JP2005292763A - ズームレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】
複数のレンズより成るレンズ系に液体光学素子を含むことにより、駆動する光学素子群数が少なく、小型であり、機械的機構が簡素なズームレンズを提供する。
【解決手段】
ズーム動作がなされたときに、給電回路３１は、ズーム信号から必要なコンペンセート量を演算して（もしくはテーブルを参照して）、液体光学素子ＱＬに所定の電圧を印加する。このように制御することで、液体光学素子ＱＬは所望のように光学パワーを変化させてコンペンセート作用を実現することができる。従って、第１レンズ群Ｇ１を光軸方向に移動させる機構が不要となり、構成の簡素化やコンパクト化を図ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＣＤ型イメージセンサあるいはＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子に用いられる小型のズームレンズに関する。

近年では、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサあるいはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置の高性能化、小型化に伴い、超小型のデジタルカメラや撮像装置を備えた携帯電話、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）が普及しつつあり、さらには、これらの撮像装置にズームレンズを搭載したいという要求も高まりつつある。

ところで、一般的なズームレンズでは、撮像レンズを構成するレンズ群全てまたは一部を移動させることが必要となる。例えば、３群ズームレンズの場合、焦点距離を変化させるバリエータ群、それに伴うピント移動を補正するコンペンセータ群および、物体距離変化に伴うピント移動を補正するフォーカス群の３群あるいは、バリエータ群と、コンぺンセータおよびフォーカス作用を有する群と固定群の３群等に分けられ、上記レンズ群のうち所定のレンズ群を共軸方向に移動させて、変倍及びピント調整を行うように構成されている。このようなズーム光学系の具体例として、２つの群または３つの群を移動させて変倍及びピント調整をおこなうズームレンズが開示されている（特許文献１参照）。
特開２００２−３５０７２６号公報 特開２００３−９８４３５号公報

しかしながら、特許文献１のように複数のレンズ群を共軸方向に移動させて変倍及びピント調整を行う場合、それらのレンズ群を移動させるための機械的機構を設ける必要があるが、それは一般的に複雑であり、さらにその機械的機構を設けるために広いスペースが必要になるという問題があった。

これに対して、屈折力可変素子用いて移動群の数を減らし、変倍や物体距離変化に伴うピント移動補正機能をこの素子に負担させるようにしたズームレンズが知られている。このようなズームレンズの具体例として、反射型の屈折力可変素子を用いたズームレンズも開示されている（特許文献２参照）。

しかしながら、特許文献２のような反射型の光学素子を用いる揚合、共軸に対して非対称な収差が発生することになり、その収差を補正するために反射面を自由曲面などの制御しにくい面にせざるを得ない。又、屈折力可変素子によっては、屈折力を細かく調整できないという問題もある。

本発明は、かかる従来の問題に鑑みてなされたものであり、複数のレンズより成るレンズ系に液体光学素子を含むことにより、駆動する光学素子群数が少なく、小型であり、機械的機構が簡素なズームレンズを提供することを目的とする。

請求項１に記載のズームレンズは、変倍時に移動する光学素子群を含むズームレンズにおいて、導電性または有極性の第１の液体および前記第１の液体とは互いに混合することがない第２の液体を、界面が所定の形状となるように容器内に密閉収容し、前記第１の液体と前記容器に設けられた電極との間に電圧を印加することにより、前記界面の曲率半径を変化させて屈折力を調整するようにした液体光学素子を有することを特徴とする。

前記液体光学素子を構成要素とすると、前記界面の曲率半径を変化させて屈折力を調整することで、変倍に伴うピント移動を補正するコンペンセート作用および物体距離変化に伴うピント移動を補正するフォーカス作用を実現できるので、コンペンセートおよびフォーカスのために移動する光学素子群の移動量を小さく抑えたり、あるいは機械的な駆動機構が必要な光学素子群を変倍群のみとすることができ、駆動する光学素子群数の少ない、小型で機械的機構が簡素なズームレンズとすることができる。

特に、前記液体光学素子は、多段階もしくは無断階で屈折力を変化させることができるため、ピントをより適切に合わせることが可能となる。

請求項２に記載のズームレンズは、請求項１に記載の発明において、前記液体光学素子が絞りを含む光学素子群に配置されていることを特徴とするので、前記液体光学素子の外径を小さくすることができ、小型のズームレンズとすることができる。

