(57)【要約】  レンズアセンブリ（１１０）が、様々な距離から発せられた光線を、レンズアセンブリ（１１０）から一定の距離に保持された第１の焦点面上に同時に合焦する光学結像レンズ系を開示する。この目的のために、レンズアセンブリ（１１０）は、少なくとも１つの不均一な光学特性を有することができる。【選択図】図１Ａ
2011519062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズアセンブリを備えた光学系であって、前記レンズアセンブリが、並置配列で配置された複数のレンズを含み、少なくとも１つの不均一な光学特性を有し、複数の距離から発せられた複数の光線を、前記レンズアセンブリから一定の距離に保持された第１の焦点面上に同時に合焦する、
ことを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記複数のレンズの少なくとも１つが、少なくとも１つの勾配型光学特性を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
少なくとも１つの勾配型光学特性を有する前記複数のレンズの前記少なくとも１つが、少なくとも１つの異なる光学特性を有する別の複数のレンズで形成された複合レンズと同じ光学的効果を有する、
ことを特徴とする請求項２に記載の光学系。
【請求項４】
前記複数のレンズの少なくとも２つが少なくとも１つの異なる光学特性を有し、前記複数のレンズの前記少なくとも２つが非勾配レンズである、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項５】
前記複数のレンズの少なくとも２つが異なる方向に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項６】
前記レンズアセンブリを支持するための保持構造をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項７】
前記保持構造及び前記レンズの１つが一体形成される、
ことを特徴とする請求項６に記載の光学系。
【請求項８】
前記保持構造が透明材料を含む、
ことを特徴とする請求項６に記載の光学系。
【請求項９】
前記保持構造の少なくとも一部が不透明にされる、
ことを特徴とする請求項８に記載の光学系。
【請求項１０】
前記保持構造が耐熱材料を含む、
ことを特徴とする請求項６に記載の光学系。
【請求項１１】
前記耐熱材料が耐高温液晶プラスチックを含む、
ことを特徴とする請求項１０に記載の光学系。
【請求項１２】
前記液晶プラスチックが、複数のガラスフリット及び複数のガラス繊維の一方を含む、
ことを特徴とする請求項１１に記載の光学系。
【請求項１３】
前記レンズアセンブリがリフロー炉内で使用される、
ことを特徴とする請求項６に記載の光学系。
【請求項１４】
前記複数のレンズの１つの物理特性及び光学特性の少なくとも一方を変化させて、ズーム機能及び合焦機能の少なくとも一方を実行するための、前記複数のレンズの前記１つに結合されたアクチュエータをさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項１５】
前記物理特性及び光学特性の少なくとも一方を変化させた結果、前記レンズの少なくとも１つが変形不能及び変形可能の一方となる、
ことを特徴とする請求項１４に記載の光学系。
【請求項１６】
前記複数のレンズの少なくとも１つが、前記アクチュエータにより動作可能な場合に変形不能であり、前記複数のレンズの前記少なくとも１つが圧縮不能及び圧縮可能の一方である、
ことを特徴とする請求項１４に記載の光学系。
【請求項１７】
前記複数のレンズの少なくとも１つが、前記アクチュエータにより動作可能な場合に変形可能であり、前記複数のレンズの前記少なくとも１つが圧縮不能及び圧縮可能の一方である、
ことを特徴とする請求項１４に記載の光学系。
【請求項１８】
前記物理特性が、質量、形状、体積、密度、熱特性、磁気特性、硬度、エネルギー変換率、長さ、幅、及び曲率半径の１つである、
ことを特徴とする請求項１４に記載の光学系。
【請求項１９】
前記アクチュエータが、作動基板の複数の相対する表面上に取り付けられた複数の圧電材料を含み、該圧電材料及び前記作動基板が、前記レンズアセンブリを内部に配置するための開口部を有し、前記アクチュエータが、前記作動基板に加圧力及び減圧力の一方を印加するためのものである、
ことを特徴とする請求項１４に記載の光学系。
【請求項２０】
前記アクチュエータが、前記作動基板に結合された圧電材料に電圧を印加するための制御回路を含み、該制御回路が、固定極性の可変入力に応答して交互極性の可変出力を生成するように構成される、
ことを特徴とする請求項１４に記載の光学系。
【請求項２１】
