KR20040011354A

KR20040011354A - 촬상 렌즈

Info

Publication number: KR20040011354A
Application number: KR1020030045047A
Authority: KR
Inventors: 사토시 도
Original assignee: 마일스톤 가부시키가이샤
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2003-07-03
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2023-07-03
Also published as: US7009783B2; CN1497288A; DE60306044D1; CN100359358C; JP2004061938A; US20040125468A1; JP3411565B1; DE60306044T2; KR100530560B1; EP1387199B1; EP1387199A1

Abstract

제수차가 양호하게 보정되고, 저코스트로 생산이 가능하며, 또한 광학길이가 10mm이하의 촬상렌즈를 제공한다. 본 촬상렌즈는, 물체측으로부터 차례로, 물체측에 오목(凹)면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈(L₁)와, 조리개(S)와, 양측에 볼록(凸)면을 향한 정의 굴절력을 가지는 제 2 렌즈(L₂)와, 양측에 오목(凹)면을 향한 부의 굴절력을 가지는 제 3 렌즈(L₃)와, 양측에 볼록(凸)면을 향한 정의 굴절력을 가지는 제 4 렌즈(L₄)가 차례로 배설되어 구성되며, 이하의 조건을 만족한다.

+5.0 < (r₂+r₁)/(r₂-r₁) < +7.0 (1)

0.15f < d₁< 0.3f (2)

단,

r₁:제 1 렌즈 물체측면의 광축근방에서 곡률반경(축상곡률반경)

r₂:제 1 렌즈 상측면의 광축근방에서 곡률반경(축상곡률반경)

d₁:제 1 렌즈의 두께

f:전계의 초점거리

Description

촬상 렌즈{PHOTOGRAPHING LENS}

본 발명은 CCD 또는 CMOS를 촬상소자로서 이용하는 카메라에 탑재되는 것에 적합한 촬상 렌즈에 관한 것이다.

이 촬상 렌즈는 광학 길이가 짧은 것이 특징의 하나이다. 또, 이 촬상 렌즈에 의해 결상되는 상의 왜곡이 시각을 통하여 의식되는 것이 아니고 촬상 소자의 집적밀도로부터 요청되는 충분한 정도로, 그의 제수차가 작게 보정되는 것이 특징이다. 이하, 「상의 왜곡이 시각을 통하여 의식되지 않고 또한 촬상 소자의 집적밀도로부터 요청되는 충분한 정도로 작게 제수차가 보정되는」것을 간단히 하기 위하여 「제수차가 양호하게 보정되는」등으로 표현한다. 또한 제수차가 양호하게 보정된 화상을 「양호한 화상」이라고 한다.

CCD 또는 CMOS를 촬상 소자로 이용하는 소형 카메라에 탑재되는 촬상 렌즈는, 광학 길이가 짧고 또 저 코스트로 제조할 수 있는 것이 필요하다. 이 종류의 렌즈로서, 예를 들면 일본국 특개평 11-38316호 공보에 개시되어 있는 촬상 렌즈가 있다. 그러나, 이 공보에 개시되어 있는 촬상 렌즈는, 구성 매수가 4군 4매로 적기는 하나, 물체측으로부터 세어서 최초의 렌즈인 제 1 렌즈가 너무 두꺼워 가공이 어렵다. 이 결과로 생산코스트가 높아지는 등 생산성이 나쁘다. 또 광학 길이가 10mm를 초과하게 됨으로써, CCD 또는 CMOS를 촬상 소자로써 이용하는 소형 카메라에 탑재되는 렌즈로서는 광학 길이가 너무 길다.

본 발명은 제수차가 양호하게 보정되며, 저코스트로 생산이 가능하고, 또한, 광학 길이가 10mm 이하인 촬상 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 촬상 렌즈의 구성을 설명하기 위한 개략 단면도,

