KR100791642B1 - 촬상렌즈 - Google Patents

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마일스톤 가부시키가이샤
사토시 도
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Abstract

제수차가 양호하게 보정되고, 동시에 광학 길이가 짧으며, 그런데도 충분한 백포커스가 확보되는 촬상렌즈를 개시한다. 개시된 촬상렌즈는 개구 조리개(S1), 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)를 구비하며, 물체측으로부터 상측을 향하여 개구 조리개, 제 1 렌즈, 제 2 렌즈 및 제 3 렌즈의 순서로 배열되어 구성된다. 제 1 렌즈는 물체측 및 상측으로 볼록(凸)면을 향한 정의 굴절력을 가지는 렌즈이다. 제 2 렌즈는 상측으로 볼록(凸)면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 렌즈이다. 제 3 렌즈는 물체측으로 볼록(凸)면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 렌즈이다. 또, 제 1 렌즈의 양면이 비구면, 동시에 제 2 렌즈의 양면이 비구면, 동시에 제 3 렌즈의 양면이 비구면이다.

Description

촬상렌즈{PICKUP LENS}
본 발명은 촬상렌즈에 관한 것으로, 특히 CCD(Charge Coupled Devices) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 촬상 소자로서 이용하는, 휴대전화기나 퍼스널 컴퓨터의 화상입력장치, 디지털 카메라, 감시용 CCD 카메라, 검사장치 등에 탑재하기에 적합한 촬상렌즈에 관한 것이다.
상술한 촬상렌즈에 있어서는 이 촬상렌즈의 물체측 입사면으로부터 결상면(CCD 등의 촬상면)까지의 거리로 정의되는 광학 길이가 짧을 필요가 있다. 즉, 렌즈 설계에 있어서, 촬상렌즈의 합성초점거리에 대한 광학 길이의 비를 작게 하는 고안이 필요하다. 이후, 광학 길이가 짧고, 초점거리에 대한 광학 길이의 비가 작은 촬상렌즈를 콤팩트한 렌즈라고 한다.
휴대전화기를 예를 들면, 적어도 그 광학 길이는 휴대전화기본체의 두께보다 짧아야 한다. 한편, 촬상렌즈의 상측 출사면으로부터 촬상면까지의 거리로서 정의되는 백포커스는 가능한 한 긴 것이 좋다. 즉, 렌즈 설계에 있어서 초점거리에 대한 백포커스의 비는 할 수 있는 만큼 크게 하는 고안이 필요하다. 이는 촬상렌즈와 촬상면과의 사이에 필터나 카바 글래스 등의 부품을 삽입할 필요가 있기 때문이다.
상술한 이외에도 촬상렌즈로서, 제수차가 상의 왜곡이 시각을 통하여 의식되 지 않으며, 또 촬상소자[(화소(pixels) 라고도 함]의 집적밀도에서 요청되는 충분한 정도로 작게 보정되는 것이 당연히 요청된다. 즉, 제수차가 양호하게 보정될 필요가 있으며, 이하, 이와 같은 제수차가 양호하게 보정된 화상을 「양호한 화상」이라고 한다.
이하에 게재된 것에는 휴대형 컴퓨터나 화상 전화장치 등으로 대표되는 CCD, CMOS 등의 고체촬상소자를 이용한 촬상장치에 이용하기에 적합한 3매 구성의 촬상렌즈가 개시되어 있다. 이들 렌즈는 어느 것이나 넓은 화각을 확보함과 함께 소형 경량화를 도모할 수 있다.
그 중 제 1의 3매 구성 렌즈로서, 넓은 화각을 확보하면서 양호한 화상을 얻을 수 있는 촬상렌즈가 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
그러나, 물체측으로부터 차례로 제 1, 제 2 및 제 3 렌즈로 배열된 이들 3매의 렌즈 형상이, 제 1 렌즈가 상측으로 凸면을 향한 정의 굴절력을 가지는 메니스커스 렌즈, 제 2 렌즈가 물체측으로 凸면을 향한 부의 굴절력을 가지는 메니스커스 렌즈, 제 3 렌즈가 정의 굴절력을 가지는 凸렌즈로 구성되어 있어, 백포커스의 길이에 대한 광학 길이가 길어지는 구조로 되어 있다. 결과적으로 콤팩트한 렌즈로 할 수 없다.
제 2 내지 제 4의 3매 구성 렌즈로서, 넓은 화각을 확보하면서 제수차가 양호하게 보정되고, 짧은 초점화를 도모한 촬상렌즈가 각각 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2, 특허문헌 3, 특허문헌 4 참조).
이들 촬상렌즈도 상술한 촬상렌즈와 동일하게 물체측으로부터 차례로 제 1 , 제 2 및 제 3 렌즈로 배열되고 이들 3매의 렌즈가 가지는 굴절력은, 제 1 렌즈가 정의 굴절력, 제 2 렌즈가 부의 굴절력, 제 3 렌즈가 정의 굴절력이다. 그리고, 촬상렌즈로서의 합성초점거리는 짧게 설정되어 있으나, 합성초점거리에 대하여 백포커스가 길고, 광학 길이도 지나치게 긴 구성으로 되어 있다. 이에 더하여 글래스 소재를 이용한 렌즈이므로 코스트가 높다.
제 5의 3매 구성 렌즈로서, 비구면 렌즈를 이용함과 아울러 파워 배분 및 면 형상을 적절하게 설정하는 것에 의해 소형화된 촬상렌즈가 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 5 참조).
그러나, 이 촬상렌즈는 물체측으로부터 차례로 제 1, 제 2 및 제 3 렌즈로 배열되고, 이들 3매의 렌즈가 가지는 굴절력은, 제 1 렌즈가 부의 굴절력, 제 2 렌즈가 정의 굴절력, 제 3 렌즈가 부의 굴절력을 가지는 구성으로 되어 있으며, 그 결과, 합성초점거리에 대한 광학 길이가 긴 촬상렌즈로 되어 있다. 이에 더하여 글래스 소재를 이용한 렌즈이므로 코스트가 높다.
제 6의 3매 구성 렌즈로서, 서로에 凹면을 향한 메니스커스 형상의 1조의 렌즈를 각각 적어도 하나의 비구면을 가지는 플라스틱 렌즈로 하고, 전렌즈계를 3매 렌즈 구성함으로써 소형화 및 저코스트화를 달성함과 함께 온도변화에 따른 핀트 이동의 억제를 용이하게 행할 수 있는 촬상렌즈가 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 6 참조).
그러나, 이 촬상렌즈는 물체측으로부터 차례로 제 1, 제 2 및 제 3 렌즈로 배열된 이들 3매의 렌즈가 각각 가지는 굴절력이, 제 1 렌즈가 약한 굴절력, 제 2 렌즈가 약한 굴절력, 제 3 렌즈가 정의 굴절력을 가지는 구성으로 되어 있기 때문에, 제 1 렌즈와 제 2 렌즈의 굴절력을 제 3 렌즈만으로 보충하는 것이 어렵고, 그 결과 합성초점거리에 대한 백포커스가 길게 되고 광학 길이도 길어지게 된다. 더욱이, 제 3 렌즈가 글래스 소재의 렌즈로 되기 때문에, 저코스트화도 달성할 수 없다.
제 7의 3매 구성 렌즈로서, 렌즈계 전체를 전,후군의 둘로 나누고, 전군은 정의 굴절력을 가지며, 후군은 부의 굴절력을 가지는 렌즈 구성으로 한 망원타입으로 하여 광학 길이가 짧고 저렴한 렌즈계가 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 7 참조).
그러나, 이 렌즈계는 물체측으로부터 차례로 제 1, 제 2 및 제 3 렌즈로 배열된 이들 3매 렌즈가 각각 가지는 굴절력이, 제 1 렌즈가 부의 굴절력, 제 2 렌즈가 정의 굴절력, 제 3 렌즈가 부의 굴절력을 가지며, 제 2 렌즈와 제 3 렌즈 사이의 간격이 넓은 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 합성초점거리에 대한 광학 길이가 길고, 또 제 3 렌즈가 대구경화 되어 버리는 문제가 있어, 휴대전화기나 퍼스널 컴퓨터의 화상입력장치, 디지털 카메라, 감시용 CCD 카메라, 검사장치 등에 탑재하기에는 적합하지 않다.
제 8의 3매 구성 렌즈로서, 물체측에 2매의 정렌즈 및 양면이 비구면으로 되고, 렌즈의 중심으로부터 주변으로 감에 따라 부의 파워가 점차적으로 약하게 되어 주변부에서 정의 파워를 가지는 상측으로 凹면을 향한 부의 렌즈를 배치한 촬상렌즈가 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 8 참조).
그러나, 이 렌즈계는 제 3 렌즈에 상당하는 렌즈가 그 렌즈의 중심으로부터 주변으로 감에 따라 부의 파워가 점차 약해져 정의 파워로 바뀌는 위치가 렌즈의 중심으로부터 렌즈의 유효구경의 0.7배에서 1.0배 범위에 존재하는 점이 특징이다. 실시예로서 개시되어 있는 렌즈에서는, 그 정의 파워로 바뀌는 위치가 렌즈의 중심으로부터 렌즈 유효구경의 각각 0.96배 및 0.97배로 되어 있어 대부분 렌즈의 주변부에 설정되어 있다.
정의 파워로 바뀌는 위치를 렌즈의 주변부에 설정하면 렌즈 광축과 촬상면과의 교점부근 및 주변부로 입사하는 광은 촬상소자로의 입사각이 직각에 근사하게 되나, 렌즈 광축과 촬상면과의 교점과 렌즈 주변부와의 중간 위치에서는 촬상소자로의 입사각이 직각과는 크게 떨어진다. 따라서, 화상의 중요한 부분을 점하는 렌즈 주변부와의 중간 위치에서는 광의 입사각이 직각에서 크게 떨어지는 것에 의해 촬상소자의 경사방향으로부터 촬상소자로 입사하는 것으로 되고 입사면에서의 반사량이 증가하여 촬상소자의 광전변환면에 이르는 광 에너지가 작아지게 되며, 이에 의해 이 부분의 화상이 어두워진다고 하는 문제가 발생한다.
제 9의 3매 구성 렌즈로서, 물체측으로부터 차례로 개구 조리개, 정의 굴절력을 가지는 양 볼록(凸)형상의 제 1 렌즈, 부의 굴절력을 가지며 물체측으로 오목(凹)면을 향한 제 2 렌즈, 물체측으로 볼록(凸)면을 향한 메니스커스 형상의 제 3 렌즈를 배열한 촬상렌즈가 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 9 참조).
이 렌즈계는, 제 1 렌즈의 물체측에 개구 조리개를 배치한 경우에 양호한 화상을 얻을 수 있도록 설계되어 있다. 개구 조리개를 제 1 렌즈의 물체측에 배치함 으로써, 입사동의 위치를 물체측에 가깝게 형성할 수 있다. 이것에 의해 주광선을 화상면에 수직에 가까운 각도로 입사시킬 수 있다고 하는 특징을 가지고 있다. 주광선이 화상면에 경사로 입사되면, 화상면에 배치되어 있는 화소(촬상소자)로의 입사광량이 감소하는 쉐이딩(shading)이 발생하여, 화면의 주변부에서 화상이 어두워진다고 하는 문제가 발생한다.
