, 물체측의 부분군이 음의 굴절력을 가지고, 상측의 부분군이 양의 굴절력을 가진다고 하면, φ3n＜0, φ3p＞0로 되기 때문에, 시프트 렌즈군의 굴절력(φ3)은 (φ3n＋φ3p)가 서로 부정하기 때문에, 결과, φ3n·φ3p·d가 중요하게 된다.
본 발명 줌렌즈에 있어서는, 개구 조리개를 시프트 렌즈군을 구성하는 2개의 부분군 사이에 위치시킴으로써, 2개의 부분군 사이의 간격을 넓히고, 상기 φ3n·φ3p·d의 주(主)점간격(d)을 넓힘으로써, 2개의 부분군의 굴절력(φ3n, φ3p)을 완화하는 것을 가능하게 하고 있다.
이상과 같이 구성함으로써, 본 발명 줌렌즈는 소형이면서, 시프트 렌즈군을 구성하는 2개의 부분군의 어느 쪽인지(시프트 부분군)를 시프트 시켰을 때에 발생하는 화상의 열화를 억제하는 것이 가능하다. 또, 2개의 부분군 사이의 축이 무너지는 것에 대한 민감도가 완화되어, 제조가 용이하게 된다.
본 발명 줌렌즈는, 이하의 조건식(1)을 만족하는 것이 필요하다.
(1)Ds／ft＞0.1 단, Ds：물체 측에 위치하는 부분군의 가장 상측의 렌즈면과 상측에 위치하는 가장 물체측의 렌즈면과 사이의 축상 간격 ft：망원단상태에 있어서의 초점거리로 한다.
상기 조건식(1)은 시프트 렌즈군을 구성하는 2개의 부분군 사이에 형성되는 간격을 규정하는 조건식인 조건식(1)의 하한치를 밑돌았을 경우, 시프트 렌즈군을 구성하는 상측의 부분군의 굴절력이 강해지고, 상측의 부분군을 시프트 시켰을 때에 발생하는 화각의 변화가 커져 버린다.
또한, 시프트 렌즈군을 구성하는 2개의 부분군 사이의 간격을 너무 넓히면, 렌즈계 전체의 대형화를 일으켜 버리기 때문에, 조건식(1)의 상한치를 0.3으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명 줌렌즈에 있어서는, 시프트 부분군을 시프트 시켰을 때에 화면 주변부에서 발생하는 코마수차의 변동을 보다 양호하게 보정하기 위해서, 이하의 조건식(2)을 만족하는 것이 바람직하다.
(2)D3p／f3p＜0.35 단, D3P：개구 조리개로부터 상측에 위치하는 부분군의 가장 상측의 렌즈면까지의 거리 f3P：상측에 위치하는 부분군의 초점거리로 한다.
상기 조건식(2)은 상측에 위치하는 부분군의 가장 상측의 렌즈면에서 발생하는 코마수차를 양호하게 보정하기 위한 조건식이다.
조건식(2)의 상한치를 웃돌았을 경우, 상측에 위치하는 부분군의 가장 상측의 렌즈면에 있어서 축외광속이 강하게 굴절되며, 화면 주연부(周緣部)에 있어서 코마수차의 보정이 부족하게 되어, 특히, 상측에 위치하는 부분군을 시프트 시켰을 때에, 그 렌즈면에 의한 축외광속의 굴절 작용이 크게 변화하게 되기 때문에, 시프트시에 발생하는 성능 열화를 보다 양호하게 보정하는 것이 어려워져 버린다.
본 발명 줌렌즈에 있어서는, 조건식(2)을 만족하고, 상측에 위치하는 부분군을 시프트 시켰을 때에 발생하는 코마수차의 변동을 한층 더 양호하게 보정하기 위해서, 이하의 조건식(3)을 만족하는 것이 바람직하다.
(3) 0.08＜D3s／R3p＜0.2 단, D3s：개구 조리개로부터 상측에 위치하는 부분군의 가장 물체측의 렌즈면까지의 축상 간격 R3p：상측에 위치하는 부분군의 가장 물체측의 렌즈면의 곡율 반경으로 한다.
상기 조건식(3)은 상측에 위치하는 부분군의 가장 물체측의 렌즈면의 곡율 반경을 규정하는 조건식이며, 상측에 위치하는 부분군을 시프트 시켰을 때에 발생하는 상면 만곡의 변화, 즉, 코마수차의 보정 상태의 변화를 보다 양호하게 보정하기 위한 조건식이다.
조건식(3)의 상한치를 웃돌았을 경우, 상측에 위치하는 부분군을 시프트 시키면 코마수차의 경사가 변화하고, 화면 주연부에 있어서의 최선 상면위치가 화면 중심부에 있어서의 최선 상면위치에 대하여 디포커스 해 버리고, 핀트가 어긋나 버린다. 이 결과, 손떨림 보정시에 핀트 흐려짐을 일으켜 버리고, 게다가 양호하게 광학 성능을 보정하는 것이 어려워져 버린다.
조건식(3)의 하한치를 밑돌았을 경우, 상측에 위치하는 부분군의 물체측 렌즈면이 수차 보정에 기여하지 않게 되어 버리기 때문에, 상측에 위치하는 부분군을 시프트 시켰을 때에 화면 중심부에서 발생하는 편심 코마수차가 커져 버린다.
도 1에 제 1의 실시형태에 관계되는 3군 구성의 본 발명 줌렌즈(1)의 개략을 굴절력 배분도로 나타낸다.
이 줌렌즈(1)는, 물체측으로부터 순서로, 음의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈군(G1), 양의 굴절력을 가지는 제 2 렌즈군(G2), 양의 굴절력을 가지는 제 3 렌즈군(G3)의 3개의 렌즈군을 배치하여 이루어지며, 시프트 렌즈군인 제 2 렌즈군(G2)은 물체측으로부터 순서로, 양의 굴절력을 가지는 양(-)부분군(Gp), 개구 조리개(S), 음의 굴절력을 가지는 음부분군(Gn)이 배치되어 구성되며, 초점거리가 가장 짧아지는 광각단상태(도 1의 상측의 W로 나타내는 상태)에서 초점거리가 가장 길어지는 망원단상태(도 1의 하측의 T로 나타내는 상태)까지 초점거리가 변화할 때에, 제 2 렌즈군이 물체측으로 이동하고, 제 3 렌즈군이 일단 물체측으로 이동하고 나서 상측으로 이동하고, 제 1 렌즈군이 제 2 렌즈군, 제 3 렌즈군의 이동에 의한 상면위치의 변동을 보상하도록 이동한다.
제 3 렌즈군이 일단 물체측으로 이동함으로써, 중간초점거리상태에서 발생하는 상면 만곡을 보다 양호하게 보정하고 있다.
도 2에 제 2의 실시형태에 관계되는 4군구성의 본 발명 줌렌즈(2)의 개략을 굴절력 배분도로 나타낸다.
