KR20070088263A - 줌 렌즈 및 촬상장치 - Google Patents

줌 렌즈 및 촬상장치

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KR20070088263A
KR20070088263A KR1020067015509A KR20067015509A KR20070088263A KR 20070088263 A KR20070088263 A KR 20070088263A KR 1020067015509 A KR1020067015509 A KR 1020067015509A KR 20067015509 A KR20067015509 A KR 20067015509A KR 20070088263 A KR20070088263 A KR 20070088263A
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KR1020067015509A
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모토유키 오타케
신이치 아리타
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

제조시에 있어서의 조립 오차 등의 영향을 줄이고, 안정된 광학 품질을 달성 가능한 줌 렌즈 및 이 줌 렌즈를 사용한 촬상장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 물체측으로부터 순서로, 양의 굴절력을 가지는 제 1렌즈군(G1), 음의 굴절력을 가지는 제 2렌즈군(G2), 양의 굴절력을 가지는 제 3렌즈군(G3), 양의 굴절력을 가지는 제 4렌즈군(G4)이 배열되어 이루어지며, 광각단 상태에서 망원단 상태까지 렌즈 위치 상태가 변화할 때에, 상기 제 1 렌즈군 및 제 3렌즈군이 광축 방향으로 일정한 위치에 고정되며, 상기 제 2 렌즈군이 상측으로 이동하고, 상기 제 4 렌즈군의 이동에 의해 상기 제 2 렌즈군의 이동에 수반하는 상(像)면 위치의 변동을 보상하고, 개구 조리개(S)가 상기 제 3 렌즈군의 물체측 또는 제 3렌즈군중에 배치되며, 상기 렌즈 위치 상태가 변화할 때에 광축 방향으로 고정되며, 상기 제 2 렌즈군은, 물체측으로부터 순서로 배열된, 상(像)측에 오목면을 향한 음메니스커스 렌즈(L21) 및 양(兩)오목렌즈와 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와의 접합 렌즈(L22)로 구성되며, 상기 음메니스커스 렌즈는 유리 렌즈의 상측에 수지렌즈(PL)를 복합한 복합렌즈이며, 상기 수지렌즈의 상측면이 비구면이며, 이하의 조건식(1)을 만족한다.
(1) n2＞1.75
단,
n2： 제 2렌즈군을 구성하는 유리 굴절률의 평균.

Description

줌 렌즈 및 촬상장치{Zoom lens and imaging apparatus}
본 발명은 신규 줌 렌즈 및 촬상장치에 관한 것이다. 자세한 것은, 비디오 카메라나 디지털 스틸 카메라 등의 촬상소자에 의해 수광하는 카메라에 적절한 줌 렌즈 및 이 줌 렌즈를 사용한 촬상장치에 관한 것이다.
종래부터, 카메라에 있어서의 기록 수단으로서 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 미세가공기술의 기술 진보에 수반하여, 중앙연산처리장치(CPU)의 고속화나 기억매체의 고집적화가 도모되며, 그것까지는 취급할 수 없을 것 같은 대용량의 화상 데이터가 고속 처리할 수 있게 되었다. 또, 수광소자에 있어서도 고집적화나 소형화가 도모되며, 고집적화에 의해, 보다 높은 공간 주파수의 기록이 가능하게 되며, 소형화에 의해, 카메라 전체의 소형화를 도모할 수 있게 되었다.
단, 상술의 고집적화나 소형화에 의해, 개개의 광전변환소자의 수광 면적이 좁아져, 전기출력의 저하에 수반하여 노이즈의 영향이 커지는 문제가 있었다. 이것을 방지하기 위해서, 광학계의 렌즈 구경비가 증가함(大口徑比化)에 의해 수광소 자상에 도달하는 광량을 증대시키는 시도나, 또, 각 소자 바로 앞에 미소한 렌즈 소자(소위, 마이크로 렌즈 어레이)를 배치하는 시도가 행해져 왔다. 상기 마이크로 렌즈 어레이는, 서로 이웃하는 소자끼리의 사이에 이르는 광속을 소자상으로 이끄는 대신에, 렌즈계의 사출동공(exit pupil) 위치에 제약을 준다. 즉, 렌즈계의 사출동공 위치가 수광소자에 가까워지면, 수광소자에 도달하는 주(主)광선의 광축이 이루는 각도가 커져, 화면 주변부로 향하는 축외광속이 광축에 대하여 한층 더 큰 각도를 이루고, 결과, 수광소자상에 도달하지 않고, 광량 부족을 초래하게 된다.
상기한 광전변환소자를 거쳐서 피사체상을 기록하는 카메라에 적절한 줌 렌즈에 관한 발명이 여러 가지 제안되어 왔다.
예를 들면, 비디오 카메라용의 줌 렌즈로서는, 물체측으로부터 순서로 배치된, 양렌즈군, 음렌즈군, 양렌즈군, 양렌즈군의 4개의 렌즈군으로 구성되는, 이른바, 양음양양 4군 줌 렌즈가 주류이다. 특히, 변배(變倍)에 있어서, 제 1렌즈군과 제 3렌즈군이 광축 방향으로 고정되며, 제 2렌즈군이 바리에이타(variator), 제 4렌즈군이 보정기로서 기능하는 줌 타입이 주류였다.
근년의 수광소자의 고집적화에 수반하고, 렌즈계의 소형화나 고성능화가 도모되어 왔다. 특히, 이러한 소형화나 고성능화를 도모하는데에는, 렌즈 위치 상태의 변화에 수반하는, 제수차(諸收差)의 변동을 양호하게 보정하는 것이 중요하다.
상기한 양음양양 4군 줌 렌즈에서는 음의 굴절력을 가지는 렌즈군이 1개밖에 존재하지 않기 때문에, 광각단 상태에서 음의 왜곡수차 보정이 어려운 것이 문제였 다. 특히, 바리에이타가 제 2렌즈군만을 위해, 소정의 변배비를 얻는 데에는 제 2렌즈군의 굴절력을 약하게 하는 것이 어렵고, 음의 왜곡수차의 보정을 다른 렌즈군으로 행할 필요가 있었다. 그 결과, 제 3렌즈군을 양(+)부분군과 음(-)부분군으로 구성하고, 광각단 상태에서 발생하기 쉬운 음의 왜곡수차를 양호하게 보정하도록 하고, 동시에, 제 3렌즈군은 제 2렌즈군에 의해 발산된 광속을 수렴시키기 위해, 강한 양굴절력을 가지도록 구성했다.
소형화와 고성능화를 양립시키는데에는, 비구면(非球面) 렌즈의 이용이 효과적인 것이 일반적으로 알려져 있다. 특히, 제 2렌즈군은 변배 작용을 담당하기 때문에, 굴절력이 강한 만큼, 소정의 변배비를 얻는데 필요한 이동량이 적게 되며, 렌즈 전체 길이의 단축화가 가능하다. 굴절력을 강하게 했을 때에 발생하는 제수차를 비구면을 도입함으로써 보정했다.
상기 양음양양 4군줌 렌즈에 있어서, 구체적으로 비구면 렌즈를 제 2렌즈군에 도입한 발명으로서는, 예를 들면, 특개 평8－160299호 공보, 특개 평11－52236호 공보, 특개 2002－36554호 공보가 알려져 있다.
특개 평8－160299호 공보의 실시예 6에 있어서는, 제 2렌즈군이 2장의 양(兩)오목렌즈 및 양(兩)볼록렌즈로 구성되며, 가장 물체 측에 배치되는 양(兩) 오목렌즈의 상(像)측 렌즈면이 비구면으로 되어 있다. 특개 평11－52236호 공보의 실시예 4, 5에 있어서는, 제 2렌즈군이 2장의 음렌즈로 구성되며, 가장 물체 측에 배치되는 음메니스커스(negative meniscus) 렌즈의 상(像)측 렌즈면이 비구면으로 되어 있다. 특개 2002－36554호 공보에 있어서는, 제 2렌즈군이 음메니스커스 렌 즈 및 양(兩) 오목렌즈와 양렌즈와의 접합 렌즈로 구성되며, 양(兩) 오목렌즈의 물체측 렌즈면이 비구면으로 되어 있다.
