KR20110040463A - 줌 렌즈 및 이를 구비한 촬상 장치 - Google Patents
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Abstract
소형의 광각 줌 렌즈 및 이를 채용한 촬상 장치가 개시된다.
개시된 줌 렌즈는 물체측으로부터 순차적으로 배열된 것으로, 부의 굴절력을 가지는 제1렌즈군, 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈군을 포함하고, 상기 제1렌즈군과 제2렌즈군 사이의 간격을 변화시킴으로써 주밍을 행하고, 상기 제2렌즈군 내의 가장 물체측에 있는 제1렌즈가 포커싱을 행한다.
Description
본 발명은 소형의 광각 줌 렌즈 및 이를 채용한 촬상 장치에 관한 것이다.
최근 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 등과 같은 고체 촬상 소자를 가진 디지털 카메라(digital camera)나 비디오 카메라(video camera)가 널리 보급되고 있다. 특히, 메가 픽셀의 카메라 모듈의 수요가 증대되고, 보급형 디지털 카메라에서도 고화소와 고화질의 성능을 가지는 카메라가 등장하고 있다. CCD 또는 CMOS와 같은 촬상 소자를 이용한 디지털 카메라 혹은 핸드폰 카메라와 같은 광학 기기는 소형화, 경량화, 저 비용화가 요구된다. 더 나아가 보다 넓은 범위의 피사체의 모습을 담기 위해 광각화에 대한 요구가 증대되고 있다.
광각 줌 렌즈로 부의 굴절력을 가지는 전군, 정의 굴절력을 가지는 후군을 포함하는 레트로 포커스형 줌 렌즈가 많이 사용된다. 이러한 줌 렌즈는 전군에 강한 부의 굴절력을 갖는 비대칭성의 렌즈 구성이 되기 때문에 왜곡수차 및 비점수차등의 수차가 발생하기 쉬우며 이를 보정하기 위해서는 비구면의 사용, 렌즈 매수의 증가 등으로 렌즈계의 소형화 및 저가격화가 어려워진다.
또한, 레트로 포커스형 렌즈는 무한 물체 거리에서부터 근거리 물체 거리로 포커싱을 행할 경우 렌즈계에 입사하는 축외 광속의 광선높이 변화가 크기 때문에 수차 발생량이 증가하는 경향이 있다. 따라서, 레트로 포커싱 렌즈의 경우 포커싱 시의 수차 변동을 보정하는 방법이 중요하다.
본 발명은 소형이고, 광각의 줌 렌즈를 제공한다.
본 발명은 소형이고, 광각의 줌 렌즈를 채용한 촬상 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 물체측으로부터 순차적으로 배열된 것으로, 부의 굴절력을 가지는 제1렌즈군, 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈군을 포함하고, 상기 제1렌즈군과 제2렌즈군 사이의 간격을 변화시킴으로써 주밍을 행하고, 상기 제2렌즈군 내의 가장 물체측에 있는 제1렌즈가 포커싱을 행하며, 하기의 식을 만족하는 줌 렌즈를 제공한다.
<식>
여기서, fW는 광각단에서의 전체 초점거리를, fT는 망원단에서의 전체 초점거리를, fII는 제2렌즈군의 초점거리를, LT는 망원단에서의 줌 렌즈의 전장을 나타낸다.
상기 줌렌즈는 하기의 식을 만족한다.
<식>
여기서, fI은 제1렌즈군의 초점거리를 나타낸다.
상기 제1렌즈가 물체측으로 볼록한 형상 또는 양볼록 형상을 가지는 정렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제1렌즈군이 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지는 부렌즈 2매 를 포함할 수 있다.
상기 제1렌즈군이 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지는 제1 및 제2 부렌즈, 제1정렌즈, 제3부렌즈 및 양볼록의 제2정렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제2렌즈군이 물체측으로부터 상측으로 순서대로 양볼록의 정렌즈, 제1 및 제2 접합렌즈, 그리고 부렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제2렌즈군은 조리개를 포함할 수 있다.
상기 제1렌즈가 포커싱시 제1렌즈군이 고정될 수 있다.
