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KR101882990B1 - 촬영 렌즈계 - Google Patents

촬영 렌즈계 Download PDF

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KR101882990B1
KR101882990B1 KR1020150033974A KR20150033974A KR101882990B1 KR 101882990 B1 KR101882990 B1 KR 101882990B1 KR 1020150033974 A KR1020150033974 A KR 1020150033974A KR 20150033974 A KR20150033974 A KR 20150033974A KR 101882990 B1 KR101882990 B1 KR 101882990B1
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KR
South Korea
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lens
refractive power
lens group
group
object side
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KR1020150033974A
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장동혁
박성재
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에이에이씨 어쿠스틱 테크놀로지스(심천)컴퍼니 리미티드
에이에이씨테크놀로지스 유한회사
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Publication date
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Priority to CN201510338465.2A priority patent/CN104898257B/zh
Priority to US15/011,485 priority patent/US9835824B2/en
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Abstract

이 발명은 픽셀사이즈가 작아서 소형이면서도 높은 해상도를 가져서 고해상도 카메라의 구현이 가능하게 하는 촬영 렌즈계에 관한 것이다. 본 발명의 촬영렌즈계는, 물체측으로부터 순차적으로, 정의 굴절력을 갖는 제1렌즈를 갖는 제1렌즈군과, 부의 굴절력을 갖는 제2렌즈를 갖는 제2렌즈군과, 정의 굴절력을 갖는 제3렌즈 및 부의 굴절력을 갖는 제4렌즈를 가지며, 상기 제3렌즈의 상측면과 제4렌즈의 물체측 면이 서로 접합된 제3렌즈군과, 상측면이 상측으로 볼록하고, 정의 굴절력을 갖는 제5렌즈를 갖는 제4렌즈군과, 상측면이 물체측으로 볼록하고, 부의 굴절력을 갖는 제6렌즈를 포함한다. 본 발명에 따르면, 광학계의 수차를 보정하면서, 피사체를 보다 선명하게 촬영하며, 광학계의 전체적인 전장을 줄일 수 있는 촬영 렌즈계를 제공할 수 있다.

Description

촬영 렌즈계{Imaging Lens System}
본 발명은 스마트폰이나 디지털 카메라 등의 휴대 단말기, 감시카메라, PC 카메라 등에 부착되어서 카메라의 기능을 갖추게 하거나 디지털 카메라에 적용하여서 사용이 가능하다.
최근에 스마트폰이나 휴대 단말기의 휴대성이 더욱 강조되고, 디스플레이의 발전으로 스마트폰이나 휴대 단말기, 감시카메라, PC 카메라, 디지털 카메라에서 소형이면서 고해상도를 갖는 촬영렌즈계가 요구되고 있다. 최근에는 수차 보정을 통해 고성능의 확보하기 위하여 4개의 렌즈를 사용하는 경우가 많다.
즉 저화소급으로 설계되는 카메라 모듈에 채용되는 렌즈는 픽셀 사이즈(Pixel Size)가 비교적 크며 화면에서 요구되는 해상도가 낮기 때문에 3매 이하로 구성하는 것이 가능하나, 고화소급으로 설계되는 렌즈는 픽셀사이즈가 작고 화면에서 요구되는 해상도가 높기 때문에, 최근에는 3 내지 4매로 구성하는 렌즈계가 적용되는 추세이다.
그런데, 일반 촬영 카메라의 CCD 또는 CMOS 소자의 화소 크기도 발전함에 따라서 보다 좋은 화질을 갖는 성능이 우수한 촬영 렌즈계가 요구되고 있다.
한국 특허출원번호 10-2007-0113751 한국 특허출원번호 10-2007-0135553
본 발명은 상기 문제점을 포함한 여러 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광학계의 수차를 보정하면서, 피사체를 보다 선명하게 촬영하며, 광학계의 전체적인 전장을 줄일 수 있는 촬영 렌즈계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서, 본 발명인 촬영 렌즈계는, 물체측으로부터 순차적으로, 따라서 본 발명의 촬영렌즈계는, 물체측으로부터 순차적으로 제1렌즈군, 제2렌즈군, 제3렌즈군, 제4렌즈군, 및 제5렌즈군을 포함한다.
