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JP2005062318A - Variable-focal-length optical system and imaging apparatus - Google Patents

Variable-focal-length optical system and imaging apparatus Download PDF

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JP2005062318A
JP2005062318A JP2003289935A JP2003289935A JP2005062318A JP 2005062318 A JP2005062318 A JP 2005062318A JP 2003289935 A JP2003289935 A JP 2003289935A JP 2003289935 A JP2003289935 A JP 2003289935A JP 2005062318 A JP2005062318 A JP 2005062318A
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JP
Japan
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liquid
optical system
focal length
incident angle
variable focal
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Pending
Application number
JP2003289935A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Yamashita
敦司 山下
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Konica Minolta Opto Inc
Original Assignee
Konica Minolta Opto Inc
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Publication date
Application filed by Konica Minolta Opto Inc filed Critical Konica Minolta Opto Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a variable-focal-length optical system capable of making angle variation of a main light beam incident on an imaging plane small with magnification used for photography, for example, between a wide-angle end and a telephoto end, and to provide imaging apparatus. <P>SOLUTION: In a comparison example, the angle of incidence is large at the wide-angle end and the angle of incidence of the main light beam is small at the telephoto end, but in this embodiment, using a variable-focus lens VL nearly equalizes the angle of incidence between the wide-angle end and telephoto end and an image of high picture quality can be obtained through the imaging of an image sensor CMOS. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば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対して光学像を結像させるのに好適な可変焦点距離光学系、およびそれを用いた撮像装置に関する。   The present invention relates to a variable focal length optical system suitable for forming an optical image on a solid-state imaging device such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor, and an imaging apparatus using the same.

近年、CCD(Charge Coupled Devices)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デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置が普及してきている。また、固体撮像素子の小型化及び高画素化に伴い、これらの撮像装置に搭載される光学系には、さらなる小型化、高性能化への要求が高まっている。   In recent years, imaging devices such as digital still cameras and digital video cameras using solid-state imaging devices such as CCD (Charge Coupled Devices) type image sensors or CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) type image sensors have become widespread. In addition, along with the downsizing and increase in the number of pixels of solid-state image sensors, there is an increasing demand for further miniaturization and higher performance in optical systems mounted on these image pickup apparatuses.

特に、例えば高画素の固体撮像素子を備えた撮像装置に用いられる光学系には、画面全域において良好な受光感度を得るために像側テレセントリックであること及び収差特性を良好とすることが要求される。像側テレセントリックとは、各像高において主光線が光軸と平行な角度で固体撮像素子の撮像面に入射することを言う。例えば、単焦点の撮影レンズを使用する撮像装置の場合には、その小型化に伴い実際には5°〜30°程度の角度をもって撮像面に入射するような、略像側テレセントリックな光学系を用いることが一般的となっている。   In particular, for example, an optical system used in an imaging apparatus including a high-pixel solid-state imaging element is required to be image-side telecentric and have good aberration characteristics in order to obtain good light receiving sensitivity over the entire screen. The Image-side telecentric means that the principal ray enters the imaging surface of the solid-state imaging device at an angle parallel to the optical axis at each image height. For example, in the case of an imaging apparatus that uses a single-focus imaging lens, a substantially image-side telecentric optical system that actually enters the imaging surface at an angle of about 5 ° to 30 ° with the downsizing of the imaging device. It has become common to use.

しかるに、広角端と望遠端とを有する一般的なズーム光学系においては、広角端と望遠端とで各レンズ要素の光軸方向位置が異なるため、いずれの位置においても、テレセントリックとなるような光学系を設計するためには、ズーム光学系を大型化する必要があり、少ないレンズ枚数で小型に設計することは極めて困難である。これに対し、広角端から望遠端の間の撮影に使用する倍率で、撮像面に入射する主光線の角度変化を小さくすれば、入射角が多少大きくなっても、それに合わせた固体撮像素子を用いることで、撮像面周辺の光量落ちを抑制できる。   However, in a general zoom optical system having a wide-angle end and a telephoto end, the optical axis position of each lens element is different at the wide-angle end and the telephoto end, so that the optical system is telecentric at any position. In order to design the system, it is necessary to increase the size of the zoom optical system, and it is extremely difficult to design the system with a small number of lenses. On the other hand, if the change in the angle of the principal ray incident on the imaging surface is reduced with the magnification used for photographing from the wide-angle end to the telephoto end, a solid-state image sensor corresponding to the incident angle will be increased even if the incident angle is somewhat increased. By using it, it is possible to suppress a drop in the amount of light around the imaging surface.

