JP2006146175A - ズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズ - Google Patents
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Abstract
【課題】高性能デジタルカメラの機能をサイズが小さい電子製品や単一のデジタルカメラに応用して、そのサイズを大幅に減少することができるズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズの提供。
【解決手段】少なくとも１つの対物レンズ層と、少なくとも１つの屈折率を調節可能な調節式対物レンズ層と、結像対物レンズ層と、少なくとも１つの電圧調節装置とを有してなり、前記対物レンズ層及び前記調節式対物レンズ層は、互いに配列順序を入れ替えることができ、かつ前記結像対物レンズ層と連結され、前記電圧調節装置は、前記調節式対物レンズ層と電気的に接続され、かつ該調節式対物レンズ層に異なる電圧を提供することによってズーム機能とフォーカス機能を付与するズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズである。
【選択図】図２
【解決手段】少なくとも１つの対物レンズ層と、少なくとも１つの屈折率を調節可能な調節式対物レンズ層と、結像対物レンズ層と、少なくとも１つの電圧調節装置とを有してなり、前記対物レンズ層及び前記調節式対物レンズ層は、互いに配列順序を入れ替えることができ、かつ前記結像対物レンズ層と連結され、前記電圧調節装置は、前記調節式対物レンズ層と電気的に接続され、かつ該調節式対物レンズ層に異なる電圧を提供することによってズーム機能とフォーカス機能を付与するズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズである。
【選択図】図２
Description
本発明は、ズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズに関し、更に詳述すると、少なくとも対物レンズ層と、屈折率を調節可能な調節式対物レンズ層と、結像対物レンズ層と、電圧調節装置とを有し、ズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズに関する。
科学技術の進歩に伴って、人類の生活もその恩恵を受けて大きく進歩している。一例として半導体技術の発展は、人類を第三次産業革命へと推し進めた。人々が使う多くの商品は、従来技術に基づき進歩を重ねて、その使用面での親和力が高くなっているが、一定のレベルまで進歩すると多くが隘路に陥ってしまう。このため、単一としての応用は、往々にして、このような立ち止まりの時期に直面する。その度、人類は積極的に技術上の突破口を見つけ出し、この時期を乗り切っている。
例えば、初期の三輪自転車及び二輪自転車は、機械と電気技術との統合によって、二輪自動車となった。このように２種類の完全に異なる領域の技術を結合させて、高度な創意を備えた産業的利用価値の高い工業製品が得られている。このように２種類又はそれ以上の技術を組み合わせて、別種の全く新しい科学技術とする応用は、すでに人類の進歩におけるひとつの様式となっている。
従来の機械式カメラは、近年のデジタルカメラの発展により、既に市場から消え去ろうとしている。このデジタルカメラは、電子と機械とを結合した応用であり、かつコンピュータとインターネットを利用して、取り込んだ画像を保存したり、世界のいたるところに迅速に送信することができる。この例は、技術レベルでの結合だけでなく、更に応用レベルでの結合でもある。このように各領域の科学技術の相互間の応用関係はより複雑さを増してきている。
近年のデジタルカメラの流行は、画素数の増加とサイズの減少以外には、技術レベル、又は応用レベルでの更なる進歩は見られない。また、最近流行している電子商品として携帯電話があり、特にデジタルカメラ機能付き携帯電話が消費者に広く受け入れられている。このような携帯電話に付加されたカメラの機能について詳細に検討してみると、携帯電話の軽さ、薄さ、及び小ささなどの条件の制限を受けている。例えば、電子技術の応用を主としたデジタルカメラには、レンズのフォーカスとズームを駆動する機械式の駆動装置を備えることができない。このため、現在、市場に提供されているデジタルカメラ付き携帯電話のカメラ機能は、実用性に欠け、その撮影できる画像もレベルの低いものになっている。
このようにデジタルカメラ付き携帯電話のカメラ機能、及び一般のデジタルカメラのいずれにおいても、サイズ縮小の極限に向かって開発が続けられている。この場合、高画素化の要求であれば、電子と機械を結合した応用により達成することができるが、機械装置を備えているとサイズの縮小という目標を達成することは極めて困難であるのが現状である。
本発明は、従来技術における高性能デジタルカメラのサイズが大きすぎるという課題を解決することができ、高性能デジタルカメラの機能をサイズが小さい電子製品や単一のデジタルカメラに応用して、そのサイズを大幅に減少することができるズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズを提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞ 少なくとも１つの対物レンズ層と、少なくとも１つの屈折率を調節可能な調節式対物レンズ層と、結像対物レンズ層と、少なくとも１つの電圧調節装置とを有してなり、前記対物レンズ層及び前記調節式対物レンズ層は、互いに配列順序を入れ替えることができ、かつ前記結像対物レンズ層と連結され、
前記電圧調節装置は、前記調節式対物レンズ層と電気的に接続され、かつ該調節式対物レンズ層に異なる電圧を提供することによってズーム機能とフォーカス機能を付与することを特徴とするズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズである。
