KR20210096007A

KR20210096007A - 광학계, 촬상 장치 및 렌즈 장치

Info

Publication number: KR20210096007A
Application number: KR1020210009097A
Authority: KR
Inventors: 토요카츠 후지사키
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2020-01-27
Filing date: 2021-01-22
Publication date: 2021-08-04
Also published as: JP7467134B2; JP2021117366A; JP2024061921A; US20210231929A1

Abstract

광학계는, 물체측으로부터 상측으로의 순으로, 정의 굴절력의 제1렌즈 유닛과, 정의 굴절력의 제2렌즈 유닛과, 정의 굴절력의 제3렌즈 유닛을 포함한다. 무한원으로부터 단거리로의 포커싱시에, 상기 제1렌즈 유닛은 고정되고, 상기 제2렌즈 유닛과 상기 제3렌즈 유닛은, 상기 제2렌즈 유닛과 상기 제3렌즈 유닛 사이의 거리가 변화하도록 이동된다. 소정의 거리가 만족된다.

Description

광학계, 촬상 장치 및 렌즈 장치{OPTICAL SYSTEM, IMAGE PICKUP APPARATUS, AND LENS APPARATUS}

본 발명은, 광학계, 촬상 장치, 및 렌즈 장치에 관한 것으로, 특히 디지털 스틸 카메라, 비디오카메라, 감시 카메라, 방송용 카메라, 은염사진용 카메라 등의 촬상 장치에서의 렌즈에 적합한 것들에 관한 것이다.

최근, 고체 촬상 소자를 사용한 디지털 스틸 카메라, 비디오카메라, 감시 카메라, 방송용 카메라, 은염사진용 카메라 등의 촬상 장치는 보다 정교해져 있다. 이러한 촬상 장치에 사용된 광학계에서의 포커스 유닛은 전체적으로 소형화가 요구된다. 또한, 무한원(infinity)(에서의 물체)로부터 최단 거리(에서의 물체)까지의 포커싱시에, 촬영 배율을 증대하면서도 최단 거리에서의 촬영시의 색수차나 상면 만곡 등을 만족하게 보정하는 광학계가 요구된다. 아울러, 큰 카메라가 미러리스(비반사) 구조를 사용하는 경향이 있음에 따라, 짧은 백포커스와 대구경을 갖는 콤팩트 렌즈가 요구된다. 이 요구사항들을 만족하는 종래의 광학계의 하나는, 물체측으로부터 상측의 순으로, 정의 굴절력의 렌즈 유닛과, 정의 굴절력의 포커스 렌즈 유닛과, 정의 굴절력의 포커스 렌즈 유닛을 구비한다(일본 특허공개("JP")2014-48488호 공보 참조).

JP 2014-48488호 공보의 광학계에서는, 물체측에 가장 가깝고 정의 굴절력(초점거리의 역수)을 갖는 상기 렌즈 유닛의 굴절력이 지나치게 약하기 때문에, 백포커스가 길고 소형화가 불충분하다. 게다가, 포커스 유닛 전체의 매수가 많아, 포커스 유닛의 소형 경량화에 적합하지 않다.

본 발명은, 전체 길이의 단축과 아울러 포커스 유닛 전체의 소형화를 하면서, 무한원으로부터 단거리까지의 전체 물체 거리에 있어서의 촬영시의 색수차와 상면 만곡을 만족하게 각기 보정할 수 있는, 광학계, 촬상 장치, 및 렌즈 장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 광학계는, 물체측으로부터 상측으로의 순으로, 정의 굴절력의 제1렌즈 유닛과, 정의 굴절력의 제2렌즈 유닛과, 정의 굴절력의 제3렌즈 유닛을 포함하는 광학계로서, 무한원으로부터 단거리로의 포커싱시에, 상기 제1렌즈 유닛은 고정되고, 상기 제2렌즈 유닛과 상기 제3렌즈 유닛은, 상기 제2렌즈 유닛과 상기 제3렌즈 유닛 사이의 거리가 변화하도록 이동되고, 무한원 합초 상태에서의 광학계의 초점거리를 f, 상기 제1렌즈 유닛, 상기 제2렌즈 유닛, 상기 제3렌즈 유닛의 초점거리를 각각 f1, f2, f3으로 하는 경우,

0.01 <f1/f <2.60

0.50 <f2/f3 <30.00

되는 조건을 만족한다.

또한, 상기 광학계를 각각 갖는 촬상 장치와 렌즈 장치는, 본 발명의 또 하나의 측면을 구성한다.

