KR20040103349A

KR20040103349A - 줌 렌즈 및 촬상 장치

Info

Publication number: KR20040103349A
Application number: KR1020040037820A
Authority: KR
Inventors: 스에요시마사후미
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2004-12-08
Also published as: JP4059146B2; TWI245128B; KR101020617B1; CN1313857C; CN1591073A; US7110186B2; JP2004354871A; TW200530620A; US20050007678A1

Abstract

광학 성능을 손상시키지 않고, 프리즘을 보다 소형화해 렌즈계 전체를 소형화하는 것이 가능한 리어 포커스식의 줌 렌즈를 제공한다.

물체측으로부터 차례로 정(正), 부(負), 정, 정, 부의 굴절력을 각각 가지는 제1 렌즈군(GR1)∼제5 렌즈군(GR5)을 포함하고, 제2 렌즈군(GR2)과 제4 렌즈군(GR4)을 이동시킴으로써 주밍(zooming)을 실행하도록 구성한다. 또, 제1 렌즈군(GR1)이 물체측으로부터 차례로 부의 굴절력을 가지는 전측(前側) 렌즈군, 광로를 절곡(折曲)하는 광학 부재, 정의 굴절력을 가지는 후측(後側) 렌즈군을 포함하고, 또한, 피사체 거리가 무한원(無限遠)에서의 제5 렌즈군(GR5)의 결상(結像) 배율을 β5로 했을 때, 1.0＜β5＜1.9의 조건을 만족시키도록 구성함으로써, 물체에 가까운 측 렌즈의 초점 거리를 단축하고, 제1 렌즈군(GR1)의 유효 직경을 더욱 작게 할 수 있어, 광학 부재[예를 들면 프리즘(P1)]이 박형화된다.

Description

줌 렌즈 및 촬상 장치 {ZOOM LENS AND IMAGE PICKUP DEVICE HAVING THE SAME}

본 발명은 줌 렌즈, 및 이 줌 렌즈를 촬상 렌즈로서 사용한 촬상 장치에 관한 것이며, 특히, 디지털 스틸 카메라나 가정용 비디오 카메라 등 소형 촬상 장치에 적합한 3∼5배 정보의 변배율(變倍率)을 실현 가능한 리어 포커스(RF)식 줌 렌즈, 및 이 줌 렌즈를 사용한 촬상 장치에 관한 것이다.

근래, 디지털 스틸 카메라나 디지털 비디오 카메라는 가정용으로서도 널리 보급되어 있지만, 이들 소형 촬상 장치에 대해서는, 더 한층의 소형화가 요구되고 있다. 이 때문에, 이들에 탑재되는 촬영용 렌즈, 특히 줌 렌즈에 대해서도, 전장(全長)이나 안길이의 단축 등에 의한 소형화가 요구되고 있다. 또, 이와 같은 촬영용 렌즈, 특히 디지털 스틸 카메라용의 것에 대해서는, 촬상 소자의 고화소수에 대응하여 소형화와 함께 렌즈 성능의 향상도 요구되고 있다.

예를 들면, 가장 물체측에 배치되는 제1 렌즈군(群) 이외의 렌즈군을 이동시켜 포커스를 실행하는, 이른바 리어 포커스(RF)식 줌 렌즈는 렌즈계 전체를 비교적 용이하게 소형화하고, 또한, 화소수가 많은 고체 촬상 소자에 적합한 결상(結像) 성능이 얻어지는 것이 알려져 있다. 이와 같은 리어 포커스식 줌 렌즈로서는, 물체측으로부터 차례로 정(正)의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군, 정의 굴절력을 가지는 제4 렌즈군, 부(負)의 굴절력을 가지는 제5 렌즈군을 가지며, 제2 및 제4 렌즈군을 이동시켜 주밍(zooming)을 실행하고, 제4 렌즈군을 이동시켜 포커싱을 실행하도록 구성된 5군 줌 렌즈가 알려져 있다. 예를 들면, 이와 같은 구성에서, 다시 제3 렌즈군과 제5 렌즈군의 초점 거리를 각각 f3, f5, 피사체 거리가 무한 거리에서의 제5 렌즈군의 결상 배율을 β5, 제2 렌즈군의 초점 거리를 f2, 광각단(廣角端) 및 망원단(望遠端)에 있어서의 전계(全系)의 초점 거리를 각각 fw, ft로 했을 때, 이하의 식 (1)∼(3)을 만족시키는 줌 렌즈가 있다[예를 들면, 일본국 특허 제3015192호 공보(단락 번호 〔0014〕∼〔0037〕제1 도].

0.8＜｜f5/f3｜＜2.1 …… (1)

1.2＜｜β5｜＜1.6 …… (2)

1.2＜｜f2/√fwㆍft｜＜0.37 …… (3)

또, 최근에는, 제1 렌즈군으로부터 상면(像面)까지의 광로를 도중에서 절곡(折曲)해, 촬상 장치에 내장했을 때에 그 전후 길이를 단축하는 동시에, 주밍 시의 렌즈 가동(可動) 방향을 상하 방향으로 함으로써, 촬영 시에 있어서의 렌즈의 돌기부를 없애는 것이 고려되고 있다. 예를 들면, 물체측으로부터 차례로 정의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군, 부의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군, 정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군, 정의 굴절력을 가지는 제4 렌즈군을 가지고, 제2 및 제4 렌즈군을 이동시킴으로써 주밍이 실행되는 4군 렌즈 구성을 이루며, 제1 렌즈군이 물체측으로부터 차례로 부의 굴절력을 가지는 단(單)렌즈의 제1 렌즈, 광로를 절곡하는 프리즘, 정의 굴절력을 가지는 단렌즈의 제2 렌즈를 가지고 있는 줌 렌즈가 있다[예를 들면, 일본국 특개 2000-131610호 공보(단락 번호 〔0010〕∼〔0027〕제1도].

