JP4702633B2 - 液体レンズを有するズーム光学系 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳのようなイメージセンサーを用いるカメラモジュール用ズーム光学系に関し、より詳しくは、液体レンズを使用して駆動するレンズ群の数が少なく、小型かつ機構的構造が簡単であり、高解像度を得ることができる液体レンズを有するズーム光学系に関する。

一般的にカメラは多数個のレンズを備えており、多数のレンズを移動させその相対距離を変化させることによって、光学ズーム機能、自動焦点調整機能、接写機能を行うように構成される。

特に、近年ではカメラ付き移動通信端末機またはＰＤＡ（個人携帯用情報端末機）が登場し停止画像及び動画の撮影が可能となり、高解像度及び高画質の撮影のためにカメラの性能が徐々に改善されつつある。即ち、ユーザの期待に応えるために光学ズーム機能、自動焦点調節機能、接写機能などを有するカメラモジュールが装着された移動通信端末機などが登場している。

しかし、このような機能を行うためにはレンズの駆動のための駆動手段が必要であるため、小型化されたカメラモジュールが得難いという問題点がある。

特に、光学ズーム機能を行うためには２つ以上のレンズ群を移送して変倍と焦点調整を行わなければならないためレンズ駆動手段が多く必要となり、小型化に反するだけでなく、機構的制限が大きく、重量が増加し、消費電力が多く必要となるという問題点が生じる。

従って、１つのレンズ群だけを移送しても充分な変倍性能と高解像度を得ることができるズーム光学系が要される。

本発明は、上記のような問題点を解決するためのもので、一つのレンズ群のみを移送させることにより小型化が可能であり、機構的な制限、電力消耗及び重量が少ない液体レンズを有するズーム光学系を提供することを目的とする。

また、薄型の移動通信端末機などに適用できるように厚さが薄いズーム光学系を提供することを目的とする。

さらに、少ない枚数のレンズを使用しながらも高解像度の実現が可能であり、各種収差の特性が優れながらも変倍性能が優れるズーム光学系を提供することを目的とする。

また、移動通信端末機のように超小型化及び落下信頼性が要求される製品に装着できるズーム光学系を提供することを目的とする。

上記のような目的を達成するための一側面として本発明は、少なくとも一つ以上のレンズと、前記レンズを通じて入射された光の経路を変更させるプリズムを備え、全体的に負の屈折力を有し且つ固定された第１レンズ群と、全体的に正の屈折力を有し、変倍を行う際移送される第２レンズ群と、印加される電圧によって内部に含まれた導電性または有極性の第１液体及び前記第１液体と互いに混合しない第２液体の間に形成される液体境界面の曲率半径が変わり、前記液体境界面が屈折面の役割をする液体レンズを備え、前記第２レンズ群の変倍を行うことによる像面補正を行い、全体的に正の屈折力を有し且つ固定された第３レンズ群と、からなり、前記液体レンズは、物体側から順に物体側カバーレンズ、前記第１液体から成る第１液体レンズ要素、前記第２液体から成る第２液体レンズ要素及び像側カバーレンズを含んでなり、前記液体レンズを構成する前記カバーレンズの形状に関して次の条件式２を満足する、液体レンズを有するズーム光学系を提供する。

（ここで、ＲＣ１は物体側カバーレンズの物体側面の曲率半径、ＲＣ２は像側カバーレンズの像側面の曲率半径である。）

好ましくは、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の屈折力に関して次の条件式１を満足することができる。

（ここで、Ｆ３は第３レンズ群の全体焦点距離、Ｆ２は第２レンズ群の全体焦点距離である。）

さらに好ましくは、前記第１レンズ群は、物体側の最も近くに位置した第１レンズと、前記第１レンズの後端に位置したプリズムを備え、前記第１レンズと前記プリズムに関して次の条件式３を満足することができる。

（ここで、Ｒ２は第１レンズの像側面の曲率半径、ｔ２は第１レンズの像側面からプリズムまでの距離である。）

また好ましくは、前記第１レンズ群と前記第３レンズ群の屈折力に関して次の条件式４を満足することができる。

（ここで、Ｆ３は第３レンズ群の全体焦点距離、Ｆ１は第１レンズ群の全体焦点距離である。）

好ましくは、前記第２レンズ群と前記プリズムの間に次の条件式５を満足することができる。

（ここで、ｔｐｗは広角端におけるプリズムから第２レンズ群の物体側の最も近くに位置したレンズの物体側面までの距離、Ｆｗは広角端におけるズーム光学系の全体焦点距離である。）