본 발명의 추가의 특징들은, 첨부도면을 참조하여 이하의 실시예들의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도1은 실시 예 1에 따른 광학계의 무한원 합초 상태에서의 렌즈 단면도다.
도2는 실시 예 1에 따른 광학계의 무한원 합초 상태에서의 여러 가지의 수차를 예시한 것이다.
도3은 실시 예 1에 따른 광학계의 단거리의 합초 상태에서의 여러 가지의 수차를 예시한 것이다.
도4는 실시 예 2에 따른 광학계의 무한원 합초 상태에서의 렌즈 단면도다.
도5는 실시 예 2에 따른 광학계의 무한원 합초 상태에서의 여러 가지의 수차를 예시한 것이다.
도6은 실시 예 2에 따른 광학계의 단거리의 합초 상태에서의 여러 가지의 수차를 예시한 것이다.
도7은 실시 예 3에 따른 광학계의 무한원 합초 상태에서의 렌즈 단면도다.
도8은 실시 예 3에 따른 광학계의 무한원 합초 상태에서의 여러 가지의 수차를 예시한 것이다.
도9는 실시 예 3에 따른 광학계의 단거리의 합초 상태에서의 여러 가지의 수차를 예시한 것이다.
도10은 실시 예 4에 따른 광학계의 무한원 합초 상태에서의 렌즈 단면도다.
도11은 실시 예 4에 따른 광학계의 무한원 합초 상태에서의 여러 가지의 수차를 예시한 것이다.
도12는 실시 예 4에 따른 광학계의 단거리의 합초 상태에서의 여러 가지의 수차를 예시한 것이다.
도13은 실시 예 5에 따른 광학계의 무한원 합초 상태에서의 렌즈 단면도다.
도14는 실시 예 5에 따른 광학계의 무한원 합초 상태에서의 여러 가지의 수차를 예시한 것이다.
도15는 실시 예 5에 따른 광학계의 단거리의 합초 상태에서의 여러 가지의 수차를 예시한 것이다.
도16은 예시적 촬상 장치에서의 주요부의 개략도다.
도17은 본 실시 형태에 따른 렌즈 장치의 외관 사시도다.

본 실시 형태는, 전체 길이의 단축과 아울러 포커스 유닛 전체의 소형화를 하면서, 무한원으로부터 단거리까지의 전체 물체 거리에 있어서의 촬영시의 색수차와 상면 만곡을 만족하게 각기 보정할 수 있는, 광학계, 촬상 장치, 및 렌즈 장치를 제공한다.

본 실시 형태에 따른 광학계는, 물체측으로부터 상측으로의 순으로, 정의 굴절력의 제1렌즈 유닛L1과, 정의 굴절력의 제2렌즈 유닛L2와, 정의 굴절력의 제3렌즈 유닛L3을 구비한다. 또한, 무한원으로부터 단거리로의 포커싱시에, 제1렌즈 유닛L1은 고정되고, 제2렌즈 유닛L2와 제3렌즈 유닛L3은 그들간의 거리가 변화되도록 이동된다. 이러한 구성으로 인해, 본 실시 형태에 따른 광학계는, 무한원으로부터 단거리로의 포커싱시에 전체 촬영 범위에 있어서의 구면수차, 상면 만곡 및 횡 색수차를 억제할 수 있다.

무한원 합초 상태에서의 광학계의 초점거리를 f, 제1렌즈 유닛L1, 제2렌즈 유닛L2, 제3렌즈 유닛L3의 초점거리를 각각 f1, f2, f3이라고 할 때, 본 실시 형태에 따른 광학계는, 이하의 조건을 만족한다.

0.01 <f1/f <2.60 (1)

0.50 <f2/f3 <30. 00 (2)

조건식 (1)은, 제1렌즈 유닛L1의 초점거리와 무한원 합초시의 광학계의 초점거리와의 비를 적절하게 설정한다. 그 값이 조건식 (1)의 상한값보다 높으면, 제1렌즈 유닛L1의 초점거리가 지나치게 길어지고, 백포커스가 길어져, 전체 길이의 단축이 곤란해진다. 그 값이 조건식 (1)의 하한값보다 낮으면, 제1렌즈 유닛L1의 초점거리가 지나치게 작아지고, 특히 대구경의 렌즈에서는 주로 구면수차, 종 색수차등의 보정이 곤란해진다.

조건식 (2)는, 제2렌즈 유닛L2의 초점거리와 제3렌즈 유닛L3의 초점거리와의 비를 적절하게 설정한다. 그 값이 조건식 (2)의 상한값보다 높으면, 제2렌즈 유닛L2의 초점거리가 지나치게 길어지고, 포커스 유닛인 제2렌즈 유닛L2가 바람직하지 않게 커진다. 그 값이 조건식 (2)의 하한값보다 낮으면, 제3렌즈 유닛L3의 초점거리가 지나치게 길어지고, 포커스 유닛인 제3렌즈 유닛L3이 바람직하지 않게 커진다.

각 조건식의 수치범위를 다음과 같이 설정하여도 좋다:

0.01 <f1/f <2.55 (1a)

0.70 <f2/f3 <20.00 (2a).