도 2는 본 발명 촬상 렌즈의 제 1 실시예의 설명에 제공되는 개략 단면도,

도 3은 도 2 촬상 렌즈의 왜곡수차도,

도 4는 도 2 촬상 렌즈의 비점수차도,

도 5는 도 2 촬상 렌즈의 색·구면수차도,

도 6은 본 발명 촬상 렌즈의 제 2 실시예의 설명에 제공되는 개략 단면도,

도 7은 도 6 촬상 렌즈의 왜곡수차도,

도 8은 도 6 촬상 렌즈의 비점수차도,

도 9는 도 6 촬상 렌즈의 색·구면수차도,

도 10은 본 발명 촬상 렌즈의 제 1 비교예의 설명에 제공되는 개략 단면도,

도 11은 도 10 촬상 렌즈의 왜곡수차도,

도 12는 도 10 촬상 렌즈의 비점수차도,

도 13은 도 10 촬상 렌즈의 색·구면수차도,

도 14는 본 발명 촬상 렌즈의 제 2 비교예의 설명에 제공되는 개략 단면도,

도 15는 도 14 촬상 렌즈의 왜곡수차도,

도 16은 도 14 촬상 렌즈의 비점수차도, 그리고,

도 17은 도 14 촬상 렌즈의 색·구면수차도이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 촬상 렌즈의 구성은, 물체측으로부터 차례로, 제 1 렌즈(L₁), 조리개(S), 제 2 렌즈(L₂), 제 3 렌즈(L₃) 및 제 4 렌즈(L₄)를 배열한 4매 4군 구성으로 된다. 제 1 렌즈는(L₁)는 물체측에 오목(凹)면을 향한 매니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 렌즈이다. 제 2 렌즈(L₂)는 물체측 및 상측의 양측에 볼록(凸)면을 향한 정의 굴절력을 가지는 렌즈이다. 제 3 렌즈(L₃)는 물체측 및 상측의 양측에 오목(凹)면을 향한 부의 굴절력을 가지는 렌즈이다. 제 4 렌즈(L₄)는 물체측 및 상측의 양측에 볼록(凸)면을 향한 정의 굴절력을 가지는 렌즈이다.

이들 제 1 내지 제 4 렌즈를 형성하는 렌즈면 전 8 면(1매의 렌즈가 물체측 및 상측에 1면씩 곡면을 가짐으로써 4매 렌즈에서는 합계 8면이 된다) 중 적어도 3개 렌즈면이 비구면으로 되고 이하의 조건을 만족한다.

+5.0 < (r₂+r₁)/(r₂-r₁) < +7.0 (1)

0.15f < d₁< 0.3f (2)

단,

d₁:제 1 렌즈의 두께

f:전계의 초점거리(제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 렌즈로 이루어진 렌즈계의 합성 초점거리).

제 1 렌즈의 곡률반경 r₁및 r₂를 함께 변화시키는 것에 의해 렌즈의 초점거리를 변화시키지 않고 수차만을 변화시키는, 소위 벤딩이라는 조작이 가능하다. 그래서 렌즈의 초점거리가 변화하지 않는 다는 조건에서, r₁및 r₂를 변화시키는 때, q=(r₂+r₁)/(r₂-r₁)로 불리워지는 q는, 소위 렌즈의 형상인자(shape factor)라고 불리워지며, 벤딩의 정도를 표시하는 파라메타이다. 즉, 파라메타 q는 대칭렌즈(r₁=-r₂)에 대하여는 0으로 되고, 비대칭으로 되는 만큼 큰 값으로 됨으로써, 대칭렌즈에서의 편차 정도(비대칭의 정도)를 표시하는 파라메타이다.

따라서, 상기 조건식 (1)은, 제 1 렌즈의 벤딩 정도를 표시하는 파라메타 q를 +5.0 에서 +7.0의 범위로 설정해야만 하는 것을 의미한다.

구성요소인 렌즈에 식 (1) 및 식 (2)에서 부여된 조건을 만족시키고, 또 전술의 구성으로 배치하는 것에 의해 제수차가 양호하게 보정되고 게다가 광학길이가 10mm 이하 이며, 저코스트로 제작할 수 있는 촬상 렌즈를 제공할 수 있다.

합성 초점거리 f가, 3.3mm ∼4.0mm로, 짧은 촬상 렌즈의 경우, 수 mm 정도의 백포커스를 확보할 필요가 있다. 이 백포커스는 제 1 렌즈의 부굴절력을 크게 하는 것에 의해 충분히 확보할 수 있다.

제 3 렌즈의 부렌즈 소자에 의해 축상 색수차 및 배율 색수차를 양호하게 보정할 수 있다.

