KR20120092419A - 줌 렌즈계 - Google Patents

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KR20120092419A
KR20120092419A KR1020110012464A KR20110012464A KR20120092419A KR 20120092419 A KR20120092419 A KR 20120092419A KR 1020110012464 A KR1020110012464 A KR 1020110012464A KR 20110012464 A KR20110012464 A KR 20110012464A KR 20120092419 A KR20120092419 A KR 20120092419A
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Abstract

본 발명은 줌 렌즈계에 관한 것으로, 물체측으로부터 이미지측으로의 순서대로, 적어도 하나의 렌즈와 광축의 경로를 변환하는 굴절 부재를 포함하고, 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈군, 부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈군과, 제3 렌즈군 및 제4 렌즈군을 포함하고, 제1 내지 제4 렌즈군 사이의 간격을 변화시켜 주밍을 하는 줌 렌즈계에 관한 것이다.

Description

줌 렌즈계{Zoom lens system}
본 발명은 줌 렌즈계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 4군 줌 렌즈계에 관한 것이다.
CCD 또는 CMOS를 이용하여 영상을 구현하는 촬영 장치는 디지털로 전환됨에 따라 저장 용량이 증가되고 있다. 저장 용량이 증가됨에 따라 디지털 촬영 장치에 채용되는 렌즈계에 대한 높은 광학 성능에 대한 요구 및 편의상의 이유로 소형화에 대한 요구가 점차 증대되고 있다.
렌즈계는 피사체가 가지는 작은 정보까지 선명하게 기록하기 위해서 화면 주변에서 발생하는 수차까지 양호하게 보정되어야 한다. 그러나, 고성능을 실현하기 위해서는 소형화를 이루기에 어려움이 있고, 소형화를 위해서는 제조 원가의 상승이 수반되므로 높은 광학 성능과 제조 비용을 같이 만족시키기에 어려움이 있다.
본 발명의 실시예들은, 소형이고 뒷 초점거리(BFL)가 길며 높은 광학 성능을 지닌 줌 렌즈계를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 물체측으로부터 이미지측으로의 순서대로, 적어도 하나의 렌즈와 광축의 경로를 변환하는 굴절 부재를 포함하고, 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈군; 부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈군; 제3 렌즈군; 및 제4 렌즈군;을 포함하며, 상기 제1 내지 제4 렌즈군 사이의 간격을 변화시켜 주밍을 하며, 하기의 식을 만족하는 줌 렌즈계를 제공한다.
<식>
Fno_w ≤ 2.0
5.5 ≤fT/fW
7.5% ≤ BFL/OAL
여기서, Fno_w는 광각단에서의 F넘버를, fT는 망원단에서의 전체 초점거리를, fW는 광각단에서의 전체 초점거리를, BFL은 줌 렌즈계의 뒤초점거리(back focal length)를, OAL은 제1 렌즈군의 가장 물체측 렌즈의 물체측 면의 중심에서부터 이미지 면까지의 거리를 나타낸다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 줌 렌즈계는 하기의 식을 만족할 수 있다.
<식>
13.7% ≤ BFL/OAL
여기서, BFL은 뒤초점거리(back focal length)를, OAL은 제1 렌즈군의 가장 물체측 렌즈의 물체측 면의 중심에서부터 이미지 면까지의 거리를 나타낸다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 줌 렌즈계는 하기의 식을 만족할 수 있다.
<식>
BFL ≥ 6 mm
여기서, BFL은 뒤초점거리(back focal length)를 나타낸다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 줌 렌즈계는 하기의 식을 만족할 수 있다.
<식>
BFL ≥ 8 mm
여기서, BFL은 광각단에서의 뒤초점거리를 나타낸다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 줌 렌즈계는 하기의 식을 만족할 수 있다.
<식>
OAL ≤ 65 mm
여기서, OAL은 제1 렌즈군의 가장 물체측 렌즈의 물체측 면의 중심에서부터 이미지 면까지의 거리를 나타낸다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 줌 렌즈계는 하기의 식을 만족할 수 있다.
1.7 ≤ Fno_w ≤ 2.0
여기서, Fno_w는 광각단에서의 F넘버를 나타낸다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 줌 렌즈계는 하기의 식을 만족할 수 있다.
