JP2006309001A - 撮像装置及び携帯情報端末装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 撮像レンズに液状レンズを用いることでレンズ径、重量がともに小さい防振系を構成し、かつ防振状態においても良好な光学性能が得られ、しかも装置全体が小型となる撮像レンズ及びそれを用いた光学機器を提供する。
【解決手段】 カメラ装置において被写体像を固体撮像素子面上に導光するため複数のレンズ群を有する撮像レンズであって、撮影時に手振れが発生した場合に、前記手振れを補正するように前記撮像レンズの光軸に対して略垂直方向へ移動する可動レンズを具備する構成となっている。
【選択図】 図1
【解決手段】 カメラ装置において被写体像を固体撮像素子面上に導光するため複数のレンズ群を有する撮像レンズであって、撮影時に手振れが発生した場合に、前記手振れを補正するように前記撮像レンズの光軸に対して略垂直方向へ移動する可動レンズを具備する構成となっている。
【選択図】 図1
Description
この発明は、振動による撮影画像のブレを補正する防振機能を有した撮像レンズに関し、特に、撮像レンズに液状レンズを用いることでレンズ径、重量がともに小さい防振系を構成し、かつ防振状態においても良好な光学性能が得られ、しかも装置全体が小型となる撮像レンズ及びそれを用いた撮像装置に関する。
現在、デジタル画像の撮影は従来のデジタルカメラのみならず、携帯電話等の携帯情報端末装置にも広がり、ユーザの要望も多岐にわたってきている。
また、カメラに装備されるレンズは、単焦点レンズからズームレンズへと移行しつつあり、焦点距離やFナンバーの関係から撮影時に手ブレが発生しやすくなっており、特に、揺れる乗物上での撮影や、早いシャッターが切れないような暗い状況下では撮影画像に手ブレが生じやすく、このときの撮影画像のブレは撮影系の焦点距離が長くなる程大きくなってくる。
従来より、撮影画像のブレを防止する機能を有した防振光学系が提案されており、例えば、撮影系の一部に振動に対して空間的に固定の光学部材を配置し、この光学部材の振動に対して生ずるプリズム作用を利用することにより撮影画像を偏向させ結像面上で静止画像を得るようにしたものが知られている(特許文献1、2参照)。
この他に、カメラに内蔵した加速度センサーを利用して外力で動かされたカメラの加速度を検出し、この値を2回積分して移動量を求め、このとき得られる信号に応じ、撮影系の一部のレンズ群を光軸と直交する方向にアクチュエータで振動させることにより静止画像を得る方法が提案されている(特許文献3参照)。
ここで、アクチュエータとしては、例えば2次元方向で互いに独立して加振できる様に構成したメーターあるいはピエゾ素子の積層が利用できる。
なお、他の先行技術としては、特許文献4として、マイクロレンズが、絶縁層と、前記絶縁層の第1表面上に配置された透明な導電性液体からなる小滴と、前記絶縁層により、前記小滴から絶縁された複数の電極とからなり、前記複数の電極は、前記小滴と前記各複数の電極との間にそれぞれ電圧を形成するよう選択的にバイアスされるよう配置され、バイアスをかけることにより、前記小滴と前記第1表面との間の接触角が変動し前記小滴は前記第1表面に沿って再配置される技術が開示されている。
特公昭56−34847号公報
特公昭57−7416号公報
特開平01−88421号公報
特開2003−50303公報
また、カメラに装備されるレンズは、単焦点レンズからズームレンズへと移行しつつあり、焦点距離やFナンバーの関係から撮影時に手ブレが発生しやすくなっており、特に、揺れる乗物上での撮影や、早いシャッターが切れないような暗い状況下では撮影画像に手ブレが生じやすく、このときの撮影画像のブレは撮影系の焦点距離が長くなる程大きくなってくる。
従来より、撮影画像のブレを防止する機能を有した防振光学系が提案されており、例えば、撮影系の一部に振動に対して空間的に固定の光学部材を配置し、この光学部材の振動に対して生ずるプリズム作用を利用することにより撮影画像を偏向させ結像面上で静止画像を得るようにしたものが知られている(特許文献1、2参照)。
この他に、カメラに内蔵した加速度センサーを利用して外力で動かされたカメラの加速度を検出し、この値を2回積分して移動量を求め、このとき得られる信号に応じ、撮影系の一部のレンズ群を光軸と直交する方向にアクチュエータで振動させることにより静止画像を得る方法が提案されている(特許文献3参照)。
ここで、アクチュエータとしては、例えば2次元方向で互いに独立して加振できる様に構成したメーターあるいはピエゾ素子の積層が利用できる。
なお、他の先行技術としては、特許文献4として、マイクロレンズが、絶縁層と、前記絶縁層の第1表面上に配置された透明な導電性液体からなる小滴と、前記絶縁層により、前記小滴から絶縁された複数の電極とからなり、前記複数の電極は、前記小滴と前記各複数の電極との間にそれぞれ電圧を形成するよう選択的にバイアスされるよう配置され、バイアスをかけることにより、前記小滴と前記第1表面との間の接触角が変動し前記小滴は前記第1表面に沿って再配置される技術が開示されている。
一般に、撮影系の一部のレンズ群を偏心させて撮影画像のブレをなくし、静止画像を得る機構には応答性の良いことが求められる。このため、可動レンズ群をなるべく小型軽量化し、かつ慣性質量を小さくし、更に画像のブレの補正量と可動レンズの移動量との関係を単純化し、変換の為の演算時間の短縮化を図った撮影系が要求されている。また、可動レンズ群を光軸と直交する方向に偏心したときに光学性能の低下が少ない撮像レンズが要求されている。
しかしながら、これらの諸条件を全て満足させた撮像レンズを得るには一般に大変困難で、特に撮影系の一部の屈折力を有したレンズ群を移動させると光学性能が大きく低下し、良好なる画像が得られない欠点があった。