식 (1)은 양호한 화상을 유지하면서도 충분한 백포커스를 얻기 위한 조건식이다. 상한을 초과하여 r₁및 r₂의 곡률반경을 설정하면, 비점수차의 메리디져널 플랜(meridional plane)이 정의 방향으로 너무 크게 만곡된다. 또 하한을 밑돌게 r₁및 r₂의 곡률반경을 설정하면, 백포커스가 짧게 되고 CCD상면에 입사하는 광선각도가 급각도로 된다. 이 때문에, 화상의 주변 부분에 있어 마이크로 렌즈에 의한 전반사가 일어나 화상의 주변부분이 어두워지게 된다. 또 이에 더하여 비점수차의 메리디져널 플랜이 부의 방향으로 너무 크게 만곡된다.

조리개를 제 1 렌즈와 제 2 렌즈의 사이에 배치하는 것에 의해 그 후에 배치되어 있는 제 2 렌즈 및 제 4 렌즈에서 부의 왜곡수차(통형 왜곡수차)를 보정할 수 있다.

식 (2)는 상면 만곡 보정과, 렌즈계의 전길이를 짧게 유지하여 제 1 렌즈경을 작게 유지하기 위한 조건을 부여하는 식이다. 제 1 렌즈의 두께 d₁이 식 (2)의 상한을 초과하여 두껍게 되면, 렌즈 전길이와 제 1 렌즈경이 너무 커져 버려, 렌즈계의 콤팩트성을 잃는다.. 또 부의 왜곡수차도 크게 된다. d₁이 식 (2)의 하한을 밑돌아 렌즈 두께가 작아지게 되면, 상면만곡이 크게되어 좋지 않다. 또 d₁이 식 (2)의 하한을 밑돌면, 플라스틱 렌즈의 경우는 렌즈를 설계대로 형성하는 것이 곤란하다.

후에 설명하는 실시예 1 및 실시예 2에서 명백한 바와 같이, 식 (1) 및 (2)에서 부여되는 2개의 조건에 의해 제수차가 양호하게 보정된, 광학길이가 10mm 이하의 생산성이 우수한 촬상렌즈가 실현될 수 있다.

또, 본 발명의 촬상렌즈는, 좋기로는 그 구성 렌즈 전체를 플라스틱소재(열과 압력 또는 그 양자에 의해 소성변형시켜 성형시켜 형성할 수 있는 고분자 물질로 되어 가시광에 대하여 투명한 소재)로 형성하는 것이 좋다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 여기서, 이들 도면은, 본 발명을 이해할 수 있는 정도로 구성요소의 형상, 크기 및 배치관계를 개략적으로 나타내는데 불과하며, 또 이하에 설명하는 수치적 및 다른 조건은 간단한 좋은 예이며, 본 발명은 본 발명의 실시예에 한정되는 것이 아니다.

도 1은 본 발명에 의한 촬상렌즈의 구성도이다.

물체측으로부터 세어서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 렌즈를 각각 L₁, L₂, L₃및 L₄로 나타낸다. 촬상면(고체촬상소자의 수광면)을 10으로 나타내고, 촬상면과 렌즈계와를 이격시킨 카바 글래스를 12로 나타내며, 2매의 조리개면을 각각 상측에서 물체측 순서로 14와 16으로 나타낸다.

이 도면에 나타낸 r_i(i=1,2,3,···,12) 및 d_i(i=1,2,3,···,12) 등의 파라메타는 이하에 나타낸 표 1에서 표 4에 구체적 수치로서 부여한다. 첨자 i=1,2,....12는 물체측에서 상측으로 향하여 순차적으로 각 렌즈의 면번호 또는 렌즈의 두께 또는 렌즈면 간격등에 대응시켜 부여한 것이다.

즉,

r_i는 i번째 면의 곡률반경(비구면에서는 축상곡률반경),

d_i는 i번째 면에서부터 i+1번째 면까지의 거리,

N_i는 i번째 면과 i+1번째 면에서 이루어진 렌즈의 매질굴절률,

ν_i는 i번째 면과 i+1번째 면에서 이루어진 렌즈의 매질분산,

을 각각 나타낸다.

비구면 데이타는 각 표 1에서 표 4의 각각 우측난에 면번호와 함께 나타내었다. 조리개의 r₃와 r₄, 또 카바 글래스의 r₁₁과 r₁₂는 평면으로 됨으로써 곡률반경 ∞로 표시하고 있다.

