JP2007065151A - Imaging lens - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、撮像レンズに関し、特に液晶可変偏向プリズムを有し、光軸と垂直方向のレンズの形状精度、レンズ組み込み時の位置精度を補償し、主にレンズ組込み誤差によるレンズ解像度の低下を防いだ撮像レンズに関する。 The present invention relates to an imaging lens, and in particular, has a liquid crystal variable deflection prism, compensates for the shape accuracy of the lens in the direction perpendicular to the optical axis and the positional accuracy when the lens is incorporated, and prevents a decrease in lens resolution mainly due to lens incorporation errors. It relates to an imaging lens.
近時、デジタルカメラ機能を備えた携帯電話機(以下、カメラ付き携帯電話機とする)が普及している。携帯性の点で、携帯電話機は、小型軽量で、かつ薄型であることが望まれている。従って、カメラ付き携帯電話機に搭載される撮像レンズにも、小型軽量であることと、薄型であることが要求される。また、カメラに搭載されるCCDセンサーやCMOSセンサー等の固体撮像素子の画素数は、百万画素を越え、数百万画素の撮像素子が製品化されつつあるなど、高画素数化、微細画素化が進み、撮像レンズに要求される解像度も高くなっている。 Recently, mobile phones having a digital camera function (hereinafter referred to as camera-equipped mobile phones) have become widespread. From the viewpoint of portability, a mobile phone is desired to be small and light and thin. Therefore, the imaging lens mounted on the camera-equipped mobile phone is also required to be small and light and thin. In addition, the number of pixels of solid-state image sensors such as CCD sensors and CMOS sensors mounted on cameras exceeds 1 million pixels, and image sensors with millions of pixels are being commercialized. The resolution required for the imaging lens is also increasing.
一般的に、撮像レンズは、複数の凸レンズ、凹レンズを組み合わせることにより、各レンズ単体の収差をキャンセルし、撮像レンズ全体として収差を低減し、高解像度化を図っている。従って、レンズ枚数を増やすことにより、設計の自由度が高まり、高性能な撮像レンズを設計することができる。 Generally, an imaging lens combines a plurality of convex lenses and concave lenses to cancel aberrations of each lens unit, reduce aberrations as a whole imaging lens, and achieve high resolution. Therefore, by increasing the number of lenses, the degree of freedom in design increases, and a high-performance imaging lens can be designed.
それに対して、撮像レンズの薄型化の要求は、撮像レンズ光学長の制限を厳しくし、レンズ構成の自由度を低下させ、撮像レンズの高性能化を困難にしている。レンズ光学長を短く制限し、高性能化を両立させた場合、レンズ形状誤差、レンズ組込み位置誤差に対するレンズ性能の変化が鋭敏となる傾向があり、レンズ形状精度、レンズ組込み精度の高精度化が要求される。特に、レンズ組込み精度、すなわち複数のレンズを鏡筒に組込んだときの各レンズ間の位置精度の高精度化が困難であり、レンズ性能の低下を招いている。 On the other hand, the thinning of the imaging lens requires severe restrictions on the optical length of the imaging lens, reduces the degree of freedom in lens configuration, and makes it difficult to improve the performance of the imaging lens. If the lens optical length is limited to a short length to achieve high performance, the lens performance will tend to change sharply with respect to the lens shape error and lens mounting position error. Required. In particular, it is difficult to increase the accuracy of lens incorporation, that is, the positional accuracy between the lenses when a plurality of lenses are assembled in a lens barrel, resulting in a decrease in lens performance.
このレンズ組込み精度を高精度化し、レンズ性能の低下を防ぐために、調芯作業が行われている。一般的な調芯作業は、レンズ保持部材にレンズもしくはレンズ群を組込み、2体からなるレンズ保持部材を専用の調芯装置に組み込み、撮影像を確認しながら調芯を行い、良好な性能が得られた位置で、短時間硬化型の接着剤で2体のレンズ保持部材を固定し、各レンズの位置精度を保証している。 In order to increase the accuracy of this lens assembly and prevent deterioration of lens performance, alignment work is being performed. In general alignment work, a lens or a lens group is incorporated into the lens holding member, a two-lens lens holding member is incorporated into a dedicated alignment device, and alignment is performed while checking the captured image, resulting in good performance. At the obtained position, the two lens holding members are fixed with a short-curing adhesive to guarantee the positional accuracy of each lens.
この調芯作業には、比較的長い作業時間がかかり、また、専用の調芯装置を用意しなければならず、組み立てコストが上昇する。また、専用のレンズ保持部材を用いるため、撮像レンズの大型化を招くという問題点を有している。 This alignment operation takes a relatively long operation time, and a dedicated alignment device must be prepared, which increases the assembly cost. Further, since a dedicated lens holding member is used, there is a problem in that the imaging lens is increased in size.