前記複数のレンズの少なくとも１つが複数の欠陥を含み、前記レンズアセンブリが、前記欠陥間に形成される像のコントラストを高めて自動焦点機能を実行する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項２２】
前記レンズアセンブリが、赤外光線を可視スペクトル範囲内の波長を有する変換光線に変換して、該変換光線を前記第１の焦点面上に合焦する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項２３】
前記複数のレンズの少なくとも１つが、ガラス、エポキシ、ポリマー、モノマー、プラスチック、光学材料、及び光学活性材料の１つを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項２４】
前記光学特性が、屈折率、光透過係数、吸収係数、分散能、偏光、伸縮性、アッベ数、焦点距離、光出力、反射性能、屈折性能、スポットサイズ、解像度、変調伝達関数（ＭＴＦ）、歪み、及び回折性能の１つである、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項２５】
前記レンズアセンブリが、バーコードリーダ、デジタルカメラ、アナログカメラ、及び赤外線カメラの１つの中に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項２６】
アイインプラント及び度付き眼鏡の一方の中に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項２７】
前記複数のレンズの少なくとも１つが固体状態にある、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項２８】
前記複数のレンズが固体状態にある、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項２９】
前記複数のレンズの少なくとも１つが、軟質形態、軟質状態、気体状態、流動状態、及び流動形態の１つにある、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３０】
近くの物体の像が形成される第２の焦点面と、遠くの物体の像が形成される第３の焦点面との間の分離距離が、最小でも約±３００マイクロメートルの公差限界を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３１】
近くの物体の像が形成される第２の焦点面と、遠くの物体の像が形成される第３の焦点面との間の分離距離が、最大でも約±３００マイクロメートルの公差限界を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３２】
レンズアセンブリを備えた光学系であって、前記レンズアセンブリが、並置配列で配置された複数のレンズを含み、該複数のレンズの少なくとも１つが勾配型光学特性を有し、前記レンズアセンブリが、複数の距離から発せられた複数の光線を前記レンズアセンブリから一定の距離に保持された第１の焦点面上に同時に合焦する、
ことを特徴とする光学系。
【請求項３３】
光学系を加工する方法であって、
保持構造及び第１のレンズを別々に成形するステップと、
前記第１のレンズ及び第２のレンズを前記保持構造内に並置配列で配置するステップを含む、不均一な光学特性を有するレンズアセンブリを形成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３４】
不均一な光学特性を有するレンズアセンブリを形成するステップが、勾配型光学特性を有する前記第１のレンズ及び前記第２のレンズの少なくとも一方を配置して前記不均一な光学特性を実現するステップをさらに含む、
ことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
不均一な光学特性を有するレンズアセンブリを形成するステップが、少なくとも１つの異なる光学特性を有する前記第１のレンズ及び前記第２のレンズを配置して前記不均一な光学特性を実現するステップをさらに含む、
ことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光学結像レンズ系及びその装着方法、及び加工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な種類の可変焦点系は複数の固体レンズを含み、この中で２又はそれ以上のレンズ間の相対距離を変化させてレンズ系の焦点距離を変更することができる。この系の欠点は、可変焦点系を組み込むデバイスのサイズを制限する比較的大きな形状因子にある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
