KR20140125980A - 줌 렌즈 및 이를 구비한 촬상장치 - Google Patents

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KR20140125980A
KR20140125980A KR1020130043814A KR20130043814A KR20140125980A KR 20140125980 A KR20140125980 A KR 20140125980A KR 1020130043814 A KR1020130043814 A KR 1020130043814A KR 20130043814 A KR20130043814 A KR 20130043814A KR 20140125980 A KR20140125980 A KR 20140125980A
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김진우
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삼성전자주식회사
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Abstract

줌 렌즈는 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 것으로, 정의 굴절력을 가지며, 1매의 부렌즈와 1매의 정렌즈를 포함하는 제1렌즈군; 부의 굴절력을 가지며, 상측으로 오목한 메니스커스 형상의 부렌즈를 포함하는 제2렌즈군; 정의 굴절력을 가지며, 적어도 한 면이 비구면인 비구면 렌즈를 포함하는 제3렌즈군; 및 정의 굴절력을 가지는 제4렌즈군;을 포함하며, 광각단에서 망원단으로 변배시, 상기 제1렌즈군 내지 제4렌즈군이 모두 움직이고, 상기 제3렌즈군은 상측에서 물체측으로 이동하다가 다시 상측을 향하는 궤적으로 움직인다.

Description

줌 렌즈 및 이를 구비한 촬상장치{Zoom lens and imaging apparatus employing the same}
본 개시는 초소형 디지털 카메라나 디지털 비디오 카메라, 휴대 전화, 정보 휴대 단말기(PDA)등에 사용되는 줌 렌즈 및 촬상장치에 관한 것이다.
최근 CCD (Charge Coupled Device)나 CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor)와 같은 고체 촬상 소자를 이용한 디지털 카메라 또는 디지털 캠코더와 같은 결상광학기기가 급속히 확대 보급되고 있으며, 이에 따라, 고성능이며, 소형 경량화된 구조의 줌 렌즈가 요구되고 있다.
고체 촬상소자를 사용하는 광학계에서 있어서 시장의 요구는 고해상력은 물론이고 고배율을 구현하면서 소형화 되는 경향을 가지고 있다. 또한 카메라에 대한 소비자의 전문성이 지속적으로 높아져 가고 있다.
고배율을 구현하기 위해 정-부-정-정의 4군 렌즈군 구성이 사용될 수 있으며, 주밍시 각군을 개별적으로 움직임에 있어, 제3렌즈군의 궤적이 상측에서 물체측을 향하는 일방향으로만 움직이는 경향이 있다. 이 경우, 제3렌즈군의 이동거리가 길어 렌즈계의 전장이 길어져 소형화에 불리하다. 또한, 렌즈계를 구성하는 렌즈의 형상에 따라 소형화가 어렵거나 또는 플라스틱과 같은 저가의 소재를 사용하는데 제약이 있는 경우가 많다.
본 발명의 실시예들은 광학적으로 우수한 광학 성능을 구현하며, 소형화되고 손떨림 보정이 가능한 줌 렌즈를 제공하고자 한다.
일 유형에 따르는 줌 렌즈는 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 것으로, 정의 굴절력을 가지며, 1매의 부렌즈와 1매의 정렌즈를 포함하는 제1렌즈군; 부의 굴절력을 가지며, 상측으로 오목한 메니스커스 형상의 부렌즈를 포함하는 제2렌즈군; 정의 굴절력을 가지며, 적어도 한 면이 비구면인 비구면 렌즈를 포함하는 제3렌즈군; 및 정의 굴절력을 가지는 제4렌즈군;을 포함하며, 광각단에서 망원단으로 변배시, 상기 제1렌즈군 내지 제4렌즈군이 모두 움직이고, 상기 제3렌즈군은 상측에서 물체측으로 이동하다가 다시 상측을 향하는 궤적으로 움직이며, 다음 조건을 만족한다.
　　60 ≤ Vd3　
　　2.9 ≤　f4 / fw ≤　5.6
여기서, Vd3는 상기 제3렌즈군의 비구면 렌즈의 아베수이고, f4는 상기 제4렌즈군의 초점거리이고, fw는 광각단에서의 줌 렌즈 전체의 초점거리이다.
상기 줌 렌즈는 다음 조건을 더 만족할 수 있다.
4.5 ≤　Tol/(ft/fw) ≤　5.5
여기서, Tol은 망원단에서 상기 제1렌즈군의 가장 물체측 면으로부터 상기 제3렌즈군의 가장 상측 면까지의 거리이고, ft는 망원단에서의 줌 렌즈 전체의 초점거리이고, fw는 광각단에서의 줌 렌즈 전체의 초점거리이다.
상기 줌 렌즈는 다음 조건을 더 만족할 수 있다.
20 ≤　Pvd-Nvd
여기서, Pvd는 상기 제1렌즈군의 정렌즈의 아베수이고, Nvd는 상기 제1렌즈군의 부렌즈의 아베수이다.
상기 제2렌즈군의 메니스커스 형상의 부렌즈는 플라스틱 소재로 이루어질 수 있다.
상기 제2렌즈군은 굴절률 Nd2가 다음 조건을 만족하는 정렌즈를 더 포함할 수 있다.
