(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体空間から発せられる放射を集めて前記放射を共通の光軸に沿って像空間内の像表面へ送るように構成された光学系であって、
前記共通の光軸上に静止しており、異なる屈折特性を持つ少なくとも２つの液体と、前記２つの液体の間の少なくとも１つの接触表面とを含む第１の可変屈折力光学部品であって、前記接触表面の形状は、前記第１の可変屈折力光学部品における屈折力を変化させるために変更される前記第１の可変屈折力光学部品を少なくとも含む第１のレンズ群であって、屈折力の変化によって焦点合わせ及びズームを提供して、前記像表面上の像点に向かう主光線角度の変動をもたらすように構成されている、第１のレンズ群と、
前記共通の光軸上に静止しており、異なる屈折特性を持つ少なくとも２つの液体と、前記２つの液体の間の少なくとも１つの接触表面とを含む第２の可変屈折力光学部品であって、前記接触表面の形状は、前記第２の可変屈折力光学部品における屈折力を変化させるために変更される前記第２の可変屈折力光学部品を少なくとも含む第２のレンズ群であって、ズームを提供して、前記像表面上の像点に向かう主光線角度の変動をもたらすように構成されている、第２のレンズ群と、
異なる屈折特性を持つ少なくとも２つの液体と、前記２つの液体の間の少なくとも１つの接触表面とを含む第３の可変屈折力光学部品であって、前記接触表面の形状は、前記第１のレンズ群及び前記第２のレンズ群の屈折力の変化によって引き起こされた、前記像表面上の前記像点における前記主光線角度の変動を軽減するために変更される、第３の可変屈折力光学部品を少なくとも含む第３のレンズ群と、
を備える光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の光学系であって、
前記第１のレンズ群は、さらに追加の可変屈折力光学部品を含み、
少なくとも前記第１の可変屈折力光学部品及び前記追加の可変屈折力光学部品の形状は、ズーム機能及び焦点合わせ機能を提供するために変更される、光学系。
【請求項３】
請求項２に記載の光学系であって、
前記ズームの範囲は、約３ｘを上回る、光学系。
【請求項４】
請求項２に記載の光学系であって、
前記ズームの範囲は、約４ｘを上回る、光学系。
【請求項５】
請求項２に記載の光学系であって、
前記ズームの範囲は、約５ｘを上回る、光学系。
【請求項６】
請求項１に記載の光学系であって、前記第２のレンズ群は、更に、
異なる屈折特性を持つ少なくとも２つの液体と、前記２つの液体の間の少なくとも１つの接触表面とを含む追加の可変屈折力光学部品であって、前記追加の可変屈折力光学部品の前記接触表面の形状は、前記追加の可変屈折力光学部品における屈折力を変化させるために変更され、前記変化は、少なくとも前記第２の可変屈折力光学部品における前記屈折力の変化と組み合わさって、ズームを提供するとともに前記主光線角度の変動をもたらす、追加の可変屈折力光学部品を含む光学系。
【請求項７】
請求項１に記載の光学系であって、
前記第２のレンズ群は、前記共通の光軸に沿って、前記第１のレンズ群と前記第３のレンズ群との間に位置決めされる、光学系。
【請求項８】
請求項１に記載の光学系であって、
前記第３のレンズ群は、前記像表面の近くに配され、前記共通の光軸に沿って、前記主光線角度に実質的に影響を及ぼす最後の光学部品である、光学系。
【請求項９】
請求項８に記載の光学系であって、
前記像表面は、光を集めて感光性領域上に焦点を合わせるように構成された少なくとも１つのマイクロレンズの付近に形成される、光学系。
【請求項１０】
請求項１に記載の光学系であって、
前記第３のレンズ群は、前記主光線角度を、前記像表面に垂直から１０度未満に低減させるように構成される、光学系。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光学系であって、
前記第３のレンズ群は、前記主光線角度を、前記像表面に垂直から５度未満に低減させるように構成される、光学系。
【請求項１２】
請求項１に記載の光学系であって、