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、撮像レンズに液状レンズを用いることでレンズ径、重量がともに小さい防振系を構成し、かつ防振状態においても良好な光学性能が得られ、しかも装置全体が小型であるズームレンズ及びそれを用いた光学機器を提供することである。
しかしながら、これらの諸条件を全て満足させた撮像レンズを得るには一般に大変困難で、特に撮影系の一部の屈折力を有したレンズ群を移動させると光学性能が大きく低下し、良好なる画像が得られない欠点があった。
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、撮像レンズに液状レンズを用いることでレンズ径、重量がともに小さい防振系を構成し、かつ防振状態においても良好な光学性能が得られ、しかも装置全体が小型であるズームレンズ及びそれを用いた光学機器を提供することである。
上述の目的を達成するために、請求項1記載の発明は、被写体像を固体撮像素子面上に導光するための複数のレンズ群により構成される撮像レンズを有する撮像装置であって、撮影時に手振れが発生した場合に、前記手振れを補正するように前記撮像レンズの光軸に対して略垂直方向へ移動する可動レンズを具備することを特徴とする。
また、請求項2記載の発明は、前記可動レンズが液状レンズであることを特徴とする。
また、請求項3記載の発明は、前記撮像レンズが、被写体側より順に、正の焦点距離を持つ第1レンズ群、負の焦点距離を持つ第2レンズ群、正の焦点距離を持つ第3レンズ群、正の焦点距離を持つ第4レンズ群を有し、前記第2レンズ群と第3レンズ群の間に絞りが配設され、前記第3レンズ群が、被写体側から順に、被写体側に曲率の大きな面を向けた正のレンズと、液状レンズと、像側に曲率の大きな面を向けた正のレンズと、像側に曲率の大きな面を向けた負のレンズとからなることを特徴とする。
また、請求項4記載の発明は、前記撮像レンズが、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、前記第1レンズ群および第3レンズ群が像側から被写体側へ単調に移動するズームレンズからなることを特徴とする。
また、請求項5記載の発明は、前記第2レンズ群が、被写体側から順に、像側に曲率の大きな面を向けた負レンズ、像側に曲率の大きな面を向けた正レンズ、被写体側に曲率の大きな面を向けた負レンズの3枚からなることを特徴とする。
また、請求項6記載の発明は、カメラ装置において、被写体像を固体撮像素子面上に導光するため複数のレンズ群を有すると共に、撮影時に手振れが発生した場合に、前記手振れを補正するように撮像レンズの光軸に対して略垂直方向へ移動する可動レンズを具備する撮像レンズを具備することを特徴とする。
また、請求項7記載の発明は、前記撮像レンズが、被写体側より順に、正の焦点距離を持つ第1レンズ群、負の焦点距離を持つ第2レンズ群、正の焦点距離を持つ第3レンズ群、正の焦点距離を持つ第4レンズ群を有し、前記第2レンズ群と第3レンズ群の間に絞りが配設され、前記可動レンズが第3レンズ群に配設され、前記撮像レンズが、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、前記第1レンズ群および第3レンズ群が像側から被写体側へ単調に移動するズームレンズからなり、そのズームレンズが沈胴式に収納されることを特徴とする。
また、請求項8記載の発明は、前記撮像レンズによる撮影画像をデジタル情報とする機能を有することを特徴とする。
また、請求項9記載の発明は、前記撮像レンズによるによる像を受光する受光素子が200万画素以上の受光素子であることを特徴とする。
また、請求項10記載の発明は、携帯情報端末装置において、被写体像を固体撮像素子面上に導光するため複数のレンズ群を有すると共に、撮影時に手振れが発生した場合に、前記手振れを補正するように撮像レンズの光軸に対して略垂直方向へ移動する可動レンズを有する撮像レンズを具備するカメラ装置が搭載されていることを特徴とする。
また、請求項2記載の発明は、前記可動レンズが液状レンズであることを特徴とする。
また、請求項3記載の発明は、前記撮像レンズが、被写体側より順に、正の焦点距離を持つ第1レンズ群、負の焦点距離を持つ第2レンズ群、正の焦点距離を持つ第3レンズ群、正の焦点距離を持つ第4レンズ群を有し、前記第2レンズ群と第3レンズ群の間に絞りが配設され、前記第3レンズ群が、被写体側から順に、被写体側に曲率の大きな面を向けた正のレンズと、液状レンズと、像側に曲率の大きな面を向けた正のレンズと、像側に曲率の大きな面を向けた負のレンズとからなることを特徴とする。
また、請求項4記載の発明は、前記撮像レンズが、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、前記第1レンズ群および第3レンズ群が像側から被写体側へ単調に移動するズームレンズからなることを特徴とする。
また、請求項5記載の発明は、前記第2レンズ群が、被写体側から順に、像側に曲率の大きな面を向けた負レンズ、像側に曲率の大きな面を向けた正レンズ、被写体側に曲率の大きな面を向けた負レンズの3枚からなることを特徴とする。
また、請求項6記載の発明は、カメラ装置において、被写体像を固体撮像素子面上に導光するため複数のレンズ群を有すると共に、撮影時に手振れが発生した場合に、前記手振れを補正するように撮像レンズの光軸に対して略垂直方向へ移動する可動レンズを具備する撮像レンズを具備することを特徴とする。
