(57)【要約】【課題】  通常撮影状態と軟焦点状態とを切換えるに際して、画角（焦点距離）や焦点位置の変動が発生せず、軟焦点の度合いについても可変できる撮像光学系を実現する。【解決手段】  撮像光学系１は、被写体像を撮像素子上に結像するための結像光学系である。絞り２１に隣接するレンズＬ２は、液状レンズ（の小滴）で構成されている。液状レンズは、レンズＬ２（小滴）のレンズ面の形状を変化させることができる。この形状変化により撮像光学系１について通常撮影状態と通常撮影状態よりも大きな球面収差を発生させた軟焦点状態とを切換えることができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を撮像素子上に結像するための撮像光学系において、レンズと、該レンズのレンズ面の形状を変化させるレンズ形状可変手段を備え、前記形状変化により通常撮影状態と通常撮影状態よりも大きな球面収差を発生させた軟焦点状態とを切換えることを特徴とする撮像光学系。
【請求項２】
絞りをさらに備え、前記レンズ形状可変手段は、前記形状変化を行う前記レンズを前記絞りに隣接するレンズの少なくとも一つとしていることを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系。
【請求項３】
液状レンズをさらに備え、前記液状レンズの小滴が前記形状変化を行う前記レンズであり、前記レンズ形状可変手段は、前記液状レンズが有する前記小滴の形状を変えることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像光学系。
【請求項４】
形状が変化する前記レンズ面は非球面形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の撮像光学系。
【請求項５】
前記レンズ形状可変手段は、非球面係数の変化により前記形状の変化を発生させることを特徴とする請求項４に記載の撮像光学系。
【請求項６】
被写体像を撮像素子で撮像する撮像装置において、前記被写体像を前記撮像素子上に結像するための撮像光学系として請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の撮像光学系を備えていることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体像を撮像素子上に結像するための撮像光学系、及びこの撮像光学系を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の切換え可能な軟焦点（ソフトフォーカス）光学系では、光学系を構成するレンズの間隔を変化させることにより、通常撮影状態と軟焦点状態とを切換え、あるいは、高い空間周波数成分をカットするような部材を光学系の中に配置することにより、通常撮影状態と軟焦点状態とを切換えるようにしている（特許文献１〜８参照）。また、液状レンズについて特許文献９などに開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３１８３４６公報
【特許文献２】特開２００２−３１８３４７公報
【特許文献３】特開２００３−２９１４３公報
【特許文献４】特開２００３−２１５４４５公報
【特許文献５】特開２００２−３０３７８６公報
【特許文献６】特許第３３６４９９８号
【特許文献７】特許第３５２８１６２号
【特許文献８】特開２００１−１０００９２公報
【特許文献９】特開２００３−５０３０３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、光学系を構成するレンズの間隔を変化させることにより、通常撮影状態と軟焦点状態とを切換える前述の従来技術では、レンズ間隔の変化による焦点距離の変化を別の部分の間隔を変化させることにより補償することが必要であり、また、レンズを可動とすることにより、光軸からの位置ずれが起きて光学性能が劣化するなどの問題も発生し易くなるという不具合がある。
さらに、高い空間周波数成分をカットするような部材を光学系の中に配置することにより、通常撮影状態と軟焦点状態とを切換える前述の従来技術では、レンズ間隔が変化することや可動であることの問題は発生しないものの、軟焦点の度合いは１種類固定で実現可能なものであり、軟焦点の度合いを可変とすることは非常に困難であるという不具合がある。
そこで、本発明の目的は、通常撮影状態と軟焦点状態とを切換えるのに際して、画角（焦点距離）や焦点位置の変動が発生せず、軟焦点の度合いについても可変できる撮像光学系を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に記載の発明は、被写体像を撮像素子上に結像するための撮像光学系において、レンズと、該レンズのレンズ面の形状を変化させるレンズ形状可変手段を備え、前記形状変化により通常撮影状態と通常撮影状態よりも大きな球面収差を発生させた軟焦点状態とを切換えることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の撮像光学系において、絞りをさらに備え、前記レンズ形状可変手段は、前記形状変化を行う前記レンズを前記絞りに隣接するレンズの少なくとも一つとしていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の撮像光学系において、液状レンズをさらに備え、前記液状レンズの小滴が前記形状変化を行う前記レンズであり、前記レンズ形状可変手段は、前記液状レンズが有する前記小滴の形状を変えることