KR100257327B1 - 줌렌즈 - Google Patents

Abstract

3판식 비디오 카메라 등에 이용되는 줌비가 4배 이상의 고 배율을 가지며, 색 분해 광학계의 삽입이 가능한 긴 후초점거리를 갖으며, 고해상도 및 고성능을 보전함과 아울러 제작비를 절감하여 저렴한 렌즈를 널리 공급할 수 있는 줌 렌즈를 제공하는데 그 목적이 있다.

이에 따라 물체측에서 상면 방향의 순으로 정(正)의 굴절력을 갖고, 결상작용이 있는 상면에 대해 고정 설치된 제1렌즈군과; 부(負)의 굴절력을 갖고 광축상을 이동함으로써 변배작용을 하는 제2렌즈군과; 정(正)의 굴절력을 갖고 상면에 대해 고정 설치된 제3렌즈군과; 정(正)의 굴절력을 갖고 광축 방향으로 움직이면서 포커스 조정을 하는 제4렌즈군으로 이루어져 있으며, 상기한제1렌즈군은 물체측에서의 순에서 부 렌즈와 정 렌즈 및 메니스커스 렌즈로 이루어지며, 상기 제2렌즈군은 2매의 부 렌즈와 1매의 정렌즈로 구성되며, 제3렌즈군은 1매의 정 렌즈로 이루어짐과 아울러 제4렌즈군은 1매의 비구면 렌즈를 포함하며, 2매의 정 렌즈와 1매의 부 렌즈로 구성되며, 다음의 조건을 만족함을 특징으로 한다.

3.0〈f1/fW 〈7.0

0.6〈/fW〈1.6

2.0〈f3/fW〈7.0

2.0〈f4/fW〈5.0

0.02〈dl2/f4〈1.0

0.3〈rl1/f3〈1.5

0.3〈/f4〈1.3

여기서,

fW; 광각단에 의한 초점거리

f1,f2,f3,f4; 각 렌즈군의 초점거리

dl2; 제3렌즈군과 제4렌즈군의 공기 간격

rl1; 제3렌즈군을 구성하는 정 렌즈의 물체측 곡율 반경

rl3; 제4렌즈군을 구성하는 부 렌즈의 물체측 곡율반경이다.

Description

줌 렌즈

제1도는 본 발명의 실시예에 의한 줌 렌즈의 구성도.

제2도는 본 발명의 실시예에 의한 줌 렌즈의 광각단 상태의 수차 특성을 나타내는 도면.

제3도는 본 발명의 실시예에 의한 줌 렌즈의 중간단 상태의 수차 특성을 나타내는 도면.

제4도는 본 발명의 실시예에 의한 줌렌즈의 망원단 상태의 수차 특성을 나타내는 도면이다.

[발명의 분야]

본 발명은 줌 렌즈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 3판식 비디오 카메라 등에 이용되는 줌비가 4배 이상의 고 배율을 가지며, 색 분해 광학계의 삽입이 가능한 긴 후초점거리를 갖는 고성능의 줌 렌즈에 관한 것이다.

[종래의 기술]

근자에 이르러 비디오 카메라는 조작성, 기동성과 함께 고화질이 요망되어 1/3 인치(inch)CCD를 채용하며, 고해상도, 대구경비, 소형 경량, 고성능, 고배율의 형태로 발전 개선되고 있으며, 특히 비구면 렌즈를 채용하여 구성 렌즈 매수를 줄임으로써, 원가 절감을 추구하는 경향이다.

이와 같은 일반적인 비디오 카메라용 줌 렌즈의 구성은, 포커스부로서 결상면에 대해 고정된 제1군과, 변배부로서 배율을 변경시켜 전체계의 초점을 변화시키는 제2군과, 집광부로서 제2군의 이동에 의해 발생된 발산광을 집광하는 3군과, 포커스부로서 제2군의 줌잉시 상면 위치의 변동을 보정하여 전체계의 상면 위치를 항상 일정하게 유지시키는 제4군으로 이루어져 그 기능을 실현할 수 있지만, 10 배 정도의 줌비를 갖는 줌 영역 전체와 촬영거리 전역에서 수차보정이 곤란하고, 고화질 실현이 어려울 뿐만 아니라 백포커스가 짧아 3판식 비디오 카메라를 구성하는데 필요한 색분해 광학계를 렌즈계와 결상면 사이에 삽입시킬 수 없는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 색분해 광학계를 삽입할 수 있도록 백 포커스가 길고, 고성능의 비구면 렌즈가 채용된 3판식 비디오 카메라용 줌 렌즈의 구성이 일본국 특개평 5-72474호(명칭; 비구면줌렌즈와 그것을 이용한 비디오 카메라, 공개일; 1993. 3. 26)에 개시되어 있다.

