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KR101134539B1 - 줌렌즈 광학계 - Google Patents

줌렌즈 광학계 Download PDF

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KR101134539B1
KR101134539B1 KR1020050029574A KR20050029574A KR101134539B1 KR 101134539 B1 KR101134539 B1 KR 101134539B1 KR 1020050029574 A KR1020050029574 A KR 1020050029574A KR 20050029574 A KR20050029574 A KR 20050029574A KR 101134539 B1 KR101134539 B1 KR 101134539B1
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lens group
lens
refractive power
optical system
wide
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박영우
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삼성전자주식회사
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Abstract

소형 컴팩트화 하고, 색수차 보정하며, 고변배비 및 텔레센트릭성을 가지는 고체 촬상 소자를 이용한 카메라에 적합한 줌렌즈 광학계가 개시되어 있다.
이 개시된 줌렌즈 광학계는 물체측으로부터 순서대로, 정의 굴절력을 가지며, 변배 이동하는 제1렌즈군과; 부의 굴절력을 가지며, 변배 이동하는 제2렌즈군과; 정의 굴절력을 가지며, 변배 이동하는 제3렌즈군과; 정의 굴절력을 가지는 제4렌즈군;을 포함하는 것으로, 하기의 조건식 1을 만족하며, 상기 제2렌즈군은 적어도 하나의 접합 렌즈를 구비하고 광각단에서 망원단으로 변배시 상기 제3렌즈군과 상기 제4렌즈군 사이의 간격이 넓어지도록 변배를 행하는 것을 특징으로 한다.
<조건식 1>
Figure 712011004914178-pat00050
Figure 712011004914178-pat00002
여기서, fW는 광각단에서의 전체 초점거리이고, fT는 망원단에서의 전체 초점거리이며, fⅢ은 제3렌즈군의 초점거리이다.

Description

줌렌즈 광학계{Zoom lens optical system}
도 1a는 본 발명의 제1실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 광각단에서의 광학적 배치를 보인 단면도.
도 1b는 본 발명의 제1실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 중간단에서의 광학적 배치를 보인 단면도.
도 1c는 본 발명의 제1실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 망원단에서의 광학적 배치를 보인 단면도.
도 2a 내지 도 2c 각각은 본 발명의 제1실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 광각단에서의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보인 수차도.
도 3a 내지 도 3c 각각은 본 발명의 제1실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 망원단에서의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보인 수차도.
도 4a는 본 발명의 제2실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 광각단에서의 광학적 배치를 보인 단면도.
도 4b는 본 발명의 제2실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 중간단에서의 광학적 배치를 보인 단면도.
도 4c는 본 발명의 제2실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 망원단에서의 광학적 배치를 보인 단면도.
도 5a 내지 도 5c 각각은 본 발명의 제2실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 광각단에서의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보인 수차도.
도 6a 내지 도 6c 각각은 본 발명의 제2실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 망원단에서의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보인 수차도.
도 7a는 본 발명의 제3실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 광각단에서의 광학적 배치를 보인 단면도.
도 7b는 본 발명의 제3실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 중간단에서의 광학적 배치를 보인 단면도.
도 7c는 본 발명의 제3실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 망원단에서의 광학적 배치를 보인 단면도.
도 8a 내지 도 8c 각각은 본 발명의 제3실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 광각단에서의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보인 수차도.
도 8a 내지 도 8c 각각은 본 발명의 제3실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 망원단에서의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보인 수차도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
Ⅰ...제1렌즈군 Ⅱ...제2렌즈군
Ⅲ...제3렌즈군 Ⅳ...제4렌즈군
S...조리개 IMG...상면
본 발명은 고체 촬상 소자를 이용한 카메라에 적합한 줌렌즈 광학계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소형 컴팩트화 하고, 색수차 보정하며, 고변배비 및 텔레센트릭성을 가지는 줌렌즈 광학계에 관한 것이다.
최근 CCD나 CMOS 등의 고체 촬상 소자를 이용한 전자 스틸 카메라와 비데오 카메라의 보급이 급속히 확대되고 있으며, 이러한 카메라는 저가격화 및 소형 경량화가 추진되고 있다. 따라서, 이 카메라에 채용된 줌렌즈 광학계에 있어서 그 소형 경량화 및 저가격화가 요구된다.