少なくとも前記第１の可変屈折力光学部品の形状は、主として、焦点合わせ機能を提供するために変更される、光学系。
【請求項１３】
軸方向に移動する群を使用しない可変屈折力対物光学系であって、
固定の像表面に対して合わせてズーム機能を提供する少なくとも２つの可変屈折力光学部品であって、異なる屈折特性を持つ少なくとも２つの液体と、前記２つの液体の間の少なくとも１つの接触表面とを含み、前記接触表面の形状は、前記可変屈折力光学部品における屈折力を変化させるために変更される、少なくとも２つの可変屈折力光学部品を含む第１のレンズ群と、
固定の像表面に対して合わせて焦点合わせ機能を提供する少なくとも２つの可変屈折力光学部品であって、異なる屈折特性を持つ少なくとも２つの液体と、前記２つの液体の間の少なくとも１つの接触表面とを含み、前記接触表面の形状は、前記可変屈折力光学部品における屈折力を変化させるために変更される、少なくとも２つの可変屈折力光学部品を含む第２のレンズ群と、
異なる屈折特性を持つ少なくとも２つの液体と、前記２つの液体の間の少なくとも１つの接触表面とを含む少なくとも１つの可変屈折力光学部品であって、前記接触表面の形状
は、少なくとも一部には、前記ズーム及び焦点合わせ機能を提供する前記第１及び第２のレンズ群によって引き起こされた、前記像表面上の像点に向かう主光線角度の変動の変化を少なくとも部分的に補償するために変更される、少なくとも１つの可変屈折力光学部品を含む第３のレンズ群と、
を備える可変屈折力対物光学系。
【請求項１４】
請求項１３に記載の可変屈折力対物光学系であって、
前記ズーム機能の範囲は、約３ｘを上回る、可変屈折力対物光学系。
【請求項１５】
請求項１３に記載の可変屈折力対物光学系であって、
前記ズーム機能の範囲は、約４ｘを上回る、可変屈折力対物光学系。
【請求項１６】
請求項１３に記載の可変屈折力対物光学系であって、
前記ズーム機能の範囲は、約５ｘを上回る、可変屈折力対物光学系。
【請求項１７】
請求項１３に記載の可変屈折力対物光学系であって、
前記第３のレンズ群の前記少なくとも１つの可変屈折力光学部品は、前記主光線角度を、前記像表面に垂直から１０度未満に低減させるように構成される、可変屈折力対物光学系。
【請求項１８】
請求項１７に記載の可変屈折力対物光学系であって、
前記第３のレンズ群の前記少なくとも１つの可変屈折力光学部品は、前記主光線角度を、前記像表面に垂直から５度未満に低減させるように構成される、可変屈折力対物光学系。
【請求項１９】
請求項１３に記載の可変屈折力対物光学系であって、
前記第３のレンズ群の前記少なくとも１つの可変屈折力光学部品は、共通の光軸に沿って、前記第１のレンズ群及び前記第２のレンズ群よりも後ろに位置決めされる、可変屈折力対物光学系。
【請求項２０】
請求項１９に記載の可変屈折力対物光学系であって、
前記第３のレンズ群の前記少なくとも１つの可変屈折力光学部品は、前記像表面の近くに配され、前記共通の光軸に沿って、前記主光線角度に実質的に影響を及ぼす最後の光学部品である、可変屈折力対物光学系。
【請求項２１】
請求項２０に記載の可変屈折力対物光学系であって、
前記像表面は、光を集めて感光性領域上に焦点を合わせるように構成された少なくとも１つのマイクロレンズの付近に形成される、可変屈折力対物光学系。
【請求項２２】
請求項１３に記載の可変屈折力対物光学系であって、
前記第１のレンズ群の前記少なくとも２つの可変屈折力光学部品のうちの１つ又は２つ以上の光学部品の接触表面の形状は、前記第２のレンズ群と組み合わせて焦点合わせ機能を提供するために変更される、可変屈折力対物光学系。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、参照によって本明細書に全体を組み込まれて本明細書の一部を構成している２００９年４月１０日出願の米国仮出願第６１／１６８，５２４号の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、液体光学を用いた可変屈折力光学系に関する。
【０００３】
