TW200946951A - Image picking-up lens system and image picking-up device using the same - Google Patents

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200946951 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於具有自動焦點調節功能之攝像透鏡系及使 用其之攝像裝置。 【先前技術】 作為利用電潤澡現象之電潤濕裝置，法國的Varioptic公 司及荷蘭的飛利浦公司係發表有使用液體透鏡之可變焦點 透鏡元件（例如參照非專利文獻1)。 又’亦有提議採用同樣地使用液體透鏡而具有自動焦點 調節功能之構成的攝像透鏡系（例如參照專利文獻1及2)。 在專利文獻1所提出之攝像透鏡系中，係構成4群透鏡且 在其物體侧之第1群透鏡使用液體透鏡。 又，在專利文獻2所提出之攝像透鏡系中，係構成3群透 鏡且依舊在第1群透鏡使用液體透鏡。 [非專利文獻 1] S. Kuiper et al·，"Variable-focus liquid lens for miniature cameras", Applied Physics Letters, Vol.85, No.7, 16 August 2004, pp.1128-1130 [專利文獻1]日本特開20〇5-84387號公報 [專利文獻2]日本特開2006-72295號公報 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] 但，在專利文獻1及2所提出之攝像透鏡系中，由於透鏡 群有3個以上，故合計之透鏡片數增多，在使攝像透鏡系 及具有其之攝像裝置小型化上係不利。尤其在行動電話等 135446.doc 200946951 小型攜帶式機器設置攝像 攝像裝置時’為使具有液體透鏡之摄 像透鏡系實用化，透鏡片數一 題 &進步減少已成為必要之課 鐘於以上之問題，本發 月之目的係在使用液體透鏡且且 調節功能之攝像透鏡系及使用其之攝像裝置 中’以更少之透鏡片數而構絲像透㈣並謀求小型化。 [解決問題之技術手段] 為解决上述問題’本發明之攝像透鏡系由物體側依序具 有第1透鏡群及第2透鏡群，且在第2透鏡群具有液體透鏡 系’其係導電性液體與絕緣性液體之界面之曲率半徑隨施 加電壓而變化者。且採用液體透鏡系之導電性液體與絕緣 性液體之界面之曲率中心存在於導電性液體側之構成。 在本發明之攝像透鏡系中，液體透鏡系宜採用由物體側 依序配置透光性基體、導電性液體 '絕緣性液體、透光性 基體所形成之構成。 又，本發明之攝像裝置係使用上述攝像透鏡系之構成。 即，具有攝像透鏡系、光圈及攝像部；攝像透鏡系由物體 側依序具有第1透鏡群及第2透鏡群，且在第2透鏡群具有 液體透鏡系，其係導電性液體與絕緣性液體之界面之曲率 半徑隨施加電壓而變化者。且採用液體透鏡系之導電性液 體與絕緣性液體之界面之曲率中心存在於導電性液體側之 構成。 如上所述，本發明之攝像透鏡系及使用其之攝像裝置， 由物體側依序具有第1透鏡群及第2透鏡群，且在第2透鏡 135446.doc 200946951 群具有液體透鏡系，其係導電性液體與絕緣性液體之界面 之曲率半徑隨施加電壓而變化者。如此，由於係具有2群 透鏡系之構成’與使用以往之液體透鏡之攝像透鏡系相 比，可減少透鏡之總片數並可謀求小型化。 又，採用使液體透鏡系之導電性液體與絕緣性液體之界 面之曲率中心存在於導電性液體側之構成時，可抑制色像 ^ 差修正不足。 ❿ 另外’在本發明之攝像透鏡系中，由於採用使液體透鏡 系係由物體側依序配置透光性基體、導電性液體、絕緣性 液體、透光性基體而形成之構成，如後所述，可在實用上 充分抑制球面像差、像散像差及歪曲像差。因此，可提供 特性良好之攝像透鏡系及攝像裝置。 【實施方式】 [發明之效果] 依據本發明’可在使用液體透鏡且具有自動焦點調節功 〇 能之攝像透鏡系中，以更少之透鏡片數構成而謀求小型 化。 — 以下’說明用以實施本發明之最佳型態之例，但本發明 並不限定於以下之例。 圖1係表示本發明實施型態之攝像透鏡系及使用其之攝 像裝置之概略構成圖。此攝像裝置100中之攝像透鏡系5〇 係由第1透鏡群1及第2透鏡群2所構成，作為第2透鏡群2， 係使用由液體透鏡系構成之可變焦點透鏡。作為第丨透鏡 群1例如在使用兩面為非球面之透鏡之情形，係可利用i 135446.doc 200946951 片透鏡構成。