KR20160063915A - 텔레포토 단초점 렌즈계 및 이를 포함한 촬영 장치 - Google Patents

텔레포토 단초점 렌즈계 및 이를 포함한 촬영 장치 Download PDF

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KR20160063915A
KR20160063915A KR1020140167814A KR20140167814A KR20160063915A KR 20160063915 A KR20160063915 A KR 20160063915A KR 1020140167814 A KR1020140167814 A KR 1020140167814A KR 20140167814 A KR20140167814 A KR 20140167814A KR 20160063915 A KR20160063915 A KR 20160063915A
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    • G02B9/64—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having more than six components
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Abstract

텔레포토 단초점 렌즈계 및 이를 포함한 촬영 장치가 개시된다.
개시된 텔레포토 단초점 렌즈계는 물체측과 이미징 소자 사이에 적어도 하나의 렌즈군이 배열된 텔레포토 단초점 렌즈계에 있어서, 포커싱을 수행하는 것으로, 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 갖는 렌즈를 포함하는 포커싱 렌즈군; 상기 포커싱 렌즈군의 물체측에 배치되고, 정의 굴절력을 가지는 전군; 및 상기 포커싱 렌즈군의 상측에 배치되고, 정의 굴절력을 가지는 후군;을 포함할 수 있다.

Description

텔레포토 단초점 렌즈계 및 이를 포함한 촬영 장치{Telephoto single focal point lens system and photographing apparatus having the same}
예시적인 실시예는 고속으로 포커싱을 할 수 있고, 제조 비용을 절감할 수 있는 텔레포토 단초점 렌즈계에 관한 것이다.
최근에는 촬영 장치의 소형화, 절전 기능 등이 요구되고, CCD(Charge Coupled Devices)형 이미지 센서 혹은 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)형 이미지 센서 등의 고체 촬상 소자를 이용한 촬영 장치도 소형화가 요구되고 있다. 이러한 촬영 장치에는 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라, 교환렌즈 카메라 등이 있다. 또한, 고체 촬상 소자를 이용한 촬영 장치는 소형화에 적합하므로 최근에는 휴대 전화를 비롯한 소형의 정보 단말기 등에도 적용되고 있다. 사용자들은 고해상력, 광각화 등과 같은 고성능에 대한 요구를 가지고 있다. 또한, 카메라에 대한 소비자의 전문성이 지속적으로 높아지고 있어 광각 렌즈나 망원 렌즈계와 같은 단초점 렌즈에 대한 수요가 늘어나고 있다.
그런데, 망원 렌즈계의 경우, 렌즈 개수가 많아져 소형화가 어렵다. 또한, 구면 수차나 상면 만곡과 같은 수차 보정을 위해 렌즈 가공이 점점 어려워지고 있다.
예시적인 실시예는 고속으로 포커싱을 할 수 있고, 제조 비용을 절감할 수 있는 텔레포토 단초점 렌즈계를 제공한다.
예시적인 실시예는 고속으로 포커싱을 할 수 있고, 제조 비용을 절감할 수 있는 텔레포토 단초점 렌즈계를 포함하는 촬상 장치를 제공한다.
예시적인 실시예는, 물체측과 이미징 소자 사이에 적어도 하나의 렌즈군이 배열된 텔레포토 단초점 렌즈계에 있어서,
포커싱을 수행하는 것으로, 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 갖는 렌즈를 포함하는 포커싱 렌즈군;
상기 포커싱 렌즈군의 물체측에 배치되고, 정의 굴절력을 가지는 전군; 및
상기 포커싱 렌즈군의 상측에 배치되고, 정의 굴절력을 가지는 후군;을 포함하고,
상기 전군은 물체측으로부터 순서대로 배열된 것으로, 정의 굴절력을 가지는 제1렌즈, 부의 굴절력을 가지는 제2렌즈, 부의 굴절력을 가지는 제3 렌즈를 포함하고,
상기 제2렌즈의 상측 면이 오목하고, 상기 제3렌즈의 물체측 면이 오목하며,
포커싱 시에 상기 전군과 후군이 고정될 수 있다.
상기 전군의 제2 렌즈가 적어도 하나의 비구면을 포함할 수 있다.
상기 후군의 가장 상측에 있는 렌즈가 양 오목 렌즈일 수 있다.
상기 텔레포토 단초점 렌즈계가 다음 식을 만족할 수 있다.
<식>
　　　　　　　0.8 ≤　(bf+Y)/f ≤1.2
여기서, bf는 후초점 거리를, Y는 이미징 소자의 반 대각선 길이를, f는 무한 거리에서의 전체 유효 초점거리를 나타낸다.
상기 텔레포토 단초점 렌즈계가 다음 식을 만족할 수 있다.
<식>
0.0≤t2/f1st≤0.15
여기서, t2는 제1 렌즈의 상측 면에서 제2 번째 렌즈의 물체측 면까지의 거리이고, f1st는 제1 렌즈의 초점 거리를 나타낸다.
상기 텔레포토 단초점 렌즈계가 다음 식을 만족할 수 있다.