이 고체 촬상 소자를 이용한 카메라는 촬상 소자의 주기적인 구조에 기인하는 모아레 현상을 방지하기 위하여 수정필터를 사용한다. 그러므로, 이 수정필터의 두께와 위치를 고려하여 충분히 긴 후초점거리가 확보되어야 하며, 상면에 입사되는 광선의 텔레센트릭(telecentric)성 특성이 중요한 인자가 된다.
이와 관련하여, 일본 공개특허 제2003-098433호에는 4군 줌 방식의 줌렌즈 광학계가 개시된 바 있다. 이 개시된 줌렌즈 광학계는 물체측으로부터 순서대로 고정된 정의 굴절력을 가지는 제1렌즈군, 변배의 부의 굴절력을 가지는 제2렌즈군, 변배의 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈군 및 수차 보상 및 포커싱을 병행하는 정의 굴절력을 가지는 제4렌즈군을 포함한다.
이 줌렌즈 광학계는 비교적 긴 후초점거리와 텔레센트릭 특성을 만족한다. 한편, 잔존 수차량이 크므로 고해상도를 구현하기 어렵고, 3배 정도의 변배비를 가지므로 고 변배비 달성이 어렵다는 단점이 있다.
또한, 일본 공개특허 제2002-156581호에는 5군 줌 방식의 줌렌즈 광학계가 개시된 바 있다. 이 개시된 줌렌즈 광학계는 물체측으로부터 순서대로 고정된 정의 굴절력을 가지는 제1렌즈군, 부의 굴절력을 가지는 제2렌즈군, 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈군, 정의 굴절력을 가지는 제4렌즈군 및 정의 굴절력을 가지는 제5렌즈군을 포함한다. 이 줌렌즈 광학계는 제2 및 제4렌즈군을 이동시켜 줌밍(zooming)을 행하는 광학계로서, 줌밍 동작시 상기 제1 및 제3렌즈군이 고정되어 있으므로 광각단에서 성능 보정을 위해서는 광학계의 전장이 길어지고 크기가 커진다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 고체 촬상 소자를 이용한 카메라에 적합하고, 소형 컴팩트화 하고, 색수차 보정하며, 대략 8 내지 12배의 고변배비 및 텔레센트릭성을 가지는 줌렌즈 광학계를 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 줌렌즈 광학계는 물체측으로부터 순서대로, 정의 굴절력을 가지며, 변배 이동하는 제1렌즈군과; 부의 굴절력을 가지며, 변배 이동하는 제2렌즈군과; 정의 굴절력을 가지며, 변배 이동하는 제3렌즈군과; 정의 굴절력을 가지는 제4렌즈군;을 포함하는 것으로, 하기의 조건식 1을 만족하며, 광각단에서 망원단으로 변배시 상기 제3렌즈군과 상기 제4렌즈군 사이의 간격이 넓어지도록 변배를 행하는 것을 특징으로 한다.
<조건식 1>
Figure 112005055923407-pat00051
Figure 112005018559018-pat00004
여기서, fW는 광각단에서의 전체 초점거리이고, fT는 망원단에서의 전체 초점거리이며, fⅢ은 제3렌즈군의 초점거리이다.
또한, 하기의 조건식 2를 만족하는 것을 특징으로 한다.
<조건식 2>
Figure 112005018559018-pat00005
여기서, DW(Ⅲ)는 광각단에서의 제3렌즈군과 제4렌즈군 사이의 광축 상의 거리이고, DT(Ⅲ)은 망원단에서의 제3렌즈군과 제4렌즈군 사이의 광축 상의 거리이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 줌렌즈 광학계는 물체측으로부터 순서대로, 정의 굴절력을 가지며, 변배 이동하는 제1렌즈군과; 부의 굴절력을 가지며, 변배 이동하는 제2렌즈군과; 정의 굴절력을 가지며, 변배 이동하는 제3렌즈군과; 정의 굴절력을 가지는 제4렌즈군;을 포함하는 것으로, 하기의 조건식 3을 만족하며, 광각단에서 망원단으로 변배시 상기 제3렌즈군과 상기 제4렌즈군 사이의 간격이 넓어지도록 변배를 행하는 것을 특징으로 한다.