　　2.0　≤ Nd2　
상기 제2렌즈군 또는 제3렌즈군은 손떨림 보정을 위해 광축에 수직인 방향으로 움직이는 쉬프트(shift) 렌즈군으로 구성될 수 있다.
상기 제3렌즈군은 물체측이 볼록한 메니스커스 형상의 렌즈 2매가 접합된 접합렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 제4렌즈군은 플라스틱 소재로 이루어진 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제1렌즈군의 상기 부렌즈와 정렌즈는 서로 접합된 접합렌즈를 이룰 수 있다.
상기 제2렌즈군은 부의 굴절력을 갖는 비구면 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 제4렌즈군은 정의 굴절력을 갖는 비구면 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제4렌즈군의 비구면 렌즈는 물체측으로 오목한 매니스커스 형상을 가질 수 있다.
또한, 일 유형에 따른 줌 렌즈는 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 것으로, 정의 굴절력을 가지며, 1매의 부렌즈와 1매의 정렌즈를 포함하는 제1렌즈군; 부의 굴절력을 가지며, 상측으로 오목한 메니스커스 형상의 부렌즈를 포함하는 제2렌즈군; 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈군; 및 정의 굴절력을 가지는 제4렌즈군;을 포함하며, 광각단에서 망원단으로 변배시, 상기 제1렌즈군 내지 제4렌즈군이 모두 움직이고, 상기 제3렌즈군은 상측에서 물체측으로 이동하다가 다시 상측을 향하는 궤적으로 움직이며, 다음 조건을 만족한다.
　　2.9 ≤　f4 / fw ≤　5.6
　　4.5 ≤　Tol/(ft/fw) ≤　5.5
여기서, f4는 상기 제4렌즈군의 초점거리이고, Tol은 망원단에서 상기 제1렌즈군의 가장 물체측 면으로부터 상기 제3렌즈군의 가장 상측 면까지의 거리이고, ft는 망원단에서의 줌 렌즈 전체의 초점거리이고, fw는 광각단에서의 줌 렌즈 전체의 초점거리이다.
상기 제3렌즈군은 정의 굴절력을 가지며 적어도 한 면이 비구면인 비구면 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 줌 렌즈는 고배율을 구현하며, 소형화된 구조를 가진다.
또한 상기 줌 렌즈는 플라스틱과 같은 저가의 소재를 적용하기에 적합한 렌즈 형상을 제시하고 있어 가격 경쟁력이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단, 중간단 및 망원단에서의 광학적 배치를 보인다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 줌 렌즈의 주밍시 각 렌즈군의 이동 궤적을 보인다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단 및 망원단에서의 종방향 구면수차, 비점수차 및 왜곡을 보인 수차도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단, 중간단 및 망원단에서의 광학적 배치를 보인다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 줌 렌즈의 주밍시 각 렌즈군의 이동 궤적을 보인다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 제2실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단 및 망원단에서의 종방향 구면수차, 비점수차 및 왜곡을 보인 수차도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단, 중간단 및 망원단에서의 광학적 배치를 보인다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 줌 렌즈의 주밍시 각 렌즈군의 이동 궤적을 보인다.
도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 제3실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단 및 망원단에서의 종방향 구면수차, 비점수차 및 왜곡을 보인 수차도이다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단, 중간단 및 망원단에서의 광학적 배치를 보인다.
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 줌 렌즈의 주밍시 각 렌즈군의 이동 궤적을 보인다.
도 12a 및 도 12b는 각각 본 발명의 제4실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단 및 망원단에서의 종방향 구면수차, 비점수차 및 왜곡을 보인 수차도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 촬상 장치의 개략적인 구조를 보인다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1, 도 4, 도 7 및 도 10은 각각 본 발명의 제1 내지 제4실시예에 따른 줌 렌즈(101)(102)(103)(104)의 광학적 배치를 보이며, 도 2, 5, 8, 11은 각각 본 발명의 제1 내지 제4실시예에 따른 줌 렌즈(101)(102)(103)(104)의 변배시 각 렌즈군의 이동 궤적을 보인다.
실시예들에 따른 줌 렌즈(101)(102)(103)(104)는 소형화 및 고배율을 구현하기 위해 물체(OBJ)측으로부터 순서대로 정의 굴절력을 가지는 제1렌즈군(G1), 부의 굴절력을 가지는 제2렌즈군(G2), 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈군(G3)과 정의 굴절력을 가지는 제4렌즈군(G4)을 포함한다. 광각단에서 망원단으로 변배시에 제1렌즈군(G1) 내지 제4렌즈군(G4)이 모두 움직이며, 제3렌즈군(G3)은 물체(OBJ)측으로 이동하다가 다시 상(IMG) 측으로 되돌아 오는 궤적으로 움직인다. 제3렌즈군(G3)의 이러한 궤적은 망원단에서의 광학계 전장을 가능한 줄이며, 또한, 망원단의 F수도 배율 변화에 비해서 작게 유지할 수 있도록 제시된 것이다. 일반적인 4군 줌 렌즈 구성에서 제3렌즈군(G3)은 상(IMG) 측에서 물체(OBJ) 측으로 직선 궤도로 움직이며, 이 경우, 망원단에서의 광학계 전장이 매우 길어지게 되어 소형화에는 적합하지 않다. 본 실시예에서는 광학계 전장을 가능한 줄이면서도 고배율을 구현할 수 있는 렌즈 구성을 제시하고 있다.