請求項３に記載のズームレンズは、請求項１に記載の発明において、前記液体光学素子を含む光学素子群が絞りを含まない場合において、前記光学系素子群内の最も絞りに近い位置に前記液体光学素子を配置したことを特徴とするので、前記液体光学素子の外径を小さくすることができ、小型のズームレンズとすることができる。

請求項４に記載のズームレンズは、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、変倍時に移動する光学素子群が１つのみであることを特徴とするので、駆動レンズ群数が少ない、機械的機構が簡素なズームレンズとすることができる。

請求項５に記載のズームレンズは、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記液体光学素子を含む光学素子群が光軸方向に固定されており、前記液体光学素子を含む光学素子群が変倍に伴うピント移動を補正するコンペンセート作用、および物体距離変化に伴うピント移動を補正するフォーカス作用を有することを特徴とする。

前記液体光学素子を含む光学素子群が光軸方向に固定されており、前記液体光学素子が変倍に伴うピント移動を補正するコンペンセート作用、および物体距離変化に伴うピント移動を補正するフォーカス作用を有する構成とすると、移動する光学素子群の移動量を小さく抑えたり、あるいは機械的な駆動機構が必要な光学素子群を変倍群のみとすることができ、駆動される光学素子群数の少ない、機械的構成が簡単なズームレンズとすることができ、又、前記液体光学素子を含む光学素子群が移動する場合に比べ、前記液体光学素子用のフレキシブルケーブルの配線等、機械的機構などをより簡素化できる。

請求項６に記載のズームレンズは、変倍時に移動する光学素子群を含むズームレンズにおいて、前記変倍時に移動する少なくとも１つの光学素子群の中に、導電性または有極性の第１の液体および前記第１の液体とは互いに混合することがない第２の液体を、界面が所定の形状となるように容器内に密閉収容し、前記第１の液体と前記容器に設けられた電極との間に電圧を印加することにより、前記界面の曲率半径を変化させて屈折力を調整するようにした液体光学素子を含み、前記液体光学素子を含む光学素子群が変倍作用、物体間距離の変化に伴うピント移動を補正するコンぺンセート作用および、物体距離変化に伴うピント移動を補正するフォーカス作用を有することを特徴とする。

前記液体光学素子を構成要素とすると、それのみで、変倍作用、物像間距離の変化に伴うピント移動を補正するコンぺンセート作用、および物体距離変化に伴うピント移動を補正するフォーカス作用を実現できるため、変倍時の変倍群移動量ゃ変倍および物体距離変化に伴うピント移動を補正するために移動する光学素子群の移動量を小さく抑えたり、あるいは機械的な駆動機構が必要な光学素子群を変倍群のみとすることができ、駆動する光学素子群数の少ない、或いは駆動する光学素子群をなくした小型で機械的機構が簡素なズームレンズとすることができる。ここで「変倍作用を有する」とは、変倍する光学素子群（ここでは前記液体光学素子を含む光学素子群）が有する屈折力の絶対値が、短焦点距離端より長焦点距離端で大きくなることをいうものとする。

請求項７に記載のズームレンズは、請求項６に記載の発明において、前記液体光学素子を含む光学素子群が絞りを含むことを特徴とするので、前記液体光学素子の外径を小さくすることができ、小型のズームレンズとすることができる。

請求項８に記載のズームレンズは、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材と、前記変倍時に移動する光学素子群に連結され、且つ前記駆動部材上に移動可能に保持された可動部材と、から構成され、前記電気機械変換素子を、伸び方向と縮み方向とで速度を変えて繰り返し伸縮させることで、前記可動部材を移動させるようになっている駆動手段を備えたことを特徴とする。

前記駆動手段において、前記電気機械変換素子に対して例えば鋸歯状の波形をしたパルスなどの駆動電圧をごく短時間印加することで、前記電気機械変換素子を微少に伸長または収縮するように変形させることができるが、そのパルスの形状により伸長又は収縮の速度を変えることができる。ここで、前記電気機械変換素子を伸長または収縮方向へ速い速度で変形したとき、前記可動部材は、その質量の慣性により、前記駆動部材の動作に追随せず、そのままの位置に留まる。一方、前記電気機械変換素子がそれよりも遅い速度で反対方向へと変形したとき、前記可動部材は、その間に作用する摩擦力で駆動部材の動作に追随して移動する。したがって、前記電気機械変換素子が伸縮を繰り返すことにより、前記可動部材は一方向へ連続して移動することができる。即ち、高い応答性を有する本発明の駆動手段を用いることで、前記変倍時に移動する光学素子群を高速に移動させることもでき、且つ微小量移動させることもできる。更に、前記変倍時に移動する光学素子群を定位置に保持するような場合には、前記電気機械変換素子への電力供給を中断すれば、前記可動部材と前記駆動部材との間に作用する摩擦力によって保持されるので、省エネも図れる。加えて、前記駆動手段の構成は、簡素で小型化が可能で、低コストであるという利点もある。