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の撮像光学系において、形状が変化する前記レンズ面は非球面形状であることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、前記レンズ形状可変手段は、非球面係数の変化により前記形状の変化を発生させることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、被写体像を撮像素子で撮像する撮像装置において、前記被写体像を前記撮像素子上に結像するための撮像光学系として請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の撮像光学系を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１に記載の発明によれば、通常撮影状態と軟焦点状態とを切換えるのに際して、画角（焦点距離）や焦点位置の変動が発生せず、軟焦点の度合いについても可変できる撮像光学系を実現することができる。
請求項２に記載の発明によれば、効果的に球面収差の大きさを変えて軟焦点状態を実現することができる。
請求項３に記載の発明によれば、通常撮影状態と軟焦点状態とを切換えるのに際して、液状レンズにより、画角（焦点距離）や焦点位置の変動が発生せず、軟焦点の度合いについても可変できる撮像光学系を、少ない部品点数で実現することができる。
請求項４に記載の発明によれば、焦点距離、焦点位置を変化させずに球面収差の変化、即ち軟焦点状態の変化を実現することができる。
請求項５に記載の発明によれば、焦点距離、焦点位置を変化させずに、球面収差の変化、即ち軟焦点状態の変化を実現することができる。
請求項６に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の発明と同様の効果を発揮する撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明を実施するための最良の一形態について説明する。
図１は、本実施形態の撮像光学系１の構成図である。
この撮像光学系１は、被写体像をＣＣＤなどの撮像素子（いずれも図示せず）に結像するための結像光学系である。この撮像光学系１は、被写体となる物体（図示せず）側より順に、第１群は両凹レンズＬ１と両凸レンズＬ２とにより構成され、第２群は物体側より順に配置されている正レンズＬ３と負レンズＬ４とを張り合わせた張り合わせレンズＬ３４と、両凸レンズＬ５とから構成されている。
ここで、所定のレンズ形状可変手段により、撮像光学系１で絞り２１に隣接するレンズの少なくとも一つ、この例では両凸レンズＬ２は、そのレンズ面の形状を変化させることができ、このレンズ面の形状変化により、通常撮影状態と通常撮影状態よりも大きな球面収差を発生させた軟焦点状態との切換ができる。具体的には、両凸レンズＬ２を液状レンズ１１（図２、図３参照）で構成して、両凸レンズＬ２の被写体側の面を面形状可変としている。
図２は、この液状レンズ１１の拡大縦断面図であり、図３は後述の複数の電極１３の構成を示す拡大平面図である。なお、図２、図３に示すような液状レンズ１１は、例えば特許文献９などに開示されている。
図２、図３に示すように、この液状レンズ１１は、透明な絶縁層１２と、その表面上に配置された透明な流体からなる小滴ｔと、この小滴ｔから絶縁層１２により絶縁された複数の電極１３と、さらには絶縁層１２と電極１３とを支持する透明基板１４と、小滴ｔに接続された小滴電極１５と備えている。小滴電極１５の電位をＶ０、各電極１３の各電位はそれぞれＶ１〜Ｖ４とすると、これら電圧Ｖ０〜Ｖ５の電位差によって、液状レンズを前述のように駆動することができる。この電極１３、小滴電極１５と、これらの電極への電圧印加の制御により、レンズ形状可変手段を実現している。
【０００７】
次に、液状レンズ１１の動作について説明する。
小滴ｔと絶縁層１２とがなす接触角θ１は、小滴ｔと絶縁層１２と周囲の空気との相互の界面張力から決定される。そして小滴ｔと電極１３との間に電位差が存在しない場合（Ｖ０＝Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４）には、小滴ｔは、小滴ｔの体積Ｖｏｌと接触角θ１とにより規定される形状（図２、図３に実線で示している）を維持し、小滴ｔの曲率半径Ｒ１が定まる。次に、Ｖ０とＶ１からＶ４との間にそれぞれ等しい電圧を印加すると、接触角θが変化することにより、小滴ｔの面形状が変化する。
本実施の形態の撮像光学系１では、被写体となる被測定物側から第２番目のレンズとなる両凸レンズＬ２の像側の面を形状可変な液状レンズ１１としている。これは、この面の形状変化が球面収差に与える影響が大きいからである。逆にいえば、この面で球面収差の補正の効果が大きいからであるといえる。通常、絞り２１に隣接するレンズへの光束はレンズの有効径に比べて大きく広がっており、また、各像高の光束がレンズの同じような場所を通過し、この結果、球面収差の補正効果が絞り２１に隣接するレンズにおいて大きい。従って、球面収差の大きさを変えて軟焦点状態を実現する為には、絞り２１に隣接するレンズにおいて形状変化を起こすのが効果的である。
このとき、球面形状（曲率半径）の変化が起こると、撮像光学系１全体の焦点距離が変化してしまい、画角が変わるとともに、焦点位置がずれてしまう。このような事態を避ける為に、形状が変化する面を非球面形状とし、近軸曲率半径を保ったまま、非球面係数のみを変化させることにより、焦点距離、焦点位置を変化させずに、“球面収差の変化＝軟焦点状態”を実現可能である。ここで、前述のＶ１〜Ｖ４の印加電圧を適宜変化させることにより面形状の変化量を変えれば、球面収差の大きさ、即ち軟焦点の度合いを変化させることも可能である。