제1렌즈군은 제1렌즈를 가진다. 제1렌즈는 정의 굴절력을 갖는다.
제2렌즈군은 제2렌즈를 가진다. 제2렌즈는 부의 굴절력을 갖는다.
제3렌즈군은 제3렌즈와 제4렌즈를 가진다. 제3렌즈는 정의 굴절력을 갖는다. 제4렌즈는 부의 굴절력을 갖는다. 이 경우, 상기 제3렌즈의 상측면과 제4렌즈의 물체측 면이 서로 접합된다.
제4렌즈군은 제5렌즈를 가진다. 제5렌즈는 상측면이 상측으로 볼록하고, 정의 굴절력을 갖는다.
제5렌즈군은 제6렌즈를 가진다. 제6렌즈는 상측면이 물체측으로 볼록하고, 부의 굴절력을 갖는다.
이 경우, 하기의 조건식을 만족할 수 있다.
-5.0 < f23/f < 0 ----------------------------- (1)
여기서, f는 전체 렌즈계의 유효초점거리이고, f23은 제2렌즈군과 제3렌즈군의 합성유효초점거리이다.
또한, 하기의 조건식을 만족할 수 있다.
0.80 < TTL/2y < 0.95 ------------------------------ (2)
여기서, TTL은 상기 제1렌즈의 첫 면으로부터 상면까지의 거리이고, y는 상면에서의 대각선 길이의 절반이다.
또한, 상기 제3렌즈 및 제4렌즈는 하기의 조건식을 만족할 수 있다.
20 < VD_L4 - Vd_L3 < 40 ----------------------------- (3)
여기서, Vd_L3는 제3렌즈의 아베수이고, Vd_L4는 제4렌즈의 아베수이다.
이 경우, 상기 제3렌즈 및 제4렌즈는 하기의 조건식을 만족할 수 있다.
20 < Vd_L3 < 30 ----------------------------- (4)
50 < Vd_L4 < 60 ----------------------------- (5)
여기서, VD_L3는 제3렌즈의 아베수이고, VD_L4는 제4렌즈의 아베수이다.
상기 제3렌즈 및 제4렌즈의 접합면은 구면일 수 있다.
본 발명에 따르면, 전장이 길지 않아서 소형이면서도, 고해상도의 이미지센서를 갖는 휴대단말기 제품에 적용이 쉽도록 소형화, 고성능화, 제조에 대한 저민감도 설계가 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 촬영 렌즈계의 구성도이다.
도 2는 도 1에서의 광선을 포함한 구성도이다.
도 3는 도 1의 촬영 렌즈계의 종방향 구면수차, 비점수차 및 왜곡에 관한 수차도이다.
도 4는 도 1의 촬영 렌즈계의 MTF 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 자동 기계 가공 장치를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1, 및 도 2는 본 발명의 제1, 2 실시예에 따른 촬영 렌즈계를 나타낸다. 도 1 및 도 2에서 R1, R2, R3, … 각각 조리개, 렌즈 또는 광학 필터의 물체측/상측 면의 곡률반경을 나타내고, D1, D2, D3,… 조리개, 렌즈 또는 광학필터 간의 거리 또는 조리개, 렌즈 또는 광학필터의 중심두께를 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촬영 렌즈계(10, 20)는 물체측으로부터 상(image)측의 순서대로, 순차적으로 조리개(St), 제1렌즈군(G1), 제2렌즈군(G2), 제3렌즈군(G3), 제4렌즈군(G4) 및 제5렌즈군(G5)를 포함할 수 있다. 제5렌즈군(G5)와 상면(Si) 사이에는 필터(filter)(LF)와 같은 광학 부재가 더 포함될 수 있다.