しかしながら、レンズ要素を光軸方向に移動させるズーム光学系において、広角端から望遠端の間で撮像面に入射する主光線の角度変化を小さくするためには、従来とは全く異なる視点から光学系を設計する必要がある。一方、特許文献1には、電気毛管現象を用いた可変焦点レンズが開示されている。
WO99/18456号公報
However, in a zoom optical system that moves the lens element in the optical axis direction, in order to reduce the change in the angle of the principal ray incident on the imaging surface between the wide-angle end and the telephoto end, the optical system from a completely different viewpoint Need to design. On the other hand, Patent Document 1 discloses a variable focus lens using an electrocapillary phenomenon.
WO99 / 18456

しかしながら、特許文献1には、そのような可変焦点レンズを用いて、どのような光学系を構成するかについての具体的な記載がなく、特に、撮像装置における光学系の問題点をどのようにして解決するかについて記載されていない。   However, Patent Document 1 does not specifically describe what kind of optical system is configured using such a variable focus lens, and in particular, how to solve the problems of the optical system in the imaging apparatus. It is not described how to solve this problem.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、例えば広角端から望遠端の間の撮影に使用する倍率で、撮像面に入射する主光線の角度変化を小さくすることができる可変焦点距離光学系、及びそれを用いた撮像装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems. For example, the angle change of the principal ray incident on the imaging surface can be reduced at a magnification used for imaging between the wide-angle end and the telephoto end. It is an object of the present invention to provide a variable focal length optical system and an image pickup apparatus using the same.

請求項1に記載の可変焦点距離光学系は、複数の移動レンズ群を備え、前記移動レンズ群を光軸方向に移動することで変倍を行う可変焦点距離光学系において、変倍による焦点面(例えば撮像面)ヘの光束の入射角変化を低減する入射角変化低減手段を設けたことを特徴とするので、前記入射角低減手段が入射角変化を小さく抑えれば、それに合わせた撮像素子を用いることで撮像面周辺の光量を確保でき、高画質な画像を得ることが可能となる。   The variable focal length optical system according to claim 1, further comprising a plurality of moving lens groups, wherein the variable focal length optical system performs zooming by moving the moving lens group in the optical axis direction. Since the incident angle change reducing means for reducing the change in the incident angle of the light beam to the (eg, imaging surface) is provided, if the incident angle reducing means suppresses the change in the incident angle to a small value, the image pickup device corresponding thereto By using, the amount of light around the imaging surface can be secured, and a high-quality image can be obtained.

請求項2に記載の可変焦点距離光学系は、請求項1に記載の発明において、前記入射角変化低減手段は、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、前記界面の形状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により構成されることを特徴とするので、光軸方向に移動することなく電気的制御により可変焦点を達成でき、それにより変倍による焦点面ヘの光束の入射角変化を効果的に低減することができる。   A variable focal length optical system according to a second aspect of the present invention is the variable focal length optical system according to the first aspect of the present invention, wherein the incident angle change reducing means mixes the conductive or polar first liquid and the first liquid with each other. The second liquid that is not to be sealed is contained in the container so that the interface has a predetermined shape, and a voltage is applied between the first liquid and the electrode provided in the container, Since it is configured by a liquid optical element in which the refractive power is adjusted by changing the shape of the interface, variable focus can be achieved by electrical control without moving in the optical axis direction, thereby It is possible to effectively reduce the change in the incident angle of the light beam on the focal plane due to zooming.

請求項3に記載の可変焦点距離光学系は、請求項1又は2に記載の発明において、前記入射角変化低減手段の広角端での屈折力をPW、望遠端での屈折力をPTとしたときに、PT<PWであることを特徴とする。   The variable focal length optical system according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the refractive power at the wide-angle end of the incident angle change reducing means is PW and the refractive power at the telephoto end is PT. Sometimes, PT <PW.

