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JP2006184880A - インナーズームレンズシステム - Google Patents

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JP2006184880A
JP2006184880A JP2005341472A JP2005341472A JP2006184880A JP 2006184880 A JP2006184880 A JP 2006184880A JP 2005341472 A JP2005341472 A JP 2005341472A JP 2005341472 A JP2005341472 A JP 2005341472A JP 2006184880 A JP2006184880 A JP 2006184880A
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lens
lens group
focal length
effective focal
refractive power
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Application number
JP2005341472A
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Sang Hyuck Lee
サン ヒュック リー
Seop Jeong Ho
ホ セオップ ジェオン
Su Kyong Chon
チョン ス キョン
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Samsung Electro Mechanics Co Ltd
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Samsung Electro Mechanics Co Ltd
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Abstract

【課題】本発明はイメージセンサを具備するカメラモジュールに使用されインナーフォーカス方式に適したインナーズームレンズシステムに関するものである。
【解決手段】上記インナーズームレンズシステムは、開口絞りを具備し、物体側から順番に、マイナスの屈折力を有し固定された第１レンズ群、プラスの屈折力を有し広角端から望遠端への変倍の際上記第１レンズ群との間隔が減少するよう移送されながら変倍を行う第２レンズ群、マイナスの屈折力を有し上記第２レンズ群の移送による変倍に応じて像面の位置を補正するよう移送される第３レンズ群、及びプラスの屈折力を有し固定された第４レンズ群を含み、上記第１ないし第４レンズ群に使用されるレンズは６枚以下で成ることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明はズームレンズシステムに関するものであって、より詳しくはイメージセンサを具備する撮像用カメラモジュールに使用されインナーフォーカス方式に適したインナーズームレンズシステムに関するものである。
ズームレンズのフォーカシング(focusing)方式は物体側に最も近い第１レンズ群を移送させる１群供給方式が一般である。
こうした１群供給方式は同一距離の被写体のフォーカシングに必要な第１レンズ群の移送量が焦点距離に依存しないといった利点があるので広く用いられる。
しかし、かかる１群供給方式の場合には比較的大きく重い第１レンズ群を移送しフォーカシングを行うので、オートフォーカスを行う場合のフォーカシング速度が遅いといった問題がある。
また、一般に高解像度などの優れた光学的特性を得るために多数のレンズが使用されるのでカメラモジュールの大きさが増加し携帯用機器に装着し難く、変倍を行う場合に第１レンズ群が外部へ移送されるので携帯用機器に適用し難いといった問題がある。
さらに、第１レンズ群が外部へ移送されるのでモバイルホンのようにレンズの外部移動に制約がある場合または外部の空間が制限される場合には使用しがたいといった問題がある。
一方、ズームレンズのフォーカシングの他方式として像面側のレンズを移送させるリアフォーカス(rear focus)方式がある。
