(57)【要約】【課題】手振れ防止機能を有する光学システムを提供する。【解決手段】光軸を有する光学システムは、少なくとも一つのレンズ群と一つの光偏向素子を含む。レンズ群は光軸上に配列される複数のレンズを含む。光偏向素子は光軸上に配置され、且つレンズ群の内または外に位置する。光偏向素子は、二つの基板と該二つの基板の間に配置される液晶層とを含む。液晶層に接触する二つの基板の表面はそれぞれ電極層を有する。電極層は液晶層に電場を印加し、液晶層の屈折率を変更する。また、二つの基板が所定の角度をなす。【選択図】図２
2007128071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸を有する手振れ防止光学システムであって、
前記光軸上に配列される複数のレンズを含む第一のレンズ群と、
前記光軸上に配置され、前記第一のレンズ群の内部または前記第一のレンズ群の外部に位置し、二つの基板及び該二つの基板の間に配置される液晶層を含む光偏向素子と、
を有し、
前記液晶層に接触する前記二つの基板の表面はそれぞれ電極層を有し、該電極層は前記液晶層に電場を印加して前記液晶層の屈折率を変更し、
前記二つの基板が所定の角度をなす、
手振れ防止光学システム。
【請求項２】
前記光軸上に配置され、前記第一のレンズ群の近傍に位置する第二のレンズ群を更に含む、
請求項１に記載の手振れ防止光学システム。
【請求項３】
前記第二のレンズ群は、前記光軸に沿って移動し、焦点位置を変更する、
請求項２に記載の手振れ防止光学システム。
【請求項４】
前記第一のレンズ群は、前記光軸に沿って移動し、焦点位置を変更する、
請求項１に記載の手振れ防止光学システム。
【請求項５】
前記光軸上に配置され、前記第一のレンズ群により形成される結像面に位置する画像センサ素子を更に含み、
前記光偏向素子は、前記画像センサ素子により検出された画像を安定させる、
請求項１に記載の手振れ防止光学システム。
【請求項６】
前記光偏向素子は、前記第一のレンズ群と前記画像センサ素子との間に配置される、
請求項５に記載の手振れ防止光学システム。
【請求項７】
前記画像センサ素子は、相補型金属酸化半導体或いは電荷結合素子を含む、
請求項５に記載の手振れ防止光学システム。
【請求項８】
前記光偏向素子に電気的に接続される制御手段を更に含み、該記制御手段が前記液晶層に印加された電場の強度の変化を制御する、
請求項１に記載の手振れ防止光学システム。
【請求項９】
前記制御手段は、
前記手振れ防止システムの変位の変化を検出する変位センサモジュールと、
前記変位センサモジュール及び前記光偏向素子に電気的に接続され、前記変位センサモジュールにより検出された結果に基づいて前記液晶層に印加された電場の強度の変化を制御するマイクロプロセッサと、
を有する、
請求項８に記載の手振れ防止光学システム。
【請求項１０】
前記変位センサモジュールは、水平変位センサ及び垂直変位センサを含む、
請求項９に記載の手振れ防止光学システム。
【請求項１１】
前記液晶層はネマチック型液晶層を含む、
請求項１に記載の手振れ防止光学システム。
【請求項１２】
前記電極層の材料は、インジウムスズ酸化物またはインジウムジンク酸化物を含む、
請求項１に記載の手振れ防止光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学システムに関し、特に、手振れ防止機能を有する光学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像センサ素子及び小型メモリ媒体の改良と低価化につれ、デジタルカメラの市場が迅速に拡大している同時に、高価な一眼レフカメラへの人気も高まっている。しかし、カメラを用いて撮影するときに、使用者がカメラを安定させることができなければ、撮影された画像がカメラの動きによりぼけてしまい。特に、超望遠レンズを使って撮影するときに、カメラが少し動いただけでも画像をぼけさせることができる。よって、如何に画像振れを改善するかは、当業者の解決したい技術課題であります。
【０００３】
図１Aを参照する。図１Aに示すように、カメラのシャッターが押されている間にカメラの動きがなければ、目標点A10の光線の焦点が画像センサ素子30の画像点M10と安定的に合わせることができる。しかし、カメラのシャッターが押されている間にカメラの動きがあれば、図1Bに示すように、目標点A10の光線の焦点が画像点M10から画像点M12に移動してしまい。従って、画像センサ素子（或いはフィルム）により取得された画像がぼけてしまい。図1Cを参照する。図1Cに示すように、画像ぼけの問題を解決するために、従来技術では、カメラの動きがあった時にレンズ20を移動し、これにより目標点A10の光線の焦点を画像センサ素子30の画像点M10と合わせる。また、他の従来技術では、画像センサ素子30を移動することにより手振れ防止の目的を達成する。