また、請求項7記載の発明は、前記撮像レンズが、被写体側より順に、正の焦点距離を持つ第1レンズ群、負の焦点距離を持つ第2レンズ群、正の焦点距離を持つ第3レンズ群、正の焦点距離を持つ第4レンズ群を有し、前記第2レンズ群と第3レンズ群の間に絞りが配設され、前記可動レンズが第3レンズ群に配設され、前記撮像レンズが、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、前記第1レンズ群および第3レンズ群が像側から被写体側へ単調に移動するズームレンズからなり、そのズームレンズが沈胴式に収納されることを特徴とする。
また、請求項8記載の発明は、前記撮像レンズによる撮影画像をデジタル情報とする機能を有することを特徴とする。
また、請求項9記載の発明は、前記撮像レンズによるによる像を受光する受光素子が200万画素以上の受光素子であることを特徴とする。
また、請求項10記載の発明は、携帯情報端末装置において、被写体像を固体撮像素子面上に導光するため複数のレンズ群を有すると共に、撮影時に手振れが発生した場合に、前記手振れを補正するように撮像レンズの光軸に対して略垂直方向へ移動する可動レンズを有する撮像レンズを具備するカメラ装置が搭載されていることを特徴とする。
本発明によれば、撮像レンズに液状レンズを用いることでレンズ径、重量がともに小さい防振系を構成して、ズームレンズをコンパクト化でき、特に沈胴型のカメラ装置における収納時の寸法を有効に小さくできる。
また、本発明によれば、液状レンズを撮像レンズの第3レンズ群内に配設することで、液状レンズの径を小さくすることができ、製造上、制御上、コスト上、有利となる。
また、本発明によれば、デジタル画像撮影に要求される高性能を維持しつつ、従来のものよりも更なる小型化を図ることが可能であり、この発明のズームレンズを用いるカメラ装置は、小型で且つ高性能に実現可能である。
また、本発明によれば、液状レンズを撮像レンズの第3レンズ群内に配設することで、液状レンズの径を小さくすることができ、製造上、制御上、コスト上、有利となる。
また、本発明によれば、デジタル画像撮影に要求される高性能を維持しつつ、従来のものよりも更なる小型化を図ることが可能であり、この発明のズームレンズを用いるカメラ装置は、小型で且つ高性能に実現可能である。
以下に添付の図を参照してこの発明の実施形態を詳細に説明する。
<実施例>
本発明の要旨は、防振用の可動レンズに液状レンズを使い、この液状レンズを光軸と直交する方向に移動させて防振効果を発揮させるもので、銀塩カメラ等各種の撮影装置、特にデジタルカメラやビデオカメラやデジタル画像撮影機能を持つ情報機器に好適に適用できる。
図1は、本発明による撮像レンズの一実施形態の概略図であり、(a)は、短焦点端状態、(b)は、中間点状態、(c)は、長焦点端状態であり、(d)は、液状レンズ部分の拡大図である。また、図1の(e)(f)(g)は、撮像レンズの一実施形態のそれぞれ焦点端状態、中間点状態、長焦点端状態における収差を示す説明図である。
図1に示すように、この撮像レンズは、被写体側より順に、正の焦点距離を持つ第1レンズ群1と、負の焦点距離を持つ第2レンズ群3と、正の焦点距離を持つ第3レンズ群5と、正の焦点距離を持つ第4レンズ群7とが配設されており、第2レンズ群3と第3レンズ群5との間には絞り9が設けられている。また、第4レンズ群7の像側には、フィルタ10が配設されている。
そして、図1(d)に示すように、第3レンズ群5内の所定の部位に光軸と略垂直方向Aに沿って可動な液状レンズ11が配設されており、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、第1レンズ群1および第3レンズ群5が像側から被写体側へ単調に移動することを特徴としている。
そして、本発明は、後述するように、この液状レンズ11を光軸とは略垂直方向へシフト偏心することにより、撮影時に発生する手振れを補正するようにしている(図3参照)。
なお、第1レンズ群1は、被写体側から順に、像側に曲率の大きな面を向けた負の第1のレンズ1aと、被写体側に曲率の大きな面を向けた正の第2のレンズ1bとからなり、第2レンズ群3は、被写体側から順に、像側に曲率の大きな面を向けた負の第3のレンズ3aと、像側に曲率の大きな面を向けた正の第4のレンズ3bと、被写体側に曲率の大きな面を向けた負の第5のレンズ3cとからなり、第3レンズ群5は、被写体側から順に、被写体側に曲率の大きな面を向けた正の第6のレンズ5aと、液状レンズ11と、像側に曲率の大きな面を向けた正の第7のレンズ5bと、像側に曲率の大きな面を向けた負の第8のレンズ5cとからなり、第4レンズ群7は、被写体側に曲率の大きな面を向けた正の第9のレンズ7a単体からなる。
<実施例>
本発明の要旨は、防振用の可動レンズに液状レンズを使い、この液状レンズを光軸と直交する方向に移動させて防振効果を発揮させるもので、銀塩カメラ等各種の撮影装置、特にデジタルカメラやビデオカメラやデジタル画像撮影機能を持つ情報機器に好適に適用できる。
図1は、本発明による撮像レンズの一実施形態の概略図であり、(a)は、短焦点端状態、(b)は、中間点状態、(c)は、長焦点端状態であり、(d)は、液状レンズ部分の拡大図である。また、図1の(e)(f)(g)は、撮像レンズの一実施形態のそれぞれ焦点端状態、中間点状態、長焦点端状態における収差を示す説明図である。
図1に示すように、この撮像レンズは、被写体側より順に、正の焦点距離を持つ第1レンズ群1と、負の焦点距離を持つ第2レンズ群3と、正の焦点距離を持つ第3レンズ群5と、正の焦点距離を持つ第4レンズ群7とが配設されており、第2レンズ群3と第3レンズ群5との間には絞り9が設けられている。また、第4レンズ群7の像側には、フィルタ10が配設されている。