줌 렌즈(101)(102)(103)(104)는 다음 조건을 만족할 수 있다.
60 ≤ Vd3　 (1)
여기서, Vd3은 제3렌즈군(G3)에 속하는 비구면 렌즈의　아베수이다.
제3렌즈군(G3)에 아베수 60 이상의 저분산 소재로 이루어진 비구면 렌즈를 채용하여 색수차 제어를 용이하게 하기 위한 것이다. 제3렌즈군(G3)의 비구면 렌즈의 아베수가 상기 하한보다 작은 경우 아베수를 가지는 경우 제3렌즈군(G3)중 접합렌즈에 저분산 소재를 사용해야 하기 때문에, 접합렌즈에 고굴절의 소재를 사용하는데 제한을 갖게 된다.
또한, 줌 렌즈(101)(102)(103)(104)는 다음 조건을 만족할 수 있다.
2.9 ≤　f4 / fw ≤　5.6 (2)
여기서 f4는 제4렌즈군(G4)의 초점거리이고, Tol은 망원단에서의 광학 전장, 즉, 제1렌즈군(G1)의 가장 물체측 면으로부터 제4렌즈군(G4)의 가장 상 측의 면까지의 거리이다.
상기 조건은 제4렌즈군(G4)이 적절한 파워를 가짐으로써 핀트민감도가 적정하게 유지되도록 하기 위한 것이다. 광각단에서의 줌 렌즈 전체 초점거리 대비 제4렌즈군(G4)의 초점거리가 상기 범위의 하한치보다 작아지면 제4렌즈군(G4)의 굴절력이 너무 강해지고 물체거리에 따른 상면보정을 행할 때 수차의 변동이 커지게 된다. 또한, 상한값을 초과하게 되면, 상면보정을 위해서 광축을 따라 이동해야하는 거리가 증대되는 불편함이 있다.
또한, 줌 렌즈(101)(102)(103)(104)는 다음 조건을 만족할 수 있다.
4.5 ≤　Tol/(ft/fw) ≤　5.5 (3)
여기서, Tol은 망원단에서 상기 제1렌즈군(G1)의 가장 물체(OBJ) 측 면으로부터 제3렌즈군(G3)의 가장 상(IMG) 측 면까지의 거리이고, ft는 망원단에서의 줌 렌즈 전체의 초점거리이고, fw는 광각단에서의 줌 렌즈 전체의 초점거리이다.
상기 조건의 값이 상한치를 벗어나게 되면 망원단에서의 광학 전장이 길어진다. 줌 렌즈가 수납되는 경통의 사이즈를 최소화하기 위해서는 망원단의 광학 전장이 작은 것이 유리한데, 망원단에서의 광학 전장이 길어지면 경통 사이즈가 커져야 한다. 한편, 상기 조건의 값이 하한치보다 작아지는 경우, 수차 제어에 어려움이 있다.
또한, 줌 렌즈(101)(102)(103)(104)는 다음 조건을 만족할 수 있다.
20 ≤　Pvd-Nvd 　 (4)
　　　　　여기서, Pvd는 제1렌즈군(G1)의 정렌즈의 아베수이고, Nvd는 제1렌즈군(G1)의 부렌즈의 아베수이다.
상기 조건은 색수차 제어를 위한 것으로, 제1렌즈군(G1)에 속하는 부렌즈의 아베수에 대비한 제1렌즈군(G1)에 속하는 정렌즈의 아베수의 차가 하한치보다 작은 경우, 색수차 제어가 어려워진다.
또한, 줌 렌즈(101)(102)(103)(104)는 다음 조건을 만족할 수 있다.
　2.0　≤ Nd2　 (5)
여기서, Nd2는 제2렌즈군(G2)을 구성하는 렌즈 중 정의 굴절력을 가지는 렌즈의 굴절률이다. 　
고배율화를 이루기 위해서 제2렌즈군(G2)의 부의 굴절력이 커야 한다. 이를 위해서는 제2렌즈군(G2)중 정의 굴절력이 강해야 하고 이를 위해서 2렌즈군(G2)중 정의 굴절력을 가지는 렌즈는 고굴절의 소재를 사용할 수 있다. 예를 들어, 제2렌즈군(G2)의 정렌즈는 굴절률이 2.0　이상 되는 소재를 사용할 수 있다. 이러한 조건에 부합하지 않는 소재를 사용하면 고배율화에 따라 각 군들의 변배시 이동거리가 커지게 되고 렌즈의 형상은 R값이 작아지는 경향을 가지게 되어 두께가　두꺼워지게 된다. 즉, 줌 렌즈 전체의 크기가 커져 생산성이 낮아지게 된다.
각 렌즈군의 보다 상세한 구성을 살펴보면 다음과 같다.
