KR970003767B1 - 줌 렌즈 - Google Patents

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Abstract

요약없음.

Description

줌 렌즈
제1a, 1b 및 1c도는 원거리, 정상거리 및 광각위치에서의 줌 렌즈의 제1실시예.
제2a, 2b 및 2c도는 원거리, 정상거리 및 광각위치에서의 줌 렌즈의 제2실시예.
제3a, 3b 및 3c도는 원거리, 정상거리 및 광각위치에서의 줌 렌즈의 제3실시예.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
G1: 전방그룹G2: 바리에이터 그룹
G4: 주 그룹b1: 빔
본 발명은 스틸 화상이 픽업될 수 있는 전자 카메라용 줌 렌즈에 관한 것이며, 대상물 종단으로 부터 볼 수 있는 상기 줌 렌즈는 포지티브 제1렌즈 그룹과, 제1렌즈 그룹에 대해 이동될 수 있는 네가티브 제2렌즈 그룹과 제3렌즈 그룹 및 고정 및 포지티브 제4렌즈그 그룹을 연속적으로 구비하며, 제4렌즈 그룹은 일정한 파워를 가진 주 그룹이며, 결합된 3개의 제1렌즈 그룹은 적은 파워 및 가변 배율을 가진 렌즈 시스템을 구성한다.
상기 타입의 줌 렌즈는 미합중국 특허 제3,891,304호에 기술되어 있으며, 8㎜필름 카메라에 사용되기 위한 상기 조성의 줌 렌즈가 기술되어 있다.
상기 카메라에 있어서, 광감성 막은 픽업 화상을 기록하기 위해서는 사용되지 않으나, 상기 화상은 TV화상 표시장치와 같은 전자 표시장치를 거쳐 후방 스테이지에서 재생되거나, 프린트 되기 위해 전자적으로 기록된다. 상기 카메라에 있어서, 전자 영상센서는 줌 렌즈의 영상면에 배치되며, 상기 센서는 방사에 감응하는 반도체 소자의 이중 칫수 매트릭스를 구비하며, 방사감응 소자의 전기 출력신호에서 나타나는 화상정보를 처리하고 일시적으로 기록하기 위해 전자회로는 상기 소자에 결합되어 있다. 영상센서는 종래의 포토카메라의 영상면의 칫수 또는 종래의 필름 카메라의 영상면의 칫수와는 다른 칫수를 가진 방사감광 표면을 가진다. 프레임 전달장치로 형성된 전하결합장치(CCD) 또는 비디오 카메라에 사용되는 FTD형태는 11㎜의 영상 필드 대각선을 가진다. 관련 영상 필드 대각선을 가진 줌 렌즈는 스틸 화상용 카메라에 있어서 영상센서로 사용될 때, 사용되어야 한다.
동작-화상 카메라용 줌 렌즈와 비교하여, 스틸 화상 카메라용 렌즈는 높은 해상도를 가질뿐 아니라 큰 왜곡을 피할 수 있어야 한다. 여기서 상기 왜곡은, 배럴 또는 핀-쿠션 왜곡과 같은 화상의 왜곡을 의미한다. 사람의 눈은 이동화상에서 보다 스틸화상에서 왜곡 또는 불량한 해상도를 빨리 검출할 수 있다.
공지된 바와같이, 전자 칼라 영상 센서는 적, 녹 및 청의 기본 칼라에만 각각 반응하는 3가지 타입의 방사-감광 소자를 구비한다. 상기 소자는 정규 패턴으로 병치되며, 제1타입의 소자는 다른 두 타입의 소자에 의해 항상 둘러싸여진다. 방사-감광 소자는 주어진 두께를 가지므로, 방사-감광소자의 크기를 가진 빔 부분은 소정의 방사-감광 소자를 통과할 뿐 아니라, 영상 빔의 주 광이 경사 입사하는 경우에, 다른 칼라의 인접소자를 통과한다. 이것은 재생화상에서 칼라 이동이 되게한다. 따라서, 줌 렌즈에는 영상종단에 텔레센트릭(telecentric)이 필요하다. 실제로, 센서의 포인트에서의 대상물의 포인트에서 밤의 주광은 센서표면상에 항상 수직으로 입사된다.