こうしたリアフォーカス方式は同一距離の被写体のフォーカシングに必要なフォーカシングレンズの移送量がズーム位置に応じて大きく異なり、近距離物体にフォーカシングした後に変倍を行うと焦点が外れてしまう問題がある。
こうした問題を改善するために、高解像度を具現し充分な変倍性能が得られながら、少ない枚数のレンズを使用し小型化可能なズームレンズシステムが要される。
本発明は上記のような問題を解決するためのもので、少ない枚数のレンズを使用しながら高解像度を具現でき充分な変倍性能を得られ小型化可能なインナーフォーカス方式のインナーズームレンズシステムを提供することに目的がある。
上記のような目的を成し遂げるための一視点として本発明は、マイナスの屈折力を有し固定された第１レンズ群、プラスの屈折力を有し広角端から望遠端への変倍の際上記第１レンズ群との間隔が減少するよう移送されながら変倍を行う第２レンズ群、マイナスの屈折力を有し上記第２レンズ群の移送による変倍に応じて像面の位置を補正するよう移送される第３レンズ群、及び、プラスの屈折力を有し固定された第４レンズ群、を含むインナーズームレンズシステムを提供する。
好ましくは、上記開口絞りは上記第１レンズ群と上記第２レンズ群との間に位置する。
さらに好ましくは、上記ズームレンズシステムは各レンズ群の屈折力に関して次の条件式１ないし４を満足し、レンズシステム全体の光軸方向寸法に関して次の条件式５を満足し、広角端と望遠端における有効焦点距離に関して次の条件式６を満足する。
［条件式１］ 0.5<|fI|／fW<2.0
［条件式２］ 0.3<fII／fW<1.0
［条件式３］ 0.2<|fIII|／fW<1.5
［条件式４］ 0.5<fIV／fW<3.0
［条件式５］ TL／d<3.0
［条件式６］ fT／fW≧2.0
ここで、fI:第１レンズ群の有効焦点距離(fI<0)、fII:第２レンズ群の有効焦点距離、fIII:第３レンズ群の有効焦点距離(fIII<0)、fIV:第４レンズ群の有効焦点距離、fW:広角端におけるレンズシステム全体の有効焦点距離、fT:望遠端におけるレンズシステム全体の有効焦点距離、d:結像面に対応するイメージセンサの対角線の長さ、TL:第１レンズ群の最初のレンズの物体側屈折面から像面までの距離である。
好ましくは、上記第１ないし第４レンズ群に使用されるレンズは総４ないし６枚で成る。
さらに好ましくは、第３レンズ群に使用されるレンズは屈折率が1.7以上で、アッベ数(abbe number)が30以下の材質から成る。
他視点として本発明は、マイナスの屈折力を有し固定された第１レンズ群、プラスの屈折力を有し広角端から望遠端への変倍の際上記第１レンズ群との間隔が減少するよう移送されながら変倍を行う第２レンズ群、マイナスの屈折力を有するレンズ一つのみを具備し、上記第２レンズ群の移送による変倍に応じて像面の位置を補正するよう移送される第３レンズ群、プラスの屈折力を有するレンズ一つのみを具備し固定された第４レンズ群、及び、上記第４レンズ群から結像されたイメージを感知するイメージセンサ、を含み、上記第１レンズ群ないし第４レンズ群に使用されるレンズの総枚数は６枚以下であることを特徴とするインナーズームレンズシステムを提供する。
本発明によると、６枚以下の少ない枚数のレンズを使用しながら高解像度を具現でき充分な変倍性能を得られ小型化可能なインナーフォーカス方式のインナーズームレンズシステムを具現できるといった効果を奏する。
以下、本発明の実施例について添付の図を参照により詳しく説明する。
図１は本発明によるインナーズームレンズシステムの第１実施例を示すレンズ構成図である。以下のレンズ構成図において、レンズの厚さ、大きさ、形状は説明の便宜上多少誇張して図示してあり、とりわけレンズ構成図に提示された球面または非球面の形状は一例に過ぎなく、この形状に限定されるわけではない。
一般に、カメラモジュールは少なくとも一つのレンズ、内部に所定の空間が形成され上記レンズを収容するハウジング、上記レンズによる結像面に対応するイメージセンサ、上記ハウジングの他端に固定設置され、その一面に上記イメージセンサが装着され上記イメージセンサにおいて感知されたイメージを処理するための回路基板などで成る。本発明はこうしたカメラモジュールに使用されるインナーズームレンズシステムに関するものである。
図１に示すように、本発明によるインナーズームレンズシステムは物体側から順番に、マイナスの屈折力を有し固定された第１レンズ群(LG1)、プラスの屈折力を有し広角端から望遠端への変倍の際上記第１レンズ群(LG1)との間隔が減少するよう移送されながら変倍を行う第２レンズ群(LG2)、マイナスの屈折力を有し上記第２レンズ群(LG2)の移送による変倍に応じて像面の位置を補正するよう移送される第３レンズ群(LG3)、及びプラスの屈折力を有し固定された第４レンズ群(LG4)から成る。