<식>
-0.6 ≤ bf/flast ≤-0.1
여기서, bf는 후초점 거리를, flast는 후군의 가장 상측에 있는 렌즈의 초점 거리를 나타낸다.
상기 전군 내부 또는 포커싱 렌즈군의 물체측에 조리개가 구비될 수 있다.
상기 조리개의 물체측에 배치된 렌즈들이 전체적으로 정의 굴절력을 가질 수 있다.
상기 제2렌즈와 제3렌즈 사이 또는 상기 전군과 포커싱 렌즈군 사이에 조리개가 구비될 수 있다.
상기 제2렌즈와 조리개 사이에 있는 렌즈가 모두 구면 렌즈일 수 있다.
상기 포커싱 렌즈군이 부의 굴절력을 가질 수 있다.
상기 텔레포토 단초점 렌즈계의 무한 거리에서의 초점 거리가 후초점 거리보다 클 수 있다.
상기 텔레포토 단초점 렌즈계의 화각이 40-60도 범위를 가질 수 있다.
상기 전군이 양볼록의 제4렌즈와 양볼록의 제5렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 포커싱 렌즈군은 한 매의 제 6렌즈로 구성될 수 있다.
상기 후군이 양볼록의 제7렌즈와 양오목의 제8렌즈를 포함할 수 있다.
상기 텔레포토 단초점 렌즈계가 다음 식을 만족할 수 있다.
<식>
1.85 ≤n1 ≤ 1.95
여기서, n1은 제1렌즈의 굴절률을 나타낸다.
예시적인 실시예에 따른 촬영 장치가, 텔레포토 단초점 렌즈계 및 상기 텔레포토 단초점 렌즈계에 의해 결상된 광을 수광하는 이미징 소자;를 포함하고, 상기 텔레포토 단초점 렌즈계가,
포커싱을 수행하는 것으로, 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 갖는 렌즈를 포함하는 포커싱 렌즈군, 상기 포커싱 렌즈군의 물체측에 배치되고, 정의 굴절력을 가지는 전군, 및 상기 포커싱 렌즈군의 상측에 배치되고, 정의 굴절력을 가지는 후군을 포함하고,
상기 전군은 물체측으로부터 순서대로 배열된 것으로, 정의 굴절력을 가지는 제1렌즈, 부의 굴절력을 가지는 제2렌즈, 부의 굴절력을 가지는 제3 렌즈를 포함하고, 상기 제2렌즈의 상측 면이 오목하고, 상기 제3렌즈의 물체측 면이 오목하며, 포커싱 시에 상기 전군과 후군이 고정될 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계는 포커싱 렌즈군을 가볍게구성하여 고속의 포커싱이 가능하도록 한다. 또한, 텔레포토 단초점 렌즈계는 소형이면서 밝은 렌즈를 구현할 수 있다. 본 발명의 실시예는 밝은 렌즈를 구현시 발생하는 수차를 효과적으로 제어하여 고화질 확보가 가능하고, 소형이면서 저가의 단초점 렌즈계를 제공할 수 있다. 또한, 예시적인 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계는 표준 화각을 가지는 텔레포토 타입 렌즈계를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 수치 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계를 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 텔레포토 단초점 렌즈계의 수차도를 도시한 것이다.
도 3은 제2 수치 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계를 도시한 것이다.
도 4는 도 3에 도시된 텔레포토 단초점 렌즈계의 수차도를 도시한 것이다.
도 5는 제3 수치 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계를 도시한 것이다.
도 6은 도 5에 도시된 텔레포토 단초점 렌즈계의 수차도를 도시한 것이다.
도 7은 제4 수치 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계를 도시한 것이다.
도 8은 도 7에 도시된 텔레포토 단초점 렌즈계의 수차도를 도시한 것이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 촬영 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 예시적인 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계 및 이를 포함한 촬영 장치에 대해 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계(100)를 도시한 것이다.
텔레포토 단초점 렌즈계(100)는 포커싱을 수행하는 포커싱 렌즈군(FG), 상기 포커싱 렌즈군(FG)의 물체측(O)에 배치되고, 정의 굴절력을 가지는 전군(FLG), 및 상기 포커싱 렌즈군(FG)의 상측(I)에 배치되고, 정의 굴절력을 가지는 후군(RLG)을 포함할 수 있다.
상기 포커싱 렌즈군(FG)은 한 매의 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 한 매의 렌즈는 물체측(O)으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.
상기 전군(FLG)은 물체측(O)으로부터 상측(I)으로 순서대로 배열된 것으로, 정의 굴절력을 가지는 제1렌즈(L1), 부의 굴절력을 가지는 제2렌즈(L2), 부의 굴절력을 가지는 제3 렌즈(L3)를 포함할 수 있다.
상기 제1렌즈(L1)의 물체측 면이 볼록할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1렌즈(L1)가 메니스커스 렌즈 또는 양볼록 렌즈일 수 있다. 상기 제2렌즈(L2)의 상측 면이 오목할 수 있다. 예를 들어, 제2렌즈(L2)가 메니스커스 렌즈일 수 있다. 상기 제3렌즈(L3)의 물체측 면이 오목할 수 있다. 예를 들어, 제3렌즈(L3)가 양오목 렌즈일 수 있다.