＜２＞ 調節式対物レンズ層が、圧電材料(piezoelectric material)及び非線形光軸複屈折材料(non-linear optical axis dependent birefringence material)の少なくともいずれかを含有する前記＜１＞に記載のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズである。
＜３＞ 非線形光軸複屈折材料が、ＫＤＰ結晶、ＫＴＰ結晶、β（beta）−ＢａＢ２Ｏ２結晶、β（beta）−ＢａＢ２Ｏ４結晶及びＬｉＢ３Ｏ５結晶から選択される少なくとも１種である前記＜２＞に記載のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズである。
＜４＞ 調節式対物レンズ層が、導電性を有する２つのベース層と、該２つのベース層間に該２つのベース層の支持と保護を受ける結晶層と、該２つのベース層と該結晶層の相互接触面の反対面にそれぞれ位置し、電圧調節装置に接続される少なくとも２つの透明導体とを有してなり、
前記電圧調節装置が、前記２つのベース層を介して前記結晶層に異なる電圧を提供する前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズである。
＜５＞ ベース層の材料が、ガラス及びプラスチックのいずれかである前記＜４＞に記載のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズである。
＜６＞ 結晶層が、ネマティック液晶層(nematic liquid crystal)である前記＜４＞から＜５＞のいずれかに記載のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズである。
＜７＞ 透明導体が、酸化インジウム(indium tin oxide；ITO)を含有する前記＜４＞から＜６＞のいずれかに記載のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズである。
＜１＞ 少なくとも１つの対物レンズ層と、少なくとも１つの屈折率を調節可能な調節式対物レンズ層と、結像対物レンズ層と、少なくとも１つの電圧調節装置とを有してなり、前記対物レンズ層及び前記調節式対物レンズ層は、互いに配列順序を入れ替えることができ、かつ前記結像対物レンズ層と連結され、
前記電圧調節装置は、前記調節式対物レンズ層と電気的に接続され、かつ該調節式対物レンズ層に異なる電圧を提供することによってズーム機能とフォーカス機能を付与することを特徴とするズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズである。
＜２＞ 調節式対物レンズ層が、圧電材料(piezoelectric material)及び非線形光軸複屈折材料(non-linear optical axis dependent birefringence material)の少なくともいずれかを含有する前記＜１＞に記載のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズである。
＜３＞ 非線形光軸複屈折材料が、ＫＤＰ結晶、ＫＴＰ結晶、β（beta）−ＢａＢ２Ｏ２結晶、β（beta）−ＢａＢ２Ｏ４結晶及びＬｉＢ３Ｏ５結晶から選択される少なくとも１種である前記＜２＞に記載のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズである。
＜４＞ 調節式対物レンズ層が、導電性を有する２つのベース層と、該２つのベース層間に該２つのベース層の支持と保護を受ける結晶層と、該２つのベース層と該結晶層の相互接触面の反対面にそれぞれ位置し、電圧調節装置に接続される少なくとも２つの透明導体とを有してなり、
前記電圧調節装置が、前記２つのベース層を介して前記結晶層に異なる電圧を提供する前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズである。
＜５＞ ベース層の材料が、ガラス及びプラスチックのいずれかである前記＜４＞に記載のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズである。
＜６＞ 結晶層が、ネマティック液晶層(nematic liquid crystal)である前記＜４＞から＜５＞のいずれかに記載のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズである。
＜７＞ 透明導体が、酸化インジウム(indium tin oxide；ITO)を含有する前記＜４＞から＜６＞のいずれかに記載のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズである。
本発明のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズは、少なくとも対物レンズ層、屈折率を調節可能である調節式対物レンズ層、結像対物レンズ層、及び電圧調節装置を有してなり、該対物レンズ層と調節式対物レンズ層の配列順序は相互に入れ替えることができ、かつ該対物レンズ層及び調節式対物レンズ層は前記結像対物レンズ層に連結され、前記電圧調節装置は前記調節式対物レンズ層に電気的に接続され、異なる電圧を提供することにより、ズーム機能とフォーカス機能を付与することができる。
本発明によると、従来における諸問題を解決することができ、高性能デジタルカメラをサイズが小さい電子製品や単一のデジタルカメラに応用し、そのサイズを大幅に減少することができる、ズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズを提供することができる。
本発明のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズは、少なくとも１つの対物レンズ層と、屈折率を調節可能な対物レンズ層である少なくとも１つの調節式対物レンズ層と、結像対物レンズ層と、少なくとも１つの電圧調節装置とを有してなり、更に必要に応じてその他の構成を有してなる。