이 문제는 촬상소자의 경사방향에서 촬상소자에 광선이 입사되면, 촬상소자 화면에서의 반사량이 증가하여 촬상소자의 광전변환면에 이르는 광 에너지가 작아지게 되는 것에 기인한다. 즉, 개구 조리개를 제 1 렌즈의 물체측에 배치함으로써, 쉐이딩 발생이 어려운 촬상렌즈를 설계할 수 있게 된다.
이와 같은 설계 지침에 기초하여 설계된 렌즈계에 대하여, 화상의 콘트라스트가 감소하는 현상인 플레어(flare) 또는 화상 번짐 현상인 스미어(smear)를 방지할 목적으로, 제 1 렌즈와 제 2 렌즈 사이에 다른 조리개를 배치하면, 다음과 같은 일이 일어난다. 즉, 개구 조리개를 통과한 주광선 내 촬상렌즈의 광축에 대하여 큰 입사각도로 입사하는 주광선이 그 교축에 의해 차단되어 버린다. 이에 의해 화질을 떨어뜨리는 플레어 또는 스미어 등의 원인이 되는 미광을 차단하는 대신에 상술한 바와 같은 주광선의 일부가 차단되어 버리기 때문에 경우에 따라서는 화상 주변에서의 광량이 감소하여 화상 주변부가 어두워진다고 하는 문제가 발생하는 것이다.
또, 이 렌즈계는 제 3 렌즈에 상당하는 렌즈가 정의 굴절력을 가지는 메니스커스 렌즈인 특징으로서 광학 길이에 대한 백포커스가 상대적으로 짧다. 따라서, 촬상렌즈와 촬상면 사이에 필터나 카바 글래스 등의 부품을 삽입하기 위해서 백포 커스를 길게 하면 광학 길이도 길어지게 되어 렌즈계가 지나치게 커져 버린다는 문제가 있다.
제 10의 3매 구성 렌즈로서, 물체측으로부터 차례로 물체측 면을 볼록(凸)면 형상으로 한 정의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈, 조리개, 플라스틱 재료에 의해 적어도 1면을 비구면 형상으로 한 물체측으로 오목(凹)면을 향한 정 또는 부의 굴절력을 가지는 제 2 렌즈, 양면을 비구면으로 하여 물체측으로 볼록(凸)면을 향한 정의 굴절력을 가지는 제 3 렌즈를 배치한 촬상렌즈가 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 10 참조).
제 10의 3매 구성 렌즈는 제 1 렌즈와 제 2 렌즈의 사이에 조리개를 설정하고, 이 조리개를 개구 조리개로서 기능시키는 것을 전제로 하여, 양호한 화상을 얻을 수 있도록 설계되어 있다. 따라서, 제 2 렌즈의 물체측에 셔터 등을 배치하면, 이 셔터 때문에 렌즈의 입사 개구가 좁아지게 된다. 즉, 이 셔터 등이 실질적인 조리개로서 기능하기 때문에, 조리개로 입사하는 주광선의 일부가 차단되어 버린다. 렌즈의 광축에 대하여 큰 각도로 입사하는 주광선은 화상의 주변부를 형성하는 광선인바, 이 광선이 제 1 렌즈의 물체측에 설치된 셔터 등에 의해 차단되어 화상의 주변부분이 어둡게 되는 문제가 발생할 가능성이 있다.
그외, 이 렌즈계에 있어서도, 상술한 제 9의 3매 구성 렌즈와 동일하게 제 3 렌즈에 상당하는 렌즈가 정의 굴절력을 가지는 메니스커스 렌즈이다. 따라서, 이 렌즈계에 있어서도 제 9의 3매 구성 렌즈와 동일하게 백포커스를 길게 하면 광학 길이도 길어지게 되어 렌즈계가 지나치게 커져 버린다는 문제도 있다.
제 11의 3매 구성 렌즈로서, 물체측으로부터 차례로, 글래스 재료로 되고 동시에 물체측 면을 볼록(凸)면 형상으로 한 정의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈와, 조리개와, 플라스틱 재료로 되고 적어도 1면을 비구면으로 하며 동시에 물체측으로 오목(凹)면을 향한 정의 굴절력을 가지는 메니스커스 형상의 제 2 렌즈와, 플라스틱 재료로 되고 양면을 비구면형상으로 하며 동시에 물체측으로 볼록(凸)을 향한 정 또는 부의 굴절력을 가지는 제 3 렌즈를 배치한 촬상렌즈가 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 11 참조).
제 11의 3매 구성 렌즈의 기본적인 구성은 제 10의 3매 구성 렌즈와 동일하므로 제 10의 3매 구성 렌즈와 같은 상술한 바와 같은 문제가 있다.
제 12의 3매 구성 렌즈로서, 물체측으로부터 차례로, 적어도 1면을 비구면 형상으로 하고, 또 양 볼록(凸)면 형상으로 한 정의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈와, 조리개와, 적어도 1면을 비구면 형상으로 하고 또 물체측으로 볼록(凸)면을 향한 정의 굴절력을 가지는 메니스커스 형상의 제 2 렌즈와, 양면을 비구면 형상으로 하고 동시에 정 또는 부의 굴절력을 가지며, 물체측의 면이 볼록(凸)면 형상의 플라스틱재료로 된 제 3 렌즈를 배치한 촬상렌즈가 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 12 참조).
제 12의 3매 구성 렌즈의 기본적인 구성은 상술한 제 10 및 제 11의 3매 구성 렌즈와 동일하다. 따라서, 제 10 및 제 11의 3매 구성 렌즈와 같은 상술한 바와 같은 문제가 있다.
제 13의 3매 구성 렌즈로서 물체측으로부터 차례로, 물체측으로 볼록(凸)면 을 향한 주로 정의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈와, 상측으로 볼록(凸)면을 향한 부의 굴절력을 가지는 메니스커스 형상의 제 2 렌즈와, 물체측으로 볼록(凸)을 향한 정의 굴절력을 가지는 제 3 렌즈를 배치한 촬상렌즈가 개시되어 있다. 그리고, 제 1 렌즈의 물체측에 조리개를 배치한 촬상렌즈와, 제 1 렌즈와 제 2 렌즈 사이에 조리개를 배치한 촬상렌즈에 대하여 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 13 참조).
즉, 제 1 렌즈의 물체측에 배설한 조리개를 개구 조리개로서 기능시키는 것을 전제로 하여 양호한 화상을 얻을 수 있도록 설계된 촬상렌즈와, 제 1 렌즈와 제 2 렌즈 사이에 배설한 조리개를 개구 조리개로서 기능시키는 것을 전제로 하여 양호한 화상을 얻을 수 있도록 설계된 촬상렌즈가 개시되어 있다.
상술한 바와 같이, 제 1 렌즈의 물체측에 배설한 조리개를 개구 조리개로서 기능시키는 것을 전제로 하여 양호한 화상을 얻을 수 있도록 설계된 촬상렌즈에 대하여, 제 1 렌즈와 제 2 렌즈 사이에 다른 조리개를 배치하면, 개구 조리개를 통과한 주광선 내 촬상렌즈의 광축에 대하여 큰 입사각도로 입사하는 주광선이, 다르게 배치된 조리개에 의해 차단되어 버린다. 또, 동일하게, 제 1 렌즈와 제 2 렌즈 사이에 배설한 조리개를 개구 조리개로서 기능시키는 것을 전제로 하여 양호한 화상을 얻을 수 있도록 설계된 촬상렌즈에 대하여, 제 1 렌즈의 물체측에 조리개를 배치하면, 개구 조리개를 통과한 주광선 내 촬상렌즈의 광축에 대하여 큰 입사각도로 입사하는 주광선이 다르게 배치된 조리개에 의해 차단되어 버린다.
이에 의해, 상술한 바와 같이, 화질을 떨어뜨리는 플레어 또는 스미어 등의 원인으로 되는 미광을 차단하는 대신에 상술한 바와 같은 주광선의 일부가 차단되 어 버리기 때문에, 경우에 따라서는 화상 주변에서의 광량이 감소하여 화상의 주변부가 어둡게 된다는 문제가 발생하는 것이다.
특허문헌 13에 있어서는, 개구 조리개를 제 1 렌즈의 물체측에 배치한 촬상렌즈와, 개구 조리개를 제 1 렌즈와 제 2 렌즈 사이에 배치한 촬상렌즈를 별개로 독립하여 설계한 실시예가 개시되어 있다. 즉, 개구 조리개를 배치하는 위치에 따라서 각각에 대한 양호한 화상을 얻을 수 있도록 제 1 내지 제 3 렌즈의 형상 및 이들 렌즈의 배치를 설계하고 있다. 따라서, 조리개를 제 1 렌즈의 물체측에 배치하고, 동시에 개구 조리개를 제 1 렌즈와 제 2 렌즈 사이에도 배치한 촬상렌즈에 대해서는 개시되어 있지 않다. 즉, 입사동 위치를 확정시키는 개구 조리개의 이외에 렌즈의 성능을 더 향상시키기 위해서 플레어 또는 스미어를 방지하는 것을 목적으로 하는 조리개도 동시에 구비한 촬상렌즈는 개시되어 있지 않다.
또, 제 13의 3매 구성렌즈에 있어서도, 상술한 제 9의 3매 구성렌즈와 동일하게 제 3 렌즈에 상당하는 렌즈가 정의 굴절력을 가지는 메니스커스 렌즈이다. 따라서, 이 렌즈계에 있어서도, 제 9의 3매 구성렌즈와 동일하게 백포커스를 길게하면 광학 길이도 길어져 렌즈계가 지나치게 커져 버린다고 하는 문제도 있다.
제 14의 3매 구성렌즈로서, 물체측으로부터 차례로 정의 굴절력을 가지며 물체측으로 볼록(凸)면을 향한 제 2 렌즈, 개구 조리개, 정의 굴절력을 가지며 상측으로 볼록(凸)면을 향한 메니스커스 형상의 제 2 렌즈, 및 부의 굴절력을 가지며 상측으로 오목(凹)면을 향한 제 3 렌즈를 배치한 촬상렌즈가 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 14 참조).
이 촬상렌즈는, 제 1 렌즈의 초점거리 f1와 촬상렌즈 전계의 초점거리 f의 비f1/f의 값이, 0.8<f1/f<2.0을 만족하도록 설정되어 있다. 이 때문에 제 1 렌즈의 굴절력이 약하여 광학 길이를 길게 설정할 수밖에 없다. 그 때문에 콤팩트화가 곤란하다. 또 제 2 렌즈에 정의 굴절력을 가지는 렌즈를 채용함으로써, 이 제 2 렌즈의 상측면(상측으로 볼록(凸)면을 향한 면)의 곡률반경을 짧게 설정하지 않으면 안된다. 그 때문에 렌즈면의 곡률이 크게되어 금형의 가공이 어렵게 된다.