<조건식 3>
Figure 112005055923407-pat00052
Figure 112005018559018-pat00007
여기서, fW는 광각단에서의 전체 초점거리이고, fT는 망원단에서의 전체 초점거리이며, DW(Ⅲ)는 광각단에서의 제3렌즈군과 제4렌즈군 사이의 광축 상의 거리이고, DT(Ⅲ)은 망원단에서의 제3렌즈군과 제4렌즈군 사이의 광축 상의 거리이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 줌렌즈 광학계를 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1c 각각은 본 발명의 제1실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 광학단, 중간단, 망원단 각각에서의 광학적 구성을 보인 배치도이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 줌렌즈 광학계는 물체쪽으로부터 정(正)의 굴절력을 가지는 제1렌즈군(Ⅰ), 부(負)의 굴절력을 가지는 제2렌즈군(Ⅱ), 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈군(Ⅲ) 및 정의 굴절력을 가지는 제4렌즈군(Ⅳ)으로 이루어져 있다. 또한, 상기 제2렌즈군(Ⅱ)과 상기 제3렌즈군(Ⅲ) 사이에는 상기 제3렌즈군(Ⅲ)에 연동되어 이동되는 조리개(S)가 더 구비되어 있다.
여기서, 상기 제1 내지 제3렌즈군(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)을 광축 상에서 이동시킴으로써 변배를 행하고, 상기 제4렌즈군(Ⅳ)을 이동시킴으로써 변배 중에 발생되는 초점 위치 이동을 보정할 수 있다. 즉, 상기 제3렌즈군(Ⅲ)은 변배시 물체측으로 단조로 운 이동을 하고, 상기 제1 및 제2렌즈군(Ⅰ)(Ⅱ)은 상면측에 볼록의 궤적으로 이동한다. 따라서, 제1렌즈군(Ⅰ)의 외경의 소형화, 전장의 축소 및 변배시의 수차 변동을 제어할 수 있다. 또한, 제4렌즈군(Ⅳ)을 통하여 포커싱 기능을 수행함으로써, 경통 구조를 소형화할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 도 1a에 도시된 바와 같은 광학적 배치를 가지는 광각단에서 중간단(도 1b 참조)을 걸쳐 도 1c에 도시된 바와 같은 광학적 배치를 가지는 망원단(도 1c 참조)으로 변배시 상기 제3렌즈군(Ⅲ)과 상기 제4렌즈군(Ⅳ) 사이의 간격이 넓어지도록 상기 제3렌즈군(Ⅲ)을 이동시켜 변배 즉, 줌밍(zoomming) 동작을 행한다. 또한, 상기한 변배 동작시 제1렌즈군(Ⅰ)과 제2렌즈군(Ⅱ) 사이의 간격이 넓어지고, 제2렌즈군(Ⅱ)과 제3렌즈군(Ⅲ) 사이의 간격이 좁아지도록 상기 제1 및 제2렌즈군(Ⅰ)(Ⅱ)을 비선형적으로 이동시켜 변배를 행한다.
여기서, 변배시 발생되는 상면 이동과 함께 피사체 위치에 따른 초점 위치 보정 즉, 포커싱은 상기 제4렌즈군(Ⅳ)을 이동함에 의해 수행한다. 이 경우, 소형 렌즈군이 가동군이 되므로, 시스템을 소형화 할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 상기 제4렌즈군(Ⅳ)을 정의 굴절력을 가지도록 함으로써, 고체 촬상 소자 등의 결상매체 사용시 요구되는 텔레센트릭성을 가지도록 한다. 여기서, 텔레센트릭성은 주변 상에서 입사되는 광속의 주광선이 촬상소자에 직각으로 입사되도록 하는 성능을 말한다.
보다 구체적으로 상기 제1 내지 제4렌즈군(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)(Ⅳ) 각각의 렌즈 구성을 살펴보면 다음과 같다.
