KR20060105512A - 줌 렌즈 시스템 - Google Patents
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Abstract
줌 렌즈 시스템은 물체측부터의 순서대로, 제 1 부렌즈 군, 조리개, 제 2 정렌즈 군 및 제 3 정렌즈 군을 포함한다.
줌은 제 1 부렌즈 군 및 제 2 정렌즈 군을 광축 방향으로 이동시킴으로써 수행된다.
줌 렌즈 시스템은 여섯 개의 렌즈를 포함하며, 여섯 개의 렌즈는 다음과 같이 렌즈 군으로 분리된다:
물체측부터의 순서대로, 제 1 부렌즈 및 제 2 정렌즈가 제 1 부렌즈 군을 구성하도록 배열되고;
물체측부터의 순서대로, 제 3 정렌즈, 제 4 부렌즈 및 제 5 정렌즈 모두가 서로 접합되어 제 2 정렌즈 군을 구성하도록 배열되고; 또한
제 6 정렌즈가 제 3 정렌즈 군을 구성하도록 배열된다.
줌 렌즈 시스템, 정렌즈, 부렌즈, 굴절력, 수차, 편심, 초점거리, 상측면, 물체측면
Description
본 발명은 관계되는 도면을 참조하여 아래 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 줌 렌즈 시스템의 렌즈 배열을 나타내는 도,
도 2A, 2B, 2C 및 2D는 단 초점거리단에서, 도 1의 렌즈 배열에서의 제 수차도,
도 3A, 3B, 3C 및 3D는 중간 초점거리에서, 도 1의 렌즈 배열에서의 제 수차도,
도 4A, 4B, 4C 및 4D는 장 초점거리단에서, 도 1의 렌즈 배열에서의 제 수차도,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 줌 렌즈 시스템의 렌즈 배열을 나타내는 도,
도 6A, 6B, 6C 및 6D는 단 초점거리단에서, 도 5의 렌즈 배열에서의 제 수차도,
도 7A, 7B, 7C 및 7D는 중간 초점거리에서, 도 5의 렌즈 배열에서의 제 수차도,
도 8A, 8B, 8C 및 8D는 장 초점거리단에서, 도 5의 렌즈 배열에서의 제 수차 도,
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 줌 렌즈 시스템의 렌즈 배열을 나타내는 도,
도 10A, 10B, 10C 및 10D는 단 초점거리단에서, 도 9의 렌즈 배열에서의 제 수차도,
도 11A, 11B, 11C 및 11D는 중간 초점거리에서, 도 9의 렌즈 배열에서의 제 수차도,
도 12A, 12B, 12C 및 12D는 장 초점거리단에서, 도 9의 렌즈 배열에서의 제 수차도,
도 13은 본 발명에 따른 줌 렌즈 시스템에 대한 렌즈 군 이동 경로에 관한 개략도.
본 발명은 줌 렌즈 시스템 및 특히 디지털 카메라에 적합한 초소형 줌 렌즈 시스템에 관한 발명이다.
최근에, 카메라 기능과 PDA를 갖춘 휴대폰이 급속히 일반화되고 있다. 그에 따라, 내부에 촬상소자를 포함하는 디지털 카메라를 더욱 소형화하고 고품질 이미지를 얻는 것이 요구된다. 고품질 이미지를 제공하기 위하여, 촬상소자는 약 1/3 인치(대각선 상 길이 = 3.0mm) 또는 그 이상의 이미지 사이즈를 얻을 수 있을 것이 요구된다.
이와 같이, 고화소를 위해 설계된 줌 렌즈 시스템은 자연적으로 소형화가 더욱 요구되며 고품질 이미지를 얻는 것이 요구된다. 그러나, 카메라 기능을 가진 휴대폰에 주로 이용되는 종래의 줌 렌즈 시스템에서, 줌 렌즈 시스템의 렌즈의 수는 약 세 개 또는 네 개인데, 이는 고품질 이미지를 얻는데 충분하지 않다. 반면에, 디지털 카메라에 일반적으로 사용되는 줌 렌즈 시스템은 여섯 개에서 여덟 개의 렌즈를 포함하며, 이러한 렌즈의 개수로는 줌 렌즈 시스템의 소형화를 충분히 실현할 수 없다.
줌 렌즈 시스템을 소형화함에 따라, 음의 굴절력(Negative Refracting Power)을 가진 렌즈 군이 그 내부에서 최대한 물체 측에 위치한 네거티브 리딩형(Negative-lead type) 줌 렌즈 시스템이 일반적으로 사용된다. 이에 관하여, 다음의 두 가지 형태의 네거티브 리딩형 줌 렌즈 시스템이 공지되어 있다:
(i) 두 개의 렌즈 군 배열을 하고 있는 네거티브 리딩형 줌 렌즈 시스템, 즉 물체측부터의 순서대로, 음의 굴절력을 가진 제 1 렌즈 군 (이하, 제 1 부렌즈 군(Negative first lens group)이라 한다), 양의 굴절력을 가진 제 2 렌즈 군 (이하, 제 2 정렌즈 군(Positive second lens group)이라 한다); 및
(ii) 세 개의 렌즈 군 배열을 하고 있는 네거티브 리딩형 줌 렌즈 시스템, 즉 물체측부터의 순서대로, 제 1 부렌즈 군, 제 2 정렌즈 군, 및 양의 굴절력을 가진 제 3 렌즈 군(이하, 제 3 정렌즈 군이라 한다).