그렇지만, 제 2렌즈군은 변배 작용을 담당하는 렌즈군이며, 광각단 상태에서는 축외광속이 광축에서 멀어져 통과하고, 망원단 상태에서는 축상 광속이 퍼진 상태로 통과하기 때문에, 제조시에 발생하는 미소한 편심에 의해서도 편심 코마수차가 발생하고, 광학품질이 저하하기 쉽다고 하는 문제점이 있었다.
이 때문에, 특개 평8－160299호 공보와 같이, 제 2렌즈군의 가장 물체측의 렌즈면이 개구 조리개에 대하여 볼록면을 향했을 경우에는, 제조시에 발생하는 미소한 편심에 의하여 광각단 상태에서 화면 주연부에서 편심 코마수차가 발생하기 쉽고, 또, 3장의 단렌즈로 구성되기 때문에, 제조시에 발생하는 미소한 편심에 의하여 망원단 상태로 화면 중심부에서 편심 코마수차가 발생하기 쉽고, 결과, 소정의 광학품질을 유지하는 것이 어려웠다.
특개 평11－52236호 공보에 의한 줌 렌즈에서는, 회절광학소자를 포함하고 있기 때문에, 렌즈 매수는 적지만 제조시에 발생하는 미소한 편심에 의해서도 회절이 변화하고, 제수차의 보정 상태가 변화하기 때문에, 소정의 광학 성능을 얻는 것이 어렵다고 하는 문제가 있었다. 이 때문에, 제조시에 발생하는 편심을 힘껏 억제하도록 경통구조나, 조정 방법이 필요하게 되므로, 경통구조 및 조정 작업의 복잡화를 발생하게 하고, 그 결과 현저한 비용 증가를 초래하고 있다.
특개 2002－36554호 공보에 의한 줌 렌즈에서는, 비구면이 설치된 양(兩)오목렌즈는 물체측 렌즈면이 개구 조리개에 대하여, 볼록면을 향하기 때문에, 편심이 일어났을 때에 화면 주변부에 있어 발생하는 코마수차의 변동이 크고, 제조시에 있어서의 약간의 조립 오차 등에 의해서 광학 품질이 손상되어, 안정된 광학 품질을 얻는 것이 어렵다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하고, 제조시에 있어서의 조립 오차 등의 영향을 줄이고, 안정된 광학 품질을 달성 가능한 줌 렌즈 및 이 줌 렌즈를 사용한 촬상장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명 줌 렌즈는, 상기한 과제를 해결하기 위해서, 물체측으로부터 순서로, 양의 굴절력을 가지는 제 1렌즈군, 음의 굴절력을 가지는 제 2렌즈군, 양의 굴절력을 가지는 제 3렌즈군, 양의 굴절력을 가지는 제 4렌즈군이 배열되어서 이루어지며, 광각단 상태에서 망원단 상태까지 렌즈 위치 상태가 변화할 때에, 상기 제 1 렌즈군 및 제 3렌즈군이 광축 방향으로 일정한 위치로 고정되며, 상기 제 2 렌즈군이 상측으로 이동하고, 상기 제 4 렌즈군의 이동에 의해 상기 제 2 렌즈군의 이동에 수반하는 상(像)면위치의 변동을 보상하고, 개구 조리개가 상기 제 3 렌즈군의 물체측 또는 제 3렌즈군중에 배치되며, 상기 렌즈 위치 상태가 변화할 때에 광축 방향으로 고정되며, 상기 제 2 렌즈군은, 물체측으로부터 순서로 배열된, 상측에 오목면을 향한 음메니스커스 렌즈 및 양오목렌즈와 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와의 접합 렌즈로 구성되며, 상기 음메니스커스 렌즈는 유리 렌즈의 상측에 수지(樹脂)렌즈를 복합한 복합 렌즈이며, 상기 수지렌즈의 상측 렌즈면이 비구면이며, n2를 제 2렌즈군을 구성하는 유리 렌즈의 d선에 대한 굴절률의 평균으로서, 조건식(1) n2＞1.75를 만족한다.
또, 본 발명 촬상장치는, 상기한 과제를 해결하기 위해서, 줌 렌즈와, 상기 줌 렌즈로 형성된 광학상을 전기신호로 변환하는 촬상소자를 갖춘 촬상장치이며, 상기 줌 렌즈는, 물체측으로부터 순서로, 양의 굴절력을 가지는 제 1렌즈군, 음의 굴절력을 가지는 제 2렌즈군, 양의 굴절력을 가지는 제 3렌즈군, 양의 굴절력을 가지는 제 4렌즈군이 배열되어 이루어지며, 광각단 상태에서 망원단 상태까지 렌즈 위치 상태가 변화할 때에, 상기 제 1 렌즈군 및 제 3렌즈군이 광축 방향으로 일정한 위치에 고정되며, 상기 제 2 렌즈군이 상측으로 이동하고, 상기 제 4 렌즈군의 이동에 의해 상기 제 2 렌즈군의 이동에 수반하는 상면위치의 변동을 보상하고, 개구 조리개가 상기 제 3 렌즈군의 물체측 또는 제 3렌즈군중에 배치되며, 상기 렌즈 위치 상태가 변화할 때에 광축 방향으로 고정되며, 상기 제 2 렌즈군은, 물체측으로부터 순서로 배열된, 상측에 오목면을 향한 음메니스커스 렌즈 및 양(兩)오목렌즈와 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와의 접합 렌즈로 구성되며, 상기 음메니스커스 렌즈는 유리 렌즈의 상측에 수지렌즈를 복합한 복합 렌즈이며, 상기 수지렌즈의 상측 렌즈면이 비구면이며, n2를 제 2렌즈군을 구성하는 유리 렌즈의 d선에 대한 굴절률의 평균으로서, 조건식(1) n2＞1.75를 만족한다.
따라서, 본 발명에 있어서는, 제 2렌즈군의 두께가 감소하고, 소형화와 고성능화의 양립을 도모할 수 있다.
본 발명 줌 렌즈는, 물체측으로부터 순서로, 양의 굴절력을 가지는 제 1렌즈군, 음의 굴절력을 가지는 제 2렌즈군, 양의 굴절력을 가지는 제 3렌즈군, 양의 굴절력을 가지는 제 4렌즈군이 배열되어서 이루어지며, 광각단 상태에서 망원단 상태까지 렌즈 위치 상태가 변화할 때에, 상기 제 1 렌즈군 및 제 3렌즈군이 광축 방향으로 일정한 위치에 고정되며, 상기 제 2 렌즈군이 상측으로 이동하고, 상기 제 4 렌즈군의 이동에 의해 상기 제 2 렌즈군의 이동에 수반하는 상면위치의 변동을 보상하고, 개구 조리개가 상기 제 3 렌즈군의 물체측 또는 제 3렌즈군중에 배치되며, 상기 렌즈 위치 상태가 변화할 때에 광축 방향으로 고정되며, 상기 제 2 렌즈군은, 물체측으로부터 순서로 배열된, 상측에 오목면을 향한 음메니스커스 렌즈 및 양(兩)오목렌즈와 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와의 접합 렌즈로 구성되며, 상기 음메니스커스 렌즈는 유리 렌즈의 상측에 수지렌즈를 복합한 복합 렌즈이며, 상기 수지렌즈의 상측 렌즈면이 비구면이며, 이하의 조건식(1)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
(1) n2＞1.75
단,
n2： 제 2렌즈군을 구성하는 유리 렌즈의 d선에 대한 굴절률의 평균.