이 줌렌즈(2)는, 물체측으로부터 순서로, 양의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈군(G1), 음의 굴절력을 가지는 제 2 렌즈군(G2), 양의 굴절력을 가지는 제 3 렌즈군(G3), 양의 굴절력을 가지는 제 4 렌즈군의 4개의 렌즈군을 배치하여 이루어지며, 시프트 렌즈군인 제 3 렌즈군(G3)은 물체측으로부터 순서로, 음의 굴절력을 가 지는 음부분군(Gn), 개구 조리개(S), 양의 굴절력을 가지는 양부분군(Gp)이 배치되어 구성되며, 초점거리가 가장 짧아지는 광각단상태(도 2의 상측의 W로 나타내는 상태)에서 초점거리가 가장 길어지는 망원단상태(도 2의 하측의 T로 나타내는 상태)까지 초점거리가 변화할 때에, 제 1 렌즈군(G1)과 제 2 렌즈군(G2)과의 사이의 간격이 증대하고, 제 2 렌즈군(G2)과 제 3 렌즈군(G3)과의 사이의 간격이 감소하고, 제 3 렌즈군(G3)과 제 4 렌즈군(G4)과의 사이의 간격이 증대하도록, 각 렌즈군이 물체측으로 이동한다.
도 3에 제 3의 실시형태에 관계되는 5군 구성의 본 발명 줌렌즈(3)의 개략을 굴절력 배분도로 나타낸다.
이 줌렌즈(3)는, 물체측으로부터 순서로, 양의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈군(G1), 음의 굴절력을 가지는 제 2 렌즈군(G2), 양의 굴절력을 가지는 제 3 렌즈군(G3), 양의 굴절력을 가지는 제 4 렌즈군(G4), 양의 굴절력을 가지는 제 5 렌즈군(G5)의 5개의 렌즈군이 배열되어 구성되며, 광각단상태(도 3의 상측의 W로 나타내는 상태)에서 망원단상태(도 3의 하측의 T로 나타내는 상태)까지 렌즈위치 상태가 변화할 때에, 상기 제 1 렌즈군(G1)이 광축방향으로 고정되며, 상기 제 2 렌즈군(G2)이 상측으로 이동하고, 상기 제 3 렌즈군(G3)이 광축방향으로 고정되며, 상기 제 4 렌즈군(G4)이 상기 제 2 렌즈군(G2)의 이동에 수반하는 상면 위치의 변동을 보상하는 동시에, 근거리합초를 위하여 광축방향으로 이동하고, 상기 제 5 렌즈군이 광축방향으로 고정된다.
그리고, 제 3 렌즈군(G3)이 시프트 렌즈군이며, 개구 조리개(S)를 사이에 끼 우고 물체 측에 배치되어 음의 굴절력을 가지는 음부분군과 상측에 배치되어 양의 굴절력을 가지는 양부분군에 의해 구성되며, 상기 양부분군을 광축에 대하여 거의 수직인 방향으로 시프트 시킴으로써, 상을 시프트 시키는 것이 가능하다.
상기 줌렌즈(3)에 있어서는, 제 3 렌즈군(G3)중에 배치되는 양부분군을 양(兩)볼록렌즈와 물체 측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 음렌즈로 구성하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성함으로써, 구면수차를 양호하게 보정하고, 또한, 가장 상측의 렌즈면이 개구 조리개에 대하여 오목면을 향하기 때문에, 양부분군을 시프트 시켰을 때에 발생하는 코마수차의 변동을 양호하게 억제할 수 있다.
줌렌즈(3)에 있어서는, 소형화와 고성능화를 양립시키고, 더욱더 소형화 및 더욱더 고성능화를 실현하려면, 이하의 조건식(4)을 만족하는 것이 바람직하다.
(4)1＜f5／ft＜1.7 단, f5：제 5 렌즈군의 초점거리로 한다.
상기 조건식(4)은 제 5 렌즈군(G5)의 초점거리를 규정하는 조건식이다.
조건식(4)의 상한치를 웃돌았을 경우, 제 4 렌즈군(G4)의 굴절력이 강해지기 때문에, 근거리합초시 및 주밍시에 제 4 렌즈군(G4)이 이동하면, 축외 수차의 변동이 커져 버리기 때문에, 제 4 렌즈군(G4)을 구성하는 렌즈 매수를 늘리지 않을 수 없고, 제 4 렌즈군(G4)의 구동에 필요한 일량이 많아진다. 결과, 구동계의 복잡화를 일으키기 때문에, 소형화를 충분히 도모할 수 할 수 없게 되어 버린다.
조건식(4)의 하한치를 밑돌았을 경우, 제 5 렌즈군(G5)을 통과하는 축외광속이 광축으로부터 극단적으로 떨어지게 되어 버려, 화면 주변부에서 발생하는 코마 수차를 보다 양호하게 보정하여 높은 광학 성능을 얻을 수 없게 되어 버린다.
줌렌즈(3)에 있어서는, 렌즈 전체 길이의 더욱더 단축화와 더욱더 고성능화를 양립시키기 위하여, 이하의 조건식(5)을 만족하는 것이 바람직하다.
(5)0.6＜f4／ft＜0.9 단, f4：제 4 렌즈군의 초점거리로 한다.
상기 조건식(5)은 제 4 렌즈군(G4)의 초점거리를 규정하는 조건식이다.
조건식(5)의 상한치를 웃돌았을 경우, 제 2 렌즈군(G2)의 이동 및 피사체 위치의 변동에 수반하는 상면위치의 변동을 보상하는 작용에 필요한 제 4 렌즈군(G4)의 이동량이 커져, 제 3 렌즈군(G3), 제 5 렌즈군(G5)과 사이의 간격을 넓히지 않을 수 없게 되며, 렌즈 전체 길이의 더욱더 단축화를 도모할 수 할 수 없게 되어 버린다.
조건식(5)의 하한치를 밑돌았을 경우, 제 4 렌즈군(G4) 단독으로 발생하는 음(-)의 구면수차를 보다 양호하게 보정하는 것이 어렵고, 더욱이 고성능화를 도모할 수 없게 되어 버린다.
종래의 백포커스가 긴 줌렌즈는, 4개의 렌즈군으로 구성하고 있기 때문에, 제 4 렌즈군이 3매 구성의 것이 많았다. 오토 포커스가 일반적인 기술이 된 현재, 오토 포커스 동작의 고속화가 필수이지만, 렌즈 매수가 많기 때문에, 경량화나 이동량의 감소가 필요하다고 되어 있었다.
그렇지만, 경량화를 도모하는데에는 초점거리의 완화가 필요하고, 결과적으로 이동량이 증가해 버리기 때문에, 경량화와 이동량의 감소라고 하는 2개의 과제의 양립이 어려웠다.
상기 줌렌즈(3)에 있어서는, 제 5 렌즈군(G5)을 배치함으로써, 제 4 렌즈군(G4)을 구성하는 렌즈 매수를 줄여 경량화하는 것을 가능하게 하고, 이것에 의하여, 경량화와 이동량의 감소의 양립이 가능하게 되었다.