また、他の手法としてレンズ鏡筒を工夫し、レンズを保持する保持部材とそれを収容する収容部材から構成し、それぞれの部材にレンズを保持するとともに、互いに勘合する凸部と凹部の組み合わせを複数設け、その組み合わせにより調芯できる構成とした鏡筒が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 As another method, the lens barrel is devised, and it is composed of a holding member that holds the lens and a holding member that holds the lens. The lens is held by each member, and a combination of a convex portion and a concave portion that fits each other is used. There has been proposed a lens barrel that is provided in a plurality and can be aligned by a combination thereof (see, for example, Patent Document 1).
更に他の手法として液晶補正レンズを用いて、撮像レンズの収差を補正する手法が提案されている。ここで開示された液晶補正レンズは、カマボコ状の空間に液晶を封入し、液晶層の上下に設けられた電極間に電圧を印加し、液晶層に印加する電圧の値を変調することにより、レンズパワーが可変のシリンドリカルレンズとして機能させている(例えば、特許文献2参照。)。 As another method, a method of correcting aberration of the imaging lens using a liquid crystal correction lens has been proposed. The liquid crystal correction lens disclosed here encloses liquid crystal in a space that is crisp, applies a voltage between electrodes provided above and below the liquid crystal layer, and modulates the value of the voltage applied to the liquid crystal layer. It is made to function as a cylindrical lens with variable lens power (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、上記特許文献1に開示された撮像レンズでは、鏡筒が2体から構成され、一方を他方に収容する構造としているとともに、勘合のための凸部や凹部を複数設ける必要があり、撮像レンズの大型化を招き、小型軽量化が要求される携帯電話機用のカメラに採用することはできない。
However, in the imaging lens disclosed in the above-mentioned
また、上記特許文献2に開示された撮像レンズにおいて、液晶補正レンズは、上述した構造を持ち、液晶層に印加する電圧の値を変調することにより、液晶分子の方向を調整し、屈折率を変調し、レンズパワー可変のシリンドリカルレンズとして機能させている。このような原理のため、液晶補正レンズでは、一軸結晶性の材料を用いた可変焦点レンズの非点収差を補正することしかできず、レンズ形状精度、位置精度によるレンズ性能の劣化の補償には使うことができない。
In the imaging lens disclosed in
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、液晶可変偏向プリズムにより光線を偏向し、主に光軸と直交する方向のレンズ形状精度、位置精度の補償を行い、小型で、高解像度の撮像レンズを供給することを目的とする。 In order to eliminate the above-mentioned problems caused by the prior art, the present invention deflects light rays with a liquid crystal variable deflection prism, compensates for lens shape accuracy and position accuracy mainly in the direction orthogonal to the optical axis, and is compact and An object is to supply an imaging lens having a resolution.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる撮像レンズは、レンズ系と、レンズ系を通して結像する光学像を撮像する撮像素子とを有する撮像レンズにおいて、レンズ系は、入射光線の、光軸に垂直な平面内のある1つの軸に平行な偏光成分の光線方向を偏向する第1の液晶可変偏向プリズムと、入射光線の前記した1つの軸に直交する偏光成分の光線方向を偏向する第2の液晶可変偏向プリズムとを備え、第1、第2の液晶可変偏向プリズムによって、光線方向を所定の方向に可変制御可能としたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an imaging lens according to the present invention is an imaging lens having a lens system and an imaging element that images an optical image formed through the lens system. A first liquid crystal variable deflection prism for deflecting the light beam direction of a polarized light component parallel to one axis in a plane perpendicular to the optical axis, and a light beam of a polarized light component orthogonal to the one axis of the incident light beam; And a second liquid crystal variable deflection prism that deflects the direction, and the first and second liquid crystal variable deflection prisms allow the light beam direction to be variably controlled in a predetermined direction.
また、この発明にかかる撮像レンズは、上記記載の発明において、第1、第2の液晶可変偏向プリズムは、第1の液晶層を挟持する第1のストライプ電極と第1の対向電極とを有し、第1の液晶層に入射する入射光線の光軸と垂直な平面内で、リニアな電圧分布を形成できるようになっており、さらに、各第1、第2の液晶可変偏向プリズムにおける各第1のストライプ電極の方向が、互いに平行となる様に配置されていることが望ましい。 In the imaging lens according to the present invention, in the above-described invention, the first and second liquid crystal variable deflection prisms include a first stripe electrode and a first counter electrode that sandwich the first liquid crystal layer. In addition, a linear voltage distribution can be formed in a plane perpendicular to the optical axis of the incident light incident on the first liquid crystal layer, and each of the first and second liquid crystal variable deflection prisms can be formed. It is desirable that the first stripe electrodes are arranged so that the directions thereof are parallel to each other.
また、この発明にかかる撮像レンズは、上記記載の発明において、第1の対向電極は、輪帯電極であり、第1、第2の液晶可変偏向プリズムは、可変偏向プリズムと可変焦点レンズの両方の機能を兼ね備えることが望ましい。 In the imaging lens according to the present invention, in the invention described above, the first counter electrode is an annular electrode, and the first and second liquid crystal variable deflection prisms are both a variable deflection prism and a variable focus lens. It is desirable to combine these functions.