또, 본 발명 촬상장치는, 줌 렌즈와, 상기 줌 렌즈로 형성된 광학상을 전기신호로 변환하는 촬상소자를 갖춘 촬상장치이며, 상기 줌 렌즈는, 물체측으로부터 순서로, 양의 굴절력을 가지는 제 1렌즈군, 음의 굴절력을 가지는 제 2렌즈군, 양의 굴절력을 가지는 제 3렌즈군, 양의 굴절력을 가지는 제 4렌즈군이 배열되어 이루어지며, 광각단 상태에서 망원단 상태까지 렌즈 위치 상태가 변화할 때에, 상기 제 1 렌즈군 및 제 3렌즈군이 광축 방향으로 일정한 위치로 고정되며, 상기 제 2 렌즈군이 상측으로 이동하고, 상기 제 4 렌즈군의 이동에 의해 상기 제 2 렌즈군의 이동에 수반하는 상면위치의 변동을 보상하고, 개구 조리개가 상기 제 3 렌즈군의 물체측 또는 제 3렌즈군중에 배치되어 상기 렌즈 위치 상태가 변화할 때에 광축 방향으로 고정되며, 상기 제 2 렌즈군은, 물체으로부터 순서로 배열된, 상측에 오목면을 향한 음메니스커스 렌즈 및 양(兩)오목렌즈와 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와의 접합 렌즈로 구성되며, 상기 음메니스커스 렌즈는 유리 렌즈의 상측에 수지렌즈를 복합한 복합 렌즈이며, 상기 수지렌즈의 상측 렌즈면이 비구면이며, 이하의 조건식(1)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
(1) n2＞1.75
단,
n2： 제 2렌즈군을 구성하는 유리 렌즈의 d선에 대한 굴절률의 평균.
따라서, 본 발명 줌 렌즈에 있어서는, 제 2렌즈군의 두께가 감소하고, 소형화와 고성능화의 양립을 도모할 수 있다. 또, 본 발명 촬상장치는, 본 발명 줌 렌즈를 사용함으로써 소형으로 구성할 수 있는 동시에 고화질의 화상을 취득할 수 있다.
청구항 2 및 청구항 6에 기재한 발명에 있어서는, Rs를 제 2렌즈군중에 배치되는 음메니스커스 렌즈의 가장 상(像)측의 렌즈면의 곡율 반경, Da를 광각단 상태에 있어서의 상기 렌즈면(Rs)에서 개구 조리개까지의 거리로 하고, 조건식(2) 0.25＜Rs／Da＜0.45를 만족하므로, 광각단 상태에 있어서, 화각의 변화에 수반하여 발생하는 코마수차의 변동을 양호하게 보정할 수 있다.
청구항 3 및 청구항 7에 기재한 발명에 있어서는, R1를 제 2렌즈군중에 배치되는 음메니스커스 렌즈의 가장 물체측의 렌즈면의 곡율 반경, R2를 제 2렌즈군중에 배치되는 음메니스커스 렌즈를 구성하는 유리 렌즈의 상측 렌즈면의 곡율 반경으로 하고, 조건식(3) 0.7＜(R1－R2)／(R1＋R2)＜0.9를 만족하므로, 제조시에 있어서의 조립 오차 등의 영향을 줄이고, 안정된 광학 품질을 달성할 수 있는 동시에 렌즈계의 더욱 소형화가 가능하다.
청구항 4 및 청구항 8에 기재한 발명에 있어서는, f2를 제 2렌즈군의 초점거리, fw를 광각단 상태에 있어서의 렌즈전계에서의 초점거리, ft를 망원단 상태에 있어서의 렌즈전계에서의 초점거리로 하고 조건식(4) 0.3＜｜f2｜／(fw·ft)1／2＜0.4를 만족하므로, 렌즈 위치 상태의 변화에 수반하여 발생하는 축외 수차의 변동을 보다 양호하게 보정할 수 있다.
도 1은, 본 발명 줌 렌즈의 각 실시 예의 굴절력 배치와 변배시에 있어서의 각 렌즈군의 가동 여부를 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명 줌 렌즈의 제 1실시 예의 렌즈 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은, 도 4 및 도 5와 함께 제 1실시예에 구체적 수치를 적용한 수치 실시예 1의 각종 수차도를 나타내는 것이며, 본 도면은 광각단 상태에 있어서의 구면 수차, 비점수차, 왜곡수차 및 코마수차를 나타내는 것이다.
도 4는, 중간 초점거리 상태에 있어서의 구면 수차, 비점수차, 왜곡수차 및 코마수차를 나타내는 것이다.
도 5는, 망원단 상태에 있어서의 구면 수차, 비점수차, 왜곡수차 및 코마수차를 나타내는 것이다.
도 6은, 본 발명 줌 렌즈의 제 2 실시예의 렌즈 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은, 도 8 및 도 9와 함께 제 2 실시예에 구체적 수치를 적용한 수치 실시예 2의 각종 수차도를 나타내는 것이며, 본 도면은 광각단 상태에 있어서의 구면 수차, 비점수차, 왜곡수차 및 코마수차를 나타내는 것이다.
도 8은, 중간 초점거리 상태에 있어서의 구면 수차, 비점수차, 왜곡수차 및 코마수차를 나타내는 것이다.
도 9는, 망원단 상태에 있어서의 구면 수차, 비점수차, 왜곡수차 및 코마수차를 나타내는 것이다.
도 10은, 본 발명 줌 렌즈의 제 3실시 예의 렌즈 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은, 도 12 및 도 13과 함께 제 3실시예에 구체적 수치를 적용한 수치 실시예 3의 각종 수차도를 나타내는 것이며, 본 도면은 광각단 상태에 있어서의 구면 수차, 비점수차, 왜곡수차 및 코마수차를 나타내는 것이다.
도 12는, 중간 초점거리 상태에 있어서의 구면 수차, 비점수차, 왜곡수차 및 코마수차를 나타내는 것이다.
도 13은, 망원단 상태에 있어서의 구면 수차, 비점수차, 왜곡수차 및 코마수차를 나타내는 것이다.
도 14는, 본 발명 촬상장치의 실시의 형태를 나타내는 블럭도이다.
이하에, 본 발명 줌 렌즈 및 촬상장치를 실시하기 위한 최선의 형태에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명 줌 렌즈는, 물체측으로부터 순서로, 양의 굴절력을 가지는 제 1렌즈군, 음의 굴절력을 가지는 제 2렌즈군, 양의 굴절력을 가지는 제 3렌즈군, 양의 굴절력을 가지는 제 4렌즈군의 4개의 렌즈군을 배열하여 구성하고, 초점거리가 가장 짧은 광각단 상태에서 초점거리가 가장 긴 망원단 상태까지 변배할 때에, 제 1렌즈군과 제 3렌즈군이 광축 방향으로 일정 위치에 고정되며, 제 2렌즈군이 상측으로 이동하고, 제 4렌즈군이 제 2렌즈군의 이동에 수반하는 상면위치의 변동을 보상하도록 이동한다.
개구 조리개는 제 3렌즈군의 물체측이든지, 혹은, 제 3렌즈군중에 배치된다.
이상 구성의 기본으로, 본 발명 줌 렌즈에 있어서는, 제 2렌즈군이 물체측으로부터 순서로 배열된, 상(像)측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 음렌즈 및 양(兩)오목렌즈와 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와의 접합 렌즈로 구성되며, 음메니스커스 렌즈를 유리 렌즈와 그 상측에 성형된 수지렌즈와의 복합 렌즈로 하고, 수지렌즈의 상측 렌즈면을 비구면으로 함으로써, 소형화와 고성능화를 양립시켜, 제조시에 있어서의 조립 오차 등의 영향을 줄이고, 안정된 광학 품질을 달성할 수 있다.
종래부터, 양음양양 4군줌 렌즈에 있어서는, 광각단 상태에서 망원단 상태까지 렌즈 위치 상태가 변화할 때에 발생하는 축외 수차의 변동을 양호하게 보정하는 것이 중요했다.
이러한 변동을 보정하는데에는, 축외광속의 통과하는 높이를 렌즈 위치 상태의 변화에 수반하여 적극적으로 변화시키는 것이 효과적이며, 특히, 개구 조리개의 물체측과 상측에 각각 1개 이상의 가동 렌즈군을 설치함으로써, 상기 변동을 양호하게 보정하는 것이 가능하다.
