KR20120031723A - 줌렌즈 광학계 및 이를 구비하는 촬상장치 - Google Patents

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KR20120031723A
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Abstract

양의 굴절률을 갖는 제1렌즈유닛; 상기 제1렌즈유닛 뒤에 배치되며, 음의 굴절률을 갖는 제2렌즈유닛; 상기 제2렌즈유닛 뒤에 배치되며, 양의 굴절률을 갖는 제3렌즈유닛; 및 상기 제3렌즈유닛 뒤에 배치되며, 양의 굴절률을 갖는 제4렌즈유닛;를 포함하는 줌렌즈 광학계가 개시된다. 조리개는 상기 제3렌즈유닛 내에 배치되어 줌렌즈 광학계의 대구경화에 따른 셔터 스피드의 저하를 방지할 수 있다.

Description

줌렌즈 광학계 및 이를 구비하는 촬상장치{ZOOM LENS OPTICAL SYSTEM AND IMAGE PICKUP APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 촬상장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 촬상장치에 사용되는 줌렌즈 광학계에 관한 것이다.
줌렌즈 광학계는 초점거리를 연속해서 바꿀 수 있는 광학계로서, 피사체를 확대 또는 축소할 수 있다. 높은 줌 배율을 달성하고 줌렌즈 광학계에서 발생하는 수차를 줄이기 위해서, 줌렌즈 광학계에는 다수의 렌즈가 조합되어 사용된다. 이에 따라 줌렌즈 광학계는 단초점 광학계보다 크고 무겁다.
최근에는 줌렌즈 광학계를 적용한 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라 등과 같은 촬상장치가 널리 보급되어 사용되고 있다. 그에 따라 이런 촬상장치를 작고 가볍게 만들어서 사용자의 편의를 도모하고자 하는 노력이 많이 이루어지고 있다. 이런 경향에 따라, 줌렌즈 광학계의 소형화, 경량화가 요구된다.
또한, 저조도 환경에서 촬영을 할 수 있기 위해서는 보다 밝은 광학계(즉, 작은 f넘버를 갖는 광학계)를 제공하는 것이 바람직하다. 그에 따라 촬상장치의 광학계는 대구경화되고 있는 추세다. 그러나 이 경우 조리개의 크기도 커지기 때문에 셔터 스피드가 느려지게 된다. 따라서, 촬상장치의 광학계가 대구경화되더라도 셔터 스피드의 감소를 방지할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명에 따라 소형화, 경량화, 및 대구경화가 가능하고 셔터 스피드 감소룰 방지할 수 있는 줌렌즈 광학계 및 이를 구비한 촬상장치가 개시된다.
본 발명의 일 측면에 따르는 줌렌즈 광학계는, 양의 굴절률을 갖는 제1렌즈유닛; 상기 제1렌즈유닛 뒤에 배치되며, 음의 굴절률을 갖는 제2렌즈유닛; 상기 제2렌즈유닛 뒤에 배치되며, 양의 굴절률을 갖는 제3렌즈유닛; 및 상기 제3렌즈유닛 뒤에 배치되며, 양의 굴절률을 갖는 제4렌즈유닛;를 포함하고, 조리개는 상기 제3렌즈유닛 내에서 광축으로부터 주광선의 높이가 최소가 되는 위치에 배치된다.
상기 제3렌즈유닛은, 양의 굴절률을 갖는 제6렌즈; 상기 제6렌즈와 상기 조리개 사이에 배치되며, 양의 굴절률을 갖는 제7렌즈와 음의 굴절률을 갖는 제8렌즈가 접합된 제2접합렌즈; 및 상기 조리개 뒤에 배치되며, 음의 굴절률을 갖는 제9렌즈와 양의 굴절률을 갖는 제10렌즈가 접합된 제3접합렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제6렌즈는 비구면 렌즈일 수 있다.
상기 제9렌즈의 물체측 렌즈면은 비구면일 수 있다.
상기 조리개는 상기 줌렌즈 광학계의 주밍 동작 동안 상기 제3렌즈유닛과 함께 이동할 수 있다.
망원단에서 상기 줌렌즈 광학계의 초점거리(ft), 광각단에서 상기 줌렌즈 광학계의 초점거리(fw), 및 상기 제2렌즈유닛의 초점거리(f2)는 다음의 식, 0.23 < |(ft/fw)/f2| < 0.35 을 만족할 수 있다.
광각단에서 상기 제1렌즈유닛의 물체측 첫 번째 렌즈면에서 결상면 사이의 거리(Lw), 망원단에서 상기 제1렌즈유닛의 물체측 첫 번째 렌즈면에서 결상면 사이의 거리(Lt), 광각단에서 상기 줌렌즈 광학계의 초점거리(fw), 및 망원단에서 상기 줌렌즈 광학계의 초점거리(ft)는 다음의 식, 11.5 < (Lw/fw)+(Lt/ft) < 13.5 을 만족할 수 있다.
상기 제2렌즈유닛에 있는 적어도 하나의 렌즈의 아베수(Vd)는 다음의 식, 70 ≤ Vd 을 만족할 수 있다.