본 발명의 목적은 스틸 화상용 전자 카메라에 사용되기 위해 특히 적절하며, 상술한 요구조건에 부응하는 줌 렌즈를 제공하는 것이다.
상기 목적에 따라, 본 발명의 줌 렌즈는 주어진 초점길이에 관련된 제2렌즈 그룹의 위치와 마찬가지로 제1 및 제2렌즈 그룹에서의 렌즈 소자의 표면의 곡률은 제1렌즈그룹의 표면수차 및 제2렌즈그룹의 표면수차의 합의 줌 범위를 통해 일정하게 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
줌 범위는 렌즈가 조정될 수 있는 초점길이의 범위로 인식된다.
표면 수차는 다른 각도로 줌 렌즈로 입사되는 보조-빔의 주 광의 상호 표면수차에 관련되어, 렌즈 그룹에 의해 형성되는 대상물 표면에서의 조리개의 영상이 상기 조리개 전방에 배치된다. 상기 조건은 모든 보조-빔의 주 광이 한점을 통과하며 조리개의 동일 포인트를 통과하는 것을 의미한다.
본 발명의 줌 렌즈는, 3개의 제1렌즈 그룹을 구비하는 렌즈 그룹의 왜곡이 원거리 위치에서 광각위치까지인 줌 범위를 통해 일정해야 하는 것이 필수적이다. 따라서, 렌즈는 텔레센트릭 디자인을 가질 수 있다. 따라서, 공지된 줌 렌즈는 원거리 위치에서의 왜곡이 적으나, 광각위치에서는 상당히 많은 왜곡을 한다.
상술한 미합중국 특허 제3,891,304호에 비해, 본 발명의 줌 렌즈의 또다른 장점은 렌즈가 충분히 왜곡을 방지하는 광각위치에서의 최대 필드각이 신규의 줌 렌즈에 대한 약 2×30°, 공지된 줌 렌즈에 대한 약 2×20°보다 크다. 필드각은 대상물 공간에서의 각으로 인식되어야 하며, 허용되는 비네팅(vignetting)을 가진 줌 렌즈에 의해 통과되는 경사 입사빔의 주광은 렌즈의 광축을 통과한다.
본 발명의 줌 렌즈는 또한 원거리 모드에 있어서, 최대경사 경계 빔의 광이 제1 및 2렌즈 그룹의 렌즈 소자상에서 수직에 대해 비교적 적은 각으로 연장되어 있는 허용각으로 입사되며, 반면에, 제2렌즈그룹에서의 상기 광이 광측에 근접하게 연장되며, 제1 및 제2렌즈 그룹의 구면수차는 적으며, 최소한 상당부분이 서로 보상하며, 광 각 모드에 있어서, 상기 경계 빔의 광은 제1 및 제2렌즈그룹의 렌즈 소자상에서 수직에 대해 비교적 큰 각으로 연장되어 있으며, 반면에, 제2렌즈그룹에서의 상기 광은 광출으로 부터 비교적 큰 거리로 연장되어 있으며, 제1렌즈그룹의 비교적 큰 포지티브 구면수차와 제2렌즈 그룹의 비교적 큰 네가티브 구면수차가 원거리 모드에서와 같이 서로 어느정도 보상하는 것을 특징으로 한다.
경계 빔은 대상물 종단으로 부터의 빔이다. 허용각은 허용되는 비네팅을 가진 줌 렌즈를 통과하는 최대 경사 경계빔에 주광이 줌 렌즈의 축을 횡단하는 각이다. 결합된 제1의 두 렌즈그룹의 잔존 구면수차는 기본적으로 0이 될 수 있다. 따라서, 주 그룹은 구면수차를 완벽하게 교정할 수 있어야 한다.