<식>
5.5 ≤ fT/fW ≤ 7.5
여기서, fT는 망원단에서의 전체 초점거리를, fW는 광각단에서의 전체 초점거리를 나타낸다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광각단에서 망원단으로의 주밍시, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제4 렌즈군이 이동하며, 상기 제1 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 고정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제3 렌즈군은 정의 굴절력을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제4 렌즈군은 정의 굴절력을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 렌즈군은 적어도 1면의 비구면을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제4 렌즈군은 물체측으로부터 순서대로, 정렌즈 및 부렌즈의 2매의 렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제4 렌즈군의 가장 물체측 렌즈는 적어도 1면의 비구면을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제4 렌즈군의 정렌즈는 하기의 식을 만족할 수 있다.
<식>
Nd < 1.5
여기서, Nd는 상기 제4 렌즈군의 정렌즈의 굴절율을 나타낸다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군 중 적어도 어느 하나는 정렌즈와 부렌즈의 접합 렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 렌즈군과 상기 제3 렌즈군 사이에 배치되는 조리개를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제2 렌즈군에 속한 렌즈들 중 물체측으로부터 순서대로 배치된 첫번째렌즈 및 두번째 렌즈는 하기의 식을 만족할 수 있다.
<식>
1.35 < f9/f11 < 1.75
여기서, f9는 상기 제2 렌즈군 중 물체측으로부터 첫번째 놓인 렌즈의 초점거리를, f11은 상기 제2 렌즈군 중 물체측으로부터 두번째 놓인 렌즈의 초점거리를 나타낸다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 물체측으로부터 이미지측으로의 순서대로, 적어도 하나의 렌즈와 광의 경로를 변환하는 굴절 부재를 포함하고, 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈군; 부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈군; 정의 굴절력을 갖는 제3 렌즈군; 및 부의 굴절력을 갖는 제4 렌즈군;을 포함하고, 상기 제1 내지 제4 렌즈군 사이의 간격을 변화시켜 주밍을 하며, 상기 제1 렌즈군 내지 상기 제4 렌즈군을 구성하는 렌즈의 총 개수는 10매 이하인 줌 렌즈계를 제공한다.
상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따르면, 주밍시 2개의 렌즈군만 이동하도록 함으로써 조리개를 구비할 수 있는 공간을 확보할 수 있다. 예컨대, 줌 렌즈계가 CCTV와 같은 촬영 장치에 사용되는 경우, 제2 렌즈군과 제3 렌즈군 사이에 충분한 공간을 확보함으로써 두꺼운 조리개 유닛(IRIS)을 배치할 수 있는 장점이 있다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 짧은 전장으로 소형화를 도모할 수 있으며, 비구면과 고굴절 렌즈 등을 사용함으로써 고배율 및 고해상력을 구현할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 높은 광학적 성능을 지니면서 뒷 초점거리를 길게 형성할 수 있다. 따라서, 줌 렌즈계의 가장 이미지측 렌즈와 이미지 면 사이에 필터를 배치하거나 교환하기 용이하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 줌 렌즈계를 광각단, 중간단, 망원단에서 각각 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 줌 렌즈계의 광각단에서의 종방향 구면 수차, 비점 수차, 왜곡에 관한 수차도를 나타낸 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 줌 렌즈계의 중간단에서의 종방향 구면 수차, 비점 수차, 왜곡에 관한 수차도를 나타낸 것이다.
도 4는 도 1에 도시된 줌 렌즈계의 망원단에서의 종방향 구면 수차, 비점 수차, 왜곡에 관한 수차도를 나타낸 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 줌 렌즈계의 광각단에서의 코마 수차를 나타낸 것이다.
도 6은 도 1에 도시된 줌 렌즈계의 중간단에서의 코마 수차를 나타낸 것이다.
도 7은 도 1에 도시된 줌 렌즈계의 망원단에서의 코마 수차를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 줌 렌즈계를 광각단, 중간단, 망원단에서 각각 나타낸 것이다.
도 9는 도 8에 도시된 줌 렌즈계의 광각단에서의 종방향 구면 수차, 비점 수차, 왜곡에 관한 수차도를 나타낸 것이다.
도 10은 도 8에 도시된 줌 렌즈계의 중간단에서의 종방향 구면 수차, 비점 수차, 왜곡에 관한 수차도를 나타낸 것이다.
