JP2008176082A - Optical element, photographing optical system, imaging method and photographing method - Google Patents

Optical element, photographing optical system, imaging method and photographing method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element capable of further widening the range of variable focal distance. <P>SOLUTION: An optical element 10 includes a liquid lens that is formed by sealing a first liquid 20 and a second liquid 19, which does not mix with the first liquid 20, in a container 12 and capable of changing the shape of a boundary surface 21 between the first liquid 20 and second liquid 19 by changing a voltage (physical quantity) applied to the inside of the container 12. The optical element 10 has: half prisms 16 which are located on the first liquid 20 side and through which the optical axis X of the liquid lens passes so as to pass through the boundary surface between the first and second liquids 20 and 19; and an optical member 17 located on the second liquid 19 side and through which the optical axis X of the liquid lens passes so as to pass through the boundary surface between the first and second liquids 20 and 19. The half prisms 16 are provided with a selective light ray transmission/reflection face 16a. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、光学素子及びこの光学素子を有する撮影光学系と、これらを用いた結像方法及び撮影方法とに関する。   The present invention relates to an optical element, a photographing optical system including the optical element, and an imaging method and a photographing method using the optical element.

従来、フォーカシングや変倍などを行う光学系では、固定焦点距離レンズを光軸方向に移動させることで、これらのフォーカシング、変倍を行ってきた。固定焦点距離レンズを移動させるためには、モーターなどの動力源と、この動力源からの駆動力を固定焦点距離レンズの光軸方向への移動に変換するためのギアやカムなどのメカニカル機構が必要であったが、これらのメカニカル機構によって、カメラ等が大型化する、また、駆動音が発生するなどの問題があった。   Conventionally, in an optical system that performs focusing, zooming, and the like, focusing and zooming have been performed by moving a fixed focal length lens in the optical axis direction. In order to move the fixed focal length lens, there is a power source such as a motor and a mechanical mechanism such as a gear or a cam for converting the driving force from the power source into movement of the fixed focal length lens in the optical axis direction. Although necessary, these mechanical mechanisms have problems such as an increase in the size of a camera and the like, and generation of driving sound.

これらの問題を解決する方法として、エレクトロウェティング現象を用いた可変焦点距離レンズや、面形状変化によって焦点距離を変えることができる可変形状ミラーなどを用い、動力源やメカニカル機構なしに電気的にフォーカシングや変倍、視度調整などを行うことができる光学系が近年数多く提案されている(例えば、特許文献1または2参照)。   As a method to solve these problems, a variable focal length lens using electrowetting phenomenon, a variable shape mirror that can change the focal length by changing the surface shape, etc. are used electrically without a power source or mechanical mechanism. In recent years, many optical systems capable of performing focusing, zooming, diopter adjustment, and the like have been proposed (see, for example, Patent Document 1 or 2).

特開2001−249282号公報JP 2001-249282 A

特開2004−198636号公報JP 2004-198636 A

しかしながら、従来の光学素子では、各液体材料及び印加電圧の制限により可変焦点距離範囲を大きく取ることができないという課題があった。また、形状変化を反射面で行うように構成すると、可変反射面の形状誤差による光学収差への影響が大きくなるという課題があった。さらに、可変焦点距離素子を用いた光学系では、可変焦点距離素子の可変範囲と光路長には密接な関係があり、可変焦点距離素子の可変範囲を狭めるためには光路長を長くする必要があった。   However, the conventional optical element has a problem that a variable focal length range cannot be made large due to limitations of each liquid material and applied voltage. Further, when the shape change is performed on the reflecting surface, there is a problem that the influence on the optical aberration due to the shape error of the variable reflecting surface becomes large. Furthermore, in an optical system using a variable focal length element, there is a close relationship between the variable range of the variable focal length element and the optical path length, and it is necessary to increase the optical path length in order to narrow the variable range of the variable focal length element. there were.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、可変焦点距離範囲をより広げることが可能であり、可変面形状誤差による光学収差への影響が少なく、外観寸法をあまり大型化することなく光路長を長くすることができる光学素子及びこの光学素子を有する撮影光学系と、これらを用いた結像方法及び撮影方法を提供することを目的とする   The present invention has been made in view of such problems, and it is possible to further widen the variable focal length range, to reduce the influence on the optical aberration due to the variable surface shape error, and to make the external dimensions too large. It is an object of the present invention to provide an optical element capable of making the optical path length longer and a photographing optical system having the optical element, and an imaging method and a photographing method using the optical element.

