JPH02289806A - 撮像光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は至近距離よりも更に近い距離（マクロ領域）に
ある物体を撮影（マクロ撮影）し得る照明器付きカメラ
の、撮像光学系に関する。

〔従来の技術〕

近年、自動合焦機能を有する照明器内蔵型のカメラが普
及しつつあり、この種のカメラは比較的高精度でしかも
コンパクト且つ低価格であることが要求されている。そ
のため、照明器を使用する場合の光量調節は、照明器の
発光量を一定にして、絞りの径を調整することによって
行ない、しかもこの絞りはシャッター兼用になっている
ものが殆どである。

このようなカメラを用いてマクロ撮影を行なう場合、持
ち運びの手軽さを保証するために照明器としてストロボ
を用い、撮影時のブレを防止する必要がある。又光量調
節のために絞り径を通常撮影の場合よりも非常に小さく
する必要がある。更にレンズの繰出し量が、通常撮影域
における繰出し量と比較して非常に大きくなるため、繰
り出し機構の設計が著しく困難であり、カメラの大型化
及び製造コストの上昇を引き起こすという欠点がある。

又、レンズの繰出し量をある程度にとどめておき、物点
に対して絞りを絞り込んで被写界深度を深《することに
よって、疑似的に合焦させる手段もあるが、上述の場合
と比較して良いピントが得られない欠点がある。

そこで、圧力や電圧電流等によって屈折力が変化するよ
うな光学素子を用いた屈折率可変レンズを撮影レンズと
して採用し、レンズの繰出し量を小さくして合焦を行な
い得るカメラが提案されている。圧力によって屈折率を
変えるものとして、特開昭６２−１２４５３５号，特開
昭６３−２０８８１７号等により、又電圧等によるもの
として、特開昭６２−　１５３９３３号，特開昭６２−
９１９１４号，特開昭６１−　１４０９０８号，特開昭
６１１６０７１４号等が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このような光学素子によるレンズは、一般に大
口径のものは製造しに＜＜、又この屈折率可変レンズを
構成する素材の光の散乱，吸収が、光学ガラスと比較す
ると大きいという欠点があり、このために通常撮影時の
性能を損なうおそれがある。

しかも形状が変化するタイプのこの種レンズは、変形さ
せる圧力の正確な制御が困難であり、これを実現しよう
とすると駆動装置や制御回路が大型化して製造コストの
上昇を引き起こすことになる。

また、電圧等によって屈折率が変化するタイプの屈折率
可変レンズのうち、特に液晶レンズで大口径のものは、
その厚みが増すために動作スピードの低下や透過率の悪
化を生じる。そのため、フレネルレンズとして用いるも
のが多いが、フレネルレンズでは通常撮影時の結像性能
が低下するという欠点がある。

更に、液晶レンズを用いる場合、一枚の液晶レンズで構
成しようとすると、偏光板を使用しなければならず、こ
の偏光板によって透過光量が半分以下になるため、通常
撮影時における光量のロスが大きい。又、特公昭６１−
４５８１２号公報には、配向方向が直行する液晶レンズ
を二枚組合わせて、偏光板を使用しないようにしたもの
も提案されているが、この構造では通常撮影領域で非点
収差が発生する欠点がある。

本発明はこのような課題に鑑み、撮像レンズと屈折率可
変レンズを用いて通常撮影時とマクロ撮影時における合
焦を正確に行ない得ると共に、機構を小型に維持し得る
、撮像光学系を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による撮像光学系は、撮像レンズとは別に機械式
絞りの近傍の光軸上に、機械式絞りを開放した時に通過
し得る光束の最大径より小さい径の屈折率可変レンズを
設けたものである。

〔作　用〕

通常撮影時には撮像レンズによって焦点調整が行なわれ
、マクロ撮影時には主に屈折率可変レンズによって焦点
調整が行なわれる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図乃至第４図に基づいて説
明する。