ズームレンズは、多くの場合、ズーム機能及び焦点合わせ機能を実現するために、３つ又は４つ以上の移動レンズ群を有する。ズームを実施するために、２つの可動レンズ群が機械的なカムによってリンクされてよく、第３の可動レンズ群は、焦点合わせのために使用されてよい。
【０００４】
ズームの範囲は、一部には、可動レンズ素子の移動の範囲によって決定される。ズーム範囲が大きいほど、レンズ素子の移動のための更なる空間が必要であると考えられる。
【０００５】
電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ及びＣＭＯＳ画像センサ（ＣＩＳ）などの画像センサは、フォトダイオードなどの小さな感光性領域を使用して光を集める。画像センサは、マイクロレンズを使用し、広い集光領域から光を集めて焦点を合わせることによって、感光性を向上させることもできる。マイクロレンズすなわち感光性領域に到達する光の入射角は、感光性領域によって集められる光の量に影響を及ぼし、一部の角度で受信された光は、その他の角度で受信された光よりも感光性領域に到達する可能性が低い。
【０００６】
理想を言うと、感光性領域における光の入射角は、一定である。しかしながら、光の入射角は、ズームレンズが焦点距離を変更するのに伴って、変化することがある。したがって、ズーム位置の範囲を通したレンズの移動は、入射角の変化に伴って、望ましくない結果をもたらすことがある。
【０００７】
（発明の概要）
像表面上における光の入射角の変動を最小限に抑えるために、可変屈折力光学部品が使用されてよい。
【０００８】
一実施形態では、可変屈折力光学系は、少なくとも１つの第１の液体レンズセルを伴う第１のレンズ群と、少なくとも１つの第２の液体レンズセルを伴う第２のレンズ群と、センサ上における光線の入射角を制御するように構成された第３の液体レンズセルとを含む。ズーム位置の制御は、少なくとも一部には、第１の液体レンズセルの屈折力の構成と、第２の液体レンズセルの屈折力の構成とに実質的に基づく。絞りは、第１のレンズ群の最初の表面と、第２のレンズ群の最後の表面との間で両者からおおよそ等距離にあってよい。第１の液体レンズセルの直径は、第２の液体レンズセルの直径とほぼ同じである。一実施形態では、ズームの範囲は、約３ｘを上回る。一実施形態では、ズームの範囲は、約４ｘを上回る。一実施形態では、ズームの範囲は、約５ｘを上回る。
【０００９】
一実施形態では、光学系は、物体空間から発せられる放射を集めてその放射を共通の光軸に沿って像空間内の像表面へ送るように構成される。共通の光軸上に静止している第１の可変屈折力光学部品は、異なる屈折特性を持つ少なくとも２つの液体と、これら２つの液体の間の少なくとも１つの接触表面とを含む。該接触表面の形状は、可変屈折力光学部品における屈折力を変化させるために変更されて、像表面上の像点に向かう主光線角度の
変動をもたらす。第２の可変屈折力光学部品は、異なる屈折特性を持つ少なくとも２つの液体と、これら２つの液体の間の少なくとも１つの接触表面とを含む。該接触表面の形状は、第１の可変屈折力光学部品の形状を変更することによって引き起こされた、像表面上の像点における主光線角度の変動を軽減するために変更される。第１の可変屈折力光学部品の形状は、ズーム機能及び／又は焦点合わせ機能を提供するために変更されてよい。
【００１０】
一実施形態では、可変屈折力対物光学系は、軸方向に移動する群を使用しない。少なくとも１つの可変屈折力光学部品は、ズーム機能を提供し、異なる屈折特性を持つ少なくとも２つの液体と、これら２つの液体の間の少なくとも１つの接触表面とを含む。該接触表面の形状は、可変屈折力光学部品において屈折力の変化を生じるために変更される。もう１つの可変屈折力光学部品は、異なる屈折特性を持つ少なくとも２つの液体と、これら２つの液体の間の少なくとも１つの接触表面とを含む。該接触表面の形状は、ズーム機能を提供する可変屈折力光学部品によって引き起こされた、像表面上の像点に向かう主光線角度の変動の変化を少なくとも部分的に補償するために変更される。
【００１１】