상기 제3렌즈(L3)의 상측(I)에 제4렌즈(L4)와 제5렌즈(L5)가 더 구비될 수 있다. 제4렌즈(L4)의 물체측 면이 볼록할 수 있다. 예를 들어, 제4렌즈(L4)는 양볼록 렌즈일 수 있다. 제5렌즈(L5)의 물체측 면이 볼록할 수 있다. 예를 들어, 제5렌즈(L5)는 물체측 면이 볼록하고, 상측 면이 평면일 수 있다. 또는, 제5렌즈(L5)는 양볼록 렌즈일 수 있다. 제3렌즈(L3)와 제4렌즈(L4)가 접합될 수 있다.
한편, 상기 전군(FLG) 내부 또는 포커싱 렌즈군(FG)의 물체측(O)에 조리개(ST)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2렌즈(L2)와 제3렌즈(L3) 사이 또는 상기 전군(FLG)과 포커싱 렌즈군(FG) 사이에 조리개(ST)가 구비될 수 있다.
상기 조리개(ST)의 물체측(O)에 배치된 렌즈들이 전체적으로 정의 굴절력을 가질 수 있다. 예를 들어, 조리개(ST)가 제2렌즈(L2)와 제3렌즈(L3) 사이에 배치될 때 제1렌즈(L1)와 제2렌즈(L2)가 전체적으로 정의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 전군(FLG)과 포커싱 렌즈군(FG) 사이에 조리개(ST)가 배치될 때, 전군(FLG)에 포함된 렌즈들이 전체적으로 정의 굴절력을 가질 수 있다.
한편, 상기 제2렌즈(L2)와 조리개(ST) 사이에 있는 렌즈가 모두 구면 렌즈일 수 있다. 예를 들어, 상기 전군(FLG)과 포커싱 렌즈군(FG) 사이에 조리개(ST)가 배치될 때, 전군(FLG)에 포함된 렌즈들이 모두 구면 렌즈일 수 있다.
포커싱 렌즈군(FG)은 예를 들어, 제6렌즈(L6)를 포함할 수 있다. 제6렌즈(L6)는 예를 들어, 물체측으로 볼록한 메니스커스 렌즈일 수 있다. 포커싱 렌즈군(FG)은 부의 굴절력을 가질 수 있다. 포커싱 렌즈군(FG)을 한 매의 렌즈로 구성하여 경량화함으로써, 포커싱을 고속으로 수행할 수 있다. 그리고, 포커싱 구동을 위한 구동 장치를 소형화할 수 있어, 전체 촬영 장치를 소형화할 수 있다. 포커싱시 전군(FLG)과 후군(RLG)이 고정될 수 있다.
후군(RLG)은 예를 들어, 제7렌즈(L7)와 제8렌즈(L8)를 포함할 수 있다. 제7렌즈(L7)는 물체측(O)이 볼록한 렌즈일 수 있다. 제7렌즈(L7)는 예를 들어, 양볼록 렌즈일 수 있다. 제8렌즈(L8)는 상측(I)이 오목한 렌즈일 수 있다. 제8렌즈(L8)는 예를 들어 양오목 렌즈일 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계는 포커싱 렌즈군을 경량화하여 고속으로 포커싱을 수행할 수 있도록 한다. 본 실시예에서 동영상 촬영시 예를 들어, 미소 거리를 이동하면서 포커싱을 하는 콘트라스트 오토 포커스(contrast auto-focus)를 구현할 수 있다. 이 경우, 포커싱 렌즈군의 구동원으로 예를 들어, 스테핑 모터(stepping motor)를 사용할 수 있다. 이러한 스테핑 모터는 구동원의 토크(torque)가 작아, 무거운 렌즈군을 움직이는데 적합하지 않을 수 있다. 따라서, 포커싱 렌즈군을 경량화하여 구동원에 하중이 적게 걸리게 하는 것이 좋다. 본 실시예에서는 포커싱 렌즈군이 한 매의 렌즈로 구성될 수 있다. 한 매의 렌즈로 포커싱을 구현하는 경우, 수차가 발생할 수 있으며, 이러한 수차를 보정하기 위해 비구면 렌즈를 채용할 수 있다.
그런데, 대구경 렌즈계의 경우 비구면 렌즈의 구경이 커지게 되고, 이로 인해 제작 단가가 높아지고, 제품 무게가 증가될 수 있다. 이러한 문제를 감소시키기 위해 각 렌즈의 굴절력을 적절히 분배할 필요가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계는 대구경 특성을 가질 수 있다. 대구경 렌즈계의 경우, 가장 물체측 렌즈의 구경이 커지게 되는데, 이와 같이 구경이 큰 렌즈를 비구면 렌즈로 구성하는 경우 렌즈 단가가 증가될 수 있으므로, 가장 물체측 렌즈(제1렌즈)는 구면 렌즈로 구성하는 것이 좋다.