상기 제2렌즈군이 적어도 하나의 비구면을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 촬상 장치는, 줌 렌즈 및 상기 줌 렌즈에 의해 결상된 상을 수광하는 이미징 센서;를 포함하고,
상기 줌 렌즈는 물체측으로부터 순차적으로 배열된 것으로, 부의 굴절력을 가지는 제1렌즈군, 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈군을 포함하고, 상기 제1렌즈군과 제2렌즈군 사이의 간격을 변화시킴으로써 주밍을 행하고, 상기 제2렌즈군 내의 가 장 물체측에 있는 제1렌즈가 포커싱을 행하며, 하기의 식을 만족한다.
<식>
이하, 본 발명의 실시예에 따른 줌 렌즈 및 이를 채용한 촬상 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 렌즈는 물체측으로부터 순서대로 부의 굴절력을 가지는 제1렌즈군과 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈군을 포함한다. 그리고, 물체 거리가 무한 거리로부터 근거리로 변할 때, 제2렌즈군의 가장 물체측에 있는 렌즈가 포커싱을 수행한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 렌즈를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 렌즈(11)는 제1렌즈군(G1)과 제2렌즈군(G2)을 포함한다. 상기 제1렌즈군(G1)은 부의 굴절력을 가지고, 복 수개의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제1렌즈군(G1)은 예를 들어, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5렌즈(1)(2)(3)(4)(5)를 포함할 수 있다. 상기 제1렌즈군(G1)은 적어도 하나의 접합 렌즈를 포함할 수 있으며, 물체측으로 볼록한 면을 가지는 메니스커스 형상의 렌즈를 적어도 하나 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1렌즈군(G1)은 물체측(O)으로 볼록한 면을 가지는 메니스커스 형의 제1 및 제2 부렌즈, 제1정렌즈, 제3부렌즈 및 양볼록 형상의 제2정렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제1정렌즈와 제3부렌즈는 접합 렌즈로 구비될 수 있다.
상기 제2렌즈군(G2)는 복수 개의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제2렌즈군(G2)은 제6렌즈(6), 제7렌즈(7), 제8렌즈(8), 제9렌즈(9), 제10렌즈(10) 및 제11렌즈(11)를 포함할 수 있다. 상기 제2렌즈군(G2)은 조리개(ST)를 포함할 수 있다. 상기 제11렌즈(11)의 상측(I)에는 필터(12)가 구비될 수 있다.
상기 제2렌즈군(G2)은 가장 물체측(O)에 위치한 렌즈에 의해 포커싱을 수행한다. 상기 가장 물체측(O)에 위치한 렌즈는 물체측(O)으로 볼록한 형상 또는 양볼록 형상을 가진 정렌즈를 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2렌즈군(G2)은 물체측(O)으로부터 상측(I)으로 순서대로 한 매의 양볼록의 정렌즈, 제1 및 제2 접합렌즈, 그리고 부렌즈를 포함할 수 있다. 상기 양볼록의 정렌즈와 제1접합 렌즈 사이에 조리개(ST)가 구비될 수 있다. 상기 제1접합 렌즈는 두 매의 정렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제2렌즈군(G2)이 적어도 하나의 비구면을 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 충분한 후초점 거리를 확보하기 위하여, 물체가 무한대로부터 근거리에 위치할 경우 제2렌즈군 내의 가장 물체측에 있는 정렌즈(6) 한 매를 이동시켜 포커싱을 행하는 이너 포커스 형태를 가진다.
광각단에서 망원단으로의 주밍시 상기 제1렌즈군(G1)과 제2렌즈군(G2) 사이의 간격이 변한다. 광각단에서 망원단으로의 주밍시 상기 제1렌즈군(G1)과 제2렌즈군(G2) 사이의 간격이 좁아질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 렌즈는 다음의 식을 만족하도록 구성될 수 있다.
여기서, fW는 광각단에서의 전체 초점거리를, fT는 망원단에서의 전체 초점거리를, fII는 제2렌즈군의 초점거리를, LT는 망원단에서의 줌 렌즈의 전장을 나타낸다. 수학식 1은 광각단의 초점거리와 망원단의 초점거리에 대한 제2렌즈군의 초점거리의 비를 나타낸 것으로, 이 값이 상한치를 초과하면 광각단에서의 왜곡 수차와 코마 수차의 보정 그리고 망원단에서 구면 수차와 코마 수차의 보정이 어려워진다. 그리고, 하한치보다 작으면 제1렌즈군이 커져 전체 렌즈계의 사이즈가 커지게 된다.