그러나, 본 발명의 줌 렌즈는 결합된 제1 및 제2렌즈 그룹의 일정 구면수차가 동일하며 주 그룹의 구면수차에는 반대되는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 수차를 제거하기 위해 한편으로는 주 그룹에 다른 한편으로는 제1 및 제2렌즈그룹의 콤비네이션에 특별 단계를 취할 필요는 없다.
미합중국 특허 제3,891,304호에 기술된 줌 렌즈와 같이, 제3렌즈그룹은 이동할 수 있으며, 줌잉(zooming)동작 동안에 초점 보상기로 사용된다. 상기 초점 보상기에 추가되어, 공지된 줌 렌즈는 초점 보상 그룹과 주 그룹 사이에 포지티브 안정 렌즈 그룹을 가진다.
줌 렌즈의 축방향 및 횡단방향의 색도수차를 제한하기 위해, 줌 렌즈는 또 제1, 제2 및 제4 렌즈그룹의 렌즈소자가 이중렌즈 형태인 것을 특징으로 한다.
이중렌즈는 직접 또는 공기층을 통해 함께 접합되는 다른 디스퍼션(dispersion)을 가진 두 렌즈소자를 구비하는 합성렌즈 소자이며, 여기서, 상기 렌즈 소자의 내부 표면은 동일 곡률을 가진다.
이하, 첨부된 도면으로 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도면에서 대응소자는 동일참조 번호로 한다. 도면의 좌측에서, 대상물 종단으로 부터 나타나 있는 줌 렌즈는 3개의 포지티브 렌즈소자 L1,L2및 L3로 구성되며, 전방 그룹에 관련된 포지티브 제1렌즈그룹 G1을 구비한다. 상기 그룹들은 이동가능한 두 네가티브 렌즈소자 L4및 L5로 구성된 네가티브 그룹 G2에 앞선다.
초점길이는 상기 그룹을 이동시킴으로 조정될 수 있으며, 바리에미터(variator)그룹에 관련된다.
제1b,2b 및 3b에 있어서, 바리에이터 그룹은 중간위치에 있으며, 줌 렌즈는 평균 또는 "통상" 초점길이를 가진다. 제1a,2a 및 3a도는 바리에이터 그룹의 좌우측 위치에 배치되며, 줌 렌즈의 초점길이가 최대인 원거리 위치를 보여준다. 줌 렌즈의 광각위치는 제1c,2c 및 3c도에 도시되어 있다. 바리에이터 그룹은 최좌측에 배치되며, 초점길이는 최소가 된다.
단일 렌즈소자 L6으로 구성될 수 있는 예로서 포지티브 렌즈 그룹 G3은 바리에이터 그룹뒤에 배치된다. 만약 상기 렌즈소자가 포지티브이면, 바리에이터 그룹으로 부터 발사되는 빔을 평행빔으로 변환시킨다. 렌즈 그룹 G3도 어느정도 발산될 수 있다.
렌즈 그룹 G3으로 부터의 빔 발산은 제4렌즈그룹 G4에 의해 영상면 Ip에 집속되며, 상기 제4렌즈 그룹은 중간 줌 위치에서 줌 렌즈의 거의 전 파워를 공급하며, 주 그룹에 관련된다. 상기 주 그룹은 3개의 포지티브 렌즈소자 L7,L8및 L9를 구비한다.
줌 렌즈의 조리개 PP'는, 주 그룹의 제1렌즈 소자 L7에 근접하여 두개의 제1렌즈 그룹이 중점적으로 사용되며, 경계 빔은 광측 OO'로부터 비교적 먼거리에서 상기 렌즈그룹을 통과한다.
