[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2005292763A - ズームレンズ - Google Patents

ズームレンズ Download PDF

Info

Publication number
JP2005292763A
JP2005292763A JP2004259533A JP2004259533A JP2005292763A JP 2005292763 A JP2005292763 A JP 2005292763A JP 2004259533 A JP2004259533 A JP 2004259533A JP 2004259533 A JP2004259533 A JP 2004259533A JP 2005292763 A JP2005292763 A JP 2005292763A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical element
liquid
zoom lens
lens
element group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004259533A
Other languages
English (en)
Inventor
Shoji Kogo
将司 古後
Susumu Yamaguchi
進 山口
Hiroshi Sato
裕志 佐藤
Masae Sato
正江 佐藤
Yuichi Shin
勇一 新
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konica Minolta Opto Inc
Original Assignee
Konica Minolta Opto Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Konica Minolta Opto Inc filed Critical Konica Minolta Opto Inc
Priority to JP2004259533A priority Critical patent/JP2005292763A/ja
Priority to US11/077,035 priority patent/US7317580B2/en
Publication of JP2005292763A publication Critical patent/JP2005292763A/ja
Priority to US11/984,383 priority patent/US7573648B2/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/12Fluid-filled or evacuated lenses
    • G02B3/14Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/143Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lens Barrels (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