그런데, 프리즘을 사용하여 광로가 절곡된 광학계를 가지는 줌 렌즈에서는, 프리즘의 크기를 소형화함으로써, 더 한층의 소형화, 박형화가 가능해진다. 그러나, 일본국 특개 2000-131610호 공보에서 개시된 줌 렌즈에서는, 제1 렌즈군에 포함되는 렌즈의 직경이나 두께를 더 작게 하면, 광학 성능이 악화되어 버리기 때문에, 프리즘을 더 소형화하기 곤란한 것이 과제였다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 줌 렌즈의 렌즈 구성예를 나타내는 단면도이다.

도 2는 제1 실시예에 있어서의 단초점(短焦点) 거리단(距離端)에서의 여러 수차도(收差圖)이다.

도 3은 제1 실시예에 있어서의 중간 초점 거리에서의 여러 수차도이다.

도 4는 제1 실시예에 있어서의 장초점(長焦点) 거리단에서의 여러 수차도이다.

도 5는 제2 실시예에 있어서의 단초점 거리단에서의 여러 수차도이다.

도 6은 제2 실시예에 있어서의 중간 초점 거리에서의 여러 수차도이다.

도 7은 제2 실시예에 있어서의 장초점 거리단에서의 여러 수차도이다.

도 8은 제3 실시예에 있어서의 단초점 거리단에서의 여러 수차도이다.

도 9는 제3 실시예에 있어서의 중간 초점 거리에서의 여러 수차도이다.

도 10은 제3 실시예에 있어서의 장초점 거리단에서의 여러 수차도이다.

도 11은 본 발명의 줌 렌즈를 탑재 가능한 디지털 스틸 카메라의 구성예를 나타내는 블록도이다.

도 12는 본 발명의 실시 형태에 관한 디지털 스틸 카메라에 있어서의 부품 장착 구조를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

GR1: 제1 렌즈군, GR2: 제2 렌즈군, GR3: 제3 렌즈군, GR4: 제4 렌즈군, GR5: 제5 렌즈군, L1∼L10: 렌즈, P1: 프리즘, IR: 조리개, FL: 필터, CG: 커버 유리, IMG: 상면(像面).

본 발명은 이와 같은 과제를 감안해 이루어진 것이며, 광학 성능을 손상시키지 않고, 프리즘을 더욱 소형화해 렌즈계 전체를 소형화하는 것이 가능한 리어 포커스식 줌 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명의 다른 목적은 광학 성능을 손상시키지 않고, 프리즘을 더욱 소형화해 렌즈계 전체를 소형화하는 것이 가능한 리어 포커스식 줌 렌즈를 사용한 촬상 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위해, 물체측으로부터 차례로 정의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군, 부의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군, 정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군, 정의 굴절력을 가지는 제4 렌즈군, 부의 굴절력을 가지는 제5 렌즈군을 포함하고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제4 렌즈군을 이동시킴으로써 주밍을 실행하도록 구성된 줌 렌즈에 있어서, 상기 제1 렌즈군은 물체측으로부터 차례로 부의 굴절력을 가지는 전측(前側) 렌즈군, 광로를 절곡하는 광학 부재, 정의 굴절력을 가지는 후측(後側) 렌즈군을 포함하며, 피사체 거리가 무한원(無限遠)에서의 상기 제5 렌즈군의 결상 배율(結像倍率)을 β5로 했을 때에, 1.0＜β5＜1.9의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈가 제공된다.

이와 같은 줌 렌즈에서는, 물체측으로부터 차례로 정, 부, 정, 정 및 부의 굴절력을 각각 가지는 5개의 렌즈군을 포함하고, 그 중 제2 및 제4 렌즈군을 이동시킴으로써 주밍을 실행하는 것이 가능하게 되어 있다. 그리고, 제1 렌즈군은 물체측으로부터 부의 굴절력을 가지는 전측 렌즈군, 광로를 절곡하는 광학 부재, 정의 굴절력을 가지는 후측 렌즈군을 포함함으로써, 주밍을 실행할 때의 제2 및 제4 렌즈군의 이동 방향이, 제1 렌즈군의 후측 렌즈군의 광축 방향이 되어, 렌즈계가 박형화된다. 이에 더해, 피사체 거리가 무한원에서의 상기 제5 렌즈군의 결상 배율 β5를 1.0보다 크게 함으로써, 상대적으로 그것보다 물체측 렌즈군의 초점 거리를 단축할 수 있어, 렌즈계의 전장을 단축할 수 있는 동시에, 제1 렌즈군의 전측 렌즈군 및 후측 렌즈군의 유효 직경을 더욱 작게 하는 것이 가능해진다. 단, 제5 렌즈군의 결상 배율 β5를 1.9보다 크게 한 경우에는, F 넘버를 작게 했을 때에 충분한 구면 수차(球面收差)의 보정(補正)이 곤란해져, 상면에의 결상 성능이 악화된다.

또, 상기 줌 렌즈는 제2 렌즈군을 물체측으로부터 상측(像側)으로 이동시키고, 제4 렌즈군을 상측으로부터 물체측으로 이동시킴으로써, 광각측으로부터 망원측으로 주밍을 실행하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 주밍 시에 제4 렌즈군을 한 방향으로 이동시킨 경우에도, 렌즈계를 박형화하는 효과를 얻는 것이 가능해진다. 또한, 이 경우에는, 제2 렌즈군을 이동시킴으로써 포커싱을 실행하도록 구성해도 된다. 이에 따라, 포커싱을 실행하기 위해 필요한 스트로크량이 작아진다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조해 설명한다.