상기 제1렌즈군(Ⅰ)은 물체측으로부터 순서대로, 부렌즈, 정렌즈, 정렌즈의 3매 렌즈로 구성되며, 상기 정렌즈는 분산 값이 높은 소재를 사용한다. 따라서, 대략 8배 내지 12배 정도의 줌배율에서도 배율색수차가 충분히 보정되도록 할 수 있다. 상기 제2렌즈군(Ⅱ)은 제1렌즈군(Ⅰ)측으로부터 순서대로 배치된, 물체측으로 정의 메니스커스 부렌즈 1매와, 양면이 오목한 부렌즈 1매와, 물체측으로 정의 메니스커스 정렌즈 1매를 포함한다. 따라서, 줌밍 동작시 발생되는 성능 변화가 최소화되도록 할 수 있다. 상기 제3렌즈군(Ⅲ)은 제2렌즈군(Ⅱ)측으로부터 순서대로, 비구면을 가지는 정렌즈, 정렌즈, 부렌즈의 3매 렌즈로 구성된다. 따라서, 전체 화면에 대해 양호한 광학성능을 얻도록 굴절력을 분산시키고 비구면을 가짐으로써, 구면수차와 왜곡수차를 최소화할 수 있고, 고화소 촬상소자용에 적합하도록 충분한 결상 성능을 얻을 수 있다. 상기 제4렌즈군(Ⅳ)은 부렌즈 1매와, 비구면을 가지는 정렌즈 1매로 구성되는 것으로, 왜곡수차와 상면만곡을 보정하면서 포커싱을 담당한다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 줌렌즈 광학계는 하기의 수학식 1 내지 6의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112005055923407-pat00053
여기서, fW는 광각단에서의 전체 초점거리이고, fT는 망원단에서의 전체 초점거리이다.
상기 수학식 1은 망원단의 전체 초점거리에 대한 광각단에서의 전체 초점거리의 비 즉, 변배비를 정의한 것으로서, 8배 이상의 변배가 가능함을 의미한다.
여기서, fW는 광각단에서의 전체 초점거리이고, fT는 망원단에서의 전체 초점거리이며, fⅢ은 제3렌즈군의 초점거리이다.
수학식 2는 광각단에서의 전체 초점거리와 망원단의 전체 초점거리에 대한 제3렌즈군(Ⅲ)의 초점거리의 비를 나타낸 것이다. 여기서, 상한값을 벗어나게 되면 제3렌즈군(Ⅲ)의 굴절력이 약하게 되어, 동일 조건의 변배시 제3렌즈군(Ⅲ)의 이동량이 커야하므로 소형화가 어려워지는 단점이 있다. 반면, 하한값을 벗어나게 되면 제3렌즈군의 정의 굴절력이 강하게 되어 구면수차 등의 보정이 곤란하게 되어 광학성능이 저하되는 문제점을 초래하게 된다.
Figure 112005018559018-pat00010
여기서, DW(Ⅲ)는 광각단에서의 제3렌즈군과 제4렌즈군 사이의 광축 상의 거리이고, DT(Ⅲ)은 망원단에서의 제3렌즈군과 제4렌즈군 사이의 광축 상의 거리이다.
수학식 3은 광각단에서 제3렌즈군(Ⅲ)과 제4렌즈군(Ⅳ)의 광축상의 거리에 대한 망원단에서의 제3렌즈군(Ⅲ)과 제4렌즈군(Ⅳ)의 광축상의 거리에 대한 비를 나타낸 것이다. 여기서, 상한값을 벗어나게 되면, 변배에 따른 제3렌즈군(Ⅲ)의 이동량이 커지게 되고 이에 따라 망원단에서의 광학계 전장이 길어지게 된다. 반면, 하한값을 벗어나게 되면, 제3렌즈군(Ⅲ)의 굴절력이 너무 강하게 되어 광각단에서의 후초점 거리 확보가 어려워지고, 비점수차의 보정이 곤란해진다.
Figure 112005018559018-pat00011
여기서, DW(Ⅱ)는 광각단에서의 제2렌즈군과 제3렌즈군 사이의 광축 상의 거리이고, DT(Ⅱ)은 망원단에서의 제2렌즈군과 제3렌즈군 사이의 광축 상의 거리이다.
수학식 4는 광각단과 망원단에서의 제2렌즈군(Ⅱ)과 제3렌즈군(Ⅲ) 사이, 그리고 제3렌즈군(Ⅲ)과 제4렌즈군(Ⅳ) 사이의 광축상의 거리에 대한 비를 나타낸 것이다. 여기서, 상한값을 벗어나게 되면 변배를 담당하는 제3렌즈군(Ⅲ)의 굴절력이 강하게 되어 변배시 출사동의 위치변화가 크게 되어 텔레센트릭 각도의 변화게 심하게 된다. 반면, 하한값을 벗어나게 되면 제3렌즈군(Ⅲ)의 이동량이 커지게 되어 전장이 길어지거나 고변배비 달성이 어려워진다.
Figure 112005018559018-pat00012
여기서, fⅡ는 제2렌즈군의 초점거리이다.