図中、第１図は撮像光学系の基本構成を示しており、１
，２は夫々光軸Ｏ上に配設されているレンズ系、３はレ
、ンズ系１，２の間に配設されている機械式絞りであり
、その開口部３ａの最大径をａ．，最小径をａ１とする
（第２図参照）。４は機械式絞り３に近接して配設され
ている例えば液晶絞りである物性絞りであり、その遮蔽
部４ａの最大径をｂ，開口部４ｂの最大径をＣｏｏ開口
部４ｂの最小径をＣ，とする（第２図参照）。また、ｂ
≧ａ１≧ｃ０ とする。５は物性絞り４の後方でしかも機械式絞り３に
近接して配設されている例えば液晶レンズである屈折率
可変レンズであり、その径をｄとし、ｄ　＞　ｃ　ｏ とする。尚、第１図では物性絞り４及び屈折率可変レン
ズ５は線図的に分離して示されているが、第３図に示す
ように一体に配設されていてもよく、このような両部品
の構造を第４図の断面図により更に説明すると、物性絞
り４において、６．７は偏光板、８，８′は電源Ｓ，に
接続されている一対の透明導電層、９は透明導電層８，
８′間で遮蔽部ｌＯによって封じ込められたＴＮ液晶、
１１は遮蔽部１０の外周の透明基板、又屈折率可変絞り
５において、１２．１３は透明基板、１４，１４′は電
源Ｓ，に接続されている一対の透明導電層、１５は透明
導電層１４．１４”間でスベーサ１６によって封じ込め
られたＴＮ液晶である。

尚、物性絞り４及び屈折率可変レンズ５は機械式絞り３
の前後いずれの側に配設されてもよい。

又、物性絞り４又は屈折率可変レンズ５の駆動機構が不
透明な部材から構成されていて、しかもそれら絞り４又
はレンズ５に近接して配置する必要がある場合は、その
駆動機構を物性絞り４の遮光部分であるｂと００の間の
スペースに設ければ、撮影性能に対する影響を最小に抑
えることができる。

又、マクロ撮影時には、レンズ系全体の位置は、通常撮
影時の無限連合焦位置にあるより、通常撮影時の最至近
合焦位置にあった方が、マクロ領域にある物体を撮影す
るのに都合がよい。そのためマクロ撮影信号の入力によ
り、レンズ系全体が最至近撮影位置へ繰り出されるよう
になっていることが好ましい。マクロ撮影信号は、マク
ロ領域にある被写体に対し、カメラの距離測定装置によ
って直接出力させてもよく、或いは撮影者の判断でスイ
ッチを入れることにより出力させてもよい。

又、例えばマクロ撮影信号によって或いは機械式絞り３
の開口部３ａの径が所定の大きさに絞られたときに、物
性絞り４．屈折率可変レンズ５が駆動するような方法を
とっている。尚、レンズ系が最至近撮影位置へ移動する
ことによってマクロ撮影信号が出力されるようにしても
よい。

本実施例は上述のように構成されており、次にこの撮像
光学系の作用を説明する。

まず通常撮影時には、合焦はレンズ系１．２を機械的に
移動せしめて行ない、屈折率可変レンズ５は駆動させな
い。又、光量調節は主として機械式絞り３によって行な
い、物性絞り４は遮蔽部４ａ及び開口部４ｂを透過又は
遮蔽状態にしておく。

光量的には、物性絞り４を透過状態にしておいた方が有
利であるが、遮蔽状態にしておいたとしても、遮蔽状態
にある遮蔽部４ａの径ｂが機械式絞り３の開口部３ａに
対して十分小さければ実用上問題ない。物性絞り４を遮
蔽状態にしておく場合、ｂａｄとして構成しておけば、
屈折率可変レンズ５の屈折率が如何なる値であっても、
撮影には影響を与えなくなる。尚、物性絞り４を透過状
態にしておく場合、屈折率可変レンズ５の屈折率を、こ
のレンズ５を支持する透明部材の屈折率と等しくする等
して、このレンズ５の屈折力が結像性能に影響を与えな
いようにしておく。

又、マクロ撮影時にはマクロ撮影信号の入力によって、
レンズ系全体が最至近距離撮影位置に移動し、合焦は主
として屈折率可変レンズ５を駆動せしめて行なわれる。

又、ストロボを強制発光させるので、機械式絞り３の開
口部３ａは所定の最小径ａ１に固定される。光量調節は
主として物性絞り４を駆動せしめて行なわれ、物性絞り
４は遮蔽部４ａの径ｂより光軸に近い側の部分が光を遮
蔽すると同時に、開口部４ｂの被写体に応じて決定され
る所要の径Ｃ　−　（Ｃｓ　＞Ｃ　　＞Ｃ＋　）より光
軸に近い側の部分が光を透過せしめる。

このようにして、通常撮影時にはレンズ系１，２及び機
械式絞り３によって合焦及び光量調節が行なわれ、マク
ロ撮影時には主として屈折率可変レンズ５及び物性絞り
４によって合焦及び光量調節が行なわれる。特にマクロ
撮影時の場合、機械式絞り３の径が最小径ａｌであるか
ら、屈折率可変レンズ５の径ｄはａｌ　と同等でよいが
、少なくとも機械式絞り３の開口部３ａの最大径ａ０よ
り小さいものでよく、これにより屈折率可変レンズ５を
小型にできる。又、マクロ撮影時における合焦を正確に
行なえると共に、通常撮影時の性能の低下を抑えること
ができる。