본 발명 줌 렌즈에 있어서는, 제 3렌즈군의 물체측이든지, 혹은, 제 3렌즈군중에 개구 조리개를 배치함으로써, 가동인 제 2렌즈군을 개구 조리개의 물체 측에, 같은 가동인 제 4렌즈군을 개구 조리개의 상측에 배치하고, 렌즈 위치 상태의 변화에 수반하여 발생하는 축외 수차의 변동을 양호하게 보정하고 있다.
종래의 양음양양 4군줌 렌즈에 있어서는, 음의 굴절력을 가지는 렌즈군이 제 2렌즈군밖에 없기 때문에, 광학계의 소형화와 광학 성능의 고성능화와의 양립화가 어렵다고 하는 문제가 있었다.
일반적으로 광학계의 소형화와는 렌즈 전체 길이의 단축화와 개구 조리개로부터 떨어져 배치되기 때문에 렌즈지름이 큰 제 1렌즈군의 렌즈지름의 소경화로 나누어지지만, 크기는 체적이기 때문에, 길이의 감소에만 기여하는 렌즈 전체 길이의 단축화보다 높이와 폭의 감소에 기여하는 렌즈지름의 소경화가 소형화으로의 기여가 크다.
그런데, 제 1렌즈군의 렌즈지름을 소경화 하는데에는, 제 1렌즈군 및 제 2렌즈군을 통과하는 축외광속의 높이를 광축에 접근할 필요가 있다. 그렇지만, 광각단 상태에서 망원단 상태까지 렌즈 위치 상태가 변화할 때에 발생하는 축외 수차의 보정에는, 각 렌즈군을 통과하는 축외광속의 높이를 적극적으로 변화시키는 것이 중요하고, 그 때문에 소경화와 고성능화와의 양립화가 어려웠다.
제 1렌즈군의 렌즈지름을 작게 하기 위해서는, 광각단 상태로 제 1렌즈군을 통과하는 광속이 광축에 가까운 위치를 통과하도록 구성하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 축외 수차는 제 2렌즈군에 있어서 보정하는 것이 바람직하지만, 상술한 대로, 소경화를 도모하기 위해, 제 2렌즈군을 통과하는 축외광속을 광축에 접근하면, 화각의 변화에 수반하여 발생하는 코마수차의 변동을 양호하게 보정하는 것이 어려웠다.
그래서, 본 발명 줌 렌즈에 있어서는, 제 2렌즈군 전체의 두께를 얇게 함으로써, 소경화를 도모하고 있다. 구체적으로는, 제 2렌즈군을 음메니스커스 렌즈 및 그 상측에 공기 간격을 두고 배치되는, 양(兩)오목렌즈와 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와의 접합 렌즈에 의해 구성하고, 제 2렌즈군을 구성하는 각 렌즈에 고굴절률의 초재를 도입함으로써, 음메니스커스 렌즈의 상측 렌즈면 및 양(兩)오목렌즈의 물체측 렌즈면의 곡율 반경을 크게 하는 것을 가능하게 하고, 거기에 따라 음메니스커스 렌즈와 양오목렌즈와의 사이에 형성되는 공기 간격을 좁히고, 제 2렌즈군의 두께를 얇게 하고 있다.
부가하여, 음메니스커스 렌즈를 메니스커스 형상의 유리 렌즈와, 그 상측 렌즈면에 밀착하도록 성형된 얇은 수지렌즈와의 복합 렌즈로서, 수지렌즈의 상측 렌즈면을 비구면으로 구성하고 있다.
근년, 유리 렌즈의 비구면 렌즈의 가공은, 몰드 성형에 의한 것이 주류로 되 어 있지만, 성형전의 소재 형상이 구형에 가깝기 때문에, 양(兩)볼록렌즈 형상의 가공에는 적합해도, 음렌즈의 가공에는 적합하지 않다. 특히, 제 2렌즈군중에 있는 바와 같이 메니스커스 형상의 음렌즈에서는, 물체측 렌즈면, 상측 렌즈면의 어느 면의 구심도, 렌즈 위치로부터 상측으로 떨어져 위치하기 때문에, 성형 직후의 냉각 단계에서 불균형한 응력이 걸려 분열이 발생하기 쉽다. 이 때문에, 중심 두께를 두껍게 하는, 중심 두께와 렌즈 주연부에서의 두께차이를 줄이는 등이라고 하는 렌즈 형상의 제약이 생기고, 결과, 소경화나 고성능화라고 하는 효과를 충분히 얻을 수 없었다.
그런데, 종래부터, 유리 렌즈 위에 밀착하도록 수지렌즈를 성형한 복합 렌즈가 알려져 있다. 몰드 성형이 어려운 오목렌즈에 많이 이용되는 비구면 가공 기술이지만, 곡율 반경이 작은 오목면으로의 수지렌즈의 성형은, 성형시의 이형성(離型性)이 뒤떨어져, 이형시에 수지렌즈면에 부가하는 응력에 의해 면 정밀도가 열화 한다고 하는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명 줌 렌즈에 있어서는, 상술한 바와 같이, 제 2렌즈군을 구성하는 유리 렌즈를 고굴절률의 초재로 형성함으로써, 음메니스커스 렌즈의 상측 렌즈면의 곡율 반경을 크게 하는 것을 가능하게 하고, 그리고, 이 곡율 반경을 크게 한 유리 렌즈 면상에 얇은 수지렌즈면을 성형함으로써 수지렌즈의 성형시의 이형성을 양호하게 하고 수지렌즈가 양호한 면 정밀도를 유지하도록 하고, 이것에 의하여, 소형화에 수반하여 발생하는 제수차의 변동을 양호하게 보정하는 것을 가능하게 하고 있다.
또, 음메니스커스 렌즈는 제 2렌즈군으로 가장 개구 조리개로부터 떨어져 있기 때문에, 축상 광속과 축외 광속이 떨어져 통과한다. 이 때문에, 광각단 상태에서 발생하기 쉬운 화각의 변화에 수반하는 코마수차의 변동을 양호하게 보정할 수 있다.
본 발명 줌 렌즈는, 이상과 같이 구성함으로써, 소경화와 고성능화와의 양립을 실현했다.
본 발명 줌 렌즈는, n2를 제 2렌즈군을 구성하는 유리 렌즈의 d선에 대한 굴절률의 평균으로 하여 이하의 조건식(1)을 만족한다.
(1) n2＞1.75
또한, n2는 음메니스커스 렌즈의 유리 렌즈 부분의 d선에 대한 굴절률을 n21, 양(兩)오목렌즈의 d선에 대한 굴절률을 n22, 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈의 굴절률을 n23으로 할 때, 이하의 식으로 산출된다.
n2=(n21＋n22＋n23)／3
상기 조건식(1)은 제 2렌즈군중에 배치되는 유리 렌즈의 d선에 대한 굴절률을 규정하는 조건식이다.
상기한 바와 같이, 본 발명 줌 렌즈에 있어서는, 제 2렌즈군을 구성하는 유리 렌즈의 굴절률을 높게 함으로써, 제 2렌즈군의 두께를 줄이고 있다. 조건식(1)을 만족하도록, 굴절률을 설정함으로써, 렌즈지름의 소경화와 고성능화와의 양립을 도모할 수 있다.
또한, 더욱 렌즈지름의 소경화를 도모하는데에는, 하한치를 1.8로 하는 것이 바람직하다.
본 발명 줌 렌즈에 있어서, 광각단 상태에 있어서, 화각의 변화에 수반하여 발생하는 코마수차의 변동을 또한 양호하게 보정하기 위해서는, Rs를 제 2렌즈군중에 배치되는 음메니스커스 렌즈의 가장 상측의 렌즈면의 곡율 반경, Da를 광각단 상태에 있어서의 상기 렌즈면에서 개구 조리개까지의 거리로서 이하의 조건식(2)을 만족하는 것이 바람직하다.
(2) 0.25＜Rs／Da＜0.45
상기 조건식(2)은 제 2렌즈군중에 배치되는 복합 렌즈의 가장 상측의 렌즈면의 곡율 반경을 규정하는 조건식이다.