又，在第1透鏡群i與第2透鏡群2之間，即， 在比液體透鏡系之導電性液體2 2與絕緣性液體2 3之界面更 靠近物體侧配置有光圈s。 使用作為攝像透鏡系5〇之第2透鏡群2之液體透鏡系係在 容器20之物體側之開口配置有透光性基體2ι、在與此相反 側之開口配置有透光性基體24而内部被液密地保持著。作 為容器20之形狀，可採用圓筒形、及切除圓錐形之頂部之 形狀等之可在光軸C旋轉對稱之形狀，在圖示之例中，表 示大致圓筒形之情形。而，在此容器2〇内，由物體側依序 收容有導電性液體22與絕緣性液體23。作為容器2〇，可使 用絕緣性材料，作為透光性基體21及24,可使用玻璃及塑 料之透明樹脂。另-方面，作為導電性液體22及絕緣性 液體23,採用均具有透光性，擁有相異之折射率，且具有 相同密度（比重）之材料。作為導電性液體22，可使用對絕 緣性液體23不具有可溶性.之水溶液，例如可使用鹽水，作 為絕緣性液體23，可使用矽油等各種油。 在圖1所示之例中，在構成第2透鏡群2之液體透鏡系 中，在容器2〇之物體側之開口，形成有與導電性液體22接 觸，具有導出至外部之端子部之第！電極25。又，由容器 20之内壁至像側之開口，形成有第2電極此情形係形成 圓筒狀）’並在其一部分形有導出至外部之端子部。向容 盗20之内壁延伸之第2電極26之物體側之端部係形成與物 體側之第！電極25相分離。又，在第2電極％之容器2〇内之 表面上’設有電介質膜27及撥水膜28。 I35446.doc 200946951 又’在此攝像裝置100中，於攝像透鏡系50之像側配置 有攝像部5 1。作為攝像部5丨，可使用包含將被照射之光能 變換成電荷之複數光電變換部、蓄積此電荷之電荷蓄積 部、及轉送電荷’將其送出至外部之電荷轉送部之CCD(Charge Coupled Device .電荷搞合元件）、或 cMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor ;互補型金屬氧化物半導體）元件 •等。另外’設有變換在攝像部51被檢測之光信號之信號變 換部52、處理信號之控制部53、及將電壓施加至液體透鏡 9 系所構成之第2透鏡群2之電極25及26之電壓施加部54，而 構成攝像裝置100。 採用此種構成之情形，在第2透鏡群2中，藉由電壓施加 部54將適切之電壓施加至各電極25及26之間時，可使導電 性液體22與絕緣性液體23之界面之曲率發生變化。藉此， 可改變對入射光之透鏡作用，並改變焦點距離。 說明有關此現象時，首先，在電壓未被施加至第1及第2 φ 電極25及26之情形’可藉由被填充之導電性液體22與絕緣 性液體23、與容器20之内壁面之表面張力之平衡，使此等 . 液體22及23之界面變成某半徑之球面之一部分。 另一方面’在電壓被電壓施加部54施加至第1及第2電極 25及26之間時，在容器20之内壁面，宛如導電性液體以之 「濕潤性」提高之情形（此現象稱為電潤濕）一般，接觸角 會變小。即’導電性液體22及絕緣性液體23之界面會因其 曲率半徑變大而呈現更接近於平坦面之球面。 因此，可藉導電性液體22及絕緣性液體23之間之折射率 135446.doc 200946951 生變化 差與界面曲率而有透鏡效果，且在施加電壓時，可如此藉 由電’閏濕使液體界面曲率發生變化，故可使其焦點距離發 利用此種電潤濕現象之可變焦點透鏡在本質上，除了放 電時以外，不會有電流流動，具有耗電力極小之優點。 又’因無機械性的可動部’故與靠馬達等使透鏡移動之以 往之可變焦點透鏡相比，也具有壽命較長之優點。更由於 不需要馬彡’可謀求節省空間化，可利用簡單之構成，提 供自動聚焦機構。 而，在由絕緣性液體（油）及導電性液體（水）之2液體所構 成之液體透鏡中，絕緣性液體之折射率及阿貝數為“及 vl、導電性液體之折射率及阿貝數為心及…時，一般而 ， nl >n2 vl <v2 故2液體之界面在對折射率為nl之絕緣性液體呈凸狀時， 具有正的能力及正的色像差，在呈凹狀時，具有負的能力 及負的色像差。 一般’就攝像裝置之光學系全體而言，容易呈現色像差 修正不足，故2液體之界面’可以說以對絕緣性液體呈凹 狀為宜。 從而，在液體透鏡系所構成之第2透鏡群2中，採用由物 體側依序配置透光性基體21、導電性液體22、絕緣性液體 23、透光性基體24之構成之情形，2液體界面之曲率以對 135446.doc 200946951 絕緣性液體23呈凹狀為宜。 因此’在本實施型態之攝像透鏡系中，採用使第2透 鏡群2之導電性液體22與絕緣性液㈣之界面之曲率中心 存在於導電性液體22側之構成。採用此種構成時，2液體 之界面之曲率對、絕緣性液體23呈凹狀，可抑制攝像透鏡系 50全體之色像差修正不足。