수학식 2는 광각단의 초점거리와 망원단의 초점거리에 대한 망원단에서의 줌 렌즈의 전장의 비를 나타낸 것으로, 수학식 2의 범위를 벗어나면 줌 렌즈의 전장이 커진다.
다음은 제2렌즈군(G2)의 초점거리(fII)에 대한 제1렌즈군의 초점거리(fI)의 비를 나타낸 것이다.
fI/fII 값이 상한치를 초과하면 제2렌즈군의 굴절력에 비해 제1렌즈군의 굴절력이 상대적으로 강하게 되어 왜곡 수차와 상면 만곡의 보정이 어려워진다. fI/fII 값이 하한치를 벗어나게 되면 제2렌즈군의 굴절력에 비해 제1렌즈군의 굴절력이 약하게 되어 제1렌즈군 내의 물체측(O)에 있는 부렌즈가 대형화되어 전체 줌 렌즈의 사이즈가 커지게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 렌즈는 광각단에서의 화각이 약 80도 이상의 광각이고, 구경비가 1:4 그리고 줌 배율이 2 정도의 소형 광각 줌렌즈에 적합하다. 또한, 제2렌즈군의 가장 물체측에 있는 렌즈를 이용하여 간단하게 포커싱을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 줌 렌즈에 사용되는 비구면의 정의를 나타내면 다음과 같다.
비구면 형상은 광축 방향을 x축으로 하고, 광축 방향에 대해 수직한 방향을 y축으로 할 때, 광선의 진행 방향을 정으로 하여 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다. 여기서, x는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리를, y는 광축에 대해 수직한 방향으로의 거리를, K는 코닉 상수(conic constant)를, A, B, C, D는 비구면 계수를, c는 렌즈의 정점에 있어서의 곡률 반경의 역수(1/R)를 각각 나타낸다.
이하에서, 본 발명의 다양한 설계에 따른 실시예를 설명한다.
각 도면에서 가장 오른쪽에 기재된 직선은 상면의 위치를 나타내고, 그 물체측(O)에는 IR(적외선) 차단 필터나 이미징 소자의 커버 글라스가 구비된다. 이하, 제1 및 제2 실시예에 따른 줌 렌즈의 렌즈 데이터, 비구면 데이터, 초점 거리(f), F넘버(Fno), 화각(2ω), 굴절률(Nd), 아베수(Vd), 렌즈간 가변 거리(D0,D1,D2,D3)를 나타낸다. ASP는 비구면을 나타낸다.
<실시예 1>
f ; 12.3 ~ 16.5 ~ 23.3 Fno ; 4.10 2ω ; 100.2°~ 81.9°~ 62.7°
렌즈면 곡률반경 두께 Nd Vd
OBJ: INFINITY D0
S1: 28.27100 1.850000 1.90366 31.32
S2: 17.02300 0.050000 1.51358 51.54
S3: 13.44200 5.900000
ASP:
K : -1.000000
A :0.125342E-04 B :0.482093E-08 C :-0.347189E-09 D :0.280520E-12
S4: 41.09900 1.500000 1.83481 42.7200
S5: 13.60000 5.770000
S6: -110.00000 4.850000 1.56732 42.84
S7: -16.89800 1.200000 1.80420 46.50
S8: 96.83000 0.800000
S9: 39.62400 4.740000 1.68893 31.16
S10: -39.62400 D1
S11: 62.78900 2.220000 1.71300 53.94
S12: -113.00000 D2
ST: INFINITY 1.890000
S14: 14.15300 5.800000 1.51823 58.96
S15: -43.75100 0.900000 1.83481 42.72
S16: 31.24000 4.320000
S17: 16.57000 1.000000 1.90366 31.32
S18: 10.70000 6.200000 1.49700 81.61
S19: -19.00000 0.620000
S20: -34.84000 1.200000 1.80610 40.74
ASP:
K : 1.000000
A :-.774621E-04 B :-.196887E-06 C :-.162436E-08 D :0.000000E+00
S21: 171.50000 D3
S22: INFINITY 2.790000 1.51680 64.20
S23: INFINITY 1.000000
IMG: INFINITY
다음은 제1실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단, 중간단, 망원단에서의 가변거리를 나타낸 것이다.