請求項4に記載の可変焦点距離光学系は、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、前記入射角変化手段は、広角端では正の屈折力を、望遠端では負の屈折力を有することを特徴とする。   A variable focal length optical system according to a fourth aspect of the present invention is the invention according to any one of the first to third aspects, wherein the incident angle changing means has a positive refractive power at the wide-angle end and a negative refractive power at the telephoto end. It is characterized by having.

請求項5に記載の撮像装置は、複数の移動レンズ群を備え、前記移動レンズ群を光軸方向に移動することで変倍を行う可変焦点距離光学系と、可変焦点距離光学系により被写体像が結像される撮像素子とを備えた撮像装置において、変倍による撮像素子ヘの光束の入射角変化を低減する入射角低減手段を設けたことを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項1に記載の発明と同様である。   The imaging apparatus according to claim 5 includes a plurality of moving lens groups, a variable focal length optical system that performs zooming by moving the moving lens groups in an optical axis direction, and a subject image by the variable focal length optical system. An image pickup apparatus including an image pickup device that forms an image of an image is provided with an incident angle reducing unit that reduces a change in an incident angle of a light beam to the image pickup device due to zooming. The operational effects of the present invention are the same as those of the first aspect of the present invention.

請求項6に記載の撮像装置は、請求項5に記載の発明において、前記入射角変化低減手段は、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、前記界面の形状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により構成されることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to the fifth aspect, the incident angle change reducing means may mix the first liquid having conductivity or polarity and the first liquid with each other. A second liquid that is not sealed in a container so that the interface has a predetermined shape, and a voltage is applied between the first liquid and an electrode provided in the container, thereby It is constituted by a liquid optical element whose shape is changed to adjust the refractive power.

請求項7に記載の撮像装置は、請求項5又は6に記載の発明において、前記可変焦点距離光学系により設定した焦点距離に応じて、前記液体光学素子ヘ印加する電圧を制御する制御手段を備えることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the imaging device according to the fifth or sixth aspect, wherein the control means for controlling the voltage applied to the liquid optical element according to the focal length set by the variable focal length optical system. It is characterized by providing.

本発明によれば、例えば広角端から望遠端の間の撮影に使用する倍率で、撮像面に入射する主光線の角度変化を小さくすることができる可変焦点距離光学系、及びそれを用いた撮像装置を提供することができる。   According to the present invention, for example, a variable focal length optical system capable of reducing the angle change of the principal ray incident on the imaging surface at a magnification used for imaging between the wide-angle end and the telephoto end, and imaging using the same An apparatus can be provided.

図1は、本発明の実施の形態にかかる、可変焦点距離光学系を含む撮像装置の光軸方向断面図であり、図1(a)は広角端にあり、図1(b)は望遠端にあるが、可変焦点レンズVLの駆動部その他の電気回路は省略している。図1において、可変焦点距離光学系は、物体側から順に、第1レンズL1と、開口絞りSと、第2レンズL2と、第3レンズL2と、第4レンズL4と、入射角変化低減手段である可変焦点レンズVLとを含み、この可変焦点距離光学系と、可変焦点レンズVLの像側に配置されたカバーガラスCG及び固体撮像素子であるイメージセンサCMOSとで、撮像装置が構成される。尚、第1レンズL1が第1群Iを構成し、開口絞りSと第2レンズL2と第3レンズL2が第2群IIを構成し、第4レンズL4が第3群IIIを構成し、可変焦点レンズVLが第4群IVを構成し、ここでは第1群Iと第2群IIが光軸方向に移動して変倍を行うようになっている。   1A and 1B are cross-sectional views in the optical axis direction of an imaging apparatus including a variable focal length optical system according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is at the wide-angle end, and FIG. However, the drive unit and other electrical circuits of the variable focus lens VL are omitted. In FIG. 1, the variable focal length optical system includes, in order from the object side, a first lens L1, an aperture stop S, a second lens L2, a third lens L2, a fourth lens L4, and incident angle change reducing means. The variable focal length lens VL, the variable focal length optical system, the cover glass CG disposed on the image side of the variable focal length lens VL, and the image sensor CMOS which is a solid-state imaging device constitute an imaging device. . The first lens L1 constitutes the first group I, the aperture stop S, the second lens L2, and the third lens L2 constitute the second group II, the fourth lens L4 constitutes the third group III, The variable focus lens VL constitutes the fourth group IV, and here, the first group I and the second group II move in the optical axis direction to perform zooming.