小型デバイスに対する需要が高まるとともに、より小さな形状因子及び改良された性能を有する光学系が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施形態は、様々な距離に配置された物体から発せられる光線を、レンズアセンブリ一定の距離に保持された第１の焦点面上に合焦するように構成されたレンズアセンブリを有する光学結像レンズ系に関する。物体は、レンズアセンブリから近接距離又は近無限距離に配置することができる。この目的のために、レンズアセンブリは、少なくとも１つの不均一な光学特性を有する。
【０００５】
レンズアセンブリ内で少なくとも１つの不均一な光学特性を実現するために様々な構成を想定することができる。１つの実施形態では、レンズの少なくとも１つが、少なくとも１つの勾配型光学特性を有することができ、すなわち勾配レンズである。レンズの少なくともいくつかが個々のレンズ内に実質的に均一な光学特性を有する、すなわち非勾配レンズである別の実施形態では、これらのレンズの少なくとも２つが、少なくとも１つの異なる光学特性を有することができる。ある実施形態では、レンズの少なくともいくつかを異なる方向に配置することができる。
【０００６】
ある実施形態では、レンズを支持するための保持構造を設けることができる。ある用途では、圧電アクチュエータなどの適当なアクチュエータを本発明の実施形態と協働して使用し、ズーム機能又は合焦機能を実行することができる。
【０００７】
本発明の実施形態は、様々な距離に配置された物体から発せられる光線を、レンズアセンブリから一定の距離に保持された第１の焦点面上に同時に合焦することができる光学結像レンズ系を提供する上で特に有利である。従って、本発明の実施形態は、小型でコンパクトな形状因子の結像デバイスを可能にしながらも、質の高い合焦機能、及びいくつかの用途ではズーム機能を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本発明の１つの実施形態による、２つのレンズを含むレンズアセンブリを有する光学系を示す図である。
【図１Ｂ】像面に設けたイメージセンサと協働する図１Ａの実施形態を示す図である。
【図２】本発明の１つの実施形態による、３以上のレンズを含むレンズアセンブリを有する光学系を示す図である。
【図３】レンズの少なくともいくつかを異なる方向に配置した、複数のレンズを含むレンズアセンブリを有する光学系を示す図である。
【図４】レンズ内に形成した微小欠陥を含むレンズアセンブリを有する光学系を示す図である。
【図５】レンズの１つを保持構造と一体形成したレンズアセンブリを有する光学系を示す図である。
【図６】レンズの１つを保持構造と一体形成したレンズアセンブリを有する、実装位置にある光学系を示す図である。
【図７Ａ】圧電アクチュエータの側断面図である。
【図７Ｂ】図７Ａの圧電アクチュエータの上面図又は底面図である。
【図７Ｃ】制御回路により生成される出力電圧パターンの例示的な形を示す図である。
【図８Ａ】図１Ａの実施形態と協働して使用される圧電アクチュエータを示す図である。
【図８Ｂ】図３の実施形態と協働して使用される圧電アクチュエータを示す図である。
【図９Ａ】アイインプラント又は度付き眼鏡として使用するのに適した光学系を示す図である。
【図９Ｂ】アイインプラント又は度付き眼鏡として使用するのに適した光学系を示す図である。
【図９Ｃ】アイインプラント又は度付き眼鏡として使用するのに適した光学系を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の説明では、本発明の様々な例示的な実施形態を完全に理解できるように数多くの特定の詳細を記載する。しかしながら、当業者には、これらの特定の詳細の一部又は全てを伴わずに本発明の実施形態を実施できることが理解されよう。その他の場合、説明する実施形態の関連する態様を不必要に曖昧にしないために、周知の処理動作については詳細に説明していない。図面では、いくつかの図全体を通じて同様の参照番号が同じ又は同様の機能又は特徴を示す。図１Ａ〜図１Ｂ、図２〜図６、図８Ａ〜図８Ｂ、及び図９Ａ〜図９Ｃは、それぞれの光学系の光学軸に平行な面から切り取った断面図であることを理解されたい。
【００１０】