가변거리 | 광각단(Inf) | 중간단(Inf) | 망원단(Inf) | 광각단(지근) | 중간단(지근) | 망원단(지근) |
D0 | INFINITY | INFINITY | INFINITY | 180.00000 | 173.27171 | 179.55702 |
D1 | 21.94721 | 10.89371 | 1.44640 | 24.02628 | 12.97278 | 3.52547 |
D2 | 3.71354 | 3.71354 | 3.71354 | 1.63447 | 1.63447 | 1.63447 |
D3 | 21.79509 | 27.33571 | 36.30622 | 21.79509 | 27.33571 | 36.30622 |
도 2a 및 도 2b는 제1 실시예의 광각단, 중간단, 망원단에서의 수차도이다.
각 실시예의 구면 수차도에서, 종축은 FNo를 나타내고, 656.27nm, 587.56nm, 486.13nm에 대한 구면 수차를 나타낸다. 상면만곡에서 종축은 최대 상높이(IH)를 나타내고, 실선은 구결상면 만곡(S: sagittal field curvature), 점선은 자오상면 만곡(T: tangential field curvature)을 나타낸다. 왜곡 수차도에서 종축은 최대 상높이(IH)를 나타낸다.
<실시예 2>
도 3은 제2 실시예에 따른 줌 렌즈를 도시한 것이다.
f ; 12.0 ~ 16.55 ~ 23.19 Fno ; 4.10 2ω ; 101.8°~ 81.9°~ 63.1°
렌즈면 곡률반경 두께 Nd Vd
OBJ: INFINITY D0
S1: 31.10000 2.500000 1.80470 40.95
S2: 15.02500 6.600000
ASP:
K : -1.000000
A :0.117858E-04 B :-0.446786E-08 C :-0.101693E-09 D :-0.349263E-13
S3: 40.84000 1.500000 1.90366 313200
S4: 13.00000 5.170000
S5: -141.40000 4.900000 1.56732 42.84
S6: -15.38000 1.200000 1.77250 49.62
S7: 90.00000 0.810000
S8: 37.71600 4.280000 1.72825 28.32
S9: -48.47000 D1
S10: 52.71000 2.170000 1.74330 49.22
S11: -247.80000 D2
ST: INFINITY 1.920000
S13: 14.27000 5.000000 1.51823 58.96
S14: -27.05000 0.920000 1.77250 49.62
S15: 71.38000 3.520000
S16: 22.30000 1.000000 1.90366 31.32
S17: 10.57000 6.200000 1.49700 81.61
S18: -15.81400 0.670000
S19: -23.28000 1.570000 1.80470 40.95
ASP:
K : 1.000000
A :-0.589604E-04 B :-0.129665E-06 C :-0.295353E-08 D :0.000000E+00
S20: -125.20000 D3
S21: INFINITY 2.790000 1.51680 64.20
S22: INFINITY 1.000000
IMG: INFINITY 0.000000
다음은 제2실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단, 중간단, 망원단에서의 가변거리를 나타낸 것이다.
광각단(Inf) | 중간단(Inf) | 망원단(Inf) | 광각단(지근) | 중간단(지근) | 망원단(지근) | |
D0 | INFINITY | INFINITY | INFINITY | 165.30458 | 168.35420 | 180.00000 |
D1 | 20.58763 | 9.85571 | 1.74991 | 22.39294 | 11.66102 | 3.55522 |
D2 | 3.95531 | 3.95531 | 3.95531 | 2.15000 | 2.15000 | 2.15000 |
D3 | 22.24374 | 28.58584 | 37.84170 | 22.24374 | 28.58584 | 37.84170 |
다음은, 상기 제1 및 제2 실시예가 위에서 설명한 각 식의 범위를 만족시킴을 보여준 것이다.