도 1에서는, 예로서, 디지털 스틸 카메라 등 촬상 장치의 촬상 렌즈로서 사용되는 줌 렌즈의 구성예를 나타내고 있다. 이 줌 렌즈에서는, 물체측으로부터 상면(IMG)측으로 차례로 정의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군(GR1), 부의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군(GR2), 정의 굴절력을 제3 렌즈군(GR3), 정의 굴절력을 가지는 제4 렌즈군(GR4), 부의 굴절력을 가지는 제5 렌즈군(GR5)이 배치되어 있다. 또, 제3 렌즈군(GR3)의 상면(IMG)측에는, 광량을 조정하는 조리개(IR)가 배치되고, 제5 렌즈군(GR5)의 또한 상면(IMG)측에는, 적외 컷 필터라고 하는 저역 필터 등으로 이루어지는 필터(FL)와, 촬상 소자의 커버 유리(CG)가 배치되어 있다. 상면(IMG)은, 예를 들면, CCD(Charge Coupled Devices) 등 촬상 소자의 수광면이 된다.

이 줌 렌즈는 제2 렌즈군(GR2)과 제4 렌즈군(GR4)을 이동시켜 주밍을 실행하도록 구성되어 있다. 단초점 거리단으로부터 장초점 거리단에 주밍을 실행할 때에는, 제2 렌즈군을 물체측으로부터 상면(IMG)측으로, 제4 렌즈군을 상면(IMG)측으로부터 물체측으로 각각 이동시킨다. 또, 이 줌 렌즈는 이른바 리어 포커스 방식을 채용하고 있으며, 제4 렌즈군(GR4) 또는 제5 렌즈군(GR5)을 이동시킴으로써 포커싱을 실행하는 것이 가능하게 되어 있다.

또한, 제1 렌즈군(GR1)은 물체측으로부터 차례로 부의 굴절력을 가지는 1매의 렌즈(L1)와, 광로를 절곡하기 위한 프리즘(P1)과, 정의 굴절력을 가지는 1매의 렌즈(L2)에 의해 구성되어 있다. 따라서, 주밍이나 포커싱 시에 이동하는 렌즈의 이동 방향은, 가장 물체측 렌즈(L1)의 광축 방향과는 달리, 렌즈(L2)의 광축 방향이 된다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 렌즈(L1)를 물체측을 향해 볼록 형상이 된 메니스커스(meniscus) 렌즈에 의해 구성하고, 렌즈(L2) 쌍방의 렌즈면을 볼록 형상으로 해 구성하고 있다.

또, 제2 렌즈군(GR2)은 물체측으로부터 차례로 렌즈 L3, L14 및 L5의 3매의 렌즈에 의해 구성되고, 그 중 렌즈 L4와 L5 사이의 렌즈면이 접합되어 있다. 또, 제3 렌즈군(GR3)은 1매의 렌즈 L6에 의해 구성되어 있다. 또, 제4 렌즈군(GR4)은 2매의 렌즈 L7 및 L8에 의해 구성되고, 렌즈 L7과 렌즈 L8 사이의 렌즈면이 접합되어 있다. 또, 제5 렌즈군(GR5)은 2매의 렌즈 L9 및 L10에 의해 구성되고, 렌즈 L9와 렌즈 L10 사이의 렌즈면이 접합되어 있다.

여기에서, 도 1을 사용하여 본 발명의 개요에 대해 설명한다.

본 발명의 줌 렌즈는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 물체측으로부터 차례로 정, 부, 정, 정, 부의 굴절력을 각각 가지는 제1 렌즈군(GR1)∼제5 렌즈군(GR5)의 5군 구성이며, 또한, 제2 렌즈군(GR2)과 제4 렌즈군(GR4)을 이동시켜 주밍을 실행하도록 구성되어 있다. 또, 제1 렌즈군(GR1)은 물체측으로부터 차례로 부의 굴절력을 가지는 전측 렌즈군, 광로를 절곡하는 광학 부재, 정의 굴절력을 가지는 후측 렌즈를 포함하고 있다. 제1 렌즈군을 이와 같은 구성으로 함으로써, 주밍이나 포커싱 시에 이동하는 렌즈의 이동 방향이 후측 렌즈군의 광축 방향이 되므로, 렌즈계의 안길이를 축소하는 동시에, 그 안길이를 주밍 시, 포커싱 시, 또는 전원의 온/오프에 관계 없이 항상 일정하게 할 수 있다.

그리고, 본 실시 형태에서는, 예로서, 제1 렌즈군(GR1)의 전측 렌즈군 및 후측 렌즈군으로서 각각 1매의 렌즈(L1 및 L2)가 설치되고, 광로를 절곡하는 광학 부재로서 프리즘(P1)이 설치되어 있다.

또, 본 발명의 줌 렌즈는 다시, 이하의 식 (4)의 조건을 만족시키도록 구성된다.

1.0＜β5＜1.9 …… (4)

단, 물체까지의 거리가 무한원으로 되었을 때의 제5 렌즈군(GR5)의 결상 배율을 β5로 한다. 이 식 (4)의 조건과 같이, 결상 배율 β5가 하한값을 상회하도록 설계된 경우, 그것보다 물체측 렌즈의 초점 거리를 단축하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 렌즈계의 전장을 단축할 수 있는 동시에, 제1 렌즈군(GR1)의 렌즈 유효직경을 작게 하는 것이 가능해지며, 이에 따라 광로를 절곡하는 광학 부재[도 1에서는 프리즘(P1)]를 소형화할 수 있으므로, 렌즈계의 안길이가 더욱 축소된다.