제1렌즈군(G1)은 부렌즈인 제1렌즈(110)와 정렌즈인 제2렌즈(120)를 포함할 수 있다. 제1렌즈(110)와 제2렌즈(120)는 접합렌즈를 이룰 수 있다. 제1렌즈군(G1)의 이러한 구성에 따라 고배율화에 의해 발생하는 색수차를 적절히 제어할 수 있다.
제2렌즈군(G2)은 부렌즈인 제3렌즈(210), 부렌즈인 제4렌즈(220), 정렌즈인 제5렌즈(230)를 포함할 수 있다. 제4렌즈(220)와 제5렌즈(230)는 물체측이 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.
일반적으로, 4군 줌 렌즈에서, 제2렌즈군 중 상측에 가까운 부렌즈를 양오목 혹은 상측에 오목한 매니스커스 형상으로 형성한다. 하지만 양오목 형상을 선택할 경우, 제2렌즈군(G2)의 총 두께가 커져서 줌 렌즈가 수납되는 경통 사이즈의 증대를 초래한다. 또한, 양 오목 형상의 경우, 플라스틱 소재를 사용하는 사출 렌즈의 방법으로 제조하기 어려운 형태이다. 따라서, 본 실시예에서는 소형화에 유리하며, 또한, 플라스틱 소재를 사용하기에도 유리하도록, 제2렌즈군(G2) 중에서, 상측에 가까운 부렌즈, 즉, 제4렌즈(220)를 매니스커스 형상으로 정하고 있다.
또한, 제2렌즈군(G2)은 부의 굴절력을 갖는 비구면 렌즈를 포함할 수 잇고, 제4렌즈(220)가 비구면 렌즈일 수 있다. 제2렌즈군(G2)은 광각화시 주변 해상력에 영향을 크게 미치는 렌즈군으로, 제2렌즈군(G2)의 부렌즈에 비구면을 사용하여 비축상의 수차 제어를 용이하게 할 수 있다.
고배율화가 되려면, 제3렌즈군(G3)의 굴절력이 커야 한다. 또한 제3렌즈군(G3)이 주밍시 움직일 때, 수차의 변화가 적으며 적절한 수차를 유지하기 위해서는 제3렌즈군(G3) 중에 매니스커스 형상의 렌즈 2매가 접합된 접합렌즈를 포함할 수 있다.
제3렌즈군(G3)은 정렌즈인 제6렌즈(310), 정렌즈인 제7렌즈(320), 부렌즈인 제8렌즈(330)를 포함할 수 있고, 제7렌즈(320), 제8렌즈(330)는 물체측으로 볼록한 매니스커스 형상으로 된 2매의 렌즈가 접합된 접합렌즈를 이룸으로써, 고배율화에 따른, 성능 변화가 적도록 하였다.
또한, 제3렌즈군(G3)은 정의 굴절력을 갖는 비구면 렌즈를 포함할 수 있고, 제6렌즈(310)가 비구면 렌즈일 수 있다. 제3렌즈군(G3)에 조리개(미도시)가 배치될 수 있고, 예를 들어, 제6렌즈(310)의 물체측 면에 조리개가 배치될 수 있다. 조리개와 가까운 곳에 비구면을 사용함으로써 구면수차를 용이하게 보정할 수 있다.
제2렌즈군(G2)　또는 제3렌즈군(G3)은 손떨림 보정을 위하여 광축을 교차하는 방향, 예를 들어, 광축에 수직인 방향으로 움직이는 시프트(shift) 렌즈군으로 구성될 수 있다. 시프트(shift) 렌즈군으로 구성되는 제2렌즈군(G2)　또는 제3렌즈군(G3)은 렌즈 시프트(shift)시에, 화상이 양호하고 구면 수차 및 페츠발 합 (Petzval sum)이 양호하게 보정되는 상태로 할 필요가 있다. 이에 의해, 구면수차 및 시프트 렌즈(shift lens)군을 광축에 수직으로 시프트(shift) 시킬 때 화면 중심부에서 발생되는 편심 코마수차를 억제할 수 있기 때문이다. 또한, 페츠발 합의 보정은 시프트렌즈(shift lens)군을 광축의 수직으로 움직일때 화면 주변부에 발생되는 상면 만곡을 억제한다.　
상면이동과 초점위치 보정은 정의 굴절력을 가진 제4렌즈군(G4)에 의해 수행된다. 　
제4렌즈군(G4)은 정의 굴절력을 갖는 제9렌즈(410)로 이루어질 수 있다.
제9렌즈(410)는 비구면렌즈일 수 있다. 제4렌즈군(G4)을 정의 굴절력을 가진 1매의 비구면 렌즈로 구성함으로써, 수차 제어 및 상면으로의 광선 입사각을 양호하게 할 수 있다. 상면으로의 입사하는 광이 상면에 수직에 가까운 입사각을 가지며, 즉, 텔레센트릭 앵글(telecentric angle)이 작은 특성을 가지게 된다. 또한, 제9렌즈(410)는 물체측으로 오목한 메니스커스 형상을 가질 수 있고, 이러한 형상에 따라 상면만곡의 보정이 용이하고 포커싱을 행할때 물체거리에 따른 수차변화가 적다. 제9렌즈(410)는 플라스틱 수지 소재로 이루어질 수 있다. 제4렌즈군(G4)은 전체 렌즈군 중에서 민감도가 낮은 군으로서, 제9렌즈(410)는 플라스틱 소재로 제조하기에 적합한 곡률을 가지므로, 제9렌즈(410)로 플라스틱 렌즈를 사용하므로서 재료비 절감을 꾀할 수 있다.