この際、弱いマイナスの屈折力を有する第１レンズ群(LG1)と弱いプラスの屈折力を有する第４レンズ群(LG4)を固定し、強いプラスの屈折力を有する第２レンズ群(LG2)を広角端から望遠端への変倍の際上記第１レンズ群(LG1)との間隔が減少するよう移動させ変倍を行い、上記第２レンズ群(LG2)の移送による変倍に応じて像面の位置を補正するよう強いマイナスの屈折力を有する第３レンズ群(LG3)を移送させる。
即ち、上記第１レンズ群(LG1)はマイナスの屈折力を有し光を発散するので上記第２レンズ群(LG2)はプラスの屈折力を有するよう構成し、広角端から望遠端へ変倍の際上記第２レンズ群(LG2)は上記第１レンズ群(LG1)との間隔が減少するようにし、上記第３レンズ群(LG3)は上記第１レンズ群(LG1)側へ移動するようにする。
さらに、第３レンズ群(LG3)に使用されるレンズは屈折率が1.7以上、アッベ数(abbe number)が30以下の光学材料を使用してレンズシステムの色収差を補正する。
一方、上記第４レンズ群(LG4)の後方には赤外線フィルター(IF)、カバーガラス(CG)などから成る光学的フィルター(optical filter)が具備することができ、こうした光学的フィルターは本発明の光学的特性には原則的に影響を及ぼさないものとする。
さらに、イメージセンサ(IS)は固体撮像素子(Charged Coupled Device; CCD)及び補償金属半導体(Complementarly Metal Oxide Semiconduct; CMOS)などから成り、レンズが形成する像を受光する像面(感光面)(13)に対応して第４レンズ群(LG4)の後方に配する。
かかる全体的な構成下において次の条件式１ないし６の作用効果について説明する。
本発明のインナーズームレンズシステムは各レンズ群の屈折力に関して次の条件式１ないし４を満足させることにより、少ない枚数のレンズを使用しながら高解像度を具現でき充分な変倍性能が得られ小型化が可能となる。
［条件式１］ 0.5<|fI|／fW<2.0
［条件式２］ 0.3<fII／fW<1.0
［条件式３］ 0.2<|fIII|／fW<1.5
［条件式４］ 0.5<fIV／fW<3.0
ここで、fI:第１レンズ群の有効焦点距離(fI<0)、fII:第２レンズ群の有効焦点距離、fIII:第３レンズ群の有効焦点距離(fIII<0)、fIV:第４レンズ群の有効焦点距離、fW:広角端においてレンズシステム全体の有効焦点距離である。
上記条件式１は第１レンズ群(LG1)の屈折力に関するものであって、上限を超えマイナスの屈折力が弱くなるとＦナンバーが小さい場合収差補正が困難となりフォーカシング(focusing)による第１レンズ群の移動量が増加して収差変動がひどくなる。他方、下限を外れマイナスの屈折力が強くなると歪曲収差や球面収差などの収差補正が困難となる。
上記条件式２は第２レンズ群(LG2)の屈折力に関するものであって、上限を超えてプラスの屈折力が弱くなると変倍に伴う第２レンズ群(LG2)の移動量が大きくなりレンズの大きさが増大し小型化に不利である。他方、下限を外れプラスの屈折力が強くなると収差補正が困難となる。
上記条件式３は第３レンズ群(LG3)の屈折力に関するものであって、下限を外れマイナスの屈折力が強くなると収差発生量が大きくなって収差補正が困難となり、上限を外れマイナスの屈折力が弱くなると変倍の際第３レンズ群(LG3)の移動量が大きくなりレンズシステムの小型化が困難となる。
上記条件式４は第４レンズ群(LG4)の屈折力に関するものであって、下限を外れプラスの屈折力が大きくなると収差発生量が大きくなり、上限を外れプラスの屈折力が小さくなるとレンズシステムの全長が長くなる。
さらに、本発明によるインナーズームレンズシステムはレンズシステム全体の光軸方向寸法に関して次の条件式５を満足する。
［条件式５］ TL／d<3.0
ここで、d:結像面に対応するイメージセンサの対角線の長さ、TL:第１レンズ群の最初のレンズの物体側屈折面から像面までの距離である。
上記条件式５はレンズシステム全長を規定するものであって小型化に係わる条件である。条件式５の上限を外れると収差補正の面では有利であるが、本発明の主な特徴である小型化に反することになる。