そして、図1(d)に示すように、第3レンズ群5内の所定の部位に光軸と略垂直方向Aに沿って可動な液状レンズ11が配設されており、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、第1レンズ群1および第3レンズ群5が像側から被写体側へ単調に移動することを特徴としている。
そして、本発明は、後述するように、この液状レンズ11を光軸とは略垂直方向へシフト偏心することにより、撮影時に発生する手振れを補正するようにしている(図3参照)。
なお、第1レンズ群1は、被写体側から順に、像側に曲率の大きな面を向けた負の第1のレンズ1aと、被写体側に曲率の大きな面を向けた正の第2のレンズ1bとからなり、第2レンズ群3は、被写体側から順に、像側に曲率の大きな面を向けた負の第3のレンズ3aと、像側に曲率の大きな面を向けた正の第4のレンズ3bと、被写体側に曲率の大きな面を向けた負の第5のレンズ3cとからなり、第3レンズ群5は、被写体側から順に、被写体側に曲率の大きな面を向けた正の第6のレンズ5aと、液状レンズ11と、像側に曲率の大きな面を向けた正の第7のレンズ5bと、像側に曲率の大きな面を向けた負の第8のレンズ5cとからなり、第4レンズ群7は、被写体側に曲率の大きな面を向けた正の第9のレンズ7a単体からなる。
一般に、正負正正の4つのレンズ群で構成されるズームレンズは、第2レンズ群が主要な変倍作用を負担するいわゆるバリエータとして構成されるが、この実施形態では、第3レンズ群5にも変倍作用を分担させ、第2レンズ群3の負担を軽くして、広角化・高変倍化に伴って困難になる収差補正の自由度を確保している(図1(e)(f)(g)参照)。
また、広角端から望遠端への変倍に際して、第1レンズ群1を大きく被写体側へ移動させることにより、広角端において第1レンズ群1を通過する光線高さを低くして、広角化に伴う第1レンズ群1の大型化を抑制するとともに、望遠端では第1レンズ群1と第2レンズ群3の間隔を大きく確保して、長焦点化を達成している。
ここで、第3レンズ群5内に光軸と略垂直方向へ可動な液状レンズ11を配設するのは、第3レンズ群5を通過する光線高さが低いこと、そして手振れ補正効果が得られることによる。
そして、各種収差が少なく、解像力の高いズームレンズを実現するためには、変倍による収差変動を小さく抑えねばならないが、特に実質的な変倍を行う変倍群、即ち「主たる変倍群」である第2レンズ群3の収差の良好な補正は基本的には、第2レンズ群3を構成するレンズ枚数を増やすことにより可能であるが、構成レンズ枚数の増加は、第2レンズ群3の「光軸方向の厚みの増大」につながり、十分な小型化を達成できず、コストの増大も招来する。
そこで、本発明では、主たる変倍群たる第2レンズ群3を、被写体側から順に、像側に曲率の大きな面を向けた負レンズ3a、像側に曲率の大きな面を向けた正レンズ3b、被写体側に曲率の大きな面を向けた負レンズ3cの3枚からなるようにしている。
また、広角端から望遠端への変倍に際して、第1レンズ群1を大きく被写体側へ移動させることにより、広角端において第1レンズ群1を通過する光線高さを低くして、広角化に伴う第1レンズ群1の大型化を抑制するとともに、望遠端では第1レンズ群1と第2レンズ群3の間隔を大きく確保して、長焦点化を達成している。
ここで、第3レンズ群5内に光軸と略垂直方向へ可動な液状レンズ11を配設するのは、第3レンズ群5を通過する光線高さが低いこと、そして手振れ補正効果が得られることによる。
そして、各種収差が少なく、解像力の高いズームレンズを実現するためには、変倍による収差変動を小さく抑えねばならないが、特に実質的な変倍を行う変倍群、即ち「主たる変倍群」である第2レンズ群3の収差の良好な補正は基本的には、第2レンズ群3を構成するレンズ枚数を増やすことにより可能であるが、構成レンズ枚数の増加は、第2レンズ群3の「光軸方向の厚みの増大」につながり、十分な小型化を達成できず、コストの増大も招来する。
そこで、本発明では、主たる変倍群たる第2レンズ群3を、被写体側から順に、像側に曲率の大きな面を向けた負レンズ3a、像側に曲率の大きな面を向けた正レンズ3b、被写体側に曲率の大きな面を向けた負レンズ3cの3枚からなるようにしている。
次に、図2、図3を参照して、第3レンズ群5内の液状レンズ11について説明する。図2は、液状レンズ11の構成図であり、(a)は側面図、(b)は上面図である。
この液状レンズ11は、例えば特開2003−50303に示されるような液状レンズを用いている。
図2(a)に示すように、この液状レンズ11は、透明な絶縁層11aと、絶縁層11aの表面上に配置された透明な流体からなる小滴11bと、小滴11bから絶縁層11aにより絶縁された複数の電極11c0−11c4と、さらに絶縁層11aと電極11cを支持する透明基板11dとを有している。
また、図2(b)に示すように、各電極(印加電圧V1〜V4)11c1―11c4と、小滴に接続された小滴電極(印加電圧V0)11c0は結合され、これらV0〜V5の電圧差によって、液状レンズ11が動作される。
次に、液状レンズ11の動作について説明する。
まず、小滴11bと絶縁層11aがなす接触角θ1は、小滴11bと絶縁層11aと空気との相互の界面張力から決定される。そして、小滴11bと電極11c0―11c4との間に電圧差が存在しない場合(V0=V1=V2=V3=V4)には、小滴11bは、小滴の体積(Vol)と接触角θ1により規定される形状(図2の実線で示される)が維持され、小滴の曲率半径R1が定まる。この状態では、小滴11bは電極11c1―11c4に対し中心に存在する(図2(b)の実線の位置)。