광각단에서 망원단으로 상기 줌렌즈 광학계의 초점거리가 변화됨에 따라, 상기 제1, 2렌즈유닛 사이의 간격은 넓어지고, 상기 제2, 3렌즈유닛 사이의 간격은 좁아지고, 상기 제3, 4렌즈 유닛 사이의 간격은 넓어지도록, 상기 제1, 2, 3,4렌즈유닛이 광축을 따라 이동할 수 있다.
상기 제1렌즈유닛은, 음의 굴절률을 갖는 제1렌즈와 양의 굴절률을 갖는 제2렌즈가 접합된 제1접합렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제2렌즈유닛은, 음의 굴절률을 갖는 메니스커스형의 제3렌즈; 상기 제3렌즈 뒤에 배치되며, 음의 굴절률을 갖는 양오목형의 제4렌즈; 및 상기 제4렌즈 뒤에 배치되며, 양의 굴절률을 갖는 메니스커스형의 제5렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제3, 4, 5렌즈 중 적어도 하나의 렌즈는 비구면 렌즈일 수 있다.
상기 제4렌즈유닛은 양의 굴절률을 갖는 제11렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제11렌즈는 비구면 렌즈일 수 있다.
상기 제1렌즈유닛은, 상기 제1접합렌즈 뒤에 배치되며 양의 굴절률을 갖는 제12렌즈를 더 포함할 수 있다.
광각단에서 상기 줌렌즈 광학계의 f넘버는 1.2일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르는 촬상장치는, 전술한 바와 같은 특징을 갖는 줌렌즈 광학계를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 줌렌즈 광학계를 개략적으로 도시한 것,
도 2는 도 1에 도시된 줌렌즈 광학계의 주밍 동작을 개략적으로 도시한 것,
도 3a 내지 도 3c는 도 1에 도시된 줌렌즈 광학계의 수차 특성을 나타낸 그래프,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다른 실시 예에 따르는 줌렌즈 광학계의 수차 특성을 나타낸 그래프,
도 5은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르는 줌렌즈 광학계를 개략적으로 도시한 것,
도 6a 내지 도 6c는 도 5에 도시된 줌렌즈 광학계의 수차 특성을 나타낸 그래프, 그리고
도 7은 도 1에 도시된 줌렌즈 광학계가 적용된 촬상장치를 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시 예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 확대되거나 축소된 채로 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 줌렌즈 광학계(1)를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 도 1에 도시된 줌렌즈 광학계(1)의 주밍(zooming) 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1, 2, 3, 4렌즈유닛(10, 20, 30, 40)은 광축(2) 상에 배치된다. 미 도시된 물체는 제1렌즈유닛(10) 왼쪽에 위치하고, 결상면(50)은 제4렌즈유닛(40) 오른쪽에 위치한다. 물체에서 나온 광은 제1, 2, 3, 4렌즈유닛(10, 20, 30, 40)을 통과하며, 물체의 상은 결상면(50)에서 형성된다.
이하, 도 1의 왼쪽에 있는 물체에서 도 1의 오른쪽에 있는 결상면(50)을 향하는 방향을 기준으로 구성요소 사이의 상대적 위치를 나타내는 용어가 사용된다. 예컨대, 제1구성요소가 제2구성요소 "앞"에 있다는 의미는 제1구성요소가 제2구성요소보다 물체측에 가깝다는 것을 나타내고, 제1구성요소가 제2구성요소 "뒤"에 있다는 의미는 제1구성요소가 제2구성요소보다 결상면(50)에 가깝다는 것을 나타낸다.
제1렌즈유닛(10)은 물체와 가장 가깝게 위치하는 렌즈유닛으로서 양의 굴절률을 갖는다. 제1렌즈유닛(10)은 음의 굴절률을 갖는 제1렌즈(L1)와 양의 굴절률을 갖는 제2렌즈(L2)가 접합된 제1접합렌즈(C1)를 포함할 수 있다. 제1렌즈유닛(10)이 하나의 렌즈만으로 구성된다면, 제1렌즈유닛(10)에서 발생하는 색수차를 줄이기 어렵다. 제1렌즈유닛(10)이 3개 이상의 렌즈로 구성된다면, 줌렌즈 광학계(1)의 크기 및 무게가 증가한다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에서는 제1렌즈유닛(10)에 두 개의 렌즈(L1, L2)가 접합된 제1접합렌즈(C1)가 사용됨으로써, 색수차 감소와 줌렌즈 광학계(1)의 소형화 양자를 모두 달성할 수 있다. 색수차를 더욱 줄이기 위하여, 제1렌즈(L1)는 분산치가 큰 것이 바람직하다.