また、この発明にかかる撮像レンズは、上記記載の発明において、第1、第2の液晶可変偏向プリズムは、第1のストライプ電極に対して所定の角度を持って配置された第2のストライプ電極と第2の対向電極とで挟持され、第1の液晶層に積層配置された第2の液晶層を有し、さらに、各第1、第2の液晶可変偏向プリズムにおける各第2のストライプ電極の方向が、互いに平行となる様に配置されていることが望ましい。 In the imaging lens according to the present invention, in the above-described invention, the first and second liquid crystal variable deflection prisms are second stripe electrodes arranged at a predetermined angle with respect to the first stripe electrode. And a second counter electrode, and a second liquid crystal layer stacked on the first liquid crystal layer, and each second stripe electrode in each of the first and second liquid crystal variable deflection prisms It is desirable that the directions are parallel to each other.
これらの発明によれば、液晶プリズムにより可変のプリズムが構成でき、レンズの組込み位置に対応して最もレンズ性能を高めるように偏向角度を調整でき、レンズ性能の向上を図ることができる。また、同様に、レンズ性能を確保するための、レンズ形状精度、レンズ組込み精度は緩和され、保留まりを向上させ、製造コストの低減を図ることができる
。
According to these inventions, a variable prism can be constituted by the liquid crystal prism, and the deflection angle can be adjusted so as to enhance the lens performance correspondingly to the lens mounting position, so that the lens performance can be improved. Similarly, the lens shape accuracy and the lens incorporation accuracy for securing the lens performance can be relaxed, the retention can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.
さらに、レンズ設計においては、一般的にレンズ偏芯精度を緩和するため、偏芯によるレンズ性能への影響を低減させる設計を行っており、この誤差感度低減のための設計により、レンズ性能のピーク値は低下している。従って、液晶可変偏向プリズムによる補償を前提に設計を行えば、このような設計手法が不要となるため、レンズピーク性能の向上を図ることができる。 Furthermore, in lens design, in general, in order to ease the lens eccentricity accuracy, the lens performance is designed to reduce the effect on the lens performance due to the eccentricity. The value is falling. Therefore, if the design is made on the premise of compensation by the liquid crystal variable deflection prism, such a design method becomes unnecessary, and therefore the lens peak performance can be improved.
さらに、上述の液晶可変偏向プリズムを、ストライプ電極の方向を直交して積層すれば、光線偏向角度だけでなく、光線偏向方向も任意に設定でき、レンズ形状精度、レンズ位置精度の補償の自由度を高めることができる。 Furthermore, if the above-mentioned liquid crystal variable deflection prism is stacked with the stripe electrode directions orthogonal to each other, not only the beam deflection angle but also the beam deflection direction can be set arbitrarily, and the degree of freedom in compensating the lens shape accuracy and lens position accuracy. Can be increased.
さらに、液晶層を挟持する2つの電極の構造を工夫し、一方をストライプ状電極、他方を輪帯状電極とし、ストライプ状の電極でリニアな電圧分布を、輪帯状の電極により中心対称な電圧分布を実現すれば、それぞれ、可変プリズム、可変レンズとして機能し、両者の複合的な屈折率分布により、レンズとプリズムの2つの機能を同時に持つ液晶素子を構成することができる。 In addition, the structure of the two electrodes sandwiching the liquid crystal layer is devised, one is a striped electrode, the other is a ring-shaped electrode, a linear voltage distribution with the striped electrode, and a voltage distribution that is centrally symmetric with the ring-shaped electrode By realizing the above, it is possible to configure a liquid crystal element that functions as a variable prism and a variable lens, and that has both functions of the lens and the prism simultaneously by a composite refractive index distribution of both.