乂 ’採用此種構成之情形，如圖i所示，在第2透鏡群2 之液體透鏡㈣，較好為在物體側配置導電性液體^，在 像側配置絕緣性液體23。藉由如此配置，可呈現在電壓無 施加狀態，使兩液體22及23之界面存在於導電性液體”側 之構成。 其次，說明本發明之實施型態之攝像透鏡（之具體的數 值例作為第i〜第3實施型態如下。又，在以下之各實施型 態中，第1透鏡群1及第2透鏡群2均採用具有正能力（折射 力）之構成。 [1 ]第1實施型態 百先，說明有關可適用作為第丨實施型態之具體的透鏡 構造之數值例。在本例中，在使用作為圖丨中所說明之攝 像裝置1GG之攝像透鏡系5Q之情形’假設攝像透鏡系5〇之 ,、、、點距離為f，F值為Fno ’晝面視角為2(〇(ω為半晝面視角） 時， f=3.7 mm Fno=2.7 2ω=63° 135446.doc 200946951 如圖2所示’將第1透鏡群1之入出射面、配置光圈S之 面、第2透鏡群2之透光性基體21、導電性液體22、絕緣性 液體23及透光性基體24之各入出射面，分別由物體側依序 設定為第1~第8面S1〜S8。在圖2中，在對應於圖1之部分， 附上同一符號而省略重複說明。而，將此等第丨〜第8面 S1〜S8之曲率半徑、光軸上之面間隔（與其次之面之面間 隔；在第8面S8中，為與攝像部51之表面之間隔）、在面間 之媒貝之d線（波長587.56 nm)之折射率、及同樣d線之阿貝 數等揭示於下列表1。 [表1]

非球面式採用下列之數！時之第i、第2、“ 5 第 7 及第 8 面 S1、S2、S4、S5、s_ = 示於下列表2。又，在數丨中，7矣_ ώ t 係數揭 隹數1中，z表不舆光之行進 向時之透鏡面相距之光軸方向之 n馮正 此雔，h表不與 之方向之高度，R表示曲率半秤， 輛垂直 午千仨 k表不圓錐常數， 分別表示4次及ό次之非球面係數。 、Β 135446.doc 200946951 [數i] ±1 Z= ~—L·^ +Ah4+Bh6 [表2] 面號 k A Β S1 -0.180850 -0.112483X10·1 -0.361451Χ10'2 S2 6.915218 -0.249712X10'1 -0.264184 χ HT1 S4 -781.037146 -0.551758x10·' -0.950246x10'2 S5 -1.066209 0.355959X10·1 -0.170921 S7 -3598.011318 0.140625 -0.127323 S8 -16.914861 -0.128842x1ο·1 -0.392521x10-2 又，在圖2所示之第1及第2透鏡群1及2中，將物體距離 為600 mm、120 mm、50 mm時之上述表1中之R5之數值例 揭示於下列表3。 [表3] 物體距離[mm] R5 600 -1.726 120 -2.069 50 -3.285 在以此種數值例所構成之攝像透鏡系50中，同樣地將物 體距離為600 mm、120 mm、5 0 mm時之球面像差、像散像 差及歪曲像差分別表示於圖3A〜C。又，在以下所示之球面 像差之各圖中，在波長656·2700 nm之C線之球面像差以一點 鏈線a表示，在波長587.5600 nm之d線之球面像差以實線b表 示，在波長486.1300 nm之F線之球面像差以虛線c表示。 由圖3A-C之結果可知：此情形在實用上可對各物體距 離充分抑制球面像差、像散像差及歪曲像差。可知對各波 長之光之球面像差之差也十分小，也可抑制色像差。 135446.doc -11 - 200946951 從而’在第1實施型態中，可藉由2群透鏡構成可充分抑 制像差之實用的攝像透鏡系50。因此，可謀求使用此攝像 透鏡系50之攝像裝置1〇〇之小型化。 [2]第2實施型態 其次，說明有關可適用作為第2實施型態之具體的透鏡 構U之數值例。此情形亦係在使用作為圖^中所示之攝像 裝置100之攝像透鏡系50之情形，假設攝像透鏡系50之焦點 距離為f ’ F值為Fn〇 ’畫面視角為2ω(ω為半晝面視角）時， f~3.7 mm

