インナーフォーカス方式ズームレンズシステム
【課題】本発明はイメージセンサーを具備するカメラモジュールに使用され、液晶レンズを利用するインナーフォーカス方式のズームレンズシステムに関するものである。
【解決手段】上記インナーフォーカス方式ズームレンズシステムは、物体側の最近傍に位置し固定された対物レンズ群と、像側の最近傍に位置し固定された集光レンズ群と、上記対物レンズ群と集光レンズ群との間に位置し変倍を行なうために移送される少なくとも一つの移送レンズ群を具備するインナーフォーカス方式ズームレンズシステムにおいて、印加される電圧によって屈折率とアッベ数(ａｂｂｅ ｎｕｍｂｅｒ)が変わる液晶物質が内部空間に満たされた液晶レンズを含み、上記移送レンズ群の移送によって変倍が行なわれる場合に上記液晶物質の屈折率とアッベ数の変化によって像面の補正を行うことを特徴とする。
【解決手段】上記インナーフォーカス方式ズームレンズシステムは、物体側の最近傍に位置し固定された対物レンズ群と、像側の最近傍に位置し固定された集光レンズ群と、上記対物レンズ群と集光レンズ群との間に位置し変倍を行なうために移送される少なくとも一つの移送レンズ群を具備するインナーフォーカス方式ズームレンズシステムにおいて、印加される電圧によって屈折率とアッベ数(ａｂｂｅ ｎｕｍｂｅｒ)が変わる液晶物質が内部空間に満たされた液晶レンズを含み、上記移送レンズ群の移送によって変倍が行なわれる場合に上記液晶物質の屈折率とアッベ数の変化によって像面の補正を行うことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はズームレンズシステムに関するものであり、より詳しくはイメージセンサーを具備する撮像用カメラモジュールに使用され、インナーフォーカス方式に適したズームレンズシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ズームレンズのフォーカシング(ｆｏｃｕｓｉｎｇ)方式は、物体側に最も近い第１レンズ群を移送させる１群供給方式が一般的である。こうした１群供給方式は同距離の被写体のフォーカシングに必要な第１レンズ群の移送量が焦点距離に依存しないという利点があることから広く使用される。
【０００３】
しかし、かかる１群供給方式の場合には比較的大きくて重い第１レンズ群を移送させフォーカシングを行うため、移送速度が遅く駆動電力が大きいという問題点がある。また、一般的に高解像度などの優れた光学的特性を得るために多数のレンズが使用されるので、カメラモジュールの大きさが大きくなり携帯機器に装着することが困難であるという問題点がある。
【０００４】
一方、ズームレンズのフォーカシング方式として像面側のレンズを移送させるリアフォーカス(rｅａr ｆｏｃｕｓ)方式が使用されることもある。こうしたリアフォーカス方式は同距離の被写体のフォーカシングに必要なフォーカシングレンズの移送量がズーム位置によって大きく異なり、近距離物体にフォーカシングした後に変倍を行うと焦点が外れるという問題点がある。
【０００５】
また、ズームレンズのフォーカシング方式で対物レンズと集光レンズとの間に具備されるレンズを移送させるインナーフォーカス方式が使用されることもある。
【０００６】
前述したフォーカシング方式は一般的に変倍を行なうために１つ以上のレンズ群を移送させ、上記レンズ群の移送による像面を補正するためにさらに他のレンズ群を移送させるよう構成されているので、レンズ移送装置が複雑になり、小型化に反するという問題点がある。
【０００７】
従って、１つのレンズ群のみを移送しても十分な変倍性能と高解像度を得ることのできるズームレンズシステムが要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記のような問題点を解決するためのもので、１つのレンズ群のみを移送しながらも十分な変倍性能を得ることのできるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムを提供することを目的とする。
【０００９】
さらに、少ない枚数のレンズを使用しながらも高解像度を具現することができ、小型化が可能なインナーフォーカス方式ズームレンズシステム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】
【００１０】
上記のような目的を成し遂げるための一側面として本発明は、物体側の最近傍に位置して固定された対物レンズ群と、像側の最近傍に位置して固定された集光レンズ群と、上記対物レンズ群と集光レンズ群との間に位置して変倍を行なうために移送される少なくとも一つの移送レンズ群を具備するインナーフォーカス方式ズームレンズシステムにおいて、印加される電圧によって屈折率とアッベ数(ａｂｂｅ ｎｕｍｂｅｒ)が変わる液晶物質が内部空間に満たされた液晶レンズを含み、上記移送レンズ群の移送によって変倍が行なわれる場合に上記液晶物質の屈折率とアッベ数の変化によって像面の補正を行うことを特徴とするインナーフォーカス方式ズームレンズシステムを提供する。
【００１１】
この際、上記液晶レンズは上記移送レンズ群の移送によって変倍が行なわれる際、上記移送レンズ群とともに移送されることも可能であり、固定された状態を維持することも可能である。
【００１２】
好ましくは、上記液晶レンズは物体側のカバー面に該当する透明な第１基板と、像側カバー面に該当し上記液晶物質が満たされる内部空間を形成するよう上記第１基板と所定間隔を置いて対向し設けられた透明な第２基板を具備し、上記液晶物質の屈折率は上記第１基板または第２基板の屈折率を境界にしてその前後に変化することができる。
【００１３】
また、好ましくは、上記第１基板の像側屈折面と上記第２基板の物体側屈折面の中の少なくとも一つは球面または非球面からなることができる。
【００１４】
また、上記液晶物質の光軸における厚さと有効口径における厚さは１〜２５μｍであることが好ましい。
【００１５】
他の側面として本発明は、負の屈折力を有し固定された第１レンズ群、広角端から望遠端への変倍時上記第１レンズ群との間隔が減少するよう移送されながら変倍を行い、印加される電圧によって屈折率とアッベ数(ａｂｂｅ ｎｕｍｂｅｒ)が変わる液晶物質が満たされた液晶レンズを具備して上記液晶物質の屈折率とアッベ数の変化によって像面の補正を行い、全体的に正の屈折力を有する第２レンズ群、及び正の屈折力を有し固定された第３レンズ群、とを含むインナーフォーカス方式ズームレンズシステムを提供する。
【００１６】
好ましくは、上記液晶レンズは物体側カバー面に該当する透明な第１基板と、像側カバー面に該当し上記液晶物質が満たされる内部空間を形成するように上記第１基板と所定間隔を置いて対向し設けられた透明な第２基板を具備し、上記液晶物質の屈折率は上記第１基板または第２基板の屈折率を境界にしてその前後に変化するようにできる。
【００１７】
さらに他の側面として本発明は、負の屈折力を有し固定された第１レンズ群、印加される電圧によって屈折率とアッベ数(ａｂｂｅ ｎｕｍｂｅｒ)が変わる液晶物質が満たされた液晶レンズを具備し、上記液晶物質の屈折率とアッベ数の変化によって変倍による像面の補正を行う、固定された第２レンズ群、全体的に正の屈折力を有し、広角端から望遠端への変倍時上記第２レンズ群との間隔が減少するよう移送されながら変倍を行なう第３レンズ群、及び正の屈折力を有して固定された第４レンズ群、とを含むインナーフォーカス方式ズームレンズシステムを提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、液晶レンズを利用することで一つのレンズ群のみを移送しながらも十分な変倍性能を有するインナーフォーカス方式のズームを具現することができるという有利な効果を得ることが可能となる。
【００１９】
さらに、少ない枚数のレンズを使用しながらも高解像度を具現することができ、小型化が可能であるという効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例に対して添付の図面に基づいてより詳しく説明する。
【００２１】
図１及び図５はそれぞれ本発明によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムの第１実施例及び第２実施例を示したレンズ構成図である。図１及び図５のレンズ構成図として、レンズの厚さ、大きさ、形状は説明のためにやや誇張され図示しているが、とりわけレンズ構成図で提示された球面または非球面の形状は一例として提示されるだけであり、この形状に限られるわけではない。
【００２２】
一般的に、カメラモジュールは少なくとも一つのレンズ、内部に所定の空間が形成され上記レンズを収容するハウジング、上記レンズによる結像面に対応するイメージセンサー、上記ハウジングの他端に固定設置されその一面に上記イメージセンサーが装着されて上記イメージセンサーから感知されたイメージを処理するための回路基板などからなっている。本発明はこのようなカメラモジュールに使用されるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムに関するものである。
【００２３】