수학식 5는 광각단의 초점거리와 망원단의 초점거리에 대한 제2렌즈군의 초 점거리 비를 나타낸 것이다. 여기서, 상한값을 벗어나면 제2렌즈군(Ⅱ)의 굴절력이 약하게 되어 광학계의 전장이 길어지게 된다. 그리고, 광각단에서 필요한 후초점거리 확보가 곤란해지며, 망원단에서 구면수차, 코마수차, 비점수차의 보정 부족이 되기 쉽다. 반면, 하한값을 벗어나게 되면 제2렌즈군(Ⅱ)의 부의 굴절력이 강하게 되어 텔레센트릭성이 저하된다.
Figure 112005018559018-pat00013
여기서, LⅢ는 제3렌즈군의 광각단에서 망원단까지의 이동량이다.
수학식 6은 광각단과 망원단에서의 합성 초점거리에 대한 제3렌즈군(Ⅲ)의 이동량의 비를 나타낸 것이다. 여기서, 상한값을 벗어나게 되면 제3렌즈군(Ⅲ)의 굴절력이 약하게되어 광각단에서 망원단까지의 제3렌즈군(Ⅲ)의 이동량이 커지게 되어 렌즈 전장이 길어지게 된다. 역으로 하한값을 벗어나면 제3렌즈군(Ⅲ)의 굴절력이 강하게 되어 광각단에서 필요한 후초점거리 확보가 곤란해지며, 망원단에서 구면수차, 코마수차, 비점수차의 보정 부족이 되기 쉽다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 제1실시예에 따른 줌렌즈 광학계를 구성하는 각 렌즈에 대한 곡률반경, 렌즈 사이의 거리, 굴절률 및 분산을 표 1 내지 표 3에 나타내었다.
f ; 6.03 ~ 17.91 ~ 68.59 Fno ; 2.87 ~ 3.38 ~ 4.08
2ω; 63.56 ~ 22.35 ~ 5.89
곡률반경 두께 또는 렌즈 사이의 거리 굴절률(Nd) 분산(Vd)
1 59.46000 1.000000 1.71736 29.5
2 28.70000 4.110000 1.49700 81.6
3 1250.00000 0.100000
4 31.75000 2.740000 1.69680 55.5
5 151.00000 D11
6 42.80000 0.800000 1.80610 33.3
7 7.70000 4.670000
8 -22.50000 1.100000 1.48749 70.4
9 10.46000 2.930000 1.84666 23.8
10 47.44000 D12
S 조리개 0.850000
12 8.08000
(비구면 1)		 2.550000 1.58322 59.3
13 -51.86000 0.750000
14 8.18000 1.780000 1.51680 64.2
15 -64.53000 0.550000 1.67270 32.2
16 5.25200 D13
17 -11.29500 0.600000 1.80518 25.4
18 -22.10000 0.100000
19 16.49000 2.210000 1.68864 52.0
20 -17.79000
(비구면 2)		 D14
21 ∞ 0.800000 1.51680 64.2
22 ∞ 0.800000
23 ∞ 0.500000 1.51680 64.2
24 ∞ 1.000000
IMG ∞ 0.000000
비구면계수 K A B C D
비구면 1 -0.274000 -0.975061E-04 -0.266857E-05 0.176160E-06 -0.654455E-08
비구면 2 8.200000 0.301661E-03 0.493279E-05 -0.146776E-06 0.719440E-08
광각단 중간단 망원단
D11 0.800 14.764 28.172
D12 28.923 10.762 1.550
D13 3.906 4.903 16.003
D14 7.761 11.159 4.479
도 2a 내지 도 2c 각각은 본 발명의 제1실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 광각단에서의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보인 수차도이고, 도 3a 내지 도 3c 각각은 본 발명의 제1실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 망원단에서의 구면수차, 비점수차 및 왜곡을 보인 수차도이다.
즉, 도 2a와 도 3a는 다양한 파장의 광에 대한 광학계의 자오선(종) 방향으로의 구면수차를 나타낸다. 즉 0.25상면, 0.50상면, 0.75상면, 1.00상면 각각에 대하여 파장이 486.13nm, 587.56nm, 656.28nm인 광에 대한 수차를 나타낸 것이다. 도 2b와 도 3b는 상면 만곡(astigmatic field curvature) 즉 자오상면 만곡(T: tangential field curvature)과 구결상면 만곡(S: sagittal field curvature)를 나타낸 것이다. 그리고, 도 2c와 도 3c는 퍼센트 왜곡(percent distortion)를 나타낸 것이다.
