KR20050021952A - 변배 촬상 렌즈 및 변배 촬상 장치 - Google Patents

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Abstract

부, 정, 부의 렌즈 어레이이면서, 사출각을 억제할 수 있고, 게다가 극히 조밀한 광학계를 실현하는 것이 가능한 변배 촬상 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.
부의 굴절각을 갖는 1매 구성으로 된 제 1 렌즈군(110), 정 및 부의 굴절력을 갖는 3매 구성으로 되고 전체로서 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군(120), 및 부의 굴절력을 갖는 1매 구성의 제 3 렌즈군(130)에 의해 변배 촬상 렌즈(100)의 촬상 광학계가 구성되어 있다. 즉, 촬상 광학계가, 부, 정, 부의 렌즈 구성이고, 물체측 OBJS로부터 순서대로 배치한 제 1 렌즈군(110)이 1매 구성, 제 2 렌즈군(120)이 3매 구성, 제 3 렌즈군(130)이 1매 구성의 합계 5매의 렌즈로 구성되어 있다.

Description

변배 촬상 렌즈 및 변배 촬상 장치{VARIABLE POWER IMAGING LENS AND VARIABLE POWER IMAGING APPARATUS}
본 발명은 촬상 소자를 이용한 디지털 스틸 카메라나 휴대 전화 탑재 카메라, 휴대 정보단말기 탑재 카메라와 같은 전체 길이의 규제가 엄격한 촬상 렌즈 장치에 관한 것으로, 특히, 휴대 전화기 등에도 탑재 가능한 적절한 렌즈 전체 길이 및 높은 광학 성능을 갖는 변배 촬상 렌즈 및 변배 촬상 장치에 관한 것이다.
정보의 다양화에 따라, 휴대 전화기나 휴대 정도 단말에 촬상 렌즈가 탑재되고, 또 정보 전달 속도의 향상에 의해 화상의 정보량도 급속하게 증대하고 있다. 그리고, 이미 고정 초점 렌즈가 탑재되고, 변배 렌즈를 탑재한 휴대 장치가 여러가지 제안되어 있다.
이러한 종류의 휴대 장치인 휴대 전화기나 휴대 정보단말기 등에 카메라 모듈(module)을 탑재하기 위해서는, 광학(렌즈)계가 극히 조밀할 필요가 있다.
이러한 요망에 따라서, 조밀화를 실현한 변배 기능을 갖춘 소형 줌 렌즈가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1: 일본국 특허공개 평성 제9-311275호 공보 참조).
이 특허문헌 1에 기재한 줌 렌즈는, 정의 파워를 갖는 전군(前群)과 부의 파워를 갖는 후군(後群)으로 구성되어 있다.
그리고, 전군(前群)이 물체측으로부터 부의 파워가 서로 붙어서, 렌즈, 메니스커스 부 렌즈, 양면 볼록 정 렌즈, 양면 볼록 정 렌즈의 4군 5매, 후군이 양면 볼록 정 렌즈, 부 렌즈, 메니스커스 부 렌즈의 3군 3매의 합계 7군 8매의 렌즈로 구성되고, 제 3 군 혹은 제 4 군의 렌즈중 적어도 하나의 면에 비구면을 채용함으로써, 소형이면서 고성능인 광학계를 구성한다.
그런데, 제조 가능한 두께를 갖는 렌즈, 및 변배에 따른 렌즈군의 이동량을 고려에 넣으면 자명한 것이지만, 휴대 장치에 탑재 가능하고 극히 조밀한 광학계를 실현하기 위한 조건중 하나로, 광학계를 구성하는 렌즈 매수가 적은 것을 들 수 있다.
그러나 상술한 특허문헌 1에 기재된 줌 렌즈는, 렌즈의 구성 매수가 7군8매로 비교적 많아서, 촬상 광학계의 소형화에는 한계가 있고, 그래서 휴대 전화기 등의 전체 길이에 제한이 있는 기기에 대하여 충분한 소형화가 되어 있다고는 말하기 어렵다.
변배 기능을 갖는 광학계에 있어서, 구성매수가 2매 내지 5매 정도인 적은 렌즈 매수로 구성되어 있는 예는, 물리적인 크기가 작은 것으로서 촬상 소자를 대상으로 한 촬상 렌즈로 대강 한정된다.
조밀한 디지탈 스틸 카메라나 휴대전화 탑재 카메라에 사용되는 촬상 소자는, 통례로서, 은염 필름에 비교해 촬상면 사이즈가 수% 내지 20% 정도로 극단적으로 작기 때문에, 통례로서 높은 광학성능을 확보할 수 있도록 해야 한다.
따라서, 촬상 소자를 이용한 촬상 광학계는, 텔레센트릭(telecentric)성을 중시하기 때문에, 렌즈 타입으로서는 이하의 2대로 분류된다.
제 1의 타입은, 물체측으로부터 부의 굴절력의 제 1 렌즈군, 및 정의 굴절력의 제 2의 렌즈군으로 이루어진 2군 구성 렌즈 타입이다. 이 2군 구성 렌즈 타입에서는, 최소 2매의 렌즈로 구성할 수 있다.
이 제 1 타입은, 이른바 레트로포커스(retrofocus) 타입이며, 광각화(廣角化)에 용이하게 적용할 수 있다고 하고 있다.
그러나, 상술한 제 1의 렌즈 타입은, 이른바 레트로포커스 타입이며, 광각화에 용이하게 적용할 수 있다고 하였지만, 휴대전화기 등, 전체 길이에 제한이 있는 기기에 대하여는 충분한 소형화가 이루어지고 있다고 말하기 어렵다.
제 2의 타입은, 물체측으로부터 부의 굴절력의 제 1 렌즈군, 정의 굴절력의 제 2 렌즈군, 및 정의 굴절력의 제 3 렌즈군으로 이루어진 3군 구성 렌즈 타입이다. 이 3군 구성의 렌즈 타입에서는, 최소 3매의 렌즈로 구성할 수 있다.
그리고, 이 렌즈 타입은, 텔레센트릭성이 뛰어나서, 촬상 소자를 이용한 광학계에서 자주 채용되고 있다.
그러나, 제 2의 렌즈 타입은, 텔레센트릭성이 뛰어나지만, 전술한 부, 정의 2군 구성과 마찬가지로 레트로포커스 타입이기 때문에, 충분한 소형화가 이루어져 있다고는 말하기 어렵다.
한편, 물체측에서 부의 굴절력의 제 1 렌즈군, 정의 굴절력의 제 2 렌즈군, 및 부의 굴절력의 제 3 렌즈군으로 구성된다. 이른바, 부, 정, 부의 렌즈 타입의 것이 제안되어 있다. 이 렌즈 타입쪽이 텔레포토계의 작용을 강하게 할 수 있기 때문에, 광학계 전체 길이를 단축 가능하게 우위여서, 은염 필름을 대상으로 한 촬상 렌즈에 적당하다.
그러나, 이 렌즈 타입은 촬상면에 가장 가까운 렌즈군인 제 3 렌즈군이 부의 굴절력을 갖기 때문에, 광학계로부터의 사출각이 뛰어 오르는 경향이 있고, 촬상 소자를 대상으로 하여 이용하는 경우에는, 촬상 소자의 개구로 인한 케라레(ケラレ: eclips)가 우려된다.
휴대전화기를 비롯하여 지극히 조밀한 것을 필요로 하는 광학계에 있어서, 상기와 같은 이른바 레트로포커스 타입에서는 조밀화가 곤란하다.
한편, 텔레포토계의 작용을 강하게 한 부, 정, 부의 렌즈 타입은 조밀화의 면에서는 우위이지만, 광학계로부터의 사출각을 뛰어 오르는 경향이 있다. 또한, 작금의 촬상 소자에서는, 개구로 인한 케라레의 감소를 촉진하기 위해서, 각 화소에 마이크로 렌즈를 탑재하고, 이 마이크로 렌즈에 의해 보정을 실행하는 것이 일반화되어 있다.
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 부, 정, 부의 렌즈 타입이면서, 사출각을 억제하는 것이 가능하고, 더구나 극히 조밀한 광학계를 실현하는 것이 가능한 변배 촬상 렌즈 및 변배 촬상 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1의 관점은, 촬상 소자를 대상으로 한 변배 기능을 갖춘 촬상 광학계를 갖는 변배 촬상 렌즈에 있어서, 상기 촬상 광학계가, 물체측으로부터 순차로 배치한 5매의 렌즈로 구성되고, 변배비가 약 2.5 이하이며, 또한 이하의 수학식을 만족한다.
[수학식 1]
0.17<y'/L
단, y'은 상기 촬상 소자의 촬상면에 있어서의 최대상 높이를, L은 광학계의 가장 물체측 렌즈면 정상으로부터 광축상에 있어서의 상기 촬상면까지의 거리가 최대로 될 때의 광학계 최전면으로부터 촬상면까지의 거리를 각각 나타낸다.
바람직하게는, 상기 촬상 광학계는, 물체측으로부터 순차로 배치된, 부의 굴절력을 갖는 1매 구성으로 된 제 1 렌즈군과, 정 및 부의 굴절력을 갖는 3매 구성으로 되고 전체로서 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군과, 부의 굴절력을 갖는 1매 구성의 제 3 렌즈군으로 구성되어, 변배를 실행할 때에는, 적어도 상기 제 2 렌즈군과 상기 제 3 렌즈군이 광축상을 이동한다.
바람직하게는, 상기 제 1 렌즈군, 상기 제 2 렌즈군, 및 상기 제 3 렌즈군의 촛점거리는, 각기 이하의 각 수학식을 만족한다.
[수학식 2]
2.0<│fl│/fw<3.0
[수학식 3]
0.74<f2/fw<0.86
[수학식 4]
1.0<│f3│/fw<1.42
단, f1은 제 1 렌즈군의 촛점거리를, f2은 제 2 렌즈군의 촛점거리를, f3은 제 3 렌즈군의 촛점거리를, fw는 광각단에 있어서의 광학계의 촛점거리를 각기 나타내고 있다.
바람직하게는, 상기 제 2 렌즈군에 적어도 1면 비구면을 갖고, 또 상기 제 3 렌즈군에 적어도 1면 비구면을 갖는다.
또한, 바람직하게는, 상기 제 3 렌즈군이 상측에 오목면을 향한 부의 렌즈이며, 이하의 수학식을 만족한다.
[수학식 5]
tanω×fst/Lst<0.35
단, ω는 광각단에서의 최대입사각도를, fst는 광각단에 있어서 조리개로부터 상측(像側)의 광학계의 합성촛점거리를, Lst는 광각단에 있어서 조리개로부터 촬상면까지의 거리를 각각 나타내고 있다.
바람직하게는, 상기 제 2 렌즈군은 3매의 플라스틱 렌즈로 구성되어 있다.
바람직하게는, 상기 제 1 렌즈군은, 제 1 면에 물체측을 볼록면이라고 한 부의 메니스커스 렌즈다.