제1렌즈군(G1)은 제1렌즈(L1)를 포함한다. 제2렌즈군(G2)은 제2렌즈(L2)를 포함한다. 제3렌즈군(G3)은 제3렌즈(L3) 및 제4렌즈(L4)를 포함한다. 제4렌즈군(G4)는 제5렌즈(L5)를 포함한다. 제5렌즈군(G5)은 제6렌즈(L6)를 포함한다.
제1렌즈(L1)는 정의 굴절력을 갖고 물체측이 볼록 형태에다. 이 경우, 렌즈가 양볼록 형태의 렌즈일 수 있다.
제2렌즈(L2)는 부의 굴절력을 갖고 상측이 오목 형태이다. 이 경우, 물체측이 볼록 형태일 수 있다.
제3렌즈(L3)는 정의 굴절력을 갖고 물체측은 볼록 형태이고, 상기 제3렌즈(L3)의 상측은 볼록 형태이다. 따라서 제3렌즈(L3)는 양 볼록 형상이다.
제4렌즈(L4)는 부의 굴절력을 가진다. 상기 제3렌즈(L3)의 상측면과 제4렌즈(L4)의 물체면이 서로 접합된다. 따라서, 제4렌즈의 물체측은 오목한 형태이다. 이 경우 상기 제4렌즈의 상측은 오목한 형태를 가질 수 있다. 따라서 제4렌즈(L4)는 양 오목 형상일 수 있다.
이 경우, 상기 접합면은 구(sphere)면을 가질 수 있다. 즉, 제3렌즈 및 제4렌즈가 구면을 가지며 접합됨으로써, 렌즈 제조가 간단하고, 구면수차, 비점수차 및 왜곽수차를 줄일 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1렌즈(L1)가 양 볼록 형태를 하고 있다. 이에 따라서 제1렌즈의 가공이 용이하다. 이와 더불어 제2렌즈(L2)는 부의 굴절률을 가지므로, 광학적 전장을 짧게 할 수 있고, 주변으로 가는 중심광선의 유효 상고 또한 높이는 역할을 할 수 있다. 또한, 제3렌즈(L3)와 제4렌즈(L4)의 접합면을 구면으로 함으로써 정밀 가공도를 줄일 수 있게 된다.
삭제
제5렌즈(L5)는 상측면이 상측으로 볼록하고, 정의 굴절력을 갖는다. 이 경우, 상기 제5렌즈(L5)의 물체측면이 볼록한 형태일 수 있다.
제6렌즈(L6)는 부의 굴절력을 갖는다. 제6렌즈(L6)는 광축에서, 물체측 면이 상측으로 볼록하고, 상측 면이 물체측으로 볼록한 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 제6렌즈(L6)의 상측 면이 변곡점을 가질 수 있다. 상측 면이 변곡점을 가진다면, 제6렌즈(L6)의 상측 면이 광축에서는 물체측으로 볼록의 형태이다가 광축에서 멀어질수록 상측으로 볼록한 매니스커스 렌즈의 형태일 수 있다. 이에 따라서 이미지 면에 입사하는 주광선 입사각을 줄이고, 구면수차 및 비점수차 등을 줄일 수 있게 되어서 렌즈의 해상력을 높일 수 있다.
삭제
조리개(St)는 제1렌즈의 물체측 면과 동일한 위치에 있을 수 있다. 이 경우, 소형 촬영 렌즈계의 전체 길이(전장)을 줄이는 효과가 있을 뿐만 아니라 렌즈의 외경을 줄여줌으로써 소형화를 도모할 수 있다.
이 경우, f를 전체 렌즈계의 유효초점거리이고, f23을 제2렌즈군과 제3렌즈군의 합성유효초점거리라 할 때, 다음과 같은 조건식을 만족하는 것이 바람직하다.