一実施形態では、可変屈折力光学系は、少なくとも１つの第１の液体レンズセルを伴う第１のレンズ群と、少なくとも１つの第２の液体レンズセルを伴う第２のレンズ群と、第１のレンズ群と第２のレンズ群との間に位置付けられた絞りとを含む。第１のレンズ群、第２のレンズ群、及び絞りを通過する光線は、ズーム位置を表し、該ズーム位置の制御は、少なくとも一部には、第１の液体レンズセルの屈折力の構成と、第２の液体レンズセルの屈折力の構成とに基づく。絞りは、第１のレンズ群の最初の表面と、第２のレンズ群の最後の表面との間で両者からおおよそ等距離にあってよい。ズームの範囲は、一実施形態では、約３ｘを上回ってよい。ズームの範囲は、一実施形態では、約４ｘを上回ってよい。ズームの範囲は、一実施形態では、約５ｘを上回ってよい。
【００１２】
一実施形態では、可変屈折力対物光学系は、異なる屈折特性を持つ少なくとも２つの液体と、これら２つの液体の間の少なくとも１つの接触表面とを伴う少なくとも１つの可変屈折力光学部品を含む。接触表面の形状は、像表面上の像点に向かう主光線角度の変動の変化を少なくとも部分的に補償するために変更される。主光線角度の変動は、少なくとも一部には、例えば、ズーム機能、焦点合わせ機能、又はズーム機能と焦点合わせ機能との組み合わせによって引き起こされると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１Ａ及び図１Ｂ。液体を用いた可変屈折力光学系における軸方向光ビームのリム光線を示した光学図である。
【図２】図２Ａ及び図２Ｂ。液体を用いた可変屈折力光学系における軸方向光ビームのリム光線と、軸外フィールドビームのリム光線とを示した光学図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｅ。像表面上における光線の各種の入射角を例示した図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂ。像表面上における光線の入射角を調整するための、液体レンズセルの使用を例示した図である。
【図５Ａ】典型的な可変屈折力光学系の設計を例示した光学図である。
【図５Ｂ】典型的な可変屈折力光学系の設計を例示した光学図である。
【図５Ｃ】典型的な可変屈折力光学系の設計を例示した光学図である。
【図５Ｄ】典型的な可変屈折力光学系の設計を例示した光学図である。
【図５Ｅ】典型的な可変屈折力光学系の設計を例示した光学図である。
【図６】カメラのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の説明では、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
の構造及び／又は実施形態が用いられてもよいことが理解されるべきである。
【００１５】
液体レンズセルは、液体セルの機械的な動きに依存することなく光路を変更することができる。第１及び第２の接触液を含む液体レンズセルは、接触液の間の接触光学表面が、液体レンズセルの光軸を中心に実質的に対称的な可変形状を有するように構成されてよい。複数のレンズ素子が、共通の光軸に沿って整列され、物体側空間から発せられる放射を集めて像側空間へ送るように構成されてよい。液体レンズセルは、共通の光軸に沿って整列された複数のレンズ素子によって形成された光路に挿入されてよい。液体レンズセルの光軸は、共通の光軸に平行であってよい、又は共通の光軸に対して一定の角度であってよい若しくは中心を外されてよい。
【００１６】
現時点で考えられている液体レンズ系は、約０．２以上の、好ましくは少なくとも約０．３の、実施形態によっては少なくとも約０．４の、屈折率の差を有する。水は、約１．３の屈折率を有しており、塩の追加によって、約１．４８の屈折率に変更されえる。適切な光学オイルは、少なくとも約１．５の屈折率を有すると考えられる。たとえ、例えばより高屈折率のオイルなど、より高屈折率の液体、より低屈折率の液体、又はより高屈折率の液体とより低屈折率の液体とを用いても、屈折力の変動の範囲には、限りがある。この限られた屈折力変動の範囲は、可動レンズ群の場合よりも、提供可能な倍率変化が小さいのが通常である。したがって、単純な可変屈折力光学系において、一定の像表面位置を維持しつつズームを提供するためには、倍率変化の大半を１つの可動レンズ群によって提供するとともに、倍率変化の最中における像表面における焦点ぼけの補償の大半を１つの液体セルによって提供することができる。
