JP2014534462A - Mems型ズームレンズシステム - Google Patents
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Abstract
Description
1.システムの全体の焦点距離f0がdに設定されている場合、f1及びf4の値はともに無限である。これは、2つのバリフォーカルレンズF1及びF4は、本質的に、屈折力を有さない2つの平行の光学平板であることを意味し、システムの全体の屈折力は、固定焦点距離dを有する最後のレンズF3に由来する。
2.f0をdより大きく設定すると、f1は正、f4は負であり、2つのバリフォーカルレンズF1及びF4は、図2Aに示すアフォーカルシステム(すなわち、f1+f4=t)を形成する。このシステムは、固定レンズF3と併せて望遠鏡と等価である。
3.逆に、f0がdより小さいと、f1は負、f4は正であり、2つのバリフォーカルレンズF1及びF4は、図2Bに示すアフォーカル逆望遠システムを形成する。
図3は、本出願の実施形態に従うズームレンズシステム、器具又はモジュールの部分の概略図である。このシステムは、光信号伝搬経路又は光軸107に沿って協働的に(例えば、タンデムに)配置された第1のバリフォーカルレンズ101及び第2のバリフォーカルレンズ102を含む。いくつかの例示的実施形態では、第1及び第2のバリフォーカルレンズ101,102は、所定の位置に固定され、一定の間隙距離だけ離間している。他の例示的実施形態では、第1及び第2のバリフォーカルレンズ101,102は、2つのレンズ間の間隙が特定の範囲内で変化し得るように、位置を変化させ得る。各バリフォーカルレンズ101,102は、バリフォーカルレンズの焦点距離を変化させるために、光軸107などのレンズ要素を通る光信号伝搬経路に対して側方に、横に、実質的に横に、又は、垂直にバリフォーカルレンズを移動させ、並進させ、又は、変位させるように構成されたMEMS型変位器具により担持された1対のレンズ要素を含む。本書で更に説明するように、MEMS型変位器具は、レンズ要素を担持するように構成されたプラットホームと、プラットホームを基準又は固定支持構造に結合させる屈曲懸架部を有し得る。屈曲懸架部は、プラットホームが、マイクロアクチュエータを含む駆動機構のセットにより光軸107に対して横方向に選択的に、及び、弾性的に変位できるように、光軸107に対して横方向に沿って弾性変形するよう構成されている。
MEMS型ズームレンズシステムへの光信号が入射する第1レンズの外面とMEMS型ズームレンズシステムへの光信号が出射する第2レンズの外面の間で測定することができる。
Claims (48)
- 1以上の光学要素を変位させるように構成された少なくとも1つの微小機械(MEMS)アクチュエータと、
少なくとも4つのMEMS駆動光学要素を有し、
前記少なくとも4つのMEMS駆動光学要素のそれぞれが、光信号伝搬経路に沿って光信号を通過させるように構成され、前記少なくとも4つのMEMS駆動光学要素のそれぞれが、少なくとも1つの自由形状面を有し、
第1及び第2のMEMS駆動光学要素が第1の光学要素のペアを形成し、第3及び第4のMEMS駆動光学要素が第2の光学要素のペアを形成するように、前記少なくとも4つのMEMS駆動光学要素がペア式の構成で配置されており、
前記少なくとも4つのMEMS駆動光学要素のそれぞれが、前記第1及び第2の光学要素のペアの一方又は両方の屈折力の変化を許容するように、前記光信号伝搬経路に対して実質的に横方向に変位可能である、ズームレンズシステム。 - 前記少なくとも4つのMEMS駆動光学要素が、少なくとも約2倍の光学拡大を提供するよう構成されている、請求項1のズームレンズシステム。
- 前記少なくとも4つのMEMS駆動光学要素が、約30mmよりも小さい距離だけ離間した最初のレンズ要素及び最後のレンズ要素を含む、請求項1のズームレンズシステム。
- 前記少なくとも4つのMEMS駆動光学要素が、前記MEMSズームレンズシステムに光学ズーム及びオートフォーカス機能のそれぞれを提供するように構成されている、請求項1のズームレンズシステム。
- 前記第1の光学要素のペアが、アルバレスレンズ及びローマンレンズのうちの1つとして動作するよう構成された第1のバリフォーカルレンズを有する、請求項4のズームレンズシステム。