前記対物レンズ層及び前記調節式対物レンズ層は、互いに配列順序を入れ替えることができ、かつ前記結像対物レンズ層に連結されている。
前記調節式対物レンズ層としては、例えば、圧電材料(piezoelectric material)、及び非線形光軸複屈折材料(non-linear optical axis dependent birefringence material)の少なくともいずれかを含有することが好ましい。
前記調節式対物レンズ層としては、例えば、圧電材料(piezoelectric material)、及び非線形光軸複屈折材料(non-linear optical axis dependent birefringence material)の少なくともいずれかを含有することが好ましい。
前記圧電材料としては、例えば、ポリマー、セラミック、その他の分子を含む材料であり、水が永久分極であるように、分子材料の一部は正電荷を持ち、その他の部分は負電荷を持っている。統一ある電界をこれら圧電材料に付与すると、これらの分極化された分子が該電界に基づいて自ら配列し、分子間又は結晶構造間に複数の誘発された双極子(induced dipoles)を生成する。また、石英(ＳｉＯ２)やチタン酸バリウム（barium titanate；ＢａＴｉＯ３）などの永久分極材料(permanently-polarized material)の寸法が変化すると、これら材料は電界を発生し、強い機械エネルギーが生じる。これら材料は圧電性を有し、この現象を圧電効果と称する。
前記非線形光軸複屈折材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ＫＤＰ結晶、ＫＴＰ結晶、β（beta）−ＢａＢ２Ｏ２結晶、β（beta）−ＢａＢ２Ｏ４結晶、ＬｉＢ３Ｏ５結晶、液晶材料などが挙げられる。
前記ＫＤＰ結晶(英語名：Potassium Dihydrogen Phosphate)とＫＤ＊Ｐ(英語名：Potassium Dideuterium Phosphate)は、幅広く商業的に応用されるＮＬＯ材料に属する。これら２つの材料は一般に室温下での使用においてＮｄ：ＹＡＧの２倍、３倍、又は４倍のレーザー強度が得られる。該２つの材料は高い電気光学係数(high electro-optic coefficient)を備えた光電結晶において特に優れており、電気光学変調器(electro-optical modulator)やＱスイッチ(Q-siwtch)、ポッケルスセル(pockel cell)等に応用することができる。
前記ＫＴＰ結晶(英語名：Potassium Titanium Oxide Phosphate；ＫＴｉＯＰＯ４)は、効率的な非線形光学結晶であり、かつ可視光から赤外線までのスペクトル範囲がすべて使用可能であると共に、相対的コストが低く、比較的大きい非線形係数を持つという利点を備えている。この非線形光学結晶は１０６４ｎｍでの屈折特性が異なり、ＢＢＯの１．５倍である。１０６４ｎｍのとき、１Ｈｚと１０ｎｓのパルス幅で１ＧＷ／ｃｍ２近くが損傷閾値である。これまではこの材料はその光損傷(gray-tracking)の問題のため、低仕事率の範囲での応用のみに制限されていたが、最近では、より進歩した耐光損傷型ＫＴＰ(gray-tracking-improved ＫＴＰ；ｉ−ＫＴＰ)が既に開発されており、大幅に光損傷誘起力(gray-tracking trigger power)が向上している。
前記ＢＢＯ結晶(英語名：ｂeta Barium Borate Crystal)は、β（beta）−ＢａＢ２Ｏ２結晶又はβ（beta）−ＢａＢ２Ｏ４結晶と表記される非線形光学結晶であり、多くの特徴を備えている。これらの特徴は、広い透過波長域と位相整合範囲、大きい非線形係数、高い損傷閾値、及び優れた光学均一性を含む。このＢＢＯ結晶は多元的な非線形光学の応用において多くの魅力的な条件を提供することができる。
前記ＬＢＯ結晶(英語名：Lithium Triborate)は、ＬｉＢ３Ｏ５、ＬＢＯとも表記される。これは、新たに開発された非線形光学結晶である。多くの面においてＬＢＯ結晶は唯一無二のものであり、特に、広い透過波長域と調節性、高い非線形カップリング、高い損傷閾値と優れた化学的特性、機械的特性を有している。また、相対的に大きな許容角を備え、周波数の低下とレーザー光源の光束品質の低下時の条件を受け入れることができる。
前記液晶材料としては、例えば、ネマティック液晶層(nematic liquid crystal)などが挙げられる。
前記調節式対物レンズ層が、導電性を有する２つのベース層と、該２つのベース層間に該２つのベース層の支持と保護を受ける結晶層と、該２つのベース層と該結晶層の相互接触面の反対面にそれぞれ位置し、電圧調節装置に接続される少なくとも２つの透明導体とを有してなり、前記電圧調節装置が該２つのベース層を介して結晶層に異なる電圧を提供する態様が好ましい。
前記ベース層としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ガラス及びプラスチックのいずれかを材料とすることが好ましい。
前記結晶層は、ネマティック液晶層(nematic liquid crystal)であることが好ましい。前記透明導体としては、透明かつ導電性を有するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、酸化インジウム(indium tin oxide；ITO)などが挙げられる。
前記電圧調節装置は、前記調節式対物レンズ層に電気的に接続され、かつ該調節式対物レンズ層に異なる電圧を提供することにより、ズーム機能とフォーカス機能を付与することができる。
前記結晶層は、ネマティック液晶層(nematic liquid crystal)であることが好ましい。前記透明導体としては、透明かつ導電性を有するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、酸化インジウム(indium tin oxide；ITO)などが挙げられる。