한편, 비점 수차를 보정하기 위해서 제2렌즈(L2)가 적어도 하나의 비구면을 가질 수 있다. 여기서, 제1 렌즈(L1)가 정의 굴절력을 갖도록 하여 제2렌즈로 입사되는 광이 수렴되도록 함으로써, 제2렌즈의 구경을 감소시킬 수 있다. 제2렌즈의 구경이 작으면, 제2렌즈를 비구면 렌즈로 구성하는 경우에도 제조 원가를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계가 미러가 없는 촬영 장치에 채용될 수 있다. 이 경우 미러가 없는 촬영 장치에서는 SLR(Single Lens Reflex)용 렌즈계보다 플랜지 백(flange-back)에 여유가 있으므로, 가장 상측 렌즈로 양오목 렌즈를 채용하여 필드 플래트너(field flattener) 역할을 하도록 할 수 있다. 대구경 렌즈계에서 가장 상측에 있는 렌즈를 양오목 렌즈로 구성하여 필드 플래트너(field flattener)로 작용하도록 함으로써 상면 만곡을 용이하게 보정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 렌즈계는 안정적인 광학 성능을 구현할 수 있도록 더블 가우스 타입(double-gauss type)으로 렌즈를 배열한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 전군(FLG)이 더블 가우스(double-gauss) 형태를 가질 수 있다. 더블 가우스 타입에서는 전군(FLG)에서의 수차 발생이 감소될 수 있다. 또는, 조리개를 기준으로 양쪽의 렌즈 매수를 동일하게 하여, 왜곡 수차 등의 보정을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 전군(FLG)과 포커싱 렌즈군(FG) 사이에 조리개를 구비하여 왜곡 수차를 효과적으로 보정할 수 있다.
또한, 제2렌즈를 비구면 렌즈로 구성할 때, 전군(FLG) 내부에서의 구면 수차를 용이하게 보정할 수 있다.
한편, 예시적인 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계는 다음 식을 만족할 수 있다.
　　　　　　　0.8 ≤　(bf+Y)/f ≤1.2 <식 1>
여기서, bf는 후초점 거리를, Y는 이미징 소자의 반 대각선 길이를, f는 무한 거리에서의 전체 유효 초점거리를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계는 20~30도 범위의 반화각(40~60도 범위의 화각)을 가지는 표준 화각을 가질 수 있다. 또한, 무한 거리에서 전체 유효 초점 거리(Effective focal length)가 후초점 거리(BFL; Back Focal Length)보다 긴 텔레포토 타입(telephoto type)으로 구성될 수 있다. 텔레포토 타입에서, 유효 초점 거리가 후초점 거리보다 지나치게 크면 렌즈계는 표준 화각이 아닌 망원 렌즈 화각을 가질 수 있다. 반대로, 유효 초점 거리가 후초점 거리보다 짧으면 광각 렌즈가 된다. 본 실시예에서는 식 1을 만족할 때, 표준 화각을 가지면서 유효 초점 거리가 후초점 거리보다 크게 되도록 할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계는 다음 식을 만족할 수 있다.
0.0≤t2/f1st≤0.15 <식 2>
여기서, t2는 제1 렌즈의 상측 면에서 제2 번째 렌즈의 물체측 면까지의 거리이고, f1st는 제1 렌즈의 초점 거리를 나타낸다. 즉, t2는 제1렌즈와 제2렌즈 사이의 간격을 나타낼 수 있다.
식 2를 만족할 때, 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 거리를 조절하여 비구면 렌즈인 제2렌즈의 직경을 줄일 수 있으며, 그럼으로써 렌즈 가공비를 절감할 수 있다. 또한, 비구면의 제2렌즈를 통해 전군(FLG) 내의 구면 수차 보정과 전체 렌즈계의 비점 수차 보정을 할 수 있다. 이때, 제1 렌즈의 굴절능(초점 거리)을 높이고, 제1렌즈와 제2 렌즈의 간격을 늘려 제2렌즈의 직경을 줄임으로써 저렴하면서도 효과적으로 수차 보정을 할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계는 다음 식을 만족할 수 있다.
-0.6 ≤ bf/flast ≤-0.1 <식 3>
여기서, bf는 후초점 거리를, flast는 후군의 가장 상측에 있는 렌즈의 초점 거리를 나타낸다. 후초점 거리는 가장 상측에 있는 제8렌즈(L8)의 상측면에서 상면(Img)까지의 거리를 나타낸다.
식 3을 만족할 때, 필드 플레트너(field flattener)로 동작하는 제8렌즈(L8)의 초점 거리보다, 제8렌즈의 상측 면에서 상면(Img)까지의 거리를 짧게 할 수 함으로써, 제8렌즈를 통한 상면 만곡 보정 효과를 증대시킬 수 있다. 제8렌즈가 상면에 너무 가깝게 위치하면, 렌즈 교환식 카메라 제품에 사용하기 어려우므로, (bf/flast)가 식 3의 범위를 가질 때 상면 만곡을 용이하게 보정할 수 있고, 후초점 거리도 적당하게 유지할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계는 다음 식을 만족할 수 있다.