次に、小滴11bに対して4つの電極11c1―11c4に等しい電圧Vが加えられた(すなわちV0≠V1=V2=V3=V4)場合には、図2の点線で示される接触角θ2で規定される形状に変化し、接触角はθ1からθ2に減少する。小滴11bの体積(Vol)は変化していないので、接触角θ2で規定される形状との関係から、小滴11bの曲率半径R2が定まる。このとき、電圧Vに対して接触角は可逆的に変化し、すなわち曲率半径も可逆的に決定できる。従って、小滴11bは電極11c1―11c4に対し中心に位置した状態となる(図2の点線の位置)。このように、液状レンズ11は小滴11bに対して電極11bに電圧Vをかけることによって、曲率半径Rを調整することができる、すなわち焦点距離が調整可能となる。
この液状レンズ11は、例えば特開2003−50303に示されるような液状レンズを用いている。
図2(a)に示すように、この液状レンズ11は、透明な絶縁層11aと、絶縁層11aの表面上に配置された透明な流体からなる小滴11bと、小滴11bから絶縁層11aにより絶縁された複数の電極11c0−11c4と、さらに絶縁層11aと電極11cを支持する透明基板11dとを有している。
また、図2(b)に示すように、各電極(印加電圧V1〜V4)11c1―11c4と、小滴に接続された小滴電極(印加電圧V0)11c0は結合され、これらV0〜V5の電圧差によって、液状レンズ11が動作される。
次に、液状レンズ11の動作について説明する。
まず、小滴11bと絶縁層11aがなす接触角θ1は、小滴11bと絶縁層11aと空気との相互の界面張力から決定される。そして、小滴11bと電極11c0―11c4との間に電圧差が存在しない場合(V0=V1=V2=V3=V4)には、小滴11bは、小滴の体積(Vol)と接触角θ1により規定される形状(図2の実線で示される)が維持され、小滴の曲率半径R1が定まる。この状態では、小滴11bは電極11c1―11c4に対し中心に存在する(図2(b)の実線の位置)。
次に、小滴11bに対して4つの電極11c1―11c4に等しい電圧Vが加えられた(すなわちV0≠V1=V2=V3=V4)場合には、図2の点線で示される接触角θ2で規定される形状に変化し、接触角はθ1からθ2に減少する。小滴11bの体積(Vol)は変化していないので、接触角θ2で規定される形状との関係から、小滴11bの曲率半径R2が定まる。このとき、電圧Vに対して接触角は可逆的に変化し、すなわち曲率半径も可逆的に決定できる。従って、小滴11bは電極11c1―11c4に対し中心に位置した状態となる(図2の点線の位置)。このように、液状レンズ11は小滴11bに対して電極11bに電圧Vをかけることによって、曲率半径Rを調整することができる、すなわち焦点距離が調整可能となる。
続いて、小滴11bの位置を移動させる動作について説明する。
図3は、液状レンズ11において小滴11bの位置を移動させる動作の説明図であり、(c)は上面図、(d)は側面図である。
4つの電極11c1―11c4に選択的に電圧をかけることにより、小滴11bの位置を変化させることができる。例えば、V1とV3をV0と等しくし、V2をV4より大きくすることにより、小滴11bはより高い電圧の電極11c2方向に引かれて、図3(c)に示す矢印Bの方向に移動する。このように、液状レンズ11は電極に選択的に電圧をかけることによって、レンズ位置、すなわち焦点位置が調整可能となる。
図3(d)は、偏心によるブレ補正で発生する偏心収差を、液状レンズ11の小滴11bを球面以外の所望の形状に制御することで補正した例の説明図である。
なお、言うまでもないが、これは液状レンズの1つの構成例であって、本発明の液状レンズはこれに限定されるものではない。
図4は、本発明の撮像レンズを適用したカメラ装置の一実施形態の概要図であり、(a)は、正面側の斜視図であり、(b)は、(a)において撮像レンズの使用状態を示す斜視図であり、(c)は、背面側の斜視図である。
このカメラ装置20は、図4に示すように、その前面側に、図1に示した撮像レンズを撮影用ズームレンズ21として有すると共に、フラッシュ23、ファインダ25を有しており、その上面側に、電源スイッチ27、シャッタボタン29を有しており、その背面側に、ズームレバー31、液晶モニタ33、操作ボタン35を有しており、その側面側に、メモリカードおよび通信カードのスロット37を有している。
なお、撮像レンズ21は、使用されないときは、図4(a)に示すように、カメラ装置本体に「沈胴式」に収納される。
図3は、液状レンズ11において小滴11bの位置を移動させる動作の説明図であり、(c)は上面図、(d)は側面図である。
4つの電極11c1―11c4に選択的に電圧をかけることにより、小滴11bの位置を変化させることができる。例えば、V1とV3をV0と等しくし、V2をV4より大きくすることにより、小滴11bはより高い電圧の電極11c2方向に引かれて、図3(c)に示す矢印Bの方向に移動する。このように、液状レンズ11は電極に選択的に電圧をかけることによって、レンズ位置、すなわち焦点位置が調整可能となる。
図3(d)は、偏心によるブレ補正で発生する偏心収差を、液状レンズ11の小滴11bを球面以外の所望の形状に制御することで補正した例の説明図である。
なお、言うまでもないが、これは液状レンズの1つの構成例であって、本発明の液状レンズはこれに限定されるものではない。
図4は、本発明の撮像レンズを適用したカメラ装置の一実施形態の概要図であり、(a)は、正面側の斜視図であり、(b)は、(a)において撮像レンズの使用状態を示す斜視図であり、(c)は、背面側の斜視図である。
このカメラ装置20は、図4に示すように、その前面側に、図1に示した撮像レンズを撮影用ズームレンズ21として有すると共に、フラッシュ23、ファインダ25を有しており、その上面側に、電源スイッチ27、シャッタボタン29を有しており、その背面側に、ズームレバー31、液晶モニタ33、操作ボタン35を有しており、その側面側に、メモリカードおよび通信カードのスロット37を有している。