바람직하게는, 상기 제 2 렌즈군의 3매의 렌즈는, 물체측으로부터 정의 메니스커스 렌즈, 부의 메니스커스 렌즈, 정의 양면 볼록 렌즈로 구성되어 있다.
본 발명의 제 2의 관점의 변배 촬상 장치는, 촬상 소자를 대상으로 한 변배 기능을 갖고, 광축상에서 물체측으로부터 순차로 배치된 5매의 렌즈로 구성된 촬상 광학계를 갖는 변배 촬상 렌즈와, 상기 촬상 광학계의 5매의 렌즈중 소정의 렌즈를 상기 광축에 대략 평행한 방향으로 안내하는 가이드부를 포함하는 구동 장치를 갖고, 상기 촬상 광학계는 물체측으로부터 순차로 배치된, 부의 굴절력을 갖는 1매 구성으로 이루어진 제 1 렌즈군과, 정 및 부의 굴절력을 갖는 3매 구성으로 이루어지고 전체로서 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군과, 부의 굴절력을 갖는 1매 구성의 제 3 렌즈군으로 구성되고, 변배를 실행할 때에는, 적어도 상기 제 2 렌즈군과 상기 제 3 렌즈군이 상기 광축상을 상기 가이드부를 따라 이동하고, 변배비가 약 2.5 이하이며, 또한 이하의 수학식을 만족한다.
[수학식 1]
0.17<y'/L
단, y'은 상기 촬상 소자의 촬상면에 있어서의 최대상 높이를, L은 광학계의 가장 물체측 렌즈면 정상보다 광축상에 있어서 상기 촬상면까지의 거리가 최대로 될 때의 광학계 최전면으로부터 촬상면까지의 거리를 각각 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 첨부 도면가 관련하여 설명한다.
도 1(A), (B)는, 변배 촬상 렌즈의 기본구성을 도시하는 도면이며, 도 1(A)는 광각단에 있어서의 렌즈 구성을 도시하고, 도 1(B)은 망원단에 있어서의 렌즈 구성을 도시하고 있다.
이 변배 촬상 렌즈(100)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 물체측 OBJS로부터 순차로 배치된, 부의 굴절력을 갖는 1매 구성으로 이루어진 제 1 렌즈군(110), 정 및 부의 굴절력을 갖는 3매 구성으로 이루어지고 전체로서 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군(120), 부의 굴절력을 갖는 1매 구성의 제 3 렌즈군(130), 촬상부(140), 및 제 2 렌즈군(120)의 물체측[제 1 렌즈군(110)측]에 배치된 조리개부(150)로 구성되어 있다.
이 변배 촬상 렌즈(100)에 있어서 변배를 실행할 때에는, 제 1 렌즈군(110), 제 2 렌즈군(120), 및 제 3 렌즈군(130) 중, 예를 들면 제 2 렌즈군(120)과 제 3 렌즈군(130)이 광축(AX) 위를 이동한다.
또, 변배 기능에 관해서는, 제 1 렌즈군(110)을 고정하는 구성을 취한 것이 가능하지만, 제 1 렌즈군(110)을 변동시키도록(이동가능하게) 구성하는 것도 가능해서, 사용 목적에 따라서 대응할 수 있다.
이들 구성요소 중, 부의 굴절력을 갖는 1매 구성으로 이루어진 제 1 렌즈군(110), 정 및 부의 굴절력을 갖는 3매 구성으로 이루어지고 전체로서 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군(120), 및 부의 굴절력을 갖는 1매 구성의 제 3 렌즈군(130)에 의해 변배 촬상 렌즈(100)의 촬상 광학계가 구성되어 있다.
즉, 본 실시형태에 있어서는, 촬상 광학계가, 물체측 OBJS로부터 순차로 배치한 제 1 렌즈군(110)이 1매 구성, 제 2 렌즈군(120)이 3매 구성, 제 3 렌즈군(130)이 1매 구성인 합계 5매의 렌즈로 구성되어 있다.
제 1 렌즈군(110)은, 예를 들면 제 1 면에 물체측을 볼록면으로 한 부의 굴절력을 갖는 메니스커스 렌즈(111)로 구성된다.
이와 같이, 제 1 렌즈군(110)을 부의 굴절력을 갖는 메니스커스 렌즈(111)로 구성함으로써, 왜곡(distortion)을 쉽게 억제할 수 있다.
제 2 렌즈군(120)은, 유일한 정의 굴절력을 갖는 군이 되기 때문에, 여러 가지의 수차보정을 실행하기 위해서 3매 구성을 채용하고 있다. 더욱이, 이 제 2 렌즈군(120)에 유리 렌즈를 사용하면, 작기 때문에 통상의 렌즈보다 고가가 된다. 그 때문에, 비용 저감을 달성하기 위해서, 제 2 렌즈군(120)을 구성하는 3매의 렌즈를 플라스틱제 렌즈로 구성하고 있다.
제 2 렌즈군(120)을 구성하는 3매의 플라스틱제 렌즈는, 예를 들면, 제 1 렌즈군(110)측(물체측)으로부터, 정의 메니스커스 렌즈(121), 부의 메니스커스 렌즈(122), 및 정의 양면 볼록 렌즈(123)로 구성된다.
정의 메니스커스 렌즈(121)는 구면수차보정을 양호하게 행하여, 3매의 중앙에 위치하는 렌즈를 부의 메니스커스 렌즈(122)로 함으로써, 정 렌즈에서 발생하는 상면(象面) 만곡의 보정 과잉을 억제하면서, 코마(coma) 수차 발생을 억제하는 것으로, 성능 밸런스를 잡아서, 이것들에 의해 변배에 따른 수차 변동을 억제하여, 고성능의 변배를 가능하게 한다.
제 3 렌즈군(130)은, 1매 구성이기 때문에, 여기에서 여러 가지 수차의 보정이 필요하게 되어, 구면수차, 코마수차, 비점수차, 왜곡 보정을 행하고, 또한 광각단에 있어서 사출각의 보정을 위해서도 필요하다.
제 3 렌즈군(130)은, 예를 들면 상면(象面)측을 오목하게 한 부의 렌즈(131)로 구성된다.
본 실시형태에 있어서, 핀트 조정(촛점 조정)은 제 3 렌즈군(130)에서 행하여, 무한으로부터 가장 근접한 곳에 걸쳐서 촬상면측으로 이동한다.
제 3 렌즈군이 정 렌즈인 경우에는 물체측으로 이동하기 위해서, 특히 망원단에서의 제 2 렌즈군과 제 3 렌즈군간의 거리를 확보할 필요가 있다.
본 실시형태에서는, 상면측으로 이동하기 위해서, 망원단에서의 제 2 렌즈군(120)과 제 3 렌즈군(130)과의 거리를 좁힐 수 있다.
이것은, 변배 광학계의 조밀화를 가능하게 하는 요인의 하나이며, 또한 같은 크기이면, 무리가 없는 파워 배치가 가능해져서, 고성능화 및 편심 감도의 저하를 가능하게 하고 있다.
촬상부(140)는, 제 3 렌즈군(130)측으로부터, 유리제의 평행 평면판(커버 유리)(141)과, 예를 들면 CCD 혹은 CMOS센서 등으로 이루어진 촬상 소자(142)가 순차로 배치되어 있다.
촬상 광학계를 개재한 피사체(물체)로부터의 광이, 촬상 소자(142)의 촬상면(142a)위로 결상된다.
이상의 제 1 렌즈군(110), 제 2 렌즈군(120), 및 제 3 렌즈군(130)을 갖는 촬상 광학계는, 광학계 전체가 부, 정, 부의 렌즈 구성으로 되어 있기 때문에, 텔레포토 작용을 갖게 하기 위해서 전체 길이 단축이 가능하다.
이상과 같은 구성을 갖는 본 실시형태에 따른 변배 촬상 렌즈(100)는, 휴대전화기 등에 탑재 가능하도록 조밀화를 실현하고, 촬상 소자에의 입사 각도의 사출 동공의 규제를 완화하기 위해서, 이하에 설명하는 것과 같은, 각종 조건이 설정되어 있다.
이하에, 본 실시형태에 따른 변배 촬상 렌즈(100)에서 설정된 각 조건에 대해서 설명한다.
본 변배 촬상 렌즈(100)는, 변배비가 약 2.5 이하이며, 또 촬상 소자(142)의 촬상면(142a)에 있어서의 최대상 높이를 y', 촬상 광학계의 가장 물체측 렌즈(111)의 면 정상으로부터 광축(AX)위에 있어서 촬상면(142a)까지의 거리가 최대로 될 때의 광학계 최전면으로부터 촬상면까지의 거리를 L로서 각각 나타낸 경우에, 이하의 식을 만족하도록 구성되어 있다.
[수학식 1]
0.17<y'/L
촬상 광학계가, 5매 구성과 렌즈 매수를 적게 하는 것으로 전체 길이를 짧게 하면서, 약 2.5배 이하의 변배를 가능하게 하고 있다. 또한 사용하는 센서 사이즈에 의해 광학계의 크기도 좌우되지만, 조밀화를 달성하기 위해서는, 변배 렌즈라 하더라도, 수학식 1의 하한(0.17)을 넘어서는 전체 길이가 길어져서, 더욱 제 1 렌즈군(110)을 구성하는 렌즈의 직경도 커지기 때문에, 조밀한 광학계라고는 말할 수 없어진다.
본 실시형태에 있어서는, 촬상 광학계의 전체 길이를 짧게 하고, 이것에 의해 직경이 최대 렌즈가 되는 제 1 렌즈군(110)에 있어서 렌즈의 직경도 소형화하는 것이 가능해지고 있다.
또, 수학식 1의 y'과 L간의 관계 제약 조건은, 촬상면(142a)의 크기에 의해 광학계의 크기도 좌우된다.
그러나, 본 실시형태에서는, 부, 정, 부의 3군 구성에 상간 없이 조밀하고 전체 길이가 짧은 광학계가 가능하다.
또한, 본 실시형태는 5매 구성으로 적은 매수에서 조밀화를 실현하고 있다. 매수를 감소시키면 수차보정을 실행하기 위해서 L을 짧게 하는 것이 곤란해져서, 본 실시형태에 있어서는 y<0.23으로 되어 있다.
본 실시형태의 변배 촬상 렌즈(100)는, 제 1 렌즈군(110)의 촛점거리(f1), 제 2 렌즈군(120)의 촛점거리(f2), 및 제 3 렌즈군(130)의 촛점거리(f3)는, 합성 파워가 강하게 되는 광각단에 있어서의 촬상 광학계의 촛점거리(fw)를 이용하여, 이하의 식을 만족하도록 구성되어 있다.
[수학식 2]
2.0<│fl│/fw<3.0
[수학식 3]
0.74<f2/fw<0.86
[수학식 4]
1.0<│f3│/fw<1.42
이 수학식 2, 수학식 3 및 수학식 4는, 변배 촬상 렌즈(100)의 조밀화를 달성하기 위한 각 군의 파워 조건, 다시 말하면, 각 렌즈군의 파워 밸런스를 잡는 것에 의해, 고성능이고 조밀한 변배 촬상 렌즈를 실현 가능하게 하는 조건을 도시하고 있다.