반대로, 결상 배율 β5가 식 (4)의 하한값을 하회하면, 특히 제1 렌즈군(GR1)의 전측 렌즈군[도 1에서는 렌즈(L1)]의 유효 직경을 작게 하는 것이 곤란해진다. 또, 결상 배율 β5가 식 (4)의 상한값을 상회하면, F 넘버를 작게 하도록 설계한 경우에, 구면 수차를 충분히 보정하는 것이 불가능해지고, 또, 사출동(射出瞳)이 상면(IMG)에 가까워져, 활상 소자에 입사되는 광의 각도가 수직으로부터 크게 벗어나 버리기 때문에, 세이딩(shading) 등이 발생해 결상 성능이 악화된다.

그런데, 본 발명의 줌 렌즈에서는, 상기 조건을 만족시키도록 구성됨으로써, 단초점 거리단으로부터 장초점 거리단에 대해 주밍을 실행할 때에, 이동하는 각 렌즈군의 이동 방향을 한 방향으로 할 수 있다. 구체적으로는, 제2 렌즈군(GR2)을 물체측으로부터 상면(IMG)측으로 이동시키고, 제4 렌즈군(GR4)을 상면(IMG)측으로부터 물체측으로 이동시킴으로써, 단초점 거리단으로부터 장초점 거리단으로의 주밍을 실행할 수 있다. 또, 상기 줌 렌즈에서는, 제4 렌즈군(GR4)의 이동에 의한 변배비(變倍比)의 변화를 비교적 크게 함으로써, 상대적으로 제2 렌즈군(GR2)의 스트로크를 작게 할 수 있다.

또, 상기 조건을 만족시키는 본 발명의 줌 렌즈에서는, 제2 렌즈군(GR2) 또는 제4 렌즈군(GR4)을 이동시킴으로써 포커싱을 실행하는 것이 가능하지만, 제2 렌즈군(GR2)을 이동시켜 포커싱을 실행하도록 함으로써, 렌즈의 스트로크가 작아져,렌즈계의 전장을 단축할 수 있다.

5군 구성의 렌즈계를 가지는 종래의 줌 렌즈에서는, 단초점 거리단으로부터 장초점 거리단으로 서서히 주밍을 실행할 때에, 제4 렌즈군을 먼저 물체측 방향으로 이동시키고, 도중에서 이동 방향을 역전시켜 상면(IMG)측으로 이동시키는 것이 일반적이며, 이와 같이, 제4 렌즈군(GR4)이 주밍 도중에 변곡점(變曲點)을 가지는 경우에는, 변곡점 부근에서 제2 렌즈군(GR2)에 의한 포커싱이 불가능하게 된다고 하는 문제가 있었다. 본 발명의 줌 렌즈에서는 이와 같은 문제가 생기지 않아, 제2 렌즈군(GR2)의 이동에 의한 포커싱이 가능하게 되어 있다.

또, 렌즈의 이동 스페이스에 대해서는, 주밍을 위한 스트로크에 더해, 포커싱을 위한 스트로크를 고려해 결정될 필요가 있지만, 이 때, 단초점 거리단에서의 포커싱보다 장초점 거리단에서의 포커싱 쪽이 더 큰 스트로크가 필요해진다. 본 발명의 경우, 제2 렌즈군(GR2)은 포커싱을 위해 필요한 스트로크가 작은 단초점 거리단에서는 가장 물체측에 위치하고, 큰 스트로크가 필요한 장초점 거리단에에서는 가장 상면(IMG)측에 위치한다. 따라서, 포커싱을 위해 물체측에 필요한 제2 렌즈군(GR2)의 스트로크가 작아지는 동시에, 장초점 거리단에서는, 이동하는 제2 렌즈군(GR2)과 제4 렌즈군(GR4) 사이의 위치가 되기 때문에, 포커싱을 위해 필요한 스트로크가 전장에 주는 영향이 적어진다. 그 결과, 렌즈계의 전장을 더욱 단축하는 것이 가능해진다. 또한, 전술한 바와 같이, 본 발명의 줌 렌즈에서는, 주밍 시의 제2 렌즈군(GR2)의 스트로크가 작아지고 있기 때문에, 렌즈계 전장의 단축 효과가 크다.

이상과 같은 주밍 시 및 포커싱 시의 렌즈 구동을 실행하기 위해서는, 제2 렌즈군(GR2) 및 제4 렌즈군(GR4)의 각 스트로크 사이에, 이하의 식 (5)의 조건이 성립되도록 구성하는 것이 바람직하다.

0.5＜｜dZ2/dZ4｜＜1.2 …… (5)

단, 제2 렌즈군(GR2)의 단초점 거리단으로부터 장초점 거리단까지의 스트로크를 dZ2, 피사체 거리가 무한원에서의 제4 렌즈군(GR4)의 단초점 거리단으로부터 장초점 거리단까지에서의 스트로크를 dZ로 한다. 여기에서, 상기 식 (5)의 하한값을 하회하면, 제4 렌즈군(GR4)의 유효 직경을 크게 할 필요가 생겨, 렌즈계 전체의 두께가 늘어나 버린다. 또, 식 (5)의 상한값을 상회하면, 제1 렌즈군(GR1) 및 제2 렌즈군(GR2)의 유효 직경을 크게 할 필요가 생겨, 마찬가지로 렌즈계 전체의 두께가 늘어나 버린다.

또, 본 발명의 줌 렌즈에 대해서는, 제3 렌즈군(GR3)과 제5 렌즈군(GR5)의 초점 거리비(比)를 규정하는 이하의 식 (6)을 더 만족시키도록 구성되는 것이 바람직하다.