-5.0 < f23/f < 0 ----------------------------- (1)
상기 (조건식1)은 화질에 영향을 주는 수차를 최대한 억제하면서 광학계의 전체 크기를 작게 유지하기 위한 것이다. 즉, f23/f가 -5.0 이하이면, 상면의 어느 한 점을 향하여 입사하는 광속의 각 파장별 상점 위치가 크게 벗어나는 수차가 발생하여 화질을 저하시킨다. 그리고 f23/f가 0 이상이면, 입사하는 광속에 대하여 굴절시켜주는 힘에 약해짐에 따라서 제1렌즈군(G1)의 물체측 면에서 상면까지의 거리가 길어지게 되어 컴팩트한 광학계를 얻는 것이 어려워진다.
또한, 하기의 (조건식2)를 만족하는 것이 바람직하다.
0.80 < TTL/2y < 0.95 ------------------------------ (2)
여기서, TTL은 상기 제1렌즈의 첫 면으로부터 상면까지의 거리이고, y는 이미지 면에서 가장 높은 상고 높이, 즉 이미지 면에서의 센서 대각선 길이의 절반이고, 따라서 2y는 이미지 면에서 센서 대각선 길이를 나타낸다.
만약, TTL/2y가 0.95 이상이면 광학계 전장이 길어지게 되어서 광학계의 소형화를 도모할 수 없다. 또한, TTL/2y가 0.80 이하이면 렌즈의 굴절력이 지나치게 커지게 되어서 제2렌즈군 및 제3렌즈군을 통한 수차보정이 쉽지 않으므로, 결과적으로 고성능의 촬영 렌즈계가 이루어지지 않는다.
한편, 상기 제3렌즈군(G3)을 이루면서 서로 접합된 제3렌즈 및 제4렌즈가 각각 정의 굴절력 및 부의 굴절력을 가진다. 이를 통하여 정의 굴절력을 갖는 제3렌즈에서 발생하는 색수차를 부의 굴절력을 갖는 제4렌즈에 의하여 적절하게 보정할 수 있다.
이 경우, Vd_L3을 제3렌즈의 아베수라 하고, Vd_L4를 제4렌즈의 아베수라 할 때, 상기 제3렌즈 및 제4렌즈는 하기의 (조건식3)을 만족하는 것이 바람직하다.
20 < Vd_L4 - Vd_L3 < 40 ----------------------------- (3)
상기 (조건식3)에 있어서 Vd_L4 - Vd_L3가 20 이하이면 초점거리가 증가하고 화각이 줄어들며 왜곡과 종색수차가 커지게 된다. 또한, VD_L4 - Vd_L3가 40 이상이면 구면수차와 종색수차가 커지며 전체 거리도 길어지게 된다.
여기서, 상기 제3렌즈(L3) 및 제4렌즈(L4)는 하기의 (조건식4) 및 (조건식5)를 만족할 수 있다
20 < Vd_L3 < 30 ----------------------------- (4)
50 < Vd_L4 < 60 ----------------------------- (5)
이를 통하여, 컨트라스트(Contrast)를 떨어지게 만드는 색플레어를 보다 더 저감 시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 나오는 비구면의 정의를 나타내면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 렌즈의 비구면 형상은 광축 방향을 z축으로 하고, 광축 방향에 대해 수직한 방향을 h축으로 할 때, 광선의 진행 방향을 정으로 하여 다음과 같은 수학식1로 나타낼 수 있다. 여기서, Z는 중심광축으로부터 높이가 R인 비구면상의 좌표점에 대한 비구면 정점상의 수직면으로부터의 거리를 나타내고, a1는 코닉(Conic)상수이고, C는 렌즈의 정점에 있어서의 곡률반경의 역수이며, a4, a6, a8, a10, a12, a14, a16은 비구면 계수를 나타낸다.
Figure 112015023929836-pat00001
Figure 112015023929836-pat00002
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 촬영 렌즈계의 설계 데이터를 살펴본다.
표 1은 도 1에 도시된 촬영 렌즈계(10)의 설계 데이터를 나타내고, 표 2는 비구면 데이터를 나타낸다. 표 1에서 곡률반경은 도 1에서의 R1, R2, … 로 표시되는 것이고, 두께 또는 거리는 도 1에서 D1, D2, … 로 표시되는 것이다. 표 1에서 조리개와 제1 렌즈의 물체측 면 사이의 거리(D1)이 0의 값을 갖도록 기재된 이유는, 조리개의 위치가 제1렌즈의 물체측 면과 동일한 위치이기 때문이다.