또한, 상기 줌렌즈(1, 2, 3)의 상측에 색분해용의 프리즘을 배치하고, 광속을 R, G, B3색으로 분리하여, 각 색을 개별의 CCD에 의해 촬상하는, 소위, 3－CCD 방식으로 매우 적당하다.
더욱이 본 발명 줌렌즈에 있어서는, 비구면 렌즈를 이용함으로써, 보다 높은 광학성능을 실현할 수 있다. 특히, 줌렌즈(3)에 있어서 제 5 렌즈군(G5)에 비구면을 도입함으로써, 중심 성능의 더욱더 고성능화가 가능하게 된다. 또, 제 2 렌즈군(G2)에 비구면 렌즈를 이용함으로써, 광각단상태에 있어서 발생하는 화각에 의한 코마수차의 변동을 양호하게 보정하는 것도 가능하다.
또한, 복수의 비구면을 1개의 광학계로 이용함으로써 보다 높은 광학성능이 얻어지는 것은 말할 필요도 없다.
또, 렌즈계의 상측에 무아레 줄무늬의 발생을 막기 위해서 로우패스필터를 배치하거나, 수광소자의 분광 감도 특성에 따라 적외 컷 필터를 배치하는 일도 물론, 가능하다.
이하에, 상기한 제 3의 실시형태를 더욱 구체화한 몇 개의 실시예 및 당해 실시예에 구체적 수치를 적용한 수치 실시예에 대하여 설명한다.
또한, 각 실시형태에 있어서 비구면이 이용되지만, 비구면 형상은 다음의 수학식(1)에 의하여 나타내진다.
Figure 112007032109174-PCT00001
여기서,
y：광축으로부터의 높이
x：새그(sag)량
c：곡율
κ：원추정수
C4, C6,…：비구면 계수이다.
도 4는 줌렌즈(3)의 제 1 실시예에 의한 렌즈 구성을 나타내고 있고, 제 1 렌즈군(G1)은 물체 측에 볼록면을 향한 메니스커스 형상의 음렌즈와 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와의 접합렌즈(L11) 및 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈(L12)에 의해 구성되며, 제 2 렌즈군(G2)은 상측에 오목면을 향한 음렌즈(L21) 및 양(兩)오목형상의 음렌즈와 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와의 접합렌즈(L22)에 의해 구성되며, 제 3 렌즈군(G3)은 물체 측에 오목면을 향한 음메니스커스 렌즈(L31)(음부분군) 및 양(兩)볼록 렌즈와 음메니스커스 렌즈와의 접합 양(+)렌즈(L32)(양부분군)에 의해 구성되며, 제 4 렌즈군(G4)은 양(兩)볼록 렌즈와 음메니스커스 렌즈와의 접합 양렌즈(L4)에 의해 구성되며, 제 5 렌즈군(G5)은 상측에 볼록면을 향한 양렌즈(L5)에 의해 구성된다.
이 제 1 실시예에서는, 개구 조리개(S)가 시프트 렌즈군인 제 3 렌즈군(G3) 의 음부분군(L31)과 양부분군(L32)과의 사이에 위치하고, 렌즈위치상태의 변화에 의하지 않고 고정이다. 그리고, 양부분군으로 이루어지는 접합 양렌즈(L32)가 광축에 수직인 방향으로 시프트 함으로써, 상을 시프트 시키는 것이 가능하다.
또, 제 5 렌즈군(G5)의 상측에 색분해용의 프리즘(PP)이 배치되어 있다.
표 1에 상기한 제 1 실시예에 구체적 수치를 적용한 수치 실시예 1의 제원(諸元)의 값을 나타낸다. 이 수치 실시예 1 및 후에 설명하는 각 수치 실시 예의 제원표중의 f는 초점거리, FNo는 F넘버, 2ω는 화각을 나타내고, 굴절률 및 아베수는 d선(λ=587.6nm)에 대한 값이다. 또한, 표 1중에서 곡률반경(0)과는 평면을 나타낸다.
Figure 112007032109174-PCT00002
제 11면, 제 17면, 제 20면의 각 렌즈면은 비구면으로 구성되며, 있고, 비구면 계수는 표 2에 나타내는 대로이다. 또한 표 2 및 이하의 비구면 계수를 나타내는 표에 있어서 「E－i」는 10을 바닥으로 하는 지수표현, 즉, 「10－i」를 나타내고 있고, 예를 들면, 「0.26029E-05」는 「0.26029×10－5」를 나타내고 있다.
Figure 112007032109174-PCT00003
광각단상태에서 망원단상태로의 렌즈위치 상태의 변화에 따라서, 제 1 렌즈군(G1)과 제 2 렌즈군(G2)과의 사이의 면간격(d5), 제 2 렌즈군(G2)과 제 3 렌즈군(G3)과의 사이의 면간격(d10), 제 3 렌즈군(G3)과 제 4 렌즈군(G4)과의 사이의 면간격(d16), 제 4 렌즈군(G4)과 제 5 렌즈군(G5)과의 사이의 면간격(d19)이 변화한다. 그래서, 표 3에 상기 각 면간격의 광각단상태, 광각단과 망원단과의 사이의 중간초점거리상태 및 망원단상태에 있어서의 각 값을 초점거리(f)와 함께 나타낸다.
Figure 112007032109174-PCT00004
표 4에 수치 실시예 1에 있어서의 각 조건식(1), (2), (3), (4), (5) 대응치를 나타낸다.
Figure 112007032109174-PCT00005
도 5 내지 도 7에 상기 수치 실시예 1의 무한원합초상태에서의 제수차도를 각각 나타내고, 도 5는 광각단상태(f=2.812), 도 6은 중간초점거리상태(f=7.314), 도 7은 망원단상태(f=25.539)에 있어서의 제수차도를 나타내는 것이다.
도 5 내지 도 7의 각 수차도에 있어서, 비점수차 도면중의 실선은 새저틀상면, 파선은 메리디오날상면을 나타낸다. 코마수차도에 있어서 y는 상고(像高)를, 또, A는 화각을 나타낸다.
도 8 내지 도 10에 상기 수치 실시예 1의 무한원합초상태에 있어서의 0.5도 상당의 렌즈 시프트 상태에서의 횡수차도를 각각 나타내고, 도 8은 광각단상태(f=2.812), 도 9는 중간초점거리상태(f=7.314), 도 8은 망원단상태(f=25.539)에 있어서의 횡수차도를 나타내는 것이다.
각 수차도에서, 수치 실시예 1에 있어서는 제수차가 양호하게 보정되며, 뛰어난 결상성능을 가지고 있는 것이 분명하다.