前記課題を解決するために、本願に係る光学素子は、第1液体と、当該第1液体と混合しない第2液体とを備えて容器内に封入し、この容器内に加える物理量を変化させることで、第1液体と第2液体との境界面形状を変化させることが可能な液体レンズを有するものである。そして、この光学素子は、第1液体側に位置し、第1液体と第2液体との境界面を貫く液体レンズの光軸が貫く第1光学部材(例えば、実施形態におけるハーフプリズム16)と、第2液体側に位置し、第1液体と第2液体との境界面を貫く液体レンズの光軸が貫く第2光学部材(例えば、実施形態における光学部材17)とを有し、第1光学部材に選択的光線透過反射面が設けられている。   In order to solve the above-described problem, an optical element according to the present application includes a first liquid and a second liquid that is not mixed with the first liquid and encloses the container in a container, and changes a physical quantity applied to the container. Thus, a liquid lens that can change the shape of the boundary surface between the first liquid and the second liquid is provided. The optical element is located on the first liquid side, and a first optical member (for example, the half prism 16 in the embodiment) through which the optical axis of the liquid lens passes through the boundary surface between the first liquid and the second liquid. A second optical member (for example, the optical member 17 in the embodiment) that is located on the second liquid side and that penetrates the optical axis of the liquid lens that penetrates the boundary surface between the first liquid and the second liquid. The optical member is provided with a selective light transmission / reflection surface.

この光学素子において、第2光学部材に反射面が設けられ、入射した光線が、光の進む順に第1液体及び第2液体を通過後、反射面で反射し、再び第2液体及び第1液体を通過して、射出されるように構成されるのが好ましい。   In this optical element, the second optical member is provided with a reflecting surface, and the incident light beam is reflected by the reflecting surface after passing through the first liquid and the second liquid in the order in which the light travels, and again the second liquid and the first liquid. And is preferably configured to be injected through.

また、第1液体および第2液体のいずれか一方は導電性であり、他方は絶縁性であるのが好ましい。さらに、上記物量は電圧であるのが好ましい。   Moreover, it is preferable that either one of the first liquid and the second liquid is conductive and the other is insulating. Furthermore, the quantity is preferably a voltage.

上記光学素子において、第1光学部材は、少なくとも2つ以上のプリズムを接合して構成されていることが好ましい。   In the optical element, it is preferable that the first optical member is configured by joining at least two or more prisms.

さらに、選択的光線透過反射面が、2つのプリズムの接合面に配置されていることが好ましい。あるいは、選択的光線透過反射面を有する光学部材は、偏光ビームスプリッタで構成されていることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the selective light transmitting / reflecting surface is disposed on the joint surface of the two prisms. Or it is preferable that the optical member which has a selective light transmissive reflective surface is comprised with the polarizing beam splitter.

また、上記光学素子は、液体レンズの内壁面が境界面に対して液体レンズの光軸の周りの全周で接して構成されるのが好ましい。この場合に、この液体レンズの内壁面を形成する部材に設けられた電極(例えば、実施形態における第2電極13)と、この電極と、第1液体及び第2液体との間に設けられた絶縁手段(例えば、実施形態における第2絶縁体15)とを有し、導電性の液体と電極との間に電圧を印加することにより境界面形状を変化させるように構成されることが好ましい。   The optical element is preferably configured such that the inner wall surface of the liquid lens is in contact with the boundary surface at the entire circumference around the optical axis of the liquid lens. In this case, an electrode (for example, the second electrode 13 in the embodiment) provided on a member that forms the inner wall surface of the liquid lens, and the electrode is provided between the first liquid and the second liquid. It is preferable to have an insulating means (for example, the second insulator 15 in the embodiment) and to change the shape of the boundary surface by applying a voltage between the conductive liquid and the electrode.

このとき、第1液体及び第2液体はほぼ同密度であることが好ましい。   At this time, it is preferable that the first liquid and the second liquid have substantially the same density.

また、上記光学素子において、第1液体及び第2液体は異なる屈折率を有するように構成されるのが好ましい。   In the optical element, the first liquid and the second liquid are preferably configured to have different refractive indexes.

なお、上記光学素子は、液体レンズの内壁面が、液体レンズの光軸に対して回転対称に形成されていることが好ましい。   In the optical element, it is preferable that the inner wall surface of the liquid lens is formed rotationally symmetric with respect to the optical axis of the liquid lens.