本発明によれば、撮像レンズの大型化を防ぎながら、光軸と垂直方向のレンズ形状精度、レンズ位置精度によるレンズ性能の劣化を防ぐことができる。これにより、小型軽量でありながら、解像度等の性能の高い撮像レンズが得られるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to prevent deterioration of lens performance due to lens shape accuracy and lens position accuracy in a direction perpendicular to the optical axis while preventing an imaging lens from becoming large. Thereby, there is an effect that an imaging lens having high performance such as resolution can be obtained while being small and light.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる撮像レンズの好適な実施の形態を詳細に説明する。 Exemplary embodiments of an imaging lens according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
まず、本発明にかかる撮像レンズの一例について説明する。図1は、本発明にかかる撮像レンズの一例を示す断面図である。
図1に示すように、撮像レンズ1は、外部から光が入射する第1の光学レンズ2、第1の光学レンズ2を通過した光が入射する液晶可変偏向プリズム3、液晶可変偏向プリズム3を通過した光が入射する第2の光学レンズ4、および第2の光学レンズ4を通過した光が入射する第3の光学レンズ5を備えている。第3の光学レンズ5を透過した光は、Irフィルター6を透過し、固体撮像素子8の撮像面7に結像している。このIrフィルター6は、赤外線をカットし、赤外線に感度のある撮像素子による像質の悪化を少なくする目的で挿入されている。
First, an example of the imaging lens according to the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an imaging lens according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the
次に、液晶可変偏向プリズム3の詳細を、図2を用いて説明する。図2(a)は、液晶可変偏向プリズム3の一例を示す断面図である。
図2(a)に示すように、液晶可変偏向プリズム3は、例えば3枚の対向する透明基板21a,21b,21cを有している。前側、すなわち第1の光学レンズ2側に配置される透明基板21aの後側の面には、透明導電膜からなる対向電極23aが形成されている。中央の透明基板21bの前側の面には、透明導電膜からなるストライプ電極24aが形成され、中央の透明基板21bの後側の面には、透明導電膜からなるストライプ電極24bが形成されている。
Next, details of the liquid crystal
As shown in FIG. 2A, the liquid crystal
また、後側、すなわち第2の光学レンズ4側に配置される透明基板21cの前側の面には、透明導電膜からなる対向電極23bが形成されている。それぞれの対向電極23a、23bとストライプ電極24a、24bの間には、それぞれ、例えばホモジニアス配向の
液晶層25a、25bが封入されている。つまり、液晶可変偏向プリズム3は、対向電極23a、液晶層25aおよびストライプ電極24aよりなる前側の液晶パネルと、ストライプ電極24b、液晶層25bおよび対向電極23bよりなる後側の液晶パネルの2層構成となっている。
A counter electrode 23b made of a transparent conductive film is formed on the rear side, that is, the front surface of the transparent substrate 21c disposed on the second
また、前側の液晶パネルおよび後側の液晶パネルは、それぞれ配向方向が直交しており、液晶分子長軸が直交している。図2(a)においては、前側の液晶パネルでは、液晶分子長軸が、紙面と垂直となっており、後側の液晶パネルでは、液晶分子長軸が、紙面と平行となっている。液晶分子が電圧印加により立つ場合、液晶分子長軸に平行な偏光成分の屈折率が変化する。これにより、前側の液晶パネルでは、紙面と垂直方向の偏光成分の位相変調を行い、後側の液晶パネルでは、紙面と平行方向の偏光成分の位相変調を行うことができるようになる。 In addition, the liquid crystal panel on the front side and the liquid crystal panel on the rear side are orthogonal to each other, and the major axis of the liquid crystal molecules is orthogonal. In FIG. 2A, in the front liquid crystal panel, the liquid crystal molecule major axis is perpendicular to the paper surface, and in the rear liquid crystal panel, the liquid crystal molecule major axis is parallel to the paper surface. When the liquid crystal molecules stand by voltage application, the refractive index of the polarization component parallel to the major axis of the liquid crystal molecules changes. Accordingly, the front liquid crystal panel can perform phase modulation of the polarization component in the direction perpendicular to the paper surface, and the rear liquid crystal panel can perform phase modulation of the polarization component in the direction parallel to the paper surface.
また、前側の液晶パネルと後側の液晶パネルは、同じ波形の駆動電圧によって駆動される。ここで用いる駆動電圧は、例えばパルス高さ変調(PHM)またはパルス幅変調(PWM)された交流電圧である。 Further, the front side liquid crystal panel and the rear side liquid crystal panel are driven by the drive voltage having the same waveform. The driving voltage used here is, for example, an AC voltage that has been subjected to pulse height modulation (PHM) or pulse width modulation (PWM).
また、透明基板21a、21b、21c間には、図に示すように周縁部にスペーサー22a、22bが設けられており、各液晶層25a、25bの厚さは、一定に保たれている。 In addition, spacers 22a and 22b are provided between the transparent substrates 21a, 21b, and 21c at the periphery as shown in the figure, and the thicknesses of the liquid crystal layers 25a and 25b are kept constant.