도 11은 줌렌즈(3)의 제 2 실시예에 의한 렌즈 구성을 나타내고 있고, 제 1 렌즈군(G1)은 물체 측에 볼록면을 향한 메니스커스 형상의 음렌즈와 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와의 접합렌즈(L11) 및 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈(L12)에 의해 구성되며, 제 2 렌즈군(G2)은 상측에 오목면을 향한 음렌즈(L21) 및 양(兩)오목형상의 음렌즈와 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와의 접합렌즈(L22)에 의해 구성되며, 제 3 렌즈군(G3)은 물체 측에 오목면을 향한 음메니스커스 렌즈(L31) 및 양(兩)볼록렌즈와 음메니스커스 렌즈와의 접합 양렌즈(L32)에 의해 구성되며, 제 4 렌즈군(G4)은 양볼록 렌즈와 음메니스커스 렌즈와의 접합 양렌즈(L4)에 의해 구성되며, 제 5 렌즈군(G5)은 상측에 볼록면을 향한 양렌즈(L5)에 의해 구성된다.
이 제 2 실시예에서는, 개구 조리개(S)가 시프트 렌즈군인 제 3 렌즈군(G3)의 음부분군(L31)과 양부분군(L32)과의 사이에 위치하고, 렌즈위치 상태의 변화에 의하지 않고 고정한다. 그리고, 양부분군으로 이루어지는 접합 양렌즈(L32)가 광축에 수직인 방향으로 시프트 함으로써, 상을 시프트 시키는 것이 가능하다.
또, 제 5 렌즈군(G5)의 상측에 색분해용의 프리즘(PP)이 배치되어 있다.
표 5에 상기한 제 2 실시예에 구체적 수치를 적용한 수치 실시예 2의 제원의 값을 나타낸다.
Figure 112007032109174-PCT00006
제 11면, 제 17면, 제 20면의 각 렌즈면은 비구면에 의하여 구성되며, 있고, 비구면 계수는 표 6에 나타내는 대로이다.
Figure 112007032109174-PCT00007
광각단상태에서 망원단상태로의 렌즈위치 상태의 변화에 따라서, 제 1 렌즈군(G1)과 제 2 렌즈군(G2)과의 사이의 면간격(d5), 제 2 렌즈군(G2)과 제 3 렌즈군(G3)과 사이의 면간격(d10), 제 3 렌즈군(G3)과 제 4 렌즈군(G4)과의 사이의 면간격(d16), 제 4 렌즈군(G4)과 제 5 렌즈군(G5)과의 사이의 면간격(d19)이 변화한다. 그래서, 표 7에 상기 각 면간격의 광각단상태, 광각단과 망원단과의 사이의 중간초점거리상태 및 망원단상태에 있어서의 각 값을 초점거리(f)와 함께 나타낸다.
Figure 112007032109174-PCT00008
표 8에 수치 실시예 2에 있어서의 각 조건식(1), (2), (3), (4), (5) 대응치를 나타낸다.
Figure 112007032109174-PCT00009
도 12 내지 도 14에 상기 수치 실시예 2의 무한원합초상태에서의 제수차도를 각각 나타내고, 도 12는 광각단상태(f=2.812), 도 13은 중간초점거리상태(f=7.314), 도 14는 망원단상태(f=25.845)에 있어서의 제수차도를 나타내는 것이다.
도 12 내지 도 14의 각 수차도에 있어서, 비점수차 도중의 실선은 새저틀(sagittal)상면, 파선은 메리디오날(meridional)상면을 나타낸다. 코마수차도에 있어서 y는 상고(像高)를, 또, A는 화각을 나타낸다.
도 15 내지 도 17에 상기 수치 실시예 2의 무한원합초상태에 있어서의 0.5도 상당의 렌즈 시프트 상태에서의 횡수차도를 각각 나타내고, 도 15는 광각단상태(f=2.812), 도 16은 중간초점거리상태(f=7.314), 도 17은 망원단상태(f=25.845)에 있어서의 횡수차도를 나타내는 것이다.
각 수차도에서, 수치 실시예 2에 있어서는 제수차가 양호하게 보정되며, 뛰어난 결상성능을 가지고 있는 것이 분명하다.
도 18은 줌렌즈(3)의 제 3 실시예에 의한 렌즈 구성을 나타내고 있고, 제 1 렌즈군(G1)은 물체 측에 볼록면을 향한 메니스커스 형상의 음렌즈와 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와의 접합렌즈(L11) 및 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈(L12)에 의해 구성되며, 제 2 렌즈군(G2)은 상(像)측에 오목면을 향한 음렌즈(L21) 및 양오목형상의 음렌즈와 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와의 접합렌즈(L22)에 의해 구성되며, 제 3 렌즈군(G3)은 물체 측에 오목면을 향한 음메니스커스 렌즈(L31), 양(兩)볼록 렌즈(L32) 및 음메니스커스 렌즈(L33)에 의해 구성되며, 제 4 렌즈군(G4)은 양볼록 렌즈와 음메니스커스 렌즈와의 접합 양렌즈(L4)에 의해 구성되며, 제 5 렌즈군(G5)은 상측에 볼록면을 향한 양렌즈(L5)에 의해 구성된다.
이 제 3 실시예에서는, 시프트 렌즈군인 제 3 렌즈군(G3)에 있어서 음메니스커스 렌즈(L31)가 음부분군을 구성하며, 양(兩)볼록 렌즈(L32)와 물체 측에 볼록면을 향한 음메니스커스 렌즈(L33)에서 양부분군을 구성한다. 그리고, 개구 조리개(S)가 제 3 렌즈군(G3)의 음부분군(L31)과 양부분군(L32, L33)과의 사이에 위치하고, 렌즈위치 상태의 변화에 의존하지 않고 고정한다. 그리고, 양부분군(L32, L33)이 광축에 수직인 방향으로 시프트 함으로써, 상을 시프트 시키는 것이 가능하다.
또, 제 5 렌즈군(G5)의 상측에 색분해용의 프리즘(PP)이 배치되어 있다.
표 9에 상기한 제 3 실시예에 구체적 수치를 적용한 수치 실시예 3의 제원의 값을 나타낸다.
Figure 112007032109174-PCT00010
제 11면, 제 18면, 제 21면의 각 렌즈면은 비구면에 의하여 구성되어 있고, 비구면 계수는 표 10에 나타내는 대로이다.
Figure 112007032109174-PCT00011
광각단상태에서 망원단상태로의 렌즈위치 상태의 변화에 따라서, 제 1 렌즈군(G1)과 제 2 렌즈군(G2)과의 사이의 면간격(d5), 제 2 렌즈군(G2)과 제 3 렌즈군(G3)과의 사이의 면간격(d10), 제 3 렌즈군(G3)과 제 4 렌즈군(G4)과의 사이의 면간격(d17), 제 4 렌즈군(G4)과 제 5 렌즈군(G5)과의 사이의 면간격(d20)이 변화한다. 그래서, 표 11에 상기 각 면간격의 광각단상태, 광각단과 망원단과의 사이의 중간초점거리상태 및 망원단상태에 있어서의 각 값을 초점거리(f)와 함께 나타낸다.