【課題】
複数のレンズより成るレンズ系に液体光学素子を含むことにより、駆動する光学素子群数が少なく、小型であり、機械的機構が簡素なズームレンズを提供する。
【解決手段】
ズーム動作がなされたときに、給電回路31は、ズーム信号から必要なコンペンセート量を演算して(もしくはテーブルを参照して)、液体光学素子QLに所定の電圧を印加する。このように制御することで、液体光学素子QLは所望のように光学パワーを変化させてコンペンセート作用を実現することができる。従って、第1レンズ群G1を光軸方向に移動させる機構が不要となり、構成の簡素化やコンパクト化を図ることができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、CCD型イメージセンサあるいはCMOS型イメージセンサ等の固体撮像素子に用いられる小型のズームレンズに関する。
近年では、CCD(Charged Coupled Device)型イメージセンサあるいはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置の高性能化、小型化に伴い、超小型のデジタルカメラや撮像装置を備えた携帯電話、PDA(Personal Digital Assistance)が普及しつつあり、さらには、これらの撮像装置にズームレンズを搭載したいという要求も高まりつつある。
ところで、一般的なズームレンズでは、撮像レンズを構成するレンズ群全てまたは一部を移動させることが必要となる。例えば、3群ズームレンズの場合、焦点距離を変化させるバリエータ群、それに伴うピント移動を補正するコンペンセータ群および、物体距離変化に伴うピント移動を補正するフォーカス群の3群あるいは、バリエータ群と、コンぺンセータおよびフォーカス作用を有する群と固定群の3群等に分けられ、上記レンズ群のうち所定のレンズ群を共軸方向に移動させて、変倍及びピント調整を行うように構成されている。このようなズーム光学系の具体例として、2つの群または3つの群を移動させて変倍及びピント調整をおこなうズームレンズが開示されている(特許文献1参照)。
特開2002−350726号公報 特開2003−98435号公報
しかしながら、特許文献1のように複数のレンズ群を共軸方向に移動させて変倍及びピント調整を行う場合、それらのレンズ群を移動させるための機械的機構を設ける必要があるが、それは一般的に複雑であり、さらにその機械的機構を設けるために広いスペースが必要になるという問題があった。
これに対して、屈折力可変素子用いて移動群の数を減らし、変倍や物体距離変化に伴うピント移動補正機能をこの素子に負担させるようにしたズームレンズが知られている。このようなズームレンズの具体例として、反射型の屈折力可変素子を用いたズームレンズも開示されている(特許文献2参照)。
しかしながら、特許文献2のような反射型の光学素子を用いる揚合、共軸に対して非対称な収差が発生することになり、その収差を補正するために反射面を自由曲面などの制御しにくい面にせざるを得ない。又、屈折力可変素子によっては、屈折力を細かく調整できないという問題もある。
本発明は、かかる従来の問題に鑑みてなされたものであり、複数のレンズより成るレンズ系に液体光学素子を含むことにより、駆動する光学素子群数が少なく、小型であり、機械的機構が簡素なズームレンズを提供することを目的とする。
請求項1に記載のズームレンズは、変倍時に移動する光学素子群を含むズームレンズにおいて、導電性または有極性の第1の液体および前記第1の液体とは互いに混合することがない第2の液体を、界面が所定の形状となるように容器内に密閉収容し、前記第1の液体と前記容器に設けられた電極との間に電圧を印加することにより、前記界面の曲率半径を変化させて屈折力を調整するようにした液体光学素子を有することを特徴とする。
前記液体光学素子を構成要素とすると、前記界面の曲率半径を変化させて屈折力を調整することで、変倍に伴うピント移動を補正するコンペンセート作用および物体距離変化に伴うピント移動を補正するフォーカス作用を実現できるので、コンペンセートおよびフォーカスのために移動する光学素子群の移動量を小さく抑えたり、あるいは機械的な駆動機構が必要な光学素子群を変倍群のみとすることができ、駆動する光学素子群数の少ない、小型で機械的機構が簡素なズームレンズとすることができる。
特に、前記液体光学素子は、多段階もしくは無断階で屈折力を変化させることができるため、ピントをより適切に合わせることが可能となる。
請求項2に記載のズームレンズは、請求項1に記載の発明において、前記液体光学素子が絞りを含む光学素子群に配置されていることを特徴とするので、前記液体光学素子の外径を小さくすることができ、小型のズームレンズとすることができる。
請求項3に記載のズームレンズは、請求項1に記載の発明において、前記液体光学素子を含む光学素子群が絞りを含まない場合において、前記光学系素子群内の最も絞りに近い位置に前記液体光学素子を配置したことを特徴とするので、前記液体光学素子の外径を小さくすることができ、小型のズームレンズとすることができる。
請求項4に記載のズームレンズは、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、変倍時に移動する光学素子群が1つのみであることを特徴とするので、駆動レンズ群数が少ない、機械的機構が簡素なズームレンズとすることができる。
請求項5に記載のズームレンズは、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、前記液体光学素子を含む光学素子群が光軸方向に固定されており、前記液体光学素子を含む光学素子群が変倍に伴うピント移動を補正するコンペンセート作用、および物体距離変化に伴うピント移動を補正するフォーカス作用を有することを特徴とする。
前記液体光学素子を含む光学素子群が光軸方向に固定されており、前記液体光学素子が変倍に伴うピント移動を補正するコンペンセート作用、および物体距離変化に伴うピント移動を補正するフォーカス作用を有する構成とすると、移動する光学素子群の移動量を小さく抑えたり、あるいは機械的な駆動機構が必要な光学素子群を変倍群のみとすることができ、駆動される光学素子群数の少ない、機械的構成が簡単なズームレンズとすることができ、又、前記液体光学素子を含む光学素子群が移動する場合に比べ、前記液体光学素子用のフレキシブルケーブルの配線等、機械的機構などをより簡素化できる。