【０００４】
ところが、前述の従来技術のいずれでも、画像センサ素子またはレンズを適時且つ正確に移動するために、カメラの中に複雑な機構を設置する必要がある。これらの複雑な機構は、高価なものであり、反応速度が遅くて、且つ組み立てが容易でない。更に、機械摩耗により雑音が生じ、信頼性が低下する。また、それらの複雑な機構を電力により駆動する場合、カメラの消費電力が増加し、カメラの使用時間が短くなり、使用者に不便である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、システムの揺れによる画像ぼけを解決する手振れ防止光学システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述の目的を達成するために、本発明は、光軸を有する手振れ防止光学システムを提供する。この光学システムは、第一のレンズ群と光偏向素子を含む。第一のレンズ群は、光軸上に配列される複数のレンズを含む。光偏向素子は、光軸上に配置され、且つ第一のレンズ群の内或いは外に位置する。光偏向素子は、二つの基板と、この二つの基板の間に配置される液晶層とを含む。液晶層に接触する二つの基板の表面には、それぞれ電極層が設けられる。電極層により電場が液晶層に印加され、液晶層の屈折率を変更する。また、二つの基板が所定の角度を成す。
【０００７】
この手振れ防止光学システムには、第二のレンズ群が更に含まれる。第二のレンズ郡は光軸上に配置され、且つ第一のレンズ群の傍に位置する。第二のレンズ群は、例えば、光軸に沿って移動し、焦点を変更する。
【０００８】
この手振れ防止光学システムには、画像センサ素子が更に含まれる。画像センサ素子は光軸上に配置され、且つ第一のレンズ群の結像面に位置する。光偏向素子は、画像センサ素子により取得された画像を安定させる。画像センサ素子は、例えば、相補型金属酸化半導体（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor：CMOS）或いは電荷結合素子（Charge  Coupled  Devices：CCD）である。
【０００９】
この手振れ防止光学システムには、制御手段が更に含まれる。制御手段は光偏向素子に電気的に接続され、液晶層に印加された電場の強度の変化を制御する。制御手段は、例えば、変位センサモジュール及びマイクロプロセッサを含む。変位センサモジュールは光学システムの変位の変化を検知する。マイクロプロセッサは変位センサモジュールと光偏向素子に接続され、変位センサモジュールにより検出された結果に基づいて液晶層に印加された電場の強度の変化を制御する。変位センサモジュールは、例えば、水平変位センサと垂直変位センサとを含む。
【００１０】
この手振れ防止光学システムには、第一のレンズ群は、例えば、光軸に沿って移動し、焦点を変更する。液晶層は、例えば、ネマチック液晶層である。電極層の材料は、例えば、インジウムスズ酸化物（Indium  Tin  Oxide：ITO）或いはインジウムジンク酸化物（Indium  Zinc  Oxide：IZO）である。
【００１１】
故に、本発明の手振れ防止光学システムは、光偏向素子の液晶層に電場を印加することによってその屈折率を変更し、光線偏向の効果を生成する。よって、光学システムの動きがあった時に、移動する要件が何も要らなくても画像の偏移を補償することができるので、画像ぼけの問題を解決することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、システムの揺れによる画像ぼけを解決する手振れ防止光学システムを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
本発明の手振れ防止光学システムは少なくとも一つのレンズ群と一つの光偏向素子を含み、レンズ群は少なくとも一つのレンジを含み、レンズと光偏向素子は光軸上に配列される。実施形態を便利に説明するために、四つのレンズ群を例として以下のように説明する。
【００１５】
図2を参照する。本発明の手振れ防止システム200は光軸205を有する。この手振れ防止システム200は、第一のレンズ群G1及び光偏向素子210を含む。その中、第一のレンズ群G1は複数のレンズL10を含み、これらのレンズL10は光軸205上に配列される。光偏向素子210は光軸205上に配置され、且つ第一のレンズ群G1の内或いは外に位置する。本実施形態には、光偏向素子210が第一のレンズ群の内に位置することが例として説明されるが、光偏向素子210が各レンズL10の間またはその他のレンズ群の各レンズの間或いはレンズ群の間に位置してもよく、その位置が限定されることがない。