前記電圧調節装置は、前記調節式対物レンズ層に電気的に接続され、かつ該調節式対物レンズ層に異なる電圧を提供することにより、ズーム機能とフォーカス機能を付与することができる。
ここで、図１は、多層式単一レンズに関する基本的な一態様を示す図である。なお、この図１において、電圧調節装置は設けられていない。
この実施態様では、図１に示すように、対物レンズ層１０２、調節式対物レンズ層１０４、結像対物レンズ層１０６を含み、前記調節式対物レンズ層１０４は、その屈折率を調節可能な対物レンズ層であり、圧電材料(piezoelectric material)及び非線形光軸複屈折材料(non-linear optical axis dependent birefringence material)のいずれかの材料を用いて作製することができる。
この図１に示す多層式単一レンズでは、フォーカス光１１０が対物レンズ層１０２、調節式対物レンズ層１０４、及び結像対物レンズ層１０６を通り、結像点１０８でフォーカスされ、結像する。
この実施態様では、図１に示すように、対物レンズ層１０２、調節式対物レンズ層１０４、結像対物レンズ層１０６を含み、前記調節式対物レンズ層１０４は、その屈折率を調節可能な対物レンズ層であり、圧電材料(piezoelectric material)及び非線形光軸複屈折材料(non-linear optical axis dependent birefringence material)のいずれかの材料を用いて作製することができる。
この図１に示す多層式単一レンズでは、フォーカス光１１０が対物レンズ層１０２、調節式対物レンズ層１０４、及び結像対物レンズ層１０６を通り、結像点１０８でフォーカスされ、結像する。
前記非線形光軸複屈折材料としては、以下に記載したものが好適に用いられる。
ＫＤＰ結晶としては、ｎｚ＝１．４９３８の屈折指数、ｎｘ＝１．４５９９の屈折指数、及びｎｙ＝１．４５９９の屈折指数を有するものである。ここで、ｎｚは、Ｚ軸上の屈折指数であり、ｎｘ及びｎｙは、それぞれＸ軸上とＹ軸上の屈折指数である。
前記ＫＴＰ結晶としては、ｎｚ＝１．８３０５の屈折指数、ｎｘ＝１．７３９５の屈折指数、及びｎｙ＝１．７３６７の屈折指数を有するものである。ここで、ｎｚは、Ｚ軸上の屈折指数であり、ｎｘ及びｎｙは、それぞれＸ軸上とＹ軸上の屈折指数である。
前記β（beta）−ＢａＢ２Ｏ２結晶としては、ｎｚ＝１．６５５１の屈折指数、ｎｘ＝１．５４２５の屈折指数、ｎｙ＝１．５４２５の屈折指数を有するものである。ここで、ｎｚは、Ｚ軸上の屈折指数であり、ｎｘ及びｎｙは、それぞれＸ軸上とＹ軸上の屈折指数である。
前記ＬｉＢ３Ｏ５結晶としては、ｎｚ＝１．６０５５の屈折指数、ｎｘ＝１．５６５６の屈折指数、ｎｙ＝１．５９０５の屈折指数を有するものである。ここで、ｎｚは、Ｚ軸上の屈折指数であり、ｎｘ及びｎｙは、それぞれＸ軸上とＹ軸上の屈折指数である。
ＫＤＰ結晶としては、ｎｚ＝１．４９３８の屈折指数、ｎｘ＝１．４５９９の屈折指数、及びｎｙ＝１．４５９９の屈折指数を有するものである。ここで、ｎｚは、Ｚ軸上の屈折指数であり、ｎｘ及びｎｙは、それぞれＸ軸上とＹ軸上の屈折指数である。
前記ＫＴＰ結晶としては、ｎｚ＝１．８３０５の屈折指数、ｎｘ＝１．７３９５の屈折指数、及びｎｙ＝１．７３６７の屈折指数を有するものである。ここで、ｎｚは、Ｚ軸上の屈折指数であり、ｎｘ及びｎｙは、それぞれＸ軸上とＹ軸上の屈折指数である。
前記β（beta）−ＢａＢ２Ｏ２結晶としては、ｎｚ＝１．６５５１の屈折指数、ｎｘ＝１．５４２５の屈折指数、ｎｙ＝１．５４２５の屈折指数を有するものである。ここで、ｎｚは、Ｚ軸上の屈折指数であり、ｎｘ及びｎｙは、それぞれＸ軸上とＹ軸上の屈折指数である。
前記ＬｉＢ３Ｏ５結晶としては、ｎｚ＝１．６０５５の屈折指数、ｎｘ＝１．５６５６の屈折指数、ｎｙ＝１．５９０５の屈折指数を有するものである。ここで、ｎｚは、Ｚ軸上の屈折指数であり、ｎｘ及びｎｙは、それぞれＸ軸上とＹ軸上の屈折指数である。
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図２は、本発明の実施例１のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズの図を示す。
この実施例１の多層式単一レンズは、調節式対物レンズ層２０４、対物レンズ層２０２、結像対物レンズ層２０６、及び電圧調節装置２０８を有している。
電圧調節装置２０８は、調節式対物レンズ層２０４に電気的に接続され、かつ該調節式対物レンズ層に異なる電圧を提供する。
調節式対物レンズ層２０４は、その屈折率を調節可能な対物レンズ層である。該調節式対物レンズ層の材料としては、圧電材料又は非線形光軸複屈折材料が挙げられる。この実施例１では、調節式対物レンズ層には非線形光軸複屈折材料のうちの液晶材料を用いている。このため、電圧調節装置２０８から提供される異なる電圧によりその液晶の結晶粒の偏向角度が制御でき、さまざまな屈折率に調節することができるので、従来の機械式のレンズのような遠近制御によらないでズーム機能を得ることができる。
また、フォーカス光２１０が調節式対物レンズ層２０４、対物レンズ層２０２、及び結像対物レンズ層２０６を通過して、フォーカスされ、結像するとき、上述したように屈折率を変更できる調節式対物レンズ層２０４を通過するため、異なる焦点位置を得ることができるという、フォーカス機能を備えている。
図２は、本発明の実施例１のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズの図を示す。
この実施例１の多層式単一レンズは、調節式対物レンズ層２０４、対物レンズ層２０２、結像対物レンズ層２０６、及び電圧調節装置２０８を有している。
電圧調節装置２０８は、調節式対物レンズ層２０４に電気的に接続され、かつ該調節式対物レンズ層に異なる電圧を提供する。
調節式対物レンズ層２０４は、その屈折率を調節可能な対物レンズ層である。該調節式対物レンズ層の材料としては、圧電材料又は非線形光軸複屈折材料が挙げられる。この実施例１では、調節式対物レンズ層には非線形光軸複屈折材料のうちの液晶材料を用いている。このため、電圧調節装置２０８から提供される異なる電圧によりその液晶の結晶粒の偏向角度が制御でき、さまざまな屈折率に調節することができるので、従来の機械式のレンズのような遠近制御によらないでズーム機能を得ることができる。