また、本願に係る撮影光学系は、全体として正の屈折力を有し、光路中に、上述の光学素子のいずれかを有して構成される。このとき、この撮影光学系は、物体側から光軸に沿って順に、第1の固定焦点距離レンズ(例えば、実施形態における負メニスカスレンズ31)と、上述の光学素子と、正の屈折力を有する複数のレンズとを有して構成されることが好ましい。   In addition, the photographing optical system according to the present application has a positive refractive power as a whole, and includes any of the optical elements described above in the optical path. At this time, the photographing optical system has a first refractive focal length lens (for example, the negative meniscus lens 31 in the embodiment), the above-described optical element, and a positive refractive power in order from the object side along the optical axis. It is preferable to have a plurality of lenses.

さらに、本願に係る結像方法は、上述の光学素子のいずれかを用いて結像する方法であり、本願に係る撮影方法は、上述の撮影光学系により撮影する方法である。   Furthermore, the imaging method according to the present application is a method of forming an image using any of the above-described optical elements, and the imaging method according to the present application is a method of imaging with the above-described imaging optical system.

本願に係る光学素子、この光学素子を用いた撮影光学系、並びに、これらを用いた結像方法及び撮影方法を以上のように構成すると、可変焦点距離範囲をより広げることが可能で、可変面形状誤差による光学収差への影響が少なく、外観寸法をあまり大型化することなく光路長を長くできる光学素子を提供することができるとともに、この光学素子を用いた撮影光学系と、これらを用いた結像方法及び撮影方法を提供することができる。   When the optical element according to the present application, the photographing optical system using the optical element, and the imaging method and the photographing method using the optical element are configured as described above, the variable focal length range can be further expanded, and the variable surface It is possible to provide an optical element that has a small influence on optical aberration due to shape error and can increase the optical path length without enlarging the external dimensions, and a photographing optical system using this optical element, and using these An imaging method and an imaging method can be provided.

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図1を用いて本発明に係る光学素子について説明する。この光学素子10は、導電性材料が円筒形の碗状に形成された第1電極11、プラスチック等の絶縁性材料が円筒状に形成された容器12、導電性材料が二重円筒状に形成された第2電極13、絶縁性材料が円筒状に形成された第1絶縁体14、光を透過する絶縁性材料が円筒形の碗状に形成された第2絶縁体15、光を透過する材料で形成された2個のプリズムが接合され、その接合面に選択的光線透過反射面16aが形成された第1光学部材であるハーフプリズム16、及び、光を透過する材料が円板状に形成された第2光学部材17から構成される。なお、選択的光線透過反射面16aは、光線の一部を透過し、残りを反射する面であり、このハーフプリズム16の代わりに偏光ビームスプリッタを用いることも可能である。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the optical element according to the present invention will be described with reference to FIG. The optical element 10 includes a first electrode 11 in which a conductive material is formed in a cylindrical bowl shape, a container 12 in which an insulating material such as plastic is formed in a cylindrical shape, and a conductive material in a double cylindrical shape. The second electrode 13 formed, the first insulator 14 in which the insulating material is formed in a cylindrical shape, the second insulator 15 in which the insulating material that transmits light is formed in a cylindrical bowl shape, and transmits light. Two prisms made of material are joined, and a half-prism 16 that is a first optical member having a selective light transmitting / reflecting surface 16a formed on the joined surface, and a material that transmits light in a disc shape. The second optical member 17 is formed. The selective light transmitting / reflecting surface 16 a is a surface that transmits a part of the light and reflects the rest, and a polarizing beam splitter can be used instead of the half prism 16.

第2電極13は、断面がコの字状に形成されており、容器12の内周面、下面及び外周面を覆うように取り付けられている。また、第1絶縁体14の外径は、第2電極13及び容器12の内径と略同一大きさに形成されており、第2電極13及び容器12の内周面に対して、第1絶縁体14が挿入されて取り付けられている。さらに、第2絶縁体15の外径は、第1絶縁体14の内径と略同一大きさに形成されており、この第2絶縁体15の開口部15aが上方に向くように、第1絶縁体14内に挿入されて取り付けられている。   The second electrode 13 has a U-shaped cross section and is attached so as to cover the inner peripheral surface, the lower surface, and the outer peripheral surface of the container 12. Further, the outer diameter of the first insulator 14 is formed to be approximately the same as the inner diameter of the second electrode 13 and the container 12, and the first insulating body 14 has the first insulation with respect to the inner peripheral surfaces of the second electrode 13 and the container 12. A body 14 is inserted and attached. Further, the outer diameter of the second insulator 15 is formed to be approximately the same as the inner diameter of the first insulator 14, and the first insulating member 15 has an opening 15 a facing upward. It is inserted into the body 14 and attached.