제2렌즈유닛(20)은 제1렌즈유닛(10) 뒤에 배치되며, 음의 굴절률을 갖는다. 제2렌즈유닛(20)은 제3렌즈(L3), 제3렌즈(L3) 뒤에 배치되는 제4렌즈(L4), 및 제4렌즈(L4) 뒤에 배치되는 제5렌즈(L5)를 포함할 수 있다. 제3렌즈(L3)는 음의 굴절률을 가지며 메니스커스형의 렌즈가 될 수 있다. 제4렌즈(L4)는 음의 굴절률을 가지며 양오목형의 렌즈가 될 수 있다. 제5렌즈(L5)는 양의 굴절률을 가지며 메니스커스형의 렌즈가 될 수 있다. 색수차를 줄이기 위하여, 제3, 4렌즈(L3, L4)는 분산치가 낮고 제5렌즈(L5)는 분산치가 큰 것이 바람직하다. 구면수차를 줄이기 위하여, 제3, 4, 5렌즈(L3, L4, L5) 중 적어도 하나의 렌즈는 비구면 렌즈인 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시 예에서는, 제3, 5렌즈(L3, L5)가 비구면 렌즈가 되도록 설계되었다.
제3렌즈유닛(30)은 제2렌즈유닛(20) 뒤에 배치되며, 양의 굴절률을 갖는다. 제3렌즈유닛(30)은 제6렌즈(L6), 제6렌즈(L6) 뒤에 배치되는 제2접합렌즈(C2), 및 제2접합렌즈(C2) 뒤에 배치되는 제3접합렌즈(C3)를 포함할 수 있다. 제6렌즈(L6)는 양의 굴절률을 갖는다. 구면수차를 줄이기 위하여, 제6렌즈(L6)는 비구면 렌즈인 것이 바람직하다. 제2접합렌즈(C2)는 양의 굴절률을 갖는 제7렌즈(L7)와 음의 굴절률을 갖는 제8렌즈(L8)가 접합되어 구성된다. 제2접합렌즈(C2)의 어느 한 렌즈(L7)는 높은 분산치를 갖고 다른 렌즈(L8)는 낮은 분산치를 가짐으로써, 주밍 동작에서 발생하는 색수차를 줄이는 것이 바람직하다. 제3접합렌즈(C3)는 음의 굴절률을 갖는 제9렌즈(L9)와 양의 굴절률을 갖는 제10렌즈(L10)가 접합되어 구성된다. 본 실시 예에서는 제3렌즈유닛(30)에 두 개의 접합렌즈(C2, C3)가 사용됨으로써 색수차를 줄일 수 있다.
여기서 한 가지 주목할 점은, 조리개(35)가 제3렌즈유닛(30) 내에 배치된다는 점이다. 특히, 조리개(35)는 제3렌즈유닛(30) 내에서 광축(2)으로부터 주광선(principal ray)의 높이가 최소가 되는 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시 예에서, 이런 위치는 제2, 3접합렌즈(C2, C3) 사이가 된다. 즉, 제3렌즈유닛(30)에서 조리개(35) 앞에는 제6렌즈(L6)와 제2접합렌즈(C2)가 배치되고, 조리개(35) 뒤에는 제3접합렌즈(C3)가 배치된다. 주광선의 높이가 최소가 되는 위치에 조리개(35)가 배치되기 때문에 조리개(35)의 크기를 최소화시킬 수 있다. 그에 따라, 줌렌즈 광학계(1)가 대구경화되더라도 조리개(35)의 크기를 최소화시킴으로써 셔터 스피드의 감소를 방지하는 것이 가능해진다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이런 조리개(35)는 줌렌즈 광학계(1)가 주밍 동작을 하는 동안에 제3렌즈유닛(30)과 함께 이동한다.
조리개(35) 바로 뒤에 있는 제9렌즈(L9)의 물체측 렌즈면(L9a)는 비구면인 것이 바람직하다. 그에 의해, 손떨림 보정시 발생하는 비점수차를 효과적으로 보정하는 것이 가능해진다.
제4렌즈유닛(40)은 제3렌즈유닛(30) 뒤에 배치되며, 양의 굴절률을 갖는다. 제4렌즈유닛(40)은 양의 굴절률을 갖는 제11렌즈(L11) 하나만을 포함할 수 있다. 제11렌즈(L11)는 왜곡수차와 상면만곡을 보정한다. 제4렌즈유닛(40)이 양의 굴절률을 가지기 때문에, 광축(2)에서 떨어진 결상면(50) 주변부로 입사되는 광원이 결상면(50)에 거의 수직하게 입사하는 텔레센트릭(telecentric) 효과가 달성될 수 있다. 구면수차를 줄이기 위하여, 제4렌즈유닛(40)은 비구면 렌즈인 것이 바람직하다.
결상면(50) 앞에는 광학 필터(60)와 커버 글라스(70)가 배치될 수 있다. 광학 필터(60)는 불필요한 파장 영역의 광을 필터링할 수 있으며, 예컨대 적외선 컷 필더가 될 수 있다. 커버 글라스(70)는 결상면(50) 바로 앞에 위치하여 결상면(50)을 보호할 수 있다.