특허문헌 1:특개 2001-075006 호 공보
특허문헌 2:특개 2003-149548 호 공보
특허문헌 3:특개 2002-221659 호 공보
특허문헌 4:특개 2002-244030 호 공보
특허문헌 5:특개 2003-149545 호 공보
특허문헌 6:특개평 10-301022 호 공보
특허문헌 7:특개평 10-301021 호 공보
특허문헌 8:특개 2003-322792 호 공보
특허문헌 9:특개 2004-4566 호 공보
특허문헌 10:특개 2004-302058 호 공보
특허문헌 11:특개 2004-302059 호 공보
특허문헌 12:특개 2004-302060 호 공보
특허문헌 13:특개 2005-4045 호 공보
특허문헌 14:특개 2005-242286 호 공보
그래서 본 발명의 목적은, CCD 또는 CMOS를 촬상소자로 이용하는 카메라에 탑재하는 것에 적합한, 광학 길이가 짧고, 백포커스는 가능한 한 길며, 또한 양호한 화상을 얻을 수 있는 촬상 렌즈를 제공하는데 있다. 광학 길이가 짧은 것은, 구체적으로는 초점거리에 대한 광학 길이의 비가 작은 것을 의미한다. 백포커스가 길은 것은, 구체적으로는 초점거리에 대한 백포커스의 비가 큰 것을 의미한다.
또, 본 발명의 촬상렌즈를 구성하는 전체 렌즈(3매)를 플라스틱 재료로 실현함으로써, 저코스트와 동시에 경량화를 도모한 촬상 렌즈를 제공함에 있다. 여기서, 플라스틱 재료로는 열과 압력 또는 그 양자에 의해 소성변형되어 성형되는 것으로 렌즈를 형성할 수 있는 고분자물질로서 가시광에 대하여 투명인 소재를 말한다.
상술의 목적을 달성하기 위하여, 사각형 수광면에서 대각선의 길이가 2Y인 고체촬상소자를 구비한 촬상장치에 탑재되는 제 1 발명의 촬상렌즈는, 개구 조리개(S1), 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)를 구비하며, 물체측으로부터 상측을 향하여 개구 조리개(S1), 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)의 순서로 배열되어 구성된다. 제 1 렌즈(L1)는 물체측 및 상측으로 凸면을 향한 정의 굴절력을 가지는 렌즈이다. 제 2 렌즈(L2)는 상측으로 凸면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 렌즈이다. 제 3 렌즈(L3)는 물체측으로 凸면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 렌즈이다.
또한, 제 1 렌즈(L1)의 양면이 비구면, 제 2 렌즈(L2)의 양면이 비구면, 또 제 3 렌즈(L3)의 양면이 비구면이다.
또, 본 촬상렌즈는, 이하의 조건 (1-1)로부터 (1-4)를 만족한다.
0.01 <｜r2/r3｜ < 0.05 (1-1)
0.05 < D/f ≤ 0.1 (1-2)
0.6 < L/2Y < 0.9 (1-3)
0.5 < f1/f < 0.7 (1-4)
단,
f:촬상렌즈의 합성초점거리
r2:제 1 렌즈(L1)의 물체측면 광축근방에 있어서 곡률반경(광축상곡률반경)
r3:제 1 렌즈(L1)의 상측면 광축근방에 있어서 곡률반경(광축상곡률반경)
D:제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3)의 광축상 간격
L:제 1 렌즈(L1)의 물체측면에서 상면까지 광축상의 공기중 거리(광학길이)
2Y:촬상렌즈의 상면에 설치된 고체촬상소자의 사각형 수광면에서 대각선의 길이
f1:제 1 렌즈(L1)의 초점거리
이다.
촬상렌즈의 상측 출사면으로부터 촬상면까지의 거리로서 정의되는 백포커스(bf)는, 여기서는 제 3 렌즈(L3)의 상측면에서부터 상면까지의 광축상 거리이다. 상고(2Y)는 유효화면 대각선 길이, 즉, 촬상렌즈의 상면에 설치된 고체촬상소자의 사각형 수광면에 있어서 대각선의 길이다.
사각형 수광면에서 대각선의 길이가 2Y인 고체촬상소자를 구비한 촬상장치에 탑재되는, 제 2 발명의 촬상렌즈는, 제 1 렌즈(L1), 개구 조리개(S2), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)를 구비하며, 물체측으로부터 상측을 향하여 제 1 렌즈(L1), 개구 조리개(S2), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)의 순서로 배열되어 구성된다. 제 1 렌즈(L1)는 물체측 및 상측으로 凸면을 향한 정의 굴절력을 가지는 렌즈이다. 제 2 렌즈(L2)는 상측으로 凸면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 렌즈이다. 제 3 렌즈(L3)는 물체측으로 凸면을 향한 부의 굴절력을 가지는 메니스커스 렌즈이다.
또, 제 1 렌즈(L1)의 양면이 비구면, 제 2 렌즈(L2)의 양면이 비구면, 또 제 3 렌즈(L3)의 양면이 비구면이다.
또, 본 촬상렌즈는 이하의 조건 (2-1)에서부터 (2-4)를 만족한다.
0.01 < ｜r1/r2｜< 0.05 (2-1)
0.05 < D/f ≤ 0.1 (2-2)
0.6 < L/2Y < 0.9 (2-3)
0.5 < f1/f < 0.7 (2-4)
단,
f:촬상렌즈의 합성초점거리
r1:제 1 렌즈(L1)의 물체측면 광축근방에 있어서 곡률반경(광축상곡률반경)
r2:제 1 렌즈(L1)의 상측면 광축근방에 있어서 곡률반경(광축상곡률반경)
D:제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3)의 광축상 간격
L:제 1 렌즈(L1)의 물체측면에서 상면까지 광축상의 공기중 거리(광학길이)
2Y:촬상렌즈의 상면에 설치된 고체촬상소자의 사각형 수광면에서 대각선의 길이
f1:제 1 렌즈(L1)의 초점거리
이다. 여기서, 공기중 거리로는, 필터나 카바 글래스 등의 부품 등 평행평판이 제 3 렌즈(L3)와 상면 사이에 삽입되어 있는 경우에는, 이 평행평판부분은 공기환산거리로서 상술의 L의 값을 계산하는 것으로 한다. 이후 설명에서도 동일하게 공기중의 거리라고 말하는 경우에는, 평행평판부분을 공기환산거리로서 계산하여 구한 거리를 의미하는 것으로 한다. 즉, 평행평판부분의 기하학적 거리가 a이고, 그 굴절률이 n인 경우에는 그 거리 a를 a/n으로 환산한다.
촬상렌즈의 상측 출사면으로부터 촬상면까지의 거리로서 정의되는 백포커스(bf)는, 여기서는 제 3 렌즈(L3)의 상측면에서부터 상면까지의 광축상 거리이다. 상고(2Y)는 유효화면 대각선 길이 즉, 촬상렌즈의 상면에 설치된 고체촬상소자의 사각형 수광면에 있어서 대각선의 길이다
또, 제 2 발명의 촬상렌즈는, 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2) 사이에 개구 조리개가 배치됨으로써, 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2)의 광축상 간격(D)는 다음과 같이 정의된다. 즉, 간격(D)은 제 1 렌즈(L1)의 상측면에서 개구 조리개(S2)까지의 간격과 개구 조리개(S2)에서 제 2 렌즈(L2)의 물체측면까지의 간격의 합니다.
제 1 및 제 2 발명의 촬상렌즈에 있어서, 제 2 렌즈(L2)의 소재의 굴절률이 제 1 렌즈(L1) 및 상기 제 3 렌즈(L3)의 소재의 굴절률보다도 높고, 제 2 렌즈(L2)의 소재의 아베수가 제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)의 소재의 아베수보다도 작은 것이 좋다.
또, 제 1 및 제 2 발명의 촬상렌즈에 있어서, 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)를 아베수가 30에서 60 범위 내의 값인 소재로 형성한 렌즈로 하는 것이 바람직하다. 또, 제 1 렌즈(L1) 및 상기 제 3 렌즈(L3)가 시클로오레핀계 플라스틱을 소재로 형성한 렌즈이고, 제 2 렌즈(L2)가 플로렌계 폴리에스테르 또는 폴리카보네이트를 소재로 형성한 렌즈로 하는 것이 좋다.
발명의 효과
제 1 렌즈(L1)를 물체측 및 상측으로 凸면을 향한 정의 굴절력을 가지는 렌즈로 하고, 제 2 렌즈(L2)를 상측으로 凸면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 렌즈로 하며, 제 3 렌즈(L3)를 물체측으로 凸면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 렌즈로 함으로써, 후술하는 바와 같이 광학 길이(L)를 짧게 할 수 있다.
조건식 (1-1)에서 (1-4) 및 조건식 (2-1)에서 (2-4)를 만족함으로써 얻을 수 있는 본 발명의 촬상렌즈에 대한 효과는 아래와 같다.
상술의 조건식(1-1) 및 (2-1)은, 제 1 렌즈(L1)의 제 1 면(물체측 면)의 광축상곡률반경과 제 2 면(상측 면)의 광축상곡률반경의 비를 정하는 조건이다. 이 비가 조건식(1-1) 및 (2-1)이 제공하는 하한보다 크면, 이 촬상렌즈의 백포커스 bf를, 촬상렌즈와 촬상면과의 사이에 카바 글래스 또는 필터 등의 부품을 삽입하기에 충분하게 되고, 또 이 촬상렌즈를 탑재하는 기기의 콤팩트성을 해하지 않는 범위의 길이로 설정할 수 있다. 또 구면수차도 지나치게 크게 되지 않고, 제 1 렌즈(L1)의 제 1 면의 가공도 용이하다.
제 1 렌즈(L1)의 제 1 면(물체측 면)의 광축상곡률반경과 제 2 면(상측 면)의 광축상곡률반경의 비가 조건식(1-1) 및 (2-1)이 제공하는 상한보다 작으면, 백포커스를 짧게 할 수 있으므로, 촬상렌즈의 콤팩트성을 도모할 수 있다. 또, 구면수차 및 비점수차가 정의 값으로 크게 되지 않는다. 왜곡수차는 부의 값을 취하나 그 절대값은 크게 되는 것이 아니다. 이 때문에, 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)에 의해 이들의 수차를 필요한 범위로 자리 잡도록 보정하는 것이 가능하게 된다.
상술의 조건식 (1-2) 및 (2-2)는 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2)의 광축상 간격(D)이 취할 수 있는 값의 범위를 촬상렌즈의 합성초점거리(f)로 규격화하여 정하는 조건식이다.
D/f의 값이, 조건식 (1-2) 및 (2-2)가 정하는 하한보다 크면, 상면으로 입사하는 외주변의 광선 입사각도가 지나치게 크게 되지 않고, 상면상의 마이크로렌즈에 의해 소위 「비네팅(vignetting)」이 발생하지 않는다. 이 때문에, 화상의 주변부분이 어둡게 되지 않고, 양호한 화질을 얻을 수 있다. 또, D/f의 값이 조건식 (1-2) 및 (2-2)가 정하는 상한보다 작으면, 제 3 렌즈(L3)의 구경을 크게 할 필요가 없어 촬상렌즈 전체로서 콤팩트화 도모할 수 있다.
상술의 조건식 (1-3) 및 (2-3)은 상고(유효화면 대각선 길이)(2Y)에 대한 광학 길이(L)의 비가 취할 수 있는 값의 범위를 규정하는 조건식이다.
L/2Y의 값이 조건식 (1-3) 및 (2-3)이 정하는 하한보다도 크면, 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)의 두께를 렌즈 형성시에 필요한 두께 이상으로 확보하는 것이 가능하다. 즉, 수지소재로 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)를 구성하는 경우, 사출 성형시에 렌즈의 두께가 얇으면 수지소재를 주형에 균등하게 널리 가도록 주입하는 것이 곤란하다. 따라서 수지소재로 렌즈를 형성하는 경우, 렌즈의 두께는 어느 정도 두꺼울 필요가 있다. L/2Y의 비가 조건식 (1-3) 및 (2-3)의 하한보다도 크면 렌즈의 두께를 충분히 확보할 수 있다.