도 11은 도 8에 도시된 줌 렌즈계의 망원단에서의 종방향 구면 수차, 비점 수차, 왜곡에 관한 수차도를 나타낸 것이다.
도 12는 도 8에 도시된 줌 렌즈계의 광각단에서의 코마 수차를 나타낸 것이다.
도 13는 도 8에 도시된 줌 렌즈계의 중간단에서의 코마 수차를 나타낸 것이다.
도 14는 도 8에 도시된 줌 렌즈계의 망원단에서의 코마 수차를 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1 및 도 8은 광각단, 중간단, 및 망원단에서의 본 발명의 실시예에 따른 줌 렌즈계를 도시한 것이다.
도 1 및 도 8을 참고하면, 줌 렌즈계는 물체측(O)으로부터 이미지측(I)으로의 순서로, 제1 렌즈군(G1), 제2 렌즈군(G2), 제3 렌즈군(G3), 및 제4 렌즈군(G4)을 포함한다.
제1 렌즈군(G1)은 정의 굴절력을 갖는다. 예를 들어, 제1 렌즈군(G1)은 제1 렌즈(11, 111), 상기 제1 렌즈(11, 111)를 투과한 광선의 광로를 변경하는 굴절 부재(12, 13), 제2 렌즈(14, 114)를 포함할 수 있다. 제1 렌즈(11, 111)는 부렌즈일 수 있으며, 제2 렌즈(14, 114)는 정렌즈일 수 있다. 굴절 부재(12, 13)는 제1 렌즈(11, 111)를 투과한 광선을 90도 절곡할 수 있다. 예를 들어, 반사 미러, 프리즘, 또는 광파이버 등이 굴절 부재(12, 13, 112, 113)로 사용될 수 있다. 굴절 부재(12, 13, 112, 113)는 광축을 기준으로 입사광을 90도 굴절시켜 본 발명의 실시예에 따른 줌 렌즈계를 구비한 촬영 장치를 소형화할 수 있다.
제1 렌즈(11, 111)는 예컨대, 볼록면이 물체측으로 향하는 메니스커스 렌즈일 수 있다. 제2 렌즈(14, 114)는 양볼록 렌즈일 수 있다.
제1 렌즈군(G1)은 적어도 1면 이상의 비구면을 포함할 수 있다. 비구면을 포함함으로써 망원단에서 발생하는 구면수차를 보정할 수 있다.
제2 렌즈군(G2)은 부의 굴절력을 갖는다. 예를 들어, 제2 렌즈군(G2)은 제3 렌즈(21, 121), 제4 렌즈(22, 122), 및 제5 렌즈(23, 123)의 3매를 포함할 수 있다. 제3 렌즈(21, 121)와 제4 렌즈(22, 122)는 부렌즈일 수 있고, 제5 렌즈(23, 123)는 정렌즈일 수 있다. 제4 렌즈(22, 122)와 제5 렌즈(23, 123)는 서로 접합되어 접합 렌즈를 이룰 수 있다. 접합 렌즈는 주밍시 발생할 수 있는 배율 색수차를 보정할 수 있다.
제3 렌즈군(G3)은 정의 굴절력을 갖는다. 예를 들어, 제3 렌즈군(G3)은 제6 렌즈(31, 131), 제7 렌즈(32. 132), 및 제8 렌즈(33, 133)를 포함할 수 있다. 제6 렌즈(31, 131)와 제7 렌즈(32. 132)는 정렌즈일 수 있고, 제8 렌즈(33, 133)는 부렌즈일 수 있다. 제7 렌즈(32. 132)와 제8 렌즈(33, 133)는 서로 접합되어 접합 렌즈를 이룰 수 있다. 접합 렌즈는 주밍시 발생할 수 있는 배율 색수차를 보정할 수 있다. 제3 렌즈군(G3)과 제2 렌즈군(G2) 사이에는 조리개(ST)가 포함될 수 있다.
제4 렌즈군(G4)은 정의 굴절력을 갖는다. 예를 들어, 제4 렌즈군(G4)은 제9 렌즈(41, 141) 및 제10 렌즈(42, 142)의 2매를 포함할 수 있다. 제9 렌즈(41, 141)는 정렌즈일 수 있고, 제10 렌즈(42, 142)는 부렌즈일 수 있다.