次に、上述した液晶パネルに配するストライプ電極の配置形態について説明をする。図2(b)は、前述した液晶パネルにおけるストライプ電極24a、24bの構造を示す平面図である。
図2(b)に示すように、ストライプ電極24a、24bは、ストライプ状の電極構造を持っており、各ストライプ電極24a、24b間は、ストライプ電極に比較して、大きな電気抵抗を持つ高抵抗体(斜線で図示している)で接続されており、電極引き出し部27a、27bに供給される電圧差を、抵抗分割によりリニアな電圧勾配が生じるように調整されている。ここで、引き出し電極数を減少させるため、抵抗分割により各ストライプ電極24a、24bへ印加される電圧を調整する方法について示したが、各ストライプ電極に個別に電圧を提供し、電圧勾配を構成しても構わない。
Next, an arrangement form of the stripe electrodes arranged on the above-described liquid crystal panel will be described. FIG. 2B is a plan view showing the structure of the
As shown in FIG. 2B, the
そして、ストライプ電極24a、24bに接続された2個の電極引き出し部27a、27bには種々の電圧が印加され、その印加電圧に応じて、紙面左右で電位勾配を持つ。つまり、ストライプ電極24a、24bによって液晶層25a、25bに電圧分布が生じる。この電圧分布を変化させることによって、液晶分子長軸方向の屈折率の分布が変化する。これにより、液晶分子長軸に平行な偏光成分の偏向角度を変えることができる。ここで、各液晶層25a、25bは2層になっており、互いに液晶分子長軸は直交しているため、1層目で偏向されなかった偏光成分に関しては、2層目で同様に偏向され、結局全ての光線を偏向する事ができる。
Various voltages are applied to the two electrode lead portions 27a and 27b connected to the
ここで、ストライプ電極24a、24bは、模式的に少ない本数で表記したが、ストライプ電極の本数が少ないと、屈折率分布が階段状となり、撮像レンズ解像度の劣化をもたらしてしまうため、電極本数はなるべく多く、滑らかな屈折率分布が得られるように構成することが望ましい。
Here, the
さらに、図1に戻り、撮像レンズの説明を行う。
上述した液晶可変偏向プリズム3の作用により、図1に示す実線を点線で示すように光線方向を偏向することができる。ここで、実線で示した線は、液晶可変偏向プリズム3に電圧を印加せず素ガラス状態にしたときの光線を示している。
Further, returning to FIG. 1, the imaging lens will be described.
By the action of the liquid crystal
この図1に示した例の場合、電圧印加により、光線は紙面下方方向に偏向されている。液晶可変偏向プリズム3の前後で、光学レンズが偏芯しており、例えば液晶可変偏向プリズム3より前の第1の光学レンズ2が上に、液晶可変偏向プリズム3より後ろの第2の光学レンズ4、及び第3の光学レンズ5が下に相対的に偏芯しているような場合に、このような偏向をすると、解像度劣化防止の効果がある。
In the case of the example shown in FIG. 1, the light beam is deflected downward in the drawing by applying a voltage. The optical lens is decentered before and after the liquid crystal
次に、液晶可変偏向プリズムを配した本発明の撮像レンズのレンズ特性について説明をする。
図3にMTF(Modulation Transform Function)のシミュレーションデータを示す。ここに示すMTFは、レンズ性能を表す尺度として一般的に広く使われており、ある空間周波数の繰り返しパターンを、撮像レンズにより結像したときのコントラストの伝達度合いを表しており、MTFが高いほど、高解像度のレンズであることを表している。そして、図3は、本実施例におけるレンズのMTFのグラフを示しており、横軸に空間周波数(cycle/mm)、縦軸にMTF(%)を取っており、ここでは、画角15度の光線のMTFを示しており、図3(a)では、設計データにおけるMTFを示し、図3(b)は、第2の光学レンズ4が10μm偏芯した場合のMTFを示し、図3(c)では、液晶可変偏向プリズムを動作させたときのMTFを示している。
Next, the lens characteristics of the imaging lens of the present invention provided with a liquid crystal variable deflection prism will be described.
FIG. 3 shows MTF (Modulation Transform Function) simulation data. The MTF shown here is generally widely used as a scale representing the lens performance, and represents the degree of contrast transmission when a repetitive pattern of a certain spatial frequency is imaged by the imaging lens. The higher the MTF, the higher the MTF. Represents a high-resolution lens. FIG. 3 shows a graph of the MTF of the lens in this example, where the horizontal axis represents the spatial frequency (cycle / mm) and the vertical axis represents MTF (%). Here, the angle of view is 15 degrees. 3 (a) shows the MTF in the design data, FIG. 3 (b) shows the MTF when the second
ここで、画角は像側の画角であり、レンズ光軸に対して、15度の角度で入射する光線を意味している。例えば、画角±30度のレンズの場合、ちょうど50%の位置の光線を意味している。また、グラフの実線と一点鎖線は、それぞれ子午方向と球欠方向のMTF値を示している。この子午方向とは、入射光線と光軸のなす平面に平行な方向であり、球欠方向とは、それに直交する方向を意味する。また、グラフの点線はこのレンズの回折限界を示している。
図3(b)から、設計データ(図3(a)参照)に比べてMTFが悪化しており、特に子午方向のMTFが顕著に劣化している様子が分かる。これに対して、本発明の撮像レンズに備えている液晶可変偏向プリズム3で所定の方向に入射する光線を偏向させることにより、上述の偏芯があっても、図3(c)のようにMTFを改善する効果を得ることができる。ここで液晶可変偏向プリズム3に与えた屈折率差Δnは、0.15であり、十分実現可能な数字である。
Here, the angle of view is an angle of view on the image side, and means a light ray incident at an angle of 15 degrees with respect to the lens optical axis. For example, in the case of a lens having an angle of view of ± 30 degrees, it means a light beam at a position of just 50%. In addition, the solid line and the alternate long and short dash line in the graph indicate the MTF values in the meridional direction and the sphere missing direction, respectively. The meridional direction is a direction parallel to the plane formed by the incident light beam and the optical axis, and the sphere missing direction means a direction perpendicular to the spherical missing direction. The dotted line in the graph indicates the diffraction limit of this lens.