なお、撮像レンズ21は、使用されないときは、図4(a)に示すように、カメラ装置本体に「沈胴式」に収納される。
図5は、図4に示したカメラ装置のシステム構造を示すブロック図である。
このカメラ装置は、形態情報端末装置として機能し、図1に示した撮像レンズ21と受光素子(エリアセンサ)40とを有し、撮像レンズ21によって形成される撮影対象物の像を受光素子40によって読取るように構成され、受光素子40からの出力は中央演算装置41の制御を受ける信号処理装置43によって処理されてデジタル情報に変換される。即ち、このカメラ装置は撮影画像をデジタル情報とする機能を有している。
次に、信号処理装置43によってデジタル化された画像情報は、中央演算装置41の制御を受ける画像処理装置45において所定の画像処理を受けた後、半導体メモリ(前記メモリカードスロットにセットされる)47に記録される。液晶モニタ33には、撮影中の画像を表示することもできるし、半導体メモリ47に記録されている画像を表示することもできる。また、半導体メモリ47に記録した画像は、通信カード等(前記通信カードスロットにセットされる)を使用して通信カード部49から外部へ送信することも可能である。
図4(a)に示すように、カメラ装置の携帯時には、撮像レンズ21は「沈胴状態」にあり、ユーザが電源スイッチを操作して電源を入れると、図4(b)に示すように鏡胴が繰り出される。このとき、鏡胴内部でズームレンズの各群は、例えば「短焦点端の配置」となっており、ズームレバーを操作することで各群の配置が変化して長焦点端への変倍を行うことができる。このとき、ファインダも撮像レンズの画角変化に連動して変倍する。
シャッタボタンの「半押し」によりフォーカシングがなされる。フォーカシングは、第1レンズ群1または第3レンズ群5の移動、もしくは、受光素子40の移動によって行うことができる。シャッタボタン29を、半押し状態からさらに押し込むと撮影がなされ、その後は上記の画像情報処理が実行される。
半導体メモリ47に記録した画像を、液晶モニタ33に表示したり、通信カード等を使用して外部へ送信する場合は、操作ボタン35の操作により行なう。撮像レンズ21として、実施例1〜3の任意のものを使用すると、これらは性能良好であるので、受光素子として、200万画素以上のものを使用した高画質で小型のカメラ装置を実現できる。
このカメラ装置は、形態情報端末装置として機能し、図1に示した撮像レンズ21と受光素子(エリアセンサ)40とを有し、撮像レンズ21によって形成される撮影対象物の像を受光素子40によって読取るように構成され、受光素子40からの出力は中央演算装置41の制御を受ける信号処理装置43によって処理されてデジタル情報に変換される。即ち、このカメラ装置は撮影画像をデジタル情報とする機能を有している。
次に、信号処理装置43によってデジタル化された画像情報は、中央演算装置41の制御を受ける画像処理装置45において所定の画像処理を受けた後、半導体メモリ(前記メモリカードスロットにセットされる)47に記録される。液晶モニタ33には、撮影中の画像を表示することもできるし、半導体メモリ47に記録されている画像を表示することもできる。また、半導体メモリ47に記録した画像は、通信カード等(前記通信カードスロットにセットされる)を使用して通信カード部49から外部へ送信することも可能である。
図4(a)に示すように、カメラ装置の携帯時には、撮像レンズ21は「沈胴状態」にあり、ユーザが電源スイッチを操作して電源を入れると、図4(b)に示すように鏡胴が繰り出される。このとき、鏡胴内部でズームレンズの各群は、例えば「短焦点端の配置」となっており、ズームレバーを操作することで各群の配置が変化して長焦点端への変倍を行うことができる。このとき、ファインダも撮像レンズの画角変化に連動して変倍する。
シャッタボタンの「半押し」によりフォーカシングがなされる。フォーカシングは、第1レンズ群1または第3レンズ群5の移動、もしくは、受光素子40の移動によって行うことができる。シャッタボタン29を、半押し状態からさらに押し込むと撮影がなされ、その後は上記の画像情報処理が実行される。
半導体メモリ47に記録した画像を、液晶モニタ33に表示したり、通信カード等を使用して外部へ送信する場合は、操作ボタン35の操作により行なう。撮像レンズ21として、実施例1〜3の任意のものを使用すると、これらは性能良好であるので、受光素子として、200万画素以上のものを使用した高画質で小型のカメラ装置を実現できる。
次に、撮影時に手振れが発生した場合に、液状レンズ11を光軸とは略垂直方向へシフト偏心することにより、その手振れを補正する動作について詳しく説明する。
前述したように、この液状レンズ11は、絶縁層11aの表面に沿ったあらゆる横方向において、小滴11bの位置の調整が可能であり、小滴11bと電極11cとの間の電圧差がない場合、所望の接触角θと所望の接触角ヒシテリシスを有するようになっている。これは、適宜の材料、寸法、体積(volumes)を選択することによりこれは達成可能で、液状レンズ11は小滴11bの湾曲度と位置の制御の両方の設計の自由度が得られ、これにより液状レンズ11の調整可能な幅と、焦点長さと焦点位置と開口数の選択可能な幅が広がることになる。
この液状レンズ11の電極は、選択的にバイアスされて液状レンズ11の焦点長さと横方向の焦点位置を調整して、液状レンズ11が平面状導波路からの光を光検出器に最適に伝播するようにする。液状レンズ11の形状は、適宜の電圧をかけることにより保持される。
図6は、撮影時に手振れが発生した場合に、その手振れを検出して補正するための構成例の説明図である。
図6に示すように、この手振れを検出補正機構は、撮影時に手振れを検出するための振動検出センサー50と、振動検出センサー50よりの検出結果に従って液状レンズ11を偏心制御するためのアクチュエータ51とを有している。