제4 렌즈군(G4)은 적어도 1면 이상의 비구면을 포함할 수 있다. 일 실시예로, 제4 렌즈군(G4)의 가장 물체측 렌즈인 제9 렌즈(41, 141)가 적어도 1면 이상의 비구면을 포함할 수 있다. 비구면을 포함함으로써 주밍시 발생할 수 있는 비점수차를 효과적으로 보정할 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 실시예에서는 제4 렌즈군(G4)의 제9 렌즈(41, 141)의 양면을 비구면으로 구성함으로써, 비점수차를 더욱 효과적으로 보정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 렌즈계는 주밍시에 제2 렌즈군(G2)과 제4 렌즈군(G4)이 이동할 수 있다. 그리고, 주밍시 제1 렌즈군(G1)과 제3 렌즈군(G3)은 이동하지 않고 고정될 수 있다. 따라서, 주밍시 줌 렌즈계의 전장이 변하지 않는다.
제2 렌즈군(G2)은 주밍시 배율을 담당한다. 예컨대, 제2 렌즈군(G2)은 물체측에서 이미지측으로 이동하면서 광각단에서 망원단으로의 배율을 구현한다. 제2 렌즈군(G2)의 이동으로 광각단에서 망원단으로 주밍시, 제2 렌즈군(G2)과 제3 렌즈군(G3) 사이의 간격은 감소하고, 제2 렌즈군(G2)과 제1 렌즈군(G1) 사이의 간격은 증가한다.
제4 렌즈군(G4)은 주밍시, 초점을 조절하는 포커싱 기능을 수행한다.예컨대, 광각단에서 망원단으로의 주밍시 제4 렌즈군(G4)은 물체측으로 이동하다가 이미지측으로 이동하는 포물선 궤적을 나타낼 수 있다. 주밍시 포커싱 기능을 수행하는 제4 렌즈군(G4)의 이동 궤적은 전체적으로 포물선을 띄되, 그 이동량은 다양하게 변화가 가능하다. 예를 들면, 후술하는 제2 실시예의 경우 광각단에서 망원단으로의 주밍시 망원단에서의 제4 렌즈군(G4)은 물체측으로 더 가깝게 위치하도록 이동된다. 참고로, 제2 실시예를 보여주는 도 8에는 잘 도시되지 않았으나, 광각단에서 망원단으로의 주밍시 실제 제4 렌즈군(G4)의 궤적은 포물선을 띈다.
주밍시 2개의 렌즈군만 이동하도록 함으로써 조리개(ST)가 구비될 수 있는 공간을 확보할 수 있다. 예컨대, 줌 렌즈계가 CCTV와 같은 촬영 장치에 사용되는 경우, 제2 렌즈군(G2)과 제3 렌즈군(G3) 사이에 충분한 공간을 확보함으로써 두꺼운 조리개 유닛을 배치할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 렌즈계는 하기의 식들을 만족할 수 있다.
Fno_w ≤ 2.0 ………(식 1)
여기서, Fno_w는 광각단에서의 F넘버를 나타낸다. 본 발명의 실시예들은 광각단에서의 F넘버가 2.0 이하인 밝은 줌 렌즈계를 제공할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예에 따른 줌 렌즈계의 F넘버는 광각단에서 1.7 ~ 2.0의 범위일 수 있다.
5.5 ≤ fT/fW ………(식 2)
여기서, fW는 광각단에서의 전체 초점거리를, fT는 망원단에서의 전체 초점거리를 나타낸다. 본 발명의 실시예들은 배율이 약 5.5배 이상인 고배율의 줌 렌즈계를 제공할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예들에 따른 줌 렌즈계는, 약 5.5 ~ 7.5배의 배율을 가질 수 있다.
7.5% ≤ BFL/OAL ………(식 3)
여기서, BFL은 뒷 초점거리(back focal length)를, OAL은 제1 렌즈(11, 111)의 물체측 면의 중심으로부터 이미지 면까지의 거리를 나타낸다.