請求項6に記載のズームレンズは、変倍時に移動する光学素子群を含むズームレンズにおいて、前記変倍時に移動する少なくとも1つの光学素子群の中に、導電性または有極性の第1の液体および前記第1の液体とは互いに混合することがない第2の液体を、界面が所定の形状となるように容器内に密閉収容し、前記第1の液体と前記容器に設けられた電極との間に電圧を印加することにより、前記界面の曲率半径を変化させて屈折力を調整するようにした液体光学素子を含み、前記液体光学素子を含む光学素子群が変倍作用、物体間距離の変化に伴うピント移動を補正するコンぺンセート作用および、物体距離変化に伴うピント移動を補正するフォーカス作用を有することを特徴とする。
前記液体光学素子を構成要素とすると、それのみで、変倍作用、物像間距離の変化に伴うピント移動を補正するコンぺンセート作用、および物体距離変化に伴うピント移動を補正するフォーカス作用を実現できるため、変倍時の変倍群移動量ゃ変倍および物体距離変化に伴うピント移動を補正するために移動する光学素子群の移動量を小さく抑えたり、あるいは機械的な駆動機構が必要な光学素子群を変倍群のみとすることができ、駆動する光学素子群数の少ない、或いは駆動する光学素子群をなくした小型で機械的機構が簡素なズームレンズとすることができる。ここで「変倍作用を有する」とは、変倍する光学素子群(ここでは前記液体光学素子を含む光学素子群)が有する屈折力の絶対値が、短焦点距離端より長焦点距離端で大きくなることをいうものとする。
請求項7に記載のズームレンズは、請求項6に記載の発明において、前記液体光学素子を含む光学素子群が絞りを含むことを特徴とするので、前記液体光学素子の外径を小さくすることができ、小型のズームレンズとすることができる。
請求項8に記載のズームレンズは、請求項1〜7のいずれかに記載の発明において、電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材と、前記変倍時に移動する光学素子群に連結され、且つ前記駆動部材上に移動可能に保持された可動部材と、から構成され、前記電気機械変換素子を、伸び方向と縮み方向とで速度を変えて繰り返し伸縮させることで、前記可動部材を移動させるようになっている駆動手段を備えたことを特徴とする。
前記駆動手段において、前記電気機械変換素子に対して例えば鋸歯状の波形をしたパルスなどの駆動電圧をごく短時間印加することで、前記電気機械変換素子を微少に伸長または収縮するように変形させることができるが、そのパルスの形状により伸長又は収縮の速度を変えることができる。ここで、前記電気機械変換素子を伸長または収縮方向へ速い速度で変形したとき、前記可動部材は、その質量の慣性により、前記駆動部材の動作に追随せず、そのままの位置に留まる。一方、前記電気機械変換素子がそれよりも遅い速度で反対方向へと変形したとき、前記可動部材は、その間に作用する摩擦力で駆動部材の動作に追随して移動する。したがって、前記電気機械変換素子が伸縮を繰り返すことにより、前記可動部材は一方向へ連続して移動することができる。即ち、高い応答性を有する本発明の駆動手段を用いることで、前記変倍時に移動する光学素子群を高速に移動させることもでき、且つ微小量移動させることもできる。更に、前記変倍時に移動する光学素子群を定位置に保持するような場合には、前記電気機械変換素子への電力供給を中断すれば、前記可動部材と前記駆動部材との間に作用する摩擦力によって保持されるので、省エネも図れる。加えて、前記駆動手段の構成は、簡素で小型化が可能で、低コストであるという利点もある。
本発明によれば、複数のレンズより成るレンズ系に液体光学素子を含むことにより、駆動する光学素子群数が少なく、小型であり、機械的機構が簡素なズームレンズを提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、第1の実施の形態にかかるズームレンズの断面図であり、(a)は短焦点距離端の状態にあり、(b)は中間位置の状態にあり、(c)は長焦点距離端の状態にある。ここで、本実施の形態のズームレンズは、被写体像を撮像素子CCDに結像させるためにレンズ群G1〜G3を有する。第1レンズ群G1は、負の第1レンズL1と液体光学素子QLとからなり、不図示の鏡枠に固定されている。第2レンズ群G2は、絞りSと、正の第2レンズL2と、正の第3レンズL3と、負の第4レンズL4とからなり、不図示の駆動源により一体的に光軸方向に移動可能となっている。第3レンズ群G3は、正の第5レンズL5からなり、不図示の鏡枠に固定されている。
図2は、液体光学素子QLおよびその駆動部の概略構成図である。QLは本実施の形態にかかる液体光学素子を示している。40は不導体で形成された下容器である。この下容器40の底面(図で右内側面)のうち周辺部には第1の凹部41が形成されているとともに、これよりも内径側(中心側)には第1の封止板2を保持する第2の凹部42が形成されている。第1の封止板(液体を密封する部材)2は、透明アクリルあるいはガラスにより形成されている。
この下容器40の周辺壁部の内側全周には第2の電極リング43が設けられており、この第2の電極リング43の表面には、電極端面43aもカバーするアクリル樹脂等でできた絶縁層44が密着形成されている。
ここで、下容器40の周辺壁部は、光軸Xに対して図で右端側が左端側よりも光軸Xに近づくように傾いている。このため、第1の電極リング43と絶縁層44も共に光軸Xに対して傾いている。
また、絶縁層44の厚さは、図で右に向かって徐々に増加している。更に、絶縁層44の内面全周の下側には、撥水処理剤が塗布されて撥水層11が形成されている。さらに、絶縁層44の内面全周の左側には、親水処理剤が塗布されて親水層12が形成されている。
50は不導体で形成された上容器であり、その内径側で、透明アクリルあるいはガラスにより形成された第2の封止板(液体を密封する部材)6を保持する。また、上容器50の周辺部右端面には、シート状の第1の電極リング51が密着形成されている。
この第1の電極リング51の表面には、絶縁層52が密着形成されているが、後述する第1の液体21に接してこれに電圧を印加するための露出部51aが備わるように、絶縁層52は第1の電極リング51の外縁側のみをカバーするように形成されている。