1.85 ≤n1 ≤ 1.95 <식 4>
여기서, n1은 제1렌즈의 굴절률을 나타낸다. 이 조건은 광학계의 상면만곡을 보정하는 조건인데, 굴절률이 높을수록
제1렌즈가 식 4를 만족하는 고굴절 소재로 형성될 때, 상면 만곡을 용이하게 보정할 수 있다. 예를 들어, F/#가 작은 대구경 광학계는 초점심도가 작아, 상면 만곡을 보정하기 어려운데, 식 4에 따른 조건의 고굴절 소재를 사용하면 상면 만곡을 보정하기 쉬워져 고성능의 렌즈계를 제작할 수 있다.
한편, 제2렌즈가 부의 굴절력을 가질 때, 제2렌즈 이후에는 광선이 발산하여 제2 렌즈의 상측에 있는 렌즈들은 그 직경이 커질 수 있다. 따라서, 광선이 발산하는 구간인 제2 렌즈에서 조리개 사이에 있는 렌즈는 비구면을 사용하지 않도록 함으로써 제품 원가를 낮출 수 있다.
다음, 본 발명의 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계에 사용되는 비구면의 정의를 나타내면 다음과 같다.
비구면 형상은 광축 방향을 z축으로 하고, 광축 방향에 대해 수직한 방향을 y축으로 할 때, 광선의 진행 방향을 정으로 하여 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다. 여기서, Z는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리를, Y는 광축에 대해 수직한 방향으로의 거리를, K는 코닉 상수(conic constant)를, A, B, C, D, E, F..는 비구면 계수를, c는 렌즈의 정점에 있어서의 곡률 반경의 역수(1/R)를 각각 나타낸다.
Figure pat00001
<식 5>
본 발명의 실시예에서는 다음과 같이 다양한 설계에 따른 실시예를 통해 텔레포토 단초점 렌즈계를 구현할 수 있다. 이하에서, 전체 유효 초점거리(f)는 mm 단위를 사용하며, 반화각(HFOV)은 degree의 단위를 사용하며, *는 비구면을 나타낸다. F는 F넘버를 나타내며, D0는 물체로부터 제1렌즈의 물체측 면까지의 거리를, D1, D2, D3, D4는 렌즈간 가변 간격을 나타낸다.　
각 실시예를 도시한 도면에서 가장 상측(I)에는 적어도 하나의 필터(P)가 구비될 수 있다. 필터(P)는 예를 들어, Lowpass Filter, IR-Cut Filter, 커버 글라스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하지만, 필터 없이 촬상 렌즈를 구성하는 것도 가능하다. 피사체의 영상은 렌즈들을 통과하여 상면(image plane)(Img)에 입사될 수 있다. 상면(Img)은 예를 들어, 촬상 소자 면 또는 이미징 소자 면일 수 있다.
각 실시예에서 렌즈면 번호(S1,S2,S3..Sn;n은 자연수)는 물체측(O)으로부터 상측(I)으로 순차적으로 일렬로 부쳐진다. 도면에서는 편의상 각 렌즈군의 가장 물체측에 있는 렌즈의 물체측면과 가장 상측에 있는 렌즈의 상측면에 대해서만 렌즈면 번호를 표기한다.
<제1 수치 실시예>
도 1은 제1 수치 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계(100)를 도시한 것이며, 다음은 제1 수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다.
f=51.054mm, F/1.46, HFOV=23.0°
렌즈면 곡률반경 렌즈 두께 또는 간격 굴절률 아베수
Object inf. D0
S1 89.068 5.6 1.91082 35.25
S2 292.82 16.465
S3* 258.807 2.5 1.58313 59.46
S4* 36.508 5.769
S5(ST) inf. 4.563
S6 -32.142 2.2 1.64769 33.84
S7 32.142 14 1.72916 54.67
S8 -39.819 0.1
S9 51.914 5.9 1.91082 35.25
S10 inf. D1
S11* 70.41 1.3 1.60710 26.63
S12* 26.082 D2
S13* 60.631 9.5 1.75501 51.16
S14* -43.573 3.997
S15 -694.408 1.5 1.63980 34.57
S16 44.098 D3
S17 inf. 2 1.51680 64.20
S18 inf. D4
Img inf. 0
다음은 제1 수치 실시예에서 무한 거리와 지근 거리에서의 렌즈간 가변 간격을 나타낸 것이다.
No. Object(D0) S10(D1) S12(D2) S16(D3) S18(D4)
무한 거리
(m=0)		 inf. 1.5 15.15962 31.28230 1.01018
지근 거리
(m=-1/8)		 397.37746 9.17822 7.48140 31.28230 1.07340
표 2에서 m은 배율을 나타낸다.
다음은 제1 수치 실시예에서의 비구면 계수를 나타낸 것이다.