【０００８】
図１に示す撮像光学系１において、最も像面２２側の屈折力を有する両凸レンズＬ５と像面２２との間にある平行平板２３は、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等のフィルター類、あるいはＣＣＤなどの撮像素子（図示せず）を保護する保護ガラス、などである。また、物体側から第２番目の両凸レンズＬ２の物体側面と、第３番目の正レンズＬ３の物体側面と、第５番目の両凸レンズＬ５の像側面とはガラスレンズの上に樹脂材料により非球面部を形成した複合非球面レンズで、前述のとおり、両凸レンズＬ２の像側面は面形状が可変である液状レンズ１１（の小滴ｔ）によって構成されている。
非球面は光軸からの高さをＨとしたとき、面頂点からの光軸方向の変位量をＳとして次に式で表される。ただし、Ｒは曲率半径、Ａ2iは非球面係数である。
【数１】
2006309000.tif 000003
撮像光学系１において、焦点距離ｆ＝７．９ｍｍ、ＦNO＝２．６、半画角ω＝３１°であるときに、表１〜３には非球面係数、軟焦点時非球面係数を示す。また、図４には通常撮影状態での収差図を示し、図５には軟焦点状態での収差図を示す。
【０００９】
（表１）
面     曲率半径     間隔      Nd         Vd
1     -9.81900     2.00000   1.53172    48.84
2      5.04600     1.12000   1.00000         
3     14.91600     0.05000   1.50703    53.43
4     13.12700     2.88000   1.77250    49.62
5     -6.56300     0.02000   1.50703    53.43
6     -8.07400     1.26000   1.00000         
7      0.00000     1.77000   1.00000         
8     10.28300     0.02000   1.50703    53.43
9      6.67100     3.00000   1.69680    55.46
10     -6.67100     1.00000   1.68893    31.16
11      6.67100     0.50000   1.00000         
12     28.59000     2.52000   1.62041    60.34
13     -8.59900     0.02000   1.50703    53.43
14     -9.22900     1.00000   1.00000         
15      0.00000     4.11000   1.51680    64.20
16      0.00000               1.00000         
（表２）
非球面係数  
面    K        A4           A6           A8           A10 
3   -9.89000  7.76600E-04 -3.92900E-05  7.38300E-06 -3.69300E-07
6   -3.07500 -1.23100E-04 -4.48800E-05  4.38700E-06 -3.02700E-07
8    8.38400 -4.88300E-05 -8.03400E-05  3.57900E-06 -9.08700E-07
14  -20.18500 -1.94300E-03  2.82100E-04 -1.74600E-05  6.54200E-07
（表３）
軟焦点時非球面係数
面    K        A4           A6           A8           A10 
6   -3.07500 -1.23100E-04 -4.48800E-05  5.58700E-06 -3.02700E-07
図６は、被写体像をＣＣＤなどの撮像素子上に結像するための撮像光学系として、前述の撮像光学系１を備えたデジタルカメラ１０１の斜視図である。デジタルカメラ１０１は、本発明の撮像装置を実施するものである。
図６において、符号１０２は光学ファインダー、符号１０３は撮影レンズユニット、符号１０４はＬＣＤ表示部、符号１０５はメインスイッチ、符号１０６はレリーズ釦、符号１０７はＬＣＤモニタである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態である撮像光学系の構成図である。
【図２】撮像光学系の液状レンズの拡大縦断面図である。
【図３】撮像光学系の液状レンズの拡大平面図である。
【図４】撮像光学系の通常撮影状態での収差図である。
【図５】撮像光学系の軟焦点状態での収差図である。
【図６】本発明の一実施形態であるデジタルカメラの斜視図である。
【符号の説明】
【００１１】
１  撮像光学系、１１  液状レンズ、２１  絞り、１０１  撮像装置、ｔ  小滴、Ｌ２  レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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