Figure 112007032109174-PCT00012
표 12에 수치 실시예 3에 있어서의 각 조건식(1), (2), (3), (4), (5) 대응치를 나타낸다.
Figure 112007032109174-PCT00013
도 19 내지 도 21에 상기 수치 실시예 3의 무한원합초상태에서의 제수차도를 각각 나타내고, 도 19는 광각단상태(f=2.812), 도 20은 중간초점거리상태(f=7.315), 도 21은 망원단상태(f=25.812)에 있어서의 제수차도를 나타내는 것이다.
도 19 내지 도 21의 각 수차도에 있어서, 비점수차 도면중의 실선은 새저틀상면, 파선은 메리디오날상면을 나타낸다. 코마수차도에 있어서 y는 상고를, 또, A는 화각을 나타낸다.
도 22 내지 도 24에 상기 수치 실시예 3의 무한원합초상태에 있어서의 0.5도 상당의 렌즈 시프트 상태에서 횡수차도를 각각 나타내고, 도 22는 광각단상태(f=2.812), 도 23은 중간초점거리상태(f=7.315), 도 24는 망원단상태(f=25.812)에 있어서의 횡수차도를 나타내는 것이다.
각 수차도에서, 수치 실시예 3에 있어서는 제수차가 양호하게 보정되어 뛰어난 결상 성능을 가지고 있는 것이 분명하다.
도 25에 본 발명 촬상장치의 실시형태를 나타낸다.
이 실시형태에 관계되는 촬상장치(10)는, 도 25에 나타내는 바와 같이, 크게 나누면, 카메라부(20)와 카메라 DSP(Digital Signal Processor)(30)와 SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)(40)과 매체 인터페이스(이하, 매체 I／F라고 한다.)(50)와 제어부(60)와 조작부(70)와 LCD(Liquid Crystal Display)(80)와 외부 인터페이스(이하, 외부 I／F라고 한다.)(90)를 갖추는 동시에, 기록매체(100)가 착탈 가능하게 되어 있다.
기록매체(100)는, 반도체 메모리를 이용하여 이른바 메모리 카드, 기록 가능한 DVD(Digital Versatile Disk)나 기록 가능한 CD(Compact Disc) 등의 광기록매체, 자기 디스크 등의 여러 가지의 것을 이용할 수 있지만, 이 실시형태에 있어서는, 기록매체(100)로서 예를 들면, 메모리 카드를 이용하는 것으로서 설명한다.
그리고, 카메라부(20)는, 광학블록(21), CCD(Charge Coupled Device)(22), 사전처리회로(23), 광학블록용 드라이버(24), CCD용 드라이버(25), 타이밍 생성회로(26) 등을 갖춘 것이다. 여기서, 광학블록(21)은, 렌즈, 포커스 기구, 셔터 기구, 조리개(아이리스)기구 등을 갖춘 것이다. 그리고, 광학블록(21)중의 렌즈에는, 상기한 줌렌즈(1, 2, 3) 등의 본 발명에 관계되는 줌렌즈가 사용된다. 또, R, G, B 각각의 색마다 분해된 화상을 도입한 후, 각 색의 화상을 서로 겹쳐서 하나의 칼라 화상정보를 생성하는 경우에는, 가장 상측의 렌즈군과 상면과의 사이의 위치에 색분해 프리즘을 삽입하는 동시에, 이 색분해 프리즘에 의하여 분해된 R, G, B 각 색마다 개별의 CCD(22)가 설치된다. 이 경우, 로우패스필터(LPF)는 각 CCD의 직전(물체측)에 삽입해도 좋고, 혹은 또, 색분해 프리즘의 물체 측에 삽입해도 좋다.
또, 제어부(60)는, CPU(Central Processing Unit)(61), RAM(Random Access Memory)(62), 플래시 ROM(Read Only Memory)(63), 시계회로(64) 등이, 시스템 버스(65)를 통하여 접속되어 구성된 마이크로 컴퓨터이며, 이 실시형태의 촬상장치(10)의 각부를 제어할 수 있는 것이다.
여기서, RAM(62)은, 처리 도중의 결과를 일시 기억하는 등 주로 작업영역으로서 이용되는 것이다. 또, 플래시 ROM(63)은, CPU(61)에 있어서 실행하는 여러 가지의 프로그램이나, 처리에 필요하게 되는 데이터 등이 기억된 것이다. 또, 시계회로(64)는, 현재 연월일, 현재 요일, 현재 시각을 제공할 수 있는 것과 동시에, 촬영일시 등을 제공하는 등의 일을 할 수 있는 것이다.
그리고, 화상의 촬영시에 있어서는, 광학블록용 드라이버(24)는, 제어부(60)로부터의 제어에 따라서, 광학블록(21)을 동작시키도록 하는 구동신호를 형성하고, 이것을 광학블록(21)에 공급하고, 광학블록(21)을 동작시키도록 한다. 광학블록(21)은, 광학블록용 드라이버(24)로부터의 구동신호에 따라서, 포커스 기구, 셔터 기구, 조리개 기구가 제어되며, 피사체의 화상을 받아들이고, 이것을 CCD(22)에 대하여 제공한다.
CCD(22)는, 광학블록(21)으로부터의 화상을 광전 변환하여 출력하는 것이며, CCD용 드라이버(25)에서의 구동신호에 따라 동작하고, 광학블록(21)에서의 피사체의 화상을 받아들이는 동시에, 제어부(60)에 의하여 제어되는 타이밍 생성회로(26)에서의 타이밍 신호에 근거하여, 받아들인 피사체의 화상(화상정보)을 전기신호로서 사전처리회로(23)에 공급한다.
또한 상술한 바와 같이, 타이밍 생성회로(26)는, 제어부(60)에서의 제어에 따라서, 소정의 타이밍을 제공하는 타이밍 신호를 형성하는 것이다. 또, CCD용 드라이버(25)는, 타이밍 생성회로(26)에서의 타이밍 신호에 근거하여, CCD(22)에 공급하는 구동신호를 형성하는 것이다.
사전처리회로(23)는, 이것에 공급된 전기신호의 화상정보에 대하여, CDS(Correlated Double Sampling)처리를 행하여, S／N비를 양호하게 유지하도록 하는 동시에, AGC(Automatic Gain Control)처리를 행하여, 이득을 제어하며, 그리고, A／D(Analog/Digital)변환을 행하여, 디지털신호로 된 화상데이터를 형성한다.
사전처리회로(23)에서의 디지털신호로 된 화상데이터는, 카메라 DSP(30)에 공급된다. 카메라 DSP(30)는, 이것에 공급된 화상데이터에 대하여, AF(Auto Focus), AE(Auto Exposure), AWB(Auto White Balance) 등의 카메라 신호처리를 실시한다. 이와 같이 하여 여러 가지 조정이 된 화상데이터는, 소정의 압축방식으로 데이터 압축되며, 시스템 버스(65), 매체 I／F(50)를 통하여, 이 실시형태의 촬상장치(10)에 장전된 기록매체(100)에 공급되며, 후술도 하는 바와 같이 기록매체(100)에 파일로서 기록된다.