또, L/2Y의 값이 조건식 (1-3) 및 (2-3)이 정하는 상한보다도 작으면, 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)의 외경을 콤팩트성을 손상할 정도로 크게 확보하지 않고도 촬상렌즈의 주변 광량비가 작게 되지 않도록 하는 것이 가능하다. 외경이 작게 형성되면, 제 1 렌즈의 물체측면에서부터 상면까지의 광축상 공기중의 거리, 즉 렌즈 전 길이도 상승적으로 짧게 형성할 수 있다.
상술의 조건식 (1-4) 및 (2-4)는 제 1 렌즈의 굴절력을 규정하는 조건식으로서, f1/f의 값이 상한보다도 작으면, 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3) 중 유일하게 정의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈(L1)의 굴절력을 알맞은 크기로 설정하여, 즉 양호한 화상을 얻을 수 없는 정도의 큰 수차를 발생시키지 않는 범위로 제 1 렌즈(L1)의 굴절력의 크기를 설정하여 촬상렌즈의 전체 길이를 짧게 할 수 있다.
또, f1/f의 값이 하한보다도 크면, 제 1 렌즈(L1)의 정의 굴절력이 필요 이상으로 크게 되지 않고, 제 1 렌즈(L1)에서 발생하는 고차의 구면 수차나 코마 수차를 작게 할 수 있다.
따라서, 상술의 제 1 및 제 2 발명의 촬상렌즈 각각에 대한 조건식 (1-1)에서 (1-4) 및 조건식 (2-1)에서 (2-4) 각 4개의 조건을 각각 만족하는 렌즈 구성으로 함으로써, 상술의 문제점은 해소하고, 소형으로 양호한 화상을 얻을 수 있는 콤팩트한 촬상렌즈를 제공할 수 있다.
제 1 발명의 촬상렌즈는, 입사동을 확정하는 개구 조리개(S1)를 제 1 렌즈(L1)의 전면, 즉 제 1 렌즈(L1)의 물체측에 배치한 것이 특징이다. 이것에 의해 입사동을 물체측으로 가깝게 하는 것이 가능하고, 주광선을 화상면에 수직에 가까운 각도로 입사시킬 수 있으며, 쉐이딩 발생을 방지하는 것이 가능하다.
제 2 발명의 촬상렌즈는, 입사동을 확정하는 개구 조리개(S2)를 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2)의 사이에 배치한 것이 특징이다. 이것에 의해, 그 조리개(S2)는 제 1 렌즈(L1)에서 발생한 플레어를 제거하는 기능을 가진다.
또, 촬상렌즈의 F-넘버를 변경하기 위해서는, 개구 조리개의 크기를 변경하면 좋다. 제 2 발명의 촬상렌즈는 개구 조리개(S2)를 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2) 사이에 배치한 구성이므로, F-넘버의 변경에는 개구 조리개(S2)를 교환만 하면 끝난다. 그러나, 제 1 발명의 촬상렌즈와 같이, 제 1 렌즈(L1)의 전면에 개구 조리개를 배치하기 위해서는 촬상렌즈를 구성하는 제 1 내지 제 3 렌즈를 고정하기 위한 배럴을 제작하는 단계로 거슬러 올라가서 배럴의 선단이 개구 조리개(S1)로서의 역할을 하도록 그 개구의 크기를 설정하지 않으면 안된다. 즉, F-넘버를 변경할 때에 촬상렌즈의 배럴 설계를 고치고, 촬상렌즈의 배럴 제조를 위한 금형을 그때 바꿀 필요가 있다.
이상 설명한 바와 같이, 제 1 발명의 촬상렌즈와 제 2 발명의 촬상렌즈는 각각 다른 특징을 가지고 있다.
또, 제 2 렌즈(L2)의 소재 굴절률이 제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)의 소재 굴절률보다도 높고, 제 2 렌즈(L2)의 소재 아베수가 제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)의 소재 아베수보다도 작으면, 색,구면수차를 효과적으로 저감시키는 것이 가능하다.
제 2 렌즈(L2)를 플로렌계 폴리에스테르 또는 폴리카보네이드로 형성하고, 제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)를 시클로오레핀계 플라스틱으로 형성하면, 제 2 렌즈(L2)의 소재 굴절률이 제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)의 소재 굴절률보다도 높고, 제 2 렌즈(L2)의 소재 아베수가 제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)의 소재 아베수보다도 작아질 수 있다.
시클로오레핀계 플라스틱의 굴절률은 1.5304, 플로렌계 폴리에스테르의 굴절률은 1.607, 및 폴리카보네이트의 굴절률은 1.5830이고, 시클로오레핀계 플라스틱의 아베수는 56.0, 플로렌계 폴리에스테르의 아베수는 27.0 및 폴리카보네이트의 아베수는 30.0이므로, 이들의 소재를 본 발명의 촬상렌즈에 이용할 수 있다.
시클로오레핀계 플라스틱, 플로렌계 폴리에스테르 및 폴리카보네이트 소재는 기존에 확립된 제조기술인 사출 성형방법으로 렌즈를 형성하기에는 적합한 재료인 것이 알려지고 있다. 물론, 특정 플라스틱 재료에 한정하지 않고, 아베수가 30에서부터 60의 범위 내인 플라스틱 재료나 몰드 글래스 소재를 이용할 수 있다.
후술하는 실시예 1에서부터 실시예 8에 있어서, 제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)는 시클로오레핀계 플라스틱으로 형성되고, 제 2 렌즈(L2)는 플로렌계 폴리에스테르 또는 폴리카보네이트로 형성되어 있다.
도 1은 제 1 발명의 촬상렌즈의 단면도이다.
도 2는 실시예 1의 촬상렌즈의 단면도이다.
도 3은 실시예 1의 촬상렌즈의 왜곡수차도이다.
도 4는 실시예 1의 촬상렌즈의 비점수차도이다.
도 5는 실시예 1의 촬상렌즈의 색·구면수차도이다.
도 6은 실시예 2의 촬상렌즈의 단면도이다.
도 7은 실시예 2의 촬상렌즈의 왜곡수차도이다.
도 8은 실시예 2의 촬상렌즈의 비점수차도이다.
도 9는 실시예 2의 촬상렌즈의 색·구면수차도이다.
도 10은 실시예 3의 촬상렌즈의 단면도이다.
도 11은 실시예 3의 촬상렌즈의 왜곡수차도이다.
도 12는 실시예 3의 촬상렌즈의 비점수차도이다.
도 13은 실시예 3의 촬상렌즈의 색·구면수차도이다.
도 14는 실시예 4의 촬상렌즈의 단면도이다.
도 15는 실시예 4의 촬상렌즈의 왜곡수차도이다.
도 16은 실시예 4의 촬상렌즈의 비점수차도이다.
도 17은 실시예 4의 촬상렌즈의 색·구면수차도이다.
도 18은 제 2 발명의 촬상렌즈의 단면도이다.
도 19는 실시예 5의 촬상렌즈의 단면도이다.
도 20은 실시예 5의 촬상렌즈의 왜곡수차도이다.
도 21은 실시예 5의 촬상렌즈의 비점수차도이다.
도 22는 실시예 5의 촬상렌즈의 색·구면수차도이다.
도 23은 실시예 6의 촬상렌즈의 단면도이다.
도 24는 실시예 6의 촬상렌즈의 왜곡수차도이다.
도 25는 실시예 6의 촬상렌즈의 비점수차도이다.
도 26은 실시예 6의 촬상렌즈의 색·구면수차도이다.
도 27은 실시예 7의 촬상렌즈의 단면도이다.
도 28은 실시예 7의 촬상렌즈의 왜곡수차도이다.
도 29는 실시예 7의 촬상렌즈의 비점수차도이다.
도 30은 실시예 7의 촬상렌즈의 색·구면수차도이다.
도 31은 실시예 8의 촬상렌즈의 단면도이다.
도 32는 실시예 8의 촬상렌즈의 왜곡수차도이다.
도 33은 실시예 8의 촬상렌즈의 비점수차도이다.
도 34은 실시예 8의 촬상렌즈의 색·구면수차도이다.
[부호의 설명]
10:촬상소자
S1,S2:개구 조리개
L1:제 1 렌즈
L2:제 2 렌즈
L3:제 3 렌즈
ri:i번째 면의 광축상 곡률반경
di:i번째 면과 광축상의 교점으로부터 i+1번째 면과 광축상의 교점까지의 거리
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 여기서, 이들 도면은 본 발명을 이해할 수 있는 정도로 구성요소의 형상, 크기 및 배치관계를 개략적으로 나타낸 것에 불과하며, 또 이하에 설명하는 수치적 조건 및 다른 조건은 간단한 좋은 예이며, 본 발명은 본 발명의 실시예만으로 한정되는 것이 아니다.
도 1 및 도 18은 각각 제 1 및 제 2 발명의 촬상렌즈의 구성도이다. 도 1 및 도 18에서 정의되어 있는 면번호나 면간격 등의 기호는 도 2, 도 6, 도 10, 도 14, 도 19, 도 23, 도 27 및 도 31에서 공통으로 이용하는 것으로 한다.
물체측으로부터 세어서 제 1, 제 2 및 제 3 렌즈를 각각 L1, L2 및 L3로 나타내고, 개구 조리개를 S1 및 S2로 나타낸다. 제 1 렌즈의 전면에 배치된 개구 조리개를 S1으로 표기하고, 제 1 렌즈와 제 2 렌즈 사이에 배치된 개구 조리개를 S2로 표기한다.
또, 오해가 생기지 않는 범위에서 ri (i=1,2,3,...8)을 광축상곡률반경의 값을 의미하는 변수로 이용하거나 렌즈나 카바 글래스 또는 촬상면을 식별하는 기호(예를 들면 r1을 제 1 렌즈의 물체측면의 의미로 이용하는 등)로도 이용한다.
이들의 도면에 나타낸 ri(i=1,2,3,···,8) 및 di(i=1,2,3,···,7) 등의 파라메타는 이하에 나타낸 표 1에서 표 8에 구체적 수치로서 부여한다. 첨자 i는 물체측에서 상측으로 향하여 순차적으로 각 렌즈의 면번호 또는 렌즈의 두께 또는 렌즈면 간격 등에 대응시켜 부여한 것이다.
즉,
ri는 i번째 면의 광축상곡률반경,
di는 i번째 면에서부터 i+1번째 면까지의 거리,
Ni는 i번째 면과 i+1번째 면으로 이루어진 렌즈의 소재 굴절률 및
νi는 i번째 면과 i+1번째 면으로 이루어진 렌즈의 소재 아베수
를 각각 나타낸다.
도 1 및 도 18에서는 조리개의 개구부를 선분으로 나타내고 있다. 이는 렌즈면으로부터 조리개면까지의 거리를 정의하기 위해서는, 조리개면과 광축의 교점이 명확하게 나타나지 않으면 안되기 때문이다. 또, 실시예 1에서 8의 촬상렌즈 각각의 단면도인 도 2, 도 6, 도 10, 도 14, 도 19, 도 23, 도 27 및 도 31에 있어서는, 상기 도 1 및 도 18과는 반대로, 조리개의 개구부를 개방하고, 개구부의 단을 시점으로 한 2개의 직선으로 광을 차단하는 조리개 본체를 나타내고 있다. 이는, 주광선 등의 광선을 기입하기 위해서, 조리개의 실태를 반영하여 조리개의 개구부를 개방하여 나타낼 필요가 있기 때문이다.