식 3은 줌 렌즈계의 전장(OAL: Over all length)에 대한 뒷 초점거리를 정의한 것으로, 본 발명의 실시예들은 BFL이 긴 줌 렌즈계를 제공할 수 있다. BFL이 줌 렌즈계의 전장에 대하여 약 7.5% 이상이 되도록, 보다 바람직하게는 13.7% 이상이 되도록 할 수 있다. 감시용 카메라(CCTV)와 같은 촬영 장치의 경우, 주간뿐만 아니라 야간에도 영상을 촬영해야 한다. 감시용 카메라는 고화질의 영상을 얻기 위해 주간 촬영 및 야간 촬영에 적합한 필터를 구비할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 줌 렌즈계는 전장 대비 BFL이 비교적 큰 값을 가지므로, 주간용 필터와 야간용 필터의 교환이 용이하게 이루어질 수 있다. 예컨대, 하기의 식 4 및 식 5과 같이 줌 렌즈계의 BFL은 6mm 이상, 바람직하게는 8 mm 이상이 될 수 있다.
BFL ≥ 6 mm ………(식 4)
BFL ≥ 8 mm ………(식 5)
그리고, 줌 렌즈계의 전장(OAL)은 하기의 식을 만족할 수 있다.
OAL ≤ 65 mm ………(식 6)
여기서, OAL은 제1 렌즈(11, 111)의 물체측 면의 중심에서부터 이미지 면까지의 거리를 나타낸다. 식 6을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 줌 렌즈계의 전장은 약 65 mm 이하로, 촬영 장치를 소형화할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제4 렌즈군(G4)의 정렌즈는 하기의 식을 만족할 수 있다.
Nd < 1.5 ………(식 7)
여기서, Nd는 제4 렌즈군(G4)에 포함된 정렌즈의 d선의 굴절율을 나타낸다. 제4 렌즈군(G4)에 저굴절력의 렌즈를 구비함으로써, 긴 BFL을 확보할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제2 렌즈군(G2)은 하기의 식을 만족할 수 있다.
1.35 < f9/f11 < 1.75 ………(식 8)
여기서, f9는 상기 제2 렌즈군(G2) 중 물체측에서 첫번째 놓인 렌즈의 초점거리를, f11은 상기 제2 렌즈군(G2) 중 물체측에서 두번째 놓인 렌즈의 초점거리를 나타낸다. 예를 들어, f9는 제3 렌즈(21, 121)의 초점거리를, f11은 제4 렌즈(22, 122)와 제5 렌즈(23, 123)가 접합된 상태인 접합 렌즈의 초점 거리를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 나오는 비구면의 정의를 나타내면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 렌즈의 비구면 형상은 광축 방향을 x축으로 하고, 광축 방향에 대해 수직한 방향을 y축으로 할 때, 광선의 진행 방향을 정으로 하여 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다. 여기서, x는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리를, y는 광축에 대해 수직한 방향으로의 거리를, k는 코닉 상수(conic constant)를, A, B, C, D는 비구면 계수를, c는 렌즈의 정점에 있어서의 곡률 반경의 역수(1/R)를 각각 나타낸다.
Figure pat00001
………(식 9)
다음은 본 발명의 실시예에 따른 렌즈계의 설계 데이터를 나타낸 것이다.
이하에서, F는 초점거리를, Fno는 F넘버를, D8, D13, D19, D23은 가변거리를 나타낸다. 그리고, R은 곡률반경을, Dn는 렌즈 중심 두께 또는 렌즈와 렌즈 사이의 간격을, nd는 소재의 굴절율, vd는 소재의 아베수를 나타낸다.
<제 1 실시예>
표 1은 도 1에 도시된 일 실시예에 따른 줌 렌즈계의 설계 데이터를 나타낸다. 또한, 표 1에서 제10 렌즈(42)와 이미지 면의 사이에 필터(50, 60)와 같은 광학 소자가 더 구비될 수 있다. 표 1에서 Rn(n=1, 2, …, 27)은 도 1에 나타난 각 렌즈들의 면 Sm(m=1, 2, …, 27)의 곡률반경을 나타낸다.