본 발명에서 사용되는 비구면은 다음 식으로 부여된다.

Z = ch²/ [1 + [1 - (1 + k)c²h²] + 1/2] + A₀h⁴+ B₀h⁶+ C₀h⁸+ D₀h¹⁰

단,

Z: 면정점에 대한 접평면으로부터의 깊이

c: 면의 광축근방에서 곡률

h: 광축으로터의 높이

k: 원추정수

A₀: 4차 비구면계수

B₀: 6차 비구면계수

C₀: 8차 비구면계수

D₀: 10차 비구면계수

본 명세서 중의 각 표 1에서 표 4에 있어서, 비구면계수를 나타낸 수치의 표시에서 표시「e - 1」은 「10e - 1승」을 의미한다. 또 초점거리 f로서 나타낸 값은 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 렌즈로 이루어진 렌즈계의 합성 초점거리이다.

도 2∼도 9를 참조하여 각각 제 1 및 제 2 실시예를 설명한다. 또 도 10∼도 17를 참조하여 다음식 (1)에서 부여된 조건을 만족하지 않는 비교예들을 설명한다(제 1 비교예 및 제 2 비교예).

+5.0 < (r₂+r₁)/(r₂-r₁) < +7.0 (1)

즉, 제 1 비교예에서는 r₁= -2.25, r₂= -3.40 (표 3 참조)로 됨으로써,

(r₂+r₁)/(r₂-r₁) = 4.913 으로, 하한치를 밑돌고,

제 2 비교예에서는 r₁= -2.55, r₂= -3.30 (표 4 참조)로 됨으로써,

(r₂+r₁)/(r₂-r₁) = 7.800 으로, 상한치를 상회하고 있다.

도 2, 도 6, 도 10 및 도 14에 렌즈 구성의 개략적 단면도와 스폿 다이아그램을 각각 표시하고, 입사높이에 대한 상면상에서의 점상의 퍼짐 정도를 표시한다. 스폿 다이아그램은 이들의 도면 중에 있어서, 촬상면(고체촬상소자의 수광면)(10)의 좌측에 상하방향으로 길게 장방형으로 둘러싸여 나타낸 것이며, 이 촬상면(10)에 상이 찍힌 점상의 퍼짐 정도를 원의 크기에 대응시켜서 묘사하고 있다. 또 도 3, 도 7, 도 11 및 도 15에서 왜곡수차곡선, 도 4, 도 8, 도 12 및 도 16에서 비점수차곡선, 도 5, 도 9, 도 13 및 도 17에서 색,구면수차곡선을 나타내고 있다.

왜곡수차곡선은, 광축으로부터의 거리(종축에 상면내에서의 광축으로부터의 최대거리를 100으로써 백분율 표시하고 있다)에 대하여 수차량(횡축에 정접조건의 불만족량을 백분율 표시하고 있다)을 표시한다. 비점수차곡선은, 왜곡수차곡선과 같은 형태로 광축에서부터의 거리에 대하여 수차량을 횡축(mm단위)으로 하여 표시한다. 또 비점수차에 있어서는 메리디져널 플랜(meridional plane)과 새지털 플랜(sagittai plane)에 있어서 수차량(mm단위)을 표시한다. 색,구면수차곡선은, 입사높이 h(F-number)에 대하여 수차량을 횡축(mm단위)으로 하여 표시한다. 또 색,구면수차곡선에 있어서는, C선 (파장 656.27nm의 광), d선 (파장 587.5nm의 광) 및 g선 (파장 435.84nm의 광)에 대한 수차값을 표시한다. 굴절율은 d선 (587.56nm의 광)에 있어서 굴절율을 표시한다.

이하에, 제 1 실시예(표 1), 제 2 실시예(표 2), 제 1 비교예(표 3) 및 제 2비교예(표 4)에 관한 구성렌즈의 곡률반경(mm단위), 렌즈면 간격(mm단위), 렌즈소재의 굴절율, 렌즈소재의 아베수(Abbe number), 초점거리, 개구수, 비구면계수를 일람하여 게재한다.

이하에, 각 실시예의 특징을 비교예와 함께 나타낸다.