도 2를 참조하여, 줌렌즈 광학계(1)의 주밍 동작을 설명하기로 한다. 도 2에서는 광각단, 망원단, 및 광각단과 망원단 사이의 중간위치에서 줌렌즈 광학계(1)의 모습이 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제1, 2, 3, 4렌즈유닛(10, 20, 30, 40)은 모두 광축(2)을 따라 이동 가능하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광각단에서 망원단으로 줌렌즈 광학계(1)의 초점거리가 변화됨에 따라, 제1, 2렌즈유닛(10, 20) 사이의 간격은 넓어지고, 제2, 3렌즈유닛(20, 30) 사이의 간격은 좁아지고, 제3, 4렌즈유닛(30, 40) 사이의 간격은 넓어지도록, 제1, 2, 3, 4렌즈유닛(10, 20, 30, 40)이 이동한다. 망원단에서 광각단으로 줌렌즈 광학계(1)의 초점거리가 변화되는 경우에는, 앞선 설명과 반대로 제1, 2, 3, 4렌즈유닛(10, 20, 30, 40)이 이동한다. 도 2에서 제4렌즈유닛(40)이 이동하지 않는 것처럼 보이나, 이는 제4렌즈유닛(40)의 이동량이 작기 때문에 그렇게 보이는 것이며 실제로는 제4렌즈유닛(40)도 이동한다는 점을 주의하기 바란다. 일부 렌즈유닛은 고정되고 일부 렌즈유닛만이 이동하는 경우와 비교하여, 본 발명의 일 실시 예에서는 주밍 작동을 위해 모든 렌즈유닛(10, 20, 30, 40)이 이동하기 때문에 높은 줌 배율을 달성하면서도 줌렌즈 광학계(1)를 소형화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르는 줌렌즈 광학계(1)는 다음과 같은 조건식을 만족하는 것이 바람직하다.
(조건식 1)
Figure pat00001
여기서, ft는 망원단에서 줌렌즈 광학계(1)의 초점거리를 의미하고, fw는 광각단에서 줌렌즈 광학계(1)의 초점거리를 의미하고, f2는 제2렌즈유닛(20)의 초점거리를 의미한다.
조건식 1은 제2렌즈유닛(20)의 초점거리에 대한 줌렌즈 광학계(1)의 변배비의 비율에 관한 것이다. 조건식 1의 하한치에서 벗어나게 되면, 제2렌즈유닛(20)의 굴절력이 너무 약해져서 주밍 동작시 제2렌즈유닛(20)의 이동량이 증가하게 된다. 그에 따라, 줌렌즈 광학계(1)의 전체 길이가 늘어나서 줌렌즈 광학계(1)의 소형화를 저해한다. 조건식 1의 상한치에서 벗어나게 되면, 줌렌즈 광학계(1)의 전체 배율이 너무 커지거나 제2렌즈유닛(20)의 굴절력이 너무 강해져서 수차 보정과 안정적인 주밍 동작이 어려워진다.
(조건식 2)
Figure pat00002
여기서, Lw는 광각단에서 제1렌즈유닛(10)의 물체측 첫 번째 렌즈면에서 결상면(50) 사이의 거리를 의미하고, Lt는 망원단에서 제1렌즈유닛(10)의 물체측 첫 번째 렌즈면에서 결상면(50) 사이의 거리를 의미한다 (도 2 참조).
조건식 2는 광각단과 망원단에서의 초점거리에 대한 줌렌즈 광학계(1)의 전체 길이의 비율에 관한 것이다. 조건식 2의 하한치를 벗어나게 되면, 제2, 3렌즈유닛(20, 30)의 굴절력이 너무 강해져서 구면수차와 배율색수차 보정이 어려워진다. 조건식 2의 상한치를 벗어나게 되면, 초점거리에 비해 줌렌즈 광학계(1)의 전체 길이가 증가하여 줌렌즈 광학계(1)의 소형화를 저해한다.
(조건식 3)
Figure pat00003
여기서, Vd는 제2렌즈유닛(20)에 있는 어느 한 렌즈의 아베수를 의미한다.
조건식 3은 아베수에 관한 것이다. 조건식 3의 하한치를 벗어나게 되면, 색수차 보정이 어려워진다. 본 발명의 일 실시 예에서는, 제3렌즈(L3)와 제5렌즈(L5) 사이에 있는 제4렌즈(L4)의 아베수가 조건식 3을 만족하도록 설계되었다.
다음의 표 1 내지 표 4는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 줌렌즈 광학계(1)의 수치 데이터를 나타낸 것이다.
표 1은 본 실시 예에서 광경로 상에 있는 면의 구체적인 데이터를 나타낸다. 표 1에서 면 번호는 물체로부터 결상면(50)을 향하는 방향을 따라 광경로 상에 있는 면을 순차적으로 나타낸 것이다. "sto"로 표기된 면 번호는 조리개(35)를 나타낸다. 면 번호 1-14, 16-20은 제1-11렌즈(L1-L11)의 렌즈면을 나타내고, 면 번호 21, 22는 광학 필터(60)의 면을 나타내고, 면 번호 23, 24는 커버 글라스(70)의 면을 나타낸다.