본 발명의 줌 렌즈는 줌 범위를 통해 왜곡을 만족스럽게 교정한다. 이것은 원거리 위치 및 광각위치인 두 극단상태에서의 줌 렌즈를 통해 최대 경사빔 b1의 주 광을 트레이싱 함으로 설명될 수 있다.
원거리 위치에서(제1a,2a 및 3a), 빔 b1의 주 광의 입사각 α는 10°정도로 비교적 작다. 이때 전방그룹의 소자는 최대로 횡단된다. 상기 그룹의 렌즈소자, L1,L2및 L3는 편차의 최대상태가 단위렌즈 소자 즉, 전방 그룹에서의 단위 렌즈소자를 따르도록 휘어지며, 상기 렌즈소자를 통과하는 통로가 작을때, 주 광은 비틀려진다. 전방그룹에서의 주변 빔 b1의 주광인 포지티드 구면수차는 중앙빔 b0의 주광에 대해 비교적 적다. 바리에이터 그룹 G2의 렌즈소자 L4및 L5는 횡단되어 원거리 위치에서 광측에 비교적 근접하며, 상기 렌즈그룹의 네가티브 구면수차는 비교적 적다. 적은 포지티브 및 적은 네가티브 구면수차의 합은 주 그룹의 구면수차를 보상한다. 구면수차가 없는 이상적인 주 그룹의 경우에 있어서, 상기 합은 역시 0이 되어야 한다.
광각 위치에 있어서, 빔 b1의 주 광의 입사각은 원거리 위치에서보다 예로서 30°이상 크다. 바리에이터그룹 G2는 전방그룹에 근접하며, 빔 b1의 광은 광측으로부터 비교적 먼거리에서 바리에이터 그룹의 소자를 횡단한다. 따라서, 영상면 IP에서 소위 말하는 큰 핀-쿠숀 왜곡을 야기시키는 비교적 큰 네가티브 구면수차가 상기 그룹에서 발생한다. 그러나, 큰 입사각 때문에 상기 수차를 피할 수 있어서, 빔 b1의 주 광은 최소 편차상태에 부합되는 전방그룹 G1의 렌즈소자를 더이상 횡단하지 않으므로, 빔 b1은 전방그룹에서 비교적 큰 네가티브 구면수차를 가진다. 상기 수차는 바리에이터 그룹의 비교적 큰 네카티브 구면수차를 상당히 보상하며, 합성수차가 원거리 위치에서의 수차와 동일하게 된다.
따라서, 줌 렌즈를 통과하는 빔의 순수 구면수차는 렌즈 그룹 G1,G2및 G3를 구비하는 망원렌즈를 부분을 횡단한 후에 원거리 위치 및 광각위치에서 거의 동일하게 된다. 본 발명의 줌렌즈에 있어서, 왜곡은 모든 줌 범위에 있어서 거의 1%보다 적게 유지된다.
전방그룹 G1, 바리에이트 그룹 G2및 주 그룹 G4에서의 렌즈소자는 모두 이중렌즈 형태이다. 도시된 실시예에서, L1,L6및 L7가 이중렌즈 형태이다. 상기 단계에 의해, 색도수차는 제한될 수 없다. 그럼에도 불구하고, 줌 렌즈를 통과하는 빔의 줌잉동안에, 샤프한 화상이 영상센서 IS상에 각 순간마다 형성되게 하기 위하여, 집속이 영상센서 또는 줌 렌즈가 부분을 형성하는 카메라에서의 각각의 초점 장치를 통해 검출될 수 있다. 집속은 전방그룹 G1을 이동시킴으로 얻어지는 집속에러 신호로 재 조정될 수 있다.
대상물 거리는 전방그룹의 측방향 이동에 의해서도 역시 조정될 수 있다.
적외선 필터 F는 제2a,2b 및 2c도에서 도시된 줌 렌즈에서의 렌즈소자 L7와 렌즈소자 L8사이에 배치된다.