두 개 렌즈 군 배열을 하고 있는 네거티브 리딩형 줌 렌즈 시스템에 있어서, 제 2 정렌즈 군에서의 렌즈의 수를 증가시킴으로써 줌 렌즈 시스템의 소형화를 더욱 달성하기 위한 시도가 일반적으로 이루어져 왔다. 이러한 배열에 의하여, 배율이 증가하고 제 2 정렌즈 군의 이동 거리가 더 짧아진다.
세 개 렌즈 군 배열을 하고 있는 네거티브 리딩형 줌 렌즈 시스템에 있어서, 렌즈 군의 수는 증가하고, 렌즈의 개수 역시 증가한다. 결과적으로, 각각의 렌즈 군의 이동 거리는 더 짧아진다; 그러나, 줌 렌즈 시스템의 소형화를 더욱 달성하고자 하는 목적을 이루기 위하여, 렌즈 군 및 렌즈 모두의 개수 증가, 줌 렌즈 시스템의 전체 길이, 및 렌즈 군의 직경의 증가 사이에 균형을 결정하는 것은 어렵게 된다.
본 발명은 세 개 렌즈 군 배열을 하고 있는 줌 렌즈 시스템, 즉 물체측부터의 순서대로, 제 1 부렌즈 군, 제 2 정렌즈 군, 및 제 3 정렌즈 군에서 구체화된다. 즉, 본 발명은 적은 수의 렌즈에 의해 구성되며, 고화소의 촬상소자를 구현할 수 있는, 세 개 렌즈 군 배열을 하고 있는 초소형 줌 렌즈 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따르면, 물체측부터의 순서대로, 제 1 부렌즈 군, 조리개, 제 2 정렌즈 군 및 제 3 정렌즈 군을 포함하는 줌 렌즈 시스템이 제공된다.
주밍은 제 1 부렌즈 군 및 제 2 정렌즈 군을 광축 방향으로 이동시킴으로써 수행된다.
명확하게, 줌 렌즈 시스템은 여섯 개의 렌즈를 포함하며, 여섯 개의 렌즈는 다음과 같이 렌즈 군으로 분리된다:
물체측부터의 순서대로, 제 1 부렌즈 및 제 2 정렌즈가 제 1 부렌즈 군을 구성하도록 배열되고;
물체측부터의 순서대로, 제 3 정렌즈, 제 4 부렌즈 및 제 5 정렌즈 모두가 서로 접합되어 제 2 정렌즈 군을 구성하도록 배열되고; 또한
제 6 정렌즈가 제 3 정렌즈 군을 구성하도록 배열된다.
본 발명의 줌 렌즈 시스템에 따르면, 단 초점거리단으로부터 장 초점거리단까지 주밍을 할 때, 제 1 부렌즈 군 및 제 2 정렌즈 군 사이의 간격은 감소하고, 제 3 정렌즈 군은 상면(像面)에 대하여 고정된 상태에서 제 2 정렌즈 군 및 제 3 정렌즈 군 사이의 간격은 증가 된다.
본 발명의 줌 렌즈 시스템은 다음의 조건식(1)을 만족하는 것이 바람직하다.
1.2 < f2G/fW < 1.6 -- (1)
f2G : 제 2 정렌즈 군의 초점거리,
fW : 단 초점거리단에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리이다.
또한, 다음의 조건식(2)을 만족하는 것이 바람직하다.
0.8 < fW/f3 < 1.2 -- (2)
fW : 단 초점거리단에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리,
f3 : 제 2 정렌즈 군의 제 3 정렌즈의 초점거리이다.
또한, 다음의 조건식(3)을 만족하는 것이 바람직하다.
-2.0 < fW/f4 < -1.4 -- (3)
fW : 단 초점거리단에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리,
f4 : 제 2 정렌즈 군의 제 4 정렌즈의 초점거리이다.
또한, 다음의 조건식(4)을 만족하는 것이 바람직하다.
0.8 < fW/f5 < 1.4 -- (4)
fW : 단 초점거리단에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리,
f5 : 제 2 정렌즈 군의 제 5 정렌즈의 초점거리이다.
또한, 다음의 조건식(5)을 만족하는 것이 바람직하다.
1.5 < |f1G|/fW < 2.5 -- (5)
f1G : 제 1 부렌즈 군의 초점거리,
fW : 단 초점거리단에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리이다.
또한, 다음의 조건식(6)을 만족하는 것이 바람직하다.
0.2 < f2G/f6 < 0.5 -- (6)
f2G : 제 2 정렌즈 군의 초점거리,
f6 : 제 6 정렌즈(제 3 정렌즈 군)의 초점거리이다.
또한, 다음의 조건식(7)을 만족하는 것이 바람직하다.
0.5 < ∑2G/fW < 1.0 -- (7)
∑2G : 제 2 정렌즈 군의 가장 물체측에 가까운 면으로부터 가장 상측에 가까운 면까지의 거리,
fW : 단 초점거리단에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리이다.
또한, 다음의 조건식(8)을 만족하는 것이 바람직하다.
(Nn - Np)/rC2 < 0.1 -- (8)
Nn : 제 2 정렌즈 군의 제 4 부렌즈의 d선에 대한 굴절률,
Np : 제 2 정렌즈 군의 제 5 정렌즈의 d선에 대한 굴절률,
rC2 : 제 2 정렌즈 군의 제 4 부렌즈 및 제 5 정렌즈 사이의 접합면의 곡률반경이다.
또한, 다음의 조건식(9)을 만족하는 것이 바람직하다.