そして、下容器40の周辺壁部と上容器50とを液密に封止することにより、下容器40、上容器50、第1の封止板2および第2の封止板6で囲まれた所定体積の液室を有した筐体としての容器が形成される。
この容器は、光軸Xに対して軸対称形状をなしている。そして、液室には、以下のようにして2種類の液体が充填される。
まず、第1の封止板2を取り付けた下容器40の光軸Xを鉛直方向に向けた状態で、液室の底面である第1の封止板2の上面および下容器40の周辺側の底面すなわち(これらが界面対向面に相当する)に、第2の液体22が、その液柱の高さが周辺壁部の撥水膜11の中間の高さになる分量だけ滴下される。
第2の液体22は無色透明で、比重1.06、室温での屈折率1.45のシリコーンオイルが用いられる。続いて、液室内の残りの空間には、第1の液体21が充填される。第1の液体21は、水とエチルアルコールが所定比率で混合され、更に所定量の食塩が加えられた、比重1.06、室温での屈折率1.35の電解液(導電性又は有極性を有する液体)である。
すなわち、第1および第2の液体21,22は、比重が等しく、屈折率が異なり、かつ互いに混ざることのない(不溶な)液体が選定される。そして、両液体21,22は界面24を形成し、混ざり合わずにそれぞれが独立して存在する。
この界面24の形状は、液室(容器)の内面、第1の液体21および第2の液体22の3物質が交わる点、すなわち界面24の外縁部に働く3つの界面張力の釣り合いで決まる。その後、第2の封止板6を取り付けた上容器50を、下容器40に取り付けることで、2種類の液体が封止される。
31は第1の電極リング25と第2の電極リング3とに接続された給電回路である。
給電回路31の2つの増幅器(図示せず)はそれぞれ、第1の電極リング51および第2の電極リング43から上容器50の右端面に沿って光軸直交方向に引き出された端子部51b,43bに接続されている。
以上の構成において、第1の液体21に第1の電極リング51および第2の電極リング43を介して電圧が印加されると、いわゆるエレクトロウェッティング効果によって界面24が変形する。
次に、液体光学素子QLにおける界面24の変形と、この変形によってもたらされる光学作用について説明する。
まず、第1の液体21に電圧が印加されていない場合、図2に示すように、界面24の形状は、両液体21,22間の界面張力、第1の液体21と絶縁層44上の撥水膜11あるいは親水膜12との界面張力、第2の液体22と絶縁層44上の撥水膜11あるいは親水膜12との界面張力、および第2の液体22の体積で決まる。
一方、給電回路31より第1の液体21に電圧が印加されると、エレクトロウェッティング効果によって第1の液体21と親水膜12との界面張力が減少し、第1の液体21が親水膜12と撥水膜11との境界を乗り越えて撥水膜11上に入り込む。この結果、第2の液体22の光軸上での高さが増加する。
このように第1および第2の電極リング51,43を通じた第1の液体21への電圧印加によって、2種類の液体の界面張力の釣り合いが変化し、両液体21,22間の界面24の形状が変わる。こうして、給電回路31の電圧制御によって界面24の形状を自在に変えられる光学素子が実現できる。
また、第1および第2の液体21,22が異なる屈折率を有しているため、光学レンズとしての光学パワー(1/f:fは焦点距離)が付与されることになり、即ち液体光学素子QLは、界面24の形状変化によって焦点距離が変化する。
本実施の形態のズームレンズの動作を説明すると、短焦点距離端から長焦点距離端へとズーム駆動を行う場合、図1に示すように、第2レンズ群G2は(a)に示す位置から(b)に示す位置を通過し、(c)に示す位置へと光軸方向に駆動される。長焦点距離端から短焦点距離端へのズーム駆動は、この逆となる。ここで、従来のズームレンズによれば、コンペンセート作用を行うために、第2レンズ群G2の光軸方向への移動に応じて第1レンズ群G1を光軸方向に移動させる必要があり、従って第1レンズ群G1を光軸方向に駆動するために、カム機構などを設ける必要があって、構成の複雑化や、ズームレンズを搭載する撮像装置の大型化等を招いていた。
これに対し、本実施の形態のズームレンズによれば、図1のズームレンズにおいてズーム動作がなされたとすると、給電回路31は、ズーム信号から必要なコンペンセート量を演算して(もしくはテーブルを参照して)、液体光学素子QLに所定の電圧を印加する。このように制御することで、液体光学素子QLは所望のように光学パワーを変化させてコンペンセート作用を実現することができる。従って、第1レンズ群G1を光軸方向に移動させる機構が不要となり、構成の簡素化やコンパクト化を図ることができる。なお、光学パワーの変化は多段階であると好ましく、連続的であるとより好ましい。
又、従来のズームレンズによれば、カム形状によって、第2レンズ群G2の光軸方向の移動量と、第1レンズ群G1の光軸方向の移動量とは一対一に対応してしまうが、実際の撮像時には、物体距離が可変であるので、それに応じて撮像素子CCD等の受光面にピントを合わせるために、例えば第3レンズ群G3を光軸方向に変位させて、いわゆるフォーカシング作用を実現している。このような場合、第3レンズ群G3にも駆動機構を別個に設ける必要があり、構成の複雑化や大型化を招くこととなる。
これに対し、本実施の形態では、給電回路31が、撮像素子CCDからの信号もしくは不図示の測距装置からの測距信号と、ズーム信号(又は第2レンズ群G2の光軸方向移動量)とに基づいて、コンペンセート作用とフォーカシング作用とを同時に実現できるように(更に変倍作用の一部を負担させても良い)、液体光学素子QLの形状を変化させることができる。かかる場合、第3レンズ群G3を光軸方向に変位させる必要がなくなるというメリットが得られる。
図3は、第2の実施の形態にかかるズームレンズの断面図であり、(a)は短焦点距離端の状態にあり、(b)は中間位置の状態にあり、(c)は長焦点距離端の状態にある。ここで、本実施の形態のズームレンズは、被写体像を撮像素子CCDに結像させるためにレンズ群G1〜G3を有する。第1レンズ群G1は、負の第1レンズL1と正の第2レンズL2とからなり、不図示の鏡枠に固定されている。第2レンズ群G2は、絞りSと、液体光学素子QLと、正の第3レンズL3と、負の第4レンズL4とからなり、不図示の駆動源により一体的に光軸方向に移動可能となっている。第3レンズ群G3は、正の第5レンズL5からなり、不図示の鏡枠に固定されている。尚、本実施の形態に用いる液体光学素子QLの基本的構成は、図2に示すものと同様であるので説明を省略する。