この容器12に対して第2電極13、第1絶縁体14及び第2絶縁体15が取り付けられた状態で、これらの下面は略同一平面上に位置しており、この下面に対してハーフプリズム16が接合されている。また、容器12、第1絶縁体14及び第2絶縁体15の上面も略同一平面上に位置しており、この上面に対して第1電極11の開口部11aが上方に向くように底部11bが接合されている。第1電極11の底部11bには、円形の開口窓11cが設けられており、この開口窓11cの内径は、第2絶縁体15の開口部15aの内径よりやや小さく形成されており、開口窓11cと開口部15aとはその回転対称軸(後述する液体レンズの光軸X)が一致している。また、第1電極11の内径と第2光学部材17の外形とは略同一大きさに形成されており、この第1電極11には、開口部11aから内部に第2光学部材17が挿入されて取り付けられており、この第2光学部材17が開口窓11cを塞いでいる。なお、第2光学部材17の上端面には、反射率の高い材料が蒸着された反射層18が形成され反射面18aとして機能している。   With the second electrode 13, the first insulator 14, and the second insulator 15 attached to the container 12, the lower surfaces thereof are located on substantially the same plane, and the half prism is disposed on the lower surface. 16 is joined. Further, the top surfaces of the container 12, the first insulator 14, and the second insulator 15 are also located on substantially the same plane, and the bottom portion 11b so that the opening portion 11a of the first electrode 11 faces upward with respect to the top surface. Are joined. The bottom 11b of the first electrode 11 is provided with a circular opening window 11c. The inner diameter of the opening window 11c is slightly smaller than the inner diameter of the opening 15a of the second insulator 15, and the opening window 11c and the opening 15a have the same rotational symmetry axis (the optical axis X of the liquid lens described later). Further, the inner diameter of the first electrode 11 and the outer shape of the second optical member 17 are formed to be substantially the same size, and the second optical member 17 is inserted into the first electrode 11 from the opening 11a. The second optical member 17 closes the opening window 11c. Note that a reflective layer 18 on which a highly reflective material is deposited is formed on the upper end surface of the second optical member 17 and functions as the reflective surface 18a.

第2絶縁体15と第1電極11及び第2光学部材17とで囲まれた空間には、導電性の塩化リチウム水溶液(これを「第2液体19」と呼ぶ)と、この第2液体19と同密度の絶縁性のシリコンオイル(これを「第1液体20」と呼ぶ)とが充填されて封入されている。このとき、第2液体19と第1液体20とは混合せず、表面張力により境界面21が形成され(図1においては第2液体19が境界面21の上側の第2光学部材17側に、第1液体20は境界面21の下側の第1光学部材であるハーフプリズム16側に位置する)、この境界面21を境にこれらの液体19,20が配置されて液体レンズをなしている。なお、第1液体20と第2液体19とが同密度で構成されることで、境界面21へ重力が全く影響しなくなるため、この境界面21にかかる重力方向の影響を回避することができ、また、振動による混合を回避することができる。   In a space surrounded by the second insulator 15, the first electrode 11, and the second optical member 17, a conductive lithium chloride aqueous solution (referred to as “second liquid 19”) and the second liquid 19 And filled with insulating silicon oil having the same density (referred to as “first liquid 20”). At this time, the second liquid 19 and the first liquid 20 are not mixed, and a boundary surface 21 is formed by surface tension (in FIG. 1, the second liquid 19 is located on the second optical member 17 side above the boundary surface 21. The first liquid 20 is located on the half prism 16 side which is the first optical member below the boundary surface 21), and the liquids 19 and 20 are arranged with the boundary surface 21 as a boundary to form a liquid lens. Yes. In addition, since the first liquid 20 and the second liquid 19 are configured to have the same density, gravity does not affect the boundary surface 21 at all. Therefore, the influence of the gravity direction on the boundary surface 21 can be avoided. In addition, mixing by vibration can be avoided.