12 < νp - νn -- (9)
νp : 제 2 정렌즈 군의 제 3 정렌즈 및 제 5 정렌즈에 관한 평균 아베수(Abbe number),
νn : 제 2 정렌즈 군의 제 4 부렌즈의 아베수이다.
또한, 다음의 조건식(10)을 만족하는 것이 바람직하다.
10°< βW < 25° -- (10)
βW : 단 초점거리단에서의 최대 상 높이에 대하여 광축 및 주 광선에 의해 형성되는 각도이다.
또한, 다음의 조건식(11)을 만족하는 것이 바람직하다.
βW - βT < 12° -- (11)
βW : 단 초점거리단에서의 최대 상 높이에 대하여 광축 및 주 광선에 의해 형성되는 각도,
βT : 장 초점거리단에서의 최대 상 높이에 대하여 광축 및 주 광선에 의해 형성되는 각도이다.
또한, 다음의 조건식(12)을 만족하는 것이 바람직하다.
0 < rC1 -- (12)
rC1 : 제 2 정렌즈 군의 제 3 정렌즈 및 제 4 부렌즈 사이의 접합면의 곡률반경이다.
또한, 다음의 조건식(13)을 만족하는 것이 바람직하다.
2.8 < fT/fW -- (13)
fT : 장 초점거리단에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리,
fW : 단 초점거리단에서의 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리이다.
본 발명의 줌 렌즈 시스템은 다음의 렌즈 군의 이동 방식 중 하나에 의해 포 커싱을 수행하는 것이 가능하다.
(i) 제 1 부렌즈 군만의 이동;
(ii) 제 2 정렌즈 군만의 이동; 또는
(iii) 제 1 부렌즈 군 및 제 2 정렌즈 군의 일체 이동.
본 발명의 명세서는 일본국 특허 출원 번호 2005-95327(특허출원일 2005년 3월 29일)에 포함된 주제와 관련이 있다.
(실시예)
도 13의 렌즈 군 이동 경로에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 줌 렌즈 시스템은 물체측부터의 순서대로 제 1 부렌즈 군(10), 조리개(S), 제 2 정렌즈 군(20), 및 제 3 정렌즈 군(30)을 포함한다.
제 1 부렌즈 군(10)은 물체측부터의 순서대로 제 1 부렌즈 및 제 2 정렌즈를 포함한다.
제 2 정렌즈 군(20)은 물체측부터의 순서대로, 제 3 정렌즈, 제 4 부렌즈 및 제 5 정렌즈(즉, 삼중형 렌즈 배열)를 포함하는데, 이들 모두가 서로 접합되어 있다.
제 3 정렌즈 군(30)은 제 6 정렌즈를 포함한다.
단 초점거리단(W)으로부터 장 초점거리단(T)까지 주밍을 할 때, 제 1 부렌즈 군(10)은 먼저 상측으로 이동한 후 물체측으로 이동하고; 제 2 정렌즈 군(20)은 물체측으로 단조롭게 이동하며; 제 3 정렌즈 군(30)은 고정되어 있다(즉, 상면(I)에 대하여 움직이지 않는다).
줌을 할 때 상기한 렌즈 군의 이동 때문에, 제 1 부렌즈 군(10) 및 제 2 정렌즈 군(20) 사이의 간격은 처음에는 크게 감소하다가 그 후 점차 감소하고; 제 2 정렌즈 군(20) 및 제 3 정렌즈 군(30) 사이의 간격은 단조롭게 증가하며; 조리개(S)는 제 2 정렌즈 군(20)과 함께 이동한다.
줌 렌즈 시스템은 다음의 렌즈 군의 이동 방식 중 하나에 의해 포커싱을 수행하는 것이 가능하다.
(i) 제 1 부렌즈 군(10)만의 이동;
(ii) 제 2 정렌즈 군(20)만의 이동; 또는
(iii) 제 1 부렌즈 군(10) 및 제 2 정렌즈 군(20)의 일체 이동.
제 1 부렌즈 군(10)은 소형화를 달성할 수 있도록 두 개의 렌즈(제 1 부렌즈 및 제 2 정렌즈)로 구성된다. 특히 왜곡수차를 보정하기 위하여, 비구면을 이용하는 것이 바람직하다. 제 1 부렌즈 군을 세 개의 렌즈로 구성하는 것은 알려져 있으나, 세 개의 렌즈는 제 1 부렌즈 군의 두께를 증가시키므로, 소형화가 어렵게 된다.
상기 삼중형 제 2 정렌즈 군(20)에 관하여, 3개의 렌즈 모두는 소형화 목적을 위하여 서로 접합된다.
상술한 바와 같이, 제 2 렌즈 군(20) 전체는 양의 굴절력을 가지고 있으며 3개의 렌즈를 포함한다. 또한 2개의 정렌즈와 1개의 부렌즈로 제 2 정렌즈 군을 구성하는 것은 일반적인 기술이다.
구면 수차를 보정하는 경우에 있어서, 물체측부터의 순서대로, 큰 양의 굴절 력을 가지는 두 개의 렌즈 및 부렌즈를 포함하는 제 2 정렌즈 군이 자주 사용되어 왔다. 그러나, 정렌즈들의 볼록면들은 서로 접촉해야 하기 때문에, 세 개의 렌즈를 접합하는 것은 어렵게 된다.
반면에, 정렌즈, 부렌즈, 및 정렌즈가 물체측부터의 순서대로 배열되는 경우에, 이러한 배열은 수차를 보정하는데 적합하다. 그러나, 정렌즈들 및 부렌즈에 관하여 편심 감도가 현저해 지는 것이 문제된다. 이러한 단점을 피하기 위하여, 세 개의 렌즈를 모두 접합함으로써, (i) 제 2 정렌즈 군(20)의 소형화가 달성되고, (ii) 그 안에서의 수차가 적절히 보정되며, (iii) 각 렌즈의 편심에 대한 감도가 개선될 수 있다.