この際、前記プリズムを有する面は、平面または曲面から成ることができ、前記第２レンズ群は、広角端から望遠端への変倍の際前記第１レンズ群との間隔が減少するように移送されながら変倍を行うことができる。

他の側面として本発明は、第１レンズと、前記第１レンズを通じて入射された光の経路を変更させるプリズムを備え、全体的に負の屈折力を有し且つ固定された第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズを備え、広角端から望遠端への変倍の際、前記第１レンズ群との間隔が減少するように移送されながら変倍を行う第２レンズ群と、印加される電圧によって内部に含まれた導電性または有極性の第１液体及び前記第１液体と互いに混合しない第２液体の間に形成される液体境界面の曲率半径が変わり、前記液体境界面が屈折面の役割をする液体レンズと、少なくとも一つの屈折面が非球面であるレンズを備え、前記第２レンズ群の変倍を行うことによる像面補正を行い、全体的に正の屈折力を有し且つ固定された第３レンズ群と、からなり、前記液体レンズは、物体側から順に物体側カバーレンズ、前記第１液体から成る第１液体レンズ要素、前記第２液体から成る第２液体レンズ要素及び像側カバーレンズを含んでなり、前記液体レンズを構成する前記カバーレンズの形状に関して次の条件式２を満足する、液体レンズを有するズーム光学系を提供する。

（ここで、ＲＣ１は物体側カバーレンズの物体側面の曲率半径、ＲＣ２は像側カバーレンズの像側面の曲率半径である。）

本発明によれば、充分な変倍性能の確保と小型化が可能でありながら高解像度を得ることができ、かつ各種収差の特性が優れるという効果を奏する。

また、本発明は液体レンズを使用することによって一つのレンズ駆動手段のみ必要であるので、従来の方式に比べ機構的な制限、電力消費や重量が少なく、組み立て及び駆動の際に発生する傾きなどの問題点を改善できるようになる。

そして、液体レンズを用いて像面補正を行い、プリズムを通じて光経路を変更させることにより超小型のカメラモジュールに適用することができるという効果を奏する。

また、液体レンズのカバーに該当するレンズの屈折面中の少なくとも一つの屈折面を球面または非球面の曲面で形成することによって、所定の光学的特性を実現するのに必要なレンズの枚数を減らすことができ光学系の小型化を実現することが可能になる。

そして、プリズム面中の一部を曲面で形成することにより少ないレンズの枚数でも光学的特性の改善が可能であるという効果を奏する。

また、液体レンズを第３レンズ群に含ませることにより落下（衝撃）信頼性を確保することができ、かつ移動通信端末機に使用する場合には安定的な使用が可能であるという効果を得ることができる。

以下、本発明の実施例について添付された図面に沿ってより詳しく説明する。

図１、図８及び図１５は、それぞれ本発明の第１乃至第３実施例によるズーム光学系のレンズ配置を示したレンズの構成図である。図面においてレンズの厚さ、大きさ、形状は、説明のためにやや誇張されて示され、特に図面で提示された球面及び非球面の形状は一例として提示されただけであって、この形状に限定されない。

図１、図８及び図１５に示すように、本発明によるズーム光学系は物体側から順に、負の屈折力を有し且つ固定された第１レンズ群（ＬＧ１）と、正の屈折力を有し変倍の際移送する第２レンズ群（ＬＧ２）と、液体レンズ（ＬＬ）と上記液体レンズ（ＬＬ）の前端または後端に配置された少なくとも一つのレンズを備え、正の屈折力を有し且つ固定された第３レンズ群（ＬＧ３）とを含む。

この際、第１レンズ群（ＬＧ１）は負の屈折力を有する第１レンズ（Ｌ１）と、上記第１レンズを通じて入射された光の経路を変更させるプリズム（Ｐ）を備え、変倍の際固定された位置状態を維持する。また、第２レンズ群（ＬＧ２）は正の屈折力を有する第２レンズ（Ｌ２）を備え、広角端から望遠端へ変倍する際第１レンズ群（ＬＧ１）との間隔が減少するように移送されながら変倍を行うようになる。