렌즈면 S3 S4 S11 S12 S13 S14
K 0.0 0.0 -1.0 0.0 -1.0 -1.0
A 2.800271e-5 3.794746e-5 -2.615944e-5 -2.64089e-5 1.032626e-6 3.726441e-6
B -1.112542e-7 -8.131049e-8 7.986998e-8 6.315456e-8 -5.446275e-10 -1.002132e-8
C 2.40426e-10 1.456721e-10 -1.784626e-10 -1.298645e-10 1.539119e-12 6.184733e-11
D -2.375052e-13 8.920152e-14 2.413631e-13 9.856495e-14 -4.577296e-14 -2.497023e-13
E -1.413996e-16 1.706501e-16 5.172875e-16
F -1.926959e-19 -4.276458e-19
　도 2는 제1수치 실시예에 대한 횡수차도(ray fan)를 나타낸 것이다. 여기서 점선은 C-line, 실선은 d-line, 일점 파선은 F-line에 대한 횡수차를 나타낸다. C-line은 656.2700nm, d-line 587.5600nm, F-line은 486.1300nm 파장을 나타낸다.
횡수차는 자오상면(Tangential)과 구결상면(Sagittal)에 대한 수차를 보여준다.
<제2 수치 실시예>
도 3은 제2 수치 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계를 도시한 것이며, 다음은 제2 수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다.
f=51.031mm, F/1.44, HFOV=23.0°
렌즈면 곡률반경 렌즈 두께 또는 간격 굴절률 아베수
Object inf. D0
S1 78.809 6.25 1.88300 40.80
S2 inf. 9.273
S3* 29.196 3 1.69350 53.20
S4* 15.444 10.919
S5 -37.747 2.2 1.72825 28.32
S6 37.747 11.36 1.77250 49.62
S7 -48.326 0.1
S8 80.446 8.22 1.88300 40.80
S9 -80.446 1
S10(ST) inf. D1
S11* 51.588 1.5 1.68893 31.16
S12* 28.176 D2
S13* 72.622 9.5 1.69678 55.46
S14* -46.336 9.576
S15 -222.233 1.5 1.64769 33.84
S16 52.944 D3
S17 inf. 2 1.51680 64.20
S18 inf. D4
Img inf. D5
다음은 제2 수치 실시예에서 무한 거리와 지근 거리에서의 렌즈간 가변 간격을 나타낸 것이다.
No. Object(D0) S10(D1) S12(D2) S16(D3) S18(D4) Img(D5)
무한 거리
(m=0)		 inf. 1.49027 16.44026 18.5 1.01958 -0.00373
지근 거리
(m=-1/8)		 397.37604 11.76005 7.48140 18.5 1.06844 -0.00352
다음은 제2 수치 실시예에서의 비구면 계수를 나타낸 것이다.
　렌즈면 S3 S4 S11 S12 S13 S14
K -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0
A -7.189652e-5 -7.078040e-5 -1.006543e-5 -5.894184e-6 1.059151e-6 2.045255e-6
B 　 1.932686e-7 　 2.579044e-7 1.569416e-008 1.431663e-008 -5.687210e-9 -6.185010e-9
C -3.693794e-10 -5.472632e-10 -2.346265e-11 -1.506092e-11 2.582543e-11 2.636926e-011
D 3.250228e-013 5.512509e-13 1.916261e-014 3.690204e-15 -6.218297e-14 -6.325093e-14
E 　 　 -9.924396e-18 　 6.581346e-17 6.696173e-17
<제3 수치 실시예>
도 5는 제3 수치 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계를 도시한 것이며, 다음은 제3 수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다.
f=51.058mm, F/1.44, HFOV=23.0°
렌즈면 곡률반경 렌즈 두께 또는 간격 굴절률 아베수
Object inf. D0
S1 258.269 6.25 1.90366 31.31
S2 -258.269 5.904
S3* 19.533 3 1.71300 53.94
S4* 14.153 14.742
S5 -39.527 2.2 1.72825 28.32
S6 39.527 11.67 1.77250 49.62
S7 -49.547 0.1
S8 81.239 7.5 1.83481 42.72
S9 -81.239 1
S10(ST) inf. D1
S11* 19.66 1.5 1.88202 37.22
S12* 14.922 D2
S13* 76.709 9.5 1.69680 55.46
S14* -47.094 10.402
S15 -81.239 1.5 1.64769 33.84
S16 81.239 D3
S17 inf. 2 1.51680 64.20
S18 inf. D4
Img inf. 0
다음은 제3 수치 실시예에서 무한 거리와 지근 거리에서의 렌즈간 가변 간격을 나타낸 것이다.
No. Object(D0) S10(D1) S12(D2) S16(D3) S18(D4)
무한 거리
m=0		 inf. 1.49947 14.91843 18.5 1.0341
지근 거리
m=-1/8		 397.74259 9.96729 6.45060 18.5 1.0341
다음은 제3 수치 실시예에서의 비구면 계수를 나타낸 것이다.