【００１７】
より多くの可動レンズ群、又は液体セル、又はそれらの両方が用いられてもよいことが、留意されるべきである。１つ又は２つ以上の液体セルと組み合わせて使用される１つ又は２つ以上の移動レンズ群の例は、２００８年１０月６日に出願され、参照によって全体を本明細書に組み込まれ、「Liquid Optics Zoom Lens and Imaging Apparatus（液体光学ズームレンズ及び撮像装置）」と題された、米国特許出願第１２／２４６，２２４号に記載されている。
【００１８】
系において使用されるレンズ素子のサイズ及び特性は、レンズ系の設計にあたって考慮されるべき制約を課す。例えば、１つ又は２つ以上のレンズ素子の直径は、像表面上に形成される像のサイズを制限することがある。可変屈折力光学系など、可変特性を持つレンズ系の場合は、その光学は、レンズ素子の変動に基づいて変化することがある。したがって、第１のレンズ素子が、第１のズーム構成においてレンズ系に制約を課す一方で、第２のレンズ素子は、第２のズーム構成においてレンズ系に制約を課すことが考えられる。一例として、光ビームのリム光線が、ズーム範囲の一方の極限ではレンズ素子の外縁に近づくのに対して、ズーム範囲のもう一方の極限では同じレンズ素子の外縁からかなりの距離にあることが考えられる。
【００１９】
図１Ａ及び図１Ｂは、液体レンズセルを用いた簡略可変屈折力光学系の光学図を例示している。可変屈折力光学系は、例えば、カメラに使用されてよい。図１Ａにおいて、第１の液体レンズセルＬＬＣ１  ２０及び第２の液体レンズセルＬＬＣ２  ２２は、ズーム比が広角位置をとるように構成されている。結像レンズ２４は、カメラピックアップデバイスに対応する像表面（像面２６として示されている）上に像を形成する。結像レンズ２４は、液体レンズセル又はその他のレンズタイプであってよい。図１Ａに例示された、軸方向光ビームのリム光線１２は、液体レンズセルＬＬＣ２  ２２の外縁に近い。したがって、このレンズ設計では、液体レンズセルＬＬＣ２  ２２の直径が、制限要因である。図１Ｂにおいて、液体レンズセルＬＬＣ１  ２０及び液体レンズセルＬＬＣ２  ２２は、ズーム比が望遠位置をとるように構成されている。図１Ｂに例示された、軸方向光ビームのリ
ム光線１２は、液体レンズセルＬＬＣ１  ２０の外縁に近く、これは、液体レンズセルＬＬＣ１の直径を制限要因にしている。したがって、図１Ａ及び図１Ｂに示された簡略設計は、ズーム位置の範囲の間で軸方向光ビームのリム光線１２のための液体レンズセルＬＬＣ１  ２０上及び液体レンズセルＬＬＣ２  ２２上の面積を最大限に生かすように最適化されている。
【００２０】
従来のズームレンズ系は、異なるズーム位置を実現するために、移動ズームレンズ群を用いる。図１Ａ及び図１Ｂに例示された可変屈折力光学系は、液体レンズセルを用いるので、移動レンズ群は必要でない。代わりに、液体レンズセルＬＬＣ１  ２０及び液体レンズセルＬＬＣ２  ２２の接触光学表面の可変形状を制御するために、制御システムが使用されてよい。
【００２１】
移動レンズ群の代わりとなる液体レンズセルの使用は、液体レンズセルＬＬＣ１  ２０と液体レンズセルＬＬＣ２  ２２との間への絞り１０の配置を容易にする。液体レンズセルＬＬＣ１  ２０及び液体レンズセルＬＬＣ２  ２２は、移動レンズ群ではないので、それらの適切な動作を絞り１０が妨害する心配がない。絞り１０は、液体レンズセルの間で等距離にある必要はなく、絞りの配置は、必要に応じて最適化することができる。
【００２２】
液体レンズセルＬＬＣ１  ２０及び液体レンズセルＬＬＣ２  ２２は、それぞれ、制御可能な且つ／又は固定された複数の表面を含むことを理解されるべきである。一部の実施形態では、図１Ａ及び図１Ｂに例示された液体レンズセルは、２つ又は３つ以上の液体セルの組み合わせを含んでよい。組み合わされたセルの間には、板が配されてよい。板は、設計の必要に応じて設定可能な屈折力を有することができる。液体レンズセルは、外表面上に板を有してもよい。一部の実施形態では、外表面上の板は、屈折力又はフォールディング機能を提供するであろう。板及びその他のレンズ素子は、光学特性の向上を図るために、球面状又は非球面状であることができる。