そして、第３レンズ群（ＬＧ３）は上記第２レンズ群の変倍を行うことによる像面補正を行い、変倍の際固定された位置を維持する。図１を参照すると、第３レンズ群（ＬＧ３）の液体レンズ（ＬＬ）は第１液体から成る第１液体レンズ要素（Ｌ５）と、上記第１液体と互いに混合しない第２液体から成る第２液体レンズ要素（Ｌ６）と、上記第１液体レンズ要素（Ｌ５）の物体側を密閉する物体側カバーレンズ（Ｌ４）と、上記第２液体レンズ要素（Ｌ６）の像側を密閉する像側カバーレンズ（Ｌ７）とを含んで構成される。また、上記第１液体または第２液体は導電性または有極性の液体から成り、印加される電圧によって第１液体と第２液体の間に形成される液体境界面の曲率半径が変わるようになり、このような液体境界面が屈折面の役割を果たすようになる。

このような液体レンズ（ＬＬ）は、公知された液体レンズを使用することができ、第１液体または第２液体の材質などは本発明の思想を実現することができる程度であれば、特に限定されない。

また、本発明による液体レンズ（ＬＬ）を備えるズーム光学系は物体側カバーレンズ（Ｌ４）と像側カバーレンズ（Ｌ７）の屈折面のうち少なくとも一つの屈折面を球面または非球面の曲面で形成することによって、所定の光学的特性を実現するのに必要なレンズの枚数を減らすことが可能になる。

一方、第１レンズ群（ＬＧ１）にプリズム（Ｐ）を備えることにより光学系の厚さを減らすことが可能になる。即ち、第１レンズ（Ｌ１）から入射された光の経路を変更させることによって（例えば、９０°）、第１レンズ（Ｌ１）が側面に突出されただけの空間を利用して第２レンズ群（ＬＧ２）の移送のためのレンズ移送器具（図示せず）を装着することが可能になり薄い厚さのカメラモジュールの製作が可能になるという利点が生じる。さらに、移動通信端末機やＰＤＡなどが超薄化されることにより光学系の全長を充分に確保することができないという問題があったが、プリズム（Ｐ）を利用して光経路を変更させることによって超薄型の移動通信端末機などにも適用することができるという利点が生じる。

また、プリズム（Ｐ）が有する面のうち一部を球面または非球面の曲面で形成することによって、少ない枚数のレンズで充分な光学的特性を実現することができるという利点がある（図１５参照）。

本発明によるズーム光学系は、変倍の際固定された第１レンズ群（ＬＧ１）を通じて被写体からの光を集光し、変倍の際移送される第２レンズ群（ＬＧ２）を通じて変倍を行い、液体レンズ（ＬＬ）を備える第３レンズ群（ＬＧ３）を通じて変倍による像面補正及び各種収差補正を行うことになる。

また、第３レンズ群（ＬＧ３）に液体レンズ（ＬＬ）を配置することによって、第１レンズ群（ＬＧ１）または第２レンズ群（ＬＧ２）に液体レンズ（ＬＬ）が配置される場合に比べ落下信頼性が向上するだけでなく、広角端から望遠端への変倍の際他のレンズ群（ＬＧ１、ＬＧ２）の機能に照らし最適化設計が可能であるという利点がある。

この際、液体レンズ（ＬＬ）を構成するレンズの屈折面のうち少なくとも一つに赤外線遮断コーティングなどをして部品数を最小化し、光学系の小型化を実現することも可能である。

一方、第３レンズ群（ＬＧ３）の裏側には光学的低域フィルターや色フィルター、フェースプレート（ｆａｃｅ ｐｌａｔｅ）などに対応して、設計上設けられるカバーガラス（図示せず）を備えることができる。また、像面（ＩＰ）はそれぞれのレンズが形成する像を受光し、ＣＣＤセンサーやＣＭＯＳセンサーなどの固体撮像素子（光電変換素子）から成る。

このような特徴を有する本発明の実施例による光学系は、次の条件式を満足する。

（ここで、Ｆ３は第３レンズ群（ＬＧ３）の全体焦点距離、Ｆ２は第２レンズ群（ＬＧ２）の全体焦点距離である。）

条件式１は、第２レンズ群（ＬＧ２）と第３レンズ群（ＬＧ３）の屈折力に関する項目として、屈折能の配分に関するものである。

条件式１の上限を超えると、第３レンズ群（ＬＧ３）の屈折力が小さくなり倍率変化に対する像面補償が難しく、逆に下限を外れると液体レンズ（ＬＬ）部分の曲率半径が小さくなり過ぎて製作敏感度が高くなってしまう。