실시예 1
면속성 곡률 반경 두께 nd vd
object Sphere Infinity Infinity
1 Sphere Infinity 0.00000
2 Asphere 2.63110 1.17800 1.5350 56.0000
3 Asphere -6.90326 0.10964
4 Asphere 34.99065 0.33645 1.6355 23.9000
5 Asphere 3.63086 0.40936
6 Asphere 1874.94728 0.52973 1.6410 22.4000
7 Sphere -43.44204 0.51360 1.5350 56.0000
8 Asphere 6.82184 0.18912
9 Asphere 24.93245 1.22190 1.5311 55.7000
10 Asphere -1.23506 0.12472
11 Asphere -16.38877 0.68069 1.5311 55.7000
12 Asphere 1.27514 0.53711
13 Sphere Infinity 0.21000 1.5167 64.2000
14 Sphere Infinity 0.93967
image Sphere Infinity 0.00000
비구면 계수
코닉상수(K) 4차 계수(A) 6차 계수(B) 8차 계수 (C) 10차 계수(D) 12차 계수(E) 14차 계수(F)
2 -1.868443E+00 7.941124E-03 -1.585812E-03 -1.576121E-03 3.575346E-04 -4.428032E-04 0.000000E+00
3 -1.148948E+01 1.182757E-02 -3.421984E-02 1.365419E-02 -3.755768E-03 3.727034E-03 0.000000E+00
4 -3.000000E+02 1.116211E-02 -2.402887E-02 8.424336E-03 -7.982841E-04 1.487648E-04 0.000000E+00
6 -2.349287E+01 4.297803E-02 -2.362055E-02 1.004679E-02 -1.588893E-03 2.131244E-04 0.000000E+00
7 1.737030E+06 -3.196582E-02 3.085265E-03 7.922524E-03 -9.002978E-03 4.095363E-03 -6.45160E-04
8 -2.466167E+02 -9.754903E-03 5.575318E-05 -2.644260E-04 -3.787555E-05 1.383060E-05 1.191041E-05
9 -1.629865E+04 -3.604748E-02 3.264748E-02 -1.576299E-02 3.870090E-03 -4.719942E-04 1.772396E-05
10 -4.018201E+00 -2.028819E-02 4.841431E-03 9.304465E-04 -3.577614E-04 5.208556E-05 -4.874324E-06
11 -9.486423E_02 -3.720525E-02 2.384817E-03 4.236311E-04 -3.232133E-05 -1.709920E-06 1.516215E-07
12 -5.915792E+00 -2.999400E-02 6.494257E-03 -1.19164E-03 1.385557E-04 -9.159728E-06 2.537665E-07
도 3은 도 1에 도시된 소형 촬상 렌즈계(10)의 렌즈계의 종방향 구면 수차(longitudinal spherical aberration), 비점 수차(astigmatism) 및 왜곡(distortion)을 보여준다.
종방향 구면 수차는 약 656nm, 587nm, 546nm, 486nm, 435nm의 파장을 갖는 빛에 대하여 도시되었으며, 비점수차 및 왜곡은 546nm의 빛에 대하여 도시되었다.
다음의 표 3은 상기 조건식에 따른 각 실시예별 수치를 나타낸다.