또, 기록매체(100)에 기록된 화상데이터는, 터치 패널이나 컨트롤 키 등으로 이루어지는 조작부(70)를 통하여 접수된 사용자로부터의 조작 입력에 따라서, 목적으로 하는 화상데이터가 매체 I／F(50)를 통하여 기록매체(100)에서 읽어 내어지며, 이것이 카메라 DSP(30)에 공급된다.
카메라 DSP(30)는, 기록매체(100)로부터 읽어내어져 매체 I／F(50)를 통하여 공급된 데이터 압축되어 있는 화상데이터에 대하여, 그 데이터 압축의 해동처리(신장처리)를 행하고, 해동 후의 화상데이터를 시스템 버스(65)를 통하여, LCD 제어기(81)에 공급한다. LCD 제어기(81)는, 이것에 공급된 화상데이터로부터 LCD(80)에 공급하는 화상 신호를 형성하고, 이것을 LCD(80)에 공급한다. 이것에 의해, 기록매체(100)에 기록되어 있는 화상데이터에 따른 화상이, LCD(80)의 표시화면에 표시된다.
또한, 화상표시의 형태는, ROM에 기록된 표시처리프로그램에 따른다. 즉, 이 표시처리프로그램은 후술하는 파일 시스템이 어떠한 구조로 기록되어 있는지, 어떻게 화상을 재생하는가 하는 프로그램이다.
또, 이 실시형태에 관계되는 촬상장치(10)에는, 외부 I／F(90)가 설치되어 있다. 이 외부 I／F(90)를 통하여, 예를 들면, 외부의 퍼스널 컴퓨터와 접속하고, 퍼스널 컴퓨터로부터 화상데이터의 공급을 받고, 이것을 자기(自機)에 장전된 기록매체(100)에 기록하거나, 또, 자기에 장전된 기록매체(100)에 기록되어 있는 화상데이터를 외부의 퍼스널 컴퓨터 등에 공급하거나 할 수도 있는 것이다.
또, 외부 I／F(90)에 통신 모듈을 접속함으로써, 예를 들면, 인터넷 등의 네트워크에 접속하고, 네트워크를 통하여 여러 가지의 화상데이터나 그 외의 정보를 취득하고, 자기(自機)에 장전된 기록매체(100)에 기록하거나, 혹은, 자기에 장전된 기록매체(100)에 기록되어 있는 데이터를, 네트워크를 통하여 목적으로 하는 상대편에 송신하거나 할 수도 있는 것이다.
또, 외부의 퍼스널 컴퓨터나 네트워크를 통하여 취득하고, 기록매체에 기록한 화상데이터 등의 정보에 대해서도, 상술한 바와 같이, 이 실시형태의 촬상장치에 있어서 읽어내어 재생하고, LCD(80)에 표시하여 사용자가 이용하는 일도 물론 할 수 있도록 되어 있다.
또한, 외부 I／F(90)는, IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 1394, USB(Universal Serial Bus) 등의 유선용 인터페이스로서 설치하는 것도 가능하고, 빛이나 전파에 의한 무선 인터페이스로서 설치하는 것도 가능하다. 즉, 외부 I／F(90)는, 유선, 무선의 어느 인터페이스여도 좋다.
이와 같이, 이 실시형태에 관계되는 촬상장치(10)는, 피사체의 화상을 촬영하고, 당해 촬상장치(10)에 장전된 기록매체(100)에 기록할 수 있는 것과 동시에, 기록매체(100)에 기록된 화상데이터를 읽어내어, 이것을 재생하고, 이용할 수 있는 것이다. 또, 외부의 퍼스널 컴퓨터나 네트워크를 통하여, 화상데이터의 제공을 받고, 이것을 자기에 장전된 기록매체(100)에 기록하거나, 또, 읽어내어 재생하거나 할 수도 있는 것이다.
또한, 상기 촬상장치(10)에 있어서, 촬상수단으로서 CCD를 나타냈지만, 본 발명 촬상장치에 있어서의 촬상수단이 CCD에 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다. CCD 외에, CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)나 그 외의 촬상소자를 사용할 수도 있다.
또한, 상기한 각 실시형태 및 수치 실시예에 있어서의 각 부의 구체적 형상이나 구조 및 수치는, 어느 것도 본 발명을 실시할 때에 행하는 구체화의 그저 일례를 나타낸 것에 지나지 않고, 이들에 의하여 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되는 것이 있어서는 안 되는 것이다.
줌렌즈 및 이 줌렌즈를 사용한 촬상장치를 제공할 수 있고, 디지털 비디오 카메라, 디지털 스틸 카메라 등에 넓게 이용할 수 있다.
본 발명 줌렌즈는, 적어도 3개의 렌즈군, 즉, 물체측으로부터 순서로 배열된, 음의 굴절력을 가지는 음렌즈군, 시프트 렌즈군 및 양의 굴절력을 가지는 양렌즈군을 가지고, 광각단상태에서 망원단상태까지 렌즈위치가 변화할 때에, 상기 음렌즈군과 상기 시프트 렌즈군과의 사이의 간격을 좁히고, 상기 시프트 렌즈군과 상기 양렌즈군과의 사이의 간격이 변화하도록, 적어도 상기 음렌즈군과 양렌즈군이 이동하고, 상기 시프트 렌즈군은 적어도 2개의 부분군으로 구성되며, 이들 2개의 부분군 사이에 개구 조리개를 배치하고, 어느 한쪽의 부분군을 광축과 거의 수직인 방향으로 시프트 시킴으로써, 상을 시프트 시키는 것이 가능하고, 이하의 조건식(1)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
(1)Ds／ft＞0.1 단, Ds：물체 측에 위치하는 부분군의 가장 상측의 렌즈면과 상측에 위치하는 부분군의 가장 물체측의 렌즈면과의 사이의 축상 간격 ft：망원단상태에 있어서의 렌즈전계의 초점거리로 한다.
또, 본 발명 촬상장치는, 줌렌즈와 상기 줌렌즈에 의하여 형성된 광학상을 전기적인 신호로 변환하는 촬상소자를 갖춘 촬상장치이며, 상기 줌렌즈는, 적어도 3개의 렌즈군, 즉, 물체측으로부터 순서로 배열된, 음의 굴절력을 가지는 음렌즈 군, 시프트 렌즈군 및 양의 굴절력을 가지는 양렌즈군을 가지고, 광각단상태에서 망원단상태까지 렌즈위치가 변화할 때에, 상기 음렌즈군과 상기 시프트 렌즈군과의 사이의 간격을 좁히고, 상기 시프트 렌즈군과 상기 양렌즈군과의 사이의 간격이 변화하도록, 적어도 상기 음렌즈군과 양렌즈군이 이동하여, 상기 시프트 렌즈군은 적어도 2개의 부분군으로 구성되며, 이들 2개의 부분군 사이에 개구 조리개를 배치하고, 어느 한쪽의 부분군을 광축과 거의 수직인 방향으로 시프트 시킴으로써, 상을 시프트 시키는 것이 가능하며, 이하의 조건식(1)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
(1)Ds／ft＞0.1 단, Ds：물체 측에 위치하는 부분군의 가장 상측의 렌즈면과 상측에 위치하는 부분군의 가장 물체측의 렌즈면과의 사이의 축상 간격 ft：망원단상태에 있어서의 렌즈전계의 초점거리로 한다.