本実施の形態のズームレンズの動作を説明すると、短焦点距離端から長焦点距離端へとズーム駆動を行う場合、図2に示すように、第2レンズ群G2は(a)に示す位置から(b)に示す位置を通過し、(c)に示す位置へと光軸方向に駆動される。長焦点距離端から短焦点距離端へのズーム駆動は、この逆となる。
本実施の形態によれば、図1のズームレンズにおいてズーム動作がなされたとすると、液体光学素子QLの給電回路は、ズーム信号から必要なコンペンセート量を演算して(もしくはテーブルを参照して)、液体光学素子QLに所定の電圧を印加する。このように制御することで、液体光学素子QLは所望のように光学パワーを変化させてコンペンセート作用を実現することができる。従って、第1レンズ群G1を光軸方向に移動させる機構が不要となり、構成の簡素化やコンパクト化を図ることができる。なお、光学パワーの変化は多段階であると好ましく、連続的であるとより好ましい。
更に本実施の形態では、液体光学素子QLの給電回路が、撮像素子CCDからの信号もしくは不図示の測距装置からの測距信号と、ズーム信号(又は第2レンズ群G2の光軸方向移動量)とに基づいて、コンペンセート作用とフォーカシング作用とを同時に実現できるように(更に変倍作用の一部を負担させても良い)、液体光学素子QLの形状を変化させることができる。かかる場合、第3レンズ群G3を光軸方向に変位させる必要がなくなるというメリットが得られる。
尚、第1,第2の実施の形態において、液体光学素子QLに完全な変倍作用をも持たせることで、全てのレンズ群を光軸方向に固定することができ、レンズ群の駆動機構を持たないズームレンズも実現できる。
図6は、上述した実施の形態のズームレンズと、その駆動手段とを一体的に収納したズームレンズユニットZUの斜視図である。図6において、ベースBの両端から上方に壁W1,W2が延在している。壁W1,W2(切り欠いて図示)の上端近傍を連結するようにしてガイド軸GSが延在している。壁W1,W2にはそれぞれ光束が通過する開孔HLが形成されている。
第1レンズ群G1は、レンズホルダHD1により外周を保持され、壁W1の開孔HLを覆うようにして取り付けられる。尚、第1レンズ群G1の組み付けに当たっては、オートコリメータなどを用いて、基準軸に対しシフトやチルトを極力抑えることが望ましい。
一方、変倍する光学素子群である第2レンズ群G2は、レンズホルダHD2により外周を保持されている。可動部材となるレンズホルダHD2は、ガイド軸GSに係合する係合部HDaと、駆動力を受ける連結部HDbとを有している。
連結部HDbは駆動軸DSと接する溝を設けてあり、上面に板ばねSGを取り付けている。連結部HDbと板ばねSGとの間には、駆動部材である駆動軸DSが配置され、板ばねSGの付勢力で適度に押圧されている。駆動軸DSの壁W1側にはスキマが設けられており、他方の端部は、壁W2を貫通し、電気機械変換素子である圧電アクチュエータPZに連結されている。圧電アクチュエータPZは、固定部Bhを有し、W2の外方でベースBに接着などにより固定されている。
壁W2の開孔HLには、第3レンズ群G3が取り付けられている。又、第3レンズ群G3に隣接して、壁W2には固体撮像素子CCDが取り付けられている。第1レンズ群G1,第2レンズ群G2,第3レンズ群G3の光軸方向の配置関係は、図1,3に示す通りである。
ベースB上には、連結部HDbの移動量を磁気的に(又は光学的に)検出する不図示のエンコーダ(位置検出手段であり、例えばガイド軸GSに磁気情報を配置し、係合部HDaに読み取りヘッドなどを設けることができる)から信号を受けて、圧電アクチュエータPZを駆動制御するために、配線Hを介して電圧を印加する外部の駆動回路(不図示)が配置されている。圧電アクチュエータPZと、駆動軸DSと、連結部HDbと、板ばねSGとで駆動手段を構成する。尚、駆動回路は、ベースB上に配置して、配線により連結しても良い。
圧電アクチュエータPZは、PZT(ジルコン・チタン酸鉛)などで形成された圧電セラミックスを積層してなる。圧電セラミックスは、その結晶格子内の正電荷の重心と負電荷の重心とが一致しておらず、それ自体分極していて、その分極方向に電圧を印加すると伸びる性質を有している。しかし、圧電セラミックスのこの方向への歪みは微小であり、この歪み量により被駆動部材を駆動することは困難であるため、図7に示すように、複数の圧電セラミックスPEを積み重ねてその間に電極Cを並列接続した構造の積層型圧電アクチュエータPZが実用可能なものとして提供されている。本実施の形態では、この積層型圧電アクチュエータPZを駆動源として用いている。
次に、このズームレンズユニットZUによる第2レンズ群G2の駆動方法について説明する。一般に、積層型圧電アクチュエータPZは、電圧印加時の変位量は小さいが、発生力は大でその応答性も鋭い。したがって、図8(a)に示すように立ち上がりが鋭く立ち下がりがゆっくりとした略鋸歯状波形のパルス電圧を印加すると、圧電アクチュエータPZは、パルスの立ち上がり時に急激に伸び、立ち下がり時にそれよりもゆっくりと縮む。したがって、圧電アクチュエータPZの伸長時には、その衝撃力で駆動軸DSが図6の奥側(壁W1側)へ押し出されるが、第2レンズ群G2を保持したレンズホルダHD2の連結部HDbと板ばねSGは、その慣性により、駆動軸DSと一緒には移動せず、駆動軸DSとの間で滑りを生じてその位置に留まる(わずかに移動する場合もある)。一方、パルスの立ち下がり時には立ち上がり時に比較して駆動軸DSがゆっくりと戻るので、連結部HDbと板ばねSGが駆動軸DSに対して滑らずに、駆動軸DSと一体的に図6の手前側(壁W2側)へ移動する。即ち、周波数が数百から数万ヘルツに設定されたパルスを印加することにより、レンズホルダHD2を所望の速度で連続的に移動させることができる。尚、以上より明らかであるが、図8(b)に示すように電圧の立ち上がりがゆっくりで、立ち下がりが鋭いパルスを印加すれば、レンズホルダHD2を逆の方向へ移動させることができる。特に、ガイド軸GSがまっすぐであれば、レンズホルダHD2は光軸方向に精度良く移動することとなり、駆動により光軸ずれが生じる場合に比べ、収差劣化を効果的に抑制できる。