図2は、可変焦点レンズVLおよびその駆動部の概略構成図である。VLは本実施の形態にかかる可変焦点レンズを示している。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。   FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the variable focus lens VL and its driving unit. Reference numeral VL denotes a variable focus lens according to the present embodiment. Reference numeral 40 denotes a lower container formed of a nonconductor. A first recess 41 is formed in the peripheral portion of the bottom surface (the right inner surface in the figure) of the lower container 40, and the first sealing plate 2 is disposed on the inner diameter side (center side) than this. The 2nd recessed part 42 to hold | maintain is formed. The first sealing plate 2 is made of transparent acrylic or glass.

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。   A second electrode ring 43 is provided on the entire inner periphery of the peripheral wall of the lower container 40, and the surface of the second electrode ring 43 is made of an acrylic resin or the like that also covers the electrode end face 43a. An insulating layer 44 is formed in close contact.

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。   Here, the peripheral wall portion of the lower container 40 is inclined with respect to the optical axis X so that the right end side is closer to the optical axis X than the left end side in the drawing. For this reason, the first electrode ring 43 and the insulating layer 44 are both inclined with respect to the optical axis X.

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。   Further, the thickness of the insulating layer 44 gradually increases toward the right in the figure. Further, the water repellent layer 11 is formed by applying a water repellent treatment agent below the entire inner circumference of the insulating layer 44. Further, a hydrophilic treatment agent is applied to the left side of the entire inner circumference of the insulating layer 44 to form the hydrophilic layer 12.

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。   Reference numeral 50 denotes an upper container formed of a non-conductor, and holds the second sealing plate 6 formed of transparent acrylic or glass on the inner diameter side thereof. A sheet-like first electrode ring 51 is formed in close contact with the right end surface of the peripheral portion of the upper container 50.

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。   An insulating layer 52 is formed in close contact with the surface of the first electrode ring 51. The insulating layer 52 is insulated so as to have an exposed portion 51a for contacting the first liquid 21 described later and applying a voltage thereto. The layer 52 is formed so as to cover only the outer edge side of the first electrode ring 51.

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。   Then, the peripheral wall portion of the lower container 40 and the upper container 50 are sealed in a liquid-tight manner, thereby being surrounded by the lower container 40, the upper container 50, the first sealing plate 2, and the second sealing plate 6. A container having a predetermined volume of liquid chamber is formed.

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。   This container has an axisymmetric shape with respect to the optical axis X. The liquid chamber is filled with two types of liquids as follows.

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。   First, in the state where the optical axis X of the lower container 40 to which the first sealing plate 2 is attached is oriented in the vertical direction, the upper surface of the first sealing plate 2 that is the bottom surface of the liquid chamber and the peripheral side of the lower container 40 The second liquid 22 is dripped onto the bottom surface of these layers (which correspond to the interface-facing surfaces) by an amount so that the height of the liquid column is intermediate between the water-repellent film 11 on the peripheral wall portion.

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。   The second liquid 22 is a colorless and transparent silicone oil having a specific gravity of 1.06 and a refractive index of 1.45 at room temperature. Subsequently, the remaining space in the liquid chamber is filled with the first liquid 21. The first liquid 21 is an electrolyte solution (conductive or polar) having a specific gravity of 1.06 and a refractive index of 1.35 at room temperature, in which water and ethyl alcohol are mixed at a predetermined ratio and a predetermined amount of salt is added. A liquid).

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。   That is, as the first and second liquids 21 and 22, liquids having the same specific gravity, different refractive indexes, and incompatible with each other (insoluble) are selected. And both the liquids 21 and 22 form the interface 24, and each exists independently, without mixing.

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。   The shape of the interface 24 is determined by the balance of the three interfacial tensions acting on the inner surface of the liquid chamber (container), the three substances of the first liquid 21 and the second liquid 22, that is, the outer edge of the interface 24. Then, two types of liquids are sealed by attaching the upper container 50 to which the second sealing plate 6 is attached to the lower container 40.