【００１６】
図3を参照する。光偏向素子210は二つの基板212及びこの二つの基板212の間に配置される液晶層214からなる。その中、液晶層214に接触する各基板212の表面にはそれぞれ電極層216が設けられる。電極層216が液晶層214に電場を印加し、この電場の強度により液晶層214の液晶分子の配列方向が変更される。液晶分子が単軸方向の複屈折性（即ち、単一の軸方向において互いに垂直する二つの軸を有する）を有するので、液晶分子の配列方向が電場の影響により変更されたときに、液晶層214の屈折率もそれにつれて変更される。また、二つの基板212が所定の角度θをなし、即ち、二つの基板212は互いに平行しなく、楔状のプレートを構成する。電極層216の材料は、例えば、ITO、IZOまたはその他の透明導電材料である。液晶層214は、例えば、ネマチック型液晶層或いはその他の形態の液晶層である。基板212は、例えばガラス基板或いはその他の透明基板である。
【００１７】
図2と図3を参照する。図2と図3に示すように、光偏向素子210の屈折率と外部の媒体（例えば、空気）の屈折率が異なり、且つ光偏向素子210の外観が楔状であるので、光線が光偏向素子210を通過した後に偏向する。その中、二つの基板212の角度θと、液晶層214の屈折率n1と、外部の媒体の屈折率n2と、光偏向素子210を通過した後の光線の偏向角度δとの間の関係式は、δ＝（n1−n2）θである。本実施形態には、外部の媒体（即ち、空気）の屈折率が1であるので、δ＝（n1−１）θとなる。この関係式に基づいて、手振れ防止光学システム200の動きがあった時に、液晶層214に印加された電場の強度を変更することだけで、液晶層214の屈折率n1を制御し、光線を偏向させることができる。これによって、画像偏移の発生を避け、画像ぼけの問題を改善することができる。
【００１８】
前述のように、手振れ防止光学システム200は、光偏向素子210に印加された電場の強度の変化を制御することだけで、画像偏移の発生を避けることができるので、従来技術のように第一のレンズ群G1或いは画像センサ素子220を移動する必要がなくなる。よって、本発明の手振れ防止光学システム200は、複雑な移動機構の製造に必要なコストを削減し、組み立ての難しさを低くし、機械摩耗による雑音及び信頼性低下の問題を避けることができると同時に、移動機構の駆動に必要な消費電力を節約することもできる。
【００１９】
また、本発明には、光偏向素子210の設置数量が限定されなく、実際の需要に応じて変更されることも可能である。また、手振れ防止光学システム200は、更に、光軸205上に配列される第二のレンズ群G2、第三のレンズ群G3及び／又は第四のレンズ群G4を含んでも良く、もちろん、レンズ群の数量が実際の設計要求に応じて変更されても良い。また、レンズ群G1〜G4の内、少なくとも二つのレンズ群は、例えば、光軸205に沿って移動し、拡大または縮小等のような焦点調節動作を行う。
【００２０】
また、手振れ防止光学システム200は更に画像センサ素子220を含み、画像センサ素子220は光軸205上に配置され、且つ光線がすべてのレンズ群を通過した後の結像面に位置し、レンズ群G1〜G4及び光偏向素子210を通過して画像センサ素子220に到着した光線を検知し、画像信号に変換すると同時に、画像センサ素子により取得された画像を光偏向素子210の作用によって安定させる。画像センサ素子220は、例えば、CMOS、CCD或いはその他の形態の画像センサ素子である。
【００２１】
また、手振れ防止光学システム200は更に制御手段230を含み、制御手段230は光偏向素子210に電気的に接続され、液晶層214に印加された電場の強度の変化を制御する。具体的に言えば、制御手段230は、例えば、変位センサモジュール240及びマイクロプロセッサ250からなる。変位センサモジュール240は、手振れ防止光学システム200の変位の変化を検知し、マイクロプロセッサ250は変位センサモジュール240及び光偏向素子210に電気的に接続される。マイクロプロセッサ250は、変位センサモジュール240により検出された結果に基づいて液晶層214に印加された電場の強度の変化を制御する。また、変位センサモジュール240は、水平変位センサ242と垂直変位センサ244からなり、手振れ防止光学システム200の変位量を水平と垂直の二種類の成分に分けて検知する。
【００２２】
前述の実施形態には、光偏向素子210が第一のレンズ群G1の外に位置することが例として説明されたが、続いて、添付した図面を参照しながら、光偏向素子210がその他の位置に位置する実施形態を説明する。