F= 3.8 ~ 25.2995
Fno= 1.81 ~ 3.47
BFL=8.787
OAL= 63.899
n Rn Dn nd vd
1 41.22000 0.800000 1.922860 20.8804
2 12.99500 2.380018
3 INFINITY 6.570000
4 INFINITY 6.570000 1.846663 23.7848
S INFINITY 0.200000 1.846663 23.7848
S INFINITY 2.582865
7 19.73882 0.500000 1.689970 53.0000
S -20.98112 0.649772
9 26.96602 1.947832 1.620913 60.2980
10 7.87672 0.600000
11 -9.25940 1.501065 1.713000 53.9389
12 10.13062 17.436322 1.922860 20.8804
13 47.31444 0.200000
14(ST) INFINITY 1.786658
15 11.87198 0.206710 1.784719 25.7208
16 INFINITY 2.700936
17 9.19313 0.600000 1.487489 70.4412
18 -15.59835 3.871955 1.846663 23.7848
19 11.74960 3.124271
20 5.42509 0.200000 1.484630 69.8000
21 -10.00017 0.684290
22 7.35526 0.987305 1.761818 26.6090
23 3.98879 2.120000
24 INFINITY 0.300000 1.516798 64.1983
25 INFINITY 0.500000
26 INFINITY 4.87779 1.516798 64.1983
27 INFINITY 0.001836
IMAGE INFINITY
표 2는 도 1에 도시된 줌 렌즈계에서의 비구면 계수를 나타내고, 표 3은 가변거리를 광각단, 중간단, 및 망원단에서 각각 나타낸 것이다.
K A B C D
S7 -1.434688 -.239576E-04 -.266641E-07 -.104284E-09 0.000000E+00
S20 -0.535579 -.459864E-03 -.396917E-05 -.501588E-06 0.000000E+00
S21 -3.324261 0.732451E-03 -.376636E-04 0.491937E-06 0.000000E+00
D8 D12 D18 D22
광각단 0.5 17.43632 3.871955 0.987305
6.464339 11.47198 2.134442 2.724819
중간단 10.60992 7.326405 0.721278 4.137982
14.22148 3.71484 0.638991 4.22027
망원단 16.03632 1.9 2.092012 2.767248
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 줌 렌즈계의 광각단, 중간단, 및 망원단에서의 종방향 구면 수차(longitudinal spherical aberration), 비점 수차(astigmatism) 및 왜곡(distortion)을 보여준다. 상면 만곡에 관한 도 2b를 참고하면, 비점수차 필드 곡선(astigmatic field curve)에서 점선은 자오(tangential) 비점 수차를 실선은 구결(sagittal) 비점 수차를 나타낸다. 종방향 구면 수차는 약 656.28nm, 587.56nm, 546.07nm, 486.13nm, 435.84nm의 파장을 갖는 광에 대하여 도시되었으며, 비점 수차와 왜곡은 약 546.07nm 파장을 갖는 광에 대하여 도시된 것이다.
도 5 내지 도 6은 줌 렌즈계의 광각단, 중간단, 및 망원단에서의 코마 수차를 보여준다. 도 5a 내지 도 5e, 도 6a 내지 도 6e, 및 도 7a 내지 도 7e에서 좌측의 그래프는 자오(tangential) 코마 수차를, 우측의 그래프는 구결(sagittal) 코마 수차를 나타낸다. 한편, 코마 수차는 줌 렌즈계로 입사하는 빛의 입사각이 33.17°, 24.20°, 17.55°, 10.62°, 0°일 때의 코마 수차를 나타낸다.
<제 2 실시예>
표 4는 도 8에 도시된 일 실시예에 따른 줌 렌즈계의 설계 데이터를 나타낸다. 또한, 표 4에서 제10 렌즈(142)와 이미지 면의 사이에 필터(150, 160)와 같은 광학 소자가 더 구비될 수 있다. 표 4에서 Rn(n=1, 2, …, 27)은 도 8에 나타난 각 렌즈들의 면 Sm(m=101, 102, …, 127)의 곡률 반경을 나타낸다.
F= 3.803 ~ 25.2914
Fno= 1.81 ~ 3.47
BFL=8.826
OAL= 63.799
n Rn Dn nd vd
1 41.21981 0.800000 1.922860 20.8804
2 12.99516 2.374202
3 INFINITY 6.570000
4 INFINITY 6.570000 1.846663 23.7848
5 INFINITY 0.200000 1.846663 23.7848
6 INFINITY 2.431396
7 20.64673 0.500000 1.689970 53.0000
8 -21.04550 0.600000
9 14.81005 1.701928 1.613091 60.5909
0 6.71320 0.600000
11 -9.15279 1.591833 1.713000 53.9389
12 8.32757 16.501704 1.922860 20.8804
13 31.52072 0.200000
14(ST) INFINITY 1.754946
15 12.22034 0.200000 1.784719 25.7208
16 INFINITY 2.677185
17 8.76360 0.600000 1.487489 70.4412
18 -16.67494 4.880743 1.846663 23.7848
19 10.61261 3.206931
20 5.48253 0.200000 1.484630 69.8000
21 -11.28209 0.811811
22 6.18382 1.027321 1.761818 26.6090
23 3.84814 2.120000
24 INFINITY 0.300000 1.516798 64.1983
25 INFINITY 0.500000
26 INFINITY 4.874915 1.516798 64.1983
27 INFINITY 0.003662
IMAGE INFINITY
표 5는 도 8에 도시된 줌 렌즈계에서의 비구면 계수를 나타내고, 표 6은 가변거리를 광각단, 중간단, 및 망원단에서 각각 나타낸 것이다.