Fno=2.7 如圖4所示，將第i透鏡群丨之入出射面、配置光圈s之 面第2透鏡群2之各入出射面，分別由物體側依序設定為 第=8面81〜88。在圖4中，在對應於圖丨之部分，附上同 :符號而省略重複說明。而，將此等第1〜第8面sus之曲 率半徑、光輛上之面間隔、在面間之媒質之_之折射 率、及同樣d線之阿貝數等揭示於下列表4。

阿貝數 v[d 線] 56.0 56.0 47.0 34.6 56.0 135446.doc 種類等 非球面 非球面 開口光圈 非球面 非球面~~ 非球面 非球面 •12- 200946951 又，非球面式採用上述之數1時之第1、第2、第4、第 5、第7及第8面SI、S2、S4、S5、S7及S8之非球面係數揭 示於下列表5。 [表5] 面號 k A Β S1 0.288182 -0.542391x10·^ 0.534802x10·^ S2 5.575642 0.243578χ10*2 0.550355χ10'2 S4 -262.904754 -0.226503 χΙΟ·1 0.446058x10·* S5 -1.056883 0.149592x10] -0.164245 S7 -3598.011407 0.931462x10] -0.149786 S8 -15.398666 -0.167286x10“ -0.121115xl〇·2

又，在圖4所示之第1及第2透鏡群1及2中，將物體距離 為600 mm、1 20 mm、50 mm時之上述表4中之R5之數值例 揭示於下列表6。 [表6] 物體距離[mm] R5 600 -1.468 120 -1.763 50 -2.818 在以此種數值例所構成之攝像透鏡系50中，同樣地將物 體距離為600 mm、120 mm、5 0 mm時之球面像差、像散像 差及歪曲像差分別表示於圖5A〜C。 由圖5A〜C之結果可知：此情形亦在實用上可對各物體 距離充分抑制球面像差、像散像差及歪曲像差。又，可知 對各波長之光之球面像差之差也十分小，也可充分抑制色 像差。 從而，在第2實施型態中，亦可利用2群透鏡構成可充分 抑制像差之實用的攝像透鏡系50。因此，可謀求使用此攝 像透鏡系50之攝像裝置100之小型化。 135446.doc -13- 200946951 [3]第3實施型態 ^欠’說明有關可適用作為第3實施型態之具體的透鏡 構^數值例°在此例中’亦在使用作為圖！中所說明之 攝像裝置100之攝像透鏡系50情 Μ办假5又攝像透鏡系50 =距離為f，F值為Fn。，畫面視角為峰為半晝面視 f=3.7 mm

Fno=2.7 2ω=63° 如圖6所示，將第1透鏡群1之入出射面、配置光圈8之 面、第2透鏡群2之各入出射面，分別由物體側依二: 第1〜第8面S1〜仏在圖6中，在對應於圖！之部分，附^ 一符號而省略重複說明。而’將第1〜第8面81〜88之曲率半 徑、光軸上之面間隔、在面間之媒質之d線之折射 同樣d線之阿貝數揭示於下列表7。 [表7]