제 1 및 제 2 실시예 및 제 1 및 제 2 비교예 모두, 물체측에 오목(凹)면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈(L₁), 물체측 및 상측의 양측에 볼록(凸)면을 향한 정의 굴절력을 가지는 제 2 렌즈(L₂), 물체측 및 상측의 양측에 오목(凹)면을 향한 정의 굴절력을 가지는 제 4 렌즈(L₄)에는 시클로오레핀(cycloolefin)계 플라스틱인 제녹스 E48R(ZEONEX E48R)(제녹스는 일본 제온 주식회사의 등록상표로서, E48R은 상품번호이다)을 채용한다.

물체측 및 상측의 양측에 오목(凹)면을 향한 부의 굴절력을 가지는 제 3 렌즈(L₃)는 폴리카보네이트를 채용한다. 또, 제 1 렌즈(L₁)의 양면, 제 2 렌즈(L₂)의 양면, 제 3 렌즈(L₃)의 물체측면 및 제 4 렌즈(L₄)의 상측면은 비구면으로 한다. 즉, 비구면의 수는 각 실시예 및 비교예 모두 6면이다.

제 1 렌즈(L₁), 제 2 렌즈(L₂) 및 제 4 렌즈(L₄)의 소재인 제녹스 E48R의 아베수는 56이나, 시뮬레이션 결과 이들 렌즈 소재의 아베수가 45에서 65 범위 내에 있으면, 수차등 렌즈 성능에 실질적인 차이는 나타나지 않는다는 것을 알았다. 또 제 3 렌즈(L₃)의 소재인 폴리카보네이트의 아베수는 30이나, 이 렌즈 소재의 아베수가 25에서 35의 범위 내에 있으면, 상기와 같이 수차등 렌즈 성능에 실질적인 차이는 나타나지 않는다는 것을 알았다. 즉, 아베수가 상기 값의 범위 내에 있으면, 본 발명의 목적인 촬상 렌즈의 제수차가 종래의 촬상 렌즈의 제수차에 비하여 양호하게 보정되고, 또 광학길이가 10mm 이하의 촬상 렌즈을 실현할 수 있는 것을 알았다.

렌즈계와 촬상면과의 사이에, 제 1 실시예에서는, 0.60mm, 제 2 실시예, 제1 비교예 및 제 2 비교예에서는 1.00mm의 카바 글래스를 삽입하고, 이 카바 글래스의 존재도 전제로 하여, 이하에 설명하는 제수차를 계산한다. 즉, 그 카바 글래스는 r₁₁및 r₁₂면으로 이루어지고, 그 두께를 표시하는 파라메타 d₁₁이 제 1 실시예에서는 d₁₁= 0.60mm 이고, 제 2 실시예, 제 1 비교예 및 제 2 비교예에서는 d₁₁= 1.00mm이다.

(제 1 실시예)

(A) 전계의 초점거리는 f = 3.315mm 이다.

(B) 제 1 렌즈의 두께는 d₁= 0.72mm 이다.

(C) 제 1 렌즈의 물체측면의 곡률반경은 r₁= -1.72mm 이다.

(D) 제 1 렌즈의 상측면의 곡률반경은 r₂= -2.53mm 이다.

(r₂+ r₁)/(r₂- r₁) = +5.2469인 것으로, 이 렌즈계는 식(1)로 표시된 조건을 만족하고 있다.

또, 0.15f = 0.497, d₁= 0.72, 0.3f = 0.9945인 것으로, 식(2)로 표시된 조건도 만족하고 있다.

도 2에 광선추적을 한 결과와 촬상면상에서의 점상의 퍼짐을 표시하는 스폿 다이아그램을 나타낸다. 이들에 의하면 화각 근방 위치에서의 점상이 약간 퍼질 뿐 촬상면상 거의 전역에 걸쳐 양호한 점상을 얻을 수 있다는 것을 알았다.

광학길이는 6.663mm로 10mm 이내에 들어가고, 백포커스도 2.357mm로 충분하게 확보할 수 있다.