以下に限定されるわけではないが、図１Ａ〜図１Ｂ、図２〜図６、図８Ａ〜図８Ｂ、図９Ａ〜図９Ｃに示すような本発明の実施形態は、並置配列で配置された複数のレンズを含むレンズアセンブリを含む。レンズは透明基板であってもよく、以下に限定されるわけではないが、ガラス、エポキシ、ポリマー、モノマー、プラスチック、適当な光学材料、光学活性材料、又はこれらの組み合わせのような材料を含むことができる。レンズを形成する材料の各々は、変形可能又は変形不能、弾性又はエラストマ性、圧縮性又は非圧縮性、或いは非弾性又は固定式であってもよい。最終製品の形では、レンズの少なくとも１つが、固体状態又は軟質形態又は軟質状態又は液体状態又は流動状態又は流動形態にあってもよい。レンズアセンブリの加工中、気体状態、固体状態、又は液体状態、或いは軟質形態のレンズを提供することができる。複数のレンズの並置配列を実現するために使用できる様々な方法として、以下に限定されるわけではないが、別個のレンズ基板層を結合するステップと、単一のレンズ基板からレンズ基板層を成長させるステップとが挙げられる。
【００１１】
この光学系のレンズアセンブリは、様々な距離から発せられる光線を第１の焦点面上に同時に合焦する。より具体的には、（少なくとも数ミリメートルなどの）近接距離にある物体からの平行光線、収束光線、又は発散光線と、遠くの物体又は近無限距離にある物体からの平行光線、又は近平行光線とを第１の焦点面上に同時に合焦しながら、形成される像の質の高い焦点を許容公差限界で保持することができる。ある実施形態では、近くの物体の像を形成できる第２の焦点面と、遠くの物体の像を形成できる第３の焦点面との間の分離距離が、例えば、最大でも約±３００マイクロメートル、最小でも約±３００マイクロメートルの許容公差限界を有していなければならない。光学系が近接距離にある物体に合焦しているか、又は近無限距離にある物体に合焦しているか、或いはこれらの両方であるかに関わらず、第１の焦点面をレンズアセンブリから一定の距離にうまく保持することができる。従って、様々な距離にある物体に合焦する際に、この光学系は、レンズアセンブリと、イメージセンサによって取り込むための物体像が合焦される第１の焦点面又は像面との間の相対距離の変更を必要としない。換言すれば、近接距離及び近無限距離を含む様々な距離に配置された取り込む像を形成するための第１の焦点面が、レンズアセンブリに対して固定される。合焦機能の実行時にレンズ間の相対移動が不必要なため、この光学系が必要とする空間及び電力はより少なくなる。以下に限定されるわけではないが、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）、アクティブピクセルセンサ、及び写真フィルムなどのイメージセンサの一部として像面を設けることができる。
【００１２】
レンズアセンブリ内に少なくとも１つの不均一な光学特性を持たせることにより、近接距離にある物体と近無限距離にある物体とを第１の焦点面とレンズアセンブリとの相対距離を変化させずに同時に合焦することができる。この目的のために様々な配列を使用することができ、そのうちのいくつかを以下で説明する。１つの実施形態では、レンズの少なくとも１つが少なくとも１つの勾配型光学特性（勾配レンズとも呼ばれる）を有することができ、この場合少なくとも１つの光学特性が、所定の又は非所定の勾配に従ってレンズ内で徐々に又は急激に変化する。レンズ加工処理中にレンズ材料の不純物含量を制御すること、又は温度プロファイル又は成長環境プロファイルを制御することにより勾配化を実現することができる。レンズの少なくともいくつかが、個々のレンズ内に実質的に均一な光学特性を有する別の実施形態（非勾配レンズとも呼ばれる）では、レンズの少なくとも２つが、少なくとも１つの異なる光学特性を有することができる。さらに別の実施形態では、レンズアセンブリが、勾配レンズ及び非勾配レンズの両方を含むことができる。ある実施形態では、レンズの少なくとも２つを異なる方向に配列することができる。本発明の実施形態には、レンズアセンブリ内で少なくとも１つの不均一な光学特性を実現するという上述の配列、及び説明しないその他の配列が一般に適用され、従って個々の実施形態に関する以下の段落でこれらの配列を再現することはない。
【００１３】
本開示では、「光学特性」という用語は、以下に限定されるわけではないが、屈折率、光透過係数、吸収係数、分散能、偏光、伸縮性、アッベ数、焦点距離、光出力、反射性能、屈折性能、スポットサイズ、解像度、変調伝達関数（ＭＴＦ）、歪み、及び回折性能を含む。
【００１４】
本発明のいくつかの実施形態によれば、レンズを支持するための保持構造を設けることができる。他のある実施形態では、保持構造を不要とすることができる。光学系の目的とする用途に応じて、この保持構造は、以下に限定されるわけではないが、液晶プラスチック、黒色液晶プラスチック、エポキシ、ポリマー、及びモノマーなどの耐熱材料を含むことができる。液晶プラスチックは、ガラス繊維又はガラスフリットを含むことができる。必要に応じて、保持構造は、光学系を外部体又は外部デバイスに設置又は装着しやすくするためのねじ山を含むことができる。保持構造は、透明又は非透明（不透明）材料で形成することができる。耐熱材料を使用した場合、光学系をリフロー炉内などの高温環境で使用することができる。