さらに、広角端と望遠端における有効焦点距離に関して次の条件式６を満足する。
［条件式６］ fT／fW≧2.0
ここで、fW:広角端におけるレンズシステム全体の有効焦点距離、fT:望遠端におけるレンズシステム全体の有効焦点距離である。
条件式６はレンズシステムの変倍比率(zoom ratio)に関するもので下限を外れ変倍比率が小さくなるとズームレンズシステムとしての機能が低下する。
以下、具体的な数値実施例を通して本発明について説明する。
以下の実施例１ないし２は全て先述したように、物体側から順番に、マイナスの屈折力を有し固定された第１レンズ群(LG1)、プラスの屈折力を有し広角端から望遠端への変倍の際上記第１レンズ群(LG1)との間隔が減少するよう移送されながら変倍を行う第２レンズ群(LG2)、マイナスの屈折力を有し上記第２レンズ群(LG2)の移送による変倍に応じて像面の位置を補正するよう移送される第３レンズ群(LG3)、及びプラスの屈折力を有し固定された第４レンズ群(LG4)を具備する。
さらに、上記第１レンズ群(LG1)と第２レンズ群(LG2)との間に開口絞り(S)を具備し、上記第４レンズ群(LG4)後方に像面に対応するイメージセンサ(IS)を配する。
以下の各実施例に使用される非球面は公知の数学式１（数１）から得られ、円錐定数(K)及び非球面係数(A、B、C、D、E)に使用される'E及びこれに連なる数字'は10の累乗を示す。例えば、E+12は1012を、E-04は10-4を示す。
Figure 2006184880
 Z:レンズの頂点から光軸方向への距離
Y:光軸に垂直な方向への距離
r:レンズの頂点における曲率半径
K:円錐定数
A、B、C、D:非球面係数
［実施例１］
下記の表１は本発明の第１実施例による数値例を示している。
さらに、図１ａは本発明の第１実施例によるインナーズームレンズシステムの広角端におけるレンズ配置を示すレンズ構成図、図１ｂは望遠端におけるレンズ配置を示すレンズ構成図、図２ａないし図２ｃは各々表１及び図１に示したレンズシステムの広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示し、図３ａないし図３ｃは各々表１及び図１に示したレンズシステムの望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す。
図１のように本発明の第１実施例の場合、第１レンズ群(LG1)は物体側へ盛り上がった負メニスカスレンズ(meniscus lens)の第１レンズ(L1)と両面凹レンズの第２レンズ(L2)とで成り、第２レンズ群(LG2)は両面凸レンズの第３レンズ(L3)と物体側へ盛り上がった正メニスカスレンズの第４レンズ(L4)とで成り、第３レンズ群(LG3)は両面凹レンズの第５レンズ(L5)のみで成り、第４レンズ群(LG4)はプラスの屈折力を有する第６レンズ(L6)のみで成る。
さらに、以下の非点収差の図面に示す「S」はサジタル(sagital)、「Ｔ」はタンジェンシャル(tangential)を示す。
実施例１において、広角端におけるレンズシステム全体の有効焦点距離(effective focal length)(fW)は8.5mm、望遠端におけるレンズシステム全体の有効焦点距離(fT)は17.0mm、第１レンズ群(LG1)の有効焦点距離(fI)は-7.45mm、第２レンズ群(LG2)の有効焦点距離(fII)は3.36mm、第３レンズ群(LG3)の有効焦点距離(fIII)は-1.79mm、第４レンズ群(LG4)の有効焦点距離(fIV)は8.66mmである。
さらに、Ｆナンバー(ＦNo)は広角端において2.8、望遠端において4.3、レンズの全書角(2ω)は広角端において62°、望遠端において34°、第１レンズ群(LG1)の最初のレンズ(L1)から像面までの距離(total length)(TL)は25.0mm、イメージセンサ(IS)の対角線の長さは10mmである。
Figure 2006184880
表１において、※は変倍の際に面同士の間隔が変わる屈折面を示し、広角端と望遠端における面同士の間隔は次の表２のとおりである。
Figure 2006184880
さらに、表１において*は非球面を示し、式１によるコニック定数(K)及び非球面係数(A、B、C、D)の値は次の表３のとおりである。
Figure 2006184880
［実施例２］
下記の表４は本発明の第２実施例による数値例を示している。