수학식 2는, 제 1 렌즈군(110)의 파워 조건을 나타내는 것으로, 상한을 넘으면 부의 왜곡 보정이 엄격해져서, 더욱 제 2 렌즈군(120)의 파워가 커지는 것에 의한 수차열화를 발생시킨다. 또한, 하한을 넘으면, 전체 길이가 커져서 조밀화를 달성할 수 없어짐과 동시에, 제 1 렌즈군(110)의 파워가 커져서 비점수차, 왜곡수차가 악화한다.
수학식 3은, 제 2 렌즈군(120)의 파워 조건을 나타내는 것으로, 상한을 넘으면 전체 길이가 커져서, 더욱 구면수차보정을 하기 어려워진다. 하한을 넘으면, 구면수차, 비점수차, 코마수차가 악화한다.
수학식 4는, 제 3 렌즈군(130)의 파워 조건을 나타내는 것으로, 상한을 넘으면 부의 왜곡 보정을 하기 어려워지고, 하한을 넘으면 코마수차, 정의 왜곡을 증대시켜, 전체 길이가 더욱 커진다.
또한, 본 실시형태의 변배 촬상 렌즈(100)는, 제 2 렌즈군(120)에 적어도 1면 비구면을 갖고, 또 제 3 렌즈군(130)에 적어도 1면 비구면을 갖도록 구성되어 있다.
구체적으로는, 본 실시형태의 변배 촬상 렌즈(100)는, 상술한 바와 같이, 수차보정에 있어서, 각 군의 파워 배치를 최적화함으로써 조밀화를 달성하고 있고, 게다가 제 2 렌즈군(120)과 제 3 렌즈군(130)에 비구면을 적당히 배치함으로써, 조밀화를 추가로 실현하고 있다. 이들 조건을 최적화함으로써, 조밀한 변배 렌즈인데도 불구하고 고성능으로, 더욱 왜곡을 작게 할 수 있다.
즉, 본 실시형태에 있어서는, 구면계 만이라면 조밀한 변배 촬상 렌즈의 수차보정이 곤란해서, 비구면을 적소에 배치함으로써 여러 가지 수차의 보정을 행하고 있다.
본 실시형태에 따른 촬상 광학계에 있어서, 제 2 렌즈군(120)은 유일한 정의 굴절력을 갖고 있고, 필연적으로 파워도 커지고, 수차의 발생도 커지기 때문에 적어도 1면 이상의 비구면이 필요하고, 이것에 의해 구면수차, 코마수차, 비점수차의 보정을 행하고 있다.
또한, 제 3 렌즈군(130)은 1매 구성이기 때문에, 여기에서 여러 가지 수차의 보정이 필요해져서, 구면수차, 코마수차, 비점수차, 왜곡 보정을 실행하고, 또한 광각단에 있어서 사출각의 보정을 위해서도 필요하다.
이와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 제 2 렌즈군(120)에 적절한 비구면을 배치함으로써, 제 2 렌즈군(120)에서 발생하는 구면수차와 비점수차 및 코마수차의 보정을 행하고 있다. 게다가, 제 3 렌즈군(130)에 비구면을 배치함으로써 왜곡수차 보정, 코마수차, 비점수차 보정을 행하고, 또한 망원단에 있어서 구면수차보정도 행한다.
게다가, 광각(와이드: wide)단에 있어서 사출 동공 위치의 완화를 행한다. 본 실시형태에서는, 각 렌즈에 적어도 1면의 비구면을 실시하는 것에 의해 상기 성능 보정을 행한다.
본 실시형태에 이용되는 비구면은 다음 식이 주어진다.
[수학식 6]
Z=(h2/r)/〔1+{1-(1+k)(h/r)2}1/2]+Ah4+Bh6+Ch8 +Dh10
단 Z은 면 정점에 대한 접평면으로부터의 깊이를, r은 곡률반경을, h는 광축으로부터의 높이를, k는 원추 정수를, A는 4차의 비구면 계수를, B은 6차의 비구면 계수를, C는 8차의 비구면계수를, D는 10차의 비구면계수를 각각 나타내고 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 제 3 렌즈군(130)은, 예를 들면 상면측에 오목면을 향한 부의 렌즈(131)로 구성할 수 있지만, 이 경우, 광각단에서의 최대입사각도(ω), 광각단에 있어서 조리개로부터 상측(象側)의 광학계의 합성 촛점거리(fst), 광각단에 있어서 조리개로부터 촬상면까지의 거리(Lst)를 이용하여, 이하의 수학식 5)을 만족하도록 구성된다.
[수학식 5]
tan ω×fst/Lst<0.35
작금의 화소의 미세화가 진행된 촬상 소자에서는, 그것에 맞춰 수광부로의 광선이 개구부에 의해 차광되는 경향이 강하게 되었기 때문에, 마이크로 렌즈를 이용하여 주변광량의 보정을 행하고 있다.
따라서, 촬상 소자를 사용한 광학계는, 반드시 텔레센트릭성이 필요로 되지는 않는다.
그러나, 촬상 소자에의 광선광량을 확보하기 위해서는, 입사각의 한계가 있고, 이 한계각을 규제하고 있어, 상한을 넘으면 수광부로의 각도가 엄격해져서, 화면 주변부에 있어서 급격한 광량 저하가 발생한다.
수학식 5는, 촬상 소자(142)로의 입사각도 규제에 대한 사출 동공 위치의 조건을 나타내고 있어, 조건이 엄격한 광각단에서의 수학식이 된다.
광학계에 입사하는 각도(양각: 兩角)에 대하여, 사출 동공 거리에 관여한, 조리개 위치와 조리개로부터 촬상면(142a)측의 광학계의 초점 거리(파워)의 관계식이 된다. 본 실시형태에 있어서, 광화각, 조밀하면서, 사출 동공의 규제 완화를 행하고, 그 달성한 조건식을 나타내고 있다.
이하에, 변배 촬상 렌즈의 구체적인 수치에 따른 실시예 1 내지 4를 도시한다.
또, 각 실시예 1 내지 4에 있어서는, 변배 촬상 렌즈(100)의 각 렌즈군을 구성하는 각 렌즈, 조리개부(150) 및 촬상부(140)을 구성하는 커버 유리(141)에 대하여, 도 2에 도시하는 것과 같은 면 번호를 부여했다.
구체적으로는, 제 1 렌즈군(110)을 구성하는 부의 메니스커스 렌즈(111)의 물체측면(볼록면)을 제 1 번, 반대측의 오목면을 제 2 번, 조리개부(150)를 제 3 번, 제 2 렌즈군(120)을 구성하는 정의 메니스커스 렌즈(121)의 조리개 측면(볼록면) 제 4 번, 렌즈(121)의 반대측의 오목면을 제 5 번, 부의 메니스커스 렌즈(122)의 렌즈(121)측의 면(오목면)을 제 6 번, 렌즈(122)의 반대측의 볼록면을 제 7 번, 양면 볼록 렌즈(123)의 렌즈(122)측의 볼록면을 제 8 번, 렌즈(123)의 반대측의 볼록면을 제 9 번, 제 3 렌즈군(130)을 구성하는 부의 렌즈(131)의 제 2 렌즈군(120)측의 면(볼록면)을 제 10 번, 렌즈(131)의 반대측의 면(오목면)을 제 11 번, 커버 유리(141)의 제 3 렌즈군(130)측의 면을 제 12 번, 촬상 소자(142)측의 면을 제 13 번이라 하고 있다.
(실시예 1)
표 1 내지 표 4에 실시예 1의 각 수치를 도시한다.
표 1은, 실시예 1에 있어서의 변배 촬상 렌즈의 각 면 번호에 대응한 각 렌즈, 조리개, 커버 유리의 곡률반경(r:mm)과 간격(d:mm)을 도시하고 있다.
[표 1]
(실시예 1)
표 2는, 실시예 1에 있어서의 비구면을 포함하는 제 2 렌즈군(120), 및 제 3 렌즈군(130)의 소정면의 비구면 계수를 도시한다. 표 2에 있어서, K는 원추 정수를, A는 4차의 비구면 계수를, B은 6차의 비구면 계수를, C은 8차의 비구면 계수를, D는 10차의 비구면 계수를 각각 나타내고 있다.
[표 2]
비구면 계수(실시예 1)
표 3은, 변배에 따라 간격이 변화되는 면 2, 9, 11, 13의 광각단, 망원단에 있어서의 가변 간격의 수치, 조리개 직경, 촛점거리, 및 F넘버(Fno)의 수치를 도시하고 있다.
[표 3]
가변간격(실시예 1)
표 4는, 수학식 1 내지 수학식 5의 각 수치를 도시하고 있다. 실시예 1에 있어서는, 수학식 1의 (y'/L)은 0.221(0.17<0.221<0.23), 수학식 2의 (f1/fw)은 2.946(2.0<2.946<3.0), 수학식 3의 (f2/fw)은 0.772(0.74<0.772<0.86), 수학식 4의 (f3/fw)은 1.224(1.0<1.224<1.42), 수학식 5의 (tanω×fst/Lst)은 0.329(0.329<0.35)이다.
[표 4]
각 수학식의 값(실시예 1)
도 3은, 실시예 1에 있어서, 광각단에 있어서의 구면수차, 비점수차, 및 왜곡수차를 도시하는 수차도이며, 도 4는, 실시예 1에 있어서, 망원단에 있어서의 구면수차, 비점수차, 및 왜곡수차를 도시하는 수차도이다. 도 3 및 도 4의 (A)가 구면수차, (B)가 비점수차, (C)가 왜곡수차를 각각 도시하고 있다. 도 3 및 도 3의 (B)중, 실선은 메리디오날(meridional)상면에 있어서의 d선의 값, 파선은 사지탈(sagital)상면에 있어서의 d선에서의 값을 각각 도시하고 있다.
도 3 및 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1에 따르면, 광각단으로부터 망원단까지의 초점 위치 거리에 있어서, 구면, 비점, 왜곡의 여러 가지 수차가 양호하게 보정되어, 결상 성능이 뛰어난 변배 촬상 렌즈를 얻을 수 있다.
(실시예 2)
표 5 내지 표 8에 실시예 2의 각 수치를 도시한다.
표 5는, 실시예 2에 있어서의 변배 촬상 렌즈의 각 면 번호에 대응한 각 렌즈, 조리개, 커버 유리의 곡률반경(r:mm)과 간격(d:mm)을 나타내고 있다.
[표 5]
(실시예 2)
표 6은, 실시예 2에 있어서의 비구면을 포함하는 제 2 렌즈군(120), 및 제 3 렌즈군(130)의 소정면의 비구면 계수를 도시한다. 표 6에 있어서, K는 원추 정수를, A는 4차의 비구면 계수를, B은 6차의 비구면 계수를, C은 8차의 비구면 계수를, D는 10차의 비구면 계수를 나타내고 있다.