도 4a 내지 도 4c 각각은 본 발명의 제2실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 광각단, 중간단, 망원단 각각에서의 광학적 배치를 보인 단면도이다. 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 줌렌즈 광학계는 물체쪽으로부터 정(正)의 굴절력을 가지는 제1렌즈군(Ⅰ), 부(負)의 굴절력을 가지는 제2렌즈군(Ⅱ), 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈군(Ⅲ) 및 정의 굴절력을 가지는 제4렌즈군(Ⅳ)으로 이루어져 있다. 또한, 상기 제2렌즈군(Ⅱ)과 상기 제3렌즈군(Ⅲ) 사이에는 상기 제3렌즈군(Ⅲ)에 연동되어 이동되는 조리개(S)가 더 구비되어 있다. 이와 같이 구성된 줌렌즈 광학계는 각 렌즈군의 변배동작 및 각 렌즈군을 구성하는 렌즈의 매수 및 변배 동작은 실질상 제1실시예에 따른 줌렌즈 광학계와 동일하다. 한편, 본 실시예에 따른 줌렌즈 광학계는 각 렌즈군을 구성하는 렌즈 데이터 즉, 각 렌즈에 대한 곡률반경, 렌즈 사이의 거리, 굴절률 및 분산값에 있어서 구별되는 것으로, 이들에 대해 표 4 내지 표 6에 나타내었다.
f ; 6.05 ~ 17.00 ~ 58.03 Fno ; 2.85 ~ 3.23 ~ 3.77
2ω; 63.37 ~ 23.78 ~ 6.95
곡률반경 두께 또는 렌즈 사이의 거리 굴절률(Nd) 분산(Vd)
1 57.65000 1.000000 1.71736 29.5
2 27.70400 4.100000 1.49700 81.6
3 1250.00000 0.100000
4 29.94300 2.750000 1.69680 55.4
5 137.10000 D21
6 43.50000 0.800000 1.80610 33.3
7 7.55000 4.670000
8 -22.02000 0.860000 1.48749 70.4
9 10.25200 2.860000 1.84666 23.8
10 48.10000 D22
S 조리개 0.850000
12 7.96100
(비구면 3)		 2.210000 1.58332 59.3
13 -41.85200 0.940000
14 8.05300 1.860000 1.51680 64.2
15 -28.47600 0.550000 1.67270 32.2
16 5.17500 D23
17 -10.44800 0.600000 1.80518 25.4
18 -19.32400 0.100000
19 16.17000 2.230000 1.68864 52.0
20 -16.79000
(비구면 4)		 D24
21 ∞ 0.800000 1.51680 64.2
22 ∞ 0.800000
23 ∞ 0.500000 1.51680 64.2
24 ∞ 1.000000
IMG ∞ 0.000000
비구면계수 K A B C D
비구면 3 -0.298850 -0.105480E-03 -0.211322E-05 0.120277E-06 -0.461087E-08
비구면 4 7.700031 0.341134E-03 0.586345E-05 -0.190151E-06 0.992250E-08
광각단 중간단 망원단
D21 0.800 13.214 26.103
D22 26.853 9.849 1.550
D23 3.916 4.087 12.901
D24 6.942 10.265 4.960
도 5a 내지 도 5c 각각은 본 발명의 제2실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 광각단에서의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보인 수차도이고, 도 6a 내지 도 6c 각각은 본 발명의 제2실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 망원단에서의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보인 수차도이다.
도 6a 내지 도 6c 각각은 본 발명의 제3실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 광각단, 중간단, 망원단 각각에서의 광학적 배치를 보인 단면도이다. 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 줌렌즈 광학계는 물체쪽으로부터 정(正)의 굴절력을 가지는 제1렌즈군(Ⅰ), 부(負)의 굴절력을 가지는 제2렌즈군(Ⅱ), 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈군(Ⅲ) 및 정의 굴절력을 가지는 제4렌즈군(Ⅳ)으로 이루어져 있다. 또한, 상기 제2렌즈군(Ⅱ)과 상기 제3렌즈군(Ⅲ) 사이에는 상기 제3렌즈군(Ⅲ)에 연동되어 이동되는 조리개(S)가 더 구비되어 있다. 이와 같이 구성된 줌렌즈 광학계는 각 렌즈군의 변배동작 및 각 렌즈군을 구성하는 렌즈의 매수 및 변배 동작은 실질상 제1실시예에 따른 줌렌즈 광학계와 동일하다. 한편, 본 실시예에 따른 줌렌즈 광학계는 각 렌즈군을 구성하는 렌즈 데이터 즉, 각 렌즈에 대한 곡률반경, 렌즈 사이의 거리, 굴절률 및 분산값에 있어서 구별되는 것으로, 이들에 대해 표 7 내지 표 9에 나타내었다.