(実施例)
以下、本発明のズームレンズの実施例を示す。各実施例に使用する記号は下記の通りである。
f :撮像レンズ全系の焦点距離
F :Fナンバー
T :物体距離
R :曲率半径
D :軸上面間隔
Nd :レンズ材料のd線に対する屈折率
νd :レンズ材料のアッべ数
各実施例において非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にX軸をとり、光軸と垂直方向の高さをhとして以下の「数1」で表す。
Figure 2005292763
ただし、
m :i次の非球面係数
R :曲率半径
K :円錐定数
以下に示す実施例1は、第1の実施の形態にかかるズームレンズに対応するものである。本実施例にかかるズームレンズのデータを表1に、物体距離T=∞における短焦点距離端、中間焦点距離及び長焦点距離端における曲率半径R5、面間隔D4、D5及びFno,f,画角2ωの各値を表2に、非球面データを表3に、物体距離T=250mmにおける短焦点距離端、長焦点距離端での曲率半径R5、面間隔D4、D5の各値を表4に示す。また、図4に、本実施例の物体距離T=∞の短焦点距離端(a)、中間焦点距離(b)および長焦点距離端(c)における収差図を示す。ここで、物体距離とは物体からズームレンズ最物体側面頂点までの距離とする。尚、これ以降(表のレンズデータ含む)において、10のべき乗数(例えば 2.5×10−03)を、E(例えば 2.5E―03)を用いて表すものとする。
Figure 2005292763
Figure 2005292763
Figure 2005292763
Figure 2005292763
表2に示すように、焦点距離を短焦点距離端から長焦点距離端へ変化させると共に液体光学素子QLの界面の曲率半径を変化させることで、変倍に伴うピント移動を補正するコンペンセートを行い、さらに、表4に示すように、物体距離の変化に伴い前記界面の曲率半径を変化させることで、フォーカスも行うことができるため、変倍作用を有するレンズ群である第2レンズ群G2以外を鏡枠に固定することができ、駆動レンズ群数が少ない、機械的機構が簡素なズームレンズとすることができる。また、本実施例のように界面の曲率半径が、短焦点距離端から長焦点距離端ヘ焦点距離を変化させる間に極値を持つような構成とすることで、変倍における液体光学素子QLの屈折力変化を小さくすることができ、液体光学素子QLの制御が簡単になる。
更に、液体光学素子QLに電圧が印加されていない場合、あるいは印加電圧が低い場合の界面形状を、撮影時に最も使用頻度が高い屈折力が得られるようにすることにより、消費電力を抑えたズームレンズとすることができるため、より好ましい。
以下に示す実施例2は、第2の実施の形態にかかるズームレンズに対応するものである。本実施例にかかるズームレンズのデータを表5に、物体距離T=∞における短焦点距離端、中間焦点距離及び焦点距離端における曲率半径R7、面間隔D6、D7及びFno,f,画角2ωの各値を表6に、非球面データを表7に、物体距離T=250mmにおける短焦点距離端、長焦点距離端での曲率半径R7、面間隔D6、D7の各値を表8に示す。また、図5に、本実施例の物体距離T=∞の短焦点距離端(a)、中間焦点距離(b)および長焦点距離端(c)における収差図を示す。ここで、物体距離とは物体からズームレンズ最物体側面頂点までの距離とする。
Figure 2005292763
Figure 2005292763
Figure 2005292763
Figure 2005292763
表5に示すように、焦点距離を短焦点距離端から長焦点距離端ヘ変化させると共に液体光学素子QLの界面の曲率半径を変化させることで、変倍に伴うピント移動を補正するコンペンセートを行うと共に変倍に寄与し、さらに、表8に示すように、物体距離の変化に伴い前記界面の曲率半径を変化させることで、フォーカスも行うことができるため、変倍作用を有するレンズ群である第2レンズ群G2以外を鏡枠に固定することができ、駆動レンズ群数が少なく、移動レンズ群の移動量を小さく抑えた、機械的機構が簡素なズームレンズとすることができる。また、本実施例のように液体光学素子QLの界面の曲率半径が、短焦点距離端から長焦点距離端へ焦点距離を変化させる間に極値を持つような構成とすることで、変倍における前記液体光学素子の屈折力変化を小さくすることができ、液体光学素子QLの制御が簡単になる。
更に、液体光学素子QLに電圧が印加されていない場合、あるいは印加電圧が低い場合の界面形状を、撮影時に最も使用頻度が高い屈折力が得られるようにすることにより、消費電力を抑えたズームレンズとすることができるため、より好ましい。
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。本発明のズームレンズは、小型のデジタルスチルカメラや、携帯電話、PDA等の携帯端末等の撮像装置に搭載されることが好ましいが、それに限られることはない。
第1の実施の形態にかかるズームレンズの断面図である。 液体光学素子QLおよびその駆動部の概略構成図である。 第2の実施の形態にかかるズームレンズの断面図である。 第1の実施の形態にかかるズームレンズの収差図である。 第2の実施の形態にかかるズームレンズの収差図である。 上述した実施の形態のズームレンズと、その駆動手段とを一体的に収納したズームレンズユニットZUの斜視図である。 複数の圧電セラミックスPEを積み重ねてその間に電極Cを並列接続した構造の積層型圧電アクチュエータPZを示す斜視図である。 圧電アクチュエータPZに印加される電圧パルスの波形を示す図である。
符号の説明
QL 液体光学素子
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
S 開口絞り
B ベース
Bh 固定部
C 電極
CCD 固体撮像素子
DS 駆動軸
GS ガイド軸
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
H 配線
HD1 レンズホルダ
HD2 レンズホルダ
HDa 係合部
HDb 連結部
HL 開孔
PE 圧電セラミックス
PZ 積層型圧電アクチュエータ
W1,W2 壁
ZU ズームレンズユニット