｜f5/f3｜＞2.1 …… (6)

단, 제3 렌즈군(GR3)의 초점 거리를 f3, 제5 렌즈군(GR5)의 초점 거리를 f5로 한다. 여기에서, 식 (6)의 하한값을 하회하고, 제5 렌즈군(GR5)의 굴절력이 너무 강해진 경우에는, 부의 페츠발(Petzval) 합이 증대되어 상면 만곡의 보정이 곤란해진다.

또, 전술한 바와 같이, 제1 렌즈군(GR1)은 부의 굴절력을 가지는 전측 렌즈 군과, 광로를 절곡하는 광학 부재와, 정의 굴절력을 가지는 후측 렌즈군을 포함하지만, 이들 중, 렌즈(L1)를 물체측을 향해 볼록 형상이 된 메니스커스 렌즈에 의해 구성하고, 렌즈(L2) 쌍방의 렌즈면을 볼록 형상으로서 구성함으로써, 렌즈(L1)의 유효 직경을 작게 해, 프리즘(P1)을 더욱 소형화하는 것이 가능해진다. 이와 같은 구성의 경우, 렌즈(L1)에 대해서는, 다시 이하의 식 (7) 및 (8)을 만족시키도록 구성되는 것이 바람직하다.

neL1＞1.8 …… (7)

νeL1＜30 …… (8)

단, 렌즈(L1)의 e선에 대한 굴절률을 neL1, 렌즈(L1)의 e선을 기준으로 한 아베 수(Abbe's number)를 νeL1로 한다. 여기에서, 식 (7)의 조건을 만족시킴으로써, 제1 렌즈군(GR1)에서의 구면 수차 보정을 용이하게 실행하는 것이 가능해진다. 또, 식 (8)의 조건을 만족시킴으로써, 제1 렌즈군(GR1)에서의 색수차(色收差) 보정을 용이하게 실행하는 것이 가능해진다.

다음에, 도 1에 나타낸 구성을 가지는 줌 렌즈의 구체적인 수치 실시예에 대해 설명한다.

표 1에 제1 실시예의 각 수치를 나타낸다. 또, 표 2에 제1 실시예에 있어서의 각 초점 위치에서의 초점 거리 f, F 넘버(F No.) 및 반화각(半畵角) ω의 값을나타낸다. 또한, 표 3에 제1 실시예에서 비구면으로 구성된 면의 비구면 계수를 나타낸다.

그리고, 표 1(후술하는 표 2 및 표 3도 동일)에서 면(面) 번호 S1∼S24는 렌즈(L1∼L10), 프리즘(P1), 조리개(IR), 필터(FL) 및 커버 유리(CG)의 중심축에 있어서의 광의 입사면 및 출사면을, 물체측으로부터 차례로 나타내고 있다. 예를 들면, S1은 렌즈(L1)의 물체측 렌즈면을 나타내고, S2는 그 상면(IMG)측 렌즈면을 나타내고 있다. 또, S3은 프리즘(P1)의 물체측 면을 나타내고, S4는 그 상면(IMG)측의 면을 나타내고 있다. 또, 접합 렌즈에 대해서는, 각 렌즈의 접합면을 동일한 면 번호로 나타내고 있다. 예를 들면, S10은 렌즈(L4)와 렌즈(L5)의 접합면을 나타내고 있다.

또, R은 각면의 곡률, d는 면과 면의 간격, ne는 e선에 대한 굴절률, νe는 e선을 기준으로 한 아베 수를 각각 나타낸다. 곡률 R의 난에서는, 수치의 뒤에(ASP)로 나타낸 면은 그 면이 비구면에 의해 구성된 것을 나타내고 있다. 또, 간격 d는 그 면과, 상면(IMG)측에 인접하는 면 사이의 간격을 나타내고 있다. 예를 들면, 면 번호 S1의 난에 기재된 간격 d의 값은 렌즈(L1)의 물체측과 상면(IMG)측 사이의 두께를 나타내고 있다. 또, 주밍이나 포커싱 시에 이동하는 면의 간격 d에 대해서는, 주밍 시의 단초점 거리단, 중간 초첨 거리, 장초점 거리단의 순으로 나타내고 있다.

또, 본 제1 실시예에서는, 렌즈(L2)의 양면(S5 및 S6), 렌즈(L6)의 물체측 면(S12), 및 렌즈(L7)의 물체측 면(S15)이 각각 비구면에 의해 구성되어 있다. 비구면의 형상은 이하의 식 (9)에 의해 표현된다.

단, 각 렌즈면의 정점으로부터의 광축 방향의 거리를 x, 정점에서의 렌즈의 곡률 반경을 r, 원뿔 정수(定數)를 κ로 한다. 또, 4차, 6차, 8차 및 10차의 비구면 계수를 각각 C4, C6, C8, 및 C10으로 하고 있으며, 표 3(후술하는 표 6 및 표 9에서도 동일)에서는, 이들 비구면 계수의 값을 나타내고 있다. 또, 표 3(후술하는 표 6 및 표 9에서도 동일) 중의 "E"는 10을 밑변으로 하는 지수 표현을 의미하고 있다.

이 제1 실시예와 같이, 제1 렌즈군(L1)이 구비하는 렌즈 중 적어도 1개의 렌즈면을 비구면으로 함으로써, 왜곡 수차가 보정되는 동시에, 렌즈(L1)의 유효 직경을 작게 해, 프리즘(P1)을 소형화하는 것이 가능해진다. 또, 제5 렌즈군(GR5)에서, 렌즈(L9)와 렌즈(L10)의 접합면(S19)이 물체측에 볼록형의 형상으로 되어 있으므로, 색수차가 보정되는 동시에, 렌즈 성능 악화에 대한 제5 렌즈군(GR5)의 민감도를 저감할 수 있다. 그리고, 접합 렌즈를 사용함으로써, 당해 렌즈군 내에서의 편심에 의한 상면의 넘어짐이나, 코마 수차의 발생량을 작게 하는 동시에, 제조를 용이하게 할 수 있다.