さらに、図４ａは本発明の第２実施例によるインナーズームレンズシステムの広角端におけるレンズ配置を示すレンズ構成図、図４ｂは望遠端におけるレンズ配置を示すレンズ構成図、図５ａないし図５ｃは各々表４及び図４に示したレンズシステムの広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示し、図６ａないし図６ｃは各々表４及び図４に示したレンズシステムの望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す。
図４のように本発明の第２実施例によるズームレンズシステムの場合、第１レンズ群(LG1)は物体側へ盛り上がった負メニスカスレンズ(meniscus lens)の第１レンズ(L1)のみで成り、第２レンズ群(LG2)は両面凸レンズの第２レンズ(L2)とプラスの屈折力を有する第３レンズ(L3)とで成り、第３レンズ群(LG3)はマイナスの屈折力を有する第４レンズ(L4)のみで成り、第４レンズ群(LG4)はプラスの屈折力を有する第５レンズ(L5)のみで成る。
さらに、以下の非点収差の図面に示す「S」はサジタル(sagital)、「Ｔ」はタンジェンシャル(tangential)を示す。
実施例２において、広角端からレンズシステム全体の有効焦点距離(effective focal length)(fW)は5.6mm、望遠端におけるレンズシステム全体の有効焦点距離(fT)は11.2mm、第１レンズ群(LG1)の有効焦点距離(fI)は-8.4mm、第２レンズ群(LG2)の有効焦点距離(fII)は3.98mm、第３レンズ群(LG3)の有効焦点距離(fIII)は-4.16mm、第４レンズ群(LG4)の有効焦点距離(fIV)は8.94mmである。
さらに、Ｆナンバー(ＦNo)は広角端において2.8、望遠端において4、レンズの全画角(2ω)は広角端において62°、望遠端において35°、第１レンズ群(LG1)の最初のレンズ(L1)から像面までの距離(total length)(TL)は18.0mm、イメージセンサ(IS)の対角線の長さは7.2mmである。
Figure 2006184880
表４において※は変倍の際に面同士の間隔が変わる屈折面を示し、広角端と望遠端における面同士の間隔は次の表２のとおりである。
Figure 2006184880
さらに、表４において*は非球面を示し、式1によるコニック定数(K)及び非球面係数(A、B、C、D)の数値は次の表６のとおりである。
Figure 2006184880
上記の実施例１及び実施例２に対する条件式１ないし６の数値は次の表７のとおりである。
Figure 2006184880
上記の表７のように本発明の実施例１または実施例２は条件式１ないし６を満足し、図２、図３、図５及び図６に示したように諸収差の特性が優れたレンズシステムを具現することが確認される。
本発明は特定の実施例に関して図示し説明したが、当業界において通常の知識を有する者であれば本発明の特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域を外れない範囲内において本発明を多様に修正及び変更させられることを明かしておく。
本発明の第１実施例によるインナーズームレンズシステムのレンズ構成図であって、(ａ)は広角端におけるレンズ構成図、(ｂ)は望遠端におけるレンズ構成図を各々示す。 図１に示す第１実施例の広角端における収差度を図解したものであって、(ａ)は球面収差、(ｂ)は非点収差、(ｃ)は歪曲を各々示す。 図１に示した第１実施例の望遠端における収差度を図解したものであって、(ａ)は球面収差、(ｂ)は非点収差、(ｃ)は歪曲を各々示す。 本発明の第２実施例によるインナーズームレンズシステムのレンズ構成図であって、(ａ)は広角端におけるレンズ構成図、(ｂ)は望遠端におけるレンズ構成図を各々示す。 図４に示した第２実施例の広角端における収差度を図解したものであって、(ａ)は球面収差、(ｂ)は非点収差、(ｃ)は歪曲を各々示す。 図４に示した第２実施例の望遠端における収差度を図解したものであって、(ａ)は球面収差、(ｂ)は非点収差、(ｃ)は歪曲を各々示す。
符号の説明
LG1 第１レンズ群
LG2 第２レンズ群
LG3 第３レンズ群
LG4 第４レンズ群
L1 第１レンズ
L2 第２レンズ
L3 第３レンズ
L4 第４レンズ
L5 第５レンズ
L6 第６レンズ
IS イメージセンサ
1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 屈折面