면 번호 곡률반경 면 간격 굴절률(Nd) 아베수(Vd)
1 46.179 0.7 2.00272 19.32
2 28.942 3.585 1.91082 35.25
3 500 가변(D1)
4* 240.007 0.7 1.85066 40.43
5* 7.594 4.501
6 -21.19 0.5 1.48749 70.44
7 300 0.567
8* 19.56 1.732 2.09884 16.75
9* 40.71 가변(D2)
10* 9.375 2.774 1.8047 40.95
11* -49.53 0.1
12 12.719 2.202 1.8042 46.5
13 -30.702 0.35 1.76182 26.61
14 5.799 1.5
sto 무한 0.893
16* -16.832 0.5 1.68893 31.16
17 6.645 3.014 1.7725 49.62
18 -10.845 가변(D3)
19* 11.663 1.742 1.85135 40.1
20* 21.819 가변(D4)
21 무한 0.3 1.5168 64.2
22 무한 0.3
23 무한 0.5 1.5168 64.2
24 무한 가변(D5)
결상면 무한 가변(D6)
표 1에서 면 번호 뒤에 부가된 기호 "*"는 해당 면 번호가 비구면인 것을 의미한다.
표 2는 이런 비구면에 관한 데이터를 나타낸다. 비구면을 표현하기 위하여 사용된 식은 다음과 같다.
Figure pat00004
여기서, x는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리를 의미하고, y는 광축에 수직 방향으로의 거리를 의미하고, c'은 렌즈의 정점에서의 곡률반경의 역수를 의미하고, K는 코닉 상수(conic constant)를 의미하고, A, B, C, D는 비구면 계수를 의미한다.
면 번호 K A B C D
4 -1 -4.03780E-5 8.60700E-7 -8.74924E-9 3.09381E-11
5 -0.331132 -7.53700E-5 5.36579E-7 1.17898E-8
8 -0.34953 -5.47999E-5 -7.47755E-7
9 -5.098141 -3.99757E-5 -9.57936E-7 -2.10224E-9
10 -0.272212 -8.04629E-5 5.21057E-7 -4.57614E-9
11 -29.881718 1.12015E-4 -6.87962E-8 -9.30535E-9 8.36742E-11
16 0.361971 -2.43152E-4 -8.73983E-6 -1.03646E-8
19 1.332029 1.73582E-4 -3.21943E-6
20 -1 3.51212E-4 -6.15455E-6
표 3은 줌렌즈 광학계(1)의 줌밍 동작에 따라 가변되는 면 간격의 데이터를 나타낸다.
광각단 중간위치 망원단
D1 0.861 5.083 11.023
D2 15.237 5.748 0.7
D3 4.731 7.043 11.271
D4 1.886 2.645 2.517
D5 0.6 0.6 0.6
D6 -0.005 -0.005 0.024
표 4는 각 주밍 위치에서 본 실시 예에 의한 줌렌즈 광학계(1)의 유효 초점거리(EFL), F넘버, 화각(ω)을 나타낸다.
EFL f넘버 ω/2
광각단 5.15 1.2 42.06
중간위치 8.76 1.8 29.19
망원단 14.68 2.4 17.75
본 실시 예에서, 조건식 1-3에 대응하는 수치는 다음과 같다.
|(ft/fw)/f2| : 0.28
(Lw/fw)+(Lt/ft) : 13.24
Vd : 70.44
본 실시 예는 조건식 1-3을 모두 만족함을 알 수 있다.
표 4를 보면 알 수 있듯이, 본 실시 예에서 광각단에서의 f넘버는 1.2이고 화각은 80도 이상이 되어서 줌렌즈 광학계(1)의 대구경화 및 광각화가 달성될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 조리개(35)가 제3렌즈유닛(30) 내에 배치됨으로써, 렌즈 광학계(1)의 대구경화에 따른 셔터 스피드의 감소를 방지하는 것이 가능해진다.
도 3a 내지 도 3c는 본 실시 예에 의한 줌렌즈 광학계(1)의 수차 특성을 나타낸 그래프이다. 도 3a는 광각단에서의 수차 특성을 나타내고, 도 3b는 중간위치에서의 수차 특성을 나타내고, 도 3c는 망원단에서의 수차 특성을 나타낸다. 구면수차를 나타낸 그래프에 있어서, 실선은 656.28 nm 파장의 광을 의미하고, 점선은 587.56 nm 파장의 광을 의미하고, 일점쇄선은 486.13 nm 파장의 광을 의미한다. 비점수차를 나타낸 그래프에 있어서, 실선은 탄젠셜(tangetial) 방향의 수차를 의미하고, 점선은 사지털(sagittal) 방향의 수차를 의미한다. 도 3a 내지 도 3c를 보면 알 수 있듯이, 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 모두 만족할 만한 범위 내에 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시 예에 따르는 줌렌즈 광학계를 설명하기로 한다. 본 실시 예는 도 1의 도시된 줌렌즈 광학계(1)와 유사한 구성을 가지며, 다만 줌렌즈 광학계의 구체적인 수치 데이터가 조금씩 달라진다.
다음의 표 5 내지 표 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따르는 줌렌즈 광학계의 수치 데이터를 나타낸 것이다.