광학 길이(L)는 제 1 발명의 촬상렌즈에서는, 조리개(S1)로부터 촬상면까지의 거리이고, 제 2 발명의 촬상렌즈에서는, 제 1 렌즈의 물체측면과 광점의 교점에서 촬상면까지의 거리이다. 백포커스(bf)는, 광축상에서의 제 3 렌즈(L3)의 상측면에서 촬상면까지의 거리이다.
비구면 데이타는 표 1에서 표 8의 각각 난에 면번호와 함께 나타내었다. 조리개 S1 및 S2의 면, 또 촬상면은 평면이기 때문에 ∞로 표시하고 있다.
본 발명에서 사용되는 비구면은 다음 식으로 부여된다.
Z = ch2 / [1 + [1 - (1 + k)c2h2] +1/2] + A0h4 + B0h6 + C0h8 + D0h10
단,
Z: 면정점에 대한 접평면으로부터의 깊이
c: 면의 근축적 곡률
h: 광축으로터의 높이
k: 원추정수
A0: 4차 비구면계수
B0: 6차 비구면계수
C0: 8차 비구면계수
D0: 10차 비구면계수
이다.
본 명세서 중의 표 1 내지 표 8에 있어서, 비구면계수를 나타낸 수치는 지수 표시이며, 예를 들면 「e - 1」은 「10e - 1승」을 의미한다. 또 초점거리 f로서 나타낸 값은 제 1 내지 제 3 렌즈로 이루어진 렌즈계의 합성 초점거리이다.
이하, 도 1 내지 도 17를 참조하여 실시예 1에서부터 실시예 4를 설명하고, 도 18에서 도 34를 참조하여 실시예 5에서부터 실시예를 8을 설명한다.
도 3, 도 7, 도 11, 도 15, 도 20, 도 24, 도 28 및 도 32에 나타낸 왜곡수차곡선은 광축으로부터의 거리(종축에 상면내에서의 광축으로부터의 최대거리를 100으로써 백분율 표시하고 있다)에 대하여, 수차(횡축에 정접조건의 불만족량을 백분율 표시하고 있다)를 표시한다. 도 4, 도 8, 도 12, 도 16, 도 21, 도 25, 도 29 및 도 33에 나타낸 비점수차곡선은, 왜곡수차곡선과 같은 형태로 종축에 나타낸 광축에서부터의 거리에 대하여 수차량(mm단위)을 횡축으로 하여 표시하며, 메리져널 면(meridional plane)과 새지털 면(sagittai plane)에 있어서 수차량(mm단위)을 표시한다. 도 5, 도 9, 도 13, 도 17, 도 22, 도 26, 도 30 및 도 34에 나타낸 색,구면수차곡선에 있어서는 종축의 입사높이 h(F-number)에 대하여 수차량(mm단위)을 횡축으로 하여 표시한다.
또 색,구면수차곡선에 있어서는 C선 (파장 656.3nm의 광), d선 (파장 587.6nm의 광), e선 (파장 546.1nm의 광), F선 (파장 486.1nm의 광) 및 g선 (파장 435.8nm의 광)에 대한 수차값을 표시한다. 굴절율은 d선 (587.6nm의 광)에 있어서 굴절율이다.
이하에, 실시예 1 내지 실시예 8에 관한 구성 렌즈의 곡률반경(mm단위), 렌즈면 간격(mm단위), 렌즈 소재의 굴절율, 렌즈 소재의 아베수, 초점거리, F-넘버 및 비구면계수를 표 1에서 표 8에 일람하여 게재한다. 실시예 1 내지 8에서 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3) 각각의 초점거리를 f1,f2,f3로 표시한다. 실시예 1 내지 8에 있어서, 어느 경우에도 f1이 정의 값, f2 및 f3가 부의 값으로 되어 있다. 즉, 제 1 렌즈가 정의 굴절력을 가지는 렌즈이고, 제 2 렌즈 및 제 3 렌즈가 부의 굴절력을 가지는 렌즈이다. 한편, 촬상렌즈의 합성초점거리 f의 값은 1.00mm로 규격화되어 있다.
또, 광축상 곡률반경의 값ri(i=1,2,3,...,8)은 물체측에 볼록(凸)인 경우를 정의 값, 상측에 볼록(凸)인 경우를 부의 값으로 나타내고 있다. 렌즈를 구성하는 곡면의 곡률반경 값의 부여로부터 제 1 렌즈는 물체측 및 상측으로 볼록(凸)면을 향한 볼록(凸) 렌즈, 제 2 렌즈는 상측으로 볼록(凸)면을 향한 메니스커스 렌즈, 제 3 렌즈는 물체측 및 상측으로 볼록(凸)면을 향한 볼록(凸) 렌즈인 것이 읽혀진다.
이하에, 각 실시예의 특징을 나타낸다. 실시예 1에서 실시예 8에 있어서, 제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)의 소재로 시클로오레핀(cycloolefin)계 플라스틱인 제녹스 E48R(제녹스는 일본 제온 주식회사의 등록상표로서, E48R은 상품번호이다)을 이용한다. 또 제 2 렌즈(L2)의 소재로 플로렌계 폴리에스테르 또는 폴리카보네이트를 이용한다.
제녹스 E48R의 d선에 대한 굴절율은 1.5304이고, 플로렌계 폴리에스테르 및 폴리카보네이트의 d선에 대한 굴절율은 각각 1.607 및 1.5830이다. 또, 제녹스 E48R의 아베수는 56.0, 플로렌계 폴리에스테르 및 폴리카보네이트의 아베수는 각각 27.0 및 30.0이다.
또, 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3) 각각의 양면을 비구면으로 한다.
<제 1 발명>
제 1 발명의 촬상렌즈는 도 1에 나타낸 바와 같이, 개구 조리개(S1), 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)를 구비하며, 물체측에서부터 상측을 향하여, 개구 조리개(S1), 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)의 순으로 배치되어 구성된다. 제 1 발명의 촬상렌즈의 실시예 1 내지 실시예 4를 구성하는 렌즈의 곡률반경(mm단위), 렌즈면 간격(mm단위), 렌즈 소재의 굴절률, 렌즈 소재의 아베수, 초점거리, F-넘버 및 비구면 계수 등을 각각 표 1 내지 표 4에 일람하여 게재한다. 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3)의 광축상 간격을 표시하는 D는 표 1 내지 표 4에 있어서는, d5에 대응한다.
Figure 112006093620707-pct00001
Figure 112006093620707-pct00002
Figure 112006093620707-pct00003
Figure 112006093620707-pct00004
실시예 1
제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)의 소재로 제녹스 E48R을 이용하고, 제 2 렌즈(L2)의 소재로 플로렌계 폴리에스테르 EP-4000(EP-4000은 삼능 가스 화학주식회사의 상품번호이다)을 이용하였다.
(A) 제 1 렌즈(L1)의 물체측 곡률반경 r2는, r2 = 0.356mm이다.
(B) 제 1 렌즈(L1)의 상측 곡률반경 r3는, r3 = -17.782mm이다.
(C) 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3)의 광축상 간격(D)은, D(=d5)=0.1000이다.
(D) 광학 길이(L)는, L = 1.121mm이다.
(E) 상고(유효화면 대각선 길이)(2Y)는, 2Y = 2×0.64 = 1.28이다.
(F) 제 1 렌즈(L1)의 초점거리(f1)은, f1 = 0.66mm이다.
따라서,
(1-1) │r2/r3│ = │0.356/-17.782│ = 0.020,
(1-2) D/f = 0.1000/1.00 = 0.1000,
(1-3) L/2Y = 1,121/1,28 = 0.876,
(1-4) f1/f = 0.66/1.00 = 0.66,
으로 됨으로써, 실시예 1의 렌즈는 이하의 조건식 (1-1)에서 (1-4)까지를 모두 만족하고 있다.
0.01 < ｜r2/r3｜< 0.05 (1-1)
0.05 < D/f ≤ 0.1 (1-2)
0.6 < L/2Y < 0.9 (1-3)
0.5 < f1/f < 0.7 (1-4)
이후, 제 1 발명에 있어서 조건식으로는 상기 (1-1)에서 (1-4)까지의 4개의 식을 지시하는 것으로 한다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 조리개(S1)는 제 1 렌즈(L1)의 제 1 면(물체측 면)과 광축의 교점 위치에 설치되어 있다. 즉, 조리개면은 평면이므로 표 1에 r1 = ∞로 나타내었으며, 면 r1의 위치에 조리개(S1)가 배치되어 있는 것을 나타내고 있다. 또 F-넘버는 3.4이다.
도 2에 실시예 1의 촬상렌즈의 단면도를 도시한다. 초점거리 1.00mm에 대한 백포커스는 0.389mm로 충분한 길이로 확보될 수 있다.
도 3에 나타낸 왜곡수차곡선 20, 도 4에 나타낸 비점수차곡선(메리저널면에 대한 수차곡선 22 및 새지털면에 대한 수차곡선 24), 도 5에 나타낸 색,구면수차곡선(C선에 대한 수차곡선 26, d선에 대한 수차곡선 28, e선에 대한 수차곡선 30, F선에 대한 수차곡선 32 및 g선에 대한 수차곡선 34)에 대하여 각각 그래프로 나타내고 있다.
도 3 및 도 4의 수차곡선의 종축은 상고를 광축으로부터의 거리의 몇 %인가로 나타내었다. 도 3 및 도 4 중에서 100%는 0.640mm에 대응하고 있다. 또, 도 5의 수차곡선의 종축은 입사높이(h)(F-넘버)를 나타내고 있으며, 최대가 3.4에 대응한다. 도 5의 횡축은 수차의 크기를 나타내고 있다.
왜곡수차는 상고 60%(상고 0.384mm) 위치에 있어서 수차량의 절대치가 0.2640%로 최대로 되어 있고, 상고 0.640mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 0.2640% 이내로 안정된다.
비점수차는 상고 100%(상고 0.640mm) 위치에 있어서 메리저널면에 대한 수차량의 절대치가 0.0513mm로 최대로 되어 있고, 또 상고 0.640mm 이하의 범위에서 수차량의 최대치가 0.0513mm 이내로 안정된다.
색,구면수차는 입사높이(h)의 30%에 있어서 g선에 대한 수차곡선 34의 절대치가 0.0114mm로 최대로 되어 있고, 수차량의 절대치가 0.0114mm 이내로 안정된다.
실시예 2
제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)의 소재로 제녹스 E48R을 이용하고, 제 2 렌즈(L2)의 소재로 폴리카보네이트를 이용하였다.
(A) 제 1 렌즈(L1)의 물체측 곡률반경 r2는, r2 = 0.356mm이다.
(B) 제 1 렌즈(L1)의 상측 곡률반경 r3는, r3 = -17.782mm이다.
(C) 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3)의 광축상 간격(D)은, D(=d5)=0.1000이다.
(D) 광학 길이(L)는, L = 1.119mm이다.
(E) 상고(유효화면 대각선 길이)(2Y)는, 2Y = 2×0.64 = 1.28이다.