また、フォーカス光２１０が調節式対物レンズ層２０４、対物レンズ層２０２、及び結像対物レンズ層２０６を通過して、フォーカスされ、結像するとき、上述したように屈折率を変更できる調節式対物レンズ層２０４を通過するため、異なる焦点位置を得ることができるという、フォーカス機能を備えている。
（実施例２）
図３は、本発明の実施例２のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズの図を示す。
この実施例２は、対物レンズ層３０２、調節式対物レンズ層３０３、視野対物レンズ層３０４、結像対物レンズ層３０６、及び電圧調節装置３０８を有する。この実施例２では視野対物レンズ層３０４を加えており、これにより、さまざまなフォーカスとズームの効果及び機能に、更にキャプチャ時の範囲と明瞭度を増加したり、一定の光線を透過したりすることができる。
このため、フォーカス光３１０が対物レンズ層３０２、調節式対物レンズ層３０３、視野対物レンズ層３０４、及び結像対物レンズ層３０６を通過して、結像点３１２でフォーカスし、結像するとき、上述の効果を備えた結果を得ることができる。
実際には、結像対物レンズ層３０６と結像点３１２との間には、ＣＭＯＳ／ＣＣＤセンサ(不図示)があり、該センサはデジタル信号を別のデジタル信号プロセッサ(DSP；Digital Signal Processing)(不図示)に伝送でき、該デジタル信号プロセッサが適切な電圧値をフィードバックし、電圧供給ユニット（不図示）が正確な電圧値を電圧調節装置３０８に提供するようになっている。
図３は、本発明の実施例２のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズの図を示す。
この実施例２は、対物レンズ層３０２、調節式対物レンズ層３０３、視野対物レンズ層３０４、結像対物レンズ層３０６、及び電圧調節装置３０８を有する。この実施例２では視野対物レンズ層３０４を加えており、これにより、さまざまなフォーカスとズームの効果及び機能に、更にキャプチャ時の範囲と明瞭度を増加したり、一定の光線を透過したりすることができる。
このため、フォーカス光３１０が対物レンズ層３０２、調節式対物レンズ層３０３、視野対物レンズ層３０４、及び結像対物レンズ層３０６を通過して、結像点３１２でフォーカスし、結像するとき、上述の効果を備えた結果を得ることができる。
実際には、結像対物レンズ層３０６と結像点３１２との間には、ＣＭＯＳ／ＣＣＤセンサ(不図示)があり、該センサはデジタル信号を別のデジタル信号プロセッサ(DSP；Digital Signal Processing)(不図示)に伝送でき、該デジタル信号プロセッサが適切な電圧値をフィードバックし、電圧供給ユニット（不図示）が正確な電圧値を電圧調節装置３０８に提供するようになっている。
（実施例３）
図４に本発明の実施例３のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズの図を示す。
この実施例３は、調節式対物レンズ層４０１、対物レンズ層４０２、視野対物レンズ層４０４、結像対物レンズ層４０６、及び電圧調節装置４０８を有している。
このように３層の連続した対物レンズ層(対物レンズ層４０２、視野対物レンズ層４０４、及び結像対物レンズ層４０６)を組み合わせた配列を経て、フォーカス光４１０は、より遠い結像点４１２でフォーカスすることができる。
図４に本発明の実施例３のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズの図を示す。
この実施例３は、調節式対物レンズ層４０１、対物レンズ層４０２、視野対物レンズ層４０４、結像対物レンズ層４０６、及び電圧調節装置４０８を有している。
このように３層の連続した対物レンズ層(対物レンズ層４０２、視野対物レンズ層４０４、及び結像対物レンズ層４０６)を組み合わせた配列を経て、フォーカス光４１０は、より遠い結像点４１２でフォーカスすることができる。
（実施例４）
図５は、本発明のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズにおける調節式対物レンズ層の詳細な構造を示す図である。
この調節式対物レンズ層５００は、それぞれが導電性を備えた２つのベース層５０２，５０３、該２つのベース層５０２，５０３間に設置され、該ベース層５０２，５０３の支持と保護を受ける結晶層５０４、該ベース層５０２，５０３と該結晶層５０４との相互接触面の反対面にそれぞれ位置し、かつ材質が酸化インジウム(indium tin oxide；ITO)からなる２つの透明導体５０８，５０９、該透明導体５０８，５０９に接続され、２つのベース層５０２，５０３を介して結晶層５０４に異なる電圧を提供する電圧調節装置５０６を含む。そのうち、該ベース層５０２，５０３は、ガラス及びプラスチックのいずれかで作製することができる。結晶層５０４は、ネマティック液晶層(nematic liquid crystal)である。これにより、異なる電圧を受けると、該ネマティック液晶層の結晶粒が異なる角度のねじれ又は偏向を生じ、フォーカス光を異なる程度で通過させて、ズーム機能とフォーカス機能を付与することができる。
図５は、本発明のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズにおける調節式対物レンズ層の詳細な構造を示す図である。