다시 말해, 각 렌즈의 편심 감도 및 렌즈 사이의 간격 감도(distance sensitivity)가 높게 설정되더라도, 제조 공차 때문에 발생되는 광학적 성능 저하는 최소화될 수 있으며, 제 2 정렌즈 군의 두께, 즉 최물체측면으로부터 이에 대한 최상측면까지의 간격은 감소될 수 있다.
게다가, 제 2 정렌즈 군(20)의 뒤로(상면측으로) 제 3 정렌즈 군(30)을 제공함으로써, 충분한 배율 및 텔레센트릭(Telecentric)성이 달성될 수 있다. 본 발명에서, 하나의 렌즈(제 6 정렌즈)에 의해 제 3 정렌즈 군(30)을 구성함으로써, 제 3 정렌즈 군(30)의 소형화가 달성될 수 있다.
조건식(1)은 제 2 정렌즈 군(20)의 초점거리에 관한 것이다.
제 2 정렌즈 군(20)의 굴절력이 f2G/fW가 조건식(1)의 상한을 초과하는 정도 로 약해지게 되면, 단 초점거리단부터 장 초점거리단에 걸쳐서 제 2 정렌즈 군(20)의 이동 거리는 증가해 버린다. f2G/fW가 조건식(1)의 상한을 초과할 때, 줌 렌즈 시스템을 소형화하려고 시도한다면, 제 1 부렌즈 군(10)의 굴절력은 더 크게 설정되어야 하고, 수차, 특히 단 초점거리단에서 코마(coma)가 크게 발생한다. 결과적으로, 제 2 정렌즈 군(20) 및 제 3 정렌즈 군(30)에 의한 수차의 보정은 어려워진다.
제 2 정렌즈 군(20)의 굴절력이 f2G/fW가 조건식(1)의 하한을 초과하는 정도로 강해지게 되면, 제 2 정렌즈 군(20)의 이동 거리는 짧아지게 되어, 전체 줌 렌즈 시스템은 소형화될 수 있다. 그러나, 수차, 특히 구면수차가 크게 발생한다. 결과적으로, 제 1 부렌즈 군(10)(두 개의 렌즈) 및 제 3 정렌즈 군(30)(하나의 렌즈)에 의한 수차의 보정은 어려워진다.
조건식(2)은 제 2 정렌즈 군(20)의 제 3 정렌즈의 초점거리에 관한 것이다.
제 3 정렌즈의 굴절력이 fW/f3가 조건식(2)의 상한을 초과하는 정도로 강해지게 되면, 제 2 정렌즈 군(20)의 굴절력은 더 강해질 수 있다. 그러나, 제 3 정렌즈에서만 발생되는 구면수차는 더 커지게 되어, 이런 구면수차의 보정이 어려워진다.
제 3 정렌즈의 굴절력이 fW/f3가 조건식(2)의 하한을 초과하는 정도로 약해지게 되면, 제 2 정렌즈 군(20)에서 양의 굴절력은 더 강해질 수 없다. fW/f3가 조 건식(2)의 하한을 초과할 때, 줌 렌즈 시스템의 전체 길이를 소형화하려고 시도한다면, 제 2 정렌즈 군(20)의 양의 굴절력의 대부분은 그것의 제 5 정렌즈에서 부담되어야 한다. 결과적으로, 제 5 정렌즈에서 발생하는 구면수차는 크게 되어, 그것의 보정은 어려워진다.
조건식(3)은 제 2 정렌즈 군(20)의 제 4 부렌즈의 초점거리에 관한 것이다.
제 4 부렌즈의 굴절력이 fW/f4가 조건식(3)의 상한을 초과하는 정도로 약해지게 되면, 제 2 정렌즈 군(20)에서 발생하는 구면수차는 충분히 보정되지 않고, 그것의 보정은 어려워진다.
제 4 부렌즈의 굴절력이 fW/f4가 조건식(3)의 하한을 초과하는 정도로 강해지게 되면, 제 2 정렌즈 군(20)에서 음의 굴절력은 매우 강해지게 된다. fW/f4가 조건식(3)의 하한을 초과할 때, 줌 렌즈 시스템의 전체 길이를 소형화하려고 시도한다면, 제 2 정렌즈 군(20)의 양의 굴절력을 확보하기 위하여 제 3 정렌즈의 굴절력 및 제 5 정렌즈의 굴절력은 필요 이상으로 더 강해져야 한다. 결과적으로, 제 3 정렌즈 및 제 5 정렌즈 모두에서 발생하는 구면수차는 크게 되어, 그것의 보정은 어려워진다.
조건식(4)은 제 2 렌즈 군(20)의 제 5 정렌즈의 초점거리에 관한 것이다.
제 5 정렌즈의 굴절력이 fW/f5가 조건식(4)의 상한을 초과하는 정도로 강해지게 되면, 제 2 정렌즈 군(20)의 양의 굴절력은 더 강해질 수 있다. 그러나, 제 5 정렌즈에서만 발생하는 구면수차는 더 크게 되어, 그것의 보정은 어려워진다.