Claims (8)

  1. 変倍時に移動する光学素子群を含むズームレンズにおいて、導電性または有極性の第1の液体および前記第1の液体とは互いに混合することがない第2の液体を、界面が所定の形状となるように容器内に密閉収容し、前記第1の液体と前記容器に設けられた電極との間に電圧を印加することにより、前記界面の曲率半径を変化させて屈折力を調整するようにした液体光学素子を有することを特徴とするズームレンズ。
  2. 前記液体光学素子が絞りを含む光学素子群に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
  3. 前記液体光学素子を含む光学素子群が絞りを含まない場合において、前記光学系素子群内の最も絞りに近い位置に前記液体光学素子を配置したことを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
  4. 変倍時に移動する光学素子群が1つのみであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のズームレンズ。
  5. 前記液体光学素子を含む光学素子群が光軸方向に固定されており、前記液体光学素子を含む光学素子群が変倍に伴うピント移動を補正するコンペンセート作用、および物体距離変化に伴うピント移動を補正するフォーカス作用を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のズームレンズ。
  6. 変倍時に移動する光学素子群を含むズームレンズにおいて、前記変倍時に移動する少なくとも1つの光学素子群の中に、導電性または有極性の第1の液体および前記第1の液体とは互いに混合することがない第2の液体を、界面が所定の形状となるように容器内に密閉収容し、前記第1の液体と前記容器に設けられた電極との間に電圧を印加することにより、前記界面の曲率半径を変化させて屈折力を調整するようにした液体光学素子を含み、前記液体光学素子を含む光学素子群が変倍作用、物体間距離の変化に伴うピント移動を補正するコンぺンセート作用および、物体距離変化に伴うピント移動を補正するフォーカス作用を有することを特徴とするズームレンズ。
  7. 前記液体光学素子を含む光学素子群が絞りを含むことを特徴とする請求項6に記載の記載のズームレンズ。
  8. 電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材と、前記変倍時に移動する光学素子群に連結され、且つ前記駆動部材上に移動可能に保持された可動部材と、から構成され、前記電気機械変換素子を、伸び方向と縮み方向とで速度を変えて繰り返し伸縮させることで、前記可動部材を移動させるようになっている駆動手段を備えたことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のズームレンズ。
JP2004259533A 2004-03-12 2004-09-07 ズームレンズ Pending JP2005292763A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004259533A JP2005292763A (ja) 2004-03-12 2004-09-07 ズームレンズ
US11/077,035 US7317580B2 (en) 2004-03-12 2005-03-11 Zoom lens
US11/984,383 US7573648B2 (en) 2004-03-12 2007-11-16 Zoom lens