　제4렌즈군(G4)의 상측에는 적외선 필터(510), 커버 글래스(520)가 배치될 수 있다.
이하, 각 렌즈군의 상세한 렌즈데이터들을 실시예별로 살펴보기로 한다.
본 발명의 실시예들에서 나타나는 비구면의 정의는 다음과 같다.
Figure pat00001
여기서, x는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리이고, y는 광축에 대해 수직한 방향으로의 거리이며, K는 코닉상수(conic constant), A, B, C, D는 비구면계수, c'은 렌즈의 정점에 있어서의 곡률반경의 역수(1/R)이다.
렌즈데이터에서, STOP은 조리개를 나타내며, f는 줌 렌즈 전체의 초점거리, Fno는 F수, 2ω는 화각을 나타낸다. 초점거리, 곡률반경, 두께, 거리의 단위는 모두 mm이고, 화각의 단위는 ˚이다. 면 번호 다음의 *표는 그 면이 비구면임을 나타낸다.
<제1실시예>
도 1은 제1실시예에 따른 줌 렌즈(101)의 광학적 배치를 보인다. 렌즈 데이터는 다음과 같다.
　f;4.42 ~ 35.48 ~ 49.90 Fno;3.3 ~ 7.0 ~ 6.8 2ω;84.08 ~ 12.37 ~ 8.76
면 　 곡률반경 두께 굴절률(nd) 아베수(vd)
1 20.381 0.65 2.001 25.46
2 13.879 2.75 1.690 53.00
3* -771.905 D1 　 　
4 -44.876 0.40 1.804 46.50
5 5.544 1.80 　 　
6* 12.973 0.53 1.583 58.90
7* 7.205 0.10 　 　
8 8.365 1.17 2.104 17.20
9 13.224 D2 　 　
10*(STOP) 4.610 1.13 1.553 71.68
11* -13.793 0.10 　 　
12 4.188 1.13 1.593 68.62
13 7.885 0.35 1.904 31.32
14 2.933 D3 　 　
15* -248.943 2.00 1.531 56.50
16* -8.488 D4 　 　
17 infinity 0.21 1.517 64.20
18 infinity 0.10 　 　
19 infinity 0.50 1.517 64.20
20 infinity D5 　 　
21 infinity D6 　 　
　 광각단 중간단 망원단
D1 0.80 16.06 19.45
D2 13.65 2.19 0.40
D3 3.77 17.13 16.37
D4 3.42 2.36 2.32
D5 0.53 0.53 0.53
D6 -0.02 0.03 -0.01
면 K A B C D
3 0.000000 2.645923E-06 5.739860E-09 -8.047244E-11 0.000000E+00
6 -1.000000 -2.692605E-03 9.674654E-05 -3.838151E-07 1.298362E-08
7 -5.800000 -1.473362E-03 4.394789E-05 2.051505E-06 -6.613895E-08
10 -1.000000 1.776383E-04 -5.425832E-05 1.217328E-06 0.000000E+00
11 -1.000000 5.446967E-04 -8.868850E-05 6.400923E-06 0.000000E+00
15 0.000000 -7.195778E-05 -4.131262E-05 1.465421E-06 -3.725524E-08
16 -10.000000 -1.056028E-03 -7.261218E-06 6.927309E-07 -2.692998E-08
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 줌 렌즈(101)의 주밍시 각 렌즈군의 이동 궤적을 보인다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 줌 렌즈(101)의 광각단, 및 망원단에서의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aber.), 비점수차(astigmatic field curves) 및 왜곡(distortion)을 보인 수차도이다. 구면수차는 파장 656.27nm인 C선, 파장 587.56nm인 d선 및 파장 486.13nm인 f선에 대해 보이고 있다. 비점수차에서, T, S는 각각 자오면(tangential surface) 및 구결면(sagittal surface)에서의 만곡을 나타낸다.
<제2실시예>
도 4는 제2실시예에 따른 줌 렌즈(102)의 광학적 배치를 보인다. 렌즈 데이터는 다음과 같다.