【００２３】
個々のレンズ素子は、ガラス、プラスチック、結晶質、若しくは半導体材料などの、固相材料で構成されてよい、又は水若しくはオイルなどの、液体材料若しくは気体材料を使用して構成されてよい。レンズ素子の間の空間は、１つ又は２つ以上のガスを含んでよい。例えば、標準空気、窒素、又はヘリウムが使用されてよい。或いは、レンズ素子の間の空間は、真空であってよい。本開示において使用される「空気」という表現は、広義で使用されており、１つ若しくは２つ以上のガス、又は真空を含みえることを理解されるべきである。レンズ素子は、紫外線フィルタなどのコーティングを有してよい。
【００２４】
図２Ａ及び図２Ｂは、図１Ａ及び図１Ｂの簡略可変屈折力光学系の更なる光学図であり、軸方向光ビームのリム光線１２と、軸外フィールドビームのリム光線１４とを示している。軸外フィールドビームの主光線１６は、リム光線の外側の目盛マークによって示された絞り位置１０において光軸を横切る。例示されるように、像面２６上における軸外フィールドビームの主光線１６の入射角１８は、ズームレンズが広角位置から望遠位置へ変化するのに伴って変化する。
【００２５】
入射の角度は、それが、ある程度、画像センサに到達する光の量を決定するゆえに重要である。画像センサは、マイクロレンズを使用し、広い集光領域から光を集めて焦点を合わせることによって、感光性を向上させることができる。しかしながら、もし、ズームを通じた入射角の大きさ及び範囲が大きすぎると、マイクロレンズは、ズームを通じた効率的検出のために光を画像センサへ方向付けることができなくなる恐れがある。
【００２６】
画像センサに到達する光の典型例を示した図３Ａ〜３Ｄを考察する。図３Ａでは、主光線２８の入射角１８は、画像センサに垂直であり、これは、マイクロレンズが光線を画像
センサへ成功裏に方向付けることを可能にする。図３Ｂ及び図３Ｃでもやはり、入射角１８の変動は小さい。この場合、マイクロレンズアレイは、最適なレンズマイクロアレイを形成するようにシフトされてよく、これは、光線を画像センサへ成功裏に方向付けしなおすことを可能にする。図３Ｄ及び図３Ｅは、入射角１８の大きさの変動がより大きく、これは、マイクロレンズが光線を画像センサへ方向付けることをより困難にする。
【００２７】
主光線２８の入射角１８は、可変屈折力光学系が広角位置から望遠位置へ変化するのに伴って変化するので、とあるズーム位置のときの入射角１８が図３Ｂに示されるようなもので、別のズーム位置のときの入射角１８が図３Ｃに示されるようなものであることが可能である。ただし、入射角１８の変動は、小さく抑えられると望ましいであろう。
【００２８】
図４Ａ及び図４Ｂは、画像センサの近くに液体レンズセルＬＬＣ３  ３０が配されたときの光学図を例示している。可変屈折力光学系がズーム範囲を移動するのに伴って、液体レンズセルＬＬＣ３の屈折力も変動する。液体レンズセルＬＬＣ３  ３０の可変屈折力は、ズームの範囲を通して像表面上における入射角の変動及び大きさを最小限に抑えることを可能にする。例えば、一実施形態では、液体レンズセルＬＬＣ３は、入射角を、像面２６に対して垂直から１０度未満にする。別の実施形態では、液体レンズセルＬＬＣ３は、入射角を、垂直から５度未満にする。
【００２９】
図４Ａ及び図４Ｂは、レンズ３０を液体レンズセルとして例示しているが、その他のタイプのレンズが使用されてもよい。可変屈折力光学設計全体を長くすれば、液体レンズセルに代わる標準レンズの使用も可能であると考えられる。
【００３０】
可変屈折力光学系の長さは、一部には、液体レンズセルによって提供される屈折力の範囲に依存する。レンズの長さは、液体の屈折率の差が大きい液体レンズセルを用いることによって最短にすることができる。レンズの長さは、複数の液体レンズセル及び／又はフォールディングを用いることによっても最短にすることができる。