이러한 줌 렌즈는 2개의 비구면 랜즈에 의해 고배율 및 긴 백 포커스를 구비함에 따라 색분해 광학계를 렌즈계와 결상면 사이에 삽입하여 수차 불균형을 극복하고, 고해상도 및 고배율의 기능을 실현할 수 있지만, 사출 금형에 의해 제작되는 비구면 렌즈가 적어도 2개 이상 적용됨에 따라 그 제작이 어려울 뿐만 아니라 생산 수량이 많지 않은 보급 기종의 비디오 카메라나 스틸 비디오 카메라(STILL VEDEO CAMERA)에 적용하기 어렵고, 원가가 상승되는 문제점이 내포되어 있다.

[발명의 요약]

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 3 판식 비디오 카메라 등에 이용되는 줌비가 4배 이상의 고배율을 가지며, 색분해 광학계의 삽입이 가능한 긴 후초점거리를 갖으며, 고해상도 및 고성능을 보전함과 아울러 제작비를 절감하여 저렴한 렌즈를 널리 공급할 수 있는 줌 렌즈를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위해 본 발명은, 물체측에서 상면 방향의 순으로 정(正)의 굴절력을 갖고, 결상작용이 있는 상면에 대해 고정 설치된 제1렌즈군과; 부(負)의 굴절력을 갖고 광축상을 이동함으로써 변배작용을 하는 제2렌즈군과; 정(正)의 굴절력을 갖고, 상면에 대해 고정 설치된 제3렌즈군과; 정(正)의 굴절력을 갖고 광축 방향으로 움직이면서 포커스 조정을 하는 제4렌즈군으로 이루어져 있으며, 상기한 제1렌즈군은 물체측에서의 순에서 부 렌즈와 정 렌즈 및 메니스커스 렌즈로 이루어지며, 상기 제2렌즈군은 2매의 부 렌즈와 1매의 정 렌즈로 구성되며, 제3렌즈군은 1매의 정 렌즈로 이루어짐과 아울러 제4렌즈군은 1매의 비구면 렌즈를 포함하며, 2매의 정 렌즈와 1매의 부 렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 줌렌즈를 제공한다.

상기한 제3렌즈군은 물체측에 볼록한 면을 갖는 구면 렌즈로 이루어짐을 특징으로 한다.

상기한 제3렌즈군은 양 볼록렌즈로 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 다음의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.

여기서, fW; 광각단에 의한 초점거리

f1, f2, f3, f4; 각 렌즈군의 초점거리

dl2; 제3렌즈군과 제4렌즈군의 공기 간격

r11; 제3렌즈군을 구성하는 정 렌즈의 물체측 곡율반경

rl3; 제4렌즈군을 구성하는 부 렌즈의 물체측 곡율반경이다.

따라서 본 발명의 조건1]은 제1렌즈군의 굴절력을 규정하는 조건으로서, 그 상한치를 초과하게 되면, 렌즈의 길이가 길어져서 컴팩트한 줌 렌즈의 실현이 불가능하게 되며, 그 하한치를 넘게되면, 제1렌즈군의 굴절력이 커져서 장초점시 구면수차와 보정이 어렵게 된다.

조건2]는 제2렌즈군의 굴절력에 관한 것으로서, 그 상한치를 초과하게 되면, 수차보정은 쉬워지나 컴팩트화를 실현하기 어렵고, 그 하한치를 초과하는 경우에는 컴팩트한 구성은 가능하나, 전체계의 페쯔발 합(PETZVAL SUM)이 부의 값이 크게되어 소재 선택만으로써 상면 만곡의 보정이 어렵게 된다.

