JP2011509416A - 液体光学による像の安定化 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、参照によって全体を本明細書に組み込まれ本明細書の一部を構成する2007年12月4日出願の米国仮出願第60/992,284号に関連したものであり、その利益を主張する。
本発明は、像を安定化するために液体光学を用いる光学レンズ系に関する。
光学像の安定化は、センサに到達する像を安定化するために、レンズ内の光路を変化させる。例えば、レンズの光軸に直角に、浮動レンズ素子を移動させてよい。あるいは、カメラの運動を是正するために、機械的な像安定化装置によって像取り込みセンサを移動させる。しかしながら、これらの像安定化装置は、レンズ素子又はセンサの機械的移動に依存する。
液体レンズセルは、液体セルの機械的移動に依存することなく光路を変更することができ、そうして、振動補償を提供して像を安定化する。液体レンズセルは、少なくとも2本の光軸に沿って揃えられたその他のレンズ素子とともに使用することができる。
されてよい。1つ又は2つ以上のレンズ素子の移動を検出するために、加速度計やレーザジャイロスコープなどが使用されてよく、次いで、レンズ素子の移動を補償して像を安定化するために、接触光学面の形状が変化されてよい。
好ましい実施形態の以下の説明では、本発明が実施されえる具体的な実施形態を例として示した本明細書の一部を構成する添付の図面が参照される。本発明の範囲から逸脱することなくその他の実施形態が用いられてよいこと及び構造的な変更が加えられてよいことが理解されるべきである。
図1は、ズームレンズ102を伴うカメラ100のブロック図を示している。ズームレンズは、焦点距離を変化させる能力を備えたレンズ素子の集合体である。個々のレンズ素子は、適所に固定されてよく、又はレンズボディに沿って軸方向に滑動してよい。レンズ群は、1つ又は2つ以上のレンズ素子で構成されてよい。少なくとも1つの可動レンズ群が、物体の倍率の変化を提供する。倍率を達成するために、少なくとも1つのレンズ群が移動するにつれて、焦点面の位置もまた、移動すると考えられる。焦点面の移動を補償して焦点面の位置を一定に維持するために、少なくとも1つの他の可動レンズ群を移動させることができる。焦点面の移動に対する補償は、レンズの倍率の変化にともなってレンズの集合体全体を移動させることによって、機械的に実現することもできる。
は2つ以上の可動レンズ群が使用される。1つの可動レンズ群及び1つの液体セルによって、ズーム、焦点合わせ、及び熱的効果に対する補償の両方を実施することができる。一実装形態では、ズーム系は、少なくとも第1及び第2のレンズ群を有する。第1のレンズ群は、比較的高度数であり、第2のレンズ群は、比較的低度数であり、レンズの度数は、レンズの焦点距離の逆数に相当する。第1のレンズ群は、従来のガラスレンズ又はその他の固体レンズを含み、第2のレンズ群は、少なくとも1つの液体レンズを含む。
びズーム位置についての適切な電子信号レベルは、事前に決定してルックアップテーブルに配することができる。あるいは、アナログ回路系によって、又は回路系とルックアップテーブルとの組み合わせによって、適切な信号レベルを生成することができる。一実施形態では、適切な電子信号レベルを決定するために、多項式が使用される。多項式に沿った点がルックアップテーブルに保存されてよい、又は回路系によって多項式が実行されてよい。
c=表面曲率(c=1/rで、rは曲率半径である)であり、
y=X軸及びY軸から測定された表面の半径方向開口高さであって、
y=(X2+Y2)1/2であり、
κ=円錐係数であり、
A、B、C、D、E、F=それぞれ4次、6次、8次、10次、12次、及び14次の
変形係数であり、
z=所定のy値に対応する表面プロフィールの位置、又は表面の極(すなわち軸方向頂点)から光軸に沿って測定された表面プロフィールの位置である。
表面4についての係数は、
κ=−0.6372
A=+0.9038x10-6