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。   Reference numeral 31 denotes a power supply circuit connected to the first electrode ring 25 and the second electrode ring 3.

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。   Two amplifiers (not shown) of the power feeding circuit 31 are respectively connected to the first electrode ring 51 and the second electrode ring 43 along the right end surface of the upper container 50 in the direction orthogonal to the optical axis 51b, 43b.

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。   In the above configuration, when a voltage is applied to the first liquid 21 via the first electrode ring 51 and the second electrode ring 43, the interface 24 is deformed by a so-called electrowetting effect.

次に、可変焦点レンズVL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。   Next, the deformation of the interface 24 in the variable focus lens VL and the optical action caused by this deformation will be described.

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。   First, when no voltage is applied to the first liquid 21, as shown in FIG. 2, the shape of the interface 24 is such that the interface tension between the two liquids 21 and 22, the first liquid 21 and the insulating layer 44. It is determined by the interfacial tension between the water repellent film 11 or the hydrophilic film 12, the interfacial tension between the second liquid 22 and the water repellent film 11 or the hydrophilic film 12 on the insulating layer 44, and the volume of the second liquid 22.

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。   On the other hand, when a voltage is applied to the first liquid 21 from the power supply circuit 31, the interfacial tension between the first liquid 21 and the hydrophilic film 12 decreases due to the electrowetting effect, and the first liquid 21 becomes the hydrophilic film 12. Over the boundary between the water repellent film 11 and the water repellent film 11. As a result, the height of the second liquid 22 on the optical axis increases.

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。   In this way, the application of voltage to the first liquid 21 through the first and second electrode rings 51 and 43 changes the balance of the interface tension between the two liquids, and the interface 24 between the two liquids 21 and 22 changes. The shape changes. In this way, an optical element that can freely change the shape of the interface 24 by controlling the voltage of the power feeding circuit 31 can be realized.

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、即ち可変焦点レンズVLは、界面24の形状変化によって焦点距離が変化する。   Further, since the first and second liquids 21 and 22 have different refractive indexes, optical power (1 / f: f is a focal length) as an optical lens is given, that is, variable focus. The focal length of the lens VL changes due to the shape change of the interface 24.

図1に示す撮像装置において変倍がなされたとすると、給電回路31は、設定された倍率(焦点距離)を、例えば第2群IIの移動した位置に対応する情報などより得て、各倍率における可変焦点レンズVLに印加する電圧を予め記憶しているテーブルから設定された倍率に対応した印加電圧を求め、可変焦点レンズVLに印加する。このように制御することで、可変焦点レンズVLは所望のように光学パワーを変化させ、可変焦点距離光学系の倍率の変化によるイメージセンサCMOSへの入射角の変化を低減するようになっている。   Assuming that magnification has been changed in the imaging apparatus shown in FIG. 1, the power feeding circuit 31 obtains the set magnification (focal length) from, for example, information corresponding to the moved position of the second group II, and the like at each magnification. An applied voltage corresponding to a set magnification is obtained from a table that previously stores a voltage to be applied to the variable focus lens VL, and is applied to the variable focus lens VL. By controlling in this way, the variable focus lens VL changes the optical power as desired, and reduces the change in the incident angle to the image sensor CMOS due to the change in the magnification of the variable focal length optical system. .

このようにして焦点距離が調整された可変焦点距離光学系を通過することによって撮像面に結像された光学像は、イメージセンサCMOSで電気信号に変換され、更に所定の処理を施されることで画像信号に変換されるようになっている。   The optical image formed on the imaging surface by passing through the variable focal length optical system whose focal length is adjusted in this way is converted into an electrical signal by the image sensor CMOS and further subjected to predetermined processing. Is converted into an image signal.