각 조건식의 수치범위를 다음과 같이 설정하여도 좋다:

0.01 <f1/f <2.50 (1b)

0.90 <f2/f3 <10.00 (2b).

본 실시 형태는, 이상과 같은 구성 및 조건식을 만족함으로써, 전체 길이 단축과 아울러 포커스 유닛 전체의 소형화를 하면서, 무한원으로부터 단거리까지의 전체 물체 거리에 있어서의 촬영시의 색수차와 상면 만곡을 만족하게 각기 보정할 수 있는 광학계, 촬상 장치, 및 렌즈 장치를 제공한다.

본 실시 형태에 따른 광학계는, 다음 조건식 중 1개이상을 만족하여도 된다.

0.01 <ｓｋ/f <1.00 (3)

0.01 <ｓｋ/f2 <0.30 (4)

0.01 <ＴＧ2/f2 <0.10 (5)

0.10 <ＴＧ2/ＴＧ3 <3.00 (6)

0.20 <ＤＧ12/f1 <1.00 (7)

0.01 <ＦＬ2/f2 <0.20 (8)

1.00 <ＦＬ2/ＦＬ3 <3.00 (9)

0.05 <f/X1 <3.00 (10)

여기서, ｓｋ는 무한원 합초시의 광학계의 백포커스, ＴＧ2, ＴＧ3은 각각 제2렌즈 유닛L2, 제3렌즈 유닛L3의 광축방향의 두께, ＤＧ12는 제1렌즈 유닛L1과 제2렌즈 유닛L2 사이의 거리다. ＦＬ2, ＦＬ3은 각각, 무한원 합초로부터 상면에서 500mm 이격된 물체에 합초까지의 제2렌즈 유닛L2 및 제3렌즈 유닛L3의 이동량(상기 렌즈 유닛이 물체측으로 끌어당겨질 때 정의(positive) 부호를 갖는 끌어당김량)이다. X1은 무한원 합초시의 조리개(개구 조리개)로부터 상면까지의 거리다. 또한, 렌즈 유닛의 광축방향의 두께란, 그 렌즈 유닛의 물체측에 가장 가까운 렌즈면으로부터 그 렌즈 유닛의 화상에 가장 가까운 렌즈면까지의 광축상의 거리를 말한다.

조건식 (3)은, 무한원 합초시의 광학계의 초점거리와 백포커스와의 비를 적절하게 설정한다. 그 값이 조건식 (3)의 상한값보다 높으면, 광학계의 초점거리와 비교해서 백포커스가 지나치게 길어지고, 전체 길이의 단축이 곤란해진다. 한편, 그 값이 조건식 (3)의 하한값보다 낮으면, 광학계의 초점거리와 비교해서 백포커스가 지나치게 짧아지고, 센서에의 입사각이 바람직하지 않게 급격해져, 주변부의 색수차가 악화한다.

조건식 (4)는, 무한원 합초시의 제2렌즈 유닛L2의 초점거리와 백포커스와의 비를 적절하게 설정한다. 그 값이 조건식 (4)의 상한값보다 높으면, 제2렌즈 유닛L2의 초점거리와 비교해서 백포커스가 지나치게 길어져, 전체 길이의 단축이 곤란해진다. 그 값이 조건식 (4)의 하한값보다 낮으면, 제2렌즈 유닛L2의 초점거리가 지나치게 짧아져서, 단거리의 합초시의 이동량이 백포커스와 비교해서 상대적으로 커지고, 전체 길이가 바람직하지 않게 길어진다.

조건식 (5)는, 제1의 포커스 유닛인 제2렌즈 유닛L2의 두께와 초점거리와의 비를 적절하게 설정한다. 그 값이 조건식 (5)의 상한값보다 높으면, 제2렌즈 유닛L2가 너무 두꺼워져 포커스 렌즈 유닛의 경량화의 방해가 된다. 한편, 그 값이 조건식 (5)의 하한값보다 낮으면, 포커스 렌즈 유닛의 파워가 지나치게 약해져, 포커스 이동량이 커지고, 바람직하지 않게 콤팩트 구성을 방해한다.

조건식 (6)은, 제1의 포커스 유닛인 제2렌즈 유닛L2의 두께와 제2의 포커스 렌즈 유닛인 제3렌즈 유닛L3의 두께와의 비를 적절하게 설정한다. 그 값이 조건식 (6)의 상한값보다 높으면, 제2렌즈 유닛L2가 지나치게 두껍다. 그 때문에, 제1의 포커스 렌즈 유닛의 중량이 제2의 포커스 렌즈 유닛의 중량과 비교해서 지나치게 무거워져서 바람직하지 않게 경량화를 방해한다. 그 값이 조건식 (6)의 하한값보다 낮으면, 제3렌즈 유닛L3이 지나치게 두꺼워져서, 제2의 포커스 렌즈 유닛의 중량이 제1의 포커스 렌즈 유닛의 중량과 비교해서 지나치게 무거워진다. 따라서, 이 구성은, 바람직하지 않게 소형 및 경량화의 방해가 된다.