図1において、第2絶縁体15の内壁面15bは回転対称に形成されており、この内壁面15bに対する回転対称軸と液体レンズの光軸Xは一致し、この液体レンズの光軸Xは、ハーフプリズム16、境界面21及び第2光学部材17を貫いている。ハーフプリズム16の左方から入射した光線の一部は選択的光線透過反射面16aで上方に反射され液体レンズの光軸Xを光軸として第2絶縁体15に入射する。すなわち、入射光線光軸Iは、ハーフプリズム16で折り曲げられた状態で、液体レンズの光軸Xとほぼ一致している。そして、第2絶縁体を透過した光線は、第1液体20、第2液体19及び第2光学部材17を透過し、反射層18の下面(反射面18a)で反射し、再び、第2光学部材17、第2液体19及び第1液体20を透過してハーフプリズム16に入射し、この光線の一部が選択的光線透過反射面16aを透過して、液体レンズの光軸Xと一致する光軸の光線として射出される。すなわち、この液体レンズの光軸Xは、上方から下方に向かって射出する射出光線Oの光軸と一致している。   In FIG. 1, the inner wall surface 15b of the second insulator 15 is formed rotationally symmetrical, the rotational symmetry axis with respect to the inner wall surface 15b coincides with the optical axis X of the liquid lens, and the optical axis X of the liquid lens is It passes through the half prism 16, the boundary surface 21, and the second optical member 17. A part of the light beam incident from the left side of the half prism 16 is reflected upward by the selective light transmission / reflection surface 16a and is incident on the second insulator 15 with the optical axis X of the liquid lens as the optical axis. That is, the incident light optical axis I is substantially coincident with the optical axis X of the liquid lens in a state where it is bent by the half prism 16. Then, the light beam that has passed through the second insulator passes through the first liquid 20, the second liquid 19, and the second optical member 17, and is reflected by the lower surface (reflecting surface 18a) of the reflective layer 18, and again the second optical. The member 17, the second liquid 19, and the first liquid 20 are transmitted and enter the half prism 16, and a part of the light beam is transmitted through the selective light transmission / reflection surface 16 a and coincides with the optical axis X of the liquid lens. It is emitted as a light beam on the optical axis. That is, the optical axis X of the liquid lens coincides with the optical axis of the outgoing light beam O emitted from the upper side to the lower side.

この光学素子10において、第1液体20と第2液体19との境界面21は、液体レンズの光軸X周りの全周で内壁面15bに接している。また、第2電極13は第1及び第2絶縁体14,15により第1液体20及び第2液体19とは絶縁されており、一方、第1電極11の開口部11cは第2液体19に接して電気的に接続されている。したがって、第1電極11及び第2電極13に物理量である電圧を印加することで、境界面21と内壁面15bとの表面張力を変更可能であり、電圧の変化に対して、境界面形状の変更が可能な構成となっている。ここで、第2液体19のd線における屈折率はn=1.41であり、第1液体20のd線における屈折率はn=1.55であることから、電圧変化に伴う境界面形状の変化により、この光学素子10全体の焦点距離を変更可能としている。また、光線は境界面21を2回通過することになり、この境界面21を1回通過する場合に比べて約2倍の屈折力を得ることができ、可変焦点距離範囲をより広げることが可能な光学素子を提供することができる。   In the optical element 10, the boundary surface 21 between the first liquid 20 and the second liquid 19 is in contact with the inner wall surface 15 b on the entire circumference around the optical axis X of the liquid lens. The second electrode 13 is insulated from the first liquid 20 and the second liquid 19 by the first and second insulators 14 and 15, while the opening 11 c of the first electrode 11 is not connected to the second liquid 19. It is in contact and electrically connected. Therefore, by applying a voltage which is a physical quantity to the first electrode 11 and the second electrode 13, the surface tension between the boundary surface 21 and the inner wall surface 15b can be changed. The configuration can be changed. Here, the refractive index of the second liquid 19 at the d-line is n = 1.41, and the refractive index of the first liquid 20 at the d-line is n = 1.55. Thus, the focal length of the entire optical element 10 can be changed. In addition, the light beam passes through the boundary surface 21 twice, so that it is possible to obtain approximately twice the refractive power as compared with the case of passing through the boundary surface 21 once, and the variable focal length range can be further expanded. Possible optical elements can be provided.