From FIG. 3B, it can be seen that the MTF is worse than the design data (see FIG. 3A), and in particular, the meridional MTF is significantly degraded. On the other hand, even if there is the above-mentioned eccentricity by deflecting the light beam incident in a predetermined direction by the liquid crystal
ここで、本実施例にて適用した第1〜第3の光学レンズ、液晶可変偏向プリズム、Irカットフィルターのレンズデータを示す。
本実施例について、上記シミュレーションに用いた数値を下記表1に示す。この表に示す値において、「曲率半径」および「面間隔」の単位はミリメートル(mm)である。また、「面間隔」は、光軸の中心における間隔である。また、第1の光学レンズ2については、前側の面も後側の面も非球面とした。第2の光学レンズ4および第3の光学レンズ5についても同様である。
Here, lens data of the first to third optical lenses, the liquid crystal variable deflection prism, and the Ir cut filter applied in this embodiment are shown.
The numerical values used in the simulation for this example are shown in Table 1 below. In the values shown in this table, the units of “curvature radius” and “surface spacing” are millimeters (mm). The “surface interval” is an interval at the center of the optical axis. For the first
以上の説明において、第2の光学レンズ4の偏芯に対してのみ、その効果を示したが、その他のレンズの偏芯や、偏芯のみならず、チルトやウェッジ等の面の傾きに対しても、液晶可変偏向プリズム3に適切な屈折率分布を与えることにより、MTFの改善の効果を得ることができる。特に、液晶可変偏向プリズム3より前の光学レンズに関しては、チルトやウェッジ等の面の傾きの補正、後のレンズに関しては、偏芯の補正に対して効果が大きい。
In the above description, the effect is shown only for the eccentricity of the second
また、上述の説明はある一つの断面に対しての説明であるが、一般的な光学レンズは、回転対称な形状をしており、偏芯や面の傾きも任意の方向で生じることが考えられる。そこで、液晶可変偏向プリズム3と、その他の光学レンズの相対角度を任意に可変とすることで、より広範囲の製造誤差、組込み誤差の補償に対応できる。
Although the above description is for a single cross section, a general optical lens has a rotationally symmetric shape, and it is considered that eccentricity and inclination of a surface may occur in an arbitrary direction. It is done. Therefore, by making the relative angles of the liquid crystal
図4は、その一例を説明する図であり、光学レンズは、円筒状のレンズ鏡筒42に組み込み、レンズ鏡筒42は、ベース43と勘合し、光軸を回転軸に任意の角度に配置できるようになっている。
FIG. 4 is a diagram for explaining an example. The optical lens is incorporated in a
これにより、液晶可変偏向プリズムホルダー41に組み込んだ液晶可変偏向プリズム3と光学レンズは、任意の角度で配置できる。この例では、液晶可変偏向プリズム3は、光学レンズの前に位置している。
Thereby, the liquid crystal
この装置構成におけるレンズ鏡筒42と液晶可変偏向プリズムホルダー41の相対角度の決定は、画像を映しながら最適な位置を決めるのが望ましい。一般的に、レンズ系の組み立てにおいては、センサーとレンズ系の間隔を、映像を見ながら調整する作業があるので、このときに同時に角度の決定を行えば良い。また、第1〜第3の光学レンズ2、4、5は、金型による射出成型により製造するため、設計値通りの精度を達成するには困難が伴うが、一旦金型、成型条件を決定すれば、個々の光学レンズ間の形状誤差は小さい。従って、鏡筒に組み込み、最適な補正角度の条件だしを行えば、以降の光学レンズに関してはそれを踏襲すれば良く、撮像レンズ個別に補正角度等を調整する必要は無く、このような1軸のプリズムによる補正でも十分な効果が得られる。
In determining the relative angle between the
次に、本発明の撮像レンズにおける他の実施例について説明をする。
先の実施例においては、液晶層25a、25bに電圧を印加する電極構造として、一方
がストライプ電極24a、24bであり、他方はベタ構造の対向電極23a、23bとなっている。従って、液晶層25a、25bには、リニアな電圧勾配のみが印加される。ここで、対向電極23a、23bとして、図5に示すような輪帯電極構造とした場合の効果について述べる。図5は、対向電極構造を示しており、同心円状の電極の集合である輪帯電極構成を表している。
Next, another embodiment of the imaging lens of the present invention will be described.