표 5는 본 실시 예에서 광경로 상에 있는 면의 구체적인 데이터를 나타낸다.
면 번호 곡률반경 면 간격 굴절률(Nd) 아베수(Vd)
1 48.778 0.7 2.00272 19.32
2 27.627 3.804 1.91082 35.25
3 무한 가변(D1)
4* 279.832 0.7 1.85135 40.1
5* 8 4.419
6 -17.865 0.5 1.48749 70.44
7 33.893 0.5
8* 16.77 1.881 2.00178 19.32
9* 52.572 가변(D2)
10* 10.087 3.021 1.80182 46.71
11* -50.831 0.1
12 10.914 2.3 1.8042 46.5
13 -50 0.35 1.76182 26.61
14 5.955 1.5
sto 무한 0.954
16* -14.952 0.5 1.68893 31.16
17 7.518 2.945 1.7725 49.62
18 -10.704 가변(D3)
19* 11 1.842 1.76802 49.24
20* 21.693 가변(D4)
21 무한 0.3 1.5168 64.2
22 무한 0.3
23 무한 0.5 1.5168 64.2
24 무한 가변(D5)
결상면 무한 가변(D6)
표 5에서 면 번호 뒤에 부가된 기호 "*"는 해당 면 번호가 비구면인 것을 의미한다. 표 6는 이런 비구면에 관한 데이터를 나타낸다.
면 번호 K A B C D
4 -1 -4.21449E-5 1.31079E-6 -1.43610E-8 5.39170E-11
5 -0.078611 -1.31693E-4 5.43423E-7 5.31644E-9
8 0.553358 -7.23172E-5 -5.48425E-7
9 6.963384 -1.63105E-5 -6.11432E-7 -3.89687E-9
10 -0.161661 -7.52129E-5 8.99974E-7 -6.46305E-9
11 -11.384676 1.03903E-4 7.40714E-7 -1.77027E-8 4.42512E-11
16 1.629933 -2.60367E-4 -7.94256E-6 -7.19785E-8
19 -1.906898 4.04856E-4 -2.90833E-6
20 -1 2.52105E-4 -8.54981E-6
표 7은 줌렌즈 광학계의 줌밍 동작에 따라 가변되는 면 간격의 데이터를 나타낸다.
광각단 중간위치 망원단
D1 0.821 4.981 13.692
D2 13.169 4.501 0.774
D3 4.356 6.663 10.274
D4 2.008 2.956 2.515
D5 0.607 0.608 0.609
D6 -0.004 0 0.028
표 8는 각 주밍 위치에서 본 실시 예에 의한 줌렌즈 광학계의 유효 초점거리(EFL), F넘버, 화각(ω)을 나타낸다.
EFL f넘버 ω/2
광각단 5.47 1.2 40.90
중간위치 9.31 1.8 27.86
망원단 15.60 2.3 16.43
본 실시 예에서, 조건식 1-3에 대응하는 수치는 다음과 같다.
|(ft/fw)/f2| : 0.29
(Lw/fw)+(Lt/ft) : 12.3
Vd : 70.44
본 실시 예는 조건식 1-3을 모두 만족함을 알 수 있다.
표 8를 보면 알 수 있듯이, 본 실시 예에서도 광각단에서의 f넘버는 1.2이고 화각은 80도 이상이 되어서 줌렌즈 광학계(1)의 대구경화 및 광각화가 달성될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 실시 예에 의한 줌렌즈 광학계의 수차 특성을 나타낸 그래프이다. 도 4a는 광각단에서의 수차 특성을 나타내고, 도 4b는 중간위치에서의 수차 특성을 나타내고, 도 4c는 망원단에서의 수차 특성을 나타낸다. 구면수차를 나타낸 그래프에 있어서, 실선은 656.28 nm 파장의 광을 의미하고, 점선은 587.56 nm 파장의 광을 의미하고, 일점쇄선은 486.13 nm 파장의 광을 의미한다. 비점수차를 나타낸 그래프에 있어서, 실선은 탄젠셜(tangetial) 방향의 수차를 의미하고, 점선은 사지털(sagittal) 방향의 수차를 의미한다. 도 4a 내지 도 4c를 보면 알 수 있듯이, 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 모두 만족할 만한 범위 내에 있다.
도 5은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르는 줌렌즈 광학계(1')를 개략적으로 도시한 것이다. 앞선 실시 예와 동일한 기능을 하는 구성요소에는 동일한 참조부호를 부여하여 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 실시 예와 도 1에 도시된 실시 예와 다른 점은 제1렌즈유닛(10)이 양의 굴절률을 갖는 제12렌즈(L12)를 더 포함한다는 것이다. 제12렌즈(L12)는 제1접합렌즈(C1) 뒤에 배치된다. 제1렌즈유닛(10)에 제12렌즈(L12)가 추가됨으로써 줌렌즈 광학계(1')의 크기 및 무게가 조금은 증가할 수 있으나 색수차가 더욱 감소하는 효과를 얻을 수 있다.