【００１５】
図１Ａは、本発明の１つの実施形態による光学系を示している。光学系１００が、第１のレンズ１１０ａと、この第１のレンズ１１０ａに並置された第２のレンズ１１０ｂとを含むレンズアセンブリ１１０を含む。レンズ１１０ａ、１１０ｂを支持するために、限定するわけではないが図示のような保持構造１２０を設けることができる。保持構造１２０上には、光学系１００を外部体又は外部デバイスに設置又は装着しやすくするためにねじ山を設けることができる。
【００１６】
図１Ｂは、結像デバイス内に設けられた像面と協働する図１Ａの実施形態を示している。図１Ｂに示すように、近くの物体からの平行光線、収束光線、又は発散光線と、近無限距離にある物体からの平行光線又は近平行光線とを、レンズアセンブリ１１０から一定の距離に保持することができる第１の焦点面又は像面１３０上に同時に合焦することができる。
【００１７】
図２は、複数のレンズ２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ、２１０ｅ、２１０ｆ、２１０ｇを含むレンズアセンブリ２１０を有する光学系２００を示している。保持構造２２０上には、光学系２００を外部体又は外部デバイスに設置又は装着しやすくするためにねじ山を設けることができる。図２は、７つのレンズで形成されるレンズアセンブリを示しているが、本発明の他の実施形態では、レンズアセンブリ内にその他の数の、すなわち少なくとも２つのレンズを想定できることを理解されたい。
【００１８】
図３は、レンズの少なくともいくつかを異なる方向に配列した、複数のレンズを含むレンズアセンブリ３１０を有する光学系３００を示している。保持構造３２０上には、光学系３００を外部体又は外部デバイスに設置又は装着しやすくするためにねじ山を設けることができる。図３は、ある方向に配列された複数のレンズで形成されたレンズアセンブリを示しているが、本発明の他の実施形態では、その他の方向及び方向の組み合わせを想定することができる。
【００１９】
図４は、レンズ４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅ、４１０ｆ、４１０ｇの少なくとも１つが、レンズ４１０ａ〜４１０ｇの少なくとも１つの中に形成された複数の微小欠陥４４０を含むレンズアセンブリ４１０を有する光学系４００を示している。或いは、隣接するレンズ間の境界面に欠陥を形成することができる。適当な微小欠陥の例として、以下に限定されるわけではないが、ピット、不純物、及び表面起伏が挙げられる。レンズアセンブリ４１０は、欠陥４４０間に形成される像のコントラストを高め、又は最大化して自動焦点機能を実行する。
【００２０】
図５は、レンズ５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃ、５１０ｄ、５１０ｅ、５１０ｆ、５１０ｇの１つ又は中間にある１つが、保持構造５２０と一体形成されたレンズアセンブリ５１０を有する光学系５００を示している。この例では、保持構造５２０が透明材料を含むことができる。ある方向からの光線がレンズアセンブリ５１０に入射するのを防ぐために、以下に限定されるわけではないが、塗料及びオーバーモールドなどの光学的不透明材料５２２を保持構造５２０の少なくとも一部に適用することができる。
【００２１】
図６は、レンズの１つ又は中間にある１つが保持構造６２０と一体形成されたレンズアセンブリ６１０を有する光学系６００を示している。この例では、保持構造６２０が、不透明材料又は透明材料を含むことができる。ねじ加工又はその他の適当な手段を使用して、光学系６００を外部デバイス６５０に装着又は結合することができる。レンズアセンブリ６１０内への光線を受光するために、レンズアセンブリ６１０の一端の近くに透明蓋６５２を配置することができる。レンズアセンブリ６１０に光線が入射できるようにするアパーチャ６５６を定めるために、以下に限定されるわけではないが、塗料及びオーバーモールドなどの光学的不透明材料６５４を蓋６５２の少なくとも一部に適用することができる。合焦像を取り込むために、レンズアセンブリ６１０からの適当な距離に、又はレンズアセンブリ６１０の第１の焦点面に像面６３０を設けることができる。
【００２２】
図１Ａ〜図１Ｂ、図２〜図６の実施形態を少なくとも１つの圧電アクチュエータと協働して使用し、ズーム機能及び／又は合焦機能を実現することができる。図７Ａは、レンズアセンブリの最外層又は中間層に結合することができる作動基板７２０の相対する表面の各々の上に配置され、これに結合された（金属、ポリマー、非金属材料、及び半導体材料などの）圧電材料７１０を含むことができる圧電アクチュエータ７００の側断面図である。制御回路７４０を介して圧電アクチュエータ７００に電圧が印加された時に作動基板７２０の最大偏向を達成するために、作動基板７２０の相対する表面上に配置された圧電材料７１０を、これらの圧電材料７１０が異極性を有するようにうまく予備分極することができる。図７Ｂは、図７Ａの圧電アクチュエータ７００の上面図又は底面図である。図７Ｂでは、作動基板７２０が、内部に配置されたレンズアセンブリに通じるアパーチャを定める開口部を有する。楕円形、円形、矩形、又はその他のいずれかの適当な形で圧電材料７１０及びアパーチャを設けることができる。