本発明によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムは、物体側の最近傍に位置し固定されて物体から光が入射する対物レンズ群と、像側の最近傍に位置し固定され結像面に像を結像する集光レンズ群と、上記対物レンズ群と集光レンズ群との間に位置し変倍を行なうために移送される少なくとも一つの移送レンズ群を具備し、印加される電圧によって屈折率とアッベ数(ａｂｂｅ ｎｕｍｂｅｒ)が変わる液晶物質が内部空間に満たされた液晶レンズ（ｌｉｑｕｉｄ−ｃｒｙｓｔａｌ ｌｅｎｓ）を含むことを特徴とする。
【００２４】
上記液晶レンズは上記移送レンズ群の移送によって変倍が行なわれる場合に上記液晶物質の屈折率とアッベ数の変化に応じて像面の補正を行うことにより、固定されている上記対物レンズ群や集光レンズ群に具備されることも可能で、変倍時移送される移送レンズ群に具備されることも可能である。
【００２５】
例えば、本発明の第１実施例を示す図１の場合に上記対物レンズ群、移送レンズ群、集光レンズ群、液晶レンズは各々第１レンズ群ＬＧ１、第２レンズ群ＬＧ２、第３レンズ群ＬＧ３、第３レンズＬ３に該当する。
【００２６】
この際、液晶レンズからなる上記第３レンズＬ３は上記第２レンズ群ＬＧ２が変倍のために移送される場合に上記第２レンズ群ＬＧ２とともに移送するようになり、その内部空間に満たされた液晶物質の屈折率が変化されながら変倍による像面の補正を行うようになる。
【００２７】
また、本発明の第２実施例を示した図５の場合に、上記対物レンズ群、移送レンズ群、集光レンズ群、液晶レンズはそれぞれ第１レンズ群ＬＧ１、第３レンズ群ＬＧ３、第４レンズ群ＬＧ４、第２レンズＬ２に該当する。
【００２８】
この際、液晶レンズからなる上記第２レンズＬ２は上記第３レンズ群ＬＧ３が変倍のために移送される場合に固定された位置を維持し、その内部に満たされた液晶物質の屈折率が変化されながら変倍による像面の補正を行うようになる。
【００２９】
一般的に、自動焦点調節のために使用される液晶レンズは液晶物質を硝子などの透明な基板の間に設け、上記液晶物質に電圧を印加するために透明な電極を設け、透明電極に印加する電圧を変化させることで上記液晶物質の屈折率を変化させ液晶レンズの焦点距離を電気的に変化させることが可能となる。
【００３０】
本発明によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムは、このような液晶レンズを利用して変倍による像面の補正を行うことができるので、変倍の際一つのレンズ群のみを移送させることが可能となる。
【００３１】
従って、本発明によって変倍を行なう場合には従来に比して像面の補正のために２つ以上のレンズ群を移送する必要がないので、レンズ移送が容易で、かつカメラモジュールの小型化が可能になるという利点がある。
【００３２】
図２ａ及び図２ｂは、本発明によるズームレンズシステムに使用される液晶レンズの断面図である。
【００３３】
図２に示すように、上記液晶レンズ１００は上記液晶レンズは物体側のカバー面に該当する透明な第１基板１０１と、像側のカバー面に該当し上記第１基板１０１と所定間隔を置き対向して設けられた透明な第２基板１０２と、上記第１基板１０１と上記第２基板１０２の間に形成される内部空間に満たされる液晶物質１１１を具備し、上記内部空間を密封するために密閉部材１２１が設けられる。
【００３４】
上記密閉部材１２１は温度変化による上記液晶物質１１１の体積変化が収容できるようダンパフィルム(ｄａｍｐｅｒ ｆｉｌｍ) などから形成することができる。
【００３５】
また、上記液晶レンズ１００は上記液晶物質１１１に電圧を印加するために第１基板１０１側に透明な第１電極１１２を具備し、第２基板１０２側に透明な第２電極１１３を具備する。
【００３６】
このように上記第１電極１１２と第２電極１１３を通して上記液晶物質１１１に電圧を印加するようになると、印加された電圧によって液晶物質１１１の屈折率が変化するようになる。
【００３７】
従って、変倍時移送レンズ群が移送されることによって上記液晶物質１１１に印加される電圧の大きさを調節し焦点調節及び像面の補正が可能になる。
【００３８】
この際、上記液晶物質１１１の屈折率は上記第１基板１０１または第２基板１０２の屈折率を境界にしてその前後に変化するように設定することができる。
【００３９】
例えば、上記第１基板１０１と第２基板１０２を屈折率が１．５１７の透明基板を使用し、上記液晶物質１１１の屈折率を１．５から１．７の間で変化させると、上記基板１０１、１０２と液晶物質１１１との間の屈折率の差によって一つの屈折面から凹の屈折面と凸の屈折面を具現することが可能となる。
【００４０】
即ち、上記液晶レンズ１００の屈折力が正から負へ、あるいは負から正へ変化することにつれ広い範囲の自動焦点及び像面補正を具現することが可能であるという利点がある。
【００４１】
このような液晶物質１１１は入射光の偏光方向にかかわらず焦点距離が可変できるようネマチック(ｎｅｍａｔｉｃ) 液晶など公知の物質を使用することができ、上記液晶物質に電圧を印加して所望の屈折率とアッベ数を得ることができる。
【００４２】
また、上記第１基板１０１と液晶物質１１１の境界面、あるいは上記第２基板１０２と液晶物質１１１の境界面を球面または非球面の屈折面で形成することにより所望の光学的特性を具現することもできる。
【００４３】
即ち、図２ａのように、上記第２基板１０２と液晶物質１１１の境界面（第２基板の物体側屈折面)を物体側に凸した面になるよう形成することも可能であり、図２ｂのように上記第２基板１０２と液晶物質１１１の境界面(第２基板の物体側屈折面)を物体側に凹んだ面になるよう形成することも可能である。
【００４４】
これとは違って、第１基板１０１と液晶物質１１１の境界面(第１基板の像側屈折面)を凹や凸の球面または非球面で形成することも可能である。
【００４５】
また、レンズシステムの光学的特性に合わせ上記第１基板１０１の物体側面や上記第２基板１０２の像側面に凹または凸の屈折面を形成することも可能である。
【００４６】
一方、上記液晶レンズ１００は図２に示すように外径(ｏｕｔｅｒ ｄｉａｍｅｔｅｒ；ＯＤ)と有効口径(ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｐｅｒｔｕｒｅ；ＥＡ)を有する。
【００４７】
この際、光軸１３１上の液晶物質１１１の厚さ（t１）と有効口径(ＥＡ)上の液晶物質１１１の厚さ(t２)は１〜２５μｍであることが好ましい。
【００４８】
電圧を印加し所望の焦点距離になるまでの回答時間は一般的に液晶物質１１１の厚さの二乗に比例するため、仮に上限を越え光軸１３１と有効口径(ＥＡ)上の厚さ(t１、t２)が２５μｍより大きくなると回答時間が長くなるという問題点がある。
【００４９】
一方、下限を外れて光軸１３１と有効口径(ＥＡ)上の厚さ(t１、t２)が１μｍより小くなると液晶レンズ１００の製作が難しくなる。とりわけ、焦点距離の変化を大きくするためには液晶物質１１１の厚さを大きくしなければならないので、所望の焦点距離が得にくくなり十分な変倍割合が具現できないという問題点がある。
【００５０】
以下、具体的な数値実施例を通じて本発明について説明する。
【００５１】
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、円錐(Ｃｏｎｉｃ) 定数(Ｋ)及び非球面係数(Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ)に使用される'Ｅ及びこれに繋がる数字'は１０の累乗を表す。例えば、Ｅ+２１は１０２１を、Ｅ-０５は１０-５を表す。
【数１】
Ｚ：レンズの頂点から光軸方向への距離
Ｙ：光軸に垂直な方向への距離
ｒ：レンズの頂点における曲率半径
Ｋ：円錐(Ｃｏｎｉｃ)定数
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ：非球面係数
【実施例１】
【００５２】
図１ａは、本発明の第１実施例によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムの広角端におけるレンズ配置を示すレンズ構成図で、図１ｂは望遠端におけるレンズ配置を示すレンズ構成図である。
【００５３】
図１ａ及び図１ｂに示すように、本発明の第１実施例によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムは、負の屈折力を有し固定された第１レンズ群ＬＧ１、正の屈折力を有し広角端から望遠端への変倍時上記第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、変倍を実行し液晶レンズを具備する第２レンズ群ＬＧ２及び正の屈折力を有し固定された第３レンズ群ＬＧ３からなる。
【００５４】
この際、弱い負の屈折力を有する第１レンズ群ＬＧ１と弱い正の屈折力を有する第３レンズ群ＬＧ３を固定させ、上記第３レンズ群ＬＧ３より強い正の屈折力を有する第２レンズ群ＬＧ２を広角端から望遠端への変倍時上記第１レンズ群ＬＧ１との間隔が減少するように移動させ変倍を行なう。
【００５５】
即ち、上記第１レンズ群ＬＧ１は負の屈折力を有することで光を発散するため、第２レンズ群ＬＧ２は正の屈折力を有するように構成し、広角端から望遠端への変倍時上記第２レンズ群ＬＧ２は上記第１レンズ群ＬＧ１との間隔が減少するようにする。
【００５６】