도 2∼도 4는 각각 단초점 거리단, 중간 초점 거리, 장초점 거리단에서의 여러 수차도이다.

여기에서, 각 도면의 (A)는 구면 수차를 나타내고 있으며, 세로축이 개방 F값과의 비율, 가로축이 포커스량을 나타내고 있다. 또, 실선은 e선(파장 546.1nm), 파선은 g선(파장 435.8nm), 1점 쇄선은 C선(656.3nm)에서의 구면 수차를 각각 나타내고 있다. 또, 각 도면의 (B)는 비점 수차를 나타내고 있으며, 세로축이 상 높이, 가로축이 포커스량을 나타내고, 실선은 새지털(saggital) 상면, 파선은 메리디오널(meridional) 상면에서의 값을 나타내고 있다. 또한, 각 도면의 (C)는 왜곡 수차를 나타내고 있으며, 세로축이 상 높이, 가로축이 비율(%)을 나타내고 있다(그리고, 후술하는 도 5∼도 10에서도 동일하다).

다음에, 제2 실시예에 대하여 설명한다. 표 4에 제2 실시예의 각 수치를 나타낸다. 표 5에 제2 실시예에 있어서의 각 초점 위치에서의 초점 거리 f, F 넘버(F No.) 및 반화각 ω의 값을 나타낸다. 또한, 표 6에 제2 실시예에서 비구면으로 된 면의 비구면 계수를 나타낸다.

이 제2 실시예에서는, 렌즈(L2)의 양면(S5 및 S6), 렌즈(L6)의 양면(S12 및 S13), 및 렌즈(L7)의 물체측 면(S15)이 각각 비구면에 의해 구성되어 있다.

이상의 제2 실시예에서는, 제1 실시예와 동일하게 제1 렌즈군(GR1)의 렌즈(L2) 양면(S5 및 S6)이 비구면으로 됨으로써, 왜곡 수차가 보정되는 동시에, 프리즘(P1)이 소형화되어 있다. 또, 제5 렌즈군(GR5)에 사용된 접합 렌즈[렌즈(L9) 및 렌즈(L10)]의 접합면(S19)이 물체측에 볼록형의 형상으로 되어 있고, 색수차가 보정되어 있다.

도 5∼도 7은 각각 단초점 거리단, 중간 초점 거리, 장초점 거리단에서의 여러 수차도이다. 각 도면에서, (A)는 구면 수차, (B)는 비점 수차, (C)는 왜곡 수차를 나타내고 있다.

다음에, 제3 실시예에 대해 설명한다. 표 7에 제3 실시예의 각 수치를 나타낸다. 표 8에 제3 실시예에 있어서의 각 초점 위치에서의 초점 거리 f, F 넘버(F No.) 및 반화각 ω의 값을 나타낸다. 또한, 표 9에 제3 실시예에서 비구면으로 된 면의 비구면 계수를 나타낸다.

이 제3 실시예에서는, 렌즈(L2)의 양면(S5 및 S6), 렌즈(L6)의 양면(S12 및 S13), 및 렌즈(L7)의 물체측 면(S15)이 각각 비구면에 의해 구성되어 있다.

이상의 제3 실시예에서는, 제1 실시예와 동일하게 제1 렌즈군(GR1)의 렌즈(L2) 양면(S5 및 S6)이 비구면으로 되어, 왜곡 수차가 보정되는 동시에, 프리즘(P1)이 소형화되어 있다. 또, 제5 렌즈군(GR5)에 사용된 접합 렌즈[렌즈(L9) 및 렌즈(L10)]의 접합면(S19)이 물체측에 볼록형의 형상으로 되어 있고, 색수차가 보정되어 있다.

도 8∼도 10은 각각 단초점 거리단, 중간 초점 거리, 장초점 거리단에서의 여러 수차도이다. 각 도면에서, (A)는 구면 수차, (B)는 비점 수차, (C)는 왜곡 수차를 나타내고 있다.

여기에서, 표 10에 제1, 제2 및 제3 실시예에서, 상기 각 식 (4)∼(8)의 조건을 구하기 위한 수치를 나타낸다.

이 표 10에 나타내는 바와 같이, 상기 제1∼제3 실시예는 식 (4)∼(8)의 각 조건을 만족시키고 있다. 또, 도 2∼도 10의 여러 수차도에 의하면, 각 실시예 모두 단초점 거리단, 중간 초점 거리 및 장초점 거리단에서, 여러 수차가 밸런스 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 3배 정도의 변배비를 가지는 촬상 장치용, 특히 화소수가 비교적 많은 디지털 스틸 카메라용 줌 렌즈로서, 바람직한 것이 실현되고 있다.

다음에, 상기 줌 렌즈를 사용한 촬상 장치의 예에 대해 설명한다. 또 11은 본 발명의 줌 렌즈를 탑재 가능한 디지털 스틸 카메라의 구성예를 나타내는 블록도이다.

도 11에 나타내는 디지털 스틸 카메라는 촬상 기능을 담당하는 카메라 블록(10)과, 촬상된 화상 신호의 아날로그-디지털 변환 등의 신호 처리를 실행하는 카메라 신호 처리부(20)와, 화상 신호의 기록 재생 처리를 실행하는 화상처리부(30)와, 촬상된 화상 등을 표시하는 LCD(Liquid Crystal Display)(40)와, 메모리 카드(51)에의 기록/판독을 실행하는 R/W(리더/라이터)(50)와, 장치 전체를 제어하는 CPU(60)와, 유저에 의한 조작 입력을 위한 입력부(70)와, 카메라 블록 내의 렌즈 구동을 제어하는 렌즈 구동 제어부(80)를 포함한다.