このとき、可変焦点面(境界面21)は屈折面であるため、反射面を可変焦点面に利用した場合に比べて可変面形状誤差の影響を受けにくく、可変面形状誤差による光学収差への影響が少ない光学素子を提供することができる。さらに、選択的光線透過反射面16aから反射面18aまでの距離を光線が2回通過することにより、効率的に光路長を延ばすことが可能であり、外観寸法をあまり大型化することなく光路長を長くできる光学素子を提供することができる。   At this time, since the variable focal plane (boundary plane 21) is a refracting plane, it is less affected by the variable plane shape error compared to the case where the reflecting surface is used as the variable focal plane, and the optical aberration due to the variable plane shape error is reduced. An optical element with little influence can be provided. Furthermore, since the light beam passes through the distance from the selective light transmitting / reflecting surface 16a to the reflecting surface 18a twice, the optical path length can be efficiently extended, and the optical path length can be increased without increasing the external dimensions. The optical element which can lengthen can be provided.

なお、以上の説明においては、第2絶縁体15の内壁面15bを回転対称に形成した場合について説明したが、本実施例がこの形状に限定されることはなく、例えば内壁面15bの形状を、液体レンズの光軸Xを含む面対称に構成することも可能である。あるいは内壁面15bは非対称形状であっても良い。また、第1液体20及び第2液体19として、屈折率がほぼ同一で、アッベ数が異なる2つの液体を用いることにより、電圧変化に伴う境界面形状の変化により、この光学素子10全体の色収差を変更可能に構成することもできる。また、第1絶縁体14と第2絶縁体15を透明な一体の絶縁体で構成しても良い。あるいは、第1絶縁体14と第2絶縁体15を透明な絶縁性薄膜で構成することもできる。   In the above description, the case where the inner wall surface 15b of the second insulator 15 is formed rotationally symmetrical has been described. However, the present embodiment is not limited to this shape. For example, the shape of the inner wall surface 15b is It is also possible to configure a plane symmetry including the optical axis X of the liquid lens. Alternatively, the inner wall surface 15b may be asymmetric. Further, by using two liquids having substantially the same refractive index and different Abbe numbers as the first liquid 20 and the second liquid 19, the chromatic aberration of the entire optical element 10 is caused by a change in the boundary surface shape accompanying a voltage change. Can be configured to be changeable. Moreover, you may comprise the 1st insulator 14 and the 2nd insulator 15 with a transparent integrated insulator. Or the 1st insulator 14 and the 2nd insulator 15 can also be comprised with a transparent insulating thin film.

次に、図2を用いて撮影光学系に対して上述の光学素子を適用した場合について説明する。この撮影光学系30は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ31、上述の光学素子10及び両凸レンズ32からなる第1レンズ群33と、両凹レンズ、両凹レンズ及び両凸レンズからなり負の屈折力を有する第2レンズ群34と、両凸レンズ、両凸レンズ及び両凹レンズからなり正の屈折力を有する第3レンズ群35と、両凸レンズ、両凸レンズ及び両凹レンズからなり正の屈折力を有する第4レンズ群36と、光学ローパスフィルタ37と、撮像素子38とから構成される。なお、図2よりこの撮像光学系30は4つの正の屈折力を有するレンズが設けられていることが分かる。   Next, a case where the above-described optical element is applied to the photographing optical system will be described with reference to FIG. The photographing optical system 30 includes, in order from the object side, a negative meniscus lens 31 having a convex surface directed toward the object side, a first lens group 33 including the optical element 10 and the biconvex lens 32, a biconcave lens, a biconcave lens, and a biconvex lens. A second lens group 34 having a negative refractive power, a third lens group 35 having a positive refractive power made up of a biconvex lens, a biconvex lens and a biconcave lens, and a positive lens comprising a biconvex lens, a biconvex lens and a biconcave lens. The lens unit 36 includes a fourth lens group 36 having a refractive power, an optical low-pass filter 37, and an image sensor 38. 2 that the imaging optical system 30 is provided with four lenses having positive refractive power.