また、上記第２レンズ群ＬＧ２は液晶レンズＬ３を具備し、前述したように印加される電圧によって液晶レンズＬ３に具備された液晶物質の屈折率とアッベ数が変化されながら像面の補正を行うようになる。
【００５７】
このような液晶レンズＬ３は図２ａのような形状を有する。
即ち、物体側カバー面に該当する透明な第１基板１０１と、像側カバー面に該当し液晶物質１１１が満たされる内部空間を形成するように上記第１基板１０１と所定間隔を置き対向して設けられた透明な第２基板１０２を具備し、上記第２基板１０２の物体側屈折面は物体側に凸した球面に形成される。
【００５８】
また、上記液晶物質１１１の屈折率は上記第１基板１０１または第２基板１０２の屈折率を境界にしてその前後に変化する。
【００５９】
即ち、本発明の第１実施例の場合、上記第１基板１０１と第２基板１０２は屈折率が１．５１７であり、アッベ数が６４．１の透明な硝子基板を使用し、この際上記液晶物質の屈折率とアッベ数は広角端において各々１．５０と６５．０であり、望遠端において各々１．７０と３０．０である。
【００６０】
一方、上記第３レンズ群ＬＧ３の裏側には赤外線フィルター(ＩＦ)、カバーガラス(ＣＧ)などからなる光学的フィルター(ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｌｔｅｒ)が具備されることができ、このような光学的フィルターは本発明の光学的特性には原則的に影響を及ぼさないものにする。
【００６１】
また、イメージセンサーＩＳは固体撮像素子(Ｃｈａｒｇｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ；ＣＣＤ) 及び補償金属半導体(Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｌｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔ；ＣＭＯＳ) などからなり、レンズが形成する像を受光する像面(感光面)１５に対応して第３レンズ群ＬＧ３裏側に配置されている。
【００６２】
具体的に、上記第１レンズ群ＬＧ１は物体側に凸した負メニスコスレンズ(ｍｅｎｉｓｃｕｓ ｌｅｎｓ)である第１レンズＬ１のみからなる。
【００６３】
また、上記第２レンズ群ＬＧ２は全体的に正の屈折力を有し、物体側に凸した正メニスコスレンズである第２レンズＬ２、印加される電圧によって屈折率とアッベ数が変わる液晶レンズである第３レンズＬ３、正凸レンズである第４レンズＬ４、像側屈折面１２が凹の第５レンズＬ５からなり、第３レンズ群ＬＧ３は正の屈折力を有する第６レンズＬ６のみからなる。
【００６４】
一方、開口絞り(Ｓ)は第２レンズＬ２の物体側屈折面３全面に位置して変倍第２レンズ群ＬＧ２とともに移送される。
【００６５】
下記の表１は本発明の第１実施例による数値例を表している。
【００６６】
また、図３ａ〜３ｃは、各々表１及び図１に示したレンズシステムの広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差を表し、図４ａ〜図４ｃは各々図１及び図１に示したレンズシステムの望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を表す。この際、非点収差図面で示す"Ｓ"はサジタル(sａｇｉｔｔａｌ)、"Ｔ"はタンジェンシャル(ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ)を示す。
【００６７】
第１実施例において、広角端でレンズシステム全体の有効焦点距離(ｅｆｆｅｃtｉvｅ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ；ｆｗ)は６．０ｍｍで、望遠端においてレンズシステム全体の有効焦点距離(ｆＴ)は１２．０ｍｍであり、変倍割合(ｚｏｏｍｒａｔｉｏ、ｆＴ/ｆＷ)は２．０である。
【００６８】
また、第１レンズ群ＬＧ１の有効焦点距離（ｆＩ)は-１３．１３ｍｍで、第２レンズ群ＬＧ２の有効焦点距離(ｆII)は広角端において８．３ｍｍ、望遠端において７．９５ｍｍで、第３レンズ群ＬＧ３の有効焦点距離(ｆIII)は１０．８６ｍｍである。
【００６９】
また、Ｆナンバー(ＦＮｏ)は広角端において２．８、望遠端において４．０で、レンズの全画角(２ω)は広角端において６２°、望遠端において３３°であり、第１レンズ群ＬＧ１の一番目レンズＬ１の物体側屈折面１から像面までの距離(ｔｏｔａｌ ｌｅｎｇｔｈ；ＴＬ)は２５．０ｍｍである。
【００７０】
【表１】
表１で※は、各々変倍の際に面間隔が変わる屈折面と、液晶レンズの屈折率とアッベ数を示し、広角端と望遠端における面間隔、液晶レンズの屈折率とアッベ数は次の表２のとおりである。
【表２】
【００７１】
また、表１では、非球面を表し、式１による円錐定数(Ｋ)及び非球面係数(Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ)の値は次の表３のとおりである。
【表３】
【００７２】
このような本発明の第１実施例によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムは液晶レンズを使用することで第２レンズ群ＬＧ２のみを移送させ変倍及び像面補正を行なうことができ、６枚のレンズのみでも図３及び図４に示すように諸収差の特性が優れ、小型化が可能であるという利点がある。
【実施例２】
【００７３】
図５ａは、本発明の第２実施例によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムの広角端におけるレンズ配置を示すレンズ構成図で、図５ｂは望遠端におけるレンズ配置を示すレンズ構成図である。
【００７４】
不必要な重複を避けるために、第１実施例と同じであるか、類似した部分に対する詳しい説明は省略することにする。
【００７５】
図５ａ及び図５ｂに示すように、本発明の第２実施例によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムは、負の屈折力を有し固定された第１レンズ群ＬＧ１、液晶レンズＬ２を具備し固定された第２レンズ群ＬＧ２、全体的に正の屈折力を有し広角端から望遠端への変倍時上記第２レンズ群ＬＧ２との間隔が減少するように移送されながら変倍を行なう第３レンズ群ＬＧ３及び正の屈折力を有し固定された第４レンズ群ＬＧ４からなり、上記第４レンズ群ＬＧ４の裏側にはイメージセンサーＩＳが配置されている。
【００７６】
この際、弱い負の屈折力を有する第１レンズ群ＬＧ１と弱い正の屈折力を有する第４レンズ群ＬＧ４を固定させ、上記第４レンズ群ＬＧ４より強い正の屈折力を有する第３レンズ群ＬＧ３を広角端から望遠端への変倍時、上記第２レンズ群ＬＧ２との間隔が減少するように移動させ変倍を行なう。
【００７７】
即ち、上記第１レンズ群ＬＧ１は正の屈折力を有するので光を発散するため上記第３レンズ群ＬＧ３は正の屈折力を有するように構成し、広角端から望遠端への変倍時、上記第３レンズ群ＬＧ３は上記第２レンズ群ＬＧ２との間隔が減少するようにする。
【００７８】
また、上記第２レンズ群ＬＧ２は液晶レンズＬ２を具備し、前述したように印加される電圧によって液晶レンズＬ２に具備された液晶物質の屈折率とアッベ数が変化されながら像面の補正を行うようになり、このような液晶レンズＬ２は第１実施例で説明したように図２ａの形状及び構造を有する。
【００７９】
具体的に、第２実施例の場合に上記第１レンズ群ＬＧ１は物体側に凸した負メニスコスレンズ(ｍｅｎｉｓｃｕｓ ｌｅｎｓ)である第１レンズＬ１のみからなり、上記第２レンズ群ＬＧ２は印加される電圧によって屈折率とアッベ数が変わる液晶レンズである第２レンズＬ２のみからなり、上記第３レンズ群ＬＧ３は第３レンズＬ３、 第４レンズＬ４と第５レンズＬ５の３枚のレンズからなり全体的に正の屈折力を有する。また、上記第４レンズ群ＬＧ４は正の屈折力を有する第６レンズＬ６ のみからなり、開口絞り(Ｓ)は第３レンズＬ３の物体側屈折面７全面に位置して変倍時第３レンズ群ＬＧ３とともに移送される。
【００８０】
下記の表４は本発明の第２実施例による数値例を表している。
【００８１】
また、図５ａは本発明の第２実施例によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムの広角端におけるレンズ配置を表すレンズ構成図であり、図５ｂは望遠端におけるレンズ配置を示すレンズ構成図であり、図６ａ〜図６ｃは各々表４及び図５に示したレンズシステムの広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差を表し、図７ａ〜図７ｃは各々表４及び図５に示したレンズシステムの望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す。この際、非点収差図面で示す"Ｓ"はサジタル(sａｇｉｔｔａｌ)、"Ｔ"はタンジェンシャル(ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ)を示す。
【００８２】
第２実施例において、広角端においてレンズシステム全体の有効焦点距離(ｅｆｆｅｃtｉvｅ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ；ｆｗ)は６．２ｍｍで、望遠端においてレンズシステム全体の有効焦点距離(ｆＴ)は１２．４ｍｍであり、変倍割合(ｚｏｏｍ ｒａｔｉｏ、ｆＴ/ｆＷ)は２．０である。