카메라 블록(10)은 본 발명이 적용되는 줌 렌즈(11)를 포함하는 광학계나, CCD 등 촬상 소자(12) 등에 의해 구성된다. 카메라 신호 처리부(20)는 촬상 소자(12)로부터의 출력 신호에 대한 디지털 신호에의 변환이나, 노이즈 제거, 화질 보정, 휘도ㆍ색차 신호에의 변환 등 신호 처리를 실행한다. 화상 처리부(30)는 소정 화상 데이터 포맷에 따른 화상 신호의 압축 부호화ㆍ신장(伸張) 복호화 처리나, 해상도 등 데이터 사양(仕樣)의 변환 처리 등을 실행한다.

메모리 카드(51)는 착탈 가능한 반도체 메모리로 이루어진다. R/W(50)는 화상 처리부(30)에 의해 부호화된 화상 데이터를 메모리 카드(51)에 기록하고, 또 메모리 카드(51)에 기록된 화상 데이터를 판독한다. CPU(60)는 디지털 스틸 카메라 내의 각 회로 블록을 제어하는 제어 처리부이며, 입력부(70)로부터의 지시 입력 신호 등에 따라 각 회로 블록을 제어한다.

입력부(70)는, 예를 들면, 셔터 조작을 실행하기 위한 셔터 릴리스 버튼이나, 동작 모드를 선택하기 위한 선택 스위치 등에 의해 구성되며, 유저에 의한 조작에 따른 지시 입력 신호를 CPU(60)에 대해 출력한다. 렌즈 구동 제어부(80)는 CPU(60)로부터의 제어 신호에 따라, 줌 렌즈(11) 내의 렌즈를 구동하는 도시하지 않은 모터 등을 제어한다.

이하, 이 디지털 스틸 카메라의 동작을 간단히 설명한다.

촬영 대기 상태에서는, CPU(60)에 의한 제어 하에, 카메라 블록(10)에서 촬상된 화상 신호가 카메라 신호 처리부(20)를 통해 LCD(40)에 출력되어, 카메라 스루 화상으로서 표시된다. 또, 입력부(70)로부터의 주밍을 위한 지시 입력 신호가 입력되면, CPU(60)가 렌즈 구동 제어부(80)에 제어 신호를 출력하고, 렌즈 구동 제어부(80)의 제어에 따라 줌 렌즈(11) 내의 소정 렌즈가 이동된다.

그리고, 입력부(70)로부터의 지시 입력 신호에 의해 카메라 블록(10)의 도시하지 않는 셔터가 끊어지면, 촬상된 화상 신호가 카메라 신호 처리부(20)로부터 화상 처리부(30)로 출력되어 압축 부호화 처리되고, 소정 데이터 포맷의 디지털 데이터로 변환된다. 변환된 데이터는 R/W(50)에 출력되고, 메모리 카드(51)에 기록된다.

그리고, 포커싱은, 예를 들면 셔터 릴리스 보턴이 반 눌려진 경우, 또는 기록을 위해 완전히 눌려진 경우 등에, CPU(60)로부터의 제어 신호에 따라 렌즈 구동 제어부(80)가 줌 렌즈(11) 내의 소정 렌즈를 이동시킴으로써 실행된다.

또, 메모리 카드(51)에 기록된 화상 데이터를 재생하는 경우에는, 입력부(70)에 의한 조작에 따라, R/W(50)에 의해 메모리 카드(51)로부터 소정 화상 데이터가 판독되어, 화상 처리부(30)에서 신장 복호화 처리된 후, 재생 화상 신호가 LCD(40)에 출력된다. 이에 따라 재생 화상이 표시된다.

도 12는 이 디지털 스틸 카메라에 있어서의 부품의 장착 구조를 나타내는 단면도이다.

도 12에서는, 도면 중 좌측에 피사체가 존재하는 경우의 디지털 스틸 카메라의 내부를 나타내고 있다. 줌 렌즈(11)는 카메라 하우징(90)의 내부에 수납되어 있고, 그 하부에 촬상 소자(12)가 설치된다. 또, LCD(40)는 피사체와 대향하는 측의 카메라 하우징(90)면에 설치되며, 촬영 시에 화각을 맞추기 위해 사용된다.

본 발명의 줌 렌즈는 피사체로부터의 광의 광축을 프리즘에 의해 절곡하고, 다시 그 절곡된 방향(도면 중의 상하 방향)에 따라 소정 렌즈를 이동시킴으로써 주밍이나 포커싱을 실행하는 것이 가능하게 되어 있다. 따라서, 줌 렌즈(11)를 카메라 하우징(90)으로부터 돌출시키지 않고 촬영을 실행하는 것이 가능해, 촬영 시의 카메라 본체의 안길이가 단축된다. 이에 더하여, 전술한 조건을 만족시키도록 줌 렌즈(11)가 설계됨으로써, 카메라 하우징(90)의 더 한층의 박형화, 및 상하 방향의 소형화가 가능하게 되어, 소형이면서 3∼5배 정도의 주밍이 가능하고, 또한, 각종 초점 거리에서 수차가 적은 고화질의 촬상 영상을 얻는 것이 가능하다.