In the previous embodiment, as the electrode structure for applying a voltage to the liquid crystal layers 25a and 25b, one is the
本実施例に示す各輪帯電極51の電圧は、中心輪帯から引き出された電極引き出し部53bと最外周輪帯から引き出された電極引き出し部53aに電圧を供給することにより与えられる。各輪帯電極51間は、斜線で示した接続部52で接続されており、接続部の抵抗値を各輪帯電極に比べて高く調整することにより、抵抗分割により各輪帯電極の電圧値が決定される。ここでは、引き出し電極数を減少させるために、中心と最外周の2本としたが、各輪帯電極51に独立に電圧を供給しても構わない。また、模式的に輪帯電極数51は少なく示したが、滑らかな屈折率分布を与えるために、輪帯電極数は、多いほうが望ましい。 The voltage of each annular electrode 51 shown in this embodiment is given by supplying a voltage to the electrode leading portion 53b drawn from the central annular zone and the electrode leading portion 53a drawn from the outermost annular zone. Each annular electrode 51 is connected by a connecting portion 52 indicated by oblique lines, and by adjusting the resistance value of the connecting portion higher than that of each annular electrode, the voltage value of each annular electrode is divided by resistance division. Is determined. Here, in order to reduce the number of extraction electrodes, two are provided at the center and the outermost periphery, but a voltage may be supplied to each annular electrode 51 independently. Further, although the number of annular electrodes 51 is schematically shown as being small, it is desirable that the number of annular electrodes is large in order to provide a smooth refractive index distribution.
この電圧引き出し部53a、53bに印加する電圧値により、液晶層25a、25bの屈折率が変わり、電圧の高い方が屈折率を低くコントロールできるとすると、中心の電圧を周辺に比べて高くコントロールすることにより、凹レンズが、逆にコントロールすれば、凸レンズを構成することができる。これにより、レンズ系全体としてレンズパワーを調整することができ、共役となる物体側の距離を調整することができ、オートフォーカスを達成することができる。すなわち、凸レンズとすることにより、より近距離の物体にフォーカスが合い、レンズパワー可変範囲に余裕があれば、マクロ等の機能も可能となる。 If the refractive index of the liquid crystal layers 25a and 25b changes depending on the voltage value applied to the voltage extraction parts 53a and 53b, and the higher voltage can control the refractive index lower, the central voltage is controlled higher than the surroundings. Thus, if the concave lens is controlled in reverse, a convex lens can be formed. Thereby, the lens power can be adjusted as a whole lens system, the conjugate object side distance can be adjusted, and autofocus can be achieved. That is, by using a convex lens, an object at a closer distance can be focused, and if there is a margin in the lens power variable range, a function such as a macro is also possible.
これにより、可動部無しにオートフォーカスが可能な液晶可変パワーレンズと、レンズ形状誤差、光学レンズ組込み誤差によるレンズ性能の劣化の補償が可能な液晶可変偏向プリズムを同時に達成できる液晶素子となり、複合機能を持った液晶素子が達成でき、メリットが大きい。 This makes it possible to achieve a liquid crystal element that can simultaneously achieve a liquid crystal variable power lens capable of autofocus without moving parts, and a liquid crystal variable deflection prism that can compensate for lens performance deterioration due to lens shape error and optical lens incorporation error, and has a combined function A liquid crystal device with a large thickness can be achieved, which is highly advantageous.
次に、本発明の撮像レンズにおけるさらに他の実施例について説明をする。
実施例1、実施例2に示した液晶可変偏向プリズムは、1軸性の偏向素子であるが、この液晶可変偏向プリズムを2個積層し、互いに直交するように配置すると、直交する2軸X、Y軸の偏向のコントロールが可能となり、任意の方向、大きさの偏向のコントロールが可能となる。
Next, still another embodiment of the imaging lens of the present invention will be described.
The liquid crystal variable deflection prisms shown in the first and second embodiments are uniaxial deflecting elements. However, if two liquid crystal variable deflection prisms are stacked and arranged so as to be orthogonal to each other, two orthogonal X axes Y-axis deflection can be controlled, and deflection in any direction and size can be controlled.
2軸のコントロールが可能な液晶可変偏向プリズムを説明する模式図を図6に示す。
X軸方向の液晶可変偏向プリズム61とY軸方向の液晶可変偏向プリズム62が積層され、X軸、Y軸の偏向がなされている様子が示されている。2つの液晶可変偏向プリズム61、62は、同一の構成で良く、直交配置するだけで良い。また、各液晶可変偏向プリズム61、62は、2層の液晶層を持ち各偏光成分の偏向を担当しているが、図6では、簡単のために省略した図になっている。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a liquid crystal variable deflection prism capable of biaxial control.