【００８３】
また、第１レンズ群ＬＧ１の有効焦点距離（ｆＩ)は-１５．１１ｍｍで、第２レンズ群ＬＧ２の有効焦点距離(ｆII)は広角端において-１６３０ｍｍ、望遠端において１４５０ｍｍで、第３レンズ群ＬＧ３の有効焦点距離(ｆIII)は８．４８ｍｍで、第４レンズ群ＬＧ４の有効焦点距離（ｆIV）は１０．０ｍｍである。この際、液晶レンズＬ２のみからなる第２レンズ群ＬＧ２の屈折力はその値が正から負に変わるので、広い領域に対する像面補正ができるようになる。
【００８４】
また、Ｆナンバー(ＦＮｏ)は広角端において２．８、望遠端において４であり、レンズの全画角(２ω)は広角端において６２°、望遠端において３３°であり、第１レンズ群ＬＧ１の一番目レンズＬ１の物体側屈折面１から像面までの距離(ｔｏｔａｌ ｌｅｎｇｔｈ；ＴＬ)は２４．９６ｍｍである。
【００８５】
【表４】
表４で※は、各々変倍の際に面間隔が変わる屈折面と、液晶レンズの屈折率とアッベ数を示し、広角端と望遠端における面間隔、液晶レンズの屈折率とアッベ数は次の表５のとおりである。
【表５】
【００８６】
また、表４では、非球面を表し、式１による円錐定数(Ｋ)及び非球面係数(Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ)の値は次の表６のとおりである。
【表６】
【００８７】
このような本発明の第２実施例によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムは液晶レンズを使用することで第３レンズ群ＬＧ３のみを移送させ変倍及び像面補正を行なうことができ、６枚のレンズのみでも図６及び図７に示すように諸収差の特性が優れ、小型化が可能であるという利点がある。
【００８８】
本発明は特定の実施例に係わり図示し説明したが、当業界において通常の知識を有するものであれば本発明の特許請求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内で本発明を多様に修正及び変更できることを明かしておく。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】図１は本発明の第１実施例によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムのレンズ構成図であって、図１ａは広角端におけるレンズ構成図、図１ｂは望遠端におけるレンズ構成図を示す。
【図２】本発明によるズームレンズシステムに使用される液晶レンズを示すもので、図２ａは凹の屈折面を有する液晶レンズの断面図で、図２ｂは凸の屈折面を有する液晶レンズの断面図である。
【図３】図１に示す第１実施例の広角端における収差図を図解したものであって、図３ａは球面収差、図３ｂは非点収差、図３ｃは歪曲をそれぞれ表す。
【図４】図１に示す第１実施例の望遠端における収差図を図解したものであって、図４ａは球面収差、図４ｂは非点収差、図４ｃは歪曲をそれぞれ表す。
【図５】本発明の第２実施例によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムのレンズ構成図であり、図５ａは広角端でのレンズ構成図で、図５ｂは望遠端におけるレンズ構成図を表す。
【図６】図５に示す第２実施例の広角端における収差図を図解したものであって、図６ａは球面収差、図６ｂは非点収差、図６ｃは歪曲をそれぞれ表す。
【図７】図５に示す第２実施例の望遠端における収差図を図解したものであって、図７ａは球面収差、図７ｂは非点収差、図７ｃは歪曲をそれぞれ表す。
【符号の説明】
【００９０】
ＬＧ１ 第１レンズ群
ＬＧ２ 第２レンズ群
ＬＧ３ 第３レンズ群
ＬＧ４ 第４レンズ群
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
ＩＳ イメージセンサー
１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０ 屈折面
【技術分野】
【０００１】
本発明はズームレンズシステムに関するものであり、より詳しくはイメージセンサーを具備する撮像用カメラモジュールに使用され、インナーフォーカス方式に適したズームレンズシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ズームレンズのフォーカシング(ｆｏｃｕｓｉｎｇ)方式は、物体側に最も近い第１レンズ群を移送させる１群供給方式が一般的である。こうした１群供給方式は同距離の被写体のフォーカシングに必要な第１レンズ群の移送量が焦点距離に依存しないという利点があることから広く使用される。
【０００３】
しかし、かかる１群供給方式の場合には比較的大きくて重い第１レンズ群を移送させフォーカシングを行うため、移送速度が遅く駆動電力が大きいという問題点がある。また、一般的に高解像度などの優れた光学的特性を得るために多数のレンズが使用されるので、カメラモジュールの大きさが大きくなり携帯機器に装着することが困難であるという問題点がある。
【０００４】
一方、ズームレンズのフォーカシング方式として像面側のレンズを移送させるリアフォーカス(rｅａr ｆｏｃｕｓ)方式が使用されることもある。こうしたリアフォーカス方式は同距離の被写体のフォーカシングに必要なフォーカシングレンズの移送量がズーム位置によって大きく異なり、近距離物体にフォーカシングした後に変倍を行うと焦点が外れるという問題点がある。
【０００５】
また、ズームレンズのフォーカシング方式で対物レンズと集光レンズとの間に具備されるレンズを移送させるインナーフォーカス方式が使用されることもある。
【０００６】
前述したフォーカシング方式は一般的に変倍を行なうために１つ以上のレンズ群を移送させ、上記レンズ群の移送による像面を補正するためにさらに他のレンズ群を移送させるよう構成されているので、レンズ移送装置が複雑になり、小型化に反するという問題点がある。
【０００７】
従って、１つのレンズ群のみを移送しても十分な変倍性能と高解像度を得ることのできるズームレンズシステムが要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記のような問題点を解決するためのもので、１つのレンズ群のみを移送しながらも十分な変倍性能を得ることのできるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムを提供することを目的とする。
【０００９】
さらに、少ない枚数のレンズを使用しながらも高解像度を具現することができ、小型化が可能なインナーフォーカス方式ズームレンズシステム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】
【００１０】
上記のような目的を成し遂げるための一側面として本発明は、物体側の最近傍に位置して固定された対物レンズ群と、像側の最近傍に位置して固定された集光レンズ群と、上記対物レンズ群と集光レンズ群との間に位置して変倍を行なうために移送される少なくとも一つの移送レンズ群を具備するインナーフォーカス方式ズームレンズシステムにおいて、印加される電圧によって屈折率とアッベ数(ａｂｂｅ ｎｕｍｂｅｒ)が変わる液晶物質が内部空間に満たされた液晶レンズを含み、上記移送レンズ群の移送によって変倍が行なわれる場合に上記液晶物質の屈折率とアッベ数の変化によって像面の補正を行うことを特徴とするインナーフォーカス方式ズームレンズシステムを提供する。
【００１１】
この際、上記液晶レンズは上記移送レンズ群の移送によって変倍が行なわれる際、上記移送レンズ群とともに移送されることも可能であり、固定された状態を維持することも可能である。
【００１２】
好ましくは、上記液晶レンズは物体側のカバー面に該当する透明な第１基板と、像側カバー面に該当し上記液晶物質が満たされる内部空間を形成するよう上記第１基板と所定間隔を置いて対向し設けられた透明な第２基板を具備し、上記液晶物質の屈折率は上記第１基板または第２基板の屈折率を境界にしてその前後に変化することができる。
【００１３】
また、好ましくは、上記第１基板の像側屈折面と上記第２基板の物体側屈折面の中の少なくとも一つは球面または非球面からなることができる。
【００１４】
また、上記液晶物質の光軸における厚さと有効口径における厚さは１〜２５μｍであることが好ましい。
【００１５】
他の側面として本発明は、負の屈折力を有し固定された第１レンズ群、広角端から望遠端への変倍時上記第１レンズ群との間隔が減少するよう移送されながら変倍を行い、印加される電圧によって屈折率とアッベ数(ａｂｂｅ ｎｕｍｂｅｒ)が変わる液晶物質が満たされた液晶レンズを具備して上記液晶物質の屈折率とアッベ数の変化によって像面の補正を行い、全体的に正の屈折力を有する第２レンズ群、及び正の屈折力を有し固定された第３レンズ群、とを含むインナーフォーカス方式ズームレンズシステムを提供する。
【００１６】
好ましくは、上記液晶レンズは物体側カバー面に該当する透明な第１基板と、像側カバー面に該当し上記液晶物質が満たされる内部空間を形成するように上記第１基板と所定間隔を置いて対向し設けられた透明な第２基板を具備し、上記液晶物質の屈折率は上記第１基板または第２基板の屈折率を境界にしてその前後に変化するようにできる。