따라서, 본 발명에 있어서는, 시프트 렌즈군의 2개의 부분군은, 렌즈전계의 대형화를 초래하지 않고, 서로의 간격을 충분히 비울 수 있다. 즉, 2개의 부분군의 사이의 간격을 충분히 크게 해도, 이들 2개의 부분군 사이에 개구 조리개가 배치되며, 상기 2개의 부분군 사이의 간격에는 원래 필요한 개구 조리개의 배치를 위한 공간이 포함되어 있고, 따라서, 상기 2개의 부분군 사이의 간격을 크게 하기 위하여, 렌즈 전체 길이를 크게 할 필요가 없다. 그 결과, 렌즈전계의 대형화를 초래하지 않고, 시프트 렌즈군을 구성하는 2개의 부분군 사이의 간격을 충분히 크게 하고, 이들 2개의 부분군의 굴절력을 약하게 할 수 있고, 이들 2개의 부분군 사이에 생기는 축 기울어짐에 대한 민감도를 완화하고, 충분한 성능을 확보하는 것이 가능하게 된다. 또, 몇 개의 부분군을 시프트 시켰을 때에 발생하는 화각의 변화 를 억제할 수 있다.
이상을 요약하면, 소형이면서, 상시프트시의 화상의 열화를 억제할 수 있다.
청구항 2 및 청구항 11에 기재한 발명에 있어서는, 상기 음렌즈군의 물체 측에 양의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈군이, 또, 상기 양렌즈군의 상측에 양의 굴절력을 가지는 제 5 렌즈군이 각각 배치된 5군 구성으로 이루어지며, 광각단상태에서 망원단상태까지 렌즈위치상태가 변화할 때에, 상기 제 1 렌즈군이 광축방향으로 고정되며, 제 2 렌즈군으로 이루어지는 상기 음렌즈군이 상측으로 이동하고, 제 3 렌즈군으로 이루어지는 상기 시프트 렌즈군이 광축방향으로 고정되며, 제 4 렌즈군으로 이루어지는 상기 양렌즈군이 상기 제 2 렌즈군의 이동에 수반하는 상면위치의 변동을 보상하는 동시에, 근거리합초시에 광축방향으로 이동하고, 상기 제 5 렌즈군이 광축방향으로 고정되며, 상기 제 3 렌즈군은, 개구 조리개를 사이에 끼우고 물체 측에 위치고 음의 굴절력을 가지는 음부분군과 상측에 위치하고 양의 굴절력을 가지는 양부분군으로 구성되며, 상기 양부분군을 광축에 대하여 거의 수직인 방향으로 시프트 시킴으로써, 상을 시프트 시키는 것이 가능하다 것으로, 10배 전후의 고배율로, 손떨림 보정 가능하고, 또한, 상시프트시의 화상의 열화가 적은 줌렌즈 및 이 줌렌즈를 사용한 촬상장치를 얻을 수 있다.
청구항 3, 청구항 4, 청구항 12 및 청구항 13에 기재한 발명에 있어서는, D3P를 개구 조리개로부터 상측에 위치하는 부분군의 가장 상측의 렌즈면까지의 거리, f3P를 상측에 위치하는 부분군의 초점거리로서, 조건식(2) D3P／f3P＜0.35를 만족하므로, 상측에 위치하는 부분군을 시프트 시켰을 때에 화면 주변부에서 발생 하는 코마수차의 변동을 보다 양호하게 보정할 수 있다.
청구항 5, 청구항 6, 청구항 14 및 청구항 15에 기재한 발명에 있어서는, D3s를 개구 조리개로부터 상측에 위치하는 부분군의 가장 물체측의 렌즈면까지의 축상 간격, R3p를 상측에 위치하는 부분군의 가장 물체측의 렌즈면의 곡율 반경으로서 조건식(3) 0.08＜D3s／R3p＜0.2를 만족하므로, 상측에 위치하는 부분군을 시프트 시켰을 때에 발생하는 코마수차의 변동을 한층 더 양호하게 보정할 수 있다.
청구항 7, 청구항 16 및 청구항 17에 기재한 발명에 있어서는, 상기 양부분군이 양(兩)볼록형상의 양렌즈와 물체 측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 음렌즈로 구성되므로, 구면수차를 양호하게 보정하고, 또한, 양부분군의 가장 상측의 렌즈면이 개구 조리개에 대하여 오목면을 향하기 때문에, 양부분군을 시프트 시켰을 때에 발생하는 코마수차의 변동을 양호하게 억제할 수 있다.
청구항 8 및 청구항 18에 기재한 발명에 있어서는, f5를 제 5 렌즈군의 초점거리로서 조건식(4) 1＜f5／ft＜1.7을 만족하므로, 소형화와 고성능화를 양립시키고, 더욱더 소형화 및 더욱더 고성능화를 도모할 수 있다.
청구항 9 및 청구항 19에 기재한 발명에 있어서는, f4를 제 4 렌즈군의 초점거리로서 조건식(5) 0.6＜f4／ft＜0.9를 만족하므로, 렌즈 전체 길이의 더욱더 단축화와 더욱더 고성능화를 도모할 수 있다.