조건식 (7)은, 제1렌즈 유닛L1과 제2렌즈 유닛L2과의 거리ＤＧ12와 제1렌즈 유닛L1의 초점거리와의 비를 적절하게 설정한다. 그 값이 조건식 (7)의 상한값보다 높으면, 전체 길이가 길어져 바람직하지 않게 소형의 구성을 방해한다. 그 값이 조건식 (7)의 하한값보다 낮으면, 제1렌즈 유닛L1의 파워가 지나치게 약해지고 프론트 렌즈 지름이 바람직하지 않게 커진다. 아울러, 제1렌즈 유닛L1과 제2렌즈 유닛L2과의 거리ＤＧ12는 지나치게 좁아져서, 바람직하지 않게 단거리에의 포커스를 곤란하게 한다.

조건식 (8)은, 무한원 합초로부터 상면에서 500mm 이격된 물체에의 합초까지의 제2렌즈 유닛L2의 이동량ＦＬ2와 제1의 포커스 렌즈 유닛인 제2렌즈 유닛L2의 초점거리f2와의 비를 적절하게 설정한다. 그 값이 조건식 (8)의 상한값보다 높으면, 제2렌즈 유닛L2의 파워가 지나치게 강해져서, 단거리에의 합초시에 성능이 악화한다. 그 값이 조건식 (8)의 하한값보다 낮으면, 제2렌즈 유닛L2의 파워가 지나치게 약해져 포커스 이동량이 커지고 소형화를 방해한다.

조건식 (9)는, 무한원 합초로부터 상면에서 500mm 이격된 물체에의 합초까지의 제2렌즈 유닛L2의 이동량ＦＬ2와 무한원 합초로부터 상면에서 500mm 이격된 물체에의 합초까지의 제3렌즈 유닛L3의 이동량ＦＬ3과의 비를 적절하게 설정한다. 그 값이 조건식 (9)의 상한값보다 높으면, 제2렌즈 유닛L2의 이동량이 지나치게 커져서, 제1의 포커스 유닛인 제2렌즈 유닛L2를 이동하기 위한 기계적 기구가 바람직하지 않게 커진다. 추가로, 동화상 촬영시의 화각이 바람직하지 않게 크게 변화된다. 그 값이 조건식 (9)의 하한값보다 낮으면, 제3렌즈 유닛L3의 이동량이 지나치게 커져서, 제2의 포커스 유닛인 제3렌즈 유닛L3을 이동하기 위한 기계적 기구가 바람직하지 않게 커진다.

조건식 (10)은, 무한원 합초시에 조리개로부터 상면까지의 거리X1과 광학계의 초점거리f와의 비를 적절하게 설정한다. 그 값이 조건식 (10)의 상한값보다 높으면, 무한원 합초시에 조리개로부터 상면까지의 거리와 광학계의 초점거리가 지나치게 짧아지고, 광학계에 있어서의 사출동공위치가 상면에 접근한다. 그 결과, 전자 촬상 소자(고체 촬상 소자)에 호환 가능한 범위에서 텔레센트릭성을 확보하는 것이 곤란해진다. 그 값이 조건식 (10)의 하한값보다 낮으면, 무한원 합초시의 조리개로부터 상면까지의 거리와 광학계의 초점거리가 지나치게 길어지고, 광학계의 전체 길이를 억제하는 것이 곤란하다.

상기 구성 및 조건식을 만족하는 것은, 전체 길이 단축과 아울러 포커스 유닛 전체의 소형화를 하면서, 무한원으로부터 단거리까지의 전체 물체 거리에 있어서의 촬영시의 색수차나 상면 만곡 등을 만족하게 보정할 수 있는 광학계를 제공할 수 있다.

각 조건식 (3)∼(10)의 수치범위를 다음과 같이 설정하여도 좋다:

0.05 <ｓｋ/f <0.90 (3a)

0.01 <ｓｋ/f2 <0.25 (4a)

0.01 <ＴＧ2/f2 <0.09 (5a)

0.2 <ＴＧ2/ＴＧ3 <2.50 (6a)

0.20 <ＤＧ12/f1 <0.80 (7a)

0.01 <ＦＬ2/f2 <0.15 (8a)

1.00 <ＦＬ2/ＦＬ3 <2.50 (9a)

0.05 <f/X1 <2.00 (10a).