(F) 제 1 렌즈(L1)의 초점거리(f1)은, f1 = 0.66mm이다.
따라서,
(1-1) │r2/r3│ = │0.356/-17.782│ = 0.020,
(1-2) D/f = 0.1000/1.00 = 0.1000,
(1-3) L/2Y = 1,119/1,28 = 0.874,
(1-4) f1/f = 0.66/1.00 = 0.66,
으로 됨으로써, 실시예 2의 렌즈는 이하의 조건식 (1-1)에서 (1-4)까지를 모두 만족하고 있다.
0.01 < ｜r2/r3｜< 0.05 (1-1)
0.05 < D/f ≤ 0.1 (1-2)
0.6 < L/2Y < 0.9 (1-3)
0.5 < f1/f < 0.7 (1-4)
이후, 제 1 발명에 있어서 조건식으로는 상기 (1-1)에서 (1-4)까지의 4개의 식을 지시하는 것으로 한다.
표 2에 나타낸 바와 같이, 조리개(S1)는 제 1 렌즈(L1)의 제 1 면(물체측 면)과 광축의 교점 위치에 설치되어 있다. 즉, 조리개면은 평면이므로 표 2에 r1 = ∞로 나타내었으며, 면 r1의 위치에 조리개(S1)가 배치되어 있는 것을 나타내고 있다. 또 F-넘버는 3.4이다.
도 6에 실시예 2의 촬상렌즈의 단면도를 도시한다. 초점거리 1.00mm에 대한 백포커스는 0.386mm로 충분한 길이로 확보될 수 있다.
도 7에 나타낸 왜곡수차곡선 36, 도 8에 나타낸 비점수차곡선(메리저널면에 대한 수차곡선 38 및 새지털면에 대한 수차곡선 40), 도 9에 나타낸 색,구면수차곡선(C선에 대한 수차곡선 42, d선에 대한 수차곡선 44, e선에 대한 수차곡선 46, F선에 대한 수차곡선 48 및 g선에 대한 수차곡선 50)에 대하여 각각 그래프로 나타내고 있다.
도 7 및 도 8의 수차곡선의 종축은 상고를 광축으로부터의 거리의 몇 %인가로 나타내었다. 도 7 및 도 8 중에서 100%는 0.640mm에 대응하고 있다. 또, 도 9의 수차곡선의 종축은 입사높이(h)(F-넘버)를 나타내고 있으며, 최대가 3.4에 대응한다. 도 9의 횡축은 수차의 크기를 나타내고 있다.
왜곡수차는 상고 60%(상고 0.384mm) 위치에 있어서 수차량의 절대치가 0.2203%로 최대로 되어 있고, 상고 0.640mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 0.2203% 이내로 안정된다.
비점수차는 상고 100%(상고 0.640mm) 위치에 있어서 메리저널면에 대한 수차량의 절대치가 0.0234mm로 최대로 되어 있고, 또 상고 0.640mm 이하의 범위에서 수차량의 최대치가 0.0234mm 이내로 안정된다.
색,구면수차는 입사높이(h)의 30%에 있어서 g선에 대한 수차곡선 50의 절대치가 0.0129mm로 최대로 되어 있고, 수차량의 절대치가 0.0129mm 이내로 안정된다.
실시예 3
제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)의 소재로 제녹스 E48R을 이용하고, 제 2 렌즈(L2)의 소재로 폴리카보네이트를 이용하였다.
(A) 제 1 렌즈(L1)의 물체측 곡률반경 r2는, r2 = 0.356mm이다.
(B) 제 1 렌즈(L1)의 상측 곡률반경 r3는, r3 = -8.887mm이다.
(C) 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3)의 광축상 간격(D)은, D(=d5)=0.080이다.
(D) 광학 길이(L)는, L = 1.092mm이다.
(E) 상고(유효화면 대각선 길이)(2Y)는, 2Y = 2×0.64 = 1.28이다.
(F) 제 1 렌즈(L1)의 초점거리(f1)은, f1 = 0.65mm이다.
따라서,
(1-1) │r2/r3│ = │0.356/-8.887│ = 0.04,
(1-2) D/f = 0.08/1.00 = 0.08,
(1-3) L/2Y = 1.092/1.28 = 0.8531,
(1-4) f1/f = 0.65/1.00 = 0.65,
으로 됨으로써, 실시예 3의 렌즈는 이하의 조건식 (1-1)에서 (1-4)까지를 모두 만족하고 있다.
0.01 < ｜r2/r3｜< 0.05 (1-1)
0.05 < D/f ≤ 0.1 (1-2)
0.6 < L/2Y < 0.9 (1-3)
0.5 < f1/f < 0.7 (1-4)
이후, 제 1 발명에 있어서 조건식으로는 상기 (1-1)에서 (1-4)까지의 4개의 식을 지시하는 것으로 한다.
표 3에 나타낸 바와 같이, 조리개(S1)는 제 1 렌즈(L1)의 제 1 면(물체측 면)과 광축의 교점 위치에 설치되어 있다. 즉, 조리개면은 평면이므로 표 3에 r1 = ∞로 나타내었으며, 면 r1의 위치에 조리개(S1)가 배치되어 있는 것을 나타내고 있다. 또 F-넘버는 3.4이다.
도 10에 실시예 3의 촬상렌즈의 단면도를 도시한다. 초점거리 1.00mm에 대한 백포커스는 0.381mm로 충분한 길이로 확보될 수 있다.
도 11에 나타낸 왜곡수차곡선 52, 도 12에 나타낸 비점수차곡선(메리저널면에 대한 수차곡선 54 및 새지털면에 대한 수차곡선 56), 도 13에 나타낸 색,구면수차곡선(C선에 대한 수차곡선 58, d선에 대한 수차곡선 60, e선에 대한 수차곡선 62, F선에 대한 수차곡선 64 및 g선에 대한 수차곡선 66)에 대하여 각각 그래프로 나타내고 있다.
도 11 및 도 12의 수차곡선의 종축은 상고를 광축으로부터의 거리의 몇 %인가로 나타내었다. 도 11 및 도 12 중에서 100%는 0.640mm에 대응하고 있다. 또, 도 13의 수차곡선의 종축은 입사높이(h)(F-넘버)를 나타내고 있으며, 최대가 3.4에 대응한다. 도 13의 횡축은 수차의 크기를 나타내고 있다.
왜곡수차는 상고 100%(상고 0.640mm) 위치에 있어서 수차량의 절대치가 0.5710%로 최대로 되어 있고, 상고 0.640mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 0.5710% 이내로 안정된다.
비점수차는 상고 100%(상고 0.640mm) 위치에 있어서 메리저널면에 대한 수차량의 절대치가 0.0115mm로 최대로 되어 있고, 또 상고 0.640mm 이하의 범위에서 수차량의 최대치가 0.0115mm 이내로 안정된다.
색,구면수차는 입사높이(h)의 30%에 있어서 g선에 대한 수차곡선 66의 절대치가 0.0154mm로 최대로 되어 있고, 수차량의 절대치가 0.0154mm 이내로 안정된다.
실시예 4
제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)의 소재로 제녹스 E48R을 이용하고, 제 2 렌즈(L2)의 소재로 폴리카보네이트를 이용하였다.
(A) 제 1 렌즈(L1)의 물체측 곡률반경 r2는, r2 = 0.356mm이다.
(B) 제 1 렌즈(L1)의 상측 곡률반경 r3는, r3 = -8.887mm이다.
(C) 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3)의 광축상 간격(D)은, D(=d5)=0.0511이다.
(D) 광학 길이(L)는, L = 1.1043mm이다.
(E) 상고(유효화면 대각선 길이)(2Y)는, 2Y = 2×0.64 = 1.28이다.
(F) 제 1 렌즈(L1)의 초점거리(f1)은, f1 = 0.65mm이다.
따라서,
(1-1) │r2/r3│ = │0.356/-8.887│ = 0.04,
(1-2) D/f = 0.0511/1.00 = 0.0511,
(1-3) L/2Y = 1.104/1.28 = 0.8627,
(1-4) f1/f = 0.65/1.00 = 0.65,
으로 됨으로써, 실시예 4의 렌즈는 이하의 조건식 (1-1)에서 (1-4)까지를 모두 만족하고 있다.
0.01 < ｜r2/r3｜< 0.05 (1-1)
0.05 < D/f ≤ 0.1 (1-2)
0.6 < L/2Y < 0.9 (1-3)
0.5 < f1/f < 0.7 (1-4)
이후, 제 1 발명에 있어서 조건식으로는 상기 (1-1)에서 (1-4)까지의 4개의 식을 지시하는 것으로 한다.
표 4에 나타낸 바와 같이, 조리개(S1)는 제 1 렌즈(L1)의 제 1 면(물체측 면)과 광축의 교점 위치에 설치되어 있다. 즉, 조리개면은 평면이므로 표 4에 r1 = ∞로 나타내었으며, 면 r1의 위치에 조리개(S1)가 배치되어 있는 것을 나타내고 있다. 또 F-넘버는 3.4이다.
도 14에 실시예 4의 촬상렌즈의 단면도를 도시한다. 초점거리 1.00mm에 대한 백포커스는 0.422mm로 충분한 길이로 확보될 수 있다.
도 15에 나타낸 왜곡수차곡선 68, 도 16에 나타낸 비점수차곡선(메리저널면에 대한 수차곡선 70 및 새지털면에 대한 수차곡선 72), 도 17에 나타낸 색,구면수차곡선(C선에 대한 수차곡선 74, d선에 대한 수차곡선 76, e선에 대한 수차곡선 78, F선에 대한 수차곡선 80 및 g선에 대한 수차곡선 82)에 대하여 각각 그래프로 나타내고 있다.
도 15 및 도 16의 수차곡선의 종축은 상고를 광축으로부터의 거리의 몇 %인가로 나타내었다. 도 15 및 도 16 중에서 100%는 0.639mm에 대응하고 있다. 또, 도 17의 수차곡선의 종축은 입사높이(h)(F-넘버)를 나타내고 있으며, 최대가 3.4에 대응한다. 도 17의 횡축은 수차의 크기를 나타내고 있다.
왜곡수차는 상고 100%(상고 0.639mm) 위치에 있어서 수차량의 절대치가 0.5428%로 최대로 되어 있고, 상고 0.639mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 0.5428% 이내로 안정된다.
비점수차는 상고 80%(상고 0.512mm) 위치에 있어서 메리저널면에 대한 수차량의 절대치가 0.0152mm로 최대로 되어 있고, 또 상고 0.639mm 이하의 범위에서 수차량의 최대치가 0.0152mm 이내로 안정된다.
색,구면수차는 입사높이(h)의 30%에 있어서 g선에 대한 수차곡선 82의 절대치가 0.0153mm로 최대로 되어 있고, 수차량의 절대치가 0.0153mm 이내로 안정된다.
<제 2 발명>
제 2 발명의 촬상렌즈는 도 18에 나타낸 바와 같이, 제 1 렌즈(L1), 개구 조리개(S2), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)를 구비하며, 물체측에서부터 상측을 향하여, 제 1 렌즈(L1), 개구 조리개(S2), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)의 순으로 배치되어 구성된다. 제 2 발명의 촬상렌즈의 실시예 5 내지 실시예 8를 구성하는 렌즈의 곡률반경(mm단위), 렌즈면 간격(mm단위), 렌즈 소재의 굴절률, 렌즈 소재의 아베수, 초점거리, F-넘버 및 비구면 계수 등을 각각 표 5 내지 표 8에 일람하여 게재한다. 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3)의 광축상 간격을 표시하는 D는 표 5 내지 표 8에 있어서는, d5에 대응한다.