다음의 표 9 내지 표 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르는 줌렌즈 광학계(1')의 수치 데이터를 나타낸 것이다.
표 9는 본 실시 예에서 광경로 상에 있는 면의 구체적인 데이터를 나타낸다. "sto"로 표기된 면 번호는 조리개(35)를 나타낸다. 면 번호 1-16, 18-22은 제1-12렌즈(L1-L12)의 렌즈면을 나타내고, 면 번호 23, 24는 광학 필터(60)의 면을 나타내고, 면 번호 25, 26은 커버 글라스(70)의 면을 나타낸다.
면 번호 곡률반경 면 간격 굴절률(Nd) 아베수(Vd)
1 48.608 0.7 2.00272 19.32
2 30 3.069 1.883 40.8
3 87.583 0.1
4 35 2.785 1.8042 46.5
5 200 가변(D1)
6* 295.698 0.7 1.83441 37.28
7* 7.895 4.393
8 -15.287 0.5 1.48749 70.44
* 46.41 1.231
10* 18.797 2.127 2.00178 19.32
11* 67.205 가변(D2)
12* 10.113 3.001 1.76802 49.24
13* -52.791 0.258
14 11.726 2.726 1.8042 46.5
15 -50 0.35 1.76182 26.61
16 5.877 1.7
sto 무한 1.587
18* -16.355 0.5 1.68893 31.16
19 7.476 3.082 1.7725 49.62
20 -11.619 가변(D3)
21* 14.863 1.969 1.76802 49.24
22* 61.105 가변(D4)
23 무한 0.3 1.5168 64.2
24 무한 0.3
25 무한 0.5 1.5168 64.2
26 무한 가변(D5)
결상면 무한 가변(D6)
표 9에서 면 번호 뒤에 부가된 기호 "*"는 해당 면 번호가 비구면인 것을 의미한다. 표 10은 이런 비구면에 관한 데이터를 나타낸다.
면 번호 K A B C D
6 -1 -4.52525E-5 5.96263E-7 -2.30928E-9
7 -0.10502 -1.46357E-4 -1.25007E-6 -1.67045E-8
10 2.471897 -4.37211E-5 -6.70966E-7
11 -6.786082 3.89366E-5 -2.44744E-7 -2.48172E-10
12 0.076679 -9.53517E-5 -6.67267E-8 9.79790E-10
13 -8.815789 9.83393E-5 -5.82248E-8 7.71013E-9 -8.12547E-11
18 1.836704 -2.54891E-4 -5.61359E-6 -1.21722E-7
21 -5.491268 2.59653E-4 -8.41046E-7
22 -1 -9.26495E-5 -4.21537E-7
표 11은 줌렌즈 광학계(1')의 줌밍 동작에 따라 가변되는 면 간격의 데이터를 나타낸다.
광각단 중간위치 망원단
D1 0.907 4.98 9.433
D2 14.802 5.766 0.842
D3 3.331 5.532 9.695
D4 2.748 3.37 2.517
D5 0.6 0.6 0.6
D6 -0.006 0.007 0.037
표 12는 각 주밍 위치에서 본 실시 예에 의한 줌렌즈 광학계(1')의 유효 초점거리(EFL), F넘버, 화각(ω)을 나타낸다.
EFL f넘버 ω/2
광각단 6.19 1.2 36.88
중간위치 10.53 1.8 24.11
망원단 17.66 2.3 14.61
본 실시 예에서, 조건식 1-3에 대응하는 수치는 다음과 같다.
|(ft/fw)/f2| : 0.29
(Lw/fw)+(Lt/ft) : 11.86
Vd : 70.44
본 실시 예는 조건식 1-3을 모두 만족함을 알 수 있다.
표 12를 보면 알 수 있듯이, 본 실시 예에서 광각단에서의 f넘버는 1.2이 되어서 줌렌즈 광학계(1')의 대구경화가 달성될 수 있다. 또한, 조리개(35)가 제3렌즈유닛(30) 내에 배치됨으로써 조리개(35)의 크기를 최소화시키고, 그에 따라 렌즈 광학계(1')의 대구경화에 따른 셔터 스피드의 감소를 방지하는 것이 가능해진다.
도 6a 내지 도 6c는 본 실시 예에 의한 줌렌즈 광학계(1')의 수차 특성을 나타낸 그래프이다. 도 6a는 광각단에서의 수차 특성을 나타내고, 도 6b는 중간위치에서의 수차 특성을 나타내고, 도 6c는 망원단에서의 수차 특성을 나타낸다. 구면수차를 나타낸 그래프에 있어서, 실선은 656.28 nm 파장의 광을 의미하고, 점선은 587.56 nm 파장의 광을 의미하고, 일점쇄선은 486.13 nm 파장의 광을 의미한다. 비점수차를 나타낸 그래프에 있어서, 실선은 탄젠셜(tangetial) 방향의 수차를 의미하고, 점선은 사지털(sagittal) 방향의 수차를 의미한다. 도 6a 내지 도 6c를 보면 알 수 있듯이, 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 모두 만족할 만한 범위 내에 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 줌렌즈 광학계(1, 1')가 적용된 촬상장치(100)를 개략적으로 도시한 것이다. 도 7에 도시된 촬상장치(100)는 디지털 스틸 카메라이지만, 본 발명의 일 실시 예에 따르는 줌렌즈 광학계(1, 1')는 비디오 카메라나 감시용 카메라와 같이 피사체를 촬영하는 다양한 촬상장치에 동일하게 적용될 수 있다. 줌렌즈 광학계(1, 1')가 소형화 내지 경량화될 수 있기 때문에, 보다 작고 가벼운 촬상장치(100)가 제공될 수 있다.