조건식(2)의 상한치를 웃돌았을 경우, 제 2렌즈군을 통과하는 축외광속이 광축으로부터 너무 멀어지기 때문에, 렌즈지름의 소형화를 충분히 도모할 수 할 수 없게 된다.
반대로, 조건식(2)의 하한치를 밑돌았을 경우, 상기 상측 렌즈면의 곡율 반경이 작아지기 때문에, 성형시에 금형과 수지렌즈와의 이형성이 나빠지고, 수지렌즈의 성형면이 형상 불량을 일으키기 쉬워진다. 이와 같은, 제조시에 생기는 문제에 의하여 안정된 광학 성능을 얻을 수 없게 된다.
한층 더 렌즈지름의 소형화를 도모하는데에는, 하한치를 0.3으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명 줌 렌즈에 있어서, 제조시에 생기는 문제에 관계없이 안정된 광학 품질을 확보하고, 또한, 한층 더 렌즈지름의 소형화를 도모하기 위해서, R1을 제 2 렌즈군중에 배치되는 음메니스커스 렌즈의 가장 물체측의 렌즈면의 곡율 반경, R2를 제 2렌즈군중에 배치되는 음메니스커스 렌즈를 구성하는 유리 렌즈의 상측 렌즈면의 곡율 반경으로서 이하의 조건식(3)을 만족하는 것이 바람직하다.
(3) 0.7＜(R1－R2)／(R1＋R2)＜0.9
상기 조건식(3)은 제 2렌즈군중에 배치되는 복합 렌즈의 유리 렌즈 부분의 형상을 규정하는 조건식이다.
조건식(3)의 상한치를 웃돌았을 경우, 상기 유리 렌즈 부분의 중심부와 주연부에서의 두께차가 커지기 때문에, 성형시의 가온(加溫)에 의한 형상 변화가 중앙부와 주연부로 크게 다르게 된다. 따라서, 상온시와 다른 형상의 유리 렌즈의 오목면에 대하여 수지렌즈가 성형되기 때문에, 상온으로 돌아오면 수지렌즈의 렌즈면의 형상이 성형시부터 변화하여, 그 결과, 소정의 광학 성능을 얻을 수 없게 된다.
조건식(3)의 하한치를 밑돌았을 경우, 제 2렌즈군의 요점 위치가 상측으로 이동하기 때문에, 제 2렌즈군을 통과하는 축외광속이 광축으로부터 멀어지고, 렌즈지름의 소형화를 충분히 도모할 수 없게 된다.
본 발명 줌 렌즈에 있어서는, 렌즈 위치 상태의 변화에 수반하여 발생하는 축외 수차의 변동을 보다 양호하게 보정하기 위해서, f2를 제 2렌즈군의 초점거리, fw를 광각단 상태에 있어서의 렌즈전계에서의 초점거리, ft를 망원단 상태에 있어서의 렌즈전계에서의 초점거리로서, 이하의 조건식(4)을 만족하는 것이 바람직하다.
(4) 0.3＜|f2|／(fw·ft)1／2＜0.4
상기 조건식(4)은 제 2렌즈군의 굴절력을 규정하는 조건식이다.
조건식(4)의 상한치를 웃돌았을 경우, 소정의 변배비를 얻는데 필요한 제 2렌즈군의 이동량이 커지기 때문에, 렌즈 전체 길이의 대형화를 일으켜, 바람직하지 않다.
반대로, 조건식(4)의 하한치를 밑돌았을 경우, 음메니스커스 렌즈에 비구면을 도입해도, 렌즈 위치 상태의 변화에 수반하여 발생하는 축외 수차의 변동을 억제하는 것이 어려워진다.
본 발명 줌 렌즈에 있어서는, 제 2렌즈군 이외의 렌즈군의 어느 쪽인가에 비구면 렌즈를 이용함으로써, 보다 높은 광학 성능을 실현할 수 있다. 특히, 제 3렌즈군의 가장 물체측의 렌즈면을 비구면으로 함으로써, 중심 성능의 한층 더 고성능화가 가능해진다. 또, 제 4렌즈군에 비구면 렌즈를 이용함으로써, 망원단 상태에 있어서의 화각에 의한 코마수차의 변동을 한층 더 양호하게 보정하는 것이 가능하다.
게다가 바람직하게는, 제 2렌즈군에 이용한 비구면 외에 복수의 비구면을 이용함으로써 높은 광학 성능을 얻을 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
본 발명 줌 렌즈에 있어서, 렌즈계를 구성하는 렌즈군 가운데, 1개의 렌즈군, 혹은 1개의 렌즈군의 일부를 광축에 거의 수직인 방향으로 시프트 시킴으로써, 상을 시프트 시키는 것도 가능하고, 카메라의 흔들림을 검출하는 검출계, 상기 렌 즈군을 시프트 시키는 구동계, 검출계의 출력에 따라서 구동계에 시프트량을 부여하는 제어계와 조합함으로써, 방진광학계로서 기능시키는 것이 가능하다.
특히, 본 발명에 있어서는, 제 3렌즈군의 일부, 혹은 전체를 광축에 거의 수직인 방향으로 시프트 시킴으로써, 적은 수차 변동으로 상을 시프트 시키는 것이 가능하다. 제 3렌즈군은 개구 조리개의 근방에 배치되므로, 축외광속이 광축 부근을 통과하므로, 시프트 시켰을 때에 발생하는 코마수차의 변동이 적기 때문이다.
또한, 본 발명 줌 렌즈에 있어서는, 근거리 합초시에 렌즈계를 구성하는 렌즈군 가운데, 1개의 렌즈군을 이동시키든지, 혹은, 1개의 렌즈군 가운데, 일부 렌즈군을 이동시키는 것이 바람직하다.
특히, 제 4렌즈군을 이동시키는 경우, 렌즈지름이 작기 때문에 적은 일량(=중량×이동량)으로 근거리 합초가 행해지기 때문에, 바람직하다.
또, 무아레 줄무늬의 발생을 막기 위해서, 렌즈계의 상측에 저역통과필터를 배치하거나, 수광소자의 분광 감도 특성에 따라 적외 컷트 필터를 배치하는 것도 물론 가능하다.
이하에, 본 발명 줌 렌즈를 구체화한 실시예 및 실시예에 구체적 수치를 적용한 수치 실시예에 대하여 설명한다.
또한, 각 수치 실시예에 있어서 비구면은 이하의 수학식 1에서 나타내진다.
Figure 112006055129866-PCT00001
또한, y는 광축으로부터의 높이, x는 새그(sag)량, c는 곡율, κ는 원추정수, C4, C6,…는 비구면 계수이다.
도 1은 본 발명 줌 렌즈의 각 실시 예의 굴절력 배분을 나타내고 있고, 물체측으로부터 순서로, 양의 굴절력을 가지는 제 1렌즈군(G1), 음의 굴절력을 가지는 제 2렌즈군(G2), 양의 굴절력을 가지는 제 3렌즈군(G3), 양의 굴절력을 가지는 제 4렌즈군(G4)이 배열되어 구성되며, 광각단 상태(도 1에 W의 선상에서 나타내는 상태)에서 망원단 상태(도 1에 T의 선상에서 나타내는 상태)로의 변배에 있어서, 제 1렌즈군(G1)과 제 2렌즈군(G2)과의 사이의 공기 간격은 증대하고, 제 2렌즈군(G2)과 제 3렌즈군(G3)과의 사이의 공기 간격은 감소하도록, 제 2렌즈군(G2)이 상측으로 이동한다. 이 때, 제 1렌즈군과 제 3렌즈군은 고정이며, 제 4렌즈군(G4)이 제 2렌즈군의 이동에 수반하는 상면위치의 변동을 보정하도록 이동한다.
또한, 각 실시예에 있어서는, 가장 상(像)측에 보호 유리가 배치되어 있다.