[표 6]
비구면 계수(실시예 2)
표 7은, 변배에 따라 간격이 변화되는 면 2, 9, 11, 13의 광각단, 망원단에 있어서의 가변 간격의 수치, 조리개 직경, 초점 거리, 및 F넘버(Fno)의 수치를 도시하고 있다.
[표 7]
가변 간격(실시예 2)
표 8은, 수학식 1 내지 수학식 5의 각 수치를 도시하고 있다. 실시예 2에 있어서는, 수학식 1의 (y'/L)은 0.215(0.17<0.215<0.23), 수학식 2의 (f1/fw)는 2.608(2.0<2.608<3.0), 수학식 3의 (f2/fw)는 0.746(0.74<0.746<0.86), 수학식 4의 (f3/fw)은 1.173(1.0<1.173<1.42), 수학식 5의 (tanω×fst/Lst)는 0.323(0.323<0.35) 이다.
[표 8]
각 수학식의 값(실시예 2)
도 5는, 실시예 2에 있어서, 광각단에서의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 도시하는 수차도이며, 도 6은, 실시예 2에 있어서, 망원단에서의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 도시하는 수차도이다. 도 5 및 도 6의 (A)가 구면수차, (B)가 비점수차, (C)가 왜곡수차를 도시하고 있다. 도 5 및 도 6의 (B)중, 실선은 메리디오날상면에 있어서의 d선의 값, 파선은 사지탈상면에 있어서의 d선에서의 값을 각각 도시하고 있다.
도 5 및 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 2에 따르면, 광각단으로부터 망원단까지의 초점 위치 거리에 있어서, 구면, 비점, 왜곡의 여러 가지 수차가 양호하게 보정되어, 결상 성능이 뛰어난 변배 촬상 렌즈를 얻을 수 있다.
(실시예 3)
표 9 내지 표 12에 실시예 3의 각 수치를 도시한다.
표 9는, 실시예 3에 있어서의 변배 촬상 렌즈의 각 면 번호에 대응한 각 렌즈, 조리개, 커버 유리의 곡률반경(r:mm)과 간격(d:mm)을 도시하고 있다.
[표 9]
(실시예 3)
표 10은, 실시예 3에 있어서의 비구면을 포함하는 제 2 렌즈군(120), 및 제 3 렌즈군(130)의 소정면의 비구면 계수를 도시한다. 표 10에 있어서, K은 원추 정수를, A는 4차의 비구면 계수를, B은 6차의 비구면 계수를, C은 8차의 비구면 계수를, D는 10차의 비구면 계수를 각각 나타내고 있다.
[표 10]
비구면 계수(실시예 3)
표 11은, 변배에 따라 간격이 변화되는 면 2, 9, 11, 13의 광각단, 망원단에 있어서의 가변 간격의 수치, 조리개 직경, 초점 거리, 및 F넘버(Fno)의 수치를 도시하고 있다.
[표 11]
가변 간격(실시예 3)
표 12는 수학식 1 내지 수학식 5의 각 수치를 도시하고 있다. 실시예 3에 있어서는, 수학식 1의 (y'/L)은 0.188(0.17<0.188<0.23), 수학식 2의 (f1/fw)는 2.075(2.0<2.075<3.0), 수학식 3의 (f2/fw)는 0.854(0.74<0.854<0.86), 수학식 4의 (f3/fw)는 1.417(1.0<1.417<1.42), 수학식 5의 (tanω×fst/Lst)은 0.325(0.325<0.35)이다.
[표 12]
각 수학식의 값(실시예 3)
도 7은, 실시예 3에 있어서, 광각단에 있어서의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 도시하는 수차도이며, 도 8은, 실시예 3에 있어서, 망원단에 있어서의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 도시하는 수차도이다. 도 7 및 도 8의 (A)가 구면수차, (B)가 비점수차, (C)가 왜곡수차를 도시하고 있다. 도 7 및 도 8의 (B)중, 실선은 메리디오날상면에 있어서의 d선의 값, 파선은 사지탈상면에 있어서의 d선에서의 값을 각각 도시하고 있다.
도 7 및 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 3에 따르면, 광각단으로부터 망원단까지의 초점 위치 거리에 있어서, 구면, 비점, 왜곡의 여러 가지 수차가 양호하게 보정되어, 결상 성능이 뛰어난 변배 촬상 렌즈를 얻을 수 있다.
(실시예 4)
표 13 내지 표 16에 실시예 4의 각 수치를 도시한다.
표 13은, 실시예 4에 있어서의 변배 촬상 렌즈의 각 면 번호에 대응한 각 렌즈, 조리개, 커버 유리의 곡률반경(r:mm)과 간격(d:mm)을 도시하고 있다.
[표 13]
(실시예 4)
표 14는, 실시예 4에 있어서의 비구면을 포함하는 제 2 렌즈군(120), 및 제 3 렌즈군(130)의 소정면의 비구면 계수를 도시한다. 표 14에 있어서, K는 원추 정수를, A는 4차의 비구면 계수를, B는 6차의 비구면 계수를, C는 8차의 비구면 계수를, D는 10차의 비구면 계수를 각각 나타내고 있다.
[표 14]
비구면 계수(실시예 4)
표 15는, 변배에 따라 간격이 변화되는 면 2, 9, 11, 13의 광각단, 망원단에 있어서의 가변 간격의 수치, 조리개 직경, 초점 거리, 및 F넘버(Fno)의 수치를 도시하고 있다.
[표 15]
가변 간격(실시예 4)
표 16은, 수학식 1 내지 수학식 5의 각 수치를 도시하고 있다. 실시예 4에 있어서는, 수학식 1의 (y'/L)은 0.178(0.17<0.178<0.23), 수학식 2의 (f1/fw)는 2.358(2.0<2.358<3.0), 수학식 3의 (f2/fw)는 0.791(0.74<0.791<0.86), 수학식 4의 (f3/fw)는 1.058(1.0<1.058<1.42), 수학식 5의 (tanω×fst/Lst)는 0.341(0.341<0.35)이다.
[표 16]
각 수학식의 값(실시예 4)
도 9는, 실시예 4에 있어서, 광각단에 있어서의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 도시하는 수차도이며, 도 10은, 실시예 4에 있어서, 망원단에 있어서의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 도시하는 수차도이다. 도 9 및 도 10의 (A)가 구면수차, (B)가 비점수차, (C)가 왜곡수차를 각각 나타내고 있다. 도 9 및 도 10의 (B)중, 실선은 메리디오날상면에 있어서의 d선의 값, 파선은 사지탈상면에 있어서의 d선에서의 값을 나타내고 있다.
도 9 및 도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 4에 따르면, 광각단으로부터 망원단까지의 촛점 위치 거리에 있어서, 구면, 비점, 왜곡의 여러 가지 수차가 양호하게 보정되어, 결상 성능이 뛰어난 변배 촬상 렌즈를 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따르면, 촬상 광학계가 3군 구성의 변배 렌즈가 되고 있어, 제 1 렌즈군(110)을 1매 구성, 제 2 렌즈군(120)을 3매 구성, 제 3 렌즈군(130)을 1매 구성으로 하고, 또한 제 2 렌즈군(120)을 3매 모두 플라스틱화하고 있기 때문에, 광학계의 전체 길이를 짧게 할 수 있고, 이것에 의해 직경 최대 렌즈가 되는 제 1 렌즈군(110)에 있어서의 렌즈의 직경도 소형화할 수 있으며, 또 비용 절감도 도모할 수 있다.
변배에 대해서는, 제 1 렌즈군(110)을 고정 혹은 변동시키는 것도 가능해서, 사용 목적에 따라 대응할 수 있다.
수차보정에 있어서, 각 렌즈군의 파워 배치를 최적화함으로써 조밀화를 달성하고, 또 제 2 렌즈군(120)과 제 3 렌즈군(130)에 비구면을 적당히 배치함으로써, 조밀화를 더욱 실현할 수 있다. 이것들의 조건을 최적화함으로써, 조밀한 변배 렌즈에도 불구하고 고성능이면서도 왜곡을 더욱 작게 할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 핀트 조정은 제 3 렌즈군(130)으로 행하고 있어, 무한대로부터 가장 근접한 곳에 걸쳐서 촬상면으로 이동하기 위해서, 망원단에서의 제 2 렌즈군(120)과 제 3 렌즈군(130)간의 거리를 좁힐 수 있다. 이로써, 변배 광학계의 조밀화가 가능해지고, 또한 같은 크기라면, 무리가 없는 파워 배치가 가능해져고, 고성능화 및 편심 감도 저하를 실현할 수 있다.
또, 플라스틱제의 제 2 렌즈군(120)중 3매는, 정의 메니스커스 렌즈, 부의 메니스커스 렌즈, 정의 양면 볼록 렌즈 구성으로 되어 있기 때문에, 정의 메니스커스 렌즈에서 구면수차보정을 양호하게 행할 수 있고, 부의 메니스커스 렌즈에 있어서, 정 렌즈에서 발생하는 상면 만곡의 보정 과잉을 억제할 수 있고, 이것과 병행되어서 코마수차 발생을 억제할 수 있다. 이로써, 성능 밸런스를 잡는 것이 가능해져서, 변배에 따른 수차변동을 억제하고, 고성능이면서 변배가 가능하게 되는 이점이 있다.
또, 각 렌즈군의 초점 거리(fl, f2, f3)과 합성 파워가 강하게 되는 광각단의 초점거리(fw)간의 관계에 있어서, 각 렌즈군의 파워 밸런스를 잡는 것에 의해, 고성능이고 조밀한 변배 렌즈를 실현하는 것이 가능해진다.
촬상 소자(142)에의 입사각도 규제에 관한 사출 동공 위치의 조건을 소망하는 조건으로 규정함으로써, 광화각, 조밀하면서, 사출 동공의 규제 완화를 실행할 수 있게 된다.
이어서, 상술한 바와 같이, 부, 정, 부의 렌즈 타입이면서, 사출각을 억제하는 것이 가능하고, 더구나 극히 조밀한 광학계를 실현하는 것이 가능하다고 하는 특징을 갖는 변배 촬상 렌즈를 탑재해서, 소형화를 실현할 수 있고, 더구나 렌즈를 스무스(smooth)하게 이동할 수 있어, 안정한 위치 조정을 실현할 수 있는 변배 촬상 장치로서의 줌 렌즈 유닛의 구체적인 구성예에 대해서, 일부 중복하는 부분도 있지만, 도 11 내지 도 28과 관련해서 상세하게 설명한다.
도 11은, 본 발명에 따른 변배 촬상 장치로서의 줌 렌즈 유닛의 정면측에서 본 외관 사시도이며, 도 12는, 본 발명에 따른 변배 촬상 장치로서의 줌 렌즈 유닛의 배면측에서 본 일부 생략 외관 사시도이며, 도 13은 본 발명에 따른 변배 촬상 장치로서의 줌 렌즈 유닛의 정면도이며, 도 14는 본 발명에 따른 변배 촬상 장치로서의 줌 렌즈 유닛의 평면도이다.