- 前記第2の光学要素のペアが、アルバレスレンズ及びローマンレンズのうちの1つとして動作するよう構成された第2のバリフォーカルレンズを有する、請求項5のズームレンズシステム。
- 光学ズーム機能が、前記第1のバリフォーカルレンズの第1の焦点距離及び前記第2のバリフォーカルレンズの第2の焦点距離の組み合わされた調整を通して実現される、請求項6のズームレンズシステム。
- オートフォーカス機能が、前記第2のバリフォーカルレンズと独立に前記第1のバリフォーカルレンズの前記第1の焦点距離の調整を行うことを通して実現される、請求項6のズームレンズシステム。
- 前記第1及び第2の光学要素のペアの1つ又は両方が、アルバレス及びローマンレンズのうちの1つとして動作するよう構成された対応するバリフォーカルレンズを有する、請求項4のズームレンズシステム。
- 前記第1及び第2の光学要素のペアの1つ又は両方が、対応するバリフォーカルレンズを有し、前記バリフォーカルレンズが、3よりも高次の多項式に従って相関する面を有する、請求項4のズームレンズシステム。
- 複数のMEMS屈曲懸架部であって、
それぞれのMEMS屈曲懸架部が、前記少なくとも4つのMEMS駆動光学要素の1つのMEMS駆動光学要素に結合し、
それぞれのMEMS屈曲懸架部が、前記光信号伝搬経路に対して実質的に横方向に弾性変形するよう構成された、
前記複数のMEMS屈曲懸架部を更に有する、請求項1のズームレンズシステム。 - 前記光信号伝搬経路に対して実質的に横方向に前記第1のMEMS駆動光学要素を前記第2のMEMS駆動光学要素に対して変位させるよう構成された第1の変位器具を更に有し、前記第1の変位器具は、
少なくとも1つの基準支持構造、
前記第1のMEMS駆動光学要素を担持するよう構成された第1のプラットホーム、
前記第1のプラットホームと前記少なくとも1つの基準支持構造の間に結合した第1の屈曲懸架部、
前記第2のMEMS駆動光学要素を担持するよう構成された第2のプラットホーム、及び、
前記第2のプラットホームと前記少なくとも1つの基準支持構造の間に結合した第2の屈曲懸架部を有し、
前記第1の屈曲懸架部及び前記第2の屈曲懸架部が、前記光信号伝搬経路に対して実質的に横方向に沿って弾性変形するよう構成されている、請求項1のズームレンズシステム。 - 前記第1の変位器具が、前記第1のプラットホーム及び前記第2のプラットホームのそれぞれに変位力を印加するよう構成された駆動機構のセットを更に有し、前記駆動機構のセットが、少なくとも1つのMEMSアクチュエータを含む、請求項12のズームレンズシステム。
- 前記駆動機構のセットが、少なくとも1つの変位増幅機構と結合した前記少なくとも1つのMEMSアクチュエータを有し、前記変位増幅機構が、前記光信号伝搬経路に対して実質的に横方向に前記第1のプラットホームを前記第2のプラットホームに対して変位させるよう構成されている、請求項13のズームレンズ装置。
- 前記変位増幅機構が、第1のMEMSアクチュエータ及び前記第1のプラットホームの間に結合した第1の屈曲ビームのセットを含む、請求項14のズームレンズシステム。
- 前記変位増幅機構が、第2のMEMSアクチュエータ及び前記第2のプラットホームの間に結合した第2の屈曲ビームのセットを更に含む、請求項14のズームレンズシステム。
- 前記ズームレンズシステムを通って伝搬する光の量を制限するよう構成された可変開口を更に有する、請求項1のズームレンズシステム。
- 屈折力の修正及び収差補正の少なくとも1つを提供する追加の光学部品のセットを更に有し、前記追加の光学部品のセットが、球状面、非球状面及び自由形状面の少なくとも1つを含む、請求項1のズームレンズシステム。
- 前記追加の光学部品のセットが、前記光信号伝搬経路に対して実質的に横方向に位置が固定されている、請求項18のズームレンズシステム。
- 前記4つのMEMS駆動光学要素が、複数の実質的な自由形状面を有し、前記複数の実質的な自由形状面が、収差補正関数f(x,y)が適用される初期規定されたアルバレスレンズ及び初期規定されたローマンレンズの1つに対応する、請求項1のズームレンズシステム。