【００１７】
さらに他の側面として本発明は、負の屈折力を有し固定された第１レンズ群、印加される電圧によって屈折率とアッベ数(ａｂｂｅ ｎｕｍｂｅｒ)が変わる液晶物質が満たされた液晶レンズを具備し、上記液晶物質の屈折率とアッベ数の変化によって変倍による像面の補正を行う、固定された第２レンズ群、全体的に正の屈折力を有し、広角端から望遠端への変倍時上記第２レンズ群との間隔が減少するよう移送されながら変倍を行なう第３レンズ群、及び正の屈折力を有して固定された第４レンズ群、とを含むインナーフォーカス方式ズームレンズシステムを提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、液晶レンズを利用することで一つのレンズ群のみを移送しながらも十分な変倍性能を有するインナーフォーカス方式のズームを具現することができるという有利な効果を得ることが可能となる。
【００１９】
さらに、少ない枚数のレンズを使用しながらも高解像度を具現することができ、小型化が可能であるという効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例に対して添付の図面に基づいてより詳しく説明する。
【００２１】
図１及び図５はそれぞれ本発明によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムの第１実施例及び第２実施例を示したレンズ構成図である。図１及び図５のレンズ構成図として、レンズの厚さ、大きさ、形状は説明のためにやや誇張され図示しているが、とりわけレンズ構成図で提示された球面または非球面の形状は一例として提示されるだけであり、この形状に限られるわけではない。
【００２２】
一般的に、カメラモジュールは少なくとも一つのレンズ、内部に所定の空間が形成され上記レンズを収容するハウジング、上記レンズによる結像面に対応するイメージセンサー、上記ハウジングの他端に固定設置されその一面に上記イメージセンサーが装着されて上記イメージセンサーから感知されたイメージを処理するための回路基板などからなっている。本発明はこのようなカメラモジュールに使用されるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムに関するものである。
【００２３】
本発明によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムは、物体側の最近傍に位置し固定されて物体から光が入射する対物レンズ群と、像側の最近傍に位置し固定され結像面に像を結像する集光レンズ群と、上記対物レンズ群と集光レンズ群との間に位置し変倍を行なうために移送される少なくとも一つの移送レンズ群を具備し、印加される電圧によって屈折率とアッベ数(ａｂｂｅ ｎｕｍｂｅｒ)が変わる液晶物質が内部空間に満たされた液晶レンズ（ｌｉｑｕｉｄ−ｃｒｙｓｔａｌ ｌｅｎｓ）を含むことを特徴とする。
【００２４】
上記液晶レンズは上記移送レンズ群の移送によって変倍が行なわれる場合に上記液晶物質の屈折率とアッベ数の変化に応じて像面の補正を行うことにより、固定されている上記対物レンズ群や集光レンズ群に具備されることも可能で、変倍時移送される移送レンズ群に具備されることも可能である。
【００２５】
例えば、本発明の第１実施例を示す図１の場合に上記対物レンズ群、移送レンズ群、集光レンズ群、液晶レンズは各々第１レンズ群ＬＧ１、第２レンズ群ＬＧ２、第３レンズ群ＬＧ３、第３レンズＬ３に該当する。
【００２６】
この際、液晶レンズからなる上記第３レンズＬ３は上記第２レンズ群ＬＧ２が変倍のために移送される場合に上記第２レンズ群ＬＧ２とともに移送するようになり、その内部空間に満たされた液晶物質の屈折率が変化されながら変倍による像面の補正を行うようになる。
【００２７】
また、本発明の第２実施例を示した図５の場合に、上記対物レンズ群、移送レンズ群、集光レンズ群、液晶レンズはそれぞれ第１レンズ群ＬＧ１、第３レンズ群ＬＧ３、第４レンズ群ＬＧ４、第２レンズＬ２に該当する。
【００２８】
この際、液晶レンズからなる上記第２レンズＬ２は上記第３レンズ群ＬＧ３が変倍のために移送される場合に固定された位置を維持し、その内部に満たされた液晶物質の屈折率が変化されながら変倍による像面の補正を行うようになる。
【００２９】
一般的に、自動焦点調節のために使用される液晶レンズは液晶物質を硝子などの透明な基板の間に設け、上記液晶物質に電圧を印加するために透明な電極を設け、透明電極に印加する電圧を変化させることで上記液晶物質の屈折率を変化させ液晶レンズの焦点距離を電気的に変化させることが可能となる。
【００３０】
本発明によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムは、このような液晶レンズを利用して変倍による像面の補正を行うことができるので、変倍の際一つのレンズ群のみを移送させることが可能となる。
【００３１】
従って、本発明によって変倍を行なう場合には従来に比して像面の補正のために２つ以上のレンズ群を移送する必要がないので、レンズ移送が容易で、かつカメラモジュールの小型化が可能になるという利点がある。
【００３２】
図２ａ及び図２ｂは、本発明によるズームレンズシステムに使用される液晶レンズの断面図である。
【００３３】
図２に示すように、上記液晶レンズ１００は上記液晶レンズは物体側のカバー面に該当する透明な第１基板１０１と、像側のカバー面に該当し上記第１基板１０１と所定間隔を置き対向して設けられた透明な第２基板１０２と、上記第１基板１０１と上記第２基板１０２の間に形成される内部空間に満たされる液晶物質１１１を具備し、上記内部空間を密封するために密閉部材１２１が設けられる。
【００３４】
上記密閉部材１２１は温度変化による上記液晶物質１１１の体積変化が収容できるようダンパフィルム(ｄａｍｐｅｒ ｆｉｌｍ) などから形成することができる。
【００３５】
また、上記液晶レンズ１００は上記液晶物質１１１に電圧を印加するために第１基板１０１側に透明な第１電極１１２を具備し、第２基板１０２側に透明な第２電極１１３を具備する。
【００３６】
このように上記第１電極１１２と第２電極１１３を通して上記液晶物質１１１に電圧を印加するようになると、印加された電圧によって液晶物質１１１の屈折率が変化するようになる。
【００３７】
従って、変倍時移送レンズ群が移送されることによって上記液晶物質１１１に印加される電圧の大きさを調節し焦点調節及び像面の補正が可能になる。
【００３８】
この際、上記液晶物質１１１の屈折率は上記第１基板１０１または第２基板１０２の屈折率を境界にしてその前後に変化するように設定することができる。
【００３９】
例えば、上記第１基板１０１と第２基板１０２を屈折率が１．５１７の透明基板を使用し、上記液晶物質１１１の屈折率を１．５から１．７の間で変化させると、上記基板１０１、１０２と液晶物質１１１との間の屈折率の差によって一つの屈折面から凹の屈折面と凸の屈折面を具現することが可能となる。
【００４０】
即ち、上記液晶レンズ１００の屈折力が正から負へ、あるいは負から正へ変化することにつれ広い範囲の自動焦点及び像面補正を具現することが可能であるという利点がある。
【００４１】
このような液晶物質１１１は入射光の偏光方向にかかわらず焦点距離が可変できるようネマチック(ｎｅｍａｔｉｃ) 液晶など公知の物質を使用することができ、上記液晶物質に電圧を印加して所望の屈折率とアッベ数を得ることができる。
【００４２】
また、上記第１基板１０１と液晶物質１１１の境界面、あるいは上記第２基板１０２と液晶物質１１１の境界面を球面または非球面の屈折面で形成することにより所望の光学的特性を具現することもできる。
【００４３】
即ち、図２ａのように、上記第２基板１０２と液晶物質１１１の境界面（第２基板の物体側屈折面)を物体側に凸した面になるよう形成することも可能であり、図２ｂのように上記第２基板１０２と液晶物質１１１の境界面(第２基板の物体側屈折面)を物体側に凹んだ面になるよう形成することも可能である。
【００４４】
これとは違って、第１基板１０１と液晶物質１１１の境界面(第１基板の像側屈折面)を凹や凸の球面または非球面で形成することも可能である。
【００４５】
また、レンズシステムの光学的特性に合わせ上記第１基板１０１の物体側面や上記第２基板１０２の像側面に凹または凸の屈折面を形成することも可能である。
【００４６】
一方、上記液晶レンズ１００は図２に示すように外径(ｏｕｔｅｒ ｄｉａｍｅｔｅｒ；ＯＤ)と有効口径(ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｐｅｒｔｕｒｅ；ＥＡ)を有する。
【００４７】
この際、光軸１３１上の液晶物質１１１の厚さ（t１）と有効口径(ＥＡ)上の液晶物質１１１の厚さ(t２)は１〜２５μｍであることが好ましい。
【００４８】
電圧を印加し所望の焦点距離になるまでの回答時間は一般的に液晶物質１１１の厚さの二乗に比例するため、仮に上限を越え光軸１３１と有効口径(ＥＡ)上の厚さ(t１、t２)が２５μｍより大きくなると回答時間が長くなるという問題点がある。
【００４９】