The liquid crystal variable deflection prism 61 in the X-axis direction and the liquid crystal
このように直交した2層の構成とすることにより、一方向に入射する光線を偏向させる先の実施例とは異なり、任意の方向、大きさの偏向のコントロールが可能となり、上述の実施例で示した、光学レンズ系との相対回転配置等の作業が不要となる。 Unlike the previous embodiment in which light beams incident in one direction are deflected, it is possible to control the deflection in an arbitrary direction and size by adopting such a two-layer structure orthogonal to each other. The work such as the relative rotation arrangement with the optical lens system shown is not necessary.
以上において本発明は、上述した実施例に限らず、種々変更可能である。例えば、各実施例中に記載した寸法などは一例であり、本発明はそれらの値に限定されるものではない。また、撮像レンズの仕様に応じて、第1の光学レンズ2が2枚以上の光学レンズで構成されていてもよいし、第2の光学レンズ4が1枚または3枚以上の光学レンズで構成され
ていてもよい。
In the above, this invention is not restricted to the Example mentioned above, A various change is possible. For example, the dimensions and the like described in each example are examples, and the present invention is not limited to these values. Further, according to the specification of the imaging lens, the first
以上のように、本発明にかかる撮像レンズは、小型・薄型化の制約が大きく、なおかつ高解像度が要求される撮像レンズに適し、特に、カメラ付き携帯電話機に適している。また、本発明は、通常の銀塩写真用のカメラ、デジタルカメラ、ムービーカメラまたは車等の後方確認用カメラなどのカメラにも適用可能な技術である。 As described above, the imaging lens according to the present invention is suitable for an imaging lens that is greatly limited in size and thickness and requires high resolution, and is particularly suitable for a mobile phone with a camera. The present invention is also applicable to cameras such as ordinary silver halide photography cameras, digital cameras, movie cameras, and rear confirmation cameras such as cars.
1 撮像レンズ
2 第1の光学レンズ
3 液晶可変偏向プリズム
4 第2の光学レンズ
5 第3の光学レンズ
6 Irフィルター
7 撮像面
8 固体撮像素子
21a、21b、21c 透明基板
22a、22b スペーサー
23a、23b 対向電極
24a、24b ストライプ電極
25a、25b 液晶層
27a、27b 電極引き出し部
41 液晶可変偏向プリズムホルダー
42 レンズ鏡筒
43 ベース
51 輪帯電極
52 接続部
53a、53b 電極引き出し部
61、62 液晶可変偏向プリズム
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記レンズ系は、入射光線の、光軸に垂直な平面内のある1つの軸に平行な偏光成分の光線方向を偏向する第1の液晶可変偏向プリズムと、前記入射光線の前記1つの軸に直交する偏光成分の光線方向を偏向する第2の液晶可変偏向プリズムとを備え、
前記第1、第2の液晶可変偏向プリズムによって、光線方向を所定の方向に可変制御可能としたことを特徴とする撮像レンズ。 In an imaging lens having a lens system and an imaging element that captures an optical image formed through the lens system,
The lens system includes: a first liquid crystal variable deflection prism that deflects a light beam direction of a polarization component parallel to a certain axis in a plane perpendicular to the optical axis of the incident light beam; and the one axis of the incident light beam. A second liquid crystal variable deflection prism that deflects the light beam direction of the orthogonal polarization component,
An imaging lens characterized in that the light direction can be variably controlled in a predetermined direction by the first and second liquid crystal variable deflection prisms.
前記第1の液晶層に入射する前記入射光線の光軸と垂直な平面内で、リニアな電圧分布を形成できるようになっており、
さらに、前記各第1、第2の液晶可変偏向プリズムにおける前記各第1のストライプ電極の方向が、互いに平行となる様に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像レンズ。 The first and second liquid crystal variable deflection prisms include a first stripe electrode and a first counter electrode that sandwich the first liquid crystal layer,
A linear voltage distribution can be formed in a plane perpendicular to the optical axis of the incident light beam incident on the first liquid crystal layer;
2. The imaging lens according to claim 1, wherein the first stripe electrodes of the first and second liquid crystal variable deflection prisms are arranged so that directions thereof are parallel to each other.
前記第1、第2の液晶可変偏向プリズムは、それぞれ可変偏向プリズムと可変焦点レンズの両方の機能を兼ね備えることを特徴とする請求項2に記載の撮像レンズ。 The first counter electrode is an annular electrode;
The imaging lens according to claim 2, wherein the first and second liquid crystal variable deflection prisms have both functions of a variable deflection prism and a variable focus lens.
さらに、前記各第1、第2の液晶可変偏向プリズムにおける前記各第2のストライプ電極の方向が、互いに平行となる様に配置されていることを特徴とする請求項2または3に記載の撮像レンズ。 The first and second liquid crystal variable deflection prisms are sandwiched between a second stripe electrode and a second counter electrode arranged at a predetermined angle with respect to the first stripe electrode, A second liquid crystal layer stacked on the liquid crystal layer;
The imaging according to claim 2 or 3, wherein directions of the second stripe electrodes in the first and second liquid crystal variable deflection prisms are arranged so as to be parallel to each other. lens.
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