Claims (19)

  1. 적어도 3개의 렌즈군, 즉, 물체측으로부터 순서로 배열된, 음(-)의 굴절력을 가지는 음렌즈군, 시프트 렌즈군 및 양(+)의 굴절력을 가지는 양렌즈군을 가지고,
    광각단상태에서 망원단상태까지 렌즈위치가 변화할 때에, 상기 음렌즈군과 상기 시프트 렌즈군과 사이의 간격을 좁히고, 상기 시프트 렌즈군과 상기 양렌즈군과 사이의 간격이 변화하도록, 적어도 상기 음렌즈군과 양렌즈군이 이동하고,
    상기 시프트 렌즈군은 적어도 2개의 부분군으로 구성되며, 이들 2개의 부분군 사이에 개구 조리개를 배치하고, 어느 한쪽의 부분군을 광축과 거의 수직인 방향으로 시프트 시킴으로써, 상(像)을 시프트 시키는 것이 가능하며,
    이하의 조건식(1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
    (1)Ds／ft＞0.1
    단,
    Ds：물체측에 위치하는 부분군의 가장 상측의 렌즈면과 상측에 위치하는 부분군의 가장 물체측의 렌즈면과의 사이의 축상(軸上) 간격
    ft：망원단상태에 있어서의 렌즈 전계(全系)의 초점거리로 한다.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 음렌즈군의 물체측으로 양의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈군이, 또, 상기 양렌즈군의 상측으로 양의 굴절력을 가지는 제 5 렌즈군이 각각 배치된 5군구성으 로 이루어지며,
    광각단상태에서 망원단상태까지 렌즈위치 상태가 변화할 때에, 상기 제 1 렌즈군이 광축방향으로 고정되며, 제 2 렌즈군으로 이루어지는 상기 음렌즈군이 상측으로 이동하고, 제 3 렌즈군으로 이루어지는 상기 시프트 렌즈군이 광축방향으로 고정되며, 제 4 렌즈군으로 이루어지는 상기 양렌즈군이 상기 제 2 렌즈군의 이동에 수반하는 상면위치의 변동을 보상하는 동시에, 근거리합초시에 광축방향으로 이동하고, 상기 제 5 렌즈군이 광축방향으로 고정되며,
    상기 제 3 렌즈군은, 개구 조리개를 사이에 끼우고 물체 측에 위치하고 음의 굴절력을 가지는 음부분군과 상측에 위치하고 양의 굴절력을 가지는 양부분군으로 구성되며, 상기 양부분군을 광축에 대하여 거의 수직인 방향으로 시프트 시킴으로써, 상을 시프트 시키는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
  3. 제 1항에 있어서,
    이하의 조건식(2)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
    (2)D3P／f3P＜0.35
    단,
    D3P：개구 조리개로부터 상측에 위치하는 부분군의 가장 상측의 렌즈면까지의 거리
    f3P：상측에 위치하는 부분군의 초점거리로 한다.
  4. 제 2항에 있어서,
    이하의 조건식(2)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
    (2)D3P／f3P＜0.35
  5. 제 3항에 있어서,
    이하의 조건식(3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
    (3)0.08＜D3s／R3p＜0.2
    단,
    D3s：개구 조리개로부터 상측에 위치하는 부분군의 가장 물체측의 렌즈면까지의 축상 간격
    R3p：상측에 위치하는 부분군의 가장 물체측의 렌즈면의 곡율 반경으로 한다.
  6. 제 4항에 있어서,
    이하의 조건식(3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
    (3)0.08＜D3s／R3p＜0.2
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 양부분군이 양(兩)볼록형상의 양렌즈와 물체 측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 음렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
  8. 제 2항에 있어서,
    이하의 조건식(4)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
    (4)1＜f5／ft＜1.7
    단,
    f5：제 5 렌즈군의 초점거리로 한다.
  9. 제 2항에 있어서,
    이하의 조건식(5)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
    (5)0.6＜f4／ft＜0.9
    단,
    f4：제 4 렌즈군의 초점거리로 한다.
  10. 줌렌즈와, 상기 줌렌즈에 의하여 형성된 광학상을 전기적인 신호로 변환하는 촬상소자를 갖춘 촬상장치에 있어서,
    상기 줌렌즈는, 적어도 3개의 렌즈군, 즉, 물체측으로부터 순서로 배열된, 음의 굴절력을 가지는 음렌즈군, 시프트 렌즈군 및 양의 굴절력을 가지는 양렌즈군을 가지고,
    광각단상태에서 망원단상태까지 렌즈위치가 변화할 때에, 상기 음렌즈군과 상기 시프트 렌즈군과 사이의 간격을 좁히고, 상기 시프트 렌즈군과 상기 양렌즈군 과 사이의 간격이 변화하도록, 적어도 상기 음렌즈군과 양렌즈군이 이동하고,
    상기 시프트 렌즈군은 적어도 2개의 부분군으로 구성되며, 이들 2개의 부분군 사이에 개구 조리개를 배치하고, 어느 한쪽의 부분군을 광축과 거의 수직인 방향으로 시프트 시킴으로써, 상을 시프트 시키는 것이 가능하고, 이하의 조건식(1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
    (1)Ds／ft＞0.1
    단,
    Ds：물체 측에 위치하는 부분군의 가장 상측의 렌즈면과 상측에 위치하는 부군의 가장 물체측의 렌즈면과 사이의 축상 간격
    ft：망원단상태에 있어서의 렌즈전계의 초점거리로 한다.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 줌렌즈는, 상기 음렌즈군의 물체 측으로 양의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈군이, 또, 상기 양렌즈군의 상측에 양의 굴절력을 가지는 제 5 렌즈군이 각각 배치된 5군구성으로 이루어지며,
    광각단상태에서 망원단상태까지 렌즈위치 상태가 변화할 때에, 상기 제 1 렌즈군이 광축방향으로 고정되며, 제 2 렌즈군으로 이루어지는 상기 음렌즈군이 상측으로 이동하고, 제 3 렌즈군으로 이루어지는 상기 시프트 렌즈군이 광축방향으로 고정되며, 제 4 렌즈군으로 이루어지는 상기 양렌즈군이 상기 제 2 렌즈군의 이동에 수반하는 상면위치의 변동을 보상하는 동시에, 근거리합초시에 광축방향으로 이 동하고, 상기 제 5 렌즈군이 광축방향으로 고정되며,
    상기 제 3 렌즈군은, 개구 조리개를 사이에 끼우고 물체 측에 위치하고 음의 굴절력을 가지는 음부분군과 상측에 위치하고 양의 굴절력을 가지는 양부분군으로 구성되며, 상기 양부분군을 광축에 대하여 거의 수직인 방향으로 시프트 시킴으로써, 상을 시프트 시키는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    이하의 조건식(2)을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
    (2)D3P／f3P＜0.35
    단,
    D3P：개구 조리개로부터 상측에 위치하는 부분군의 가장 상측의 렌즈면까지의 거리
    f3P：상측에 위치하는 부분군의 초점거리로 한다.
  13. 제 11항에 있어서,
    이하의 조건식(2)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
    (2)D3P／f3P＜0.35
  14. 제 12항에 있어서,
    이하의 조건식(3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
    (3)0.08＜D3s／R3p＜0.2
    단,
    D3s：개구 조리개로부터 상측에 위치하는 부분군의 가장 물체측의 렌즈면까지의 축상 간격
    R3p：상측에 위치하는 부분군의 가장 물체측의 렌즈면의 곡율 반경으로 한다.
  15. 제 13항에 있어서,
    이하의 조건식(3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
    (3)0.08＜D3s／R3p＜0.2
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 양부분군이 양(兩)볼록형상의 양렌즈와 물체 측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 음렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 양부분군이 양(兩)볼록형상의 양렌즈와 물체 측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 음렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  18. 제 11항에 있어서,
    이하의 조건식(4)을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
    (4)1＜f5／ft＜1.7
    단,
    f5：제 5 렌즈군의 초점거리로 한다.
  19. 제 11항에 있어서,
    이하의 조건식(5)을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
    (5)0.6＜f4／ft＜0.9
    단,
    f4：제 4 렌즈군의 초점거리로 한다.
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