この調節式対物レンズ層５００は、それぞれが導電性を備えた２つのベース層５０２，５０３、該２つのベース層５０２，５０３間に設置され、該ベース層５０２，５０３の支持と保護を受ける結晶層５０４、該ベース層５０２，５０３と該結晶層５０４との相互接触面の反対面にそれぞれ位置し、かつ材質が酸化インジウム(indium tin oxide；ITO)からなる２つの透明導体５０８，５０９、該透明導体５０８，５０９に接続され、２つのベース層５０２，５０３を介して結晶層５０４に異なる電圧を提供する電圧調節装置５０６を含む。そのうち、該ベース層５０２，５０３は、ガラス及びプラスチックのいずれかで作製することができる。結晶層５０４は、ネマティック液晶層(nematic liquid crystal)である。これにより、異なる電圧を受けると、該ネマティック液晶層の結晶粒が異なる角度のねじれ又は偏向を生じ、フォーカス光を異なる程度で通過させて、ズーム機能とフォーカス機能を付与することができる。
（実施例５）
図６は、本発明のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズである最良の実施例１を２組採用した応用例を示す図である。
この図６では、対象物６００が、２組の最良の実施例１の組み合わせを介して結像点であるフォーカス結像層６１２に結像する状態を示す。この図６においては、関連する変数を符号で示し、公式の関係を示すと共に、ソフトウェアを用いたシミュレーション分析を行い、本発明の技術の実施可能性を示す。
この応用例では、図６に示すように、対象物６００、対物レンズ層６０１、間隙６０２、対物レンズ層６０３、調節式対物レンズ層６０４、結像対物レンズ層６０５、間隙６０６、対物レンズ層６０７、調節式対物レンズ層６０８、結像対物レンズ層６０９、フィルタ層６１０、保護層６１１、フォーカス結像層６１２、及び制御ユニット６１３を備えている。
保護層６１１は、フォーカス結像層６１２上に位置し、保護を行う。
制御ユニット６１３は、各部材間の距離、調節式対物レンズ層６０４，６０８にかける電圧の大きさ等の制御を行う。
図６は、本発明のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズである最良の実施例１を２組採用した応用例を示す図である。
この図６では、対象物６００が、２組の最良の実施例１の組み合わせを介して結像点であるフォーカス結像層６１２に結像する状態を示す。この図６においては、関連する変数を符号で示し、公式の関係を示すと共に、ソフトウェアを用いたシミュレーション分析を行い、本発明の技術の実施可能性を示す。
この応用例では、図６に示すように、対象物６００、対物レンズ層６０１、間隙６０２、対物レンズ層６０３、調節式対物レンズ層６０４、結像対物レンズ層６０５、間隙６０６、対物レンズ層６０７、調節式対物レンズ層６０８、結像対物レンズ層６０９、フィルタ層６１０、保護層６１１、フォーカス結像層６１２、及び制御ユニット６１３を備えている。
保護層６１１は、フォーカス結像層６１２上に位置し、保護を行う。
制御ユニット６１３は、各部材間の距離、調節式対物レンズ層６０４，６０８にかける電圧の大きさ等の制御を行う。
ここで、図６中、Ｓ０は、対象物６００から調節式対物レンズ層６０４までの距離を表す。ｄは、調節式対物レンズ層６０４から次の調節式対物レンズ層６０８までの距離を表す。Ｓｉは、調節式対物レンズ層６０８からフォーカス結像層６１２までの距離を表す。
なお、ｆ１は、対物レンズ層６０３と結像対物レンズ層６０５の焦点距離を表す。ｆ２は、対物レンズ層６０７と結像対物レンズ層６０９の焦点距離を表す。
これらに基づき、各変数符号の関係式は、下記数式１に示す通りとなる。
なお、ｆ１は、対物レンズ層６０３と結像対物レンズ層６０５の焦点距離を表す。ｆ２は、対物レンズ層６０７と結像対物レンズ層６０９の焦点距離を表す。
これらに基づき、各変数符号の関係式は、下記数式１に示す通りとなる。
＜数式１＞
Ｓｉ＝{f２ｄ−[(ｆ１ｆ２Ｓ０)／(Ｓ０−ｆ１)]}／{ｄ−ｆ２−[(ｆ１Ｓ０)／（Ｓ０−ｆ１）]}
ただし、f１とf２の光学焦点距離の範囲は、下記の数式２及び下記数式３を満たしていなければならない。
Ｓｉ＝{f２ｄ−[(ｆ１ｆ２Ｓ０)／(Ｓ０−ｆ１)]}／{ｄ−ｆ２−[(ｆ１Ｓ０)／（Ｓ０−ｆ１）]}
ただし、f１とf２の光学焦点距離の範囲は、下記の数式２及び下記数式３を満たしていなければならない。
＜数式２＞
（１／ｆｉＬ＋１／ｆｉＮLＣｍｉｎ）−１≦ｆｉ≦（１／ｆｉＬ−１／ｆｉＮＬＣｍｉｎ）−１
ただし、ｉ＝１，２・・・、｜fｉＬ｜≦ｆｉＮＬＣである。
（１／ｆｉＬ＋１／ｆｉＮLＣｍｉｎ）−１≦ｆｉ≦（１／ｆｉＬ−１／ｆｉＮＬＣｍｉｎ）−１
ただし、ｉ＝１，２・・・、｜fｉＬ｜≦ｆｉＮＬＣである。
＜数式３＞
−∞＜ｆｉ≦(１／ｆｉＬ−１／ｆｉＮＬＣｍｉｎ)−１，（１／ｆｉＬ＋１／ｆｉＮＬＣｍｉｎ）−１≦ｆｉＬ＜∞
ただし、ｉ＝１,２・・・、｜fｉＬ｜≧ｆｉＮＬＣである。
−∞＜ｆｉ≦(１／ｆｉＬ−１／ｆｉＮＬＣｍｉｎ)−１，（１／ｆｉＬ＋１／ｆｉＮＬＣｍｉｎ）−１≦ｆｉＬ＜∞
ただし、ｉ＝１,２・・・、｜fｉＬ｜≧ｆｉＮＬＣである。
前記数式２及び数式３において、ｆＬは対物レンズ層の焦点距離であり、ｆＮＬＣｍｉｎは調節式対物レンズ層の最小焦点距離であり、ｉは組数であり、これらの数式では２組である。
フォーカス結像層６１２はある位置に固定されているため、Ｓｉは固定値である。前記数式１におけるｆ１とf２は可変値であるため、異なるＳ０値を満たすことができる。更に、異なるＳ０値に対応し、f１とf２は同時に前記数式２及び数式３を満たす必要があり、有効焦点距離ｆｅを発生する。また、対象物６００が光学ズームを経てフォーカス結像層６１２上に結像する拡大倍率ｍは、下記数式４で表すことができる。
フォーカス結像層６１２はある位置に固定されているため、Ｓｉは固定値である。前記数式１におけるｆ１とf２は可変値であるため、異なるＳ０値を満たすことができる。更に、異なるＳ０値に対応し、f１とf２は同時に前記数式２及び数式３を満たす必要があり、有効焦点距離ｆｅを発生する。また、対象物６００が光学ズームを経てフォーカス結像層６１２上に結像する拡大倍率ｍは、下記数式４で表すことができる。
＜数式４＞
ｍ＝ｆ１Ｓｉ／（ｄＳ０−ｄｆ１−Ｓ０ｆ１）＝（ｄＳｉ−ｄｆ２−Ｓｉｆ２）／ｆ２Ｓ０
ｍ＝ｆ１Ｓｉ／（ｄＳ０−ｄｆ１−Ｓ０ｆ１）＝（ｄＳｉ−ｄｆ２−Ｓｉｆ２）／ｆ２Ｓ０
ここで、上述の数式に基づき、シミュレーションプログラムの演算により、図７に示す結果が得られた。