도 3에 나타낸 왜곡수차곡선 20, 도 4에 나타낸 비점수차곡선(메리디져널 플랜에 대한 수차곡선 22 및 새지털 플랜에 대한 수차곡선 24), 도 5에 나타낸 색.구면수차곡선(C선에 대한 수차곡선 26, d선에 대한 수차곡선 28 및 g선에 대한 수차곡선 30. 단 수차곡선 26과 수차곡선 28은 대부분 차이가 없고 겹쳐 있다)에 있어서는, 각각 그래프에 의해 표시되어 있다. 도 3 및 도 4의 수차곡선의 종축은 상높이를 나타내고 있고, 100%, 85%, 70%, 50% 및 30%는 각각, 2.187mm, 1.859mm, 1.531mm, 1.093mm 및 0.656mm에 대응하고 있다. 또 횡축은 수차의 크기를 표시하고 있다. 도 5의 수차곡선의 종축은 입사높이 h (F 넘버)를 표시하고 있으며, 최대가 F 2.8이다.

왜곡수차는 2% 이내에 들어 있으며, 비점수차는 0.1mm 내에 들어 있고, 색.구면수차는 0.02mm 이하에 들어 있다. 어느것에 있어서도 CCD 또는 CMOS를 촬상소자로서 이용하는 소형 카메라에 탑재하는 렌즈에 필요로 하는 성능을 확보할 수 있다.

(제 2 실시예)

(A) 전계의 초점거리는 f = 3.812mm 이다.

(B) 제 1 렌즈의 두께는 d₁= 0.9mm 이다.

(C) 제 1 렌즈의 물체측면의 곡률반경은 r₁= -2.45mm 이다.

(D) 제 1 렌즈의 상측면의 곡률반경은 r₂= -3.35mm 이다.

(r₂+ r₁)/(r₂- r₁) = +6.444인 것으로, 이 렌즈계는 식(1)로 표시된 조건을 만족하고 있다.

또, 0.15f = 0.572, d₁= 0.9, 0.3f = 1.144인 것으로, 식(2)로 표시된 조건도 만족하고 있다.

도 6에 광선추적을 한 결과와 촬상면상에서의 점상의 퍼짐을 표시하는 스폿 다이아그램을 나타낸다. 이들에 의하면 화각 근방 위치에서의 점상을 포함하여 촬상면상 전역에 걸쳐 양호한 점상을 얻을 수 있다.

광학길이는 9.256mm로 10mm 이내에 들어가고, 백포커스도 3.396mm로 충분하게 확보할 수 있다.

도 7에 나타낸 왜곡수차곡선 32, 도 8에 나타낸 비점수차곡선(메리디져널 플랜에 대한 수차곡선 34 및 새지털 플랜에 대한 수차곡선 36), 도 9에 나타낸 색.구면수차곡선(C선에 대한 수차곡선 38, d선에 대한 수차곡선 40 및 g선에 대한 수차곡선 42)에 있어서는, 각각 그래프에 의해 표시되어 있다. 도 7 및 도 8의 수차곡선의 종축은 상높이를 나타내고 있고, 100%, 85%, 70%, 50% 및 30%는 각각, 2.250mm, 1.913mm, 1.575mm, 1.125mm 및 0.675mm에 대응하고 있다. 도 9의 수차곡선의 종축은 입사높이 h (F 넘버)를 표시하고 있으며, 최대가 F 2.8이다. 또한, 횡축은 수차의 크기를 나타내고 있다. 왜곡수차는 2.6% 이내에 들어 있으며, 비점수차는 0.08mm 내에 들어 있고, 색.구면수차는 0.05mm 이하에 들어 있다. 어느것에 있어서도 CCD 또는 CMOS를 촬상소자로서 이용하는 소형 카메라에 탑재하는 렌즈에필요로 하는 성능을 확보할 수 있다.

(제 1 비교예)

(A) 전계의 초점거리는 f = 3.832mm 이다.

(B) 제 1 렌즈의 두께는 d₁= 0.9mm 이다.

(C) 제 1 렌즈의 물체측면의 곡률반경은 r₁= -2.25mm 이다.

(D) 제 1 렌즈의 상측면의 곡률반경은 r₂= -3.40mm 이다.

(r₂+ r₁)/(r₂- r₁) = +4.913인 것으로, 이 렌즈계는 식(1)로 표시된 조건의 하한을 밑돌며, 조건을 만족하지 않는다.

도 10에 광선추적을 한 결과와 촬상면상에서의 점상의 퍼짐을 표시하는 스폿 다이아그램을 나타낸다. 이들에 의하면 촬상면의 주변으로 진행됨에 따라 점상이 퍼지고, 촬상면상의 주변부분에 있어서 양호한 점상이 얻어지지 않는다.