Claims (9)

  1. マイナスの屈折力を有し固定された第１レンズ群、
    プラスの屈折力を有し広角端から望遠端への変倍の際上記第１レンズ群との間隔が減少するよう移送されながら変倍を行う第２レンズ群、
    マイナスの屈折力を有し上記第２レンズ群の移送による変倍に応じて像面の位置を補正するよう移送される第３レンズ群、及び
    プラスの屈折力を有し固定された第４レンズ群、
    を含むインナーズームレンズシステム。
  2. 各レンズ群の屈折力に関して次の条件式１ないし４を満足することを特徴とする請求項１に記載のインナーズームレンズシステム。
    ［条件式１］ 0.5<|fＩ|／fW<2.0
    ［条件式２］ 0.3<fII／fW<1.0
    ［条件式３］ 0.2<|fIII|／fW<1.5
    ［条件式４］ 0.5<fIV／fW<3.0
    ここで、fI:第１レンズ群の有効焦点距離(fI<0)
    fII:第２レンズ群の有効焦点距離
    fIII:第３レンズ群の有効焦点距離(fIII<0)
    fIV:第４レンズ群の有効焦点距離
    fW:広角端におけるレンズシステム全体の有効焦点距離
  3. レンズシステム全体の光軸方向寸法に関して次の条件式５を満足することを特徴とする請求項１に記載のインナーズームレンズシステム。
    ［条件式５］ TL／d<3.0
    ここで、d:結像面に対応するイメージセンサの対角線の長さ
    TL:第１レンズ群の最初のレンズの物体側屈折面から像面までの距離
  4. 広角端と望遠端における有効焦点距離に関して次の条件式６を満足することを特徴とする請求項１に記載のインナーズームレンズシステム。
    ［条件式６］ fT ／fW≧2.0
    ここで、fW:広角端におけるレンズシステム全体の有効焦点距離
    fT:望遠端におけるレンズシステム全体の有効焦点距離
  5. 上記第１ないし第４レンズ群に使用されるレンズは総４ないし６枚で成ることを特徴とする請求項１に記載のインナーズームレンズシステム。
  6. 第３レンズ群に使用されるレンズは屈折率が1.7以上、アッベ数(abbe number)が30以下の材質で成ることを特徴とする請求項１に記載のインナーズームレンズシステム。
  7. マイナスの屈折力を有し固定された第１レンズ群、
    プラスの屈折力を有し広角端から望遠端への変倍の際上記第１レンズ群との間隔が減少するよう移送されながら変倍を行う第２レンズ群、
    マイナスの屈折力を有するレンズ一つのみ具備し上記第２レンズ群の移送による変倍に応じて像面の位置を補正するよう移送される第３レンズ群、
    プラスの屈折力を有するレンズ一つのみを具備し固定された第４レンズ群、及び
    上記第４レンズ群から結像されたイメージを感知するイメージセンサ、
    を含み、
    上記第１レンズ群ないし第４レンズ群に使用されるレンズの総枚数は６枚以下であることを特徴とするインナーズームレンズシステム。
  8. 各レンズ群の屈折力に関して次の条件式１ないし４を満足することを特徴とする請求項７に記載のインナーズームレンズシステム。
    ［条件式１］ 0.5<|fI|／fW<2.0
    ［条件式２］ 0.3<fII／fW<1.0
    ［条件式３］ 0.2<|fIII|／fW<1.5
    ［条件式４］ 0.5<fIV／fW<3.0
    ここで、fI:第１レンズ群の有効焦点距離(fI<0)
    fII:第２レンズ群の有効焦点距離
    fIII:第３レンズ群の有効焦点距離(fIII<0)
    fIV:第４レンズ群の有効焦点距離
    fW：広角端におけるレンズシステム全体の有効焦点距離
  9. レンズシステム全体の光軸方向寸法に関して次の条件式５を満足し、広角端と望遠端における有効焦点距離に関して次の条件式６を満足することを特徴とする請求項８に記載のインナーズームレンズシステム。
    ［条件式５］ TL／d<3.0
    ［条件式６］ fT／fW≧2.0
    ここで、d:結像面に対応するイメージセンサの対角線の長さ
    TL:第１レンズ群の最初のレンズの物体側屈折面から像面までの距離
    fW:広角端におけるレンズシステム全体の有効焦点距離
    fT:望遠端におけるレンズシステム全体の有効焦点距離
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