도 2는 본 발명 줌 렌즈의 제 1실시예(1)에 의한 렌즈 구성을 나타내고 있고, 제 1렌즈군(G1)은 물체 측에 볼록면을 향한 메니스커스 형상의 음렌즈와 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와의 접합 렌즈(L111) 및 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈(L112)에 의해 구성되며, 제 2렌즈군(G2)은 상측에 오목면을 향한 음메니스커스 렌즈(L121) 및 양(兩)오목형상의 음렌즈와 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와의 접합 렌즈(L122)에 의해 구성되며, 제 3렌즈군(G3)은 양(兩)볼록형상의 양렌즈(L131) 및 양(兩)볼록렌즈와 양(兩)오목렌즈와의 접합 렌즈(L132)에 의해 구성되며, 제 4렌즈군(G4)은 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈(L141)에 의해 구성된다. 그리고, 제 2렌즈군(G2)의 음메니스커스 렌즈(L121)는 그 상측 면에 수지렌즈(PL1)가 일체적으로 형성된 복합 렌즈이다.
제 1실시예(1)에서는, 개구 조리개(S)가 제 2렌즈군(G2)과 제 3렌즈군(G3)과의 사이에 배치되며, 렌즈 위치 상태의 변화시에 고정한다. 또, 제 4렌즈군(G4)과 결상면(IMG)과의 사이에 보호 유리(GL)가 배치되어 있다.
이하의 표 1에, 상기 제 1 실시예에 구체적 수치를 적용한 수치 실시예 1의 제원(諸元)의 값을 나타낸다. 표 1을 포함하는 이하의 각 제원표중의 f는 초점거리, FNO는 F넘버, 2ω는 화각을 나타내고, 굴절률은 d선(λ=587.6 nm)에 대한 값이다. 또한, 표 1을 포함하는 이하의 각 제원표중에서 곡율 반경(0)과는 평면을 나타낸다.
Figure 112006055129866-PCT00002
수치 실시예 1에 있어서, 제 8면, 제 13면, 제 18면, 제 19면의 각 렌즈면은 비구면이며, 비구면 계수는 표 2에 나타내는 바와 같다.
Figure 112006055129866-PCT00003
제 1 실시예(1)에 있어서, 렌즈 위치 상태가 변화할 때에, 제 1렌즈군(G1)과 제 2렌즈군(G2)과의 사이의 축상면 간격(D5), 제 2렌즈군(G2)과 개구 조리개(S)와의 사이의 축상면 간격(D11), 제 3렌즈군(G3)과 제 4렌즈군(G4)과의 사이의 축상면 간격(D17), 제 4렌즈군(G4)과 보호 유리(GL)와의 사이의 축상면 간격(D19)은 가변한다. 그래서, 표 3에 수치 실시예 1에 있어서의 상기 각 가변축 상면 간격을 초점거리(f)와 함께 나타낸다.
Figure 112006055129866-PCT00004
이하의 표 4에 수치 실시예 1에 있어서의(1)~(4)의 각 조건식 대응값을 나타낸다.
Figure 112006055129866-PCT00005
도 3 내지 도 5는 수치 실시예 1에 있어서의 무한원합초(infinite-distance focusing)상태에서의 제수차도를 각각 나타내며, 도 3은 광각단 상태(f=1.000), 도 4는 중간 초점거리 상태(f=2.942), 도 5는 망원단 상태(f=9.188)에 있어서의 제수차 도면을 나타낸다.
비점수차 도면중 실선은 새저틀(sagittal)상면, 파선은 메리디오널(meridonal)상면을 나타내고, 코마수차도는, 상고y=0, 0.254, 0.355, 0.507으로의 코마수차를 각각 나타내고, A는 화각을 나타낸다.
각 수차도로부터, 수치 실시예 1은 제수차가 양호하게 보정되며, 뛰어난 결상 성능을 가지고 있는 것이 밝혀졌다.
도 6은 본 발명 줌 렌즈의 제 2실시예(2)의 렌즈 구성을 나타내고 있고, 제 1렌즈군(G1)은 물체 측에 볼록면을 향한 메니스커스 형상의 음렌즈와 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와의 접합 렌즈(L211) 및 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈(L212)에 의해 구성되며, 제 2렌즈군(G2)은 상측에 오목면을 향한 음메니스커스 렌즈(L221) 및 양(兩)오목형상의 음렌즈와 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와의 접합 렌즈(L222)에 의해 구성되며, 제 3렌즈군(G3)은 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈(L231), 양(兩)오목형상의 음렌즈(L232) 및 양(兩)오목형상의 양렌즈(L233)에 의해 구성되며, 제 4렌즈군(G4)은 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈(L241)에 의해 구성된다. 그리고, 제 2렌즈군(G2)의 음메니스커스 렌즈(L221)는 그 상측의 면에 수지렌즈(PL2)가 일체적으로 형성된 복합 렌즈이다.
제 2실시예(2)에서는, 개구 조리개(S)가 제 3렌즈군중의 양렌즈(L231)와 음렌즈(L232)와의 사이에 배치되며, 렌즈 위치 상태의 변화시에 고정한다. 또, 제 4렌즈군(G4)과 결상면(IMG)과의 사이에 보호 유리(GL)가 배치되어 있다.
이하의 표 5에, 제 2실시예에 구체적 수치를 적용한 수치 실시예 2의 제원의 값을 나타낸다.
Figure 112006055129866-PCT00006
수치 실시예 2에 있어서, 제 8면, 제 12면, 제 19면, 제 20면의 각 렌즈면은 비구면이며, 비구면 계수는 표 6에 나타내는 바와 같다.
Figure 112006055129866-PCT00007
제 2실시예(2)에 있어서, 렌즈 위치 상태가 변화할 때에, 제 1렌즈군(G1)과 제 2렌즈군(G2)과의 사이의 축상면 간격(D5), 제 2렌즈군(G2)과 제 3렌즈군(G3)과 의 사이의 축상면 간격(D11), 제 3렌즈군(G3)과 제 4렌즈군(G4)과의 사이의 축상면 간격(D18), 제 4렌즈군(G4)과 보호 유리(GL)와의 사이의 축상면 간격(D20)은 가변이다. 그래서, 표 7에 수치 실시예 2에 있어서의 상기 각 가변축 상면 간격을 초점거리(f)와 함께 나타낸다.
Figure 112006055129866-PCT00008
이하의 표 8에 수치 실시예 2에 있어서의(1)~(4)의 각 조건식 대응치를 나타낸다.
Figure 112006055129866-PCT00009
도 7 내지 도 9는 수치 실시예 2의 무한원합초상태에서의 제수차 도면을 각각 나타내며, 도 7은 광각단 상태(f=1.000), 도 8은 중간 초점거리 상태(f=4.077), 도 9는 망원단 상태(f=9.066)에 있어서의 제수차도를 나타낸다.
비점수차 도면중의 실선은 새저틀상면, 파선은 메리디오널상면을 나타낸다. 코마수차도는, 상고y=0, 0.269, 0.376, 0.538으로의 코마수차를 각각 나타내고, A는 화각을 나타낸다.
각 수차도로부터, 수치 실시예 2는 제수차가 양호하게 보정되며, 뛰어난 결상 성능을 가지고 있는 것이 밝혀졌다.
도 10은 본 발명 줌 렌즈의 제 3실시예(3)의 렌즈 구성을 나타내고 있고, 제 1렌즈군(G1)은 물체 측에 볼록면을 향한 메니스커스 형상의 음렌즈와 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와의 접합 렌즈(L311) 및 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈(L312)에 의해 구성되며, 제 2렌즈군(G2)은 상측에 오목면을 향한 음메니스커스 렌즈(L321) 및 양(兩)오목형상의 음렌즈와 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와의 접합 렌즈(L322)에 의해 구성되며, 제 3렌즈군(G3)은 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와 상측에 오목면을 향한 음렌즈와의 접합 렌즈(L331) 및 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈(L332)에 의해 구성되며, 제 4렌즈군(G4)은 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈(L341)에 의해 구성된다. 그리고, 제 2렌즈군(G2)의 음메니스커스 렌즈(L321)는 그 상측 면에 수지렌즈(PL3)가 일체적으로 형성된 복합 렌즈이다.