Figure 112006093620707-pct00005
Figure 112006093620707-pct00006
Figure 112006093620707-pct00007
Figure 112006093620707-pct00008
실시예 5
제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)의 소재로 제녹스 E48R을 이용하고, 제 2 렌즈(L2)의 소재로 플로렌계 폴리에스테르 EP-4000(EP-4000은 삼능 가스 화학주식회사의 상품번호이다)을 이용하였다.
(A) 제 1 렌즈(L1)의 물체측 곡률반경 r1는, r1 = 0.356mm이다.
(B) 제 1 렌즈(L1)의 상측 곡률반경 r2는, r2 = -17.782mm이다.
(C) 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3)의 광축상 간격(D)은, D(=d5)=0.1000이다0.
(D) 광학 길이(L)는, L = 1.1208mm이다.
(E) 상고(유효화면 대각선 길이)(2Y)는, 2Y = 2×0.64 = 1.28이다.
(F) 제 1 렌즈(L1)의 초점거리(f1)은, f1 = 0.66mm이다.
따라서,
(2-1) │r1/r2│ = │0.356/-17.782│ = 0.020,
(2-2) D/f = 0.1000/1.00 = 0.1000,
(2-3) L/2Y = 1,121/1,28 = 0.876,
(2-4) f1/f = 0.66/1.00 = 0.66,
으로 됨으로써, 실시예 5의 렌즈는 이하의 조건식 (2-1)에서 (2-4)까지를 모두 만족하고 있다.
0.01 < ｜r1/r2｜< 0.05 (2-1)
0.05 < D/f ≤ 0.1 (2-2)
0.6 < L/2Y < 0.9 (2-3)
0.5 < f1/f < 0.7 (2-4)
이후, 제 2 발명에 있어서 조건식으로는 상기 (2-1)에서 (2-4)까지의 4개의 식을 지시하는 것으로 한다.
표 5에 나타낸 바와 같이, 조리개(S2)는 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2) 사이의 위치에 설치되어 있다. 즉, 조리개면은 평면이므로 표 5에 r3 = ∞로 나타내었으며, 면 r3의 위치에 조리개(S2)가 배치되어 있는 것을 나타내고 있다. 또 F-넘버는 3.4이다.
도 19에 실시예 5의 촬상렌즈의 단면도를 도시한다. 초점거리 1.00mm에 대한 백포커스는 0.389mm로 충분한 길이로 확보될 수 있다.
도 20에 나타낸 왜곡수차곡선 120, 도 21에 나타낸 비점수차곡선(메리저널면에 대한 수차곡선 122 및 새지털면에 대한 수차곡선 124), 도 22에 나타낸 색,구면수차곡선(C선에 대한 수차곡선 126, d선에 대한 수차곡선 128, e선에 대한 수차곡선 130, F선에 대한 수차곡선 132 및 g선에 대한 수차곡선 134)에 대하여 각각 그래프로 나타내고 있다.
도 20 및 도 21의 수차곡선의 종축은 상고를 광축으로부터의 거리의 몇 %인가로 나타내었다. 도 20 및 도 21 중에서 100%는 0.640mm에 대응하고 있다. 또, 도 22의 수차곡선의 종축은 입사높이(h)(F-넘버)를 나타내고 있으며, 최대가 3.4에 대응한다. 도 22의 횡축은 수차의 크기를 나타내고 있다.
왜곡수차는 상고 60%(상고 0.384mm) 위치에 있어서 수차량의 절대치가 0.3310%로 최대로 되어 있고, 상고 0.640mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 0.3310% 이내로 안정된다.
비점수차는 상고 100%(상고 0.640mm) 위치에 있어서 메리저널면에 대한 수차량의 절대치가 0.0196mm로 최대로 되어 있고, 또 상고 0.640mm 이하의 범위에서 수차량의 최대치가 0.0196mm 이내로 안정된다.
색,구면수차는 입사높이(h)의 30%에 있어서 g선에 대한 수차곡선 134의 절대치가 0.0114mm로 최대로 되어 있고, 수차량의 절대치가 0.0114mm 이내로 안정된다.
실시예 6
제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)의 소재로 제녹스 E48R을 이용하고, 제 2 렌즈(L2)의 소재로 폴리카보네이트를 이용하였다.
(A) 제 1 렌즈(L1)의 물체측 곡률반경 r1는, r1 = 0.356mm이다.
(B) 제 1 렌즈(L1)의 상측 곡률반경 r2는, r2 = -17.782mm이다.
(C) 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3)의 광축상 간격(D)은, D(=d5)=0.1000이다.
(D) 광학 길이(L)는, L = 1.119mm이다.
(E) 상고(유효화면 대각선 길이)(2Y)는, 2Y = 2×0.64 = 1.28이다.
(F) 제 1 렌즈(L1)의 초점거리(f1)은, f1 = 0.66mm이다.
따라서,
(2-1) │r1/r2│ = │0.356/-17.782│ = 0.020,
(2-2) D/f = 0.1000/1.00 = 0.1000,
(2-3) L/2Y = 1,119/1,28 = 0.874,
(2-4) f1/f = 0.66/1.00 = 0.66,
으로 됨으로써, 실시예 6의 렌즈는 이하의 조건식 (2-1)에서 (2-4)까지를 모두 만족하고 있다.
0.01 < ｜r1/r2｜< 0.05 (2-1)
0.05 < D/f ≤ 0.1 (2-2)
0.6 < L/2Y < 0.9 (2-3)
0.5 < f1/f < 0.7 (2-4)
이후, 제 2 발명에 있어서 조건식으로는 상기 (2-1)에서 (2-4)까지의 4개의 식을 지시하는 것으로 한다.
표 6에 나타낸 바와 같이, 조리개(S2)는 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2) 사이의 위치에 설치되어 있다. 즉, 조리개면은 평면이므로 표 6에 r3 = ∞로 나타내었으며, 면 r3의 위치에 조리개(S2)가 배치되어 있는 것을 나타내고 있다. 또 F-넘버는 3.4이다.
도 23에 실시예 6의 촬상렌즈의 단면도를 도시한다. 초점거리 1.00mm에 대한 백포커스는 0.386mm로 충분한 길이로 확보될 수 있다.
도 24에 나타낸 왜곡수차곡선 136, 도 25에 나타낸 비점수차곡선(메리저널면에 대한 수차곡선 138 및 새지털면에 대한 수차곡선 140), 도 26에 나타낸 색,구면수차곡선(C선에 대한 수차곡선 142, d선에 대한 수차곡선 144, e선에 대한 수차곡선 146, F선에 대한 수차곡선 148 및 g선에 대한 수차곡선 150)에 대하여 각각 그래프로 나타내고 있다.
도 24 및 도 25의 수차곡선의 종축은 상고를 광축으로부터의 거리의 몇 %인가로 나타내었다. 도 24 및 도 25 중에서 100%는 0.640mm에 대응하고 있다. 또, 도 26 수차곡선의 종축은 입사높이(h)(F-넘버)를 나타내고 있으며, 최대가 3.4에 대응한다. 도 26의 횡축은 수차의 크기를 나타내고 있다.
왜곡수차는 상고 60%(상고 0.384mm) 위치에 있어서 수차량의 절대치가 0.2936%로 최대로 되어 있고, 상고 0.640mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 0.2936% 이내로 안정된다.
비점수차는 상고 100%(상고 0.640mm) 위치에 있어서 메리저널면에 대한 수차량의 절대치가 0.0221mm로 최대로 되어 있고, 또 상고 0.640mm 이하의 범위에서 수차량의 최대치가 0.0221mm 이내로 안정된다.
색,구면수차는 입사높이(h)의 30%에 있어서 g선에 대한 수차곡선 150의 절대치가 0.0129mm로 최대로 되어 있고, 수차량의 절대치가 0.0129mm 이내로 안정된다.
실시예 7
제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)의 소재로 제녹스 E48R을 이용하고, 제 2 렌즈(L2)의 소재로 폴리카보네이트를 이용하였다.
(A) 제 1 렌즈(L1)의 물체측 곡률반경 r1는, r1 = 0.356mm이다.
(B) 제 1 렌즈(L1)의 상측 곡률반경 r2는, r2 = -8.887mm이다.
(C) 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3)의 광축상 간격(D)은, D(=d5)=0.080이다.
(D) 광학 길이(L)는, L = 1.092mm이다.
(E) 상고(유효화면 대각선 길이)(2Y)는, 2Y = 2×0.64 = 1.28이다.
(F) 제 1 렌즈(L1)의 초점거리(f1)은, f1 = 0.65mm이다.
따라서,
(2-1) │r1/r2│ = │0.356/-8.887│ = 0.04,
(2-2) D/f = 0.080/1.00 = 0.080,
(2-3) L/2Y = 1,092/1,28 = 0.8531,
(2-4) f1/f = 0.65/1.00 = 0.65,
으로 됨으로써, 실시예 7의 렌즈는 이하의 조건식 (2-1)에서 (2-4)까지를 모두 만족하고 있다.
0.01 < ｜r1/r2｜< 0.05 (2-1)
0.05 < D/f ≤ 0.1 (2-2)
0.6 < L/2Y < 0.9 (2-3)
0.5 < f1/f < 0.7 (2-4)
이후, 제 2 발명에 있어서 조건식으로는 상기 (2-1)에서 (2-4)까지의 4개의 식을 지시하는 것으로 한다.
표 7에 나타낸 바와 같이, 조리개(S2)는 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2) 사이의 위치에 설치되어 있다. 즉, 조리개면은 평면이므로 표 7에 r3 = ∞로 나타내었으며, 면 r3의 위치에 조리개(S2)가 배치되어 있는 것을 나타내고 있다. 또 F-넘버는 3.4이다.
도 27에 실시예 7의 촬상렌즈의 단면도를 도시한다. 초점거리 1.00mm에 대한 백포커스는 0.381mm로 충분한 길이로 확보될 수 있다.
도 28에 나타낸 왜곡수차곡선 152, 도 29에 나타낸 비점수차곡선(메리저널면에 대한 수차곡선 154 및 새지털면에 대한 수차곡선 156), 도 30에 나타낸 색,구면수차곡선(C선에 대한 수차곡선 158, d선에 대한 수차곡선 160, e선에 대한 수차곡선 162, F선에 대한 수차곡선 164 및 g선에 대한 수차곡선 166)에 대하여 각각 그래프로 나타내고 있다.
도 28 및 도 29의 수차곡선의 종축은 상고를 광축으로부터의 거리의 몇 %인가로 나타내었다. 도 28 및 도 29 중에서 100%는 0.640mm에 대응하고 있다. 또, 도 30 수차곡선의 종축은 입사높이(h)(F-넘버)를 나타내고 있으며, 최대가 3.4에 대응한다. 도 30의 횡축은 수차의 크기를 나타내고 있다.
왜곡수차는 상고 80%(상고 0.512mm) 위치에 있어서 수차량의 절대치가 0.3963%로 최대로 되어 있고, 상고 0.640mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 0.3963% 이내로 안정된다.
