JP2000231009A5 - - Google Patents
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Description
【特許請求の範囲】
【請求項1】 可変焦点レンズを含む光学系。
【請求項2】 レトロフォーカスタイプであることを特徴とする請求項1に記載の光学系。
【請求項3】前記可変焦点レンズの液晶層部分のパワーをφ LC 、前記光学系全体のパワーをφとしたとき、
0.005≦|φ LC /φ|≦0.4
を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載の光学系。
【請求項4】 前記可変焦点レンズの液晶層内における像高が1の主光線と光軸とのなす角度をYとしたとき、
|tanY|≦0.6
を満足することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の光学系。
【請求項5】 絞り前群の焦点距離をf 1 、全系の焦点距離をfとしたとき、
0.8≦|f 1 /f|≦∞
を満足することを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の光学系。
【請求項6】 絞り前群の焦点距離をf 1 、全系の焦点距離をfとしたとき、
−1.0≦f/f 1 ≦∞
を満足することを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の光学系。
【請求項7】 絞り前群と絞り後群との間に前記可変焦点レンズを設けたことを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の光学系。
【請求項8】 レンズ第1面から結像面までの距離をL、全系の焦点距離をfとしたとき、
0.8≦|L/f|≦15
を満足することを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の光学系。
【請求項9】 絞り後群の焦点距離をf 2 、全系の焦点距離をfとしたとき、
f 2 >0
かつ
0.3≦|f 2 /f|≦4
を満足することを特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載の光学系。
【請求項10】 前記可変焦点レンズの焦点距離をn段階(但し、nは2以上の整数)に変化させるようにしたことを特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載の光学系。
【請求項11】 前記可変焦点レンズの焦点距離を連続的に変化させるようにしたことを特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載の光学系。
【請求項12】 請求項1乃至11の何れかに記載の光学系を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項13】 対称型のレンズ構成であることを特徴とする請求項1に記載の光学系。
【請求項14】 トリプレットタイプであることを特徴とする請求項13に記載の光学系。
【請求項15】 レンズ相互の間隔が不変の可変焦点レンズを含む光学系。
【請求項16】 ズームレンズでない可変焦点レンズを含む光学系。
【請求項17】 テレタイプで可変焦点レンズを含む光学系。
【請求項18】 3群からなり、物体側から順に、第1群が凸のパワー、第2群が凹のパワー、第3群が凸のパワーを備え、少なくとも1枚の可変焦点レンズを含む光学系。
【請求項19】 3群からなり、物体側から順に、第1群が凸のパワー、第2群が凹のパワー、第3群が凸のパワーを備え、少なくとも1枚の可変焦点レンズを含み、最も像側のレンズが凸レンズである光学系。
【請求項20】 非球面を含むことを特徴とする請求項1に記載の光学系。
[Claims]
[Claim 1] Optical system including varifocal lens..
2. Characterized by being a retrofocus typeThe optics according to claim 1.system..
3. The above.The power of the liquid crystal layer of the varifocal lens is φ LC , When the power of the entire optical system is φ
0.005 ≦ | φ LC / Φ | ≦ 0.4
Characterized by satisfyingClaim 1Or 2Optics described insystem..
4. When the angle formed by the main ray having an image height of 1 in the liquid crystal layer of the varifocal lens and the optical axis is Y.
| tanY | ≦ 0.6
The optical system according to any one of
5. The focal length of the pre-aperture group is f 1 , When the focal length of the whole system is f,
0.8 ≦ | f 1 / F | ≦ ∞
The optical system according to any one of
6. The focal length of the pre-aperture group is f 1 , When the focal length of the whole system is f,
−1.0 ≦ f / f 1 ≤ ∞
The optical system according to any one of
7. The optical system according to any one of
8. When the distance from the first surface of the lens to the image plane is L and the focal length of the entire system is f.
0.8 ≤ | L / f | ≤ 15
The optical system according to any one of
9. The focal length of the group after aperture is f 2 , When the focal length of the whole system is f,
f 2 > 0
And
0.3 ≤ | f 2 / F | ≤4
The optical system according to any one of
10. The optical system according to any one of
11. The optical system according to any one of
12. An imaging device comprising the optical system according to any one of
13. The optical system according to
14. The optical system according to
15. An optical system that includes a varifocal lens in which the distance between lenses is invariant.
16. An optical system that includes a varifocal lens that is not a zoom lens.
17. An optical system that is teletype and includes a varifocal lens.
18. An optical system composed of three groups, the first group having convex power, the second group having concave power, and the third group having convex power in order from the object side, and including at least one varifocal lens.