【００２３】
作動基板７２０の相対する表面に結合された圧電材料７１０を適当な制御回路７４０に電気的に接続して、アクチュエータ７００が作動した時に作動基板７２０上に偏向すなわち加圧力及び／又は減圧力を与えることができる。図７Ｃは、制御回路７４０により生成される出力電圧パターンの例示的な形を示している。出力電圧パターンは、固定極性を有する入力電圧と交互の又は切り替わる関係にある。より具体的には、この制御回路は、固定極性の可変入力に応答して交互極性の可変出力を生成するように構成される。この出力は、直線、曲線、正弦波、矩形波、三角波、パルス波、又は極性変化を示すその他のいずれかの波形又はパターンとして実現できることを理解されたい。
【００２４】
制御回路７４０への入力電圧は、イメージセンサ又は自動焦点ドライバ回路から受け取ることができる。アクチュエータ本体を変形させて加圧力又は減圧力を発生させ、これをレンズに印加するために、制御回路７４０からの出力電圧を圧電材料（圧電アクチュエータ）に印加することができる。圧電アクチュエータ７００が作動すると、圧電アクチュエータ７００は、これに接続されたレンズ又は基板層に加圧力又は減圧力を印加して、レンズの光学特性及びレンズの物理特性の少なくとも一方を変化させる。物理特性及び光学特性の少なくとも一方を変化させた結果、レンズが変形することもあれば、又は変形しないこともある。本説明では、「物理特性」という用語は、以下に限定されるわけではないが、質量、形状、体積、密度、熱特性、磁気特性、硬度、エネルギー変換率、長さ、幅、及び曲率半径を含む。
【００２５】
使用する材料に応じて、レンズアセンブリのレンズは、圧電アクチュエータ７００の動作により変形可能又は変形不能、及び／又は圧縮可能又は圧縮不能であってもよい。より具体的には、圧電アクチュエータにより変形可能なレンズが圧縮可能であっても又は圧縮不能であってもよく、圧電アクチュエータにより変形不能なレンズが圧縮可能であっても又は圧縮不能であってもよい。従って、１又はそれ以上の圧電アクチュエータを使用することにより、光学系がズーム機能を実行する。本明細書では、光学系内で圧電アクチュエータを使用して合焦機能及び／又はズーム機能を可能にするが、以下に限定されるわけではないが、音声コイルモータ、電磁石アクチュエータ、熱アクチュエータ、バイメタルアクチュエータ、及び電気湿潤デバイスを含むその他の種類のアクチュエータを適当に修正して使用できることを理解されたい。
【００２６】
上記段落及び図７Ｃは、制御回路７４０の入力及び出力を電圧信号として説明しているが、制御回路７４０の入力及び出力は適当に修正した電流信号であってもよいことを理解されたい。
【００２７】
図８Ａは、図１Ａの実施形態と協働して使用される圧電アクチュエータ７００を示している。図８Ｂは、図３の実施形態と協働して使用される２つの圧電アクチュエータ７００を示している。同様に、圧電アクチュエータ７００を図２の実施形態とともに使用することもできる。圧電アクチュエータ７００が作動すると、圧電アクチュエータ７００が、これに接続された（単複の）レンズに加圧力又は減圧力を印加して、（単複の）レンズを変形させ、又は（単複の）レンズの物理特性を変化させることによりレンズアセンブリの少なくとも１つの光学特性を変化させる。レンズアセンブリ内のあらゆる変形に対応するために、伸縮性材料８２４を提供することができる。図８Ａ及び図８Ｂの例は圧電アクチュエータを２つ使用しているが、圧電アクチュエータを１つ使用してもよいことを理解されたい。また、レンズ又は基板層に対するその他の圧電アクチュエータの配列又は組み合わせを適当に修正して想定することもできる。
【００２８】
図９Ａから図９Ｃは、眼鏡又は度付き眼鏡の必要性を無くすように、人間の目に埋め込むインプラントとして使用するのに適した光学系の例を示している。ある実施形態では、図９Ａ〜図９Ｃのレンズ構成を眼鏡又は度付き眼鏡で使用して、二重焦点レンズを必要とせずに近接視野及び遠方視野を可能にすることができる。
【００２９】