図3は、比較例にかかる光学系を含む撮像装置の光軸方向断面図であり、図3(a)は広角端にあり、図3(b)は望遠端にある。比較例は、可変焦点レンズを有していない点のみが、図1の本実施の形態と異なるので、同じ構成については同じ符号を付すことで説明を省略する。   3A and 3B are cross-sectional views in the optical axis direction of the imaging apparatus including the optical system according to the comparative example, in which FIG. 3A is at the wide-angle end and FIG. 3B is at the telephoto end. Since the comparative example is different from the present embodiment of FIG. 1 only in that it does not have a variable focus lens, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図1,3を比較すると明らかであるが、比較例の場合は、広角端では入射角が大きく、望遠端では主光線の入射角が小さくなるのに対し、本実施の形態の場合は、可変焦点レンズVLを用いることで、広角端及び望遠端で主光線の入射角をほぼ等しくでき、イメージセンサCMOSの撮像により高画質な画像を得ることができる。   As is apparent from a comparison between FIGS. 1 and 3, in the case of the comparative example, the incident angle is large at the wide angle end and the incident angle of the chief ray is small at the telephoto end. By using the focus lens VL, the incident angles of chief rays can be made substantially equal at the wide-angle end and the telephoto end, and a high-quality image can be obtained by imaging with the image sensor CMOS.

以下に、本実施の形態に好適な可変焦点距離光学系の実施例(図1に対応)及び比較例(図3に対応)を示すが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。本実施例及び比較例において、非球面の形状は、面の頂点を原点とし光軸方向をX軸とした直交座標系において、頂点曲率をC、円錐定数をK、非球面係数をA4、A6、A8、A10、A12として以下の「数1」で表す。   Examples of the variable focal length optical system suitable for the present embodiment (corresponding to FIG. 1) and comparative examples (corresponding to FIG. 3) are shown below, but the present invention is not limited to such examples. . In the present embodiment and the comparative example, the aspherical shape is an orthogonal coordinate system in which the vertex of the surface is the origin and the optical axis direction is the X axis, the vertex curvature is C, the conic constant is K, the aspheric coefficient is A4, A6. , A8, A10, and A12 are represented by the following “Equation 1”.

Figure 2005062318
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本実施例にかかる可変焦点距離光学系のレンズデータを表1に示し、その焦点距離f、レンズ間距離d1〜d4、可変焦点レンズの界面の半径を表2に示す。尚、本実施例における可変焦点レンズの広角端での屈折力PWは+0.0143であり、望遠端での屈折力は−0.0125である。   Table 1 shows lens data of the variable focal length optical system according to the present example, and Table 2 shows the focal length f, inter-lens distances d1 to d4, and the radius of the interface of the variable focus lens. The refracting power PW at the wide-angle end of the variable focal length lens in the present embodiment is +0.0143, and the refracting power at the telephoto end is −0.0125.

Figure 2005062318
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Figure 2005062318
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比較例にかかる光学系のレンズデータを表3に示し、その焦点距離f、レンズ間距離d1、d2を表4に示す。   Table 3 shows lens data of the optical system according to the comparative example, and Table 4 shows the focal length f and the inter-lens distances d1 and d2.

Figure 2005062318
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Figure 2005062318
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比較例において、設計上、広角端における撮像面への主光線の入射角は17.0°であり、望遠端における撮像面への主光線の入射角は10.8°であるため、その差が6.1°となるのに対し、本実施例では、設計上、広角端における撮像面への主光線の入射角は13.9°であり、望遠端における撮像面への主光線の入射角は13.9°であるため、その差は0であり、変倍しても撮像面における周辺光量の変化がないという特徴を有する。   In the comparative example, by design, the incident angle of the principal ray on the imaging surface at the wide-angle end is 17.0 °, and the incident angle of the principal ray on the imaging surface at the telephoto end is 10.8 °. However, in this embodiment, the incident angle of the chief ray on the imaging surface at the wide-angle end is 13.9 °, and the chief ray is incident on the imaging surface at the telephoto end. Since the angle is 13.9 °, the difference is 0, and there is a feature that the amount of peripheral light on the imaging surface does not change even when the magnification is changed.

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。本発明の撮像装置は、小型のデジタルスチルカメラや、携帯電話、PDA等の携帯端末に搭載されることが好ましいが、パソコンカメラなど他の用途にも用いることができる。   The present invention has been described above with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and can be modified or improved as appropriate. The image pickup apparatus of the present invention is preferably mounted on a small digital still camera, a portable terminal such as a mobile phone or a PDA, but can also be used for other applications such as a personal computer camera.