図2の左方から第1レンズ群33に入射した光線は、第1の固定焦点距離レンズである負メニスカスレンズ31に入射し、さらにハーフプリズム16に入射してこの光線の一部が選択的光線透過反射面16aで上方に反射され、第1液体20、第2液体19及び第2光学部材17を透過して反射面18aで反射する。そして、再び同じ光路を透過してハーフプリズム16に再度入射し、一部の光線が選択的光線透過反射面16aを透過してハーフプリズム16の下方から射出され、凸レンズ32、第2〜第4レンズ群34〜36及び光学ローパスフィルタ37を透過して撮像素子38に結像する。そのため、この撮影光学系30において、光学素子10は、焦点距離変換機能によって、第2レンズ群34への入射光を変化させ、ズームレンズのコンペンセータ及び合焦をさせている。   A light ray incident on the first lens group 33 from the left side of FIG. 2 is incident on the negative meniscus lens 31 which is the first fixed focal length lens, and further incident on the half prism 16, and a part of the light beam is selectively selected. The light is reflected upward by the light transmitting / reflecting surface 16a, passes through the first liquid 20, the second liquid 19, and the second optical member 17, and is reflected by the reflecting surface 18a. Then, the light passes through the same optical path again and enters the half prism 16 again. A part of the light passes through the selective light transmitting / reflecting surface 16a and is emitted from below the half prism 16, and the convex lens 32, second to fourth. The light passes through the lens groups 34 to 36 and the optical low-pass filter 37 and forms an image on the image sensor 38. For this reason, in this photographing optical system 30, the optical element 10 changes the incident light to the second lens group 34 by the focal length conversion function, and makes the compensator and focus of the zoom lens.

本実施例に示す光学素子及び撮影光学系を以上のように構成し、これらの光学素子等による結像方法及び撮影方法を用いると、可変焦点距離をより広げることが可能で、可変面形状誤差による光学収差への影響が少なく、外観寸法をあまり大型化することなく光路長を長くできる光学素子を提供することができるとともに、この光学素子を用いた撮影光学系と、これらを用いた結像方法及び撮影方法を提供することができる。   When the optical element and the photographing optical system shown in the present embodiment are configured as described above and the imaging method and the photographing method using these optical elements are used, the variable focal length can be further increased, and the variable surface shape error can be increased. It is possible to provide an optical element that can increase the optical path length without significantly increasing the external dimensions, and to provide an imaging optical system using the optical element, and imaging using the optical element. A method and an imaging method can be provided.

なお、本実施例に係る光学素子は、焦点距離変換手段を用いて光スイッチや、光ディスク用ピックアップレンズ光学系のNA変換機能などにも利用可能である。また、本発明の液体容器の形態は、同じ機能を有していれば本明細書中に示される実施例に限定されることはない。また、液体材料(第1及び第2液体)は、同じ機能を有していれば、本明細書中に示される実施例に限定されることはない。   The optical element according to the present embodiment can also be used for an optical switch using a focal length conversion means, an NA conversion function of an optical disk pickup lens optical system, and the like. Further, the form of the liquid container of the present invention is not limited to the examples shown in the present specification as long as they have the same function. Further, the liquid material (first and second liquids) is not limited to the examples shown in the present specification as long as they have the same function.

本発明に係る光学素子の側断面図である。It is a sectional side view of the optical element which concerns on this invention. 上記光学素子を用いた撮影光学系の側断面図である。It is a sectional side view of the imaging optical system using the said optical element.

符号の説明Explanation of symbols

10 光学素子 12 容器 13 第2電極(電極)
15 第2絶縁体(絶縁手段) 15b 内壁面
16 ハーフプリズム(第1光学部材) 16a 選択的光線透過反射面
17 第2光学部材 18a 反射面
19 第2液体 20 第1液体 21 境界面
30 撮影光学系 31 負メニスカスレンズ(第1固定焦点距離レンズ)
X 液体レンズの光軸
10 optical element 12 container 13 second electrode (electrode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 2nd insulator (insulating means) 15b Inner wall surface 16 Half prism (1st optical member) 16a Selective light transmissive reflective surface 17 2nd optical member 18a Reflecting surface 19 2nd liquid 20 1st liquid 21 Boundary surface 30 Imaging optics System 31 Negative meniscus lens (first fixed focal length lens)
X Optical axis of liquid lens

Claims (16)