- 前記収差補正関数f(x,y)が、光学要素厚みプロファイルの修正に基づく、請求項20のズームレンズシステム。
- 前記少なくとも4つのMEMS駆動光学要素の1つ以上が、前記ズームレンズシステム内の前記少なくとも4つのMEMS駆動光学要素の1つ以上の位置合わせを可能にする方向指示部のセットを含む、請求項1のズームレンズシステム。
- 少なくとも4つの微小機械(MEMS)駆動光学要素であって、前記少なくとも4つのMEMS駆動光学要素のそれぞれが、光信号伝搬経路に沿って光信号を通過させるように構成され、前記少なくとも4つのMEMS駆動光学要素のそれぞれが、少なくとも1つの自由形状面を有する、前記少なくとも4つのMEMS駆動光学要素を提供するステップと、
第1及び第2のMEMS駆動光学要素が第1の光学要素のペアを形成し、第3及び第4のMEMS駆動光学要素が第2の光学要素のペアを形成するように、前記少なくとも4つのMEMS駆動光学要素をペア式の構成で配置するステップを有し、
少なくとも1つのMEMSアクチュエータの起動が、前記第1及び第2の光学要素のペアの一方又は両方の屈折力の変化を許容するように、前記少なくとも4つのMEMS駆動光学要素の1つ以上を前記光信号伝搬経路に対して実質的に横方向に変位させる、
光学ズームを提供する方法。 - 前記第1の光学要素のペアが、第1のバリフォーカルレンズを有し、前記第2の光学要素のペアが、第2のバリフォーカルレンズを有し、前記第1のレンズ要素を前記第2のレンズ要素に対して変位させることで、前記第1のバリフォーカルレンズの第1の焦点距離が変化する、請求項23の方法。
- 前記第2のバリフォーカルレンズの第2の焦点距離を一定に保持しつつ、前記第1の焦点距離を変化させることによりオートフォーカス機能を提供するステップを更に有する、請求項24の方法。
- 前記第1のバリフォーカルレンズの前記第1の焦点距離及び前記第2のバリフォーカルレンズの前記第2の焦点距離の組み合わされた調整により光学ズーム機能を提供するステップを更に有する、請求項24の方法。
- 変位増幅機構で前記MEMSアクチュエータの駆動を増幅するステップを更に有する、請求項23の方法。
- 光学収差の低減又は屈折力の修正のために前記光信号伝搬経路に追加の光学要素を配置するステップを更に有する、請求項23の方法。
- 可変開口を用いて前記MEMSズームレンズシステムを通って伝搬する光の量を制限するステップを更に有する、請求項23の方法。
- 前記少なくとも4つのMEMS駆動光学要素を方向指示部のセットを用いて位置合わせするステップを更に有し、
前記方向指示部のセットが、前記MEMS駆動光学要素の1つ以上の前記自由形状面の少なくとも1つの基準軸に対応し、
前記少なくとも1つの基準軸が、前記自由形状面の厚みプロファイル変化軸に対して横方向であり、
前記位置合わせするステップが、
可動微小構造アセンブリにより担持される位置合わせ構造のセットを提供するステップと、
前記方向指示部のセットを前記位置合わせ構造のセットに対して位置合わせすることにより、前記可動微小構造アセンブリ及び前記MEMS駆動光学要素の1つ以上を空間的に位置合わせするステップを含む、請求項23の方法。 - 第1の可動微小構造アセンブリを一体化されたユニットとして製作するステップであって、前記第1の可動微小構造アセンブリが、
概略平坦な第1の面、概略平坦な第2の面、及び、前記第1の面と前記第2の面の間の厚みを有し、レンズ要素を、前記レンズ要素の光軸が前記第1及び第2の面に実質的に垂直になるように担持するよう構成されたプラットホーム、
基準支持構造、
前記プラットホームと前記基準支持構造の間に結合された屈曲懸架部であって、前記レンズ要素の前記光軸に対して横方向に沿って弾性変形するよう構成された、前記屈曲懸架部、及び、
前記レンズ要素の前記光軸に対して横方向に沿う変位力を前記プラットホームに印加するよう構成された変位機構を有する、前記製作するステップと、
自由形状面を有する第1のレンズ要素を提供するステップと、
前記可動微小構造アセンブリに対する前記自由形状面の位置合わせを確立するステップを有する、MEMS型ズームレンズシステムの製造方法。 - 前記変位機構が、マイクロアクチュエータを有する、請求項31の方法。