각 조건식 (3a)∼(10a)의 수치범위를 다음과 같이 설정하여도 좋다:

0.10 <ｓｋ/f <0.80 (3b)

0.05 <ｓｋ/f2 <0.20 (4b)

0.010 <ＴＧ2/f2 <0.071 (5b)

0.30 <ＴＧ2/ＴＧ3 <2.00 (6b)

0.20 <ＤＧ12/f1 <0.70 (7b)

0.01 <ＦＬ2/f2 <0.10 (8b)

1.00 <ＦＬ2/ＦＬ3 <2.00 (9b)

0.05 <f/X1 <1.00 (10b).

본 실시 형태에 따른 광학계는, 여러 가지의 수차들 중 왜곡 수차 및 횡 색수차를 전기적 화상처리에 의해 보정해도 좋다. 그 후, 렌즈 지름 전체를 소형화할 수 있고, 광학계는 단거리에서의 촬영시에 촬영 배율을 증대하고, 단거리에서의 촬영시에 색수차나 상면 만곡 등을 만족하게 보정할 수 있다.

추가로, 본 실시 형태에 따른 광학계는, 무한원으로부터 단거리에의 포커싱시에, 제2렌즈 유닛L2 및 제3렌즈 유닛L3을 물체측으로 이동함으로써, 동화상 촬영시의 화각 변화의 억제를 용이하게 행할 수 있다.

실시 예1∼5

이하에, 본 실시 형태에 따른 광학계의 실시 예들에 대해서 첨부도면을 참조하여 설명한다.

도1은, 본 실시 형태에서 실시 예 1에 따른 광학계의 무한원 합초 상태에서의 렌즈 단면도다. 도2 및 도3은, 각각, 광학계의 무한원 및 단거리의 합초 상태에 있어서의 수차도다.

도4는, 본 실시 형태에서 실시 예 2에 따른 광학계의 무한원 합초 상태에서의 렌즈 단면도다. 도5 및 도6은, 각각, 광학계의 무한원 및 단거리의 합초 상태에 있어서의 수차도다.

도7은, 본 실시 형태에서 실시 예 3에 따른 광학계의 무한원 합초 상태에서의 렌즈 단면도다. 도8 및 도9는, 각각, 광학계의 무한원 및 단거리의 합초 상태에 있어서의 수차도다.

도10은, 본 실시 형태에서 실시 예 4에 따른 광학계의 무한원 합초 상태에서의 렌즈 단면도다. 도11 및 도12는, 각각, 광학계의 무한원 및 단거리의 합초 상태에 있어서의 수차도다.

도13은, 본 실시 형태에서 실시 예 5에 따른 광학계의 무한원 합초 상태에서의 렌즈 단면도다. 도14 및 도15는, 각각, 광학계의 무한원 및 단거리의 합초 상태에 있어서의 수차도다.

실시 예 1∼5에 따른 광학계는 촬상 장치에 사용된 촬영 렌즈계이며, 각 렌즈 단면도에 있어서, 좌측이 물체측이고, 우측이 상측이다. 실시 예 1∼5의 각 렌즈 단면도에 있어서, L1은 정의 굴절력을 가지는 제1렌즈 유닛, L2는 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈 유닛, L3은 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈 유닛이다. ＳＰ는 개구 조리개(조리개)이며, ＩＰ는 상면이다. 실시 예 4에 따른 렌즈 단면도에 있어서, L4는 부의(negative) 굴절력을 가지는 제4렌즈 유닛이다. 실시 예 1∼5에서는, 포커싱시에, 화살표로 도시된 것처럼 제2렌즈 유닛L2을 물체측으로 이동시키는 것에 의해, 또한 제3렌즈 유닛L3을 물체측으로 이동시키는 것에 의해 변배를 행한다.

실시 예 1∼5에 따른 각 렌즈 유닛내의 구성에 대해서 설명한다. 제1렌즈 유닛L1은, 부의 렌즈, 정의 렌즈와 부의 렌즈를 구비하는 접합 렌즈, 부의 렌즈와 정의 렌즈를 구비하는 접합 렌즈, 정의 렌즈와 부의 렌즈를 구비하는 접합 렌즈, 또는 정의 렌즈와 부의 렌즈를 구비하는 2매의 렌즈를 구비한다. 이러한 구성은, 광각단의 횡 색수차를 억제하고, 제1렌즈 유닛L1의 파워를 감소시키고, 소형화에 기여한다. 제2렌즈 유닛L2은, 부의 렌즈와 정의 렌즈의 2매를 구비한다. 이러한 구성은, 대구경화했을 때의 사지탈 코마 수차를 억제하고, 필요 최소의 렌즈 매수를 사용하여 제1의 포커스 렌즈 유닛인 제2렌즈 유닛L2를 쉽게 소형 및 경량화할 수 있다. 제3렌즈 유닛L3은, 1매 또는 2매의 렌즈를 구비한다. 이러한 구성은, 대구경화했을 때의 사지탈 코마 수차를 억제하고, 필요 최소의 렌즈 매수를 사용하여 제2의 포커스 렌즈 유닛인 제3렌즈 유닛L3을 쉽게 소형 및 경량화할 수 있다. 실시 예 4에 따른 제4렌즈 유닛L4은, 단일의 부의 렌즈를 구비하고, 전체 길이의 단축에 기여한다. 실시 예 1, 2, 3에 나타낸 렌즈 구성에도, 부의 굴절력을 가지는 제4렌즈 유닛L4가 부가되어도 좋다.