f;4.42　~ 35.47　~ 48.59　　Fno;3.35　~ 7.07　~ 6.82　　2ω;84.0　~ 12.30　~ 8.94
　 곡률반경 두께 굴절율(nd) 아베수(vd)
1 18.482 0.65 1.935 27.75
2 14.161 2.80 1.553 71.68
3* -146.813 D1 　 　
4 -51.484 0.40 1.804 46.50
5 5.876 1.96 　 　
6* 24.108 0.53 1.583 58.90
7* 7.780 0.10 　 　
8 7.887 1.29 2.003 19.32
9 14.083 D2 　 　
10*(STOP) 4.752 1.06 1.553 71.68
11* -13.177 0.10 　 　
12 4.382 1.31 1.593 68.62
13 8.693 0.35 1.904 31.32
14 3.007 D3 　 　
15* -174.864 1.67 1.531 56.50
16* -8.079 D4 　 　
17 infinity 0.21 1.517 64.20
18 infinity 0.10 　 　
19 infinity 0.50 1.517 64.20
20 infinity D5 　 　
21 infinity D6 　 　
　 광각단 중간단 망원단
D1 0.66 16.08 19.36
D2 13.60 2.05 0.40
D3 4.09 17.24 16.41
D4 3.18 2.34 2.37
D5 0.53 0.53 0.53
D6 -0.02 0.03 -0.02
면 K A B C D
3 0.000000 7.282077E-06 4.413973E-09 -1.047025E-10 0.000000E+00
6 -1.000000 -2.258352E-03 9.681766E-05 -5.463409E-07 -1.180283E-08
7 -5.800000 -1.078610E-03 6.398174E-05 1.172968E-06 -6.198603E-08
10 -1.000000 1.722044E-04 -4.606884E-05 6.397599E-06 0.000000E+00
11 -1.000000 5.686415E-04 -5.254452E-05 7.015482E-06 0.000000E+00
15 0.000000 1.644838E-04 -4.994507E-05 1.598909E-06 -4.343115E-08
16 -10.000000 -9.075131E-04 -6.557590E-06 3.400699E-07 -2.481900E-08
　도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 줌 렌즈(102)의 주밍시 각 렌즈군의 이동 궤적을 보인다.
도 6a, 및 도 6b는 각각 본 발명의 제2실시예에 따른 줌 렌즈(102)의 광각단, 중간단 및 망원단에서의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aber.), 비점수차(astigmatic field curves) 및 왜곡(distortion)을 보인 수차도이다.
<제3실시예>
도 7은 제3실시예에 따른 줌 렌즈(103)의 광학적 배치를 보인다. 다음은 제3실시예의 렌즈데이터이다.
f;4.41　~ 35.46　~ 44.17　　Fno;3.23　~ 6.94　~ 6.70　　2ω;84.07　~ 12.29　~ 9.85
　 곡률반경 두께 굴절율(nd) 아베수(vd)
1 19.072 0.65 2.002 29.13
2 14.507 2.59 1.553 71.68
3* -126.646 D1 　 　
4 -43.754 0.40 1.804 46.50
5 5.504 1.97 　 　
6* 30.000 0.53 1.583 58.90
7* 9.566 0.10 　 　
8 9.580 1.23 2.003 19.32
9 21.168 D2 　 　
10*(STOP) 4.357 1.56 1.589 61.25
11* -15.746 0.10 　 　
12 3.856 0.67 1.593 68.62
13 9.207 0.35 1.904 31.32
14 2.906 D3 　 　
15* -52.583 1.82 1.531 56.50
16* -10.601 D4 　 　
17 infinity 0.21 1.517 64.20
18 infinity 0.10 　 　
19 infinity 0.50 1.517 64.20
20 infinity D5 　 　
21 infinity D6 　 　
　 광각단 중간단 망원단
D1 0.67 16.48 19.42
D2 13.64 1.34 0.40
D3 3.63 17.43 16.65
D4 3.83 2.34 2.32
D5 0.53 0.53 0.53
D6 -0.02 0.01 -0.02
면 K A B C D
3 0.000000 5.349059E-06 1.348747E-08 -1.645811E-10 0.000000E+00
6 -1.000000 -1.265567E-03 4.292597E-05 -7.418682E-07 3.832527E-08
7 -5.800000 -9.323921E-04 2.751713E-05 2.549727E-07 -1.244549E-08
10 -1.000000 5.016918E-04 -1.638303E-05 9.685333E-06 0.000000E+00
11 -1.000000 8.685387E-04 -4.329650E-05 1.435813E-05 0.000000E+00
15 0.000000 4.646245E-04 -1.037705E-04 4.100029E-06 -2.828229E-08
16 -10.000000 2.634726E-04 -1.011720E-04 3.524454E-06 -1.684244E-08
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 줌 렌즈(103)의 주밍시 각 렌즈군의 이동 궤적을 보인다.
도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 제3실시예에 따른 줌 렌즈(103)의 광각단, 중간단 및 망원단에서의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aber.), 비점수차(astigmatic field curves) 및 왜곡(distortion)을 보인 수차도이다.
<제4실시예>
도 10은 제4실시예에 따른 줌 렌즈(104)의 광학적 배치를 보인다. 다음은 제3실시예의 렌즈데이터이다.