本発明の実施の形態にかかる、可変焦点距離光学系を含む撮像装置の光軸方向断面図である。1 is a cross-sectional view in the optical axis direction of an imaging apparatus including a variable focal length optical system according to an embodiment of the present invention. 可変焦点レンズVLおよびその駆動部の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the variable focus lens VL and its drive part. 比較例にかかる光学系を含む撮像装置の光軸方向断面図である。It is an optical axis direction sectional view of an imaging device containing an optical system concerning a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

L1 第1レンズ
S 開口絞り
L2 第2レンズ
L3 第3レンズ
L4 第4レンズ
VL 可変焦点レンズ
CMOS イメージセンサ
L1 First lens S Aperture stop L2 Second lens L3 Third lens L4 Fourth lens VL Variable focus lens CMOS Image sensor

Claims (7)

複数の移動レンズ群を備え、前記移動レンズ群を光軸方向に移動することで変倍を行う可変焦点距離光学系において、
変倍による焦点面ヘの光束の入射角変化を低減する入射角変化低減手段を設けたことを特徴とする可変焦点距離光学系。
In a variable focal length optical system that includes a plurality of moving lens groups and performs zooming by moving the moving lens groups in the optical axis direction,
A variable focal length optical system comprising an incident angle change reducing means for reducing an incident angle change of a light beam on a focal plane due to zooming.
前記入射角変化低減手段は、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、前記界面の形状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により構成されることを特徴とする請求項1に記載の可変焦点距離光学系。   The incident angle change reducing means includes a first liquid that is conductive or polar and a second liquid that does not mix with the first liquid in a container so that the interface has a predetermined shape. The liquid optical element is configured to be hermetically sealed and adjust the refractive power by changing the shape of the interface by applying a voltage between the first liquid and the electrode provided in the container. The variable focal length optical system according to claim 1. 前記入射角変化低減手段は、前記焦点面の被写体側近傍に設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の可変焦点距離光学系。   The variable focal length optical system according to claim 1, wherein the incident angle change reducing unit is provided in the vicinity of the subject side of the focal plane. 前記入射角変化低減手段の広角端での屈折力をPW、望遠端での屈折力をPTとしたときに、PT<PWであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の可変焦点距離光学系。   4. The PT according to claim 1, wherein PT <PW when the refractive power at the wide-angle end of the incident angle change reducing means is PW and the refractive power at the telephoto end is PT. 5. Variable focal length optical system. 複数の移動レンズ群を備え、前記移動レンズ群を光軸方向に移動することで変倍を行う可変焦点距離光学系と、可変焦点距離光学系により被写体像が結像される撮像素子とを備えた撮像装置において、
変倍による撮像素子ヘの光束の入射角変化を低減する入射角低減手段を設けたことを特徴とする撮像装置。
A variable focal length optical system that includes a plurality of moving lens groups, and performs zooming by moving the moving lens groups in the optical axis direction, and an imaging element on which a subject image is formed by the variable focal length optical system In the imaging device
An image pickup apparatus comprising an incident angle reducing means for reducing a change in an incident angle of a light beam on an image pickup element due to zooming.
前記入射角変化低減手段は、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、前記界面の形状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により構成されることを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。   The incident angle change reducing means includes a first liquid that is conductive or polar and a second liquid that does not mix with the first liquid in a container so that the interface has a predetermined shape. The liquid optical element is configured to be hermetically sealed and adjust the refractive power by changing the shape of the interface by applying a voltage between the first liquid and the electrode provided in the container. The imaging apparatus according to claim 5, wherein: 前記可変焦点距離光学系により設定した焦点距離に応じて、前記液体光学素子ヘ印加する電圧を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項5又は6に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 5, further comprising a control unit that controls a voltage applied to the liquid optical element in accordance with a focal length set by the variable focal length optical system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008170874A (en) * 2007-01-15 2008-07-24 Sony Corp Zoom lens and imaging device
JP2017054151A (en) * 2011-03-18 2017-03-16 ジョンソン・アンド・ジョンソン・ビジョン・ケア・インコーポレイテッドJohnson & Johnson Vision Care, Inc. Lens with multi-concave meniscus wall

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