本発明によれば、複数のレンズより成るレンズ系に液体光学素子を含むことにより、駆動する光学素子群数が少なく、小型であり、機械的機構が簡素なズームレンズを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態にかかるズームレンズの断面図であり、（ａ）は短焦点距離端の状態にあり、（ｂ）は中間位置の状態にあり、（ｃ）は長焦点距離端の状態にある。ここで、本実施の形態のズームレンズは、被写体像を撮像素子ＣＣＤに結像させるためにレンズ群Ｇ１〜Ｇ３を有する。第１レンズ群Ｇ１は、負の第１レンズＬ１と液体光学素子ＱＬとからなり、不図示の鏡枠に固定されている。第２レンズ群Ｇ２は、絞りＳと、正の第２レンズＬ２と、正の第３レンズＬ３と、負の第４レンズＬ４とからなり、不図示の駆動源により一体的に光軸方向に移動可能となっている。第３レンズ群Ｇ３は、正の第５レンズＬ５からなり、不図示の鏡枠に固定されている。

図２は、液体光学素子ＱＬおよびその駆動部の概略構成図である。ＱＬは本実施の形態にかかる液体光学素子を示している。４０は不導体で形成された下容器である。この下容器４０の底面（図で右内側面）のうち周辺部には第１の凹部４１が形成されているとともに、これよりも内径側（中心側）には第１の封止板２を保持する第２の凹部４２が形成されている。第１の封止板（液体を密封する部材）２は、透明アクリルあるいはガラスにより形成されている。

この下容器４０の周辺壁部の内側全周には第２の電極リング４３が設けられており、この第２の電極リング４３の表面には、電極端面４３ａもカバーするアクリル樹脂等でできた絶縁層４４が密着形成されている。

ここで、下容器４０の周辺壁部は、光軸Ｘに対して図で右端側が左端側よりも光軸Ｘに近づくように傾いている。このため、第１の電極リング４３と絶縁層４４も共に光軸Ｘに対して傾いている。

また、絶縁層４４の厚さは、図で右に向かって徐々に増加している。更に、絶縁層４４の内面全周の下側には、撥水処理剤が塗布されて撥水層１１が形成されている。さらに、絶縁層４４の内面全周の左側には、親水処理剤が塗布されて親水層１２が形成されている。

５０は不導体で形成された上容器であり、その内径側で、透明アクリルあるいはガラスにより形成された第２の封止板（液体を密封する部材）６を保持する。また、上容器５０の周辺部右端面には、シート状の第１の電極リング５１が密着形成されている。

この第１の電極リング５１の表面には、絶縁層５２が密着形成されているが、後述する第１の液体２１に接してこれに電圧を印加するための露出部５１ａが備わるように、絶縁層５２は第１の電極リング５１の外縁側のみをカバーするように形成されている。

そして、下容器４０の周辺壁部と上容器５０とを液密に封止することにより、下容器４０、上容器５０、第１の封止板２および第２の封止板６で囲まれた所定体積の液室を有した筐体としての容器が形成される。

この容器は、光軸Ｘに対して軸対称形状をなしている。そして、液室には、以下のようにして２種類の液体が充填される。

まず、第１の封止板２を取り付けた下容器４０の光軸Ｘを鉛直方向に向けた状態で、液室の底面である第１の封止板２の上面および下容器４０の周辺側の底面すなわち（これらが界面対向面に相当する）に、第２の液体２２が、その液柱の高さが周辺壁部の撥水膜１１の中間の高さになる分量だけ滴下される。

第２の液体２２は無色透明で、比重１．０６、室温での屈折率１．４５のシリコーンオイルが用いられる。続いて、液室内の残りの空間には、第１の液体２１が充填される。第１の液体２１は、水とエチルアルコールが所定比率で混合され、更に所定量の食塩が加えられた、比重１．０６、室温での屈折率１．３５の電解液（導電性又は有極性を有する液体）である。

すなわち、第１および第２の液体２１，２２は、比重が等しく、屈折率が異なり、かつ互いに混ざることのない（不溶な）液体が選定される。そして、両液体２１，２２は界面２４を形成し、混ざり合わずにそれぞれが独立して存在する。