각 수차도에 있어서, d 및 g는 d선 및 g선을, ΔM 및 ΔS는 메리디오날 상면 및 사지탈 상면을 각각 나타내고 있다. F는 F넘버, ω는 반화각(°)이다. 구면수차에 대해서, d선(실선) 및 g선(점선)을 표시한다. 비점수차에 대해서, d선에 대한 ΔM, ΔS를 표시한다. 왜곡 수차에 대해서는, d선을 표시한다. 횡 색수차에 있어서는, d선에 대한 ｇ선의 수차를 표시하고, 횡 색수차에 있어서는 d선에 대한 ｇ선의 수차를 표시한다.

이하에, 본 실시 형태에 따른 실시 예 1∼5에 대응한 수치 실시 예 1∼5를 나타낸다.

각 수치 실시 예에 따른 면 데이터에 있어서, 물체측으로부터 면번호를 순서대로 나타내고, r은 각 광학면의 곡률반경, d(ｍｍ)는 제ｍ면과 제(m+1)면과의 사이의 축상 거리(광축상의 거리)다. 단, m은 광 입사측으로부터 카운트한 면의 번호다. ｎｄ는 각 광학부재의 ｄ선에 대한 굴절률, νd는 광학부재의 아베(Abbe)수를 나타낸다. 어떤 재료의 아베수는, 프라운호퍼(Fraunhofer)선의 ｄ선(587.6ｎｍ), F선(486.1ｎｍ) 및 C선(656.3ｎｍ)에 있어서의 굴절률을 Ｎｄ, ＮＦ, ＮＣ라고 하는 경우,

νd=(Ｎｄ-1)/(ＮＦ-ＮＣ)

로서 나타낸다.

또한, 각 수치 실시 예에 있어서, d, 초점거리(ｍｍ), F넘버 및 반화각(°)은 모두 각 실시 예에 따른 광학계가 무한원 물체에 초점을 맞췄을 때의 값이다. "ＢＦ(백포커스)"는, 렌즈 최종면(화상에 가장 가까운 렌즈면)으로부터 근축상면까지의 광축상의 거리를 공기환산 길이에 의해 표기한 것이다. "렌즈 전체 길이"는, 줌렌즈의 최전면(물체에 가장 가까운 렌즈면)으로부터 최종면까지의 광축상의 거리에 백포커스를 더한 길이다. "렌즈 유닛"은, 하나 이상의 렌즈들을 구비하여도 된다.

광학면이 비구면일 경우는, 면번호의 우측에, ＊의 부호를 첨부하고 있다. 비구면 형상의 경우, X는 광축방향의 면 정점으로부터의 변위량, h는 광축에 수직한 방향의 광축으로부터의 높이, R은 근축 곡률반경, k는 원추 정수, A4, A6, A8, A10, A12는 각 차수의 비구면 계수다.

x=(h²/R)/[1+{1-(1+k)(h/R)²}^1/2+A4×h⁴+A6×h⁶+A8×h⁸+A10×h¹⁰+A12×h¹²

각 비구면 계수에 있어서의 "ｅ±ＸＸ"는 "×10±^ＸＸ"를 의미한다.