본 줌 렌즈 유닛(200)은, 도면에 도시하는 바와 같이, 렌즈, 가이드축, 캠 장치 등의 주요 구성부를 수용하는 고정 프레임체(211)와, 제 1 렌즈군(2121), 제 2 렌즈군(2122) 및 제 3 렌즈(2123)의 3군 구성을 갖고, 고정 프레임체(211)에 제 1 렌즈군(2121)이 고정되며, 고정 프레임체(211) 내에 제 2 및 제 3 렌즈군(2122, 2123)이 광축상을 이동 가능하게 배치되는 촬상 광학계(212)와, 촬상 광학계(212)의 제 2 렌즈군(2122) 및 제 3 렌즈군(2123)을 광축에 평행한 방향으로 안내하는 제 1 가이드축(2131) 및 제 2 가이드축(2132)을 갖는 가이드부(213)와, 촬상 광학계(212)에 대하여 고정 프레임체(211) 내에 있어서 병렬로 배치된 캠 장치(214)와, CCD나 CMOS 센서로 이루어진 촬상 소자(2151)가 촬상 광학계(212)의 일부로서의 광축을 포함하도록 배치된 기대(215)를 갖는다.
줌 렌즈 유닛(200)에 있어서, 촬상 광학계(212)가 도 1의 촬상 광학계(100)에 해당하고, 제 1 렌즈군(2121)이 도 1의 제 1 렌즈군(110)에 해당하며, 제 2 렌즈군(2122)이 도 1의 제 2 렌즈군(120)에 해당하고, 제 3 렌즈군(2123)이 도 1의 제 3 렌즈군(130)에 해당하며, 촬상 소자(2151)가 도 1의 촬상부(12)에 있어서의 촬상 소자(142)에 해당한다. 또한, 가이드부(213), 캠 장치(214), 도시하지 않는 모터 등에 의해 변배 촬상 장치의 구동 장치가 구성된다.
또한, 도 11 및 도 12에 있어서, 촬상 광학계(212)의 광축은, 도 11 중에 설정한 직교 좌표계의 Z축 방향이 되도록 구성되어, 나중에 상술하는 바와 같이, 제 2 렌즈군(2122) 및 제 3 렌즈군(2123)이 캠 장치(214)의 회전에 따라 광축 방향으로 이동(진퇴)된다.
고정 프레임체(211)는, 예를 들면 도 11 및 도 12 중에 있어서, 전면측, 배면측 및 하면측이 개구하고 있고, 좌우 양측부의 하면측이 기대(215)에 대하여 부착된다. 그리고, 가이드부(213)의 제 1 가이드축(2131) 및 제 2 가이드축(2132)의 일단부가 대략 180ㅀ로 대향하는 위치에 축받이되어 있다.
고정 프레임체(211)의 상면부(上面部)(211a)의 도 11, 13중 좌측은, 촬상 광학계(12)의 제 1 렌즈군(2121)을 고정하기 위해서 광축 방향에 연통하는 단면이 원형인 개구부(2111a)가 형성된 제 1 렌즈군 고정 프레임(2111)으로서 기능한다.
또한, 제 1 렌즈군 고정 프레임(2111)에 병렬로, 캠 장치(214)의 회전체의 회전축의 베어링부나, 회전체에 도시하지 않는 모터의 회전 구동력을 소정의 감속비로써 전달하는 치차의 윤열(輪列) 등이 배치되는 캠 구동부 수납부(2112)가 일체적으로 형성되어 있다.
도 15는 도 14의 A-A선 화살표 방향에 있어서의 단면도이며, 도 16은 도 14의 B-B선 화살표 방향에 있어서의 단면도이다.
이하에, 상기 도 11 내지 도 14에 덧붙여, 도 15 및 도 16과 관련하여, 본 실시형태에 따른 촬상 광학계(212)의 구체적인 구성예에 대해서 설명한다.
본 실시형태에 따른 촬상 광학계(212)는, 도 15 및 도 16에 도시하는 바와 같이, 물체측 OBJS로부터 순차로 배치된, 부의 굴절력을 갖는 1매 구성으로 이루어진 제 1 렌즈군(2121), 정 및 부의 굴절력을 갖는 3매 구성으로 이루어지고 전체로서 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군(2122), 부의 굴절력을 갖는 1매 구성의 제 3 렌즈군(2123), 기대측에 설치된 촬상부(2124), 및 제 2 렌즈군(2122)의 물체측[제 1 렌즈군(2121)측]에 배치된 조리개부(2125)로 구성되어 있다.
이 촬상 광학계(212)에 있어서 변배를 실행할 때에는, 제 1 렌즈군(2121), 제 2 렌즈군(2122) 및 제 3 렌즈군(2123) 중, 제 2 렌즈군(2122)과 제 3 렌즈군(2123)이 광축 상을 캠 장치(214)의 회전에 따라 이동한다.
이와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 촬상 광학계(212)가, 물체측 OBJS로부터 순차로 배치한 제 1 렌즈군(2121)이 1매 구성, 제 2 렌즈군(2122)이 3매 구성, 제 3 렌즈군(2123)이 1매 구성의 합계 5매의 렌즈로 구성되어 있다.
제 1 렌즈군(2121)은, 예를 들면 제 1 면에 물체측을 볼록면으로 한 부의 굴절력을 갖는 메니스커스 렌즈(21211)로 구성된다.
이렇게, 제 1 렌즈군(2121)을 부의 굴절력을 갖는 메니스커스 렌즈(21211)로 구성함으로써, 왜곡을 쉽게 억제할 수 있다.
제 2 렌즈군(2122)은, 유일한 정의 굴절력을 갖는 군이 되기 때문에, 여러 가지수차 보정을 실행하기 위해서 3매 구성을 채용하고 있다. 게다가, 이 제 2 렌즈군(2122)로서 유리 렌즈를 사용하면, 작기 때문에 통상의 렌즈보다 고가가 된다. 그 때문에, 본 실시형태에 있어서는, 비용 저감을 달성하기 위해서, 제 2 렌즈군(2122)을 구성하는 3매의 렌즈를 플라스틱제 렌즈로 구성하고 있다.
제 2 렌즈군(2122)을 구성하는 3매의 플라스틱제 렌즈는, 예를 들면, 제 1 렌즈군(2121)측(물체측)로부터, 정의 메니스커스 렌즈(21221), 부의 메니스커스 렌즈(21222), 및 정의 양면 볼록 렌즈(21223)로 구성된다.
정의 메니스커스 렌즈(21221)은 구면수차보정을 양호하게 행하고, 3매의 중앙에 위치하는 렌즈를 부의 메니스커스 렌즈(21222)로 함으로써, 정 렌즈에서 발생하는 상면(象面) 만곡의 보정 과잉을 억제하면서, 코마수차 발생을 억제하는 것으로, 성능 밸런스를 잡고 있어, 이것들에 의해 변배에 따르는 수차 변동을 억제하고, 고성능으로서 변배를 가능하게 하고 있다.
제 3 렌즈군(2123)은, 1매 구성이기 때문에, 여기에서 여러 가지 수차의 보정이 필요하게 되어, 구면수차, 코마수차, 비점수차, 왜곡 보정을 실행하고, 또 광각단에 있어서의 사출각의 보정을 위해서도 필요하다.
제 3 렌즈군(2123)은, 예를 들면 상면측을 오목으로 한 부의 렌즈(21231)로 구성된다.
본 실시형태에 있어서, 핀트 조정(촛점 조정)은 제 3 렌즈군(2123)에서 행하고 있어, 무한으로부터 가장 근접한 곳에 걸쳐서 촬상면측으 이동한다.
제 3 렌즈군(2123)이 정 렌즈인 경우는 물체측으로 이동하기 위해서, 특히 망원단에서의 제 2 렌즈군(2122)과 제 3 렌즈군(2123)간의 거리를 확보할 필요가 있다.
본 실시형태에 있어서는, 상(象)면측으로 이동하기 위해서, 망원단에서의 제 2 렌즈군(2122)과 제 3 렌즈군(2123)간의 거리를 좁힐 수 있다.
이것은, 변배 광학계의 조밀화를 가능하게 하는 요인의 하나이며, 또한 같은 크기라면, 무리가 없는 파워 배치가 가능해지고, 고성능화 및 편심 감도의 저하를 가능하게 하고 있다.
기대(215)측에 설치된 촬상부(2124)는, 제 3 렌즈군(2123)측으로부터, 유리제의 평행 평면판(커버 유리)(2152)과, 예를 들면 CCD 혹은 CMOS 센서 등으로 이루어지는 촬상 소자(2151)가 순차로 배치되어 있다. 유리제의 평행 평면판(커버 유리)(2152)이 도 1의 촬상부(140)의 커버 유리(141)에 해당한다.
촬상 광학계(212)를 개재하여 피사체(물체)로부터의 광이, 촬상 소자(2151)의 촬상면(2151a) 위로 결상된다.
이상의 제 1 렌즈군(2121), 제 2 렌즈군(2122), 및 제 3 렌즈군(2123)을 갖는 촬상 광학계는, 광학계 전체가 부, 정, 부의 렌즈 구성으로 되어 있기 때문에, 텔레포토 작용을 갖게 하기 위해서 전길이 단축이 가능하다.
이상과 같은 구성을 갖는 본 실시형태에 따른 촬상 광학계(212)는, 휴대전화기 등에 탑재 가능하도록 조밀화를 실현하고 있다.
그리고, 상술한 바와 같이 촬상 광학계(212)의 제 1 렌즈군(2121)은 제 1 렌즈 고정 프레임(2111)에 고정되고, 또한 제 2 렌즈군(2122)은 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)에 수용 고정되며, 제 3 렌즈군(2123)은 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)에 수용 고정된다.
제 1 렌즈 이동 프레임체(216)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)가, 제 1 가이드축(2131)과 제 2 가이드축(2132)을 광축 방향으로 안내되도록 구성되어 있다.
다음에, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)의 구성, 및 제 1 가이드축(2131)과 제 2 가이드축(2132), 캠 장치(214)간의 배치 및 결합 관계에 대해서 설명한다.
도 17은 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217), 및 제 1 가이드축(2131)과 제 2 가이드축(2132), 캠 장치(214)간의 배치 및 결합 관계를 정면측에서 도시하는 사시도이며, 도 18은, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217), 및 제 1 가이드축(2131)과 제 2 가이드축(2132), 캠 장치(214)간의 배치 및 결합 관계를 배면측에서 도시하는 사시도이며, 도 19는, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217), 및 제 1 가이드축(2131)과 제 2 가이드축(2132), 캠 장치(214)와의 배치 및 결합 관계를 상면측에서 도시하는 사시도이다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 제 1 가이드축(2131)은 캠 장치(214)의 근방에서 약간 정면측에 위치하도록 고정 프레임체(211)에 축받이되고, 제 2 가이드축(2132)은, 제 1 및 제 2 렌즈 이동 프레임체(216, 217)를 사이에 두고 대략 180ㅀ로 대향하며, 약간 배면측에 위치하도록 고정 프레임체(211)에 축받이되어 있다.