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004070399 2004-03-12
JP2004259533A JP2005292763A (ja) 2004-03-12 2004-09-07 ズームレンズ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005292763A true JP2005292763A (ja) 2005-10-20

Family

ID=35325708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004259533A Pending JP2005292763A (ja) 2004-03-12 2004-09-07 ズームレンズ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005292763A (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007272232A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd カメラモジュールの自動焦点調節光学系
JP2007293335A (ja) * 2006-04-20 2007-11-08 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd 液体レンズを有するズーム光学系
WO2008102894A1 (ja) * 2007-02-21 2008-08-28 Nikon Corporation 変倍アフォーカル光学系
JP2009139397A (ja) * 2007-12-03 2009-06-25 Nikon Corp 観察光学系
JP4831638B2 (ja) * 2007-06-29 2011-12-07 バリオプテイツク 高分子電極を有するエレクトロウェッティング装置
US8427761B2 (en) 2009-03-10 2013-04-23 Konica Minolta Opto, Inc. Image pickup optical system, image pickup optical device, and digital equipment
US8472122B2 (en) 2010-11-22 2013-06-25 Canon Kabushiki Kaisha Optical system
CN113740992A (zh) * 2020-05-13 2021-12-03 宁波舜宇光电信息有限公司 潜望式光学变焦像模组及相应的可调光学组件

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002006200A (ja) * 2000-06-22 2002-01-09 Canon Inc 光学装置及びカメラ

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002006200A (ja) * 2000-06-22 2002-01-09 Canon Inc 光学装置及びカメラ

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007272232A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd カメラモジュールの自動焦点調節光学系
JP2007293335A (ja) * 2006-04-20 2007-11-08 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd 液体レンズを有するズーム光学系
JP4702633B2 (ja) * 2006-04-20 2011-06-15 サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. 液体レンズを有するズーム光学系
WO2008102894A1 (ja) * 2007-02-21 2008-08-28 Nikon Corporation 変倍アフォーカル光学系
JP4831638B2 (ja) * 2007-06-29 2011-12-07 バリオプテイツク 高分子電極を有するエレクトロウェッティング装置
JP2009139397A (ja) * 2007-12-03 2009-06-25 Nikon Corp 観察光学系
US8427761B2 (en) 2009-03-10 2013-04-23 Konica Minolta Opto, Inc. Image pickup optical system, image pickup optical device, and digital equipment
US8472122B2 (en) 2010-11-22 2013-06-25 Canon Kabushiki Kaisha Optical system
CN113740992A (zh) * 2020-05-13 2021-12-03 宁波舜宇光电信息有限公司 潜望式光学变焦像模组及相应的可调光学组件
CN113740992B (zh) * 2020-05-13 2023-02-21 宁波舜宇光电信息有限公司 潜望式光学变焦像模组及相应的可调光学组件

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7317580B2 (en) Zoom lens
US7561185B2 (en) Shake compensation device for optical devices using a mirror to compensate for the shake
US7209295B2 (en) Optical system, and optical apparatus
US6747813B2 (en) Optical system and imaging device
US6658208B2 (en) Focal-length adjusting unit for photographing apparatuses
US7170665B2 (en) Optical unit provided with an actuator
US7031071B2 (en) Optical device
US6833966B2 (en) Optical system, and optical apparatus
US20070031134A1 (en) Imaging lens device and imaging apparatus
JP2004247947A (ja) 光学装置
US20060170766A1 (en) Varifocal mirror and camera module comprising the same
US20080152333A1 (en) Shake compensating device for optical devices
JP2004004496A (ja) 撮像装置、可変ミラーを備えた光学装置の製造方法又はその製造方法によってつくられた可変ミラーを備えた光学装置、撮像装置の調整方法、撮像装置の調整装置、又はその調整方法もしくは調整装置によって調整された可変ミラーを備えた撮像装置、及び形状可変光学素子の制御方法。
JP4685907B2 (ja) 撮像装置
JP2004077921A (ja) ズーム光学系及びそれを用いた撮像装置
JP2004309684A (ja) 結像光学系及びそれを用いた撮像装置
JP2002228903A (ja) 光学ユニット
JP4655462B2 (ja) 撮影レンズ及び撮像装置
JP4795083B2 (ja) 圧電駆動装置、撮像装置、および携帯端末装置
JP2005084151A (ja) ズームレンズ装置
JP2005292763A (ja) ズームレンズ
US20040012710A1 (en) Optical apparatus using deformable mirror
US20050030651A1 (en) Optical system and optical apparatus using the same
JP4879641B2 (ja) 圧電駆動装置、撮像装置、および携帯端末装置
JP2002221751A (ja) 可変形状鏡を用いたカメラ

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070809

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100818

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100820

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101015

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20101208