一方、下限を外れて光軸１３１と有効口径(ＥＡ)上の厚さ(t１、t２)が１μｍより小くなると液晶レンズ１００の製作が難しくなる。とりわけ、焦点距離の変化を大きくするためには液晶物質１１１の厚さを大きくしなければならないので、所望の焦点距離が得にくくなり十分な変倍割合が具現できないという問題点がある。
【００５０】
以下、具体的な数値実施例を通じて本発明について説明する。
【００５１】
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、円錐(Ｃｏｎｉｃ) 定数(Ｋ)及び非球面係数(Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ)に使用される'Ｅ及びこれに繋がる数字'は１０の累乗を表す。例えば、Ｅ+２１は１０２１を、Ｅ-０５は１０-５を表す。
【数１】
Ｚ：レンズの頂点から光軸方向への距離
Ｙ：光軸に垂直な方向への距離
ｒ：レンズの頂点における曲率半径
Ｋ：円錐(Ｃｏｎｉｃ)定数
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ：非球面係数
【実施例１】
【００５２】
図１ａは、本発明の第１実施例によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムの広角端におけるレンズ配置を示すレンズ構成図で、図１ｂは望遠端におけるレンズ配置を示すレンズ構成図である。
【００５３】
図１ａ及び図１ｂに示すように、本発明の第１実施例によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムは、負の屈折力を有し固定された第１レンズ群ＬＧ１、正の屈折力を有し広角端から望遠端への変倍時上記第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、変倍を実行し液晶レンズを具備する第２レンズ群ＬＧ２及び正の屈折力を有し固定された第３レンズ群ＬＧ３からなる。
【００５４】
この際、弱い負の屈折力を有する第１レンズ群ＬＧ１と弱い正の屈折力を有する第３レンズ群ＬＧ３を固定させ、上記第３レンズ群ＬＧ３より強い正の屈折力を有する第２レンズ群ＬＧ２を広角端から望遠端への変倍時上記第１レンズ群ＬＧ１との間隔が減少するように移動させ変倍を行なう。
【００５５】
即ち、上記第１レンズ群ＬＧ１は負の屈折力を有することで光を発散するため、第２レンズ群ＬＧ２は正の屈折力を有するように構成し、広角端から望遠端への変倍時上記第２レンズ群ＬＧ２は上記第１レンズ群ＬＧ１との間隔が減少するようにする。
【００５６】
また、上記第２レンズ群ＬＧ２は液晶レンズＬ３を具備し、前述したように印加される電圧によって液晶レンズＬ３に具備された液晶物質の屈折率とアッベ数が変化されながら像面の補正を行うようになる。
【００５７】
このような液晶レンズＬ３は図２ａのような形状を有する。
即ち、物体側カバー面に該当する透明な第１基板１０１と、像側カバー面に該当し液晶物質１１１が満たされる内部空間を形成するように上記第１基板１０１と所定間隔を置き対向して設けられた透明な第２基板１０２を具備し、上記第２基板１０２の物体側屈折面は物体側に凸した球面に形成される。
【００５８】
また、上記液晶物質１１１の屈折率は上記第１基板１０１または第２基板１０２の屈折率を境界にしてその前後に変化する。
【００５９】
即ち、本発明の第１実施例の場合、上記第１基板１０１と第２基板１０２は屈折率が１．５１７であり、アッベ数が６４．１の透明な硝子基板を使用し、この際上記液晶物質の屈折率とアッベ数は広角端において各々１．５０と６５．０であり、望遠端において各々１．７０と３０．０である。
【００６０】
一方、上記第３レンズ群ＬＧ３の裏側には赤外線フィルター(ＩＦ)、カバーガラス(ＣＧ)などからなる光学的フィルター(ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｌｔｅｒ)が具備されることができ、このような光学的フィルターは本発明の光学的特性には原則的に影響を及ぼさないものにする。
【００６１】
また、イメージセンサーＩＳは固体撮像素子(Ｃｈａｒｇｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ；ＣＣＤ) 及び補償金属半導体(Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｌｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔ；ＣＭＯＳ) などからなり、レンズが形成する像を受光する像面(感光面)１５に対応して第３レンズ群ＬＧ３裏側に配置されている。
【００６２】
具体的に、上記第１レンズ群ＬＧ１は物体側に凸した負メニスコスレンズ(ｍｅｎｉｓｃｕｓ ｌｅｎｓ)である第１レンズＬ１のみからなる。
【００６３】
また、上記第２レンズ群ＬＧ２は全体的に正の屈折力を有し、物体側に凸した正メニスコスレンズである第２レンズＬ２、印加される電圧によって屈折率とアッベ数が変わる液晶レンズである第３レンズＬ３、正凸レンズである第４レンズＬ４、像側屈折面１２が凹の第５レンズＬ５からなり、第３レンズ群ＬＧ３は正の屈折力を有する第６レンズＬ６のみからなる。
【００６４】
一方、開口絞り(Ｓ)は第２レンズＬ２の物体側屈折面３全面に位置して変倍第２レンズ群ＬＧ２とともに移送される。
【００６５】
下記の表１は本発明の第１実施例による数値例を表している。
【００６６】
また、図３ａ〜３ｃは、各々表１及び図１に示したレンズシステムの広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差を表し、図４ａ〜図４ｃは各々図１及び図１に示したレンズシステムの望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を表す。この際、非点収差図面で示す"Ｓ"はサジタル(sａｇｉｔｔａｌ)、"Ｔ"はタンジェンシャル(ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ)を示す。
【００６７】
第１実施例において、広角端でレンズシステム全体の有効焦点距離(ｅｆｆｅｃtｉvｅ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ；ｆｗ)は６．０ｍｍで、望遠端においてレンズシステム全体の有効焦点距離(ｆＴ)は１２．０ｍｍであり、変倍割合(ｚｏｏｍｒａｔｉｏ、ｆＴ/ｆＷ)は２．０である。
【００６８】
また、第１レンズ群ＬＧ１の有効焦点距離（ｆＩ)は-１３．１３ｍｍで、第２レンズ群ＬＧ２の有効焦点距離(ｆII)は広角端において８．３ｍｍ、望遠端において７．９５ｍｍで、第３レンズ群ＬＧ３の有効焦点距離(ｆIII)は１０．８６ｍｍである。
【００６９】
また、Ｆナンバー(ＦＮｏ)は広角端において２．８、望遠端において４．０で、レンズの全画角(２ω)は広角端において６２°、望遠端において３３°であり、第１レンズ群ＬＧ１の一番目レンズＬ１の物体側屈折面１から像面までの距離(ｔｏｔａｌ ｌｅｎｇｔｈ；ＴＬ)は２５．０ｍｍである。
【００７０】
【表１】
表１で※は、各々変倍の際に面間隔が変わる屈折面と、液晶レンズの屈折率とアッベ数を示し、広角端と望遠端における面間隔、液晶レンズの屈折率とアッベ数は次の表２のとおりである。
【表２】
【００７１】
また、表１では、非球面を表し、式１による円錐定数(Ｋ)及び非球面係数(Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ)の値は次の表３のとおりである。
【表３】
【００７２】
このような本発明の第１実施例によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムは液晶レンズを使用することで第２レンズ群ＬＧ２のみを移送させ変倍及び像面補正を行なうことができ、６枚のレンズのみでも図３及び図４に示すように諸収差の特性が優れ、小型化が可能であるという利点がある。
【実施例２】
【００７３】
図５ａは、本発明の第２実施例によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムの広角端におけるレンズ配置を示すレンズ構成図で、図５ｂは望遠端におけるレンズ配置を示すレンズ構成図である。
【００７４】
不必要な重複を避けるために、第１実施例と同じであるか、類似した部分に対する詳しい説明は省略することにする。
【００７５】
図５ａ及び図５ｂに示すように、本発明の第２実施例によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムは、負の屈折力を有し固定された第１レンズ群ＬＧ１、液晶レンズＬ２を具備し固定された第２レンズ群ＬＧ２、全体的に正の屈折力を有し広角端から望遠端への変倍時上記第２レンズ群ＬＧ２との間隔が減少するように移送されながら変倍を行なう第３レンズ群ＬＧ３及び正の屈折力を有し固定された第４レンズ群ＬＧ４からなり、上記第４レンズ群ＬＧ４の裏側にはイメージセンサーＩＳが配置されている。
【００７６】
この際、弱い負の屈折力を有する第１レンズ群ＬＧ１と弱い正の屈折力を有する第４レンズ群ＬＧ４を固定させ、上記第４レンズ群ＬＧ４より強い正の屈折力を有する第３レンズ群ＬＧ３を広角端から望遠端への変倍時、上記第２レンズ群ＬＧ２との間隔が減少するように移動させ変倍を行なう。