また、第２レンズ群（ＬＧ２）の屈折力は移送群の位置変化量と倍率を決める役割を果たすので、正の屈折力を有し、全体屈折能の配分においてバランスを取り変倍の際歪曲を補正することができる。従って、条件式１の上限を超えると第２レンズ群（ＬＧ２）の屈折力が大きくなりすぎるため、全体的な屈折能バランスが崩れ歪曲収差の変化が大きくなり、下限を外れると移送群である第２レンズ群（ＬＧ２）の位置変化量が大きくなりシステムの小型化に不利になる。

（ここで、ＲＣ１は液体レンズ（ＬＬ）の物体側カバーレンズに該当するレンズの物体側面の曲率半径、ＲＣ２は液体レンズ（ＬＬ）の像側カバーレンズに該当するレンズの像側面の曲率半径である。）

条件式２は、液体レンズ（ＬＬ）を構成するカバーレンズの形状に関する条件式である。

即ち、本発明によるズーム光学系は物体側カバーレンズと像側カバーレンズの屈折面のうち少なくとも一つの屈折面を球面または非球面の曲面で形成することによって、所定の光学的特性を実現するのに必要なレンズの枚数を減らすことが可能になる。

この際、条件式２の上限を外れると液体レンズ（ＬＬ）の屈折力が小さくなり倍率変化に対する像面補正及び収差補正が難しくなり、下限を外れると液体レンズ（ＬＬ）のカバーレンズに形成される曲面の曲率半径が小さくなりすぎ製作が難しくなる。

（ここで、Ｒ２は第１レンズ（Ｌ１）の像側面の曲率半径、ｔ２は第１レンズ（Ｌ１）の像側面からプリズム（Ｐ）までの距離である。）

条件式３は、第１レンズ（Ｌ１）とプリズム（Ｐ）との関係を規定する項目として、条件式３の下限より小さくなると第１レンズ（Ｌ１）の屈折力が強くなりビネティング（ｖｉｎｅｔｔｉｎｇ）現象が生じるだけでなく、第１レンズ（Ｌ１）またはプリズム（Ｐ）の設置のための機構的空間が不足になる。

逆に、条件式３の上限を外れるとプリズム（Ｐ）と第１レンズ（Ｌ１）の間の距離が遠くなってしまい光学系の小型化が難しくなる。

（ここで、Ｆ３は第３レンズ群（ＬＧ３）の全体焦点距離、Ｆ１は第１レンズ群（ＬＧ１）の全体焦点距離である。）

条件式４は、第１レンズ群（ＬＧ１）と第３レンズ群（ＬＧ３）の屈折力の配分に関する項目として、条件式４の上限と下限を外れると像面湾曲の補正が難しくなる。

また条件式４は第１レンズ群（ＬＧ１）と第３レンズ群（ＬＧ３）の屈折力の配分に関する項目であるため、条件式４の上限と下限を外れると全体的な屈折能のバランスが崩れてしまい周辺部の収差発生を抑制し難くなる。

（ここで、ｔｐｗは広角端におけるプリズム（Ｐ）から第２レンズ群（ＬＧ２）の物体側の最も近くに位置したレンズの物体側面までの距離、Ｆｗは広角端におけるズーム光学系の全体焦点距離である。）

条件式５は、倍率を変化させる第２レンズ群（ＬＧ２）とプリズム（Ｐ）の間の条件式である。

条件式５の上限を超えると光学系の全長（ｔｏｔａｌ ｌｅｎｇｔｈ）が長くなることにより小型化が難しくなり、第２レンズ群（ＬＧ２）の有効径が大きくなることにより収差補正及び製作が難しくなる。

逆に条件式５の下限を外れると第３レンズ群（ＬＧ３）の有効径が大きくなり球面収差及び周辺コマ収差の補正が難しくなる。

以下、具体的な数値の実施例を通じて本発明について説明する。

以下の第１実施例乃至第３実施例は全て上述したように、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群（ＬＧ１）と、正の屈折力を有する第２レンズ群（ＬＧ２）と、液体レンズ（ＬＬ）と上記液体レンズ（ＬＬ）の前端または後端に配置された少なくとも一つのレンズを備え、正の屈折力を有する第３レンズ群（ＬＧ３）とを含み、開口絞り（ＡＳ）は第２レンズ群（ＬＧ２）のように移送される。