그리고, 상기 실시 형태에서는, 본 발명의 줌 렌즈를 디지털 스틸 카메라에 적용한 경우에 대해 설명했지만, 예를 들면, 비디오 카메라라고 하는 다른 촬상 장치 등에 적용하는 것도 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 줌 렌즈에서는, 물체측으로부터 차례로 정, 부, 정, 정 및 부의 굴절력을 각각 가지는 5개의 렌즈군을 포함하고, 그 중 제2 및 제4 렌즈군을 이동시킴으로써 주밍을 실행하는 것이 가능하게 되고, 또한, 제1 렌즈군이 물체측으로부터 부의 굴절력을 가지는 전측 렌즈군, 광로를 절곡하는광학 부재, 정의 굴절력을 가지는 후측 렌즈군을 포함함으로써, 주밍을 실행할 때의 제2 및 제4 렌즈군의 이동 방향이, 제1 렌즈군의 후측 렌즈군의 광축 방향이 되어, 렌즈계가 박형화된다. 이에 더해, 피사체 거리가 무한원에서의 상기 제5 렌즈군의 결상 배율 β5를 1.0보다 크게 함으로써, 상대적으로 그것보다 물체측 렌즈군의 초점 거리를 단축할 수 있어, 렌즈계의 전장을 단축할 수 있는 동시에, 제1 렌즈군의 전측 렌즈군 및 후측 렌즈군의 유효 직경을 더욱 작게 하는 것이 가능해진다. 단, 제5 렌즈군의 결상 배율 β5를 1.9보다 크게 한 경우에는, F 넘버를 작게 했을 때에 충분한 구면 수차의 보정이 곤란해져, 상면에의 결상 성능이 악화된다. 따라서, 제5 렌즈군의 결상 배율 β5에 대한 상기 조건을 만족시킴으로써, 양호한 광학 성능을 유지하면서, 제1 렌즈군의 광학 부재를 보다 소형화해, 렌즈계 전체를 박형화하는 것이 가능해진다.

또, 상기 줌 렌즈를, 제2 렌즈군을 물체측으로부터 상측(像側)으로 이동시키고, 제4 렌즈군을 상측으로부터 물체측으로 이동시킴으로써, 광각측으로부터 망원측으로 주밍을 실행하도록 구성한 경우에는, 주밍 시에 제4 렌즈군의 이동 방향을 한 방향으로 하면서도, 렌즈계를 박형화하는 효과를 얻는 것이 가능해진다. 또한, 제2 렌즈군을 이동시킴으로써 포커싱을 실행하도록 구성한 경우에는, 포커싱을 실행하기 위해 필요한 스트로크량이 작아지므로, 렌즈계의 전장을 단축할 수 있다.

Claims

물체측으로부터 차례로 정(正)의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군(群), 부(負)의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군, 정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군, 정의 굴절력을 가지는 제4 렌즈군, 부의 굴절력을 가지는 제5 렌즈군을 포함하고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제4 렌즈군을 이동시킴으로써 주밍(zooming)을 실행하도록 구성된 줌 렌즈에 있어서,

상기 제1 렌즈군은 물체측으로부터 차례로 부의 굴절력을 가지는 전측(前側) 렌즈군, 광로를 절곡하는 광학 부재, 정의 굴절력을 가지는 후측(後側) 렌즈군을 포함하며,

피사체 거리가 무한원(無限遠)에서의 상기 제5 렌즈군의 결상 배율(結像倍率)을 β5로 했을 때에,

1.0＜β5＜1.9

의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 제2 렌즈군을 물체측으로부터 상면측(像面側)으로 이동시키고, 상기 제4 렌즈군을 상면측으로부터 물체측으로 이동시킴으로써, 광각(廣角)측으로부터 망원측으로 주밍을 실행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
제2항에 있어서,

상기 제2 렌즈군을 이동시킴으로써 포커싱을 실행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
제3항에 있어서,

상기 제2 렌즈군의 단초점(短焦点) 거리단(距離端)으로부터 장초점(長焦点) 거리단까지의 스트로크를 dZ2, 피사체 거리가 무한원에서의 상기 제4 렌즈군의 단초점 거리단으로부터 장초점 거리단까지의 스트로크를 dZ4로 했을 때에,

0.5＜｜dZ2/dZ4｜＜1.2

의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 제3 렌즈군의 초점 거리를 f3, 상기 제5 렌즈군의 초점 거리를 f5로 했을 때에,

｜f5/f3｜＞2.1

의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 제1 렌즈군이 구비하는 렌즈 중 적어도 1개의 면은 비구면(非球面)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 제5 렌즈군은 물체측을 향한 면이 볼록면으로 된 접합면을 가지는 접합 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 제1 렌즈군에서,

상기 전측 렌즈군은 물체측을 향해 볼록형 형상으로 된 부의 굴절력을 가지는 1매의 메니스커스(meniscus) 렌즈로 이루어지며,

상기 광학 부재는 프리즘으로 이루어지며,

상기 후측 렌즈군은 양면이 볼록면으로 된 1매의 렌즈로 이루어지는

것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
제8항에 있어서,

상기 전측 렌즈군의 e선에 대한 굴절률을 neL1, 상기 전측 렌즈군의 e선을 기준으로 한 아베 수(Abbe's number)를 νeL1로 했을 때에,

neL1＞1.8

νeL1＜30

의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 줌 렌즈.
물체측으로부터 차례로 정의 굴절력을 가지는 제1 렌즈군, 부의 굴절력을 가지는 제2 렌즈군, 정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈군, 정의 굴절력을 가지는 제4 렌즈군, 부의 굴절력을 가지는 제5 렌즈군을 포함하고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제4 렌즈군을 이동시킴으로써 주밍을 실행하도록 구성된 줌 렌즈를 촬상 렌즈로서 사용한 촬상 장치에 있어서,

상기 제1 렌즈군은 물체측으로부터 차례로 부의 굴절력을 가지는 전측 렌즈군, 광로를 절곡하는 광학 부재, 정의 굴절력을 가지는 후측 렌즈군을 포함하며,

피사체 거리가 무한원에서의 상기 제5 렌즈군의 결상 배율을 β5로 했을 때에,

1.0＜β5＜1.9

의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.