B=+0.2657x10-8
C=−0.1105x10-10
D=+0.4301x10-13
E=−0.8236x10-16
F=+0.6368x10-19 である。
表面8についての係数は、
κ=+0.0000
A=+0.5886x10-4
B=−0.5899x10-6
C=+0.8635x10-8
D=−0.5189x10-10
E=−0.1186x10-11
F=+0.1631x10-13 である。
置を通じて変化すること、並びにそれに応じてアイリスが開いたり閉じたりすることに留意せよ。合焦位置F1の場合は、ズーム位置Z1〜Z8におけるアイリスの直径は、6.71、6.39、5.96、5.53、5.18、4.84、4.63、及び4.61である。これは、13に配されたアイリスが、焦点距離が長くなるにつれて絞られるべきであることを示している。合焦位置F1と比較すると、合焦位置F2及びF3の場合のズーム位置Z1〜Z8におけるアイリスの直径は、合焦位置F1の場合と同じF値を維持するために、直径0.3mm未満の少量だけ変化する。
ズーム位置Z8を、近距離焦点及び約44.8mmの焦点距離で表している。
ドープ液で置き換える必要があると考えられる。ただし、これらの材料の温度変化は、液体の光学特性を大幅に変更するべきではないことが好ましい。
図6A及び図6Bは、像を安定化するために液体を用いるレンズ系の光学図を示している。図6Aは、YZ平面におけるレンズ系を示しており、液体レンズセル70及び71は、Y軸に沿って軸を外され、偏心され、僅かに傾けられている。図6Bは、XZ平面におけるレンズ系を示しており、液体レンズセル70及び71は、X軸に沿って中心合わせされている。この簡略化されたレンズ系において、光は、物体空間からレンズ素子72を通り抜ける。アイリスの反対側において、光は、液体レンズセル70及び71を通り抜ける。レンズ素子73は、光を像面74上に集束させる。
物理的直径を増大させる。液体レンズセルを傾かせることは、x方向及びy方向の偏位を小さくし又は無くすることができ、これは、液体レンズセルの物理的直径を減少させて、より優れた像の安定化を可能にすることができる。
κ=−0.5673
A=+0.9038x10-6
B=+0.2657x10-8
C=−0.1105x10-10
D=+0.4301x10-13
E=−0.8236x10-16
F=+0.6368x10-19 である。
表面7についての係数は、
κ=+0.0000
A=+0.5886x10-4
B=−0.5899x10-6
C=+0.8635x10-8
D=−0.5189x10-10
E=−0.1186x10-11
F=+0.1631x10-13 である。
表面53についての係数は、
κ=+0.0000
A=−0.5302x10-4
B=+0.8782x10-6
C=+0.7761x10-7
D=−0.1700x10-8
E=−0.1965x10-9
F=+0.6903x10-11 である。
Claims (36)
- 像安定化システムであって、
少なくとも2本の光軸に沿って揃えられた複数のレンズ素子と、
第1及び第2の接触液体を含む少なくとも1つの液体レンズセルであって、前記接触液体間の接触光学面は、該液体レンズセル自身の光軸に対して実質的に対称で且つ少なくとも1本のその他の光軸に対して非対称である可変形状を有する、少なくとも1つの液体レンズセルと、
を備え、
前記複数のレンズ素子及び前記少なくとも1つの液体レンズセルは、物体側空間から発せられる放射を集め、像側空間に送られる放射の少なくとも部分的な安定化を提供するように構成される、像安定化システム。 - 請求項1に記載の像安定化システムであって、
更に、第2の液体レンズセルを備え、
前記少なくとも1つの液体レンズセル及び前記第2の液体レンズセルは、像側空間に送られる放射の十分な安定化を提供するように構成される、像安定化システム。 - 請求項2に記載の像安定化システムであって、
前記十分な安定化は、直線方向に沿っている、像安定化システム。 - 請求項2に記載の像安定化システムであって、