この際、第１レンズ群（ＬＧ１）は負の屈折力を有する第１レンズ（Ｌ１）と、上記第１レンズを通じて入射された光の経路を変更させるプリズム（Ｐ）を備え、変倍の際固定された位置を維持する。また、第２レンズ群（ＬＧ２）は正の屈折力を有する第２レンズ（Ｌ２）を備え、変倍を行う際移送され焦点距離を変化させる。

そして、第３レンズ群（ＬＧ３）は上記第２レンズ群の変倍を行うことによる像面補正を行い、変倍の際固定された位置を維持する。図１を参照すると、第３レンズ群（ＬＧ３）の液体レンズ（ＬＬ）は第１液体から成る第１液体レンズ要素（Ｌ５）と、上記第１液体と互いに混合しない第２液体から成る第２液体レンズ要素（Ｌ６）と、上記第１液体レンズ要素（Ｌ５）の物体側を密閉する物体側カバーレンズ（Ｌ４）と、上記第２液体レンズ要素（Ｌ６）の像側を密閉する像側カバーレンズ（Ｌ７）とを含んで構成される。また、上記第１液体または第２液体は導電性または有極性の液体から成り、印加される電圧によって第１液体と第２液体の間に形成される液体境界面の曲率半径が変わるようになり、このような液体境界面が屈折面の役割を果たすようになる。

この際、本発明で使用される液体レンズ（ＬＬ）は公知された液体レンズを使用することができ、第１液体または第２液体の材質などは本発明の思想を実現することができる限り、特別に限定されない。

また、像面（ＩＰ）はＣＣＤ、ＣＭＯＳなどのイメージセンサーに該当する。

但し、第１実施例の場合には液体レンズ（ＬＬ）の前端に一つのレンズ（図１のＬ３）を備えているが、第２実施例と第３実施例の場合には液体レンズ（ＬＬ）の後端に一つのレンズ（図８のＬ７、図１５のＬ７）を備えているという差異点がある。

以下の各実施例で使用される非球面は公知の数学式１から得られ、コニック（Ｃｏｎｉｃ）定数（Ｋ）及び非球面係数（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）に使用される「Ｅ及びこれに連なる数字」は１０の累乗を示す。例えば、Ｅ＋０１は１０^１を、Ｅ−０２は１０−^２を示す。

（ここで、Ｚはレンズの頂点から光軸方向への距離、Ｙは光軸に垂直な方向への距離、ｃはレンズの頂点における曲率半径の逆数、Ｋはコニック（Ｃｏｎｉｃ）定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは非球面係数である。）

下記の表１は、本発明の第１実施例による数値例を示している。

また、図１は本発明の第１実施例によるズーム光学系のレンズ配置を示すレンズの構成図であって、ａは望遠端、ｂは中間端、ｃは広角端におけるレンズの構成図を示し、図２乃至図４はそれぞれ図１に示されたズーム光学系の広角端、中間端、望遠端におけるＭＴＦ特性を示すグラフであり、図５乃至図７はそれぞれ図１に示されたズーム光学系の広角端、中間端、望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差の特性を示すグラフである。

この際、以下の実施例において非点収差図のＳはサジタル（ｓａｇｉｔｔａｌ）、Ｔはタンジェンシャル（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）を示す。

また、以下の実施例においてＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）はミリメーター当たりサイクルの空間周波数に依存し、光の最大強度（Ｍａｘ）と最小強度（Ｍｉｎ）の間に次の数学式２で定義される値である。

即ち、ＭＴＦが１の場合最も理想的であり、ＭＴＦ値が減少すると解像度が落ちる。

第１実施例の場合、第１レンズ（Ｌ１）の物体側面から像面までの距離は２０．０８ｍｍ、第１レンズ群（ＬＧ１）の焦点距離（Ｆ１）は−８．２６ｍｍ、第２レンズ群（ＬＧ２）の焦点距離（Ｆ２）は７．７４ｍｍ、第３レンズ群（ＬＧ３）の焦点距離（Ｆ３）は１９．２３ｍｍである。そして、第４乃至第７レンズは液体レンズ（ＬＬ）を形成し、第５レンズ（Ｌ５）は絶縁液、第６レンズ（Ｌ６）は電解液から成る。

そして、広角端、中間端、望遠端における全体焦点距離、Ｆナンバー、画角は次の表２の通りである。

表１で、※はそれぞれ変倍の際曲率半径が変わる屈折面の曲率半径と、面間隔が変わる屈折面の面間隔を示し、変倍により可変される値は次の表３の通りである。

また、表１で、＊は非球面を示し、数式１によるコニック定数（Ｋ）及び非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの値は次の表４の通りである。