수치 실시 예1

단위 mm

면 데이터

비구면 데이터

제9면

K=0.00000e+000 A4=-1.95201e-007 A6=5.56469e-010 A8=-1.84169e-012

제17면

K=0.00000e+000 A4=-8.55938e-006 A6=-3.88001e-009

각 종 데이터

줌비 1.00

초점거리 26.79

F 넘버 1.44

반화각(°) 38.93

상높이 21.64

렌즈 전체 길이 134.78

BF 13.00

d11 11.85

d16 15.72

d20 13.00

줌 렌즈 유닛 데이터

유닛 시작면 초점거리

1 1 51.01

2 12 106.20

3 17 94.79

수치 실시 예2

단위 mm

면 데이터

비구면 데이터

제9면

K=0.00000e+000 A4=4.42691e-007 A6=-7.15232e-009 A8=3.90599e-011

제10면

K=0.00000e+000 A4=4.53281e-006 A6=-8.69501e-009 A8=5.39734e-011

제18면

K=0.00000e+000 A4=-6.49149e-006 A6=-1.15124e-009

각종 데이터

줌비 1.00

초점거리 26.62

F 넘버 1.44

반화각(°) 39.10

상높이 21.64

렌즈 전체 길이 131.96

BF 20.00

d13 15.13

d17 7.48

d21 20.00

줌 렌즈 유닛 데이터

유닛 시작면 초점거리

1 1 67.64

2 14 175.19

3 18 54.82

수치 실시 예3

단위 mm

면 데이터

비구면 데이터

제9면

K=0.00000e+000 A4=6.46101e-007 A6=-1.56132e-009 A8=4.53013e-012

제10면

K=0.00000e+000 A4=1.93058e-006 A6=-2.70735e-009 A8=7.75395e-012

제18면

K=0.00000e+000 A4=-3.87737e-006 A6=-1.96727e-009

각종 데이터

줌비 1.00

초점거리 33.73

F 넘버 1.44

반화각(°) 32.68

상높이 21.64

렌즈 전체 길이 143.92

BF 20.00

d13 18.16

d17 10.39

d21 20.00

줌 렌즈 유닛 데이터

유닛 시작면 초점거리

1 1 68.33

2 14 167.14

3 18 69.96

수치 실시 예4

단위 mm

면 데이터

비구면 데이터

제9면

K=0.00000e+000 A4=-1.94572e-006 A6=-1.87272e-009 A8=2.79637e-013

제10면

K=0.00000e+000 A4=4.97742e-008 A6=-1.52803e-009 A8=2.61249e-012

제18면

K=0.00000e+000 A4=-8.41605e-006 A6=-3.79274e-009

각종 데이터

줌비 1.00

초점거리 33.87

F 넘버 1.44

반화각(°) 32.57

상높이 21.64

렌즈 전체 길이 131.26

BF 16.49

d13 18.47

d17 5.04

d19 7.23

d21 16.49

줌 렌즈 유닛 데이터

유닛 시작면 초점거리

1 1 53.36

2 14 134.26

3 18 92.16

4 20 -238.81

수치 실시 예5

단위 mm

면 데이터

비구면 데이터

제9면

K=0.00000e+000 A4=-4.79445e-007 A6=-2.54333e-010 A8=3.69344e-013

제10면

K=0.00000e+000 A4=3.41648e-006 A6=-2.47237e-009 A8=2.27433e-012

제18면

K=0.00000e+000 A4=-1.18783e-005 A6=-3.76022e-009

각종 데이터

줌비 1.00

초점거리 26.70

F 넘버 1.44

반화각(°) 39.02

상높이 21.64

렌즈 전체 길이 133.24

BF 20.00

d12 12.74

d17 5.54

d21 20.00

줌 렌즈 유닛 데이터

유닛 시작면 초점거리

1 1 50.52

2 13 125.52

3 18 84.29

이하의 표 1에 각 실시 예에 있어서의 조건식 (1) 내지 (10)에 대응한 수치를 나타낸다.

다음에, 각 실시 예에 나타낸 광학계를 사용한 촬상 장치 및 렌즈 장치의 실시 형태에 대해서, 도16 및 도17을 참조하여 설명한다.

도16은, 본 실시 형태에 따른 광학계를 촬상 광학계로서 사용한 디지털 스틸 카메라(촬상 장치)의 주요부의 개략도다. 도16에 있어서, 참조부호 10은 카메라 본체, 참조부호 11은 본 실시 형태에 따른 광학계를 구비하는 촬상 광학계, 참조부호 12는 카메라 본체에 내장되고, 촬상 광학계(11)에 의해 형성된 피사체상을 수신하도록 구성된 ＣＣＤ센서와 ＣＭＯＳ센서 등의 고체 촬상 소자(광전변환 소자)다. 참조부호 13은 촬상 소자(12)가 수신한 피사체상을 기록하는 레코더, 참조부호 14는 (도시되지 않은) 표시 소자에 표시된 피사체상을 관찰하는 데 사용된 뷰 파인더다. 표시 소자는 액정 패널 등을 구비하고, 촬상 소자(12) 위에 형성된 피사체상을 표시한다. 카메라 본체(10)는 퀵 턴 미러를 가지는 소위 일안 레플렉스 카메라이어도 좋거나, 퀵 턴 미러를 갖지 않는 소위 미러리스 카메라이어도 좋다.

도17은, 교환 렌즈등의 렌즈 장치(20)의 외관 개략도다. 렌즈 장치(20)는 촬상 광학계(11)를 구비하고 있다. 렌즈 장치(20)는 포커스 조작 유닛(21) 및 모드를 변화시키기 위한 조작 유닛(22)을 가져도 좋다. 유저가 포커스 조작 유닛(21)을 조작할 때, 기계적 또는 전기적으로 촬상 광학계(11)의 렌즈 유닛의 배치가 변화되고, 초점위치를 변화시켜도 좋다. 유저가 그 모드를 변화시키기 위한 조작 유닛(22)을 조작하여, 기계적 또는 전기적으로 촬상 광학계(11)의 렌즈 유닛의 배치가 변화되고, 수차를 변화시켜도 좋다.