f ; 6.26 ~ 20.69 ~ 59.97 Fno ; 2.89 ~ 3.18 ~ 3.28
2ω; 61.36 ~ 19.22 ~ 6.68
곡률반경 두께 또는 렌즈 사이의 거리 굴절률(Nd) 분산(Vd)
1 49.91000 1.200000 1.84666 23.8
2 28.62800 5.210000 1.69680 55.4
3 363.91000 0.100000
4 34.01200 3.040000 1.71300 53.9
5 92.98300 D31
6 69.42000 0.850000 1.80610 33.3
7 7.65200 4.270000
8 -23.58300 0.800000 1.48749 70.4
9 9.77200 3.220000 1.84666 23.8
10 43.72500 D32
S 조리개 1.000000
12 8.47200
(비구면 5)		 1.910000 1.58313 59.5
13 -165.02000 0.780000
14 7.52100 1.580000 1.51680 64.2
15 15.43300 0.600000 1.84666 23.8
16 5.77000 D33
17 -10.89400 0.700000 1.48749 70.4
18 -26.77000 0.100000
19 14.63900 2.300000 1.58313 59.5
20 -16.79000
(비구면 6)		 D34
21 ∞ 0.800000 1.51680 64.2
22 ∞ 0.800000
23 ∞ 0.500000 1.51680 64.2
24 ∞ 1.000000
IMG ∞ 0.000000
비구면계수 K A B C D
비구면 5 -0.329022 -0.784134E-04 0.151625E-05 -0.179223E-06 0.606842E-08
비구면 6 8.916524 0.408302E-03 0.754031E-05 -0.274330E-06 0.148325E-07
광각단 중간단 망원단
D31 1.282 16.004 24.933
D32 29.799 11.887 1.800
D33 4.037 3.270 9.875
D34 8.991 11.949 7.534
도 8a 내지 도 8c 각각은 본 발명의 제3실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 광각단에서의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보인 수차도이고, 도 9a 내지 도 9c 각각은 본 발명의 제3실시예에 따른 줌렌즈 광학계의 망원단에서의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보인 수차도이다.
상기한 실시예 1 내지 3에 있어서, 비구면 1 내지 6의 비구면은 수학식 7의 비구면 방정식을 만족한다.
Figure 112005018559018-pat00014
여기서, x는 렌즈의 정점으로부터 공축방향으로의 거리, y는 광축에 수직방향으로의 거리, c'은 렌즈의 정점에 있어서의 곡률반경의 역수 (= 1/r), K는 코닉(Conic) 상수이고, A, B, C, D는 비구면 계수이다.
또한, 상기한 실시예 1 내지 3에 있어서, 수학식 1 내지 6의 값들은 표 10에 나타낸 바와 같다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3
수학식 1 11.38 9.59 9.59
수학식 2 0.93 0.95 1.09
수학식 3 4.10 3.29 2.45
수학식 4 -2.26 -2.82 -4.80
수학식 5 0.53 0.56 0.52
수학식 6 0.43 0.37 0.23
상기한 바와 같이 구성된 줌렌즈 광학계는 제1 내지 제4렌즈군을 구비하고, 상기 제3렌즈군을 변배시 물체측으로 이동을 하고, 제1 및 제2렌즈군을 상면측에 볼록의 궤적으로 이동하는 구조를 취함과 아울러, 상기한 수학식 1 내지 6을 만족 하도록 함으로써, 소형 컴팩트화가 가능하며, 수차도에 도시된 바와 같이 구면수차, 상면만곡 퍼센트 왜곡 등의 색수차를 효과적으로 보정할 수 있다. 또한, 대략 8 내지 12배의 고변배비 및 텔레센트릭성을 가지므로, 고체 촬상 소자를 이용한 카메라에 적용할 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

Claims (12)

  1. 물체측으로부터 순서대로,
    정의 굴절력을 가지며, 변배 이동하는 제1렌즈군과;
    부의 굴절력을 가지며, 변배 이동하는 제2렌즈군과;
    정의 굴절력을 가지며, 변배 이동하는 제3렌즈군과;
    정의 굴절력을 가지는 제4렌즈군;을 포함하는 것으로, 하기의 조건식 1을 만족하며, 상기 제2렌즈군은 적어도 하나의 접합 렌즈를 구비하고, 광각단에서 망원단으로 변배시 상기 제3렌즈군과 상기 제4렌즈군 사이의 간격이 넓어지도록 변배를 행하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
    <조건식 1>
    Figure 712011004914178-pat00054
    Figure 712011004914178-pat00055
    여기서, fW는 광각단에서의 전체 초점거리이고, fT는 망원단에서의 전체 초점거리이며, LⅢ는 제3렌즈군의 광각단에서 망원단까지의 이동량이다.