【００７７】
即ち、上記第１レンズ群ＬＧ１は正の屈折力を有するので光を発散するため上記第３レンズ群ＬＧ３は正の屈折力を有するように構成し、広角端から望遠端への変倍時、上記第３レンズ群ＬＧ３は上記第２レンズ群ＬＧ２との間隔が減少するようにする。
【００７８】
また、上記第２レンズ群ＬＧ２は液晶レンズＬ２を具備し、前述したように印加される電圧によって液晶レンズＬ２に具備された液晶物質の屈折率とアッベ数が変化されながら像面の補正を行うようになり、このような液晶レンズＬ２は第１実施例で説明したように図２ａの形状及び構造を有する。
【００７９】
具体的に、第２実施例の場合に上記第１レンズ群ＬＧ１は物体側に凸した負メニスコスレンズ(ｍｅｎｉｓｃｕｓ ｌｅｎｓ)である第１レンズＬ１のみからなり、上記第２レンズ群ＬＧ２は印加される電圧によって屈折率とアッベ数が変わる液晶レンズである第２レンズＬ２のみからなり、上記第３レンズ群ＬＧ３は第３レンズＬ３、 第４レンズＬ４と第５レンズＬ５の３枚のレンズからなり全体的に正の屈折力を有する。また、上記第４レンズ群ＬＧ４は正の屈折力を有する第６レンズＬ６ のみからなり、開口絞り(Ｓ)は第３レンズＬ３の物体側屈折面７全面に位置して変倍時第３レンズ群ＬＧ３とともに移送される。
【００８０】
下記の表４は本発明の第２実施例による数値例を表している。
【００８１】
また、図５ａは本発明の第２実施例によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムの広角端におけるレンズ配置を表すレンズ構成図であり、図５ｂは望遠端におけるレンズ配置を示すレンズ構成図であり、図６ａ〜図６ｃは各々表４及び図５に示したレンズシステムの広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差を表し、図７ａ〜図７ｃは各々表４及び図５に示したレンズシステムの望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す。この際、非点収差図面で示す"Ｓ"はサジタル(sａｇｉｔｔａｌ)、"Ｔ"はタンジェンシャル(ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ)を示す。
【００８２】
第２実施例において、広角端においてレンズシステム全体の有効焦点距離(ｅｆｆｅｃtｉvｅ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ；ｆｗ)は６．２ｍｍで、望遠端においてレンズシステム全体の有効焦点距離(ｆＴ)は１２．４ｍｍであり、変倍割合(ｚｏｏｍ ｒａｔｉｏ、ｆＴ/ｆＷ)は２．０である。
【００８３】
また、第１レンズ群ＬＧ１の有効焦点距離（ｆＩ)は-１５．１１ｍｍで、第２レンズ群ＬＧ２の有効焦点距離(ｆII)は広角端において-１６３０ｍｍ、望遠端において１４５０ｍｍで、第３レンズ群ＬＧ３の有効焦点距離(ｆIII)は８．４８ｍｍで、第４レンズ群ＬＧ４の有効焦点距離（ｆIV）は１０．０ｍｍである。この際、液晶レンズＬ２のみからなる第２レンズ群ＬＧ２の屈折力はその値が正から負に変わるので、広い領域に対する像面補正ができるようになる。
【００８４】
また、Ｆナンバー(ＦＮｏ)は広角端において２．８、望遠端において４であり、レンズの全画角(２ω)は広角端において６２°、望遠端において３３°であり、第１レンズ群ＬＧ１の一番目レンズＬ１の物体側屈折面１から像面までの距離(ｔｏｔａｌ ｌｅｎｇｔｈ；ＴＬ)は２４．９６ｍｍである。
【００８５】
【表４】
表４で※は、各々変倍の際に面間隔が変わる屈折面と、液晶レンズの屈折率とアッベ数を示し、広角端と望遠端における面間隔、液晶レンズの屈折率とアッベ数は次の表５のとおりである。
【表５】
【００８６】
また、表４では、非球面を表し、式１による円錐定数(Ｋ)及び非球面係数(Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ)の値は次の表６のとおりである。
【表６】
【００８７】
このような本発明の第２実施例によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムは液晶レンズを使用することで第３レンズ群ＬＧ３のみを移送させ変倍及び像面補正を行なうことができ、６枚のレンズのみでも図６及び図７に示すように諸収差の特性が優れ、小型化が可能であるという利点がある。
【００８８】
本発明は特定の実施例に係わり図示し説明したが、当業界において通常の知識を有するものであれば本発明の特許請求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内で本発明を多様に修正及び変更できることを明かしておく。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】図１は本発明の第１実施例によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムのレンズ構成図であって、図１ａは広角端におけるレンズ構成図、図１ｂは望遠端におけるレンズ構成図を示す。
【図２】本発明によるズームレンズシステムに使用される液晶レンズを示すもので、図２ａは凹の屈折面を有する液晶レンズの断面図で、図２ｂは凸の屈折面を有する液晶レンズの断面図である。
【図３】図１に示す第１実施例の広角端における収差図を図解したものであって、図３ａは球面収差、図３ｂは非点収差、図３ｃは歪曲をそれぞれ表す。
【図４】図１に示す第１実施例の望遠端における収差図を図解したものであって、図４ａは球面収差、図４ｂは非点収差、図４ｃは歪曲をそれぞれ表す。
【図５】本発明の第２実施例によるインナーフォーカス方式ズームレンズシステムのレンズ構成図であり、図５ａは広角端でのレンズ構成図で、図５ｂは望遠端におけるレンズ構成図を表す。
【図６】図５に示す第２実施例の広角端における収差図を図解したものであって、図６ａは球面収差、図６ｂは非点収差、図６ｃは歪曲をそれぞれ表す。
【図７】図５に示す第２実施例の望遠端における収差図を図解したものであって、図７ａは球面収差、図７ｂは非点収差、図７ｃは歪曲をそれぞれ表す。
【符号の説明】
【００９０】
ＬＧ１ 第１レンズ群
ＬＧ２ 第２レンズ群
ＬＧ３ 第３レンズ群
ＬＧ４ 第４レンズ群
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
ＩＳ イメージセンサー
１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０ 屈折面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側の最近傍に位置して固定された対物レンズ群と、像側の最近傍に位置し固定された集光レンズ群と、上記対物レンズ群と集光レンズ群との間に位置し変倍を行なうために移送される少なくとも一つの移送レンズ群を具備するインナーフォーカス方式ズームレンズシステムにおいて、
印加される電圧によって屈折率とアッベ数(ａｂｂｅ ｎｕｍｂｅｒ)が変わる液晶物質が内部空間に満たされた液晶レンズを含み、
上記移送レンズ群の移送によって変倍が行なわれる場合に上記液晶物質の屈折率とアッベ数の変化によって像面の補正を行うことを特徴とするインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項２】
上記液晶レンズは上記移送レンズ群の移送によって変倍が行なわれる際、上記移送レンズ群とともに移送されることを特徴とする請求項１に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項３】
上記液晶レンズは上記移送レンズ群の移送によって変倍が行なわれる際、固定された状態を維持することを特徴とする請求項１に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項４】
上記液晶レンズは物体側のカバー面に該当する透明な第１基板と、像側のカバー面に該当し上記液晶物質が満たされる内部空間を形成するよう上記第１基板と所定間隔を置いて対向し設けられた透明な第２基板を具備し、
上記液晶物質の屈折率は上記第１基板または第２基板の屈折率を境界にしてその前後に変化することを特徴とする請求項１に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項５】
上記第１基板の像側屈折面と上記第２基板の物体側屈折面の中の少なくとも一つは球面または非球面からなることを特徴とする請求項４に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項６】
上記液晶物質の光軸における厚さ及び有効口径における厚さは１〜２５μｍであることを特徴とする請求項４に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項７】
負の屈折力を有し固定された第１レンズ群、
広角端から望遠端への変倍時、上記第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い、印加される電圧によって屈折率とアッベ数(ａｂｂｅ ｎｕｍｂｅｒ)が変わる液晶物質が満たされた液晶レンズを具備して上記液晶物質の屈折率とアッベ数の変化によって像面の補正を行い、全体的に正の屈折力を有する第２レンズ群、及び