이렇게 본 실시 형태에 따른 광학계를, 상기 촬상 장치 및 렌즈 장치에 적용함으로써, 전체 길이 단축과 아울러 포커스 유닛 전체의 소형화를 하면서, 무한원으로부터 단거리까지의 전체 물체 거리에 있어서의 촬영시의 색수차와 상면 만곡을 만족하게 각기 보정할 수 있는 촬상 장치 및 렌즈 장치를 얻을 수 있다.

본 발명을 예시적 실시 형태들을 참조하여 기재하였지만, 본 발명은 상기 개시된 예시적 실시 형태들에 한정되지 않는다는 것을 알 것이다. 아래의 청구항의 범위는, 모든 수정 및, 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 폭 넓게 해석해야 한다.

Claims

물체측으로부터 상측으로의 순으로, 정의 굴절력의 제1렌즈 유닛과, 정의 굴절력의 제2렌즈 유닛과, 정의 굴절력의 제3렌즈 유닛을 포함하는 광학계로서,
무한원으로부터 단거리로의 포커싱시에, 상기 제1렌즈 유닛은 고정되고, 상기 제2렌즈 유닛과 상기 제3렌즈 유닛은, 상기 제2렌즈 유닛과 상기 제3렌즈 유닛 사이의 거리가 변화하도록 이동되고,
무한원 합초 상태에서의 광학계의 초점거리를 f, 상기 제1렌즈 유닛, 상기 제2렌즈 유닛, 상기 제3렌즈 유닛의 초점거리를 각각 f1, f2, f3으로 하는 경우,
0.01 <f1/f <2.60
0.50 <f2/f3 <30.00
되는 조건을 만족하는, 광학계.
제 1 항에 있어서,
ｓｋ를 무한원 합초 상태에서의 광학계의 백포커스로 하는 경우,
0.01 <ｓｋ/f <1.00
되는 조건을 만족하는, 광학계.
제 1 항에 있어서,
ｓｋ를 무한원 합초 상태에서의 광학계의 백포커스로 하는 경우,
0.01 <ｓｋ/f2 <0.30
되는 조건을 만족하는, 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 제2렌즈 유닛의 광축방향의 두께를 ＴＧ2로 하는 경우,
0.01 <ＴＧ2/f2 <0.10
되는 조건을 만족하는, 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 제2렌즈 유닛의 광축방향의 두께를 ＴＧ2, 상기 제3렌즈 유닛의 광축방향의 두께를 ＴＧ3으로 하는 경우,
0.10 <ＴＧ2/ＴＧ3 <3.00
되는 조건을 만족하는, 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 제1렌즈 유닛과 상기 제2렌즈 유닛 사이의 거리를 ＤＧ12로 하는 경우,
0.20 <ＤＧ12/f1 <1.00
되는 조건을 만족하는, 광학계.
제 1 항에 있어서,
무한원 합초로부터 상면에서 500mm 이격된 물체에의 합초까지의 상기 제2렌즈 유닛의 이동량을 ＦＬ2로 하는 경우,
0.01 <ＦＬ2/f2 <0.20
되는 조건을 만족하는, 광학계.
제 1 항에 있어서,
무한원 합초로부터 상면에서 500mm 이격된 물체에의 합초까지의 상기 제2렌즈 유닛과 상기 제3의 렌즈 유닛의 이동량을 각각 ＦＬ2와 ＦＬ3로 하는 경우,
1.00 <ＦＬ2/ＦＬ3 <3.00
되는 조건을 만족하는, 광학계.
제 1 항에 있어서,
조리개를 더 포함하고,
무한원 합초시에 상기 조리개로부터 상면까지의 거리를 X1으로 하는 경우,
0.05 <f/X1 <3.00
되는 조건을 만족하는, 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 제1렌즈 유닛은, 상기 물체측으로부터 상기 상측으로의 순으로,
부의 렌즈;
정의 렌즈와 부의 렌즈의 접합 렌즈;
부의 렌즈와 정의 렌즈의 접합 렌즈; 및
정의 렌즈와 부의 렌즈의 접합 렌즈, 또는 정의 렌즈와 부의 렌즈의 2매의 렌즈를,
포함하는, 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 제2렌즈 유닛은, 상기 물체측으로부터 상기 상측으로의 순으로 배치된, 부의 렌즈와 정의 렌즈의 2매의 렌즈를 포함하는, 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 제3렌즈 유닛은, 1매 또는 2매의 렌즈를 포함하는, 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 제3렌즈 유닛의 상기 상측에 배치된 1매의 부의 렌즈를 포함하는 제4렌즈 유닛을 더 포함하는, 광학계.
청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 따른 광학계; 및
상기 광학계에 의해 형성된 화상을 수신하는 촬상 소자를 포함하는, 촬상 장치.
청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 따른 광학계를 포함하는, 렌즈 장치.