【００３１】
簡単のため、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂ、図４Ａ、及び図４Ｂは、屈折力を内包した板としてレンズ素子を示している。レンズ素子は、レンズ材料及び／又は光学表面の異なる複数の部品からなることもありえることを理解されるべきである。
【００３２】
図５Ａ〜５Ｅは、典型的な可変屈折力光学設計の光学図を例示している。図５Ａは、広角位置を例示しており、図５Ｅは、望遠位置を例示している。図５Ｂ〜５Ｄは、中間のズーム位置を例示している。図５Ａ〜５Ｅに例示された全てのズーム位置において、無限焦点が使用されている。
【００３３】
この可変屈折力光学設計は、５つの液体レンズセル４０，４２，４４，４６，４８を用い、各液体レンズセルは、可変表面５０，５２，５４，５６，５８を有する。物体空間近くのレンズ群は、２つの液体レンズセル４０，４２を含み、主として焦点合わせ及びズームを提供するのに役立つ。可変屈折力光学設計は、また、主としてズームを提供するのに役立つ２つの液体セル４４，４６も含む。例示された実施形態では、液体レンズセル４０，４２からなるレンズ群と、液体レンズセル４４，４６からなるレンズ群との間に、絞り６０がある。可変屈折力光学設計は、また、一部には像面６２における入射角の制御を提供する液体レンズセル４８も含む。５つの液体レンズは、全て組み合わさると、焦点、ズーム、及び可変屈折力光学系が広角位置から望遠位置へそして無限焦点から近接焦点へ変化するのに伴った像面上における軸外フィールドビームの主光線の入射角に対する制御を提供する。
【００３４】
図５Ａ〜５Ｄに例示されるように、可変表面５４によって提供される屈折力は、ほぼ一
定のままであり、図５Ｅにおいてのみ大幅に変化する。これは、もしズーム位置が図５Ａ〜５Ｄに示された範囲に限られる場合に、液体レンズセル４４が固定レンズ素子に置き換え可能であることを意味する。したがって、液体レンズセルの数は、設計要件に応じて異なってよい。
【００３５】
図５Ａ〜５Ｅに示されたレンズ設計について、米国カリフォルニア州パサディナ所在のOptical Research Associates（オプティカル・リサーチ・アソシエーツ）より市販されているＣｏｄｅＶ光学設計ソフトウェアヴァージョン９．７０によって作成されたリストが、本明細書の一部として添付され、その全体を参照によって組み込まれる。
【００３６】
図６は、可変屈折力光学系１０２を伴うカメラ１００のブロック図を例示している。図６は、また、光学系１０２におけるレンズ群の移動及び動作を制御するレンズ制御モジュール１０４も例示している。制御モジュール１０４は、液体レンズセルにおける曲率半径を制御する電子回路構成を含む。各種の焦点位置及びズーム位置についての適切な電子信号レベルは、事前に決定されて、１つ又は２つ以上のルックアップテーブルに配されてよい。或いは、アナログ回路構成、又は回路構成と１つ若しくは２つ以上のルックアップテーブルとの組み合わせによって、適切な信号レベルが生成されてよい。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、１つ又は２つ以上のルックアップテーブルに保存されてよい、又は回路構成によって、多項式が実行されてよい。ルックアップテーブル、多項式、及び／又はその他の回路構成は、ズーム位置、焦点位置、温度、又はその他の条件についての変数を使用することができる。
【００３７】
液体間の表面の曲率半径の制御にあたって、熱的効果も検討されてよい。多項式又はルックアップテーブルは、熱的効果に関する追加の変数を含むことができる。
【００３８】
制御モジュール１０４は、特定のズーム設定又は焦点距離についての事前制御を含むことができる。これらの設定は、ユーザ又はカメラのメーカによって保存されてよい。
【００３９】
図６は、更に、外部物体に対応する光学像を受信する画像取り込みモジュール１０６を例示している。画像は、光軸に沿って、光学系１０２内を画像取り込みモジュール１０６へ伝わる。画像取り込みモジュール１０６は、フィルム（例えば、フィルムストック若しくは静止画像フィルム）又は電子画像検出技術（例えば、ＣＣＤアレイ、ＣＭＯＳデバイス、若しくはビデオピックアップ回路）などの、様々なフォーマットを使用することができる。光軸は、直線状であってよい、又はフォールディングを含んでよい。