K A B C D
S107 -1.299296 -.223377E-04 -.562440E-07 0.285225E-09 0.000000E+00
S120 -0.650866 -.316908E-03 -.435761E-05 0.815473E-08 0.000000E+00
S121 -1.364424 0.674901E-03 -.219568E-04 0.377814E-06 0.000000E+00
D8 D12 D18 D22
광각단 0.5 16.5017 4.880743 1.027321
6.50239 10.49931 3.007127 2.900937
중간단 10.49015 6.511558 1.208886 4.699178
12.43742 4.564286 0.30578 5.602285
망원단 15.1017 1.9 0.2 5.708065
도 9 내지 도 11은 도 8에 도시된 줌 렌즈계의 광각단, 중간단, 및 망원단에서의 종방향 구면 수차(longitudinal spherical aberration), 비점 수차(astigmatism) 및 왜곡(distortion)을 보여준다. 상면 만곡에 관한 비점수차 필드 곡선(astigmatic field curve)에서 점선은 자오(tangential) 비점 수차를 실선은 구결(sagittal) 비점 수차를 나타낸다. 종방향 구면 수차는 약 656.28nm, 587.56nm, 546.07nm, 486.13nm, 435.84nm의 파장을 갖는 광에 대하여 도시되었으며, 비점 수차와 왜곡은 약 546.07nm 파장을 갖는 광에 대하여 도시된 것이다.
도 12 내지 도 14는 줌 렌즈계의 광각단, 중간단, 및 망원단에서의 코마 수차를 보여준다. 도 12a 내지 도 12e, 도 13a 내지 도 13e, 도 14a 내지 도 14e에서 좌측의 그래프는 자오(tangential) 코마 수차를, 우측의 그래프는 구결(sagittal) 코마 수차를 나타낸다. 한편, 코마 수차는, 줌 렌즈계로 입사하는 빛의 입사각이 33.17°, 24.20°, 17.55°, 10.62°, 0°일 때의 코마 수차를 나타낸다.
다음은, 상기 제1실시예 및 제2실시예가 각각 상기 식들을 만족함을 보여준 것이다.
식1 식2 식3 식4(식5) 식6 식7 식8
실시예1 1.81 6.65 13.75% 8.787 63.899 1.484630 1.38376
실시예2 1.81 6.65 13.83% 8.826 63.799 1.484630 1.70665
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
G1: 제1 렌즈군 G2: 제2 렌즈군
G3: 제3 렌즈군 G4: 제4 렌즈군
ST: 조리개 11, 111: 제1 렌즈
12, 13, 120, 130: 광학부재 14, 114: 제2 렌즈
21, 121: 제3 렌즈 22, 122: 제4 렌즈
23, 123: 제5 렌즈 31, 131: 제6 렌즈
32, 132: 제7 렌즈 33, 133: 제8 렌즈
41, 141: 제9 렌즈 42, 142: 제10 렌즈
50, 60, 150, 160: 필터

Claims (19)

  1. 물체측으로부터 이미지측으로의 순서대로,
    적어도 하나의 렌즈와 광축의 경로를 변환하는 굴절 부재를 포함하고, 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈군;
    부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈군;
    제3 렌즈군; 및
    제4 렌즈군;를 포함하며,
    상기 제1 내지 제4 렌즈군 사이의 간격을 변화시켜 주밍을 하며, 하기의 식을 만족하는 줌 렌즈계.