제 5 정렌즈의 굴절력이 fW/f5가 조건식(4)의 하한을 초과하는 정도로 약해지게 되면, 제 2 정렌즈 군(20)의 양의 굴절력은 더 강해질 수 없다. fW/f5가 조건식(4)의 하한을 초과할 때, 줌 렌즈 시스템의 전체 길이를 소형화하려고 시도한다면, 제 2 정렌즈 군(20)의 양의 굴절력의 대부분은 그것의 제 3 정렌즈에서 부담되어야 한다. 결과적으로, 제 3 정렌즈에서 발생하는 구면수차는 크게 되어, 그것의 보정은 어려워진다.
조건식(5)은 제 1 부렌즈 군(10)의 초점길이에 관한 것이다.
제 1 부렌즈 군(10)의 음의 굴절력이 |f1G|/fW가 조건식(5)의 상한을 초과할 정도로 약해진다면, 줌 렌즈 시스템의 전체 길이를 줄이기 위해서 제 2 정렌즈 군(20)은 극단적으로 굴절력을 부담해야 한다. 결과적으로, 수차, 특히 구면수차가 제 2 정렌즈 군(20)에서 크게 발생하여, 제 1 부렌즈 군(10) 및 제 3 정렌즈 군(30)으로써 그것을 보정하는 것은 어려워진다.
제 1 부렌즈 군(10)의 음의 굴절력이 |f1G|/fW가 조건식(5)의 하한을 초과할 정도로 강해진다면, 제 1 부렌즈 군(10)의 이동 거리는 짧아지고, 이것은 줌 렌즈 시스템를 소형화하는 장점이 있다. 그러나, 음의 왜곡수차가 크게 발생하고, 제 1 부렌즈 군(10)을 구성하는 렌즈의 개수가 적기 때문에 그것의 보정은 어려워진다.
조건식(6)은 제 2 정렌즈 군(20) 및 제 3 정렌즈 군(30)(제 6 렌즈)에 걸친 굴절력의 배분에 관한 것이다.
f2G/f6 가 조건식(6)의 상한을 초과하면, 제 2 정렌즈 군(20)에서 굴절력의 배분은 더 작게 되고(즉, 제 2 정렌즈 군(20)의 굴절력은 상대적으로 약해진다), 줌 렌즈 시스템의 전체 길이를 줄이기 위하여 제 1 부렌즈 군(10)은 극단적으로 굴절력을 부담하여야 한다. 결과적으로, 수차, 특히 단 초점거리단에서 코마는 제 1 부렌즈 군(10)에서 크게 발생하여, 제 2 정렌즈 군(20) 및 제 3 정렌즈 군(30)으로써 그것을 보정하는 것은 어려워진다.
f2G/f6 가 조건식(6)의 하한을 초과하면, 제 3 정렌즈 군(30)에서 굴절력의 배분은 더 작게 되고(즉, 제 3 정렌즈 군(30)의 굴절력은 상대적으로 약해진다), 사출동 위치는 상면에 가까워져서, 텔레센트릭성이 악화된다. 게다가, 제 2 정렌즈 군(20)에 굴절력은 상대적으로 강해지고, 제 2 정렌즈 군(20)에서 구면수차가 크게 발생한다.
조건식(7)은 제 2 정렌즈 군(20)의 두께에 관한 것이다.
∑2G/fW가 조건식(7)의 상한을 초과하면, 제 2 정렌즈 군(20)의 두께(즉, 최물체측면으로부터 이에 대한 최상측면까지의 간격)는 증가한다. 따라서, 제 2 정렌즈 군(20)의 굴절력은 극단적으로 더 강해져서, 수차, 특히 구면수차가 크게 발생한다. 그 결과, 제 1 부렌즈 군(10) 및 제 3 정렌즈 군(30)으로써 수차를 보정하는 것은 어려워진다.
∑2G/fW가 조건식(7)의 하한을 초과하면, 제 2 정렌즈 군(20)의 렌즈의 개수가 더 적기 때문에, 제 2 정렌즈 군(20)의 양의 굴절력은 더 약해진다. 그 결과, 수차, 특히 구면수차 및 코마의 보정은 어려워진다.
조건식(8)은 제 2 정렌즈 군(20)의 제 4 부렌즈 및 제 5 정렌즈 사이의 접합면의 곡률 반경에 관한 것이다.
(Nn - Np)/rC2가 조건식(8)의 상한을 초과하면, 접합면에서의 굴절력은 더 강해져서, 구면수차의 보정은 어려워진다.
조건식(9)은 제 2 정렌즈 군(20)의 두 개의 정렌즈 및 하나의 부렌즈에 대하여 d선의 아베수의 차이에 관한 것이다. 제 2 정렌즈 군(20)의 렌즈의 개수가 적은 경우에, 색수차를 보정하기 위하여, 유리 소재들을 선택하여 그 소재들의 아베수의 차이를 크게 하는 것이 바람직하다.
νp - νn가 조건식(9)의 하한을 초과하면, 색수차, 특히 축상 색수차의 보정이 충분히 이루어질 수 없다.
조건식(10)은 단 초점거리단에서의 최대 상 높이에 대하여 광축 및 주 광선에 의해 형성되는 각도에 관한 것이다. 이 조건은 줌 렌즈 시스템의 텔레센트릭성에 관한 것이다.
βW가 조건식(10)의 상한을 초과하면, 상면에 직각으로 입사하는 주 광선은 상면의 수직선으로부터 크게 일탈한다. 이렇게 크게 일탈되는 주 광선은 셰이딩(Shading)의 원인이 된다.
βW가 조건식(10)의 하한을 초과하면, 단 초점거리단에서 백 포커스 거리(Back Focal Distance)는 길어지게 되어서, 줌 렌즈 시스템의 전체 길이 및 직경은 커지게 된다.