図７中の部材は、図６に示す部材の配列と同様である。即ち、対物レンズ層７０１、間隙７０２、対物レンズ層７０３、調節式対物レンズ層７０４、結像対物レンズ層７０５、間隙７０６、対物レンズ層７０７、調節式対物レンズ層７０８、結像対物レンズ層７０９、フィルタ層７１０、保護層７１１、及びフォーカス結像層７１２を備えている。
本来の図に示す異なる色のズームは、すべてフォーカス結像層７１２上に結像され（図７はＡｕｔｏＣＡＤで製図したため、白黒表示となっている）、上述の変数を利用して、変数値を変えることにより、さまざまな状況を、ソフトウェアを用いてシミュレーションすることができ、上述のような最終結果が得られた。このことから、本発明の技術内容は確実に実施可能であることが分かる。
図７中の部材は、図６に示す部材の配列と同様である。即ち、対物レンズ層７０１、間隙７０２、対物レンズ層７０３、調節式対物レンズ層７０４、結像対物レンズ層７０５、間隙７０６、対物レンズ層７０７、調節式対物レンズ層７０８、結像対物レンズ層７０９、フィルタ層７１０、保護層７１１、及びフォーカス結像層７１２を備えている。
本来の図に示す異なる色のズームは、すべてフォーカス結像層７１２上に結像され（図７はＡｕｔｏＣＡＤで製図したため、白黒表示となっている）、上述の変数を利用して、変数値を変えることにより、さまざまな状況を、ソフトウェアを用いてシミュレーションすることができ、上述のような最終結果が得られた。このことから、本発明の技術内容は確実に実施可能であることが分かる。
本発明のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズは、電圧と結晶粒の組み合わせを利用して、ズーム機能とフォーカス機能を得ることを実質的な技術内容としている。これにより、従来技術における、機械式のフォーカスとズームの構造ではサイズが大きすぎて、サイズが小さく、薄い電子製品に応用できなかったという課題を効果的に解決することができる。
以上、本発明のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズについて詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更しても差支えない。
本発明の多層式単一レンズは、ズーム機能とフォーカス機能を備えており、そのサイズを大幅に減少することができるので、サイズが小さくて薄い電子製品、例えば、デジタルカメラ、デジタルカメラ付き携帯電話などに幅広く適用することができる。
１０２ 対物レンズ層
１０４ 調節式対物レンズ層
１０６ 結像対物レンズ層
１０８ 結像点
１１０ フォーカス光
２０２ 対物レンズ層
２０４ 調節式対物レンズ層
２０６ 結像対物レンズ層
２０８ 電圧調節装置
２１０ フォーカス光
３０２ 対物レンズ層
３０３ 調節式対物レンズ層
３０４ 視野対物レンズ層
３０６ 結像対物レンズ層
３０８ 電圧調節装置
３１０ フォーカス光
３１２ 結像点
４０１ 調節式対物レンズ層
４０２ 対物レンズ層
４０４ 視野対物レンズ層
４０６ 結像対物レンズ層
４０８ 電圧調節装置
４１０ フォーカス光
４１２ 結像点
５００ 調節式対物レンズ層
５０２ ベース層
５０３ ベース層
５０４ 結晶層
５０６ 電圧調節装置
５０８ 透明導体
５０９ 透明導体
６００ 対象物
６０１ 対物レンズ層
６０２ 間隙
６０３ 対物レンズ層
６０４ 調節式対物レンズ層
６０５ 結像対物レンズ層
６０６ 間隙
６０７ 対物レンズ層
６０８ 調節式対物レンズ層
６０９ 結像対物レンズ層
６１０ フィルタ層
６１１ 保護層
６１２ フォーカス結像層
６１３ 制御ユニット
７０１ 対物レンズ層
７０２ 間隙
７０３ 対物レンズ層
７０４ 調節式対物レンズ層
７０５ 結像対物レンズ層
７０６ 間隙
７０７ 対物レンズ層
７０８ 調節式対物レンズ層
７０９ 結像対物レンズ層
７１０ フィルタ層
７１１ 保護層
７１２ フォーカス結像層
１０４ 調節式対物レンズ層
１０６ 結像対物レンズ層
１０８ 結像点
１１０ フォーカス光
２０２ 対物レンズ層
２０４ 調節式対物レンズ層
２０６ 結像対物レンズ層
２０８ 電圧調節装置
２１０ フォーカス光
３０２ 対物レンズ層
３０３ 調節式対物レンズ層
３０４ 視野対物レンズ層
３０６ 結像対物レンズ層
３０８ 電圧調節装置
３１０ フォーカス光
３１２ 結像点
４０１ 調節式対物レンズ層
４０２ 対物レンズ層
４０４ 視野対物レンズ層
４０６ 結像対物レンズ層
４０８ 電圧調節装置
４１０ フォーカス光
４１２ 結像点
５００ 調節式対物レンズ層
５０２ ベース層
５０３ ベース層
５０４ 結晶層
５０６ 電圧調節装置
５０８ 透明導体
５０９ 透明導体
６００ 対象物
６０１ 対物レンズ層
６０２ 間隙
６０３ 対物レンズ層
６０４ 調節式対物レンズ層
６０５ 結像対物レンズ層
６０６ 間隙
６０７ 対物レンズ層
６０８ 調節式対物レンズ層
６０９ 結像対物レンズ層
６１０ フィルタ層
６１１ 保護層
６１２ フォーカス結像層
６１３ 制御ユニット
７０１ 対物レンズ層
７０２ 間隙
７０３ 対物レンズ層
７０４ 調節式対物レンズ層
７０５ 結像対物レンズ層
７０６ 間隙
７０７ 対物レンズ層
７０８ 調節式対物レンズ層
７０９ 結像対物レンズ層
７１０ フィルタ層
７１１ 保護層
７１２ フォーカス結像層
Claims (7)
- 少なくとも１つの対物レンズ層と、少なくとも１つの屈折率を調節可能な調節式対物レンズ層と、結像対物レンズ層と、少なくとも１つの電圧調節装置とを有してなり、
前記対物レンズ層及び前記調節式対物レンズ層は、互いに配列順序を入れ替えることができ、かつ前記結像対物レンズ層と連結され、
前記電圧調節装置は、前記調節式対物レンズ層と電気的に接続され、かつ該調節式対物レンズ層に異なる電圧を提供することによってズーム機能とフォーカス機能を付与することを特徴とするズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズ。 - 調節式対物レンズ層が、圧電材料(piezoelectric material)及び非線形光軸複屈折材料(non-linear optical axis dependent birefringence material)の少なくともいずれかを含有する請求項１に記載のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズ。