조건3]은 제3렌즈군의 굴절력에 관한 조건으로써, 그 상한치를 초과하면, 제1,2,3 렌즈군을 통해 나온 빛의 집광 능력이 저하되어 제4렌즈군의 외경 및 색 분리 프리즘의 구경이 증가하게 됨과 아울러 전체계의 폐쯔발 합의 감소가 불가능하게 된다.

또한, 그 하한치를 초과하는 경우에는 제3렌즈군의 굴절력이 크게되어 색분해 프리즘의 삽입에 필요한 후초점거리의 실현이 불가능해짐과 아울러 구면수차의 보정이 불가능하게 된다.

조건4]는 제4렌즈군의 굴절력에 관한 조건식으로서, 그 상한치를 초과하게 되면, 최 근거리 촬영시 조출에 필요한 제4렌즈군의 이동 거리가 길어져 전계의 컴팩트화가 불가능해지며, 그 하한치를 초과하는 경우에는 화면 포괄범위가 좁아지게 되는 바, 필요한 화면 포괄범위를 얻기 위해서는 제1렌즈군의 구경 증가가 불가피하게 되어 소형 경량화 추구가 불가능해진다.

조건5]는 제3렌즈군과 제4렌즈군과의 공기 간격을 규정한 조건으로, 그 상한치를 초과하면, 전계의 길이가 길어지며 주변광량비가 악화되고, 그 하한치는 초과할 경우에는 최 지근거리 촬영시 제4렌즈군의 이동, 포커싱에 제한을 주어 충분한 촬영 지근거리 확보에 지장을 초래하게 된다.

조건6]은 제3렌즈군의 렌즈 형상에 관련하는 조건으로, 그 상한치를 초과하는 경우 코마수차의 보정이 곤란하며, 그 하한치를 초과하는 경우에는 구면수차의 보정이 곤란하게 된다.

조건7]은 제4렌즈군을 구성하는 부 렌즈의 물체측 곡율반경에 관한 조건식으로서, 그 상한치를 초과하면 충분한 후초점거리의 확보가 불가능하고, 그 하한치를 초과할 경우에는 면에 입사하는 입사각이 커져서 주광선 보다 아래쪽의 축외광선의 코마수차 보정이 곤란하게 된다.

이와 같이 본 발명은 상기한 각각의 조건을 만족했을 때, F 넘버가 약1.6, 줌비가 4배 이상, 후초점거리가 긴 비구면 줌 렌즈를 10매의 작은 매수의 렌즈만을 적용하여 소형 경량화를 추구할 수 있으며, 가격이 저렴함과 아울러 고해상도 및 고성능의 기능을 실현하는 줌 렌즈가 채용된 스틸 비디오 카메라나 보급 기종의 비디오 카메라를 널리 보급할 수 있게 된다.

[실시예]

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1는 본 발명의 실시예를 나타내는 줌렌즈의 구성도로서, 물체측에서 상면 방향의 순으로 정(正)의 굴절력을 갖는 제1렌즈군(I)은 부의 제1렌즈(L1)와, 상기 제1렌즈(L1)와 접합된 정의 제2렌즈(L2), 그리고 볼록의 메니스케스 렌즈로서 정의 제3렌즈(L3)로 이루어져 결상작용이 있는 상면에 대해 고정 설치되어 있다.

또한, 부(負)의 굴절력을 갖는 제2렌즈군(II)은 부의 메니스커스 렌즈인 제4렌즈(L4)와 부의 제5렌즈(L5)와 접합된 정의 제6렌즈(L6)로 이루어져 광축상을 이동함으로써, 변배 작동이 이루어지도록 하고 있다.

한편, 정(正)의 굴절력을 갖는 제3렌즈군(III)은 그 전방에 통상의 조리개(S)를보유하고 있으며, 물체측으로 볼록이며 제작이 용이한 구면렌즈인 정의 제7렌즈(L7)로 이루어져 상면에 대해 고정 설치되어 있는바, 상기 제7렌즈(L7)는 양볼록렌즈로 이루어져 있다.

그리고 정(正)의 굴절력을 갖는 제4렌즈군(IV)은 적어도 1매의 비구면 렌즈를 포함하며, 부의 제8렌즈(L8)와 정의 제9렌즈(L9) 및 제10렌즈(L10)로 이루어져, 광축 방향으로 움직이면서 포커스 조정을 하도록 이루어져 있다.