제 1 렌즈 이동 프레임체(216)은, 3매의 렌즈로 이루어지는 제 2 렌즈군(2122)을 수용 고정하는 관계로부터 플라스틱 등에 의해 일체적으로 형성된, 제 1 렌즈군(2121)측의 제 1 프레임체(2161)과 제 3 렌즈군(2123)측의 제 2 프레임체(2162)의 2단 구성으로 되어 있다.
제 1 렌즈 이동 프레임체(216)은, 제 1 프레임체(2161)의 배면측의 측부로부터 광축에 대략 직교하는 방향으로 연장되고, 캠 장치(214)의 제 1 캠부(21421)에 결합하는 판 형상의 제 1 피결합부(2163)가 형성되어 있다.
제 1 렌즈 이동 프레임체(216), 제 1 피결합부(2163)의 전면측에 일체적으로, 제 1 가이드축(2131)을 통과하여 축받이되고, 캠 장치(214)의 회전에 따라 제 1 가이드축(2131)을 안내되는 제 1 피가이드부(2164)가 형성되어 있다.
게다가, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)는, 제 2 프레임체(2162)의 소정의 위치, 구체적으로는 제 1 피결합부(2163)의 형성 위치와 대략 180ㅀ로 대향하는 위치에, 제 2 가이드축(2132)에 축의 측부에서 삽입해서, 끼워 넣는 형태로 결합하고, 캠 장치(214)의 회전에 따라 제 2 가이드축(2132)을 안내되는 제 3 피가이드부(2165)가 형성되어 있다.
제 2 렌즈 이동 프레임체(217)는, 1매의 렌즈로 이루어지는 제 1 렌즈군(2123)을 수용 고정하는 관계로부터 플라스틱 등에 의해 1단 구성으로 형성되어 있다.
제 2 렌즈 이동 프레임체(217)는, 배면측의 측부로부터 광축에 대략 직교하는 방향으로 연장되고, 캠 장치(214)의 제 2 캠부(21422)에 결합하는 판 형상의 제 2 피결합부(2171)가 형성되어 있다.
제 2 렌즈 이동 프레임체(217)는, 제 2 피결합부(2171)의 전면측에 일체적으로, 제 1 가이드축(2131)이 관통하여 축받이되고, 캠 장치(214)의 회전에 따라 제 1 가이드축(2131)을 안내되는 제 2 피가이드부(2172)가 형성되어 있다.
또한 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)는, 제 1 피결합부(2171)의 형성 위치와 대략 180ㅀ로 대향하는 위치에, 제 2 가이드축(2132)에 축의 측부로부터 삽입되어, 끼어 넣는 형태로 결합하고, 캠 장치(214)의 회전에 따라 제 2 가이드축(2132)을 안내되는 제 4 피가이드부(2173)가 형성되어 있다.
그리고, 본 실시형태에 있어서, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)는, 정면측의 제 1 피결합부(2163)와 제 2 피결합부(2171)의 형성 위치와 대략 대향하는 위치에서, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)를 안정에 한쪽으로 편위되도록, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217) 사이에 탄성체로서의 코일 스프링(218)이 현가되어 있다.
또, 본 실시형태에 있어서는, 제 1 가이드축(2131)을 광축 방향으로 안내되는 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)의 제 1 피가이드부(2164) 및 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)의 제 2 피가이드부(2172)의 각각은, 제 1 가이드축(2131)에 의한 지지 점을 복수로 해서 안정적으로 안내되고, 또 경사 편심 등의 발생을 극력 억제하도록 복수의 베어링부가 소정 간격을 두고 형성되어 있다.
구체적으로는, 도 17에 도시하는 바와 같이, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)의 제 1 피가이드부(2164)가, 광축 방향으로 소정 간격을 두고 형성된 제 1 베어링부(21641) 및 제 2 베어링부(21642)를 갖는다.
마찬가지로, 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)의 제 2 피가이드부(2172)는, 광축 방향으로 소정 간격을 두고 형성된 제 3 베어링부(21721) 및 제 3 베어링부(21722)를 갖는다.
그리고, 제 1 베어링부(21641), 제 2 베어링부(21642), 제 3 베어링부(21721), 및 제 4 베어링부(21722)는, 제 1 가이드축(2131)에 대하여 소정 간격을 두고 있고, 또 제 1 베어링부(21641), 제 3 베어링부(21721), 제 2 베어링부(21642) 및 제 4 베어링부(21722)의 순서로 삽입되어 있다.
이렇게, 제 1 베어링부(21641), 제 2 베어링부(21642), 제 3 베어링부(21721) 및 베어링부(21722)를 제 1 가이드축(2131)에 대해 서로 삽입하는 것에 의해, 소형화를 도모한 경우에도, 제 1 베어링부(21641)와 제 2 베어링부(21642)사이의 간격, 및 제 3 베어링부(21721)와 제 4 베어링부(21722)사이의 간격을 충분히 잡을 수 있어, 지지점을 복수로 해서 안정적으로 안내할 수 있고, 또 경사 편심 등의 발생을 극력 억제할 수 있다는 효과를 충분히 발휘하는 것이 가능해지고 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 상술한 바와 같이, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217) 사이에 탄성체로서의 코일 스프링(218)을 현가하여, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)를 안정적으로 편위되도록 구성하는 것에 대응해서, 제 1 피가이드부(2164)의 제 1 베어링부(21641)와 제 2 베어링부(21642)의 형상, 및 제 2 피가이드부(2172)의 제 3 베어링부(21721)와 제 4 베어링부(21722)의 형상이 상이하도록 형성되어 있다.
즉, 도 20, 도 21 및 도 22에 도시한 바와 같은 구성을 갖는 렌즈 구동계에 있어서, 제 1 피가이드부(2164)의 제 1 베어링부(21641)와 제 2 베어링부(21642)의 형상, 및 제 2 피가이드부(2172)의 제 3 베어링부(21721)와 제 4 베어링부(21722)의 형상은, 예를 들면 도 23(A) 내지 (D)에 도시한 바와 같이 형성된다.
구체적으로는, 동일한 제 1 피가이드부(2164)에 형성되는 제 1 베어링부(21641)와 제 2 베어링부(21642)의 형상은 다음과 같이 형성된다.
즉, 도 21의 A점에 관계되는 제 1 베어링부(21641)는, 도 23(A)에 도시하는 바와 같이, 대략 부채형상으로 형성되고, 제 1 가이드축(2131)의 외측[캠 장치(214)의 배치측]에 테이퍼 형상의 미끄럼 접촉부(21641a, 21641b)가 형성되며, 제 1 가이드축(2131)의 내측[촬상 광학계(212)의 배치측]에 원호형상부(21641c)가 형성되어 있다.
이에 비교하여, 도 21의 C점에 관계되는 제 2 베어링부(21642)는, 도 23(C)에 도시하는 바와 같이, 대략 부채형상으로 형성되고, 제 1 가이드축(2131)의 내측[촬상 광학계(212)의 배치측]에 테이퍼 형상의 미끄럼 접촉부(21642a, 21642b)가 형성되며, 제 1 가이드축(2131)의 외측[캠 장치(214)의 배치측]에 원호형상부(21642c)가 형성되어 있다.
즉, 제 1 베어링부(21641)와 제 2 베어링부(21642)는 미끄럼 접촉부가 제 1 가이드축(2131)을 사이에 두고 반대측에 위치하는 형상으로 형성되어 있다.
이로써, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)과 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)가 코일 스프링(218)에 의해 편위도어 있어도, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)를 제 1 가이드축(2131)에 대하여 편위 상태를 해제하고, 경사 없이 대략 축을 따라 안정하게 안내시킬 수 있다.
동일의 제 1의 피결합부(2172)에 형성되는 제 3 베어링부(21721)와 제 4 베어링부(21722)의 형상은 다음과 같이 형성된다.
즉, 도 21의 B점에 관계되는 제 3 베어링부(21721)는, 도 23(B)에 도시하는 바와 같이, 대략 부채형상으로 형성되고, 제 1 가이드축(2131)의 내측[촬상 광학계(212)의 배치측]에 테이퍼 형상의 미끄럼 접촉부(21721a, 21721b)이 형성되며, 제 1 가이드축(2131)의 외측[캠 장치(214)의 배치측]에 원호형상부(21721c)가 형성되어 있다.
이에 비교하여, 도 21의 D점에 관계되는 제 4 베어링부(21722)는, 도 23(D)에 도시하는 바와 같이, 대략 부채형상으로 형성되고, 제 1 가이드축(2131)의 외측[캠 장치(214)의 배치측]에 테이퍼 형상의 미끄럼 접촉부(21722a, 21722b)가 형성되며, 제 1 가이드축(2131)의 내측[촬상 광학계(212)의 배치측]에 원호형상부(21722c)가 형성되어 있다.
즉, 제 3 베어링부(21721)와 제 4 베어링부(21722)는 미끄럼 접촉부가 제 1 가이드축(2131)을 사이에 두고 반대측에 위치하는 형상으로 형성되어 있다.
이로써, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)가 코일 스프링(218)에 의해 편위되어 있어도, 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)를 제 1 가이드축(2131)에 대하여 편위 상태를 해제하고, 경사 없이 대략 축을 따라 안정하게 안내시킬 수 있다.
다음에, 본 실시형태에 있어서의 캠 장치(214)에 대해서 설명한다.
도 24 및 도 25는, 본 실시형태에 따른 캠 장치가 고정 프레임체에 축받이되어 있는 상태를 도시하는 일부 절결 사시도이고, 도 26은 본 실시형태에 따른 캠 장치의 전체 단면 구조를 일부 절결하여 도시하는 사시도이며, 도 27은 본 실시형태에 따른 캠 장치의 축중심부의 단면도이다.
캠 장치(214)는 도 18 등에 도시한 바와 같이, 제 1 가이드축(2131) 및 제 w 가이드축(2132)와 대략 평행한 회전축(21411)을 중심으로 회전가능한 회전체(2141)와, 회전체(2141)의 외측면을 따라, 회전체(2141)의 회전에 대응하여 회전하도록 형성되고, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)의 제 1 피결합부(2163)가 결합하고, 회전에 대응하여 이 제 1 피결합부(2163)를 안내하는 제 1 캠부(21421)와, 회전체(2141)의 외측면을 따라 회전체(2141)의 회전에 대응하여 회전하도록 형성되고, 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)의 제 2 피결합부(2171)이 결합하고, 회전에 대응하여 제 2 피결합부(2171)를 안내하는 제 2 캠부(21422)를 포함하는 띠형상체(2142)가 형성되어 있다.
띠형상체(2142)는, 촬상 광학계의 광축 방향에 있어서 서로 대향하는 제 1 면(2142a)과 제 2 면(2142b)을 갖고, 제 1 면(2142a)이 제 1 캠부(21421)로서 기능하고, 제 2 면(2142b)이 제 2 캠부(21422)로서 기능한다.