【００４０】
画像保存モジュール１０８は、取り込まれた画像を、例えば、オンボードメモリに、又はフィルム、テープ、若しくはディスクに維持する。一実施形態では、保存媒体は、着脱式である（例えば、フラッシュメモリ、フィルム容器、テープカートリッジ、又はディスク）。
【００４１】
画像転送モジュール１１０は、取り込まれた画像をその他のデバイスに転送することを行う。例えば、画像転送モジュール１１０は、例えば、ＵＳＢポート、ＩＥＥＥ  １３９４マルチメディア接続、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ポート、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ワイヤレス接続、ＩＥＥＥ  ８０２．１１ワイヤレス接続、ビデオコンポーネント接続、又はＳ−Ｖｉｄｅｏ接続などの、様々な接続のいずれかを使用することができる。
【００４２】
カメラ１００は、ビデオカメラ、携帯電話カメラ、デジタル写真カメラ、又はフィルムカメラなどの、様々な形で導入することができる。
【００４３】
焦点合わせ群及びズーム群における液体セルは、２００８年１２月３日に出願され、参照によって全体を本明細書に組み込まれ、「Liquid Optics Image Stabilization（液体光学画像安定化）」と題された米国特許出願第１２／３２７，６６６号に記載されるように、安定化を提供するために使用されてもよい。非移動レンズ群を使用する場合は、２００８年１２月３日に出願され、参照によって全体を本明細書に組み込まれ、「Liquid Optics with Folds Lens and Imaging Apparatus（フォールディングレンズを伴う液体光学、及び撮像装置）」と題された米国特許出願第１２／３２７，６５１号に記載されるように、フォールディングが使用されてよい。２００８年１０月６日に出願され、参照によって全体を本明細書に組み込まれ、「Liquid Optics Zoom Lens and Imaging Apparatus（液体光学ズームレンズ及び撮像装置）」と題された米国特許出願第１２／２４６，２２４号に記載されるように、１つ又は２つ以上の移動レンズ群が、１つ又は２つ以上の液体セルと組み合わせて使用されてよい。
【００４４】
当業者にならば各種の変更及び修正が明らかになることが、留意されるべきである。このような変更及び修正は、添付の特許請求の範囲に定められた発明の範囲に含まれるものとして理解される。
【００４５】
【表１−１】
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【表１−２】
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【表１−３】
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【表１−４】
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【表１−５】
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【表１−６】
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【表１−７】
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【表１−８】
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【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６】
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