図９Ａは、複数のレンズを並置層配列で配置したレンズアセンブリ９１０を有する光学系の例を示している。レンズは透明材料を含む。レンズアセンブリ９１０内で少なくとも１つの不均一な光学特性を実現するために、上述したような様々な方法を使用することができる。レンズアセンブリ９１０を埋め込み前に変形させ、又は曲げることもできる。埋め込み後、レンズアセンブリ９１０が眼筋９２６により適所に保持されて、レンズアセンブリ９１０の形状が一般に固定され、又はレンズの加工に適した材料を選択することにより形状を可変にすることもできる。レンズアセンブリ９１０は、レンズアセンブリから一定の距離に保持された第１の焦点面９３０、すなわち目の視神経又は網膜上に合焦像が形成されるようにうまく配置される。第１の焦点面９３０は平坦な面であっても、又はそうでなくてもよい。
【００３０】
図９Ｂは、保持構造９２０により支持される７つのレンズで形成されたレンズアセンブリ９１０を有する光学系の例を示している。これらのレンズは透明材料を含み、保持構造は透明であっても、又はそうでなくてもよい。
【００３１】
図９Ｃは、保持構造９２０により支持される２つのレンズで形成されたレンズアセンブリ９１０を有する光学系の例を示している。これらのレンズは透明材料を含み、保持構造は透明であっても、又はそうでなくてもよい。
【００３２】
図１Ａ〜図１Ｂ、図２〜図６、図８Ａ〜図８Ｂ、図９Ａ〜図９Ｃに示したような上記の実施形態、及び明確には説明しなかったその他の実施形態では、レンズアセンブリが、不可視スペクトル範囲内の波長を有する赤外線を可視スペクトル範囲内の波長を有する光線に変換して、質の高い像を形成することができる。より具体的には、形成される像が、物体からの光線及び変換光線、すなわち赤外線から変換された光線の両方を使用して形成される。
【００３３】
図を明確にするために、レンズアセンブリを、隣接するレンズ間又は基板層間又は傾斜層間に明確に定められた境界を有しているように示した。隣接するレンズ間又は基板層間の境界が明確に定められていない場合もあることを理解されたい。特に、レンズ間の光学特性の変化は徐々に生じる場合がある。
【００３４】
さらに、勾配レンズは、少なくとも１つの異なる光学特性を有する複数のレンズで形成された複合レンズと同じ光学的効果を有することができる。理論的には、複数のレンズの各々は、原子層の厚みのような微小な厚みを有することができ、従って微小な厚みの非常に多くの又は近無限数のレンズで勾配レンズを形成できると解釈することができる。
【００３５】
本発明の実施形態は、以下に限定されるわけではないが、バーコードリーダ、デジタルカメラ、アナログカメラ、携帯電話カメラ、写真フィルムを使用するカメラ、及びアイインプラントを含む様々な光学用途で使用することができる。このようなデジタル及びアナログカメラは、以下に限定されるわけではないが、車載カメラ、防犯カメラ、遠隔制御カメラ、遠隔制御装置、モバイル装置カメラ、内視鏡カプセルカメラ、内視鏡カメラ、医療用途で使用されるカメラ、望遠鏡で使用されるカメラ、宇宙用途で使用されるカメラを含む装置及び用途で使用することができる。
【００３６】
上記の実施形態で説明したような光学系を加工する方法を以下のように説明する。保持構造及び第１のレンズは、２色成形又は成形同時加飾などにより別々に成形することができる。保持構造又は中間のレンズのいずれかを最初に成形してもよいし、或いはしなくてもよい。次に、保持構造内に第１のレンズ及び第２のレンズを並置配列で配置することにより、不均一な光学特性を有するレンズアセンブリを形成することができる。レンズの材料は、第１のレンズ及び第２のレンズの少なくとも一方が勾配型光学特性を有するように適当に選択される。さらに、任意ではあるが、第１のレンズ及び第２のレンズの少なくとも一方が非勾配レンズであってもよい。上述した方法は例示的なものであり、その他の加工法を適当に修正して使用できることを理解されたい。
【００３７】
当業者には、本発明の仕様及び実施の検討から他の実施形態が明らかであろう。さらに、一部の専門用語を使用したが、これは実施形態を開示したとおりに限定するためではなく説明を明確にするためである。上述の実施形態及び特徴は例示的なものと見なすべきであり、本発明は添付の特許請求の範囲により定義される。
【符号の説明】
【００３８】
１００  光学系
１１０  レンズアセンブリ
１１０ａ  第１のレンズ
１１０ｂ  第２のレンズ
１２０  保持構造
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2011519062.tif 000004
【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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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【国際調査報告】
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