尚、通常撮影時でも、絞り径が十分小さくなった場合、
物性絞り４及び屈折率可変レンズ５を用いて光量調節及
び合焦が可能である。

又、上述の説明では、絞りとして機械式絞り３と物性絞
り４の二種のものを配設したが、機械式絞りのみであっ
てもよい。

以下、数値限定を施した第一実施例について詳細に説明
する。

１二夾施碧 本実施例における撮像光学系の構成は第５図の断面図に
より示されており、各絞り３．４及び屈折率可変レンズ
５は第３図に示されたものと同様に構成されている。

図中、機械式絞り３はシャッター兼用であり、開口部３
ａの最小開口径ａ１はＦＮαｌＯ〜１６の間のいずれか
の大きさに制御される。物性絞り４として偏光を利用す
る液晶絞り（偏光板、ＴＮ液晶，偏光板）を用い、その
外径はＦＮα１０の径より大きく且つＦＮα９の径より
内側の光束は液晶絞り４を必ず通過する大きさに設定す
る。又液晶絞り４はＦＮαｌ６〜６４の範囲で絞り値を
制御できるようになっている。

屈折率可変レンズ５として液晶レンズ（偏光板は液晶絞
り４と共用で液晶レンズ層は一層とする−第４図参照）
を用い、その外径はＦＮαｌ６より大きく且つＦ　Ｎ（
Ｌ　ｌ　５の径の光束がけられずに通過し得る大きさ（
半径１．１４５）とする。

又、液晶を封入するケースの屈折率は、液晶の屈折率ｎ
０の値と一致する１．　５とする。

下記データ中、ｒ＋＋ｒｉ＋　・・・は各レンズ面等の
曲率半径、ｄｌ，ｄｔ・・・は各レンズ面等の間隔、ｎ
ｌ＋ｎ！・・・は各レンズ等の屈折率、Ｖｌ＋Ｖｔ・・
・は各レンズ等のアッペ数である。

第１面 ｒｌ　　＝１０．９２８，　　ｄ；　＝２．６５７　　
．　　ｎ＋　　＝ｊ、６９６８．Ｖ＋＝５５．５、 第２面 ｒ　２　＝３２．４３８，　ｄ　２＝　１．０４３、第
３面 ｒ　ｓ　”　　５２．２２６，　ｄ　ｓ　＝１．０２２
　．　ｎ　ｓ　＝１．７５５２．ｖ．＝２７．５、 第４面 ｒ．　＝２４．３２８，　ｄ．　＝１．５３３、第５面 ｒ，一〇〇（絞り）　．　　ｄ　，　＝０．２６９　、
第６面 ｒｅ　＝ｏｏ，　ｄｏ　＝０．４８０　，　ｎａ　＝１
．５０００，　Ｖａ＝　５７．　５、液晶絞り、 第７面 ｒ　ｔ　＝３２．７８６，　ｄ　ｔ　＝０．０２０　，
　ｎ　ｔ　＝　１．５　〜ｌ．７，ｖｔ＝３０〜２５、
液晶レンズ、 第８面 ｒｓ　＝ｏｏ，　ｄ＊　＝０．５００　，　ｎｔ　＝１
．５０００，　Ｖｌ＝　５７．　５、 第９面 ｒ　＊　＝２１．９０６，　ｄ　＊　＝４．８３１　，
　ｎ　ｅ　＝１．６２３７，ｖｅ＝４７．１、 第ｌＯ面 ｒ　＋ａ＝　　２９．３６９，　ｄ　１ａ＝６．　１７
５、第１１面 ｒ　ｚ＝−７，２１８　，　ｄ　＋＋＝２．０４４　，
　ｎｚ＝１．４９２２，Ｖ，，＝５７．５、 第１２面 非球面 レンズ全長　２０，　６７４、 非球面Ｒ　＝　−　１４．７６１，　Ａ　４　＝０．２
６９４６　ｘ　１０−”Ａ　６　＝−０．９２５１６　
Ｘ　ｔｏ−’，　Ａ　８　＝０．１０６２９　ｘｌＯ−
’Ａ　１０＝　０．　６４４３５　ｘ　１０次に本実施
例におけるカメラの動作を合焦と露光に限定して説明す
る。