수학식 1 | 수학식 2 | 수학식 3 | |
제1실시예 | 1.57 | 5.67 | -0.76 |
제2실시예 | 1.53 | 5.83 | -0.72 |
본 발명의 실시예에 따른 줌 렌즈는 광각 및 소형화를 실현한다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따른 줌 렌즈는 CCD나 CMOS 등의 고체촬상소자를 사용하는 디지탈 스틸 카메라나 비디오 카메라, 휴대용 단말기 등의 촬상 장치에 적합하게 사용 가능하다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 줌렌즈(111)를 구비한 촬상 장치를 도시한 것이다. 촬상 장치는 앞서 실시예에 따라 설명한 줌렌즈(111)와, 상기 줌렌즈(111)에 의해 결상된 광을 수광하는 이미징 소자(112)를 포함한다. 상기 촬상 장치는 상기 이미징 소자(112)로부터 광전 변환된 피사체 상에 대응되는 정보가 기록된 기록 수단(113)과, 피사체 상을 관찰하기 위한 뷰 파인더(finder)(114)를 포함할 수 있다. 그리고, 피사체 상이 표시되는 표시부(115)가 구비될 수 있다. 여기서는, 뷰 파인더(114)와 표시부(115)가 따로 구비된 예를 보여주었으나 뷰 파인더가 따로 없이 표시부만 구비될 수 있다. 도 5에 도시된 촬상 장치는 일 예일 뿐이며 여기에 한정되는 것은 아니고 카메라 이외에 다양한 광학 기기에 적용 가능하다. 이와 같이 본 발명의 줌렌즈를 디지털 카메라 등의 촬상 장치에 적용함으로써 소형이면서 저가이고 밝으며 광각 촬영이 가능한 광학 기기를 제공한다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 줌 렌즈의 구성도이다.
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단에서의 수차도를 나타낸 것이다.
도 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 줌 렌즈의 망원단에서의 수차도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 줌 렌즈의 구성도이다.
도 4a는 본 발명의 제2실시예에 따른 줌 렌즈의 광각단에서의 수차도를 나타낸 것이다.
도 4b는 본 발명의 제2실시예에 따른 줌 렌즈의 망원단에서의 수차도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 장치를 나타낸 것이다.
<도면 중 주요 부분에 대한 설명>
G1...제1렌즈군, G2...제2렌즈군
Claims (15)
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 제1렌즈가 물체측으로 볼록한 형상 또는 양볼록 형상을 가지는 정렌즈를 포함하는 줌 렌즈.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 제1렌즈군이 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지는 부렌즈 2매 를 포함하는 줌 렌즈.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 제1렌즈군이 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지는 제1 및 제2 부렌즈, 제1정렌즈, 제3부렌즈 및 양볼록의 제2정렌즈를 포함하는 줌 렌즈.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 제2렌즈군이 물체측으로부터 상측으로 순서대로 양볼록의 정렌즈, 제1 및 제2 접합렌즈, 그리고 부렌즈를 포함하는 줌 렌즈.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 제2렌즈군은 조리개를 포함하는 줌 렌즈.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 제1렌즈가 포커싱시 제1렌즈군이 고정되는 줌 렌즈.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 제2렌즈군이 적어도 하나의 비구면을 포함하는 줌 렌즈.
- 제 1항 또는 제 2항에 기재된 줌 렌즈; 및상기 줌 렌즈에 의해 결상된 상을 수광하는 이미징 센서;를 포함하는 촬상 장치.
- 제 10항에 있어서,상기 제1렌즈가 물체측으로 볼록한 형상 또는 양볼록 형상을 가지는 정렌즈를 포함하는 촬상 장치.
- 제 10항에 있어서,상기 제1렌즈군이 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지는 부렌즈 2매 를 포함하는 촬상 장치.
- 제 10항에 있어서,상기 제1렌즈군이 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지는 제1 및 제2 부렌즈, 제1정렌즈, 제3부렌즈 및 양볼록의 제2정렌즈를 포함하는 촬상 장치.
- 제 10항에 있어서,상기 제2렌즈군이 물체측으로부터 상측으로 순서대로 양볼록의 정렌즈, 제1 및 제2 접합렌즈, 그리고 부렌즈를 포함하는 촬상 장치.
- 제 10항에 있어서,상기 제2렌즈군은 조리개를 포함하는 촬상 장치.
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