즉, 띠형상체(2142)는, 도 18에 도시하는 바와 같이, 후단부측으로부터 선단부를 향해서 슬로프를 이루고, 나선형상을 이루도록 형성되어 있으며, 선단부측이 제 1 면(2142a), 후단부측이 제 2 면(2142b)을 구성하고 있다.
띠형상체(2142)의 폭은, 제 1 렌즈 이동체(216)에 형성된 제 1 피결합부(2163)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)에 형성된 제 2 피결합부(2171)의 광축 방향의 간격과 대략 같아지도록 설정되어 있다.
이러한 구성을 갖고, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)가 코일 스프링(218)에 의해 편위되어 있기 때문에, 제 1 렌즈 이동체(216)에 형성된 제 1 피결합부(2163)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)에 형성된 제 2 피결합부(2171)가 띠형상체(2142)의 제 1 면(2142a)과 제 2 면(2142b)을 사이에 두도록 하여서, 제 1 면(2142a)과 제 2 면(2142b), 즉 제 1 캠부(21421) 및 제 2 캠부(21422)에 대하여 안정적으로 결합상태를 유지할 수 있다.
따라서, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)에 형성된 제 1 피결합부(2163)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)에 형성된 제 2 피결합부(2171)를, 띠형상체(2142)의 제 1 면(2142a)과 제 2 면(2142b)에 대하여 나사 등에 의해 고정할 필요도 없어져서, 조립 자체도 간단하게 된다.
슬로프(slope)를 형성하는 띠형상체(2142)의 제 1 면(2142a)과 제 2 면(2142b)은, 제 1 면(2142a)와 제 2 면(2142b)(제 1 캠부 또는 제 2 캠부)이 안내하는 제 1 피결합부(2163) 및 제 2 피결합부(2171)가 형성된 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)에서 각각 수용하는 제 2 렌즈군(2122) 및 제 3 렌즈군(2123)의 기능에 대응한 단계로써 형성되어 있다.
더구나, 본 캠 장치(214)는, 도 24 및 도 25에 도시하는 바와 같이, 선단부에는, 도시하지 않는 모터의 회전력을 받아서 회전하는 치차(21412)가 설치된다.
이 치차(21412)는, 예를 들면 도 28에 도시하는 바와 같이, 도시하지 않는 모터의 회전 구동력을 소정의 감속비를 갖고 전달하는 치차의 윤열(219)과 맞물려 있다.
그리고, 캠 장치(214)에 있어서는, 구동 대상인 제 1 렌즈 이동 프레임체(216) 및 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)의 위치 정밀도를 내기 위해서, 도 26 내지 도 27에 도시하는 바와 같이, 회전체(2141)의 회전축(21411)의 선단부(21411a) 및 후단부(21411b)가, 각각 선단부 베어링부(2143) 및 후단부 베어링부(2144)에 의해 축받이되어 있고, 또 선단부(21411a)가 가압 수단으로서의 코일 스프링(2145)에 의해 소정의 가압력을 갖고 선단부 베어링부(2143)를 향해서 가압되어 편위되어 있다.
본 실시형태에 있어서는, 회전축(21411)의 선단부(21411a) 및 후단부(21411b)가, 선단부 베어링부(2143) 및 후단부 베어링부(2144)에 대하여 대략 점접촉되도록 형성되어 있다.
구체적으로는, 회전축(21411)의 중심부에 있어서, 가압 수단으로서의 편위용 코일 스프링(2145)이 일단부가 회전축(21411)의 선단부(21411a)측의 내벽에 접촉하고, 코일 스프링(2145)과 후단부 베어링부(2144)의 사이에는, 후단부 베어링부(2144)에서 대략 점접촉하는 중간체(2146)가 배치되어 있다.
중간체(2146)는 적어도 후단부 베어링부(2144)과 접촉하는 쪽이, 대략 구면형상을 갖고, 점접촉을 실현하도록 구성된다. 본 실시형태에서는, 중간체(2146)로서 구형상체를 이용하고 있다.
이러한 구성을 갖는 캠 장치(214)는, 도시하지 않는 모터에 의해 회전체(2141)가 회전 구동되고, 제 1 피결합부(2163) 및 제 2 피결합부(2171)가 띠형상체(2142)의 제 1 면(2142a) 및 제 2 면(2142b)을 안정적으로 안내된다.
이 경우, 회전체(2141)는 회전축(21411)의 선단부(21411a)가, 가압 수단으로서의 코일 스프링(2145)에 의해 소정의 가압력을 갖고 선단부 베어링부(2143)을 향해서 가압되어 편위되어 있기 때문에, 구동 대상인 제 1 렌즈 이동 프레임체(216) 및 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)의 위치 정밀도를 높게 유지하는 것이 가능해서, 정밀도가 높은 렌즈 구동을 실현하고 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 줌 렌즈 유닛(200)에 따르면, 촬상 광학계(212)가 3군 구성의 변배 렌즈가 되고 있어, 제 1 렌즈군(2121)을 1매 구성, 제 2 렌즈군(2122)을 3매 구성, 제 3 렌즈군(2123)을 1매 구성으로 하고, 또 제 2 렌즈군(2122)을 3매 모두 플라스틱화하고 있기 때문에, 광학계의 전체 길이를 짧게 할 수 있고, 이것에 의해 직경 최대 렌즈가 되는 제 1 렌즈군(2121)에 있어서의 렌즈의 직경도 소형화할 수 있고, 또 비용 저감을 도모할 수 있다.
수차보정에 있어서, 각 렌즈군의 파워 배치를 최적화함으로써 조밀화를 달성하고 있고, 또한 제 2 렌즈군(2122)과 제 3 렌즈군(2123)에 비구면을 적당히 배치 함으로써 조밀화를 더욱 실현할 수 있다. 이들 조건을 최적화함으로써, 조밀한 변배 렌즈에 상관없이 고성능으로 더욱 왜곡을 작게 할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 핀트 조정은 제 3 렌즈군(2123)에서 행하고 있어, 무한대로부터 가장 근접한 곳에 걸쳐서 촬상면측으로 이동하기 위해서, 망원단에서의 제 2 렌즈군(2122)과 제 3 렌즈군(2123)의 거리를 좁힐 수 있다. 이로써, 변배 광학계의 조밀화가 가능해지고, 또한 동일한 크기라면, 무리가 없는 파워 배치가 가능해져서, 고성능화 및 편심 감도 저하를 실현할 수 있다.
또, 플라스틱제의 제 2 렌즈군(2122)의 3매는, 정의 메니스커스 렌즈, 부의 메니스커스 렌즈, 정의 양면 볼록 렌즈 구성이 되어 있기 때문에, 정의 메니스커스 렌즈에서 구면수차보정을 양호하게 실행할 수 있고, 부의 메니스커스 렌즈에 있어서, 정 렌즈에서 발생하는 상면 만곡의 보정 과잉을 억제할 수 있고, 이것과 병행해서 코마수차 발생을 억제할 수 있다. 이로써, 성능 밸런스를 잡는 것이 가능해지므로, 변배에 따르는 수차 변동을 억제하고, 고성능이며 변배가 가능해지는 이점이 있다.
또한 각 렌즈군의 초점 거리(f1, f2, f3)와 합성 파워가 강해지도록 각 간의 초점 거리(fw)의 관계에 있어서, 각 렌즈군의 파워 밸런스를 잡는 것에 의해, 고성능이면서 조밀한 변배 렌즈를 실현하는 것이 가능해진다.
촬상 소자(2151)로의 입사각도 규체에 대한 사출 동공 위치의 조건을 소망의 조건으로 규제하는 것에 의해, 광화각, 조밀하면서, 사출 동공의 규제 완화를 행하는 것이 가능해진다.
게다가, 이와 같이 소형화(조밀화)를 실현할 수 있는 촬상 광학계(212)를 탑재하는 줌 렌즈(200)에 있어서는 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)가, 정면측의 대략 제 1 피결합부(2163)와 제 2 피결합부(2171)의 형성 위치와 대향하는 위치에서, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)를 안정적으로 편위시키도록 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217) 사이에 탄성체로서의 코일 스프링(318)이 현가되어 있고, 또 제 1 가이드축(2131)을 광축 방향으로 안내되는 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)의 제 1 피가이드부(2164) 및 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)의 제 2 피가이드부(2172)의 각각에는, 복수의 베어링부가 소정 간격을 두고 형성되어 있기 때문에, 제 1 가이드축(2131)에 의한 지지점을 복수로 해서 안정적으로 안내되고, 또 경사 편심 등의 발생을 극력 억제하도록 제 1 가이드축(2131)에 대하여, 각기 소정 간격을 두고, 또 제 1 베어링부(21641), 제 3 베어링부(21721), 제 2 베어링부(21642), 및 제 4 베어링부(21722)의 순서로 삽입하고 있기 때문에, 제 1 베어링부(21641)와 제 2 베어링부(21642) 사이의 간격, 및 제 3 베어링부(21721)와 제 4 베어링부(21722) 사이의 간격을 충분히 잡을 수 있으며, 지지점을 복수로 해서 안정적으로 안내되고, 또 경사 편심 등의 발생을 극력 억제할 수 있다는 효과를 충분히 발휘하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217) 사이에 탄성체로서의 코일 스프링(218)을 현가하여, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)를 안정적으로 편위시키도록 구성하는 것에 대응해서, 제 1 피가이드부(2164)의 제 1 베어링부(21641)와 제 2 베어링부(21642)의 형상, 및 제 2 피가이드부(2172)의 제 3 베어링부(21721)와 제 4 베어링부(21722)의 형상이 상이하도록 형성되어 있다.
이로써, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216)와 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)가 코일 스프링(218)에 의해 편위되어 있어도, 제 1 렌즈 이동 프레임체(216) 및 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)를 제 1 가이드축(2131)에 대하여 편위 상태를 해제하고, 경사 없이 대략 축을 따라 안정적으로 안내되는 것이 가능하다.
이러한 구성을 갖는 캠 장치(214)는, 도시하지 않는 모터에 의해 회전체(2141)가 회전 구동되어, 제 1 피결합부(2163) 및 제 2 피결합부(2171)가 띠형상체(2142)의 제 1 면(2142a) 및 제 2 면(2142b)을 안정적으로 안내해서, 회전체(2141)는, 회전축(21411)이 선단부(21411a)가, 가압 수단으로서의 코일 스프링(2145)에 의해 소정의 가압력을 갖고 선단부 베어링부(2143)를 향해 가압되어 편위되어 있기 때문에, 구동 대상인 제 1 렌즈 이동 프레임체(216) 및 제 2 렌즈 이동 프레임체(217)의 위치 정밀도를 높게 유지하는 것이 가능해서, 정밀도가 높은 렌즈 구동을 실현할 수 있는 이점이 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 소형화를 실현할 수 있음은 물론이고, 편심 오차나 경사 오차가 생기기 어려워서, 렌즈를 스무스하게 이동시킬 수 있으며, 안정한 위치조정을 실현할 수 있는 줌 렌즈 유닛을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 정보단말기, 휴대전화기 등에 탑재 가능한 조밀한 변배 촬상 렌즈를 실현할 수 있다.