f;4.41　~ 35.48　~ 44.17　Fno;3.25　~ 6.85　~ 6.63　　2ω;84.08　~ 12.21　~ 9.76
　 곡률반경 두께 굴절율(nd) 아베수(vd)
1 17.992 0.65 1.935 27.75
2 13.974 2.65 1.553 71.68
3* -332.141 D1 　 　
4 -34.371 0.40 1.804 46.50
5 5.747 1.83 　 　
6* 21.212 0.40 1.583 58.90
7* 8.869 0.10 　 　
8 9.594 1.23 2.003 19.32
9 21.100 D2 　 　
10*(STOP) 5.925 1.41 1.497 81.56
11* -12.073 0.10 　 　
12 4.033 1.86 59.282 68.62
13 9.791 0.35 1.904 31.32
14 3.171 D3 　 　
15* -105.257 1.90 1.531 56.50
16* -6.500 D4 　 　
17 infinity 0.21 1.517 64.20
18 infinity 0.10 　 　
19 infinity 0.50 1.517 64.20
20 infinity D5 　 　
21 infinity D6 　 　
　 광각단 중간단 망원단
D1 0.84 16.86 19.45
D2 13.53 1.56 0.40
D3 3.77 16.47 15.69
D4 2.74 2.34 2.32
D5 0.53 0.53 0.53
D6 -0.02 0..027 -0.02
면 K A B C D
3 0.000000 6.194785E-06 5.374673E-09 -7.624027E-11 0.000000E+00
6 -1.000000 -2.252686E-03 9.967385E-05 -1.799960E-06 5.282330E-08
7 -5.800000 -1.748944E-03 8.132158E-05 -8.222034E-07 3.734879E-09
10 -1.000000 1.142552E-03 4.342331E-05 3.819623E-05 0.000000E+00
11 -1.000000 1.765903E-03 4.060490E-05 4.751209E-05 0.000000E+00
15 0.000000 8.312505E-04 -1.087274E-04 7.850656E-06 -2.805160E-07
16 -10.000000 -1.344052E-03 4.148469E-05 8.475289E-07 -1.262278E-07
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 줌 렌즈(104)의 주밍시 각 렌즈군의 이동 궤적을 보인다.
도 12a, 및 도 12b는 각각 본 발명의 제4실시예에 따른 줌 렌즈(104)의 광각단, 중간단 및 망원단에서의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aber.), 비점수차(astigmatic field curves) 및 왜곡(distortion)을 보인 수차도이다.
다음 표는 실시예들이 전술한 조건들을 만족하는 것을 보인다.
조건식 제1실시예 제2실시예 제3실시예 제4실시예
(1) 　60 ≤ Vd3 71.680 71.680 61.251 81.560
(2) 　2.9 ≤ f4 / fw ≤ 5.6 3.715 3.580 5.547 2.918
(3) 　4.5　≤ Tol/(ft/fw) ≤　5.5 4.609 4.732 5.206 5.2045
(4) 　20 ≤ Pvd-Nvd 27.542 43.930 42.550 43.930
(5) 　2.0 ≤ Nd2 2.104 2.003 2.003 2.003
상기 실시예들에 따르면, 고배율, 소형화되고, 저비용으로 구현할 수 있는 줌 렌즈가 제공된다. 실시예들에 따른 줌 렌즈는 이러한 줌 렌즈를 통해 형성된 광학 상(optical image)을 전기 신호로 변환하는 촬상소자와 함께 다양한 종류의 촬상 장치에 채용될 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 촬상 장치(600)를 보인다. 도시한 것이다. 촬상 장치(600)는 줌 렌즈(100)와 줌 렌즈(100)를 통해 형성된 광학 상(optical image)를 전기 신호로 변환하는 촬상 소자(612)를 포함한다. 줌 렌즈(100)로는 전술한 실시예에 따른 줌 렌즈(101)(102)(103)(104)가 채용될 수 있다.
촬상 장치(600)는 또한, 촬상 소자(612)로부터 광전 변환된 피사체 상에 대응되는 정보가 기록된 기록 수단(613)과, 피사체 상을 관찰하기 위한 뷰 파인더(finder)(614)를 포함할 수 있다. 그리고, 피사체 상이 표시되는 표시부(615)가 구비될 수 있다. 여기서는, 뷰 파인더(614)와 표시부(615)가 따로 구비된 예를 보여주었으나 뷰 파인더가 따로 없이 표시부만 구비될 수 있다. 도 13에 도시된 촬상 장치는 일 예일 뿐이며 여기에 한정되는 것은 아니고 카메라 이외에 다양한 광학 기기에 적용 가능하다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 줌 렌즈를 디지털 카메라 등의 촬상 장치에 적용함으로써 광학 성능이 우수하고 소형화된 광학 기기를 실현할 수 있다.
이러한 본원 발명인 줌 렌즈는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
G1 ... 제1렌즈군 G2 ... 제2렌즈군
G3 ... 제3렌즈군 G4 ... 제4렌즈군

Claims (23)

  1. 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 것으로,
    정의 굴절력을 가지며, 1매의 부렌즈와 1매의 정렌즈를 포함하는 제1렌즈군;
    부의 굴절력을 가지며, 상측으로 오목한 메니스커스 형상의 부렌즈를 포함하는 제2렌즈군;
    정의 굴절력을 가지며, 적어도 한 면이 비구면인 비구면 렌즈를 포함하는 제3렌즈군; 및
    정의 굴절력을 가지는 제4렌즈군;을 포함하며,
    광각단에서 망원단으로 변배시, 상기 제1렌즈군 내지 제4렌즈군이 모두 움직이고, 상기 제3렌즈군은 상측에서 물체측으로 이동하다가 다시 상측을 향하는 궤적으로 움직이며, 다음 조건을 만족하는 줌 렌즈.
    　　60 ≤ Vd3　
    　　2.9 ≤　f4 / fw ≤　5.6
    여기서, Vd3는 상기 제3렌즈군의 비구면 렌즈의 아베수이고, f4는 상기 제4렌즈군의 초점거리이고, fw는 광각단에서의 줌 렌즈 전체의 초점거리이다.