19. It consists of three groups, in order from the object side, the first group has convex power, the second group has concave power, the third group has convex power, and includes at least one varifocal lens, which is the most image side. An optical system in which the lens is a convex lens.
20. The optical system according to
請求項1に記載の光学系は、可変焦点レンズを含むことを特徴とするものである。
The optical system according to
また、請求項2に記載の光学系は、請求項1に記載の光学系において、レトロフォーカスタイプであることを特徴とするものである。
The optical system according to
また、請求項3に記載の光学系は、請求項1又は2に記載の光学系において、前記可変焦点レンズの液晶層部分のパワーをφ LC 、前記光学系全体のパワーをφとしたとき、
0.005≦|φ LC /φ|≦0.4
を満足することを特徴とするものである。
また、請求項4に記載の光学系は、請求項1乃至3の何れかに記載の光学系において、前記可変焦点レンズの液晶層内における像高が1の主光線と光軸とのなす角度をYとしたとき、
|tanY|≦0.6
を満足することを特徴とするものである。
また、請求項5に記載の光学系は、請求項1乃至4の何れかに記載の光学系において、絞り前群の焦点距離をf 1 、全系の焦点距離をfとしたとき、
0.8≦|f 1 /f|≦∞
を満足することを特徴とするものである。
また、請求項6に記載の光学系は、請求項1乃至5の何れかに記載の光学系において、絞り前群の焦点距離をf 1 、全系の焦点距離をfとしたとき、
−1.0≦f/f 1 ≦∞
を満足することを特徴とするものである。
また、請求項7に記載の光学系は、請求項1乃至6の何れかに記載の光学系において、絞り前群と絞り後群との間に前記可変焦点レンズを設けたことを特徴とするものである。
また、請求項8に記載の光学系は、請求項1乃至7の何れかに記載の光学系において、レンズ第1面から結像面までの距離をL、全系の焦点距離をfとしたとき、
0.8≦|L/f|≦15
を満足することを特徴とするものである。
また、請求項9に記載の光学系は、請求項1乃至8の何れかに記載の光学系において、絞り後群の焦点距離をf 2 、全系の焦点距離をfとしたとき、
f 2 >0
かつ
0.3≦|f 2 /f|≦4
を満足することを特徴とするものである。
また、請求項10に記載の光学系は、請求項1乃至9の何れかに記載の光学系において、前記可変焦点レンズの焦点距離をn段階(但し、nは2以上の整数)に変化させるようにしたことを特徴とするものである。
また、請求項11に記載の光学系は、請求項1乃至9の何れかに記載の光学系において、前記可変焦点レンズの焦点距離を連続的に変化させるようにしたことを特徴とするものである。
また、請求項12に記載の撮像装置は、請求項1乃至11の何れかに記載の光学系を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項13に記載の光学系は、請求項1に記載の光学系において、対称型のレンズ構成であることを特徴とするものである。
また、請求項14に記載の光学系は、請求項13に記載の光学系において、トリプレットタイプであることを特徴とするものである。
また、請求項15に記載の光学系は、レンズ相互の間隔が不変の可変焦点レンズを含むことを特徴とするものである。
また、請求項16に記載の光学系は、ズームレンズでない可変焦点レンズを含むことを特徴とするものである。
また、請求項17に記載の光学系は、テレタイプで可変焦点レンズを含むことを特徴とするものである。
また、請求項18に記載の光学系は、3群からなり、物体側から順に、第1群が凸のパワー、第2群が凹のパワー、第3群が凸のパワーを備え、少なくとも1枚の可変焦点レンズを含むことを特徴とするものである。
また、請求項19に記載の光学系は、3群からなり、物体側から順に、第1群が凸のパワー、第2群が凹のパワー、第3群が凸のパワーを備え、少なくとも1枚の可変焦点レンズを含み、最も像側のレンズが凸レンズであることを特徴とするものである。
また、請求項20に記載の光学系は、請求項1に記載の光学系において、非球面を含むことを特徴とするものである。
Further, the optical system according to claim 3 is the optical system according to
0.005 ≤ | φ LC / φ | ≤ 0.4
It is characterized by satisfying.
Further, the optical system according to claim 4 is the angle formed by the main ray having an image height of 1 in the liquid crystal layer of the varifocal lens and the optical axis in the optical system according to any one of
| tanY | ≦ 0.6
It is characterized by satisfying.
Further, the optical system according to claim 5 is the optical system according to any one of
0.8 ≤ | f 1 / f | ≤ ∞
It is characterized by satisfying.