제2a,2b 및 2c도에 따른 줌 렌즈에서 초점 거리는 10㎜와 26㎜사이에서 조정될 수 있으며, F번호는 F/2.8이 되며, 다음의 값이 표면 S1--S23, 축방향 곡률C, 굴절계수 n 및 표면의 직경 D 사이의 거링 d에 인가된다.
Figure KPO00001
Figure KPO00002
조리개 PP'는 렌즈 L6으로 부터 3㎜거리이다. 상기 거리는 변경될 수 있다. 상기 표에 표시된 거리 d1및 d2는 변경될 수 있다. d1및 d2에 대한 다음의 값이 다른 줌 거리 d2에 인가된다.
Figure KPO00003
상기 줌 렌즈의 전체 길이는 약 89.5㎜이다.
제3a,3b 및 3c도에 도시된 줌렌즈는 제2a,2b 및 2c도에 도시된 줌 렌즈와는 다르다. 즉, 렌즈소자 L4및 L5가 근접하게 배치되며, 렌즈소자 L6이 조리개 PP'위에 배치된다.
제3a,3b 및 3c도에 도시된 바와같이 줌 렌즈에서, 초점길이는 10.5㎜와 25㎜사이에서 조정될 수 있으며, F번호는 F/4.0과 F/2.8사이에서 조정될 수 있으며, 다음의 값이, 표면 S1...S23, 축방향 곡률C, 굴절계수n 및 표면의 직경 D사이의 거리d에 인가된다.
Figure KPO00004
Figure KPO00005
다음이 값 d1및 d2가 다른 줌거리 d2에 인가된다.
Figure KPO00006

Claims (4)

  1. 대상물 중단으로부터 볼 수 있으며, 포지티브 제1렌즈 그룹과, 제1렌즈 그룹에 대해 이동될 수 있는 네가티브 제2렌즈그룹과 제3렌즈 그룹 및 포지티브 제4렌즈 그룹을 연속적으로 구비하며, 여기서 제4렌즈 그룹은 일정한 파워 및 가변 배율을 가진 렌즈 시스템을 구성하며, 스틸 화상이 픽업될 수 있는 전자 카메라용 줌 렌즈에 있어서, 주어진 초점 길이에 관련된 제2렌즈 그룹의 위치와 동일하게 제1 및 제2렌즈 그룹에서의 렌즈 소자의 표면의 곡률이 제1렌즈 그룹 및 제2렌즈 그룹의 구면 수차의 합이 줌 길이를 통해 일정한 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
  2. 제1항에 있어서, 원거리 모드에 있어서, 최대 경사 경계빔의 광이 제1 및 제2렌즈 그룹의 렌즈 소자상에서 수직에 대해 비교적 적은 각으로 연장되어 있는 허용각으로 입사되며, 반면에, 제2렌즈 그룹에서의 상기 광이 광측에 근접하게 연장되며, 제1 및 제2렌즈 그룹의 구면 수차는 적으며, 최소한 큰 부분에 대해 서로 보상하며, 광각 모드에 있어서, 상기 경계빔의 광은 제1 및 제2렌즈 그룹의 렌즈 소자상에서 수직에 대해 비교적 큰 각으로 연장되어 있으며, 반면에 제2렌즈 그룹에서의 상기 광은 광측으로 부터 비교적 큰 거리로 연장되어 있으며, 제1렌즈 그룹의 비교적 큰 포지티브 구면 수차와 제2렌즈 그룹의 비교적 큰 네카티브 구면 수차가 원거리 모드에서와 같이 서로 어느정도 보상하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈.
  3. 제1항에 있어서, 결합된 제1 및 제2렌즈 그룹의 일정 구면 수차는 동일하며 주 그룹의 구면 수차에는 반대되는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
  4. 제1,2 또는 3항에 있어서, 제1, 제2 및 제4렌즈 그룹의 렌즈 소자가 이중 형태인 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
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