    <식>
    Fno_w ≤ 2.0
    5.5 ≤fT/fW
    7.5% = BFL/OAL
    여기서, Fno_w는 광각단에서의 F넘버를, fT는 망원단에서의 전체 초점거리를, fW는 광각단에서의 전체 초점거리를, BFL은 줌 렌즈계의 뒤초점거리(back focal length)를, OAL은 제1 렌즈군의 가장 물체측 렌즈의 물체측 면의 중심에서부터 이미지 면까지의 거리를 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 줌 렌즈계는 하기의 식을 만족하는 줌 렌즈계.
    <식>
    13.7% ≤ BFL/OAL
    여기서, BFL은 뒤초점거리(back focal length)를, OAL은 제1 렌즈군의 가장 물체측 렌즈의 중심에서부터 이미지 면까지의 거리를 나타낸다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 줌 렌즈계는 하기의 식을 만족하는 줌 렌즈계.
    <식>
    BFL ≥ 6 mm
    여기서, BFL은 뒤초점거리를 나타낸다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 줌 렌즈계는 하기의 식을 만족하는 줌 렌즈계.
    <식>
    BFL ≥ 8 mm
    여기서, BFL은 광각단에서의 뒤초점거리를 나타낸다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 줌 렌즈계는 하기의 식을 만족하는 줌 렌즈계.
    <식>
    OAL = 65 mm
    여기서, OAL은 제1 렌즈군의 가장 물체측 렌즈의 중심에서부터 이미지 면까지의 거리를 나타낸다.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 줌 렌즈계는 하기의 식을 만족하는 줌 렌즈계.
    1.7 ≤ Fno_w ≤ 2.0
    여기서, Fno_w는 광각단에서의 F넘버를 나타낸다.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 줌 렌즈계는 하기의 식을 만족하는 줌 렌즈계.
    <식>
    5.5 ≤ fT/fW ≤ 7.5
    여기서, fT는 망원단에서의 전체 초점거리를, fW는 광각단에서의 전체 초점거리를 나타낸다.
  8. 제1항에 있어서,
    광각단에서 망원단으로의 주밍시, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제4 렌즈군이 이동하며, 상기 제1 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 고정되는 줌 렌즈계.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제3 렌즈군은 정의 굴절력을 갖는 줌 렌즈계.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제4 렌즈군은 정의 굴절력을 갖는 줌 렌즈계.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군은 적어도 1면의 비구면을 포함하는 줌 렌즈계.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제4 렌즈군은 물체측으로부터 순서대로, 정렌즈 및 부렌즈의 2매의 렌즈를 포함하는 줌 렌즈계.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제4 렌즈군의 가장 물체측 렌즈는 적어도 1면의 비구면을 포함하는 줌 렌즈계.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제4 렌즈군의 정렌즈는 하기의 식을 만족하는 줌 렌즈계.
    <식>
    Nd < 1.5
    여기서, Nd는 상기 제4 렌즈군의 정렌즈의 굴절율을 나타낸다.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제3 렌즈군은 정렌즈와 부렌즈의 접합 렌즈를 포함하는 줌 렌즈계.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제2 렌즈군과 상기 제3 렌즈군의 사이에 배치되는 조리개를 포함하는 줌 렌즈계.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제2 렌즈군에 속한 렌즈들 중 물체측으로부터 순서대로 배치된 첫번째 렌즈 및 두번째 렌즈는 하기의 식을 만족하는 줌 렌즈계.
    <식>
    1.35 < f9/f11 < 1.75
    여기서, f9는 상기 제2 렌즈군 중 물체측으로부터 첫번째 놓인 렌즈의 초점거리를, f11은 상기 제2 렌즈군 중 물체측으로부터 두번째 놓인 렌즈의 초점거리를 나타낸다.
  18. 물체측으로부터 이미지측으로의 순서대로,
    적어도 하나의 렌즈와 광축의 경로를 변환하는 굴절 부재를 포함하고, 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈군;
    부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈군;
    제3 렌즈군; 및
    제4 렌즈군;을 포함하며,
    상기 제1 내지 제4 렌즈군 사이의 간격을 변화시켜 주밍을 하며, 상기 제1 렌즈군 내지 상기 제4 렌즈군을 구성하는 렌즈의 총 개수는 10매 이하인 줌 렌즈계.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제3 렌즈군 및 제4 렌즈군은 정의 굴절력을 갖는 줌 렌즈계.
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