도 11 및 도 12의 수차곡선의 종축은 상높이를 나타내고 있고, 100%, 85%, 70%, 50% 및 30%는 각각, 2.249mm, 1.911mm, 1.574mm, 1.124mm 및 0.675mm에 대응하고 있다. 도 13의 수차곡선의 종축은 입사높이 h (F 넘버)를 표시하고 있으며, 최대가 F 2.8이다. 또 횡축은 수차의 크기를 표시하고 있다.

왜곡수차는 0.7% 이내에 들어 있으며, 색.구면수차는 0.06mm 이하에 들어 있다. 그러나, 비점수차는 상높이 2.249mm에 있어서 메리디져널 플랜에서 2.3mm로 되어 있다.

도 11에 나타낸 왜곡수차곡선 44 및 도 13에 나타낸 색.구면수차곡선(C선에대한 수차곡선 50, d선에 대한 수차곡선 52 및 g선에 대한 수차곡선 54)에서는 양호한 특성이 있으나, 도 12에 나타낸 비점수차곡선(메리디져널 플랜에 대한 수차곡선 46 및 새지털 플랜에 대한 수차곡선 48)에 있어서는 메리디져널 플랜에서 크게 되고 있다(수차곡선 46). 이러한 점들이 실시예에 비교하여 양호한 특성으로는 되지 않는다.

(제 2 비교예)

(A) 전계의 초점거리는 f = 3.799mm 이다.

(B) 제 1 렌즈의 두께는 d₁= 0.9mm 이다.

(C) 제 1 렌즈의 물체측면의 곡률반경은 r₁= -2.55mm 이다.

(D) 제 1 렌즈의 상측면의 곡률반경은 r₂= -3.30mm 이다.

(r₂+ r₁)/(r₂- r₁) = +7.800인 것으로, 이 렌즈계는 식(1)로 표시된 조건의 상한을 상회하며, 조건을 만족하지 않는다.

도 14에 광선추적을 한 결과와 촬상면상에서의 점상의 퍼짐을 표시하는 스폿 다이아그램을 나타낸다. 제 1 비교예와 동일하게, 촬상면의 주변으로 진행됨에 따라 점상이 퍼지고, 촬상면상의 주변부분에서 양호한 점상이 얻어지지 않는다.

도 15 및 도 16의 수차곡선의 종축은 상높이를 나타내고 있고, 100%, 85%, 70%, 50% 및 30%는 각각, 2.252mm, 1.914mm, 1.576mm, 1.126mm 및 0.675mm에 대응하고 있다. 도 17의 수차곡선의 종축은 입사높이 h (F 넘버)를 표시하고 있으며, 최대가 F 2.8이다. 또 횡축은 수차의 크기를 표시하고 있다.

색.구면수차는 0.04mm 이하에 들어 있다. 그러나 왜곡수차는 4.2%이고, 비점수차는 상높이 2.252mm에 있어서 메리디져널 플랜에서 0.78mm로 되어 있다.

도 17에 나타낸 색.구면수차곡선(C선에 대한 수차곡선 62, d선에 대한 수차곡선 64 및 g선에 대한 수차곡선 66)에서는 양호한 특성이 있으나, 도 15에 나타낸 왜곡수차곡선 56 및 도 16에 나타낸 비점수차곡선(메리디져널 플랜에 대한 수차곡선 58 및 새지털 플랜에 대한 수차곡선 60)으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 왜곡수차 및 메리디져널 플랜에서의 비점수차가 크다(수차곡선 56 및 수차곡선 58). 이러한 점들이 실시예에 비교하여 양호한 특성으로는 되지 않는다.

이상, 실시예 및 비교예로부터, 제수차가 양호하게 보정되며, 충분한 백포커스를 얻고 또 광학 길이가 짧게 유지되는 조건을 부여한 식(1) 및 (2)를 만족하도록 구성 렌즈를 설계함으로써, 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 해결할 수 있다는 것을 알았다.