この界面２４の形状は、液室（容器）の内面、第１の液体２１および第２の液体２２の３物質が交わる点、すなわち界面２４の外縁部に働く３つの界面張力の釣り合いで決まる。その後、第２の封止板６を取り付けた上容器５０を、下容器４０に取り付けることで、２種類の液体が封止される。

３１は第１の電極リング２５と第２の電極リング３とに接続された給電回路である。

給電回路３１の２つの増幅器（図示せず）はそれぞれ、第１の電極リング５１および第２の電極リング４３から上容器５０の右端面に沿って光軸直交方向に引き出された端子部５１ｂ，４３ｂに接続されている。

以上の構成において、第１の液体２１に第１の電極リング５１および第２の電極リング４３を介して電圧が印加されると、いわゆるエレクトロウェッティング効果によって界面２４が変形する。

次に、液体光学素子ＱＬにおける界面２４の変形と、この変形によってもたらされる光学作用について説明する。

まず、第１の液体２１に電圧が印加されていない場合、図２に示すように、界面２４の形状は、両液体２１，２２間の界面張力、第１の液体２１と絶縁層４４上の撥水膜１１あるいは親水膜１２との界面張力、第２の液体２２と絶縁層４４上の撥水膜１１あるいは親水膜１２との界面張力、および第２の液体２２の体積で決まる。

一方、給電回路３１より第１の液体２１に電圧が印加されると、エレクトロウェッティング効果によって第１の液体２１と親水膜１２との界面張力が減少し、第１の液体２１が親水膜１２と撥水膜１１との境界を乗り越えて撥水膜１１上に入り込む。この結果、第２の液体２２の光軸上での高さが増加する。

このように第１および第２の電極リング５１，４３を通じた第１の液体２１への電圧印加によって、２種類の液体の界面張力の釣り合いが変化し、両液体２１，２２間の界面２４の形状が変わる。こうして、給電回路３１の電圧制御によって界面２４の形状を自在に変えられる光学素子が実現できる。

また、第１および第２の液体２１，２２が異なる屈折率を有しているため、光学レンズとしての光学パワー（１／ｆ：ｆは焦点距離）が付与されることになり、即ち液体光学素子ＱＬは、界面２４の形状変化によって焦点距離が変化する。

本実施の形態のズームレンズの動作を説明すると、短焦点距離端から長焦点距離端へとズーム駆動を行う場合、図１に示すように、第２レンズ群Ｇ２は（ａ）に示す位置から（ｂ）に示す位置を通過し、（ｃ）に示す位置へと光軸方向に駆動される。長焦点距離端から短焦点距離端へのズーム駆動は、この逆となる。ここで、従来のズームレンズによれば、コンペンセート作用を行うために、第２レンズ群Ｇ２の光軸方向への移動に応じて第１レンズ群Ｇ１を光軸方向に移動させる必要があり、従って第１レンズ群Ｇ１を光軸方向に駆動するために、カム機構などを設ける必要があって、構成の複雑化や、ズームレンズを搭載する撮像装置の大型化等を招いていた。

これに対し、本実施の形態のズームレンズによれば、図１のズームレンズにおいてズーム動作がなされたとすると、給電回路３１は、ズーム信号から必要なコンペンセート量を演算して（もしくはテーブルを参照して）、液体光学素子ＱＬに所定の電圧を印加する。このように制御することで、液体光学素子ＱＬは所望のように光学パワーを変化させてコンペンセート作用を実現することができる。従って、第１レンズ群Ｇ１を光軸方向に移動させる機構が不要となり、構成の簡素化やコンパクト化を図ることができる。なお、光学パワーの変化は多段階であると好ましく、連続的であるとより好ましい。

又、従来のズームレンズによれば、カム形状によって、第２レンズ群Ｇ２の光軸方向の移動量と、第１レンズ群Ｇ１の光軸方向の移動量とは一対一に対応してしまうが、実際の撮像時には、物体距離が可変であるので、それに応じて撮像素子ＣＣＤ等の受光面にピントを合わせるために、例えば第３レンズ群Ｇ３を光軸方向に変位させて、いわゆるフォーカシング作用を実現している。このような場合、第３レンズ群Ｇ３にも駆動機構を別個に設ける必要があり、構成の複雑化や大型化を招くこととなる。