すなわち、このカメラ装置においては、内蔵した加速度センサー等の振動検出センサー50を利用して手振れによる外力で動かされたカメラの加速度を検出し、中央演算装置41において、この加速度の値を2回積分して移動量を求め、このとき得られる信号に応じ、撮像レンズ21の第3レンズ群5に設けられた液状レンズ11を光軸と略直交する方向にアクチュエータ51で偏心させることによって手振れを補正し、手振れのない静止画像を得るようにしている。
また、このカメラ装置は、撮影画像をデジタル情報とする機能を有しており、この場合、ズームレンズによる像を受光する受光素子は200万画素以上となる。
また、このカメラ装置は、携帯情報端末装置として使用することもできる。
前述したように、この液状レンズ11は、絶縁層11aの表面に沿ったあらゆる横方向において、小滴11bの位置の調整が可能であり、小滴11bと電極11cとの間の電圧差がない場合、所望の接触角θと所望の接触角ヒシテリシスを有するようになっている。これは、適宜の材料、寸法、体積(volumes)を選択することによりこれは達成可能で、液状レンズ11は小滴11bの湾曲度と位置の制御の両方の設計の自由度が得られ、これにより液状レンズ11の調整可能な幅と、焦点長さと焦点位置と開口数の選択可能な幅が広がることになる。
この液状レンズ11の電極は、選択的にバイアスされて液状レンズ11の焦点長さと横方向の焦点位置を調整して、液状レンズ11が平面状導波路からの光を光検出器に最適に伝播するようにする。液状レンズ11の形状は、適宜の電圧をかけることにより保持される。
図6は、撮影時に手振れが発生した場合に、その手振れを検出して補正するための構成例の説明図である。
図6に示すように、この手振れを検出補正機構は、撮影時に手振れを検出するための振動検出センサー50と、振動検出センサー50よりの検出結果に従って液状レンズ11を偏心制御するためのアクチュエータ51とを有している。
すなわち、このカメラ装置においては、内蔵した加速度センサー等の振動検出センサー50を利用して手振れによる外力で動かされたカメラの加速度を検出し、中央演算装置41において、この加速度の値を2回積分して移動量を求め、このとき得られる信号に応じ、撮像レンズ21の第3レンズ群5に設けられた液状レンズ11を光軸と略直交する方向にアクチュエータ51で偏心させることによって手振れを補正し、手振れのない静止画像を得るようにしている。
また、このカメラ装置は、撮影画像をデジタル情報とする機能を有しており、この場合、ズームレンズによる像を受光する受光素子は200万画素以上となる。
また、このカメラ装置は、携帯情報端末装置として使用することもできる。
次に、図1に示した撮像レンズ21の具体的な数値例を示すと図7のようになる。
図7は、図1に示した撮像レンズに1の具体的な数値例を示す図であり、(a)は、各レンズの特性を示し、(b)は、各レンズの非球面係数を示し、(c)は、ズームによる可変間隔を示す。
この具体例では、収差は十分に補正されており、300万画素〜1000万画素の受光素子に対応することが可能となっている。このように撮影光学系を構成することで、十分な広画角化、高変倍比化を達成しながら非常に良好な像性能を確保し得る。
図8は、図7に示した具体例における液状レンズ11のシフト偏心による手振れ補正の説明図であり、(a)は、手振れの無い状態を示し、(b)は、手振れにより像面上にずれが生じた状態を示し、(c)は、手振れによる像面上のずれを液状レンズ11の偏心(矢印Aの方向)により補正した状態を示すものである。
図8(c)に示すように、ここで、手振れ発生量をθとすると、θ=5(mRad)となり、撮像レンズのTele時の焦点距離をf.l.tとすると、f.l.t=21.59(mm)となり、受光素子(CCD)上のずれ量をyとすると、y=f.l.t×tanθ=21.59×tan5=0.113(mm)となる。
この場合、液状レンズ11を、図8(c)の矢印Aの方向へ、0.121(mm)だけ偏心(シフト)すれば、受光素子(CCD)上のずれ量yが補正されることとなる。
図7は、図1に示した撮像レンズに1の具体的な数値例を示す図であり、(a)は、各レンズの特性を示し、(b)は、各レンズの非球面係数を示し、(c)は、ズームによる可変間隔を示す。
この具体例では、収差は十分に補正されており、300万画素〜1000万画素の受光素子に対応することが可能となっている。このように撮影光学系を構成することで、十分な広画角化、高変倍比化を達成しながら非常に良好な像性能を確保し得る。
図8は、図7に示した具体例における液状レンズ11のシフト偏心による手振れ補正の説明図であり、(a)は、手振れの無い状態を示し、(b)は、手振れにより像面上にずれが生じた状態を示し、(c)は、手振れによる像面上のずれを液状レンズ11の偏心(矢印Aの方向)により補正した状態を示すものである。
図8(c)に示すように、ここで、手振れ発生量をθとすると、θ=5(mRad)となり、撮像レンズのTele時の焦点距離をf.l.tとすると、f.l.t=21.59(mm)となり、受光素子(CCD)上のずれ量をyとすると、y=f.l.t×tanθ=21.59×tan5=0.113(mm)となる。
この場合、液状レンズ11を、図8(c)の矢印Aの方向へ、0.121(mm)だけ偏心(シフト)すれば、受光素子(CCD)上のずれ量yが補正されることとなる。
1…第1レンズ群、3…第2レンズ群、5…第3レンズ群、7…第4レンズ群、11…液状レンズ、11a…絶縁層、11b…小滴、11b…電極、11c…電極、11d…透明基板、20…カメラ装置、21…撮像レンズ、21…撮影用ズームレンズ、23…フラッシュ、25…ファインダ、27…電源スイッチ、29…シャッタボタン、31…ズームレバー、33…液晶モニタ、35…操作ボタン、37…スロット、40…受光素子、41…中央演算装置、43…信号処理装置、45…画像処理装置、47…半導体メモリ、49…通信カード部、50…振動検出センサー、51…アクチュエータ