제 3실시예(3)에서는, 개구 조리개(S)가 제 2렌즈군(G2)과 제 3렌즈군(G3)과의 사이에 배치되며, 렌즈 위치 상태의 변화시에 고정한다. 또, 제 4렌즈군(G4)과 결상면(IMG)과의 사이에 보호 유리(GL)가 배치되어 있다.
이하의 표 9에, 상기 제 3 실시예에 구체적 수치를 적용한 수치 실시예 3의 제원의 값을 나타낸다.
Figure 112006055129866-PCT00010
수치 실시예 3에 있어서, 제 8면, 제 13면, 제 18면, 제 19면의 각 렌즈면은 비구면이며, 비구면 계수는 표 10에 나타내는 바와 같다.
Figure 112006055129866-PCT00011
제 3실시예(3)에 있어서, 렌즈 위치 상태가 변화할 때에, 제 1렌즈군(G1)과 제 2렌즈군(G2)과의 사이의 축상면 간격(D5), 제 2렌즈군(G2)과 개구 조리개(S)와의 사이의 축상면 간격(D11), 제 3렌즈군(G3)과 제 4렌즈군(G4)과의 사이의 축상면 간격(D17), 제 4렌즈군(G4)과 보호 유리(GL)와의 사이의 축상면 간격(D19)은 가변한다. 그래서, 표 11에 수치 실시예 3에 있어서의 상기 각 가변축 상면 간격을 초점거리(f)와 함께 나타낸다.
Figure 112006055129866-PCT00012
이하의 표 12에 수치 실시예 3에 있어서의(1)~(4)의 각 조건식 대응치를 나타낸다.
Figure 112006055129866-PCT00013
도 11 내지 도 13은 수치 실시예 3의 무한원합초상태에서의 제수차도를 각각 나타내고, 도 11은 광각단 상태(f=1.000), 도 12는 중간 초점거리 상태(f=4.077), 도 13은 망원단 상태(f=9.066)에 있어서의 제수차도를 나타낸다.
비점수차 도중의 실선은 새저틀상면, 파선은 메리디오널상면을 나타낸다. 코마수차도는, 상고y=0, 0.268, 0.376, 0.538으로의 코마수차를 나타내고, A는 화각을 나타낸다.
각 수차도로부터, 수치 실시예 3은 제수차가 양호하게 보정되며, 뛰어난 결상 성능을 가지고 있는 것이 밝혀졌다.
도 14에 본 발명 촬상장치의 실시의 형태를 나타낸다.
이 실시의 형태에 관계되는 촬상장치(10)는, 도 14에 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, 매체I／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 광기록 매체, 자기 디스크 등의 여러 가지의 것을 이용할 수 있지만, 이 실시 형태에 있어서의, 기록매체(100)로서 예를 들면, 메모리 카드를 이용하는 것으로서 설명한다.
그리고, 카메라부(20)는, 광학 블록(21), CCD(Charge Coupled Device)(22), 전처리회로(23), 광학 블록용 드라이버(24), CCD용 드라이버(25), 타이밍 생성회로(26) 등을 갖춘 것이다. 여기서, 광학 블록(21)은, 렌즈, 포커스 기구, 셔터 기구, 조리개(아이리스)기구 등을 갖춘 것이다. 그리고, 광학 블록(21) 중의 렌즈에는, 상기한 줌 렌즈 1, 2, 3 등의 본 발명에 관계되는 줌 렌즈가 사용된다. 또, R, G, B 각각의 색마다 분해된 화상을 도입한 후, 각 색의 화상을 서로 겹쳐 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, 저역통과필터(LPF)는 각 CCD의 바로 앞(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 실시의 형태의 촬상장치(10)의 각부를 제어할 수 있는 것이다.
여기서, RAM(62)은, 처리의 도중 결과를 일시 기억하는 등 주로 작업 영역으로서 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 동시에, 촬영 일시등을 제공하는 등을 할 수 있는 것이다.
그리고, 화상의 촬영시에 있어서는, 광학 블록용 드라이버(24)는, 제어부(60)에서의 제어에 따라, 광학 블록(21)을 동작시키도록 하는 구동신호를 형성하고, 이것을 광학 블록(21)에 공급하고, 광학 블록(21)을 동작시키도록 한다. 광학 블록(21)은, 광학 블록용 드라이버(24)로부터의 구동신호에 따라, 포커스 기구, 셔터 기구, 조리기구가 제어되며, 피사체의 화상을 가져와, 이것을 CCD(22)에 대하여 제공한다.
CCD(22)는, 광학 블록(21)으로부터의 화상을 광전 변환하여 출력하는 것이며, CCD용 드라이버(25)에서의 구동신호에 따라 동작하고, 광학 블록(21)으로부터의 피사체의 화상을 가져오는 동시에, 제어부(60)에 의하여 제어되는 타이밍 생성회로(26)에서의 타이밍 신호에 근거하여, 가져온 피사체의 화상(화상정보)을 전기신호로서 전처리회로(23)에 공급한다.
또한, 상술한 바와 같이, 타이밍 생성회로(26)는, 제어부(60)에서의 제어에 따라, 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.
전처리회로(23)는, 이것에 공급된 전기신호의 화상정보에 대하여, CDS(Correlated Double Sampling)처리를 행하고, S／N비를 양호하게 유지하도록 하는 동시에, AGC(Automatic Gain Control)처리를 행하여, 이득을 제어하고, 그리고, A／D(Analog/Digital)변환을 행하여, 디지털 신호로 된 화상데이터를 형성한다.
전처리회로(23)로부터 디지털 신호로 된 화상데이터는, 카메라(DSP30)에 공급된다. 카메라(DSP30)는, 이것에 공급된 화상 데이터에 대하여, AF(Auto Focus), AE(Auto Exposure), AWB(Auto White Balance) 등의 카메라 신호처리를 실시한다. 이와 같이 하여 여러 가지 조정된 화상 데이터는, 소정의 압축방식으로 데이터 압축되며, 시스템 버스(65), 매체I／F(50)를 통하여, 이 실시의 형태의 촬상장치(10)에 장전된 기록매체(100)에 공급되며, 후술도 하는 바와 같이 기록매체(100)에 파일로서 기록된다.
또, 기록매체(100)에 기록된 화상 데이터는, 터치 패널이나 컨트롤 키 등으로 이루어지는 조작부(70)를 통하여 받아들인 사용자로부터의 조작입력에 따라, 목적으로 하는 화상데이터가 매체I／F(50)를 통하여 기록매체(100)로부터 읽어 내지며, 이것이 카메라(DSP30)에 공급된다.
카메라(DSP30)는, 기록매체(100)로부터 읽어 내져 매체I／F(50)를 통하여 공급된 데이터 압축되어 있는 화상 데이터에 대하여, 그 데이터 압축의 해동처리(신장처리)를 행하고, 해동 후의 화상 데이터를 시스템 버스(65)를 통하여, LCD제어기(81)에 공급한다. LCD제어기(81)는, 이것에 공급된 화상 데이터로부터 LCD(80)에 공급하는 화상 신호를 형성하고, 이것을 LCD(80)에 공급한다. 이것에 의해, 기록매체(100)에 기록되어 있는 화상 데이터에 따른 화상이, LCD(80)의 표시화면에 표시된다.
또한, 화상의 표시형태는, ROM에 기록된 표시처리프로그램에 따른다. 즉, 이 표시처리프로그램은 후술하는 파일 시스템이 어떠한 구조로 기록되어 있는지, 어떻게 화상을 재생하는가 하는 프로그램이다.
또, 이 실시의 형태에 관계되는 촬상장치(10)에는, 외부 I／F(90)가 설치되어 있다. 이 외부I／F(90)를 통하여, 예를 들면, 외부의 퍼스널 컴퓨터와 접속하고, 퍼스널 컴퓨터로부터 화상 데이터의 공급을 받고, 이것을 자기(自機)에 장전된 기록매체(100)에 기록하거나 또, 자기에 장전된 기록매체(100)에 기록되어 있는 화상 데이터를 외부의 퍼스널 컴퓨터 등에 공급하거나 할 수도 있는 것이다.