これに対し、本実施の形態では、給電回路３１が、撮像素子ＣＣＤからの信号もしくは不図示の測距装置からの測距信号と、ズーム信号（又は第２レンズ群Ｇ２の光軸方向移動量）とに基づいて、コンペンセート作用とフォーカシング作用とを同時に実現できるように（更に変倍作用の一部を負担させても良い）、液体光学素子ＱＬの形状を変化させることができる。かかる場合、第３レンズ群Ｇ３を光軸方向に変位させる必要がなくなるというメリットが得られる。

図３は、第２の実施の形態にかかるズームレンズの断面図であり、（ａ）は短焦点距離端の状態にあり、（ｂ）は中間位置の状態にあり、（ｃ）は長焦点距離端の状態にある。ここで、本実施の形態のズームレンズは、被写体像を撮像素子ＣＣＤに結像させるためにレンズ群Ｇ１〜Ｇ３を有する。第１レンズ群Ｇ１は、負の第１レンズＬ１と正の第２レンズＬ２とからなり、不図示の鏡枠に固定されている。第２レンズ群Ｇ２は、絞りＳと、液体光学素子ＱＬと、正の第３レンズＬ３と、負の第４レンズＬ４とからなり、不図示の駆動源により一体的に光軸方向に移動可能となっている。第３レンズ群Ｇ３は、正の第５レンズＬ５からなり、不図示の鏡枠に固定されている。尚、本実施の形態に用いる液体光学素子ＱＬの基本的構成は、図２に示すものと同様であるので説明を省略する。

本実施の形態のズームレンズの動作を説明すると、短焦点距離端から長焦点距離端へとズーム駆動を行う場合、図２に示すように、第２レンズ群Ｇ２は（ａ）に示す位置から（ｂ）に示す位置を通過し、（ｃ）に示す位置へと光軸方向に駆動される。長焦点距離端から短焦点距離端へのズーム駆動は、この逆となる。

本実施の形態によれば、図１のズームレンズにおいてズーム動作がなされたとすると、液体光学素子ＱＬの給電回路は、ズーム信号から必要なコンペンセート量を演算して（もしくはテーブルを参照して）、液体光学素子ＱＬに所定の電圧を印加する。このように制御することで、液体光学素子ＱＬは所望のように光学パワーを変化させてコンペンセート作用を実現することができる。従って、第１レンズ群Ｇ１を光軸方向に移動させる機構が不要となり、構成の簡素化やコンパクト化を図ることができる。なお、光学パワーの変化は多段階であると好ましく、連続的であるとより好ましい。

更に本実施の形態では、液体光学素子ＱＬの給電回路が、撮像素子ＣＣＤからの信号もしくは不図示の測距装置からの測距信号と、ズーム信号（又は第２レンズ群Ｇ２の光軸方向移動量）とに基づいて、コンペンセート作用とフォーカシング作用とを同時に実現できるように（更に変倍作用の一部を負担させても良い）、液体光学素子ＱＬの形状を変化させることができる。かかる場合、第３レンズ群Ｇ３を光軸方向に変位させる必要がなくなるというメリットが得られる。

尚、第１，第２の実施の形態において、液体光学素子ＱＬに完全な変倍作用をも持たせることで、全てのレンズ群を光軸方向に固定することができ、レンズ群の駆動機構を持たないズームレンズも実現できる。

図６は、上述した実施の形態のズームレンズと、その駆動手段とを一体的に収納したズームレンズユニットＺＵの斜視図である。図６において、ベースＢの両端から上方に壁Ｗ１，Ｗ２が延在している。壁Ｗ１，Ｗ２（切り欠いて図示）の上端近傍を連結するようにしてガイド軸ＧＳが延在している。壁Ｗ１，Ｗ２にはそれぞれ光束が通過する開孔ＨＬが形成されている。

第１レンズ群Ｇ１は、レンズホルダＨＤ１により外周を保持され、壁Ｗ１の開孔ＨＬを覆うようにして取り付けられる。尚、第１レンズ群Ｇ１の組み付けに当たっては、オートコリメータなどを用いて、基準軸に対しシフトやチルトを極力抑えることが望ましい。

一方、変倍する光学素子群である第２レンズ群Ｇ２は、レンズホルダＨＤ２により外周を保持されている。可動部材となるレンズホルダＨＤ２は、ガイド軸ＧＳに係合する係合部ＨＤａと、駆動力を受ける連結部ＨＤｂとを有している。