Claims (10)
- 被写体像を固体撮像素子面上に導光するための複数のレンズ群により構成される撮像レンズを有する撮像装置であって、
撮影時に手振れが発生した場合に、前記手振れを補正するように前記撮像レンズの光軸に対して略垂直方向へ移動する可動レンズを具備することを特徴とする撮像装置。 - 前記可動レンズが液状レンズであることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 前記撮像レンズが、被写体側より順に、正の焦点距離を持つ第1レンズ群、負の焦点距離を持つ第2レンズ群、正の焦点距離を持つ第3レンズ群、正の焦点距離を持つ第4レンズ群を有し、前記第2レンズ群と第3レンズ群の間に絞りが配設され、前記第3レンズ群が、被写体側から順に、被写体側に曲率の大きな面を向けた正のレンズと、液状レンズと、像側に曲率の大きな面を向けた正のレンズと、像側に曲率の大きな面を向けた負のレンズとからなることを特徴とする請求項2記載の撮像装置。
- 前記撮像レンズが、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、前記第1レンズ群および第3レンズ群が像側から被写体側へ単調に移動するズームレンズからなることを特徴とする請求項3記載の撮像装置。
- 前記第2レンズ群が、被写体側から順に、像側に曲率の大きな面を向けた負レンズ、像側に曲率の大きな面を向けた正レンズ、被写体側に曲率の大きな面を向けた負レンズの3枚からなることを特徴とする請求項3記載の撮像装置。
- 被写体像を固体撮像素子面上に導光するため複数のレンズ群を有すると共に、撮影時に手振れが発生した場合に、前記手振れを補正するように撮像レンズの光軸に対して略垂直方向へ移動する可動レンズを具備する撮像レンズを具備することを特徴とする撮像装置。
- 前記撮像レンズが、被写体側より順に、正の焦点距離を持つ第1レンズ群、負の焦点距離を持つ第2レンズ群、正の焦点距離を持つ第3レンズ群、正の焦点距離を持つ第4レンズ群を有し、前記第2レンズ群と第3レンズ群の間に絞りが配設され、前記可動レンズが第3レンズ群に配設され、前記撮像レンズが、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、前記第1レンズ群および第3レンズ群が像側から被写体側へ単調に移動するズームレンズからなり、そのズームレンズが沈胴式に収納されることを特徴とする請求項4記載の撮像装置。
- 前記撮像レンズによる撮影画像をデジタル情報とする機能を有することを特徴とする請求項5記載の撮像装置。
- 前記撮像レンズによるによる像を受光する受光素子が200万画素以上の受光素子であることを特徴とする請求項5記載の撮像装置。
- 被写体像を固体撮像素子面上に導光するため複数のレンズ群を有すると共に、撮影時に手振れが発生した場合に、前記手振れを補正するように撮像レンズの光軸に対して略垂直方向へ移動する可動レンズを有する撮像レンズを具備する撮像装置が搭載されていることを特徴とする携帯情報端末装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005133427A JP2006309001A (ja) | 2005-04-28 | 2005-04-28 | 撮像装置及び携帯情報端末装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=37475942
Family Applications (1)
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JP2005133427A Pending JP2006309001A (ja) | 2005-04-28 | 2005-04-28 | 撮像装置及び携帯情報端末装置 |
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Country | Link |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008262151A (ja) * | 2007-03-16 | 2008-10-30 | Ricoh Co Ltd | 撮像装置 |
JP2008294508A (ja) * | 2007-05-22 | 2008-12-04 | Ricoh Co Ltd | ぶれ補正装置及びレンズ鏡胴及びデジタルカメラ及びモバイル端末装置 |
US8179447B2 (en) | 2007-03-16 | 2012-05-15 | Ricoh Company, Ltd. | Imaging apparatus having blur correction mechanism |
JP2012163678A (ja) * | 2011-02-04 | 2012-08-30 | Ricoh Co Ltd | ズームレンズ、カメラおよび携帯情報端末装置 |
JP2012520477A (ja) * | 2009-03-13 | 2012-09-06 | オプトチューン アクチェンゲゼルシャフト | レンズシステム |
-
2005
- 2005-04-28 JP JP2005133427A patent/JP2006309001A/ja active Pending
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