  2. 제1항에 있어서,
    다음 조건을 더 만족하는 줌 렌즈.
    4.5 ≤　Tol/(ft/fw) ≤　5.5
    여기서, Tol은 망원단에서 상기 제1렌즈군의 가장 물체측 면으로부터 상기 제3렌즈군의 가장 상측 면까지의 거리이고, ft는 망원단에서의 줌 렌즈 전체의 초점거리이고, fw는 광각단에서의 줌 렌즈 전체의 초점거리이다.
  3. 제1항에 있어서,
    다음 조건을 더 만족하는 줌 렌즈.
    20 ≤　Pvd-Nvd
    여기서, Pvd는 상기 제1렌즈군의 정렌즈의 아베수이고, Nvd는 상기 제1렌즈군의 부렌즈의 아베수이다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2렌즈군의 메니스커스 형상의 부렌즈는 플라스틱 소재로 이루어지는 줌 렌즈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2렌즈군은 굴절률 Nd2가 다음 조건을 만족하는 정렌즈를 더 포함하는 줌 렌즈.
    　　2.0　≤ Nd2　
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2렌즈군 또는 제3렌즈군은 손떨림 보정을 위해 광축에 수직인 방향으로 움직이는 쉬프트(shift) 렌즈군으로 구성되는 줌 렌즈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제3렌즈군은 물체측이 볼록한 메니스커스 형상의 렌즈 2매가 접합된 접합렌즈를 더 포함하는 줌 렌즈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제4렌즈군은 플라스틱 소재로 이루어진 렌즈를 포함하는 줌 렌즈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1렌즈군의 상기 부렌즈와 정렌즈는 서로 접합된 접합렌즈를 이루는 줌 렌즈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2렌즈군은 부의 굴절력을 갖는 비구면 렌즈를 더 포함하는　줌 렌즈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제4렌즈군은 정의 굴절력을 갖는 비구면 렌즈를 포함하는　줌 렌즈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제4렌즈군의 비구면 렌즈는 물체측으로 오목한 매니스커스 형상을 가지는 줌 렌즈
  13. 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 것으로,
    정의 굴절력을 가지며, 1매의 부렌즈와 1매의 정렌즈를 포함하는 제1렌즈군;
    부의 굴절력을 가지며, 상측으로 오목한 메니스커스 형상의 부렌즈를 포함하는 제2렌즈군;
    정의 굴절력을 가지는 제3렌즈군; 및
    정의 굴절력을 가지는 제4렌즈군;을 포함하며,
    광각단에서 망원단으로 변배시, 상기 제1렌즈군 내지 제4렌즈군이 모두 움직이고, 상기 제3렌즈군은 상측에서 물체측으로 이동하다가 다시 상측을 향하는 궤적으로 움직이며, 다음 조건을 만족하는 줌 렌즈.
    　　2.9 ≤　f4 / fw ≤　5.6
    　　4.5 ≤　Tol/(ft/fw) ≤　5.5
    여기서, f4는 상기 제4렌즈군의 초점거리이고, Tol은 망원단에서 상기 제1렌즈군의 가장 물체측 면으로부터 상기 제3렌즈군의 가장 상측 면까지의 거리이고, ft는 망원단에서의 줌 렌즈 전체의 초점거리이고, fw는 광각단에서의 줌 렌즈 전체의 초점거리이다.
  14. 제13항에 있어서,
    다음 조건을 더 만족하는 줌 렌즈.
    20 ≤　Pvd-Nvd
    여기서, Pvd는 상기 제1렌즈군의 정렌즈의 아베수이고, Nvd는 상기 제1렌즈군의 부렌즈의 아베수이다.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2렌즈군은 굴절률 Nd2가 다음 조건을 만족하는 정렌즈를 더 포함하는 줌 렌즈.
    　　2.0　≤ Nd2　
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제2렌즈군 또는 제3렌즈군은 손떨림 보정을 위해 광축에 수직인 방향으로 움직이는 쉬프트(shift) 렌즈군으로 구성되는 줌 렌즈.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제3렌즈군은 정의 굴절력을 가지며 적어도 한 면이 비구면인 비구면 렌즈를 포함하는　줌 렌즈.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제3렌즈군은 물체측이 볼록한 메니스커스 형상의 렌즈 2매가 접합된 접합렌즈를 더 포함하는 줌 렌즈.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 제1렌즈군의 상기 부렌즈와 정렌즈는 서로 접합된 접합렌즈를 이루는 줌 렌즈.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 제2렌즈군은 부의 굴절력을 갖는 비구면 렌즈를 더 포함하는　줌 렌즈.
  21. 제13항에 있어서,
    상기 제4렌즈군은 정의 굴절력을 갖는 비구면 렌즈를 포함하는　줌 렌즈.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제4렌즈군의 비구면 렌즈는 물체측으로 오목한 매니스커스 형상을 가지는 줌 렌즈
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항의 줌 렌즈;
    상기 줌 렌즈에 의해 형성된 광학상을 전기 신호로 변환하는 촬상 소자;를 포함하는 촬상 장치.
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