匕’非球面式採用上述之數1時之第 叮心乐丄第2、第4、^ 第7及第8面81、以、34、85、87及88之非球面係數: 135446.doc • 14· 200946951 示於下列表8。 [表8] 面號 k A Β S1 -0.288882 -0.884378x1 - S2 6.368048 -0.462833x10'1 - S4 -161.278351 - - S5 -1.050802 - - S7 -3598.011734 -0.221593 - S8 -1.250619 -0.567104x10_1 - 又，在圖6所示之第1及第2透鏡群1及2中，將物體距離 為600 mm、120 mm、50 mm時之上述表7中之R5之數值例 揭示於下列表9。 [表9] 物體距離[mm] R5 600 -1.77339 120 -2.15242 50 -3.52567 在以此種數值例所構成之攝像透鏡系50中，同樣地將物 體距離為600 mm、120 mm、50 mm時之球面像差、像散像 差及歪曲像差分別表示於圖7A〜C。 由圖7 A〜C之結果可知：在此情形下，亦在實用上可對 各物體距離充分抑制球面像差、像散像差及歪曲像差。 又，可知對各波長之光之球面像差之差也十分小，也可抑 制色像差。 從而，在第3實施型態中，亦可利用2群透鏡構成可充分 抑制像差之實用的攝像透鏡系50。因此，可謀求使用此攝 像透鏡系50之攝像裝置100之小型化。 如以上所說明，依據本發明，可僅藉由2個透鏡群而提 供具有使用液體透鏡之自動焦點調節功能之攝像透鏡系及 135446.doc -15- 200946951 使用其之攝像裝置。 在本發明中’構成使使用於像側之第2透鏡群之液體透 鏡系中之導電性液體與絕緣性液體之界面之曲率中心存在 於導電性液體側。採用此種構成時，2液體之界面之曲率 對絕緣性液體呈凹狀’可抑制攝像透鏡系全體之色像差修 正不足。 另外，液體透鏡系採用由物體侧依序配置透光性基體、 導電性液體、絕緣性液體、透光性基體之構成時，如在上述 之第1〜第3實施型態中所說明，在實用上可充分抑制像差。 又’採用在比液體透鏡系之導電性液體與絕緣性液體之 界面位置更靠近物體側，配置有光圈之構成時，同樣地可 實現可充分抑制像差之構成。 又’本發明並不限定於在上述之實施型態例中所說明之 構成’可在其他不脫離本發明之構成之範圍内實施種種之 變形、變更。 【圖式簡單說明】 圖1係具備有本發明之實施型態之攝像透鏡系之攝像裝 置之概略構成圖； 圖2係本發明之第丨實施型態之攝像透鏡系之概略構成 圖； 圖3 A〜C係表示本發明之第丨實施型態之攝像透鏡系之第 1〜第3狀態之球面像差、像散像差及歪曲像差之圖； 圖4係本發明之第2實施型態之攝像透鏡系之概略構成 135446.doc -16- 200946951 圖5A〜C係表示本發明之第2實施型態之攝像透鏡系之第 1〜第3狀態之球面像差、像散像差及歪曲像差之圖； 圖6係本發明之第3實施型態之攝像透鏡系之概略構成 圖；及 圖7A〜C係表示本發明之第3實施型態之攝像透鏡系卜 1〜第3狀態之球面像差、像散像差及歪曲像差之圖。’、之第

【主要元件符號說明】 1 第1透鏡群 2 第2透鏡群 20 容器 21 透光性基體 22 導電性液體 23 絕緣性液體 24 透光性基體 25 第1電極 26 第2電極 27 電介質膜 28 撥水膜 50 攝像透鏡系 51 攝像部 52 信號變換部 53 控制部 54 電壓施加部 100 攝像裝置 135446.doc 17·

Claims (1)

1. 200946951 七、申請專利範圍： 1. 一種攝像透鏡系，由物體側依序具有第1透鏡群及第2透 鏡群； 於前述第2透鏡群具有液體透鏡系，其係導電性液體 與絕緣性液體之界面之曲率半徑隨施加電壓而變化者； 前述液體透鏡系之前述導電性液體與前述絕緣性液體 之界面之曲率中心係存在於前述導電性液體側。 2. 如請求項1之攝像透鏡系，其中前述液體透鏡系係由物 體側依序配置有透光性基體、前述導電性液體、前述絕 緣性液體、透光性基體而成。 3 ·如請求項1之攝像透鏡系，其中在比前述液體透鏡系之 前述導電性液體與前述絕緣性液體之界面位置更靠近物 體側配置有光圈。 4. 一種攝像裝置，具有攝像透鏡系、光圈及攝像部； 前述攝像透鏡系係由物體側依序具有第丨透鏡群及第2 透鏡群； 於前述第2透鏡群具有液體透鏡系，其係導電性液體 與絕緣性液體之界面之曲率半徑隨施加電壓而變化者； 前述液體透鏡系之前述導電性液體與前述絕緣性液體 之界面之曲率中心係存在於前述導電性液體側。 5. 如請求項4之攝像裝置，其中前述攝像透鏡系之前述液 體透鏡系係由物體側依序配置有透光性基體、前述導電 性液體、前述絕緣性液體、透光性基體而成。 135446.doc