Further, the optical system according to
−1.0 ≦ f / f 1 ≦ ∞
It is characterized by satisfying.
The optical system according to claim 7 is characterized in that, in the optical system according to any one of
Further, in the optical system according to
0.8 ≤ | L / f | ≤ 15
It is characterized by satisfying.
Further, the optical system according to claim 9 is the optical system according to any one of
f 2 > 0
And
0.3 ≤ | f 2 / f | ≤ 4
It is characterized by satisfying.
Further, the optical system according to claim 10 changes the focal length of the varifocal lens in n steps (where n is an integer of 2 or more) in the optical system according to any one of
The optical system according to
The imaging device according to
The optical system according to
The optical system according to
The optical system according to
The optical system according to claim 16 is characterized by including a varifocal lens that is not a zoom lens.
The optical system according to claim 17 is a teletype and includes a varifocal lens.
The optical system according to claim 18 is composed of three groups, in which order from the object side, the first group has a convex power, the second group has a concave power, and the third group has a convex power, and at least one. It is characterized by including a single varifocal lens.
The optical system according to claim 19 is composed of three groups, in which order from the object side, the first group has a convex power, the second group has a concave power, and the third group has a convex power, and at least one. It includes a number of variable focus lenses, and is characterized in that the lens on the image side is a convex lens.
The optical system according to claim 20 is characterized in that the optical system according to
式(4)をP/λの1次までを考えて近似すると、次のようになる。つまり、式(13)〜式(15)でP/λの1次まで、すなわち式(11)より、Γ/Φの1次までを残しP/λの2次以上、Γ/Φの2次以上を省略すると、
を得る。
Approximating Eq. (4) by considering up to the first order of P / λ, it becomes as follows. That is, in equations (13) to (15), up to the first order of P / λ, that is, from equation (11), leaving up to the first order of Γ / Φ, the second order or higher of P / λ, and the second order of Γ / Φ. If the above is omitted,
To get.
したがって、WtNの値が等方媒質のジョーンズ行列とほぼ等しいと見做せるためには、|i・Γ/2Φ|が0に近ければよい。この時WtNは、
に近づくが、この式は、入射光の偏光方向は(Γ/4)・(Γ/Φ)だけ回転するが、液晶1は等方媒質であると見なせることを意味している。
|iΓ/2Φ|≒0 (26)
つまり、
|Γ/2Φ|≪1 (27)
であれば、ボケのない可変焦点レンズが得られる。式(11)から、
となる。
Therefore, in order to consider that the value of W tN is substantially equal to the Jones matrix of the isotropic medium, | i · Γ / 2Φ | should be close to 0. At this time, W tN is
However, this equation means that the polarization direction of the incident light rotates by (Γ / 4) and (Γ / Φ), but the
| iΓ / 2Φ | ≒ 0 (26)
In other words
| Γ / 2Φ | ≪1 (27)
If so, a varifocal lens without blurring can be obtained. From equation (11)
Will be.
さらに、前記第1の光学系の可変焦点レンズを液晶レンズで構成するとよい(第2の光学系)。
液晶レンズとしては、例えば図1に示したようなレンズがあり、液晶の屈折率を変えることで焦点距離を変えることができる。液晶を利用しているため、印加する電圧は一般に数V程度と小さく、消費電力も小さい。また、液晶には多くの種類があるため、目的に合わせて使用する液晶を広い範囲から選ぶことができる。
Further, the variable focus lens of the first optical system may be composed of a liquid crystal lens (second optical system).
As the liquid crystal lens, for example, there is a lens as shown in FIG. 1, and the focal length can be changed by changing the refractive index of the liquid crystal. Since a liquid crystal is used, the applied voltage is generally as small as several V, and the power consumption is also small. Further, the liquid crystal for Ru many types there can be selected a liquid crystal used in accordance with the purpose from a wide range.
以上のように、第8の光学系は、可変焦点レンズの液晶層内での像高が1の主光線が光軸となす角度をYとしたとき、条件式(43)を満たすため、結像した像のどの位置でもボケが少なく、またボケ量の違いが抑えられた良好な像を得ることができる。
歪曲収差を補正し、かつ液晶内の主光線の傾角を小さくするために、f1が正の場合、負の場合にあわせて
−0.7≦f/f1 ≦∞
であることが望ましい。f/f1が下限を下回ると強い負の歪曲収差が発生してしまう。逆にf/f1が大きすぎると正の歪曲収差が目立ってくるので
−0.7≦f/f1 ≦3.0
とすればなおよい。正の歪曲収差をさらに良く補正するには
−0.7≦f/f1 ≦1.25
とすると良い。
一方、画角の広い光学系ではf/f1 の下限は小さい方が、tan Yを小さくできるので良く、
−1≦f/f1 ≦∞
であるのがよい。f/f1 の上限は正の歪曲を補正しレンズ全長を短くするために3.0あるいは1.25と小さくしていくにつれて、正の歪曲補正も良くなり、レンズ全長も小さくできる。
As described above, the eighth optical system satisfies the conditional equation (43) when the angle formed by the main ray having an image height of 1 in the liquid crystal layer of the varifocal lens with the optical axis is Y. It is possible to obtain a good image in which there is little blurring at any position of the imaged image and the difference in the amount of blurring is suppressed.