前記像側空間に送られる前記放射は、縦方向に十分に安定化される、像安定化システム。 - 請求項1に記載の像安定化システムであって、
少なくとも4つの液体レンズセルを備える像安定化システム。 - 請求項5に記載の像安定化システムであって、
前記少なくとも4つの液体レンズセルは、像側空間に送られる放射の十分な安定化を提供するように構成される、像安定化システム。 - 請求項6に記載の像安定化システムであって、
前記十分な安定化は、複数の方向で提供される、像安定化システム。 - 請求項6に記載の像安定化システムであって、
前記像側空間に送られる前記放射は、全ての方向で十分に安定化される、像安定化システム。 - 像安定化システムであって、
共通の光軸に沿って揃えられた複数のレンズ素子と、
第1及び第2の接触液体を含む少なくとも1つの液体レンズセルであって、前記接触液体間の接触光学面は、前記液体レンズセルの光軸に対して実質的に対称な可変形状を有する、少なくとも1つの液体レンズセルと、
を備え、
前記共通の光軸に沿って揃えられた前記複数のレンズ素子、及び前記液体レンズセルは、物体側空間から発せられる放射を集め、像側空間に送られる放射の安定化を提供するように構成される、像安定化システム。 - 請求項9に記載の像安定化システムであって、
前記複数のレンズ素子の前記共通の光軸は、前記液体レンズセルの前記光軸に揃えられていない、像安定化システム。 - 請求項9に記載の像安定化システムであって、
前記接触光学面の前記形状は、前記像側空間に送られる前記放射の安定化を提供するために電子的に制御される、像安定化システム。 - 請求項9に記載の像安定化システムであって、更に、
少なくとも1つのレンズ素子の移動を検出するために加速度計を備える像安定化システム。 - 請求項12に記載の像安定化システムであって、
前記加速度計より検出される移動は、前記接触液体の前記可変形状を制御するために使用される、像安定化システム。 - 請求項9に記載の像安定化システムであって、更に、
少なくとも1つのレンズ素子の移動を検出するためにレーザジャイロスコープを備える像安定化システム。 - 請求項9に記載の像安定化システムであって、
前記接触光学面の前記形状は、5Hzよりも大きい周波数で可変である、像安定化システム。 - 請求項9に記載の像安定化システムであって、
前記像側空間に送られる前記放射は、十分に安定化される、像安定化システム。 - 請求項9に記載の像安定化システムであって、更に、
首振り運動が安定化されないように、運動タイプの検出メカニズムを備える像安定化システム。 - 請求項9に記載の像安定化システムであって、
2Hz未満の周波数を有する運動は、安定化されない、像安定化システム。 - 像安定化システムであって、
接触液体を含む第1の液体レンズセルであって、前記接触液体間の第1の接触光学面は、可変形状を有する、第1の液体レンズセルと、
接触液体を含む第2の液体レンズセルであって、前記接触液体間の第2の接触光学面は、可変形状を有する、第2の液体レンズセルと、
を備え、
前記第1の液体レンズセル及び前記第2の液体レンズセルは、像側空間に送られる放射に対して少なくとも一方向への安定化を提供するために、あわせて制御される、像安定化システム。 - 請求項19に記載の像安定化システムであって、
前記第1の液体レンズセルの度数は、像面における焦点が軸方向に固定されるように、前記第2の液体レンズセルの度数に等しく且つ反対である、像安定化システム。 - 請求項19に記載の像安定化システムであって、
前記第1の液体レンズセルの度数及び前記第2の液体レンズセルの度数は、像面に焦点を合わせるように設定される、像安定化システム。 - 像安定化システムであって、
光軸に沿って互いから偏位された第1対の液体レンズセルと、
光軸に沿って互いから偏位された第2対の液体レンズセルであって、前記第2対の液体レンズセルの前記偏位は、前記第1対の液体レンズセルの前記偏位に実質的に垂直な方向へ行われている、第2対の液体レンズセルと、