- 前記変位機構が、前記変位増幅機構と結合したマイクロアクチュエータを有する、請求項31の方法。
- 前記第1の可動微小構造アセンブリが、SOIマイクロマシニングプロセスにより製作される、請求項31の方法。
- 前記第1の可動微小構造アセンブリ及び前記第1のレンズ要素が、集合的に一体化されたユニットとして組み立てられる、請求項31の方法。
- 前記第1のレンズ要素が、前記自由形状面の少なくとも1つの基準軸に対応する方向指示部のセットであって、前記少なくとも1つの基準軸前記が、前記自由形状面の厚みプロファイル変化軸に対して横方向である、前記方向指示部のセットを含み、
前記方法が、
前記可動微小構造アセンブリにより担持される位置合わせ構造のセットを提供するステップと、
前記方向指示部のセットを前記位置合わせ構造のセットに対して位置合わせすることにより前記第1のレンズ要素及び前記可動微小構造アセンブリを空間的に位置合わせするステップを更に有する、請求項31の方法。 - 前記位置合わせ構造のセットが、回折格子を含む、請求項36の方法。
- (a)自由形状面を有する前記位置合わせされた第1のレンズ要素を有する前記第1の可動微小構造アセンブリと、(b)自由形状面を有する位置合わせされた第2のレンズ要素を有する第2の可動微小構造アセンブリをペアにすることによりバリフォーカルレンズのセットを組み立てるステップを更に有する、請求項31の方法。
- 前記第1のレンズ要素の前記自由形状面が、前記第2のレンズ要素の前記自由形状面に対応する、請求項38の方法。
- 自由形状面を有するレンズ要素をレプリカモールドプロセスにより製作するステップを更に有する、請求項31の方法。
- 前記レプリカモールドプロセスが、単刃ダイアモンド切削を介して製作された所望の自由形状面を有する原版モールドを用いるステップを含む、請求項40の方法。
- 前記レンズ要素が、紫外光硬化型光学接着剤からなる、請求項40の方法。
- 電子撮像装置であって、
光軸を横切る断面積を有し、前記光軸に沿って前記電子装置への光信号の伝搬を許容するよう構成された光学窓と、
前記光軸に沿って前記光学窓を通って伝搬する光信号を受けるように構成された微小機械(MEMS)ズームレンズシステムであって、
少なくとも4つのMEMS駆動光学要素であって、
前記少なくとも4つのMEMS駆動光学要素のそれぞれが自由形状面を有し、
第1及び第2のMEMS駆動光学要素が第1の光学要素のペアを形成し、第3及び第4のMEMS駆動光学要素が第2の光学要素のペアを形成するように、前記少なくとも4つのMEMS駆動光学要素がペア式の構成で配置されており、
前記少なくとも4つのMEMS駆動光学要素のそれぞれが、前記第1及び第2の光学要素のペアの一方又は両方の屈折力の変化を許容するように、前記光信号伝搬経路に対して実質的に横方向に変位可能である、前記少なくとも4つのMEMS駆動光学要素を有する前記MEMSズームレンズシステムと、
前記光軸に沿って前記MEMSズームレンズシステムを通って伝搬する光信号を受けるよう構成された画像センサを有する、電子撮像装置。 - 前記電子装置が、パーソナルデジタルアシスタント、移動電話、タブレットコンピュータ、移動電話−タブレットコンピュータ混成装置、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、コンピュータモニタ、テレビ、ウェブカメラ、小型監視カメラ及び内視鏡のいずれか1つである、請求項43の電子撮像装置。
- 前記光軸が、第1の光軸セグメント及び第2の光軸セグメントを有し、前記第2の光軸セグメントが、前記第1の光軸セグメントに非平行である、請求項43の電子撮像装置。
- 前記第1の光軸セグメント及び前記第2の光軸セグが、相互に実質的に直角である、請求項45の電子撮像装置。
- 前記MEMSズームレンズシステムの機能が、重力、大気圧、MEMSズームレンズシステムの物理的な移動のいずれにも実質的に影響されない、請求項43の電子撮像装置。
- 前記画像センサ、及び、前記第1及び第2の光学要素のペアの少なくとも1つが、前記光軸に沿って相互に対して相対運動可能に構成されている、請求項43の電子撮像装置。
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