下記の表５は、本発明の第２実施例による数値例を示している。

また、図８は本発明の第２実施例によるズーム光学系のレンズ配置を示すレンズの構成図であって、ａは望遠端、ｂは中間端、ｃは広角端におけるレンズの構成図を示し、図９乃至図１１はそれぞれ図８に示されたズーム光学系の広角端、中間端、望遠端におけるＭＴＦ特性を示すグラフであり、図１２乃至図１４はそれぞれ図８に示されたズーム光学系の広角端、中間端、望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差の特性を示すグラフである。

第２実施例の場合、第１レンズ（Ｌ１）の物体側面から像面までの距離は１９．３９ｍｍ、第１レンズ群（ＬＧ１）の焦点距離（Ｆ１）は−９．３８ｍｍ、第２レンズ群（ＬＧ２）の焦点距離（Ｆ２）は７．７４ｍｍ、第３レンズ群（ＬＧ３）の焦点距離（Ｆ３）は９．５１ｍｍである。そして、第３乃至第６レンズは液体レンズ（ＬＬ）を形成し、第４レンズ（Ｌ４）は絶縁液、第５レンズ（Ｌ５）は電解液から成る。

そして、広角端、中間端、望遠端における全体焦点距離、Ｆナンバー、画角は次の表６の通りである。

一方、表５で、※はそれぞれ変倍の際曲率半径が変わる屈折面の曲率半径と、面間隔が変わる屈折面の面間隔を示し、変倍により可変される値は次の表７の通りである。

また、表５で、＊は非球面を示し、数式１によるコニック定数（Ｋ）及び非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの値は次の表８の通りである。

下記の表９は、本発明の第３実施例による数値例を示している。

また、図１５は本発明の第３実施例によるズーム光学系のレンズ配置を示すレンズの構成図であって、ａは望遠端、ｂは中間端、ｃは広角端におけるレンズの構成図を示し、図１６乃至図１８はそれぞれ図１５に示されたズーム光学系の広角端、中間端、望遠端におけるＭＴＦ特性を示すグラフであり、図１９乃至図２１はそれぞれ図１５に示されたズーム光学系の広角端、中間端、望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差の特性を示すグラフである。

第３実施例の場合、第１レンズ（Ｌ１）の物体側面から像面までの距離は１９．２１ｍｍ、第１レンズ群（ＬＧ１）の焦点距離（Ｆ１）は−６．２０ｍｍ、第２レンズ群（ＬＧ２）の焦点距離（Ｆ２）は５．４４ｍｍ、第３レンズ群（ＬＧ３）の焦点距離（Ｆ３）は２０．７５ｍｍである。そして、第３乃至第６レンズは液体レンズ（ＬＬ）を形成し、第４レンズ（Ｌ４）は絶縁液、第５レンズ（Ｌ５）は電解液から成り、プリズム（Ｐ）の面のうち一部面３、４は曲面から成る。

そして、広角端、中間端、望遠端における全体焦点距離、Ｆナンバー、画角は次の表１０の通りである。

一方、表９で、※はそれぞれ変倍の際曲率半径が変わる屈折面の曲率半径と、面間隔が変わる屈折面の面間隔を示し、変倍により可変される値は次の表１１の通りである。

また、表９で、＊は非球面を示し、数式１によるコニック定数（Ｋ）及び非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの値は次の表１２の通りである。

一方、上記の第１乃至第３実施例に対する条件式１乃至５の値は、次の表１３の通りである。

上記の表１３のように本発明の第１乃至第３実施例は、条件式１乃至５を満足していることが確認できる。

以上の実施例を通じて本発明によるズーム光学系は、図５乃至図７、図１２乃至図１４、図１９乃至図２１に示すように、広角端、中間端、望遠端において各種収差の特性が優れ、図２乃至図４、図９乃至図１１、図１６乃至図１８に示すように広角端、中間端、望遠端においてＭＴＦ特性が優れることが確認できる。

本発明は、特定な実施例に関して図示して、説明したが、当業界において通常の知識を有する者であれば、上述した特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域を外れない範囲の内で、本発明を多様に修正及び変更することが可能であることを明らかにして置く。