비점수차는 상고 100%(상고 0.640mm) 위치에 있어서 메리저널면에 대한 수차량의 절대치가 0.0579mm로 최대로 되어 있고, 또 상고 0.640mm 이하의 범위에서 수차량의 최대치가 0.0579mm 이내로 안정된다.
색,구면수차는 입사높이(h)의 30%에 있어서 g선에 대한 수차곡선 166의 절대치가 0.0154mm로 최대로 되어 있고, 수차량의 절대치가 0.0154mm 이내로 안정된다.
실시예 8
제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)의 소재로 제녹스 E48R을 이용하고, 제 2 렌즈(L2)의 소재로 폴리카보네이트를 이용하였다.
(A) 제 1 렌즈(L1)의 물체측 곡률반경 r1는, r1 = 0.356mm이다.
(B) 제 1 렌즈(L1)의 상측 곡률반경 r2는, r2 = -8.887mm이다.
(C) 제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3)의 광축상 간격(D)은, D(=d5)=0.0511이다.
(D) 광학 길이(L)는, L = 1.104mm이다.
(E) 상고(유효화면 대각선 길이)(2Y)는, 2Y = 2×0.64 = 1.28이다.
(F) 제 1 렌즈(L1)의 초점거리(f1)은, f1 = 0.65mm이다.
따라서,
(2-1) │r1/r2│ = │0.356/-8.887│ = 0.04,
(2-2) D/f = 0.0511/1.00 = 0.0511,
(2-3) L/2Y = 1,104/1,28 = 0.8627,
(2-4) f1/f = 0.65/1.00 = 0.65,
으로 됨으로써, 실시예 8의 렌즈는 이하의 조건식 (2-1)에서 (2-4)까지를 모두 만족하고 있다.
0.01 < ｜r1/r2｜< 0.05 (2-1)
0.05 < D/f ≤ 0.1 (2-2)
0.6 < L/2Y < 0.9 (2-3)
0.5 < f1/f < 0.7 (2-4)
이후, 제 2 발명에 있어서 조건식으로는 상기 (2-1)에서 (2-4)까지의 4개의 식을 지시하는 것으로 한다.
표 8에 나타낸 바와 같이, 조리개(S2)는 제 1 렌즈(L1)와 제 2 렌즈(L2) 사이의 위치에 설치되어 있다. 즉, 조리개면은 평면이므로 표 8에 r3 = ∞로 나타내었으며, 면 r3의 위치에 조리개(S2)가 배치되어 있는 것을 나타내고 있다. 또 F-넘버는 3.4이다.
도 31에 실시예 8의 촬상렌즈의 단면도를 도시한다. 초점거리 1.00mm에 대한 백포커스는 0.422mm로 충분한 길이로 확보될 수 있다.
도 32에 나타낸 왜곡수차곡선 168, 도 33에 나타낸 비점수차곡선(메리저널면에 대한 수차곡선 170 및 새지털면에 대한 수차곡선 172), 도 34에 나타낸 색,구면수차곡선(C선에 대한 수차곡선 174, d선에 대한 수차곡선 176, e선에 대한 수차곡선 178, F선에 대한 수차곡선 180 및 g선에 대한 수차곡선 182)에 대하여 각각 그래프로 나타내고 있다.
도 32 및 도 33의 수차곡선의 종축은 상고를 광축으로부터의 거리의 몇 %인가로 나타내었다. 도 32 및 도 33 중에서 100%는 0.640mm에 대응하고 있다. 또, 도 34 수차곡선의 종축은 입사높이(h)(F-넘버)를 나타내고 있으며, 최대가 3.4에 대응한다. 도 34의 횡축은 수차의 크기를 나타내고 있다.
왜곡수차는 상고 100%(상고 0.640mm) 위치에 있어서 수차량의 절대치가 0.3489%로 최대로 되어 있고, 상고 0.640mm 이하의 범위에서 수차량의 절대치가 0.3489% 이내로 안정된다.
비점수차는 상고 100%(상고 0.640mm) 위치에 있어서 메리저널면에 대한 수차량의 절대치가 0.0344mm로 최대로 되어 있고, 또 상고 0.640mm 이하의 범위에서 수차량의 최대치가 0.0344mm 이내로 안정된다.
색,구면수차는 입사높이(h)의 30%에 있어서 g선에 대한 수차곡선 182의 절대치가 0.0154mm로 최대로 되어 있고, 수차량의 절대치가 0.0154mm 이내로 안정된다.
제 1 및 제 2 발명의 촬상렌즈의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 촬상렌즈의 각 구성렌즈를 조건식 (1-1) 내지 (1-4) 및 조건식 (2-1) 내지 (2-4)를 만족하도록 설계함으로써, 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 해결한다. 즉, 제수차가 양호하게 보정되고, 충분한 백포커스를 얻을 수 있음과 동시에 광학 길이가 짧게 유지된 촬상렌즈를 얻을 수 있다.
한편, 상술한 실시예에 있어서 제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)에는 시클로오레핀계 플라스틱을, 제 2 렌즈(L2)에는 폴리카보네이트 또는 플로렌계 폴리에스테르라는 플라스틱 소재를 이용하였으나, 실시예에 게재된 이외의 플라스틱 재료는 물론 플라스틱 소재가 아니어도, 예를 들면 몰드 글래스 등으로도 실시예 등에서 설명한 제조건을 만족하는 소재이면, 글래스 이외의 재료를 이용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
이상, 설명한 바와 같이, 제 1 및 제 2 발명의 촬상렌즈에 의하면, 제수차가 양호하게 보정되고, 짧은 광학 길이임에도 불구하고 양호한 화상을 얻을 수 있으며, 백포커스도 충분히 확보할 수 있다.
이상 설명한 것으로부터, 본 발명의 촬상렌즈는 휴대전화기, 퍼스널 컴퓨터 또는 디지털 카메라에 내장되는 카메라용 렌즈로서의 이용은 물론, 휴대정보단말기(PDA:personal digital assistants)에 내장되는 카메라용 렌즈, 화상인식 기능을 구비한 완구에 내장되는 카메라용 렌즈, 감시, 검사 또는 방범기기 등에 내장되는 카메라용 렌즈로서 적용하여도 좋다.

Claims (5)

  1. 사각형 수광면에서 대각선의 길이가 2Y인 고체촬상소자를 구비한 촬상장치에 탑재되는 촬상렌즈에 있어서,
    개구 조리개(S1), 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)를 구비하며,
    물체측으로부터 상측을 향하여 상기 개구 조리개(S1), 상기 제 1 렌즈(L1), 상기 제 2 렌즈(L2) 및 상기 제 3 렌즈(L3)의 순서로 배열되어 구성되고,
    상기 제 1 렌즈(L1)는 물체측 및 상측으로 볼록(凸)면을 향한 정의 굴절력을 가지는 렌즈이며,
    상기 제 2 렌즈(L2)는 상측으로 볼록(凸)면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 렌즈이고,
    상기 제 3 렌즈(L3)는 물체측으로 볼록(凸)면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 렌즈이며,
    상기 제 1 렌즈(L1)의 양면이 비구면, 동시에 상기 제 2 렌즈(L2)의 양면이 비구면, 동시에 상기 제 3 렌즈(L3)의 양면이 비구면으로 되고,
    이하의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상렌즈.
    0.01 < ｜r2/r3｜< 0.05 (1-1)
    0.05 < D/f ≤ 0.1 (1-2)
    0.6 < L/2Y < 0.9 (1-3)
    0.5 < f1/f < 0.7 (1-4)
    단,
    f:촬상렌즈의 합성초점거리
    r2:제 1 렌즈(L1)의 물체측면 광축근방에 있어서 곡률반경(광축상곡률반경)
    r3:제 1 렌즈(L1)의 상측면 광축근방에 있어서 곡률반경(광축상곡률반경)
    D:제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3)의 광축상 간격
    L:제 1 렌즈(L1)의 물체측면에서 상면까지 광축상의 공기중 거리(광학길이)
    2Y:촬상렌즈의 상면에 설치된 고체촬상소자의 사각형 수광면에서 대각선의 길이
    f1:제 1 렌즈(L1)의 초점거리
  2. 사각형 수광면에서 대각선의 길이가 2Y인 고체촬상소자를 구비한 촬상장치에 탑재되는 촬상렌즈에 있어서,
    제 1 렌즈(L1), 개구 조리개(S2), 제 2 렌즈(L2) 및 제 3 렌즈(L3)를 구비하며,
    물체측으로부터 상측을 향하여 상기 제 1 렌즈(L1), 상기 개구 조리개(S2), 상기 제 2 렌즈(L2) 및 상기 제 3 렌즈(L3)의 순서로 배열되어 구성되고,
    상기 제 1 렌즈(L1)는 물체측 및 상측으로 볼록(凸)면을 향한 정의 굴절력을 가지는 렌즈이며,
    상기 제 2 렌즈(L2)는 상측으로 볼록(凸)면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 렌즈이고,
    상기 제 3 렌즈(L3)는 물체측으로 볼록(凸)면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 렌즈이며,
    상기 제 1 렌즈(L1)의 양면이 비구면, 동시에 상기 제 2 렌즈(L2)의 양면이 비구면, 동시에 상기 제 3 렌즈(L3)의 양면이 비구면으로 되고,
    이하의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상렌즈.
    0.01 < ｜r1/r2｜< 0.05 (2-1)
    0.05 < D/f ≤ 0.1 (2-2)
    0.6 < L/2Y < 0.9 (2-3)
    0.5 < f1/f < 0.7 (2-4)
    단,
    f:촬상렌즈의 합성초점거리
    r1:제 1 렌즈(L1)의 물체측면 광축근방에 있어서 곡률반경(광축상곡률반경)
    r2:제 1 렌즈(L1)의 상측면 광축근방에 있어서 곡률반경(광축상곡률반경)
    D:제 2 렌즈(L2)와 제 3 렌즈(L3)의 광축상 간격
    L:제 1 렌즈(L1)의 물체측면에서 상면까지 광축상의 공기중 거리(광학길이)
    2Y:촬상렌즈의 상면에 설치된 고체촬상소자의 사각형 수광면에서 대각선의 길이
    f1:제 1 렌즈(L1)의 초점거리
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈(L2)의 소재의 굴절률이 상기 제 1 렌즈(L1) 및 상기 제 3 렌즈(L3)의 소재의 굴절률보다도 높고, 상기 제 2 렌즈(L2)의 소재의 아베수가 상기 제 1 렌즈(L1) 및 상기 제 3 렌즈(L3)의 소재의 아베수보다도 작은 것을 특징으로 하는 촬상렌즈.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 촬상렌즈를 구성하는 상기 제 1 렌즈(L1) 및 상기 제 3 렌즈(L3)가 시클로오레핀계 플라스틱을 소재로 형성한 렌즈이고,
    상기 제 2 렌즈(L2)가 플로렌계 폴리에스테르를 소재로 형성한 렌즈인 것을 특징으로 하는 촬상렌즈.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 촬상렌즈를 구성하는 상기 제 1 렌즈(L1) 및 제 3 렌즈(L3)가 시클로오레핀계 플라스틱을 소재로 형성한 렌즈이고,
    상기 제 2 렌즈(L2)가 폴리카보네이트를 소재로 형성한 렌즈인 것을 특징으로 하는 촬상렌즈.
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