조건식(11)은 각각의 단 초점거리단 및 장 초점거리단에서의 최대 상 높이에 대하여 광축 및 주 광선에 의해 형성되는 각도에 관한 것이다. 이 조건은 줌 렌즈 시스템에서 발생되는 셰이딩에 관한 것이다.
상기 각도의 차이가 βW - βT가 조건식(11)의 상한을 초과하는 정도보다 더 크게되면, 셰이딩이 발생한다.
조건식(12)는 제 2 정렌즈 군(20)의 제 3 정렌즈 및 제 4 부렌즈 사이의 절합면의 곡률반경에 관한 것이다. 즉, 조건식(12)은 제 2 정렌즈 군(20)을 구성하는 세 개의 렌즈 사이의, 물체측의 두 개의 렌즈의 접합면의 곡률반경에 관한 것이다. 상술한 접합면은 큰 곡률반경을 가지고 있기 때문에, 수차를 보정하기 위하여 볼록 접합면 또는 오목 접합면 중 어느 하나를 형성하는 것이 가능하다.
조건식(12)을 만족함으로써, 제 3 정렌즈의 상측면은 오목면이 된다. 이러한 제 3 정렌즈의 상측 오목면은 다음과 같이 세 개의 렌즈의 접합 과정에 유리하게 이용될 수 있다.
(i) 제 3 정렌즈를 그것의 물체측면이 아래를 향하도록 수평으로 놓고, 제 4 부렌즈가 수평방향에 직교하는 수직 위쪽으로 제 3 정렌즈 위에 접합되도록 한다. 그리고,
(ii) 제 4 부렌즈가 제 3 정렌즈의 상측 오목면 위에 접합될 때, 제 3 정렌즈의 상측 오목면이 접착제를 담을 수 있고 상측 오목면으로부터 흘러내리는 것을 막기 위하여, 제 3 정렌즈의 물체측면을 접합 기준면으로 설정한다.
게다가, 제 4 부렌즈의 상측면은 원래 깊은 오목면(즉, 제 3 정렌즈 및 제 4 부렌즈가 접합 과정에 있을 때 이들 렌즈의 최상면)으로 만들어지므로, 제 5 정렌즈가 제 4 부렌즈의 상측 깊은 오목면 위에 접합될 때 접착제가 제 4 부렌즈의 상측 깊은 오목면으로부터 흘러내리지 않는다.
상술한 접합 과정에서, 제 3 정렌즈의 물체측면이 접합 기준면으로 고정된 상태에서, 세 개의 렌즈는 서로 접합될 수 있다. 결과적으로 제작 단계에서 편심이 감소될 수 있다.
rC1이 조건식(12)의 하한을 초과하면, 제 3 정렌즈의 상측면은 볼록면이 되므로, 접착제가 그 안에 담겨질 수 없다.
따라서, rC1이 조건식(12)의 하한을 초과하면, 세 개 렌즈의 접합 과정은 다음과 같이 수행되어야 한다:
(i') 제 4 부렌즈를 그것의 상측면이 아래를 향하도록 수평으로 놓고, 제 3 정렌즈가 수평방향에 직교하는 수직 위쪽으로 제 4 부렌즈 위에 접합되도록 한다;
(ii') 제 3 정렌즈가 제 4 부렌즈의 물체측 오목면 위에 접합될 때, 제 4 부렌즈의 물체측 오목면이 접착제를 담을 수 있고 물체측 오목면으로부터 흘러내리는 것을 막기 위하여, 제 4 부렌즈의 상측면을 접합 기준면으로 설정한다; 그리고
(iii') 접합 기준면을 제 4 부렌즈의 상측면으로부터 제 3 정렌즈의 물체측면으로 바꾸어 제 4 부렌즈의 상측 깊은 오목면이 수직 위쪽 방향으로 노출되도록 한다; 그리고
(iv') 제 4 부렌즈의 상측 오목면에 접착제를 담아, 제 5 정렌즈를 제 4 부렌즈의 상측 오목면 위에 접합한다.
여기서 알 수 있는 바와 같이, 접합시 기준면이 바뀌기 때문에, 이와 같은 접합 과정은 편심을 발생한다.
조건식(13)은 전체 줌 렌즈 시스템의 줌 비율에 관한 것이다. 이러한 조건을 만족함에 따라, 충분한 줌 비율을 얻을 수 있다.
실시예에 대한 구체적인 수치 데이터가 이하 설명될 것이다.
구면 수차에 의해 나타나는 색수차(축상 색수차)의 다이어그램에서, 실선 및 두 가지 타입의 점선은 각각 d선, g선, 및 C선에 대한 구면 수차를 나타낸다.
그 측면 색수차 다이어그램에서, 두 가지 타입의 점선은 각각 g선 및 C선에 대한 확대도를 나타낸다; 그러나, d선은 기준선으로서 세로좌표와 일치한다.
비점 수차의 다이어그램에서, S는 사지탈(Sagittal) 상을 나타내고, M은 메리디오날(Meridional) 상을 나타낸다.
표 FNO.는 f-수를 나타내는데, f는 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리를 나타내고, W는 반화면각(Half angle-of view)(°)을 나타내고, fB는 백 포커스 거리(광축을 따라, 제 3 정렌즈 군(30)의 최상측면으로부터 촬상소자의 상면까지의 대응하는 공기 두께), r은 곡률반경, d는 렌즈 두께 또는 렌즈 사이의 간격, Nd는 d선의 굴절률, 및 ν는 아베수를 나타낸다.