실시예 및 비교예에서 제 1 렌즈, 제 2 렌즈, 제 4 렌즈에는 제녹스 E48R을, 제 3 렌즈에는 폴리카보네이트라는 플라스틱 소재를 이용하였으나, 실시예에 게재된 이외의 플라스틱 재료는 물론, 플라스틱 소재가 아니어도 실시예 등에서 설명한 제조건을 만족하는 소재이면, 글래스 소재인 것도 이용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명은 4군 4매로 작게 구성되면서, 플라스틱 렌즈의 적극적인 사용을 가능하게 하고, 제수차가 양호하게 보정된 저코스트로 제조가능한 광학 길이가 10mm 이하인, 소형 CCD 카메라에 이용하기에 적합한 촬상렌즈를 실현할 수 있다. d선에 대한 굴절율이 1.583 이고, 아베수 30정도의 굴절율파장분산특성을 가지는 소재를 이용한 렌즈를 구성요소로 하는 촬상렌즈는, 그 구성 렌즈 전체를 광학 글래스를 소재로 한 렌즈로 실현하는 것은 어렵다. 견해를 달리하면, 본 발명의 실시예에 있어서 아베수 30정도로 큰 파장분산특성을 가지는 소재로도 그의 렌즈 구성방법에 의해서는 양호한 화상을 얻을 수 있는 조합 렌즈를 형성할 수 있다, 라는 실험결과를 나타내는 것이 가능하다.

이상에서 설명한 것으로부터, 본 발명의 촬상렌즈는 휴대전화기에 내장되는 비디오 카메라용 렌즈로서의 이용은 물론, PDA(personal digital assistant)에 내장되는 비디오 카메라용 렌즈, 화상인식기능을 구비한 완구에 내장되는 비디오 카메라용 렌즈, 감시용 비디오 카메라 및 방범용 비디오 카메라용 렌즈로서 적용하여도 좋다.

Claims

물체측에 오목(凹)면을 향한 메니스커스 형상의 부의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈(L₁)와, 조리개(S)와, 물체측 및 상측의 양측에 볼록(凸)면을 향한 정의 굴절력을 가지는 제 2 렌즈(L₂)와, 물체측 및 상측의 양측에 오목(凹)면을 향한 부의 굴절력을 가지는 제 3 렌즈(L₃)와, 물체측 및 상측의 양측에 볼록(凸)면을 향한 정의 굴절력을 가지는 제 4 렌즈(L₄)를 포함하며, 물체측으로부터 차례로 상기 제 1 렌즈(L1), 조리개(S), 제 2 렌즈(L2), 제 3 렌즈(L3), 제 4 렌즈(L4)의 순서로 배열되어 구성되며,

상기 제 1 내지 제 4 렌즈 중 적어도 3개의 렌즈면이 비구면으로 되고, 이하의 조건을 만족하는 촬상렌즈.

+5.0 < (r₂+r₁)/(r₂-r₁) < +7.0 (1)

0.15f < d₁< 0.3f (2)

단,

r₁:제 1 렌즈 물체측면의 광축근방에서 곡률반경(축상곡률반경)

r₂:제 1 렌즈 상측면의 광축근방에서 곡률반경(축상곡률반경)

d₁:제 1 렌즈의 두께

f:전계의 초점거리(제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 렌즈로 이루어진 렌즈계의 합성초점거리)
제 1 항에 있어서, 촬상렌즈를 구성하는 렌즈가 모두 플라스틱 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 촬상렌즈.
제 1 항에 있어서, 촬상렌즈를 구성하는 상기 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 4 렌즈(L4)를 아베수가 45 에서 65 범위에 있는 소재로 형성한 렌즈로 하고, 상기 제 3 렌즈(L3)를 아베수가 25 에서 35 범위에 있는 소재로 형성한 렌즈로 하는 것을 특징으로 하는 촬상렌즈.
제 2 항에 있어서, 촬상렌즈를 구성하는 상기 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2) 및 제 4 렌즈(L4)를 시클로오레핀계 플라스틱을 소재로써 형성한 렌즈로 하고, 상기 제 3 렌즈(L3)를 폴리카보네이트를 소재로써 형성한 렌즈로 하는 것을 특징으로 하는 촬상렌즈.
제 3 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈의 물체측면으로부터 상면까지의 거리를 10mm이하로 하는 것을 특징으로 하는 촬상렌즈.
제 4 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈의 물체측면으로부터 상면까지의 거리를10mm이하로 하는 것을 특징으로 하는 촬상렌즈.