本発明の第１実施例によるズーム光学系のレンズ配置を示すレンズの構成図であって、ａは望遠端、ｂは中間端、ｃは広角端におけるレンズの構成図である。 図１に示されたズーム光学系の広角端におけるＭＴＦ特性を示すグラフである。 図１に示されたズーム光学系の中間端におけるＭＴＦ特性を示すグラフである。 図１に示されたズーム光学系の望遠端におけるＭＴＦ特性を示すグラフである。 図１に示されたズーム光学系の広角端における各種収差の特性を示すグラフであって、ａは球面収差、ｂは非点収差、ｃは歪曲収差の収差図である。 図１に示されたズーム光学系の中間端における各種収差の特性を示すグラフであって、ａは球面収差、ｂは非点収差、ｃは歪曲収差の収差図である。 図１に示されたズーム光学系の望遠端における各種収差の特性を示すグラフであって、ａは球面収差、ｂは非点収差、ｃは歪曲収差の収差図である。 本発明の第２実施例によるズーム光学系のレンズ配置を示すレンズの構成図であって、ａは望遠端、ｂは中間端、ｃは広角端におけるレンズの構成図である。 図８に示されたズーム光学系の広角端におけるＭＴＦ特性を示すグラフである。 図８に示されたズーム光学系の中間端におけるＭＴＦ特性を示すグラフである。 図８に示されたズーム光学系の望遠端におけるＭＴＦ特性を示すグラフである。 図８に示されたズーム光学系の広角端における各種収差の特性を示すグラフであって、ａは球面収差、ｂは非点収差、ｃは歪曲収差の収差図である。 図８に示されたズーム光学系の中間端における各種収差の特性を示すグラフであって、ａは球面収差、ｂは非点収差、ｃは歪曲収差の収差図である。 図８に示されたズーム光学系の望遠端における各種収差の特性を示すグラフであって、ａは球面収差、ｂは非点収差、ｃは歪曲収差の収差図である。 本発明の第３実施例によるズーム光学系のレンズ配置を示すレンズの構成図であって、ａは望遠端、ｂは中間端、ｃは広角端におけるレンズの構成図である。 図１５に示されたズーム光学系の広角端におけるＭＴＦ特性を示すグラフである。 図１５に示されたズーム光学系の中間端におけるＭＴＦ特性を示すグラフである。 図１５に示されたズーム光学系の望遠端におけるＭＴＦ特性を示すグラフである。 図１５に示されたズーム光学系の広角端における各種収差の特性を示すグラフであって、ａは球面収差、ｂは非点収差、ｃは歪曲収差の収差図である。 図１５に示されたズーム光学系の中間端における各種収差の特性を示すグラフであって、ａは球面収差、ｂは非点収差、ｃは歪曲収差の収差図である。 図１５に示されたズーム光学系の望遠端における各種収差の特性を示すグラフであって、ａは球面収差、ｂは非点収差、ｃは歪曲収差の収差図である。

符号の説明

ＬＧ１ 第１レンズ群
ＬＧ２ 第２レンズ群
ＬＧ３ 第３レンズ群
ＬＬ 液体レンズ
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｌ５ 第５レンズ
Ｌ６ 第６レンズ
Ｌ７ 第７レンズ
ＡＳ 開口絞り
ＩＰ 像面
Ｐ プリズム
１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５ 面番号

Claims (12)

1. 少なくとも一つ以上のレンズと、前記レンズを通じて入射された光の経路を変更させるプリズムを備え、全体的に負の屈折力を有し且つ固定された第１レンズ群と、
   全体的に正の屈折力を有し、変倍を行う際移送される第２レンズ群と、
   印加される電圧によって内部に含まれた導電性または有極性の第１液体及び前記第１液体と互いに混合しない第２液体の間に形成される液体境界面の曲率半径が変わり、前記液体境界面が屈折面の役割をする液体レンズを備え、前記第２レンズ群の変倍を行うことによる像面補正を行い、全体的に正の屈折力を有し且つ固定された第３レンズ群と、
   からなり、
   前記液体レンズは、物体側から順に物体側カバーレンズ、前記第１液体から成る第１液体レンズ要素、前記第２液体から成る第２液体レンズ要素及び像側カバーレンズを含んでなり、
   前記液体レンズを構成する前記カバーレンズの形状に関して次の条件式２を満足する、液体レンズを有するズーム光学系。
   

   

   （ここで、ＲＣ１は物体側カバーレンズの物体側面の曲率半径、ＲＣ２は像側カバーレンズの像側面の曲率半径である。）
2. 前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の屈折力に関して次の条件式１を満足することを特徴とする、請求項１記載の液体レンズを有するズーム光学系。
   