또한, 광축에 대하여 대칭인 비구면은 다음과 같이 정의된다:
x = cy2/(1+[1-{1+K}c2y2]1/2)+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10……
c : 비구면 정점의 곡률 (1/r);
y : 광축으로부터의 거리;
K : 코닉(conic) 계수; 및
A4 : 4차 비구면 계수;
A6 : 6차 비구면 계수;
A8 : 8차 비구면 계수; 및
A10 : 10차 비구면 계수이다.
(제 1 실시예)
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 줌 렌즈 시스템의 렌즈 배열을 나타낸다. 도 2A 내지 도 2D는 단 초점거리단에서, 도 1에 도시된 렌즈 배열에서 발생된 수차를 나타낸다. 도 3A 내지 도 3D는 중간 초점거리에서, 도 1에 도시된 렌즈 배열에서 발생된 수차를 나타낸다. 도 4A 내지 도 4D는 장 초점거리단에서, 도 1에 도시된 렌즈 배열에서 발생된 수차를 나타낸다. 표 1은 제 1 실시예의 수치 데이터를 나타낸다.
제 1 부렌즈 군(10)은 물체측부터의 순서대로, 제 1 부렌즈 및 제 2 정렌즈를 포함한다. 제 2 정렌즈의 물체측면 및 상측면은 비구면으로 형성되고, 이들 각각은 광축에 대하여 대칭이다.
제 2 정렌즈 군(20)은 물체측부터의 순서대로, 제 3 정렌즈, 제 4 부렌즈 및 제 5 정렌즈를 포함하고, 이들은 모두 서로 접합되어 있다. 제 3 정렌즈의 물체측면 및 제 5 정렌즈의 상측면은 비구면으로 형성되고, 이들 각각은 광축에 대하여 대칭이다.
제 3 정렌즈 군(30)은 상을 항하여 대향하는 볼록면을 가진 메니스커스 정렌즈(제 6 정렌즈)를 포함한다. 메니스커스 정렌즈의 물체측면 및 상측면은 비구면으로 형성되고, 이들 각각은 광축에 대하여 대칭이다.
촬상 소자의 앞에 위치하는 커버-글라스 플레이트는 제 3 정렌즈 군(30)의 뒤에(상측에) 제공된다.
조리개(S)는 제 2 정렌즈 군(20)(제 5 면)의 앞의 0.20 위치에 제공된다.
부호(*)는 광축에 대하여 회전대칭인 비구면을 나타낸다.
비구면 데이터 (표시되지 않는 비구면 계수는 0.00이다) :
(제 2 실시예)
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 줌 렌즈 시스템의 렌즈 배열을 나타낸다. 도 6A 내지 도 6D는 단 초점거리단에서, 도 5에 도시된 렌즈 배열에서 발생된 수차를 나타낸다. 도 7A 내지 도 7D는 중간 초점거리에서, 도 5에 도시된 렌즈 배열에서 발생된 수차를 나타낸다. 도 8A 내지 도 8D는 장 초점거리단에서, 도 5에 도시된 렌즈 배열에서 발생된 수차를 나타낸다. 표 2는 제 2 실시예의 수치 데이터를 나타낸다.
제 2 실시예의 기본적인 렌즈 배열은, 제 1 부렌즈 군(10)의 제 1 부렌즈의 상측면이 비구면으로 형성된 것을 제외하고는, 제 1 실시예의 경우와 동일하다.
조리개(S)는 제 2 정렌즈 군(20)(제 5 면)의 앞의 0.20 위치에 제공된다.
부호(*)는 광축에 대하여 회전대칭인 비구면을 나타낸다.
비구면 데이터 (표시되지 않는 비구면 계수는 0.00이다) :
(제 3 실시예)
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 줌 렌즈 시스템의 렌즈 배열을 나타낸다. 도 10A 내지 도 10D는 단 초점거리단에서, 도 9에 도시된 렌즈 배열에서 발생된 수차를 나타낸다. 도 11A 내지 도 11D는 중간 초점거리에서, 도 9에 도시될 렌즈 배열에서 발생된 수차를 나타낸다. 도 12A 내지 도 12D는 장 초점거리단에서, 도 9에 도시된 렌즈 배열에서 발생된 수차를 나타낸다. 표 3은 제 3 실시예의 수치 데이터를 나타낸다.
제 3 실시예의 기본적인 렌즈 배열은 제 2 실시예의 경우와 동일하다.
조리개(S)는 제 2 정렌즈 군(20)(제 5 면)의 앞의 0.20 위치에 제공된다.
부호(*)는 광축에 대하여 회전대칭인 비구면을 나타낸다.
비구면 데이터 (표시되지 않는 비구면 계수는 0.00이다) :
표 4는 각각의 실시예에 대하여 각각의 조건의 수치값을 나타낸다.
표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 실시예 내지 제 3 실시예의 각각은 조건(1) 내지 조건(13)을 만족한다. 게다가, 수차 다이어그램에서 알 수 있는 바와 같이, 다양한 수차가 충분히 보정된다.
본 명세서에 상술한 구체적인 실시예에서 명백한 변경이 이루어질 수 있는데, 이러한 수정은 청구한 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는다. 본 명세서에 포함된 모든 사항은 실례이고 본 발명의 범위를 제한하지 않는다는 것을 밝혀둔다.
본 발명에 따르면, 다음의 특징, 즉 렌즈 구성 개수의 감소, 2에서 3배 정도의 줌 비 및 촬상 소자의 고화소에 적합한 우수한 광학적 성능을 가진 초소형 줌 렌즈 시스템을 얻을 수 있다.