連結部ＨＤｂは駆動軸ＤＳと接する溝を設けてあり、上面に板ばねＳＧを取り付けている。連結部ＨＤｂと板ばねＳＧとの間には、駆動部材である駆動軸ＤＳが配置され、板ばねＳＧの付勢力で適度に押圧されている。駆動軸ＤＳの壁Ｗ１側にはスキマが設けられており、他方の端部は、壁Ｗ２を貫通し、電気機械変換素子である圧電アクチュエータＰＺに連結されている。圧電アクチュエータＰＺは、固定部Ｂｈを有し、Ｗ２の外方でベースＢに接着などにより固定されている。

壁Ｗ２の開孔ＨＬには、第３レンズ群Ｇ３が取り付けられている。又、第３レンズ群Ｇ３に隣接して、壁Ｗ２には固体撮像素子ＣＣＤが取り付けられている。第１レンズ群Ｇ１，第２レンズ群Ｇ２，第３レンズ群Ｇ３の光軸方向の配置関係は、図１，３に示す通りである。

ベースＢ上には、連結部ＨＤｂの移動量を磁気的に（又は光学的に）検出する不図示のエンコーダ（位置検出手段であり、例えばガイド軸ＧＳに磁気情報を配置し、係合部ＨＤａに読み取りヘッドなどを設けることができる）から信号を受けて、圧電アクチュエータＰＺを駆動制御するために、配線Ｈを介して電圧を印加する外部の駆動回路（不図示）が配置されている。圧電アクチュエータＰＺと、駆動軸ＤＳと、連結部ＨＤｂと、板ばねＳＧとで駆動手段を構成する。尚、駆動回路は、ベースＢ上に配置して、配線により連結しても良い。

圧電アクチュエータＰＺは、ＰＺＴ(ジルコン・チタン酸鉛)などで形成された圧電セラミックスを積層してなる。圧電セラミックスは、その結晶格子内の正電荷の重心と負電荷の重心とが一致しておらず、それ自体分極していて、その分極方向に電圧を印加すると伸びる性質を有している。しかし、圧電セラミックスのこの方向への歪みは微小であり、この歪み量により被駆動部材を駆動することは困難であるため、図７に示すように、複数の圧電セラミックスＰＥを積み重ねてその間に電極Ｃを並列接続した構造の積層型圧電アクチュエータＰＺが実用可能なものとして提供されている。本実施の形態では、この積層型圧電アクチュエータＰＺを駆動源として用いている。

次に、このズームレンズユニットＺＵによる第２レンズ群Ｇ２の駆動方法について説明する。一般に、積層型圧電アクチュエータＰＺは、電圧印加時の変位量は小さいが、発生力は大でその応答性も鋭い。したがって、図８（ａ）に示すように立ち上がりが鋭く立ち下がりがゆっくりとした略鋸歯状波形のパルス電圧を印加すると、圧電アクチュエータＰＺは、パルスの立ち上がり時に急激に伸び、立ち下がり時にそれよりもゆっくりと縮む。したがって、圧電アクチュエータＰＺの伸長時には、その衝撃力で駆動軸ＤＳが図６の奥側（壁Ｗ１側）へ押し出されるが、第２レンズ群Ｇ２を保持したレンズホルダＨＤ２の連結部ＨＤｂと板ばねＳＧは、その慣性により、駆動軸ＤＳと一緒には移動せず、駆動軸ＤＳとの間で滑りを生じてその位置に留まる（わずかに移動する場合もある）。一方、パルスの立ち下がり時には立ち上がり時に比較して駆動軸ＤＳがゆっくりと戻るので、連結部ＨＤｂと板ばねＳＧが駆動軸ＤＳに対して滑らずに、駆動軸ＤＳと一体的に図６の手前側（壁Ｗ２側）へ移動する。即ち、周波数が数百から数万ヘルツに設定されたパルスを印加することにより、レンズホルダＨＤ２を所望の速度で連続的に移動させることができる。尚、以上より明らかであるが、図８（ｂ）に示すように電圧の立ち上がりがゆっくりで、立ち下がりが鋭いパルスを印加すれば、レンズホルダＨＤ２を逆の方向へ移動させることができる。特に、ガイド軸ＧＳがまっすぐであれば、レンズホルダＨＤ２は光軸方向に精度良く移動することとなり、駆動により光軸ずれが生じる場合に比べ、収差劣化を効果的に抑制できる。

（実施例）
以下、本発明のズームレンズの実施例を示す。各実施例に使用する記号は下記の通りである。
ｆ ：撮像レンズ全系の焦点距離
Ｆ ：Ｆナンバー
Ｔ ：物体距離
Ｒ ：曲率半径