  2. 제 1항에 있어서,
    하기의 조건식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
    <조건식 2>
    Figure 112005018559018-pat00017
    여기서, DW(Ⅲ)는 광각단에서의 제3렌즈군과 제4렌즈군 사이의 광축 상의 거리이고, DT(Ⅲ)은 망원단에서의 제3렌즈군과 제4렌즈군 사이의 광축 상의 거리이다.
  3. 물체측으로부터 순서대로,
    정의 굴절력을 가지며, 변배 이동하는 제1렌즈군과;
    부의 굴절력을 가지며, 변배 이동하는 제2렌즈군과;
    정의 굴절력을 가지며, 변배 이동하는 제3렌즈군과;
    정의 굴절력을 가지는 제4렌즈군;을 포함하는 것으로, 하기의 조건식 3을 만족하며, 상기 제2렌즈군은 적어도 하나의 접합 렌즈를 구비하고, 광각단에서 망원단으로 변배시 상기 제3렌즈군과 상기 제4렌즈군 사이의 간격이 넓어지도록 변배를 행하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
    <조건식 3>
    Figure 712011004914178-pat00056
    Figure 712011004914178-pat00019
    여기서, fW는 광각단에서의 전체 초점거리이고, fT는 망원단에서의 전체 초점거리이며, DW(Ⅲ)는 광각단에서의 제3렌즈군과 제4렌즈군 사이의 광축 상의 거리이고, DT(Ⅲ)은 망원단에서의 제3렌즈군과 제4렌즈군 사이의 광축 상의 거리이다.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    하기의 조건식 4를 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
    <조건식 4>
    Figure 112005018559018-pat00020
    여기서, DW(Ⅱ)는 광각단에서의 제2렌즈군과 제3렌즈군 사이의 광축 상의 거리이고, DT(Ⅱ)은 망원단에서의 제2렌즈군과 제3렌즈군 사이의 광축 상의 거리이다.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제4렌즈군은 변배 중에 발생하는 초점 위치 이동을 보정할 수 있도록, 변배시 이동하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제3렌즈군은 물체쪽으로부터 순서대로 정의 굴절력을 가지는 2매의 렌즈와, 부의 굴절력을 가지는 1매의 렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2렌즈군과 상기 제3렌즈군 사이에 상기 제3렌즈군에 연동되어 이동되는 조리개가 더 구비된 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제3렌즈군 및 제4렌즈군 중 적어도 하나의 렌즈군은, 적어도 1매의 비구면렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    광각단에서 망원단으로 변배시, 상기 제1렌즈군과 상기 제2렌즈군 사이의 간격이 커지도록 된 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  10. 제9항에 있어서,
    광각단에서 망원단으로 변배시, 상기 제2렌즈군과 상기 제3렌즈군 사이의 간격이 좁아지도록 된 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  11. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    광각단에서 망원단으로 변배시, 상기 제2렌즈군과 상기 제3렌즈군 사이의 간격이 좁아지도록 된 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
  12. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    하기의 조건식 5 및 6를 만족하는 것을 특징으로 하는 줌렌즈 광학계.
    <조건식 5>
    Figure 112005055923407-pat00021
    <조건식 6>
    Figure 112005055923407-pat00057
    여기서, fⅡ는 제2렌즈군의 초점거리이고, fⅢ는 제3렌즈군의 초점거리이다.
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