또, 외부I／F(90)에 통신 모듈을 접속함으로써, 예를 들면, 인터넷 등의 네트워크에 접속하고, 네트워크를 통하여 여러 가지의 화상 데이터나 기타 정보를 취득하고, 자기에 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 촬상장치에서 읽어내어 재생하고, LCD(80)에 표시하여 사용자가 이용하는 것도 물론 할 수 있도록 되어 있다.
또한, 외부I／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, 외부I／F(90)는, 유선, 무선의 어떤 인터페이스여도 좋다.
이와 같이, 이 실시의 형태에 관계되는 촬상장치(10)는, 피사체의 화상을 촬영하고, 당해 촬상장치(10)에 장전된 기록매체(100)에 기록할 수 있는 동시에, 기록매체(100)에 기록된 화상 데이터를 읽어내고, 이것을 재생하여, 이용할 수 있는 것이다. 또, 외부의 퍼스널 컴퓨터나 네트워크를 통하여, 화상 데이터의 제공을 받아, 이것을 자기에 장전된 기록매체(100)에 기록하거나 또, 읽어내어 재생하거나 할 수도 있는 것이다.
또한, 상기 촬상장치(10)에 있어서, 촬상 수단으로서 CCD를 나타냈지만, 본 발명 촬상장치에 있어서의 촬상 수단이 CCD에 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다. CCD 외에, CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)나 그 외의 촬상소자를 사용할 수도 있다.
또한, 상기한 각 실시의 형태 및 수치 실시예에 있어서의 각부의 구체적 형상이나 구조 및 수치는, 어느 쪽도 본 발명을 실시하는데에 있어서 실시하는 구체화의 그저 일례를 나타낸 것에 지나지 않고, 이들에 의하여 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되는 것이 있어서는 안 되는 것이다.
줌 렌즈 및 이 줌 렌즈를 사용한 촬상장치를 제공할 수 있고, 디지털 비디오 카메라, 디지털 스틸 카메라 등에 널리 이용할 수 있다.

Claims (8)

  1. 물체측으로부터 순서로, 양(+)의 굴절력을 가지는 제 1렌즈군, 음의 굴절력을 가지는 제 2렌즈군, 양의 굴절력을 가지는 제 3렌즈군, 양의 굴절력을 가지는 제 4렌즈군이 배열되어 이루어지며,
    광각단(廣角端) 상태에서 망원단(望遠端) 상태까지 렌즈 위치 상태가 변화할 때에, 상기 제 1렌즈군 및 제 3렌즈군이 광축 방향으로 일정한 위치에 고정되며, 상기 제 2 렌즈군이 상측으로 이동하고, 상기 제 4 렌즈군의 이동에 의해 상기 제 2렌즈군의 이동에 수반하는 상면(像面)위치의 변동을 보상하고,
    개구 조리개가 상기 제 3 렌즈군의 물체측 또는 제 3렌즈군중에 배치되며, 상기 렌즈 위치 상태가 변화할 때에 광축 방향으로 고정되며,
    상기 제 2렌즈군은, 물체측에 의해 순서로 배열된, 상측(像側)에 오목면을 향한 음(-)메니스커스(meniscus) 렌즈 및 양(兩)오목렌즈와 물체 측으로 볼록면을 향한 양렌즈와의 접합 렌즈로 구성되며, 상기 음메니스커스 렌즈는 유리 렌즈의 상측에 수지(樹脂)렌즈를 복합한 복합렌즈이며, 상기 수지렌즈의 상측 렌즈면이 비구면이며,
    이하의 조건식(1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
    (1) n2＞1.75
    단,
    n2：제 2렌즈군을 구성하는 유리 렌즈의 d선에 대한 굴절률의 평균
  2. 제 1항에 있어서,
    이하의 조건식(2)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
    (2) 0.25＜Rs／Da＜0.45
    단,
    Rs： 제 2렌즈군중에 배치되는 음메니스커스 렌즈의 가장 상측 렌즈면의 곡율 반경
    Da： 광각단 상태에 있어서의 상기 렌즈면(Rs)에서 개구 조리개까지의 거리
  3. 제 1항에 있어서,
    이하의 조건식(3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
    (3) 0.7＜(R1－R2)／(R1＋R2)＜0.9
    단,
    R1： 제 2렌즈군중에 배치되는 음메니스커스 렌즈의 가장 물체측의 렌즈면의 곡율 반경
    R2： 제 2렌즈군중에 배치되는 음메니스커스 렌즈를 구성하는 유리 렌즈의 상(像)측 렌즈면의 곡율 반경
  4. 제 1항에 있어서,
    이하의 조건식(4)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
    (4) 0.3＜｜f2｜／(fw·ft) 1／2＜0.4
    단,
    f2： 제 2렌즈군의 초점거리
    fw： 광각단 상태에 있어서의 렌즈 전계(全系)에서의 초점거리
    ft： 망원단 상태에 있어서의 렌즈 전계에서 초점거리
  5. 줌 렌즈와, 상기 줌 렌즈로 형성된 광학상을 전기신호로 변환하는 촬상소자를 갖춘 촬상장치이며,
    상기 줌 렌즈는, 물체측으로부터 순서로, 양의 굴절력을 가지는 제 1렌즈군, 음의 굴절력을 가지는 제 2렌즈군, 양의 굴절력을 가지는 제 3렌즈군, 양의 굴절력을 가지는 제 4렌즈군이 배열되어 이루어지며,
    광각단 상태에서 망원단 상태까지 렌즈 위치 상태가 변화할 때에, 상기 제 1 렌즈군 및 제 3렌즈군이 광축 방향으로 일정한 위치에 고정되며, 상기 제 2 렌즈군이 상측으로 이동하고, 상기 제 4렌즈군의 이동에 의해 상기 제 2렌즈군의 이동에 수반하는 상면 위치의 변동을 보상하고,
    개구 조리개가 상기 제 3렌즈군의 물체측 또는 제 3렌즈군중에 배치되며, 상기 렌즈 위치 상태가 변화할 때에 광축 방향으로 고정되며,
    상기 제 2 렌즈군은, 물체측으로부터 순서로 배열된, 상측에 오목면을 향한 음메니스커스 렌즈 및 양(兩) 오목렌즈와 물체 측에 볼록면을 향한 양렌즈와의 접 합 렌즈로 구성되며, 상기 음메니스커스 렌즈는 유리 렌즈의 상측에 수지렌즈를 복합한 복합 렌즈이며, 상기 수지렌즈의 상측 렌즈면이 비구면이며,
    이하의 조건식(1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
    (1) n2＞1.75
    단,
    n2： 제 2렌즈군을 구성하는 유리 렌즈의 d선에 대한 굴절률의 평균
  6. 제 5항에 있어서,
    이하의 조건식(2)을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
    (2) 0.25＜Rs／Da＜0.45
    단,
    Rs： 제 2렌즈군중에 배치되는 음메니스커스 렌즈의 가장 상측의 렌즈면의 곡율 반경
    Da： 광각단 상태에 있어서의 상기 렌즈면(Rs)에서 개구 조리개까지의 거리
  7. 제 5항에 있어서,
    이하의 조건식(3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
    (3) 0.7＜(R1－R2)／(R1＋R2)＜0.9
    단,
    R1： 제 2렌즈군중에 배치되는 음메니스커스 렌즈의 가장 물체측의 렌즈면의 곡율 반경
    R2： 제 2렌즈군중에 배치되는 음메니스커스 렌즈를 구성하는 유리 렌즈의 상측 렌즈면의 곡율 반경
  8. 제 5항에 있어서,
    이하의 조건식(4)을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
    (4) 0.3＜｜f2｜／(fw·ft) 1／2＜0.4
    단,
    f2： 제 2렌즈군의 초점거리
    fw： 광각단 상태에 있어서의 렌즈 전계에서의 초점거리
    ft：망원단 상태에 있어서의 렌즈 전계에서의 초점거리
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