Claims (16)
- 물체측부터의 순서대로, 제 1 부렌즈 군, 조리개, 제 2 정렌즈군, 및 제 3 정렌즈 군을 포함하는 줌 렌즈 시스템에 있어서;주밍은 상기 제 1 부렌즈 군 및 상기 제 2 정렌즈 군을 광축 방향으로 이동시킴으로써 수행되고;상기 줌 렌즈 시스템은 여섯 개의 렌즈를 포함하며;물체측부터의 순서대로, 제 1 부렌즈 및 제 2 정렌즈가 상기 제 1 부렌즈 군을 구성하도록 배열되고;물체측부터의 순서대로, 제 3 정렌즈, 제 4 부렌즈 및 제 5 정렌즈가 모두 서로 접합되어 상기 제 2 정렌즈 군을 구성하도록 배열되고; 또한제 6 정렌즈가 상기 제 3 정렌즈 군을 구성하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
- 제 1 항에 있어서,단 초점거리단으로부터 장 초점거리단까지 주밍을 할 때, 상기 제 1 부렌즈 군 및 상기 제 2 정렌즈 군 사이의 간격은 감소하고, 또한상기 제 3 정렌즈 군은 상면에 대하여 고정된 상태에서 상기 제 2 정렌즈 군 및 상기 제 3 정렌즈 군 사이의 간격은 증가되는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
- 제 1 항에 있어서,다음의 조건식:1.2 < f2G/fW < 1.6(상기 식에서, f2G : 상기 제 2 정렌즈 군의 초점거리, fW : 단 초점거리단에서의 상기 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
- 제 1 항에 있어서,다음의 조건식:0.8 < fW/f3 < 1.2(상기 식에서, fW : 단 초점거리단에서의 상기 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리, f3 : 상기 제 2 정렌즈 군의 상기 제 3 정렌즈의 초점거리)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
- 제 1 항에 있어서,다음의 조건식:-2.0 < fW/f4 < -1.4상기 식에서, fW : 단 초점거리단에서의 상기 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리, f4 : 상기 제 2 정렌즈 군의 상기 제 4 정렌즈의 초점거리)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
- 제 1 항에 있어서,다음의 조건식:0.8 < fW/f5 < 1.4(상기 식에서, fW : 단 초점거리단에서의 상기 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리, f5 : 상기 제 2 정렌즈 군의 상기 제 5 정렌즈의 초점거리)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
- 제 1 항에 있어서,다음의 조건식:1.5 < |f1G|/fW < 2.5(상기 식에서, f1G : 상기 제 1 부렌즈 군의 초점거리, fW : 단 초점거리단에서의 상기 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
- 제 1 항에 있어서,다음의 조건식:0.2 < f2G/f6 < 0.5(상기 식에서, f2G : 상기 제 2 정렌즈 군의 초점거리, f6 : 상기 제 6 정렌즈의 초점거리)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
- 제 1 항에 있어서,다음의 조건식:0.5 < ∑2G/fW < 1.0(상기 식에서, ∑2G : 상기 제 2 정렌즈 군의 가장 물체측에 가까운 면으로부터 가장 상측에 가까운 면까지의 거리, fW : 단 초점거리단에서의 상기 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
- 제 1 항에 있어서,다음의 조건식:(Nn - Np)/rC2 < 0.1(상기 식에서, Nn : 상기 제 2 정렌즈 군의 상기 제 4 부렌즈의 d선에 대한 굴절률, Np : 상기 제 2 정렌즈 군의 상기 제 5 정렌즈의 d선에 대한 굴절률, rC2 : 상기 제 2 정렌즈 군의 상기 제 4 부렌즈 및 상기 제 5 정렌즈 사이의 접합면의 곡률반경)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
- 제 1 항에 있어서,다음의 조건식:12 < νp - νn(상기 식에서, νp : 상기 제 2 정렌즈 군의 상기 제 3 정렌즈 및 상기 제 5 정렌즈에 관한 평균 아베수, νn : 상기 제 2 정렌즈 군의 상기 제 4 부렌즈의 아베수)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
- 제 1 항에 있어서,다음의 조건식:10°< βW < 25°(상기 식에서, βW : 단 초점거리단에서의 최대 상 높이에 대하여 광축 및 주 광선에 의해 형성되는 각도)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
- 제 1 항에 있어서,다음의 조건식:βW - βT < 12°(상기 식에서, βW : 단 초점거리단에서의 최대 상 높이에 대하여 광축 및 주 광선에 의해 형성되는 각도, βT : 장 초점거리단에서의 최대 상 높이에 대하여 광축 및 주 광선에 의해 형성되는 각도)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
- 제 1 항에 있어서,다음의 조건식:0 < rC1(상기 식에서, rC1 : 상기 제 2 정렌즈 군의 상기 제 3 정렌즈 및 상기 제 4 부렌즈 사이의 접합면의 곡률반경)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
- 제 1 항에 있어서,다음의 조건식:2.8 < fT/fW(상기 식에서, fT : 장 초점거리단에서의 상기 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리, fW : 단 초점거리단에서의 상기 전체 줌 렌즈 시스템의 초점거리)을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
- 제 1 항에 있어서,다음의 상기 렌즈 군의 이동 방식:상기 제 1 부렌즈 군만의 이동;상기 제 2 정렌즈 군만의 이동; 또는상기 제 1 부렌즈 군 및 상기 제 2 정렌즈 군의 일체 이동; 중 하나에 의해 포커싱이 수행되는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈 시스템.
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