조건식 실시예1
-5.0 < f12 / f < 0 -4.07
0.80 < TTL/2y < 0.95 0.886
20 < Vd_L3 < 30 22.4
50 < Vd_L4 < 60 56.0
도 4는 도 1에 도시된 렌즈계의 해상력을 나타내는 MTF 그래프이다. 도 4에서, x축은 각각의 공간주파수를 나타내고, y축은 모듈레이션(modulation)을 나타낸다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
G1 : 제1렌즈군 G2 : 제2렌즈군
G3 : 제3렌즈군 G4 : 제4렌즈군
G5 : 제5렌즈군
L1 : 제1렌즈 L2 : 제2렌즈
L3 : 제3렌즈 L4 : 제4렌즈
L5 : 제5렌즈 L6 : 제6렌즈
R1, R2, …: 조리개, 렌즈 또는 광학필터의 곡률반경
D1, D2, … :조리개, 렌즈 또는 광학필터 간의 거리 또는 조리개, 렌즈 또는 광학필터의 중심두께

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 물체측으로부터 순차적으로,
    정의 굴절력을 갖는 제1렌즈를 갖는 제1렌즈군;
    부의 굴절력을 갖는 제2렌즈를 갖는 제2렌즈군;
    정의 굴절력을 갖는 제3렌즈 및 부의 굴절력을 갖는 제4렌즈를 가지며, 상기 제3렌즈의 상측면과 제4렌즈의 물체측 면이 서로 접합된 제3렌즈군;
    상측면이 상측으로 볼록하고, 정의 굴절력을 갖는 제5렌즈를 갖는 제4렌즈군; 및
    상측면이 물체측으로 볼록하고, 부의 굴절력을 갖는 제6렌즈를 갖는 제5렌즈군을 포함하고,
    하기의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬영 렌즈계.
    -5.0 < f23/f < 0 ----------------------------- (1)
    여기서, f는 전체 렌즈계의 유효초점거리이고, f23은 제2렌즈군과 제3렌즈군의 합성유효초점거리이다.
  3. 물체측으로부터 순차적으로,
    정의 굴절력을 갖는 제1렌즈를 갖는 제1렌즈군;
    부의 굴절력을 갖는 제2렌즈를 갖는 제2렌즈군;
    정의 굴절력을 갖는 제3렌즈 및 부의 굴절력을 갖는 제4렌즈를 가지며, 상기 제3렌즈의 상측면과 제4렌즈의 물체측 면이 서로 접합된 제3렌즈군;
    상측면이 상측으로 볼록하고, 정의 굴절력을 갖는 제5렌즈를 갖는 제4렌즈군; 및
    상측면이 물체측으로 볼록하고, 부의 굴절력을 갖는 제6렌즈를 갖는 제5렌즈군을 포함하고,
    하기의 조건식을 만족하는 촬영 렌즈계.
    0.80 < TTL/2y < 0.95 ------------------------------ (2)
    여기서, TTL은 상기 제1렌즈의 첫 면으로부터 상면까지의 거리이고, y는 상면에서의 대각선 길이의 절반이다.
  4. 물체측으로부터 순차적으로,
    정의 굴절력을 갖는 제1렌즈를 갖는 제1렌즈군;
    부의 굴절력을 갖는 제2렌즈를 갖는 제2렌즈군;
    정의 굴절력을 갖는 제3렌즈 및 부의 굴절력을 갖는 제4렌즈를 가지며, 상기 제3렌즈의 상측면과 제4렌즈의 물체측 면이 서로 접합된 제3렌즈군;
    상측면이 상측으로 볼록하고, 정의 굴절력을 갖는 제5렌즈를 갖는 제4렌즈군; 및
    상측면이 물체측으로 볼록하고, 부의 굴절력을 갖는 제6렌즈를 갖는 제5렌즈군을 포함하고,
    상기 제3렌즈 및 제4렌즈는 하기의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬영 렌즈계.
    20 < VD_L4 - Vd_L3 < 40 ----------------------------- (3)
    여기서, Vd_L3는 제3렌즈의 아베수이고, Vd_L4는 제4렌즈의 아베수이다.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제3렌즈 및 제4렌즈는 하기의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬영 렌즈계.
    20 < Vd_L3 < 30 ----------------------------- (4)
    50 < Vd_L4 < 60 ----------------------------- (5)
    여기서, VD_L3는 제3렌즈의 아베수이고, VD_L4는 제4렌즈의 아베수이다.
  6. 청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제3렌즈 및 제4렌즈의 접합면은 구면인 것을 특징으로 하는 촬영 렌즈계.
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