第1液体と、当該第1液体と混合しない第2液体とを備えて容器内に封入し、前記容器内に加える物理量を変化させることで、前記第1液体と前記第2液体との境界面形状を変化させることが可能な液体レンズを有する光学素子であって、
前記第1液体側に位置し、前記第1液体と前記第2液体との境界面を貫く前記液体レンズの光軸が貫く第1光学部材と、
前記第2液体側に位置し、前記第1液体と前記第2液体との境界面を貫く前記液体レンズの光軸が貫く第2光学部材とを有し、
前記第1光学部材に選択的光線透過反射面が設けられている光学素子。
A first liquid and a second liquid that is not mixed with the first liquid are sealed in a container, and a physical quantity applied to the container is changed, thereby changing a boundary surface between the first liquid and the second liquid. An optical element having a liquid lens capable of changing its shape,
A first optical member located on the first liquid side and penetrating an optical axis of the liquid lens penetrating a boundary surface between the first liquid and the second liquid;
A second optical member located on the second liquid side and penetrating an optical axis of the liquid lens penetrating a boundary surface between the first liquid and the second liquid;
An optical element in which the first optical member is provided with a selective light transmitting / reflecting surface.
前記第2光学部材に反射面が設けられ、
入射した光線が、光の進む順に前記第1液体及び前記第2液体を通過後、前記反射面で反射し、再び前記第2液体及び前記第1液体を通過して、射出されるように構成された請求項1に記載の光学素子。
A reflective surface is provided on the second optical member;
An incident light beam is configured to pass through the first liquid and the second liquid in the order in which the light travels, then be reflected by the reflecting surface, and then pass through the second liquid and the first liquid again to be emitted. The optical element according to claim 1.
前記第1液体および前記第2液体のいずれか一方は導電性であり、他方は絶縁性である請求項1もしくは2に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein one of the first liquid and the second liquid is conductive, and the other is insulating. 前記物量は電圧である請求項1〜3のいずれかに記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the physical quantity is a voltage. 前記第1光学部材は、少なくとも2つ以上のプリズムを接合して構成されている請求項1〜4のいずれかに記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the first optical member is configured by joining at least two or more prisms. 前記選択的光線透過反射面は、前記2つのプリズムの接合面に配置されている請求項5に記載の光学素子。   The optical element according to claim 5, wherein the selective light transmission / reflection surface is disposed on a joint surface between the two prisms. 前記選択的光線透過反射面を有する光学部材は、偏光ビームスプリッタで構成されている請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学素子。   The optical element according to any one of claims 1 to 4, wherein the optical member having the selective light transmission / reflection surface is configured by a polarization beam splitter. 前記液体レンズの内壁面は前記境界面に対して前記液体レンズの光軸の周りの全周で接して構成された請求項1〜7のいずれかに記載の光学素子。   The optical element according to any one of claims 1 to 7, wherein an inner wall surface of the liquid lens is in contact with the boundary surface at an entire circumference around an optical axis of the liquid lens. 前記液体レンズの内壁面を形成する部材に設けられた電極と、
前記電極と、前記第1液体及び前記第2液体との間に設けられた絶縁手段とを有し、
前記導電性の液体と前記電極との間に電圧を印加することにより前記境界面形状を変化させるように構成された請求項8に記載の光学素子。
An electrode provided on a member forming an inner wall surface of the liquid lens;
Having an insulating means provided between the electrode and the first liquid and the second liquid;
The optical element according to claim 8, wherein the interface shape is changed by applying a voltage between the conductive liquid and the electrode.
前記第1液体及び前記第2液体はほぼ同密度である請求項1〜9のいずれか一項に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the first liquid and the second liquid have substantially the same density. 前記第1液体及び前記第2液体は異なる屈折率を有するように構成された請求項1〜10のいずれかに記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the first liquid and the second liquid are configured to have different refractive indexes. 前記液体レンズの内壁面が、前記液体レンズの光軸に対して回転対称に形成された請求項1〜11のいずれかに記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein an inner wall surface of the liquid lens is formed rotationally symmetrical with respect to an optical axis of the liquid lens. 全体として正の屈折力を有する撮影光学系であって、
光路中に、請求項1〜12のいずれかに記載の光学素子を有して構成された撮影光学系。
An imaging optical system having a positive refractive power as a whole,
A photographic optical system comprising the optical element according to any one of claims 1 to 12 in an optical path.
物体側から光軸に沿って順に、
第1の固定焦点距離レンズと、
前記光学素子と、
正の屈折力を有する複数のレンズとを有する請求項13に記載の撮影光学系。
In order from the object side along the optical axis,
A first fixed focal length lens;
The optical element;
The photographing optical system according to claim 13, further comprising a plurality of lenses having a positive refractive power.
請求項1〜12のいずれかに記載の光学素子を用いて結像する結像方法。   An imaging method for forming an image using the optical element according to claim 1. 請求項13または14に記載の撮影光学系により撮影する撮影方法。   A photographing method for photographing with the photographing optical system according to claim 13 or 14.
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