- 非線形光軸複屈折材料が、ＫＤＰ結晶、ＫＴＰ結晶、β（beta）−ＢａＢ２Ｏ２結晶、β（beta）−ＢａＢ２Ｏ４結晶及びＬｉＢ３Ｏ５結晶から選択される少なくとも１種である請求項２に記載のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズ。
- 調節式対物レンズ層が、導電性を有する２つのベース層と、該２つのベース層間に該２つのベース層の支持と保護を受ける結晶層と、該２つのベース層と該結晶層の相互接触面の反対面にそれぞれ位置し、電圧調節装置に接続される少なくとも２つの透明導体とを有してなり、
前記電圧調節装置が、前記２つのベース層を介して前記結晶層に異なる電圧を提供する請求項１から３のいずれかに記載のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズ。 - ベース層の材料が、ガラス及びプラスチックのいずれかである請求項４に記載のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズ。
- 結晶層が、ネマティック液晶層(nematic liquid crystal)である請求項４から５のいずれかに記載のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズ。
- 透明導体が、酸化インジウム(indium tin oxide；ITO)を含有する請求項４から６のいずれかに記載のズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズ。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW93135521A TWI250364B (en) | 2004-11-19 | 2004-11-19 | Multilayer single lens structure with zooming and focusing functions |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006146175A true JP2006146175A (ja) | 2006-06-08 |
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ID=36625877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005290582A Pending JP2006146175A (ja) | 2004-11-19 | 2005-10-03 | ズーム機能とフォーカス機能を備えた多層式単一レンズ |
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|---|---|
| JP (1) | JP2006146175A (ja) |
| TW (1) | TWI250364B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009086641A (ja) * | 2007-07-18 | 2009-04-23 | Asml Netherlands Bv | 検査方法および装置、リソグラフィ装置、リソグラフィ処理セル、デバイス製造方法および距離測定システム |
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-
2004
- 2004-11-19 TW TW93135521A patent/TWI250364B/zh not_active IP Right Cessation
-
2005
- 2005-10-03 JP JP2005290582A patent/JP2006146175A/ja active Pending
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| JP2004053784A (ja) * | 2002-07-18 | 2004-02-19 | Sharp Corp | 液晶表示装置およびその製造方法 |
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| JP2009086641A (ja) * | 2007-07-18 | 2009-04-23 | Asml Netherlands Bv | 検査方法および装置、リソグラフィ装置、リソグラフィ処理セル、デバイス製造方法および距離測定システム |
| US7869022B2 (en) | 2007-07-18 | 2011-01-11 | Asml Netherlands B.V. | Inspection method and apparatus lithographic apparatus, lithographic processing cell, device manufacturing method and distance measuring system |
| JP4611407B2 (ja) * | 2007-07-18 | 2011-01-12 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | 検査装置および方法、リソグラフィ装置、リソグラフィ処理セル、並びにデバイス製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI250364B (en) | 2006-03-01 |
| TW200617564A (en) | 2006-06-01 |
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