   

   （ここで、Ｆ３は第３レンズ群の全体焦点距離、Ｆ２は第２レンズ群の全体焦点距離である。）
3. 前記第１レンズ群は、物体側の最も近くに位置した第１レンズと、前記第１レンズの後端に位置したプリズムを備え、
   前記第１レンズと前記プリズムに関して次の条件式３を満足することを特徴とする、請求項１または２に記載の液体レンズを有するズーム光学系。
   

   

   （ここで、Ｒ２は第１レンズの像側面の曲率半径、ｔ２は第１レンズの像側面からプリズムまでの距離である。）
4. 前記第１レンズ群と前記第３レンズ群の屈折力に関して次の条件式４を満足することを特徴とする、請求項１または２に記載の液体レンズを有するズーム光学系。
   

   

   （ここで、Ｆ３は第３レンズ群の全体焦点距離、Ｆ１は第１レンズ群の全体焦点距離である。）
5. 前記第２レンズ群と前記プリズムの間に次の条件式５を満足することを特徴とする、請求項１または２に記載の液体レンズを有するズーム光学系。
   

   

   （ここで、ｔｐｗは広角端におけるプリズムから第２レンズ群の物体側の最も近くに位置したレンズの物体側面までの距離、Ｆｗは広角端におけるズーム光学系の全体焦点距離である。）
6. 前記プリズムを有する面は、平面または曲面から成ることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項記載の液体レンズを有するズーム光学系。
7. 前記第２レンズ群は、広角端から望遠端への変倍の際前記第１レンズ群との間隔が減少するように移送されながら変倍を行うことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項記載の液体レンズを有するズーム光学系。
8. 第１レンズと、前記第１レンズを通じて入射された光の経路を変更させるプリズムを備え、全体的に負の屈折力を有し且つ固定された第１レンズ群と、
   正の屈折力を有する第２レンズを備え、広角端から望遠端への変倍の際、前記第１レンズ群との間隔が減少するように移送されながら変倍を行う第２レンズ群と、
   印加される電圧によって内部に含まれた導電性または有極性の第１液体及び前記第１液体と互いに混合しない第２液体の間に形成される液体境界面の曲率半径が変わり、前記液体境界面が屈折面の役割をする液体レンズと、少なくとも一つの屈折面が非球面であるレンズを備え、前記第２レンズ群の変倍を行うことによる像面補正を行い、全体的に正の屈折力を有し且つ固定された第３レンズ群と、
   からなり、
   前記液体レンズは、物体側から順に物体側カバーレンズ、前記第１液体から成る第１液体レンズ要素、前記第２液体から成る第２液体レンズ要素及び像側カバーレンズを含んでなり、
   前記液体レンズを構成する前記カバーレンズの形状に関して次の条件式２を満足する、液体レンズを有するズーム光学系。
   

   

   （ここで、ＲＣ１は物体側カバーレンズの物体側面の曲率半径、ＲＣ２は像側カバーレンズの像側面の曲率半径である。）
9. 前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の屈折力に関して次の条件式１を満足することを特徴とする、請求項８記載の液体レンズを有するズーム光学系。
   

   

   （ここで、Ｆ３は第３レンズ群の全体焦点距離、Ｆ２は第２レンズ群の全体焦点距離である。）
10. 前記第１レンズと前記プリズムに関して次の条件式３を満足し、前記第２レンズ群と前記プリズムの間に次の条件式５を満足することを特徴とする、請求項８または請求項９記載の液体レンズを有するズーム光学系。
    

    

    

    （ここで、Ｒ２は第１レンズの像側面の曲率半径、ｔ２は第１レンズの像側面からプリズムまでの距離、ｔｐｗは広角端におけるプリズムから第２レンズ群の物体側の最も近くに位置したレンズの物体側面までの距離、Ｆｗは広角端におけるズーム光学系の全体焦点距離である。）
11. 前記第１レンズ群と前記第３レンズ群の屈折力に関して次の条件式４を満足することを特徴とする、請求項８または請求項９記載の液体レンズを有するズーム光学系。
    

    

    （ここで、Ｆ３は第３レンズ群の全体焦点距離、Ｆ１は第１レンズ群の全体焦点距離である。）
12. 前記プリズムが有する面は、平面または曲面から成ることを特徴とする、請求項８乃至１１のいずれか１項記載の液体レンズを有するズーム光学系。

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