　렌즈면 S3 S4 S11 S12 S13 S14
K -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0
A -2.786513e-5 -2.196281e-5 -8.121009e-5 -8.595209e-5 3.639360e-6 2.803754e-6
B -5.452657e-8 -7.568641e-8 　 2.473183e-7 2.909580e-7 -1.605320e-8 -1.325979e-8
C 1.710336e-10 3.056263e-10 -4.461522e-10 -5.434427e-10 6.108839e-11 4.711960e-11
D -1.558703e-13 -3.313110e-13 3.554712e-13 4.181461e-13 -1.149497e-13 -8.720721e-14
E 　 　 -4.416554e-17 　 8.602491e-17 6.699328e-17
<제4 수치 실시예>
도 7은 제4 수치 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계를 도시한 것이며, 다음은 제4 수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다.
f=51.058mm, F/1.44, HFOV=23.0°
렌즈면 곡률반경 렌즈 두께 또는 간격 굴절률 아베수
Object inf. D0 　 　
S1 258.269 6.25 1.90366 31.31
S2 -258.269 5.904 　 　
S3* 19.533 3 1.71300 53.94
S4* 14.153 9.447 　 　
S5(ST) inf. 5.295 　 　
S6 -39.527 2.2 1.72825 28.32
S7 39.527 11.67 1.77250 49.62
S8 -49.547 0.1 　 　
S9 81.239 7.5 1.83481 42.72
S10 -81.239 1 　 　
S11 inf. D1 　 　
S12* 19.66 1.5 1.88202 37.22
S13* 14.922 D2 　 　
S14* 76.709 9.5 1.69680 55.46
S15* -47.094 10.402 　 　
S16 -81.239 1.5 1.64769 33.84
S17 81.239 D3 　 　
S18 inf. 2 1.51680 64.20
S19 inf. D4 　 　
Img inf. 0 　 　
다음은 제4 수치 실시예에서 무한 거리와 지근 거리에서의 렌즈간 가변 간격을 나타낸 것이다.
No. Object(D0) thi s10(D1) thi s12(D2) thi s16(D3) thi s18(D4)
m=0 inf. 1.49947 14.91843 18.5 1.0341
m=-1/8 397.74259 9.96729 6.45060 18.5 1.0341
다음은 제4 수치 실시예에서의 비구면 계수를 나타낸 것이다.
렌즈면 S3 S4 S11 S12 S13 S14
K -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0
A -2.786513e-5 -2.196281e-5 -8.121009e-5 -8.595209e-5 3.639360e-6 2.803754e-6
B -5.452657e-8 -7.568641e-8 2.473183e-7 2.909580e-7 -1.605320e-8 -1.325979e-8
C 1.710336e-10 3.056263e-10 -4.461522e-10 -5.434427e-10 6.108839e-11 4.711960e-11
D -1.558703e-13 -3.313110e-13 3.554712e-13 4.181461e-13 -1.149497e-13 -8.720721e-14
E -4.416554e-17 8.602491e-17 6.699328e-17
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계는 대략 20~30도 범위의 반화각을 갖고, 유효 초점 거리가 후초점 거리보다 긴 텔레포토 타입의 렌즈계를 구현할 수 있다. 또한, 텔레포토 단초점 렌즈계는 F 넘버가 작아 밝으면서, 고속의 오토 포커싱(AF)을 구현할 수 있도록 포커싱 렌즈군이 경량화되고, 제조 원가가 높지 않도록 구성될 수 있다.
다음은, 상기 제1 내지 제4 수치 실시예가 각각 상기 식 1 내지 3을 만족시킴을 보여준 것이다.
　식 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
b f 33.611 20.838 20.853 20.853
Y 21.7 21.7 21.7 21.7
f 51.054 51.031 51.058 51.058
t 2 16.465 9.273 5.904 5.904
f 1 st 138.718 89.251 143.727 143.727
f last -64.758 -65.874 -125.429 -125.429
식 (1) 1.083 0.834 0.833 0.833
식 (2) 0.119 0.104 0.041 0.041
식 (3) -0.519 -0.316 -0.166 -0.166
식 (4) 1.85 ≤n1 ≤ 1.95 1.91082 1.88300 1.90366 1.90366
도 9는 예시적인 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계(100)를 구비한 촬영 장치를 도시한 것이다. 텔레포토 단초점 렌즈계(100)는 도 1, 도 3, 도 5 및 도 7을 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하다. 촬영 장치는 상기 텔레포토 단초점 렌즈계(100)에 의해 결상된 광을 수광하는 이미징 소자(112)를 포함한다. 상기 촬영 장치는 상기 이미징 소자(112)로부터 광전 변환된 피사체 상에 대응되는 정보가 기록된 기록 수단(113)과, 피사체 상을 관찰하기 위한 뷰 파인더(finder)(114)를 포함할 수 있다. 그리고, 피사체 상이 표시되는 표시부(115)가 구비될 수 있다. 여기서는, 뷰 파인더(114)와 표시부(115)가 따로 구비된 예를 보여주었으나 뷰 파인더가 따로 없이 표시부만 구비될 수 있다. 