【００２３】
図4を参照する。図4に示すように、本実施形態に係る手振れ防止光学システム200には、光偏向素子210が第四のレンズ群G4と画像センサ素子220との間に位置する。第四のレンズ群G4と画像センサ素子220との間には元々距離があるので、光偏向素子210がこの位置に設置されても、手振れ防止光学システム200の全体長さを増加せず、システムのコンパクト化への要求を満足することができる。
【００２４】
図5を参照する。図5に示すように、本実施形態に係る手振れ防止光学システム500には、光偏向素子210が第二のレンズ群G2と第三のレンズ群G3との間に位置する。実際に、光偏向素子210は、第一のレンズ群G1と第二のレンズ群G2との間、或いは、第三のレンズ群G3と第四のレンズ群G4との間に位置しても良い。もちろん、手振れ防止光学システム500にはその他のレンズ群がまた増設される場合、光偏向素子210は、実際の設計要求に応じて任意の二つのレンズ群の間に配置されても良い。
【００２５】
図6を参照する。図6に示すように、本実施形態に係る手振れ防止光学システム600には、光偏向素子210が第三のレンズ群G3のレンズL31とレンズL32との間に位置する。図4と同様に、レンズL31とレンズL32との間には元々距離があるので、光偏向素子210がこの位置に設置されても、手振れ防止光学システム200の全体長さを増加せず、システムのコンパクト化への要求を満足することができる。また、第三のレンズ群G3の内（例えば、レンズL31とレンズL32との間）における画像の偏移量の感度が高いので、光偏向素子210がこの位置に配置されることは画像の偏移を迅速に補正することができ、また、手振れ防止光学システム600の手振れ機能により良い感度を持たせることができる。もちろん、光偏向素子210はその他の任意のレンズ群の内に配置されても良い。
【００２６】
故に、本発明の手振れ防止光学システムは、光偏向素子の液晶層に電場を印加することによってその屈折率を変更し、手振れ防止光学システムの動きがあった時に光線を偏向させ、画像センサ素子により検出された画像の偏移によって画像が荒れることを避ける。移動する要件が何も要らなくてもシステムの揺れによる画像偏移の問題を解決することができるので、複雑な機構の製造に必要なコスト及び組み立てに必要な時間を節約することができ、更に、機械摩耗による雑音及び信頼性低下の問題を解決することもできる。同時に、光偏向素子は、更に、消費電力が低くて反応時間が速いとのメリットを有する。
【００２７】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】従来のカメラの手振れ防止メカニズムを説明する図である。
【図１Ｂ】従来のカメラの手振れ防止メカニズムを説明する他の図である。
【図１Ｃ】従来のカメラの手振れ防止メカニズムを説明する他の図である。
【図２】本発明の実施形態に係る手振れ防止光学システムを示す図である。
【図３】本発明の手振れ防止システムにおける光偏向素子を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る手振れ防止光学システムを示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る手振れ防止光学システムを示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る手振れ防止光学システムを示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
A10  目標点
M10  画像点
M12  画像点
20  画像センサ素子
30  レンズ
200、400、500、600  手振れ防止光学システム
205  光軸
210  光偏向素子
212  基板
214  液晶層
216  電極層
220  画像センサ素子
230  制御手段
240  変位センサモジュール
242  水平変位センサ
244  垂直変位センサ
250  マイクロプロセッサ
G1〜G4  レンズ群
L10、L31、L32  レンズ
θ  角度
δ  偏向角度
【図１Ａ】
2007128071.tif 000003
【図１Ｂ】
2007128071.tif 000004
【図１Ｃ】
2007128071.tif 000005
【図２】
2007128071.tif 000006
【図３】
2007128071.tif 000007
【図４】
2007128071.tif 000008
【図５】
2007128071.tif 000009
【図６】
2007128071.tif 000010