또한, 디지탈 스틸 카메라에의 응용도 가능해서, 초엷은 틀의 변배 렌즈 탑재의 카메라를 실현할 수 있고, 응용범위가 넓은 변배 촬상 렌즈를 실현할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 변배 촬상 렌즈의 기본구성을 도시하는 도면으로서, (A)는 광각단에 있어서의 렌즈 구성을 도시하고, (B)는 망원단에 있어서의 렌즈 구성을 도시함,
도 2는 실시예 1 내지 4에 있어서, 변배 촬상 렌즈의 각 렌즈군을 구성하는 각 렌즈, 조리개 및 촬상부를 구성하는 커버 글래스에 대하여 부여한 면 번호를 도시하는 도면,
도 3은 실시예 1에 있어서, 광각단에서 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 도시하는 수차도,
도 4는 실시예 1에 있어서, 망원단에서 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 도시하는 수차도,
도 5는 실시예 2에 있어서, 광각단에서 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 도시하는 수차도,
도 6은 실시예 2에 있어서, 망원단에서 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 도시하는 수차도,
도 7은 실시예 3에 있어서, 광각단에서 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 도시하는 수차도,
도 8은 실시예 3에 있어서, 망원단에서 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 도시하는 수차도,
도 9은 실시예 4에 있어서, 광각단에서 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 도시하는 수차도,
도 10은 실시예 4에 있어서, 망원단에서 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 도시하는 수차도,
도 11은 본 발명에 따른 변배 촬상 장치로써의 줌 렌즈 유닛의 정면측으로부터 본 외관 사시도,
도 12는 본 발명에 따른 변배 촬상 장치로써의 줌 렌즈 유닛의 배면측으로부터 본 외관 사시도,
도 13은 본 발명에 따른 변배 촬상 장치로써의 줌 렌즈 유닛의 정면도,
도 14는 본 발명에 따른 변배 촬상 장치로써의 줌 렌즈 유닛의 상면도,
도 15는 도 14의 A-A선 단면도,
도 16은 도 14의 B-B선 단면도,
도 17은 본 실시형태에 따른 제 1 렌즈 이동 프레임체와 제 2 렌즈 이동 프레임체, 및 제 1 가이드축과 제 2 가이드축, 캠 장치간의 배치 및 결합관계를 정면측으로부터 도시하는 사시도,
도 18은 본 실시형태에 따른 제 1 렌즈 이동 프레임체와 제 2 렌즈 이동 프레임체, 및 제 1 가이드축과 제 2 가이드축, 캠 장치간의 배치 및 결합관계를 배면측으로부터 도시하는 사시도,
도 19은 본 실시형태에 따른 제 1 렌즈 이동 프레임체와 제 2 렌즈 이동 프레임체, 및 제 1 가이드축과 제 2 가이드축, 캠 장치간의 배치 및 결합관계를 상면측으로부터 도시하는 사시도,
도 20은 본 실시형태에 따른 제 1 렌즈 구동계를 도시하는 상면도로서, 제 1 피결합부의 제 1 베어링부와 제 2 베어링부의 형상, 및 제 2 피결합부의 제 3 베어링부와 제 4 베어링부의 형상을 설명하기 위한 도면,
도 21은 본 실시형태에 따른 제 1 렌즈 구동계를 도시하는 측면도로서, 제 1 피결합부의 제 1 베어링부와 제 2 베어링부의 형상, 및 제 2 피결합부의 제 3 베어링부와 제 4 베어링부의 형상을 설명하기 위한 도면,
도 22는 본 실시형태에 따른 제 1 렌즈 구동계를 도시하는 사시도로서, 제 1 피결합부의 제 1 베어링부와 제 2 베어링부의 형상, 및 제 2 피결합부의 제 3 베어링부와 제 4 베어링부의 형상을 설명하기 위한 도면,
도 23은 본 실시형태에 따른 제 1 피결합부의 제 1 베어링부와 제 2 베어링부의 형상, 및 제 2 피결합부의 제 3 베어링부와 제 4 베어링부의 형상을 설명하기 위한 도면,
도 24는 본 실시형태에 따른 캠 장치가 고정 프레임체에 축받이되어 있는 상태를 상면측으로부터 도시하는 일부 절결 사시도,
도 25는 본 실시형태에 따른 캠 장치가 고정 프레임체에 축받이되어 있는 상태를 하면측으로부터 도시하는 일부 절결 사시도,
도 26은 본 실시형태에 따른 캠 장치의 전체 단면 구조를 일부 절결하여 도시하는 사시도,
도 27은 본 실시형태에 따른 캠 장치의 축 중심부의 단면도,
도 28은 본 실시형태에 따른 캠 장치의 축 중심부 및 구동부의 단면도.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100: 변배(變倍) 촬상 렌즈 110: 제 1 렌즈군
111: 부의 메니스커스 렌즈 120: 제 2 렌즈군
121: 정의 메니스커스 렌즈 122: 부의 메니스커스 렌즈
123: 양면 볼록 렌즈 130: 제 3 렌즈군
131: 부의 렌즈 140: 촬상부
141: 유리제의 평행 평면판(커버 유리) 142: 촬상 소자
142a: 촬상면 200: 줌 렌즈 유닛
211: 고정 프레임체 212: 촬상 광학계
2121: 제 1 렌즈군 2122: 제 2 렌즈군
2123: 제 3 렌즈군 213: 가이드부
2131: 제 1 가이드축 2132:제 2 가이드축
214: 캠 장치 2141: 회전체
21411: 회전축 21411a: 선단부
21411b: 후단부 2142: 띠 형상체
2142a: 제 1 면 2142b: 제 2 면
21421: 제 1 캠부 21422: 제 2 캠부
2143: 선단부 베어링부 2144: 후단부 베어링부
2145: 코일 스프링 215: 기대
2151: 촬상 소자 216: 제 1 렌즈 이동 프레임체
1261: 제 1 프레임체 2162: 제 2 프레임체
2163: 제 1 피결합부 2164: 제 1 피가이드부
21641: 제 1 베어링부 21642: 제 2 베어링부
2165: 제 1 피가이드부 217: 제 2 렌즈 이동 프레임체
217: 제 2 렌즈 이동 프레임체 2171: 제 2 피결합부
2172: 제 2 피가이드부 2l721: 제 3 베어링부
21722: 제 4 베어링부 2173: 제 4 피가이드부
218: 코일 스프링

Claims (9)

  1. 촬상 소자를 대상으로 한 변배 기능을 갖춘 촬상 광학계를 갖는 변배 촬상 렌즈에 있어서,
    상기 촬상 광학계가,
    물체측으로부터 순차로 배치한 5매의 렌즈로 구성되고,
    변배비가 약 2.5 이하이며,
    또한 이하의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 변배 촬상 렌즈.
    [수학식 1]
    0.17<y'/L
    단, y'은 상기 촬상 소자의 촬상면에 있어서의 최대상 높이를, L은 광학계의 가장 물체측 렌즈면 정상으로부터 광축상에 있어서의 상기 촬상면까지의 거리가 최대로 될 때의 광학계 최전면으로부터 촬상면까지의 거리를 각기 나타냄.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 촬상 광학계는, 물체측으로부터 순차로 배치된,
    부의 굴절력을 갖는 1매 구성으로 된 제 1 렌즈군과,
    정 및 부의 굴절력을 갖는 3매 구성으로 되고 전체로서 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군과,
    부의 굴절력을 갖는 1매 구성의 제 3 렌즈군으로 구성되어,
    변배를 실행할 때에는, 적어도 상기 제 2 렌즈군과 상기 제 3 렌즈군이 광축상을 이동하는 것을 특징으로 하는 변배 촬상 렌즈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈군, 상기 제 2 렌즈군 및 상기 제 3 렌즈군의 촛점거리는, 각기 이하의 각 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 변배 촬상 렌즈.
    [수학식 2]
    2.0<│fl│/fw<3.0
    [수학식 3]
    0.74<f2/fw<0.86
    [수학식 4]
    1.0<│f3│/fw<1.42
    단, f1은 제 1 렌즈군의 촛점거리를, f2은 제 2 렌즈군의 촛점거리를, f3은 제 3 렌즈군의 촛점거리를, fw는 광각단에 있어서의 광학계의 촛점거리를 각기 나타냄.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈군에 적어도 1면 비구면을 갖고, 또 상기 제 3 렌즈군에 적어도 1면 비구면을 갖는 것을 특징으로 하는 변배 촬상 렌즈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 렌즈군은 상측에 오목면을 향한 부의 렌즈이며, 이하의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 변배 촬상 렌즈.
    [수학식 5]
    tanω×fst/Lst<0.35
    단, ω는 광각단에서의 최대입사각도를, fst는 광각단에 있어서 조리개로부터 상측(像側)의 광학계의 합성촛점거리를, Lst는 광각단에 있어서 조리개로부터 촬상면까지의 거리를 각각 나타냄.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈군은 3매의 플라스틱 렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 변배 촬상 렌즈.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈군은, 제 1 면에 물체측을 볼록면으로 한 부의 메니스커스 렌즈인 것을 특징으로 하는 변배 촬상 렌즈.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈군의 3매의 렌즈는, 물체측으로부터 정의 메니스커스 렌즈, 부의 메니스커스 렌즈, 정의 양면 볼록 렌즈로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 변배 촬상 렌즈.
  9. 촬상 소자를 대상으로 한 변배 기능을 갖고, 광축상에서 물체측으로부터 순차로 배치된 5매의 렌즈로 구성된 촬상 광학계를 갖는 변배 촬상 렌즈와,
    상기 촬상 광학계의 5매의 렌즈중 소정의 렌즈를 상기 광축에 대략 평행한 방향으로 안내하는 가이드부를 포함하는 구동 장치를 갖고,
    상기 촬상 광학계는 물체측으로부터 순차로 배치된,
    부의 굴절력을 갖는 1매 구성으로 이루어진 제 1 렌즈군과,
    정 및 부의 굴절력을 갖는 3매 구성으로 이루어지고 전체로서 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군과,
    부의 굴절력을 갖는 1매 구성의 제 3 렌즈군으로 구성되고,
    변배를 실행할 때에는, 적어도 상기 제 2 렌즈군과 상기 제 3 렌즈군이 상기 광축상을 상기 가이드부를 따라 이동하고,
    변배비가 약 2.5 이하이며, 또한 이하의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 변배 촬상 렌즈.
    [수학식 1]
    0.17<y'/L
    단, y'은 상기 촬상 소자의 촬상면에 있어서의 최대상 높이를, L은 광학계의 가장 물체측 렌즈면 정상보다 광축상에 있어서 상기 촬상면까지의 거리가 최대로 될 때의 광학계 최전면으로부터 촬상면까지의 거리를 각각 나타냄.
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