도 9에 도시된 촬영 장치는 일 예일 뿐이며 여기에 한정되는 것은 아니고 카메라 이외에 다양한 광학 기기에 적용 가능하다. 이와 같이 예시적인 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계를 디지털 카메라 등의 촬영 장치에 적용함으로써 빠르게 오토 포커싱을 할 수 있는 광학 기기를 실현할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 텔레포토 단초점 렌즈계는 이너 포커스 방식을 채택하여 소형화를 구현할 수 있다. 본 실시예에서는 텔레포토 단초점 렌즈계의 가장 물체측에 있는 렌즈가 움직여서 포커싱을 하는 프론트 포커싱(front focusing) 방식보다 렌즈계 내부의 일부 렌즈를 움직여서 포커싱하는 이너 포커싱(inner focusing) 방식을 사용함으로써 편리하게 휴대할 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
FLG:전군, FG:포커싱 렌즈군
RLG:후군, L1:제1렌즈
L2:제2렌즈, L3:제3렌즈
L4:제4렌즈, L5:제5렌즈
L6:제6렌즈, L7:제7렌즈
L8:제8렌즈

Claims (18)

  1. 물체측과 이미징 소자 사이에 적어도 하나의 렌즈군이 배열된 텔레포토 단초점 렌즈계에 있어서,
    포커싱을 수행하는 것으로, 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 갖는 렌즈를 포함하는 포커싱 렌즈군;
    상기 포커싱 렌즈군의 물체측에 배치되고, 정의 굴절력을 가지는 전군; 및
    상기 포커싱 렌즈군의 상측에 배치되고, 정의 굴절력을 가지는 후군;을 포함하고,
    상기 전군은 물체측으로부터 순서대로 배열된 것으로, 정의 굴절력을 가지는 제1렌즈, 부의 굴절력을 가지는 제2렌즈, 부의 굴절력을 가지는 제3 렌즈를 포함하고,
    상기 제2렌즈의 상측 면이 오목하고, 상기 제3렌즈의 물체측 면이 오목하며,
    포커싱 시에 상기 전군과 후군이 고정된 텔레포토 단초점 렌즈계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전군의 제2 렌즈가 적어도 하나의 비구면을 포함하는 텔레포토 단초점 렌즈계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 후군의 가장 상측에 있는 렌즈가 양 오목 렌즈인 텔레포토 단초점 렌즈계.
  4. 제1항에 있어서,
    다음 식을 만족하는 텔레포토 단초점 렌즈계.
    <식>
    　　　　　　　0.8 ≤　(bf+Y)/f ≤1.2
    여기서, bf는 후초점 거리를, Y는 이미징 소자의 반 대각선 길이를, f는 무한 거리에서의 전체 유효 초점거리를 나타낸다.
  5. 제1항에 있어서,
    다음 식을 만족하는 텔레포토 단초점 렌즈계.
    <식>
    0.0≤t2/f1st≤0.15
    여기서, t2는 제1 렌즈의 상측 면에서 제2 번째 렌즈의 물체측 면까지의 거리이고, f1st는 제1 렌즈의 초점 거리를 나타낸다.
  6. 제1항에 있어서,
    다음 식을 만족하는 텔레포토 단초점 렌즈계.
    <식>
    -0.6 ≤ bf/flast ≤-0.1
    여기서, bf는 후초점 거리를, flast는 후군의 가장 상측에 있는 렌즈의 초점 거리를 나타낸다.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전군 내부 또는 포커싱 렌즈군의 물체측에 조리개가 구비된 텔레포토 단초점 렌즈계.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 조리개의 물체측에 배치된 렌즈들이 전체적으로 정의 굴절력을 가지는 텔레포토 단초점 렌즈계.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2렌즈와 제3렌즈 사이 또는 상기 전군과 포커싱 렌즈군 사이에 조리개가 구비된 텔레포토 단초점 렌즈계.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2렌즈와 조리개 사이에 있는 렌즈가 모두 구면 렌즈인 텔레포토 단초점 렌즈계.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포커싱 렌즈군이 부의 굴절력을 가지는 텔레포토 단초점 렌즈계.
  12. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 텔레포토 단초점 렌즈계의 무한 거리에서의 초점 거리가 후초점 거리보다 큰 텔레포토 단초점 렌즈계.
  13. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 텔레포토 단초점 렌즈계의 화각이 40-60도 범위를 가지는 텔레포토 단초점 렌즈계.
  14. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전군이 양볼록의 제4렌즈와 양볼록의 제5렌즈를 더 포함하는 텔레포토 단초점 렌즈계.
  15. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포커싱 렌즈군은 한 매의 제 6렌즈로 구성된 텔레포토 단초점 렌즈계.
  16. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 후군이 양볼록의 제7렌즈와 양오목의 제8렌즈를 포함하는 텔레포토 단초점 렌즈계.
  17. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    다음 식을 만족하는 텔레포토 단초점 렌즈계.
    <식>
    1.85 ≤n1 ≤ 1.95
    여기서, n1은 제1렌즈의 굴절률을 나타낸다.
  18. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 텔레포토 단초점 렌즈계; 및
    상기 텔레포토 단초점 렌즈계에 의해 결상된 광을 수광하는 이미징 소자;를 포함하는 촬영 장치.
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