본 발명은 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며, 한정의 의미로 이해되어서는 안 될 것이다. 상기 내용에 따라 본 발명의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 따로 부가 언급하지 않는 한 본 발명은 청구범위의 범주 내에서 자유로이 실행될 수 있을 것이다.
1, 1'; 줌렌즈 광학계 10; 제1렌즈유닛
20; 제2렌즈유닛 30; 제3렌즈유닛
35; 조리개 40; 제4렌즈유닛
50; 결상면 60; 광학 필터
70; 커버 글라스 L1-L12; 제1-12렌즈

Claims (17)

  1. 양의 굴절률을 갖는 제1렌즈유닛;
    상기 제1렌즈유닛 뒤에 배치되며, 음의 굴절률을 갖는 제2렌즈유닛;
    상기 제2렌즈유닛 뒤에 배치되며, 양의 굴절률을 갖는 제3렌즈유닛; 및
    상기 제3렌즈유닛 뒤에 배치되며, 양의 굴절률을 갖는 제4렌즈유닛;를 포함하고,
    조리개는 상기 제3렌즈유닛 내에서 광축으로부터 주광선의 높이가 최소가 되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제3렌즈유닛은,
    양의 굴절률을 갖는 제6렌즈;
    상기 제6렌즈와 상기 조리개 사이에 배치되며, 양의 굴절률을 갖는 제7렌즈와 음의 굴절률을 갖는 제8렌즈가 접합된 제2접합렌즈; 및
    상기 조리개 뒤에 배치되며, 음의 굴절률을 갖는 제9렌즈와 양의 굴절률을 갖는 제10렌즈가 접합된 제3접합렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제6렌즈는 비구면 렌즈인 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제9렌즈의 물체측 렌즈면은 비구면인 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조리개는 상기 줌렌즈 광학계의 주밍 동작 동안 상기 제3렌즈유닛과 함께 이동하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  6. 제1항에 있어서,
    망원단에서 상기 줌렌즈 광학계의 초점거리(ft), 광각단에서 상기 줌렌즈 광학계의 초점거리(fw), 및 상기 제2렌즈유닛의 초점거리(f2)는 다음의 식
    Figure pat00005

    을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  7. 제1항에 있어서,
    광각단에서 상기 제1렌즈유닛의 물체측 첫 번째 렌즈면에서 결상면 사이의 거리(Lw), 망원단에서 상기 제1렌즈유닛의 물체측 첫 번째 렌즈면에서 결상면 사이의 거리(Lt), 광각단에서 상기 줌렌즈 광학계의 초점거리(fw), 및 망원단에서 상기 줌렌즈 광학계의 초점거리(ft)는 다음의 식
    Figure pat00006

    을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2렌즈유닛에 있는 적어도 하나의 렌즈의 아베수(Vd)는 다음의 식
    Figure pat00007

    을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  9. 제1항에 있어서,
    광각단에서 망원단으로 상기 줌렌즈 광학계의 초점거리가 변화됨에 따라,
    상기 제1, 2렌즈유닛 사이의 간격은 넓어지고,
    상기 제2, 3렌즈유닛 사이의 간격은 좁아지고,
    상기 제3, 4렌즈 유닛 사이의 간격은 넓어지도록, 상기 제1, 2, 3,4렌즈유닛이 광축을 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1렌즈유닛은, 음의 굴절률을 갖는 제1렌즈와 양의 굴절률을 갖는 제2렌즈가 접합된 제1접합렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2렌즈유닛은,
    음의 굴절률을 갖는 메니스커스형의 제3렌즈;
    상기 제3렌즈 뒤에 배치되며, 음의 굴절률을 갖는 양오목형의 제4렌즈; 및
    상기 제4렌즈 뒤에 배치되며, 양의 굴절률을 갖는 메니스커스형의 제5렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제3, 4, 5렌즈 중 적어도 하나의 렌즈는 비구면 렌즈인 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제4렌즈유닛은 양의 굴절률을 갖는 제11렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제11렌즈는 비구면 렌즈인 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제1렌즈유닛은, 상기 제1접합렌즈 뒤에 배치되며 양의 굴절률을 갖는 제12렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  16. 제1항에 있어서,
    광각단에서 상기 줌렌즈 광학계의 f넘버는 1.2인 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따르는 줌렌즈 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
KR1020100093279A 2010-09-27 2010-09-27 줌렌즈 광학계 및 이를 구비하는 촬상장치 KR101871752B1 (ko)

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