In order to correct distortion and reduce the tilt angle of the main ray in the liquid crystal, -0.7 ≤ f / f 1 ≤ ∞ depending on whether f 1 is positive or negative.
Is desirable. If f / f 1 is below the lower limit, strong negative distortion will occur. On the contrary, if f / f 1 is too large, positive distortion becomes conspicuous, so −0.7 ≦ f / f 1 ≦ 3.0.
It is even better. To better correct positive distortion -0.7 ≤ f / f 1 ≤ 1.25
It is good to say.
On the other hand, in an optical system with a wide angle of view, it is better if the lower limit of f / f 1 is smaller because tan Y can be made smaller.
-1 ≤ f / f 1 ≤ ∞
It is good to be. As the upper limit of f / f 1 is reduced to 3.0 or 1.25 in order to correct the positive distortion and shorten the total length of the lens, the positive distortion correction is also improved and the total length of the lens can be reduced.
以上説明に用いた可変焦点レンズ11の形状は、液晶層12が平凸レンズ形状であったが、液晶層の形状はこれに限らない。用途に応じて、図5に示すように平凹レンズ形状としたり、図6に示すように両凸レンズ形状としてもよい。また、両凹レンズ形状としたり、片方或いは両方の面を非球面形状としてもよい。
また、レンズの直径が大きく、液晶層12の厚さが厚くなる場合には、図7に示すようにフレネル形状として液晶層12を薄くすることもできる。
さらに、平面或いは曲面上に細かい矩形,鋸歯形状,三角波形状,正弦波形状などの凹凸を設け、回折格子としての機能も同時に持たせてもよい。例えば図8に示すように、三角波形状の回折格子を設けることができる。このとき、液晶層12の屈折率を変えると、凹凸の位相差が変わり、回折効率を変えることができる。
また、液晶層12を挟む基板の液晶層12とは反対側の面を、平面ではなく球面,非球面,回折格子面としてもよい。例えば、図9に示すように、平凸レンズ形状の基板15の一方の面15aを非球面とすることで、収差を良好に補正することができる。
The shape of the
Further, when the diameter of the lens is large and the thickness of the
Further, irregularities such as a fine rectangle, a sawtooth shape, a triangular wave shape, and a sine wave shape may be provided on a flat surface or a curved surface to simultaneously have a function as a diffraction grating. For example, as shown in FIG. 8, a triangular wave-shaped diffraction grating can be provided. In this case, changing the refractive index of the
Further, the surface of the substrate that sandwiches the
第8実施例
次に、本発明による光学特性可変光学素子を用いた光学系を撮像装置に適用した例を第8実施例として示す。
図29は、本実施例にかかる撮像装置の概略構成図である。この撮像装置は、図示しない物体側から順に、光学系20、個体撮像素子21、信号処理回路22を配置して構成する。光学系20は前述した第3ないし第7実施例に示した光学系のうち何れのものを用いてもよい。そして、この光学系20は、物体側から順に、負のレンズ群23、絞り24、可変焦点レンズ11、正のレンズ群25、赤外カットフィルターやローパスフィルターなどからなるフィルター群26を配置して構成している。なお、絞り24と可変焦点レンズ11は接している。また、個体撮像素子21には、その光電変換面上に、RGB3原色のモザイク状の色フィルターを設けている。
Eighth Example Next, an example in which an optical system using an optical characteristic variable optical element according to the present invention is applied to an image pickup apparatus will be shown as an eighth embodiment.
FIG. 29 is a schematic configuration diagram of the image pickup apparatus according to this embodiment. This image pickup device is configured by arranging an optical system 20, an individual image pickup device 21, and a signal processing circuit 22 in order from an object side (not shown). As the optical system 20, any of the optical systems shown in the third to seventh embodiments described above may be used. Then, in this optical system 20, in order from the object side, a filter group 26 including a negative lens group 23, an aperture 24, a
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