を備える像安定化システム。 - 請求項22に記載の像安定化システムであって、
前記第1対の液体レンズセルは、前記第1対の液体レンズセルの前記偏位の方向への像安定化を提供し、前記第2対の液体レンズセルは、前記第2対の液体レンズセルの前記偏位の方向への像安定化を提供する、像安定化システム。 - 請求項22に記載の像安定化システムであって、
前記第1対の液体レンズセルは、第1の方向への像安定化を提供し、前記第2対の液体レンズセルは、前記第1の方向に実質的に垂直な方向への像安定化を提供する、像安定化システム。 - 請求項22に記載の像安定化システムであって、
前記第1対の液体レンズセルは、第1の方向への像安定化を提供し、前記第2対の液体レンズセルは、前記第1の方向に実質的に垂直な方向への首振りを可能にするように動作する、像安定化システム。 - 請求項22に記載の像安定化システムであって、更に、
像側空間に送られる放射の焦点を調整するために前記光軸に沿って実質的に中心合わせされた液体セルを備える像安定化システム。 - 像安定化システムであって、
光軸に沿って互いから偏位された第1対の液体レンズセルと、
光軸に沿って互いから偏位された第2対の液体レンズセルであって、前記第2対の液体レンズセルの前記偏位は、前記第1対の液体レンズセルの前記偏位と実質的に異なる方向で行われる、第2対の液体レンズセルと、
を備える像安定化システム。 - 請求項27に記載の像安定化システムであって、
前記第1対の液体レンズセルは、前記第1対の液体レンズセルの前記偏位の方向への像安定化を提供し、前記第2対の液体レンズセルは、前記第2対の液体レンズセルの前記偏位の方向への像安定化を提供する、像安定化システム。 - 像安定化システムであって、
第1の方向に光軸から偏位された第1の液体レンズセルと、
第2の方向に前記光軸から偏位された第2の液体レンズセルと、
前記光軸に実質的に中心合わせされた第3の液体レンズセルと、
を備え、
前記第1の液体レンズセルは、前記第1の方向に平行な軸に沿った安定化を提供し、前記第2の液体レンズセルは、前記第2の方向に平行な軸に沿った安定化を提供し、前記第3の液体レンズセルは、合焦位置の変化を補償する、像安定化システム。 - 像安定化システムであって、
第1の方向に光軸から偏位された第1の液体レンズセルと、
第2の液体レンズセルと、
を備え、
前記第1の液体レンズセルは、前記第1の方向に平行な軸に沿った安定化に寄与し、前記第2の液体レンズセルは、像側空間に送られる放射の焦点合わせに寄与する、像安定化システム。 - 請求項30に記載の像安定化システムであって、
前記第2の液体レンズセルは、前記第1の方向と反対の第2の方向に偏位される、像安定化システム。 - 請求項30に記載の像安定化システムであって、
前記第2の液体レンズセルは、前記光軸に実質的に中心合わせされる、像安定化システム。 - 請求項30に記載の像安定化システムであって、
前記第2の液体レンズセルは、前記第1の方向に平行な前記軸に沿った安定化に寄与する、像安定化システム。 - 請求項30に記載の像安定化システムであって、
前記第1の液体レンズセルは、像側空間に送られる放射の焦点合わせに寄与する、像安定化システム。 - 像安定化システムであって、
光軸に沿って互いから偏位された第1対の液体レンズセルと、
光軸に沿って互いから偏位された第2対の液体レンズセルであって、前記第2対の液体レンズセルの前記偏位は、前記第1対の液体レンズセルの前記偏位と実質的に異なる方向で行われ、前記第2対の液体レンズセルの前記偏位の大きさは、前記第1対の液体レンズセルの前記偏位の大きさよりも大きい、第2対の液体レンズセルと、
を備える像安定化システム。 - 請求項35に記載の像安定化システムであって、
前記第1対の液体レンズセルの安定化範囲は、前記第2対の液体レンズセルの安定化範囲の2倍よりも広い、像安定化システム。
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