通常撮影時には、液晶絞り４は透過状態にし、又液晶レ
ンズ５の屈折率をケースの屈折率と等しい１．５にして
おくので、偏光板によって若干の光量低下が生じるが、
近軸的、収差的には両部材４，５は平行平面板が配設さ
れているのと同様の状態になる。

マクロ撮影時には、マクロ撮影信号の入力により、被写
体の位置に関係なくレンズ全体が最至近撮影位置（物像
間距離１０００ｍｍ）に繰り出され、被写体がその最至
近撮影位置よりも近い位置にある場合は、液晶レンズ５
で合焦が行なわれる。又、シャッターは露光量に関係な
く、所定の最小開口径ａ．まで開くように設定され、露
光量は液晶絞り５で調整される。

液晶レンズ５の屈折率と、撮影レンズ１．　　２の主な
近軸量と、その物像間距離における絞り径等を下記の表
に示す。尚、この液晶絞り４の透過率は３０％である。

ｌ、ＳＯＨ　　　　　３５．０１１　　　−社．３９Ｂ
　／　ｌｓ．２９１　　　１０１１１．１　　　　１．
５５４　　（ｌＬｃｔ２り）ＩＪＯＨ　　　　　３１．
フε５−３１．Ｈｌ　／　＋２ｊｌｆｉ　　　３５３４
　　　Ｉｌｌコ１　（液晶絞り）１．７Ｈｌｌ　　　　
　！９．１７！　　　−３４．０３１　／　ｌｌＪ＆　
　　！！４。１　　　１１．５８９　　（液晶絞り）本
実施例の効果として、液晶絞り４と液晶レンズ５との組
合せは、偏光板を共用できるので構成に無駄がなく、又
各電極が透明なので通常撮影時の光束に与える影響が少
ないことが挙げられる。

又、光量損失は、通常撮影時、機械式絞り３の開放状態
でＦＮα２．８とすれば、液晶レンズ部分の透過率は３
０％であるので、 （２．８／９）２　・０。７　＝　０．　０６７７５と
なり、約７％であり、従来技術のように偏光板を有口径
全面に用いる場合の光量損失約７０％に比べて非常に少
ない。

尚、本実施例では、液晶レンズ５によって、レンズ系全
体を繰出して定めた物像間距離よりも近い側だけに合焦
させているが、例えば液晶を封入するケースの屈折率を
、液晶の屈折率ｎ０及びロ。の間の値ｎｃにすると、通
常撮影時には液晶の屈折率をｎｃに保ち、マクロ撮影時
に液晶の屈折率をｎ．とｎ．の間で変化させることによ
って、液晶の屈折率がｎｃの場合の物像間距離の前後の
領域に亘って液晶レンズ５で合焦させることが可能にな
る。

液晶レンズ５が、液晶の配向方向が互いに直行する複数
の液晶レンズで構成されているような、偏光板の要らな
い形式の物である場合は、物性絞り４も偏光板を使わな
い形式のものにすると、透過光量の増加が望める。この
場合、従来技術で説明したように非点収差が発生するの
であるが、液晶レンズ５を絞り込んだ状態だけで使うの
で、実質的に被写界深度が深くなり、非点収差の影響を
軽減することが出来る。

尚、絞りの前後のレンズ系１．２にも屈折率可変レンズ
を含むようにしてもよい。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明に係る撮像光学系によれば、撮像レン
ズとは別に機械式絞りの近傍に、機械式絞りを開放した
時に通過し得る光束の最大径より径の小さい屈折率可変
レンズを設けるようにしたから、マクロ撮影時における
合焦を正確に行なえ、しかも通常撮影時の性能にほとん
ど悪影響を与えない。又屈折率可変レンズが小型である
から、製造が容易で製造コストを低廉に出来、しかもカ
メラの大きさをコンパクトに維持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る撮像光学系の基本構成図、第２図
は機械式絞り、物性絞り及び屈折率可変レンズの概略平
面図、第３図は機械式絞り，物性絞り及び屈折率可変レ
ンズの概略斜視図、第４図は物性絞り及び屈折率可変絞
りの概略断面図、第５図は数値限定した第一実施例の構
成図である。 １．２・・・レンズ系、３・・・機械式絞り、５・・・
屈折率可変レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 撮像レンズと機械式絞りを備えた撮像光学系において、 上記機械式絞りの近傍に機械式絞りを開放した時に通過
   し得る光束の最大径より径の小さい屈折率可変レンズを
   設けたことを特徴とする撮像光学系。