본 발명에서는 각각의 렌즈군의 굴절력을 강하게 하여 줌렌즈를 컴팩트화 하도록 되어 있으며, 각 군의 렌즈 타입이나 면 형상 등을 최적으로 설정하게 되어 양호한 수차 성능을 만족하도록 되어 있는 바, 본 발명의 줌 렌즈는 다음의 조건을 만족하여야 한다.

여기서, fW; 광각단에 의한 초점거리

f1, f2, f3, f4; 각 렌즈군의 초점거리

dl2; 제3렌즈군과 제4렌즈군의 공기 간격

rl1; 제3렌즈군을 구성하는 정 렌즈의 물체측 곡율반경

rl3; 제4렌즈군을 구성하는 부 렌즈의 물체측 곡율반경이다.

도면중 미설명 부호 V는 색분해 광학계의 광학적 등가 평판이며, VI은 수정 필터 및 촬상 디바이스의 커버 글라스 등의 광학적 등가 평판이다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 조건1]은 제1렌즈군(I)의 굴절력을 규정하는 조건으로서, 그 상한치를 초과하게 되면, 렌즈의 길이가 길어져서 컴팩트한 줌 렌즈의 실현이 불가능하게 되며, 그 하한치를 넘게되면, 제1렌즈군(I)의 굴절력이 커져서 장초점시 구면수차의 보정이 어렵게 된다.

조건2]는 제2렌즈군(II)의 굴절력에 관한 조건으로서, 그 상한치를 초과하게 되면, 수차보정은 쉬워지나 컴팩트화를 실현하기 어렵고, 그 하한치를 초과하는 경우에는 컴팩트한 구성은 가능하나, 전체계의 페쯔발합(PETZVAL SUM)이 부의 값이 크게되어 소재 선택만으로써 상면 만곡의 보정이 어렵게 된다.

조건3]은 제3렌즈군(III)의 굴절력에 관한 조건으로서, 그 상한치를 초과하면, 제1,2,3 렌즈군(I,II,III)을 통해 나온 빛의 집광 능력이 저하되어 제4렌즈군(IV)의 외경 및 색 분리 프리즘의 구경이 증가하게 됨과 아울러 전체계의 페쯔발 합의 감소가 불가능하게 된다.

또한, 그 하한치를 초과하는 경우에는 제3렌즈군(III)의 굴절력이 크게되어 색 분해 프리즘의 삽입에 필요한 후초점거리의 실현이 불가능해짐과 아울러 구면수차와 보정이 불가능하게 된다.

조건4]는 제4렌즈군(IV)의 굴절력에 관한 조건식으로서, 그 상한치를 초과하게 되면, 최 근거리 촬영시 조출에 필요한 제4렌즈군의 이동 거리가 길어져 전계의 컴팩트화가 불가능해지며, 그 하한치를 초과하는 경우에는 화면 포괄범위가 좁아지게 되는 바, 필요한 화면 포괄범위를 얻기 위해서는 제1렌즈군(I)의 구경 증가가 불가피하게 되어 소형 경량화 추구가 불가능해진다.

조건5]은 제3렌즈군(III)과 제4렌즈군(IV)과의 공기 간격을 규정한 조건으로, 그 상한치를 초과하면, 전계의 길이가 길어지며 주변광량비가 악화되고, 그 하한치를 초과할 경우에는 최 지근거리 촬영시 제4렌즈군(IV)의 이동, 포커싱에 제한을 주어 충분한 촬영 지근거리 확보에 지장을 초래하게 된다.

조건6]은 제3렌즈군(III)의 렌즈 형상에 관련하는 조건으로, 그 상한치를 초과하는 경우 코마수차의 보정이 곤란하며, 그 하한치를 초과하는 경우에는 구면수차의 보정이 곤란하게 된다.

조건7]은 제4렌즈군(IV)을 구성하는 부 렌즈의 물체측 곡율반경에 관한 조건식으로서, 그 상한치를 초과하면 충분한 후초점거리의 확보가 불가능하고, 그 하한치를 초과할 경우에는 면에 입사하는 입사각이 커져서 주광선 보다 아래쪽의 축외광선의 코마수차 보정이 곤란하게 된다.