正の屈折力を有し固定された第３レンズ群、
を含むインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項８】
上記液晶レンズは物体側のカバー面に該当する透明な第１基板と、像側カバー面に該当し上記液晶物質が満たされる内部空間を形成するよう上記第１基板と所定間隔を置いて対向し設けられた透明な第２基板を具備し、
上記液晶物質の屈折率は上記第１基板または第２基板の屈折率を境界にしてその前後に変化することを特徴とする請求項７に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項９】
上記第１基板の像側屈折面と上記第２基板の物体側屈折面の中の少なくとも一つは球面または非球面からなることを特徴とする請求項８に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項１０】
上記液晶物質の光軸上の厚さ及び有効口径上の厚さは１〜２５μｍであることを特徴とする請求項８に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項１１】
負の屈折力を有し固定された第１レンズ群、
印加される電圧によって屈折率とアッベ数(ａｂｂｅ ｎｕｍｂｅｒ)が変わる液晶物質が満たされた液晶レンズを具備し上記液晶物質の屈折率とアッベ数の変化によって変倍による像面の補正を行う、固定された第２レンズ群、
全体的に正の屈折力を有し、広角端から望遠端への変倍時、上記第２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なう第３レンズ群、及び
正の屈折率を有し、固定された第４レンズ群、
を含むインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項１２】
上記液晶レンズは物体側のカバー面に該当する透明な第１基板と、像側カバー面に該当し上記液晶物質が満たされる内部空間を形成するよう上記第１基板と所定間隔を置いて対向し設けられた透明な第２基板を具備し、
上記液晶物質の屈折率は上記第１基板または第２基板の屈折率を境界にしてその前後に変化することを特徴とする請求項１１に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項１３】
上記第１基板の像側屈折面と上記第２基板の物体側屈折面の中の少なくとも一つは球面または非球面からなることを特徴とする請求項１２に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項１４】
上記液晶物質の光軸上の厚さ及び有効口径上の厚さは１〜２５μｍであることを特徴とする請求項１２に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項１】
物体側の最近傍に位置して固定された対物レンズ群と、像側の最近傍に位置し固定された集光レンズ群と、上記対物レンズ群と集光レンズ群との間に位置し変倍を行なうために移送される少なくとも一つの移送レンズ群を具備するインナーフォーカス方式ズームレンズシステムにおいて、
印加される電圧によって屈折率とアッベ数(ａｂｂｅ ｎｕｍｂｅｒ)が変わる液晶物質が内部空間に満たされた液晶レンズを含み、
上記移送レンズ群の移送によって変倍が行なわれる場合に上記液晶物質の屈折率とアッベ数の変化によって像面の補正を行うことを特徴とするインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項２】
上記液晶レンズは上記移送レンズ群の移送によって変倍が行なわれる際、上記移送レンズ群とともに移送されることを特徴とする請求項１に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項３】
上記液晶レンズは上記移送レンズ群の移送によって変倍が行なわれる際、固定された状態を維持することを特徴とする請求項１に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項４】
上記液晶レンズは物体側のカバー面に該当する透明な第１基板と、像側のカバー面に該当し上記液晶物質が満たされる内部空間を形成するよう上記第１基板と所定間隔を置いて対向し設けられた透明な第２基板を具備し、
上記液晶物質の屈折率は上記第１基板または第２基板の屈折率を境界にしてその前後に変化することを特徴とする請求項１に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項５】
上記第１基板の像側屈折面と上記第２基板の物体側屈折面の中の少なくとも一つは球面または非球面からなることを特徴とする請求項４に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項６】
上記液晶物質の光軸における厚さ及び有効口径における厚さは１〜２５μｍであることを特徴とする請求項４に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項７】
負の屈折力を有し固定された第１レンズ群、
広角端から望遠端への変倍時、上記第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い、印加される電圧によって屈折率とアッベ数(ａｂｂｅ ｎｕｍｂｅｒ)が変わる液晶物質が満たされた液晶レンズを具備して上記液晶物質の屈折率とアッベ数の変化によって像面の補正を行い、全体的に正の屈折力を有する第２レンズ群、及び
正の屈折力を有し固定された第３レンズ群、
を含むインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項８】
上記液晶レンズは物体側のカバー面に該当する透明な第１基板と、像側カバー面に該当し上記液晶物質が満たされる内部空間を形成するよう上記第１基板と所定間隔を置いて対向し設けられた透明な第２基板を具備し、
上記液晶物質の屈折率は上記第１基板または第２基板の屈折率を境界にしてその前後に変化することを特徴とする請求項７に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項９】
上記第１基板の像側屈折面と上記第２基板の物体側屈折面の中の少なくとも一つは球面または非球面からなることを特徴とする請求項８に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項１０】
上記液晶物質の光軸上の厚さ及び有効口径上の厚さは１〜２５μｍであることを特徴とする請求項８に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項１１】
負の屈折力を有し固定された第１レンズ群、
印加される電圧によって屈折率とアッベ数(ａｂｂｅ ｎｕｍｂｅｒ)が変わる液晶物質が満たされた液晶レンズを具備し上記液晶物質の屈折率とアッベ数の変化によって変倍による像面の補正を行う、固定された第２レンズ群、
全体的に正の屈折力を有し、広角端から望遠端への変倍時、上記第２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なう第３レンズ群、及び
正の屈折率を有し、固定された第４レンズ群、
を含むインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項１２】
上記液晶レンズは物体側のカバー面に該当する透明な第１基板と、像側カバー面に該当し上記液晶物質が満たされる内部空間を形成するよう上記第１基板と所定間隔を置いて対向し設けられた透明な第２基板を具備し、
上記液晶物質の屈折率は上記第１基板または第２基板の屈折率を境界にしてその前後に変化することを特徴とする請求項１１に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項１３】
上記第１基板の像側屈折面と上記第２基板の物体側屈折面の中の少なくとも一つは球面または非球面からなることを特徴とする請求項１２に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【請求項１４】
上記液晶物質の光軸上の厚さ及び有効口径上の厚さは１〜２５μｍであることを特徴とする請求項１２に記載のインナーフォーカス方式ズームレンズシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−２０９１２２（Ｐ２００６−２０９１２２Ａ）
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５７０１（Ｐ２００６−１５７０１）
【出願日】平成１８年１月２４日（２００６．１．２４）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２４日（２００６．１．２４）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
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