이와 같이 본 발명은 상기한 각각의 조건을 만족했을 때, 도2 내지 도4에 도시한 바와 같이 양호한 수차도 보정이 가능하고, F 넘버가 약 1.6, 줌비가 4배 이상, 후초점거리가 긴 비구면 줌 렌즈를 10매의 작은 매수의 렌즈만을 적용하여 소형 경량화를 추구할 수 있으며, 가격이 저렴함과 아울러 고해상도 및 고성능의 기능을 실현하는 줌 렌즈가 채용된 스틸 비디오 카메라나 보급 기종의 비디오 카메라를 널리 보급할 수 있게 된다.

본 발명의 실시예에 관한 조건식과 수치 실시예에 의한 구체적인 제수치와의 관계를 표 1에 나타낸다.

여기서 r은 렌즈 각면의 곡율반경, d는 렌즈의 두께 또는 렌즈 간 공기간격 N은 렌즈의 d-line 굴절율, ν는 렌즈의 아베수이다.

또한, 비구면 형상은 다음의 식으로 정의된다.

여기서,

Z; 광축에서 Y에 대한 비구면상의 비구면 정점과의 거리

Y; 광축에서의 높이

C; 비구면 정점의 곡율(=곡율반경의 역수)

K; Conic 상수

D,E,F,G; 비구면 계수이다.

[표 1]

r15의 Conic 상수 및 비구면 계수

r16의 Conic 상수 및 비구면 계수

또한, 줌잉에 의하여 가변된 공기간격의 일예로서, 광각단(WIDE), 중간단(STANDARD),망원단(TELE) 상태시의 초점거리(f) 변화를 나타내면 다음 표 2와 같다.

[표 2]

한편, 본 실시예의 조건1] 내지 조건7]에 기재된 가장 바람직한 조건 값은 다음과 같다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 줌 렌즈는, F 넘버가 약 1.6, 줌비가 4배이상, 후초점거리가 긴 줌 렌즈가 형성되도록 2개 이상의 비구면 렌즈가 적용된 비구면 렌즈 중의 하나를 구면렌즈로 구성함으로써, 10매의 작은 매수만의 줌 렌즈로도 고해상력과 고성능의 기능을 실현할 수 있기 때문에 소형 경량화를 추구할 수 있으며, 비구면 렌즈의 사출 금형 제작에 따른 제작비를 절감하여 가격이 저렴한 줌 렌즈를 제공하여 스틸 비디오 카메라나 보급 기종의 비디오 카메라를 널리 보급할 수 있게 되는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 물체측에서 상면 방향의 순으로 정(正)의 굴절력을 갖고, 결상작용이 있는 상면에 대해 고정 설치된 제1렌즈군과; 부(負)의 굴절력을 갖고 광축상을 이동함으로써 변배작용을 하는 제2렌즈군과; 정(正)의 굴절력을 갖고, 상면에 대해 고정 설치된 제3렌즈군과; 정(正)의 굴절력을 갖고 광축방향으로 움직이면서 포커스 조정을 하는 제4렌즈군으로 이루어져 있으며, 상기한 제1렌즈군은 물체측에서의 순에서 부 렌즈와 정 렌즈 및 메니스커스 렌즈로 이루어지며, 상기 제2렌즈군은 2매의 부 렌즈와 1매의 정 렌즈로 구성되며, 제3렌즈군은 1매의 정 렌즈로 이루어짐과 아울러 제4렌즈군은 1매의 비구면 렌즈를 포함하며, 2매의 정 렌즈와 1매의 부 렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
2. 제1항에 있어서, 제3렌즈군은 물체측에 볼록한 면을 갖는 구면 렌즈로 이루어짐을 특징으로 하는 줌 렌즈
3. 제2항에 있어서, 제3렌즈군은 양 블록렌즈로 형성됨을 특징으로 하는 줌 렌즈
4. 제1항에 있어서, 다음의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈

   여기서,

   fW; 광각단에 의한 초점거리

   f1, f2, f3, f4; 각 렌즈군의 초점거리

   dl1; 제3렌즈군과 제3렌즈군의 공기 간격

   rl1; 제3렌즈군을 구성하는 정 렌즈의 물체측 곡율 반경

   rl3; 제4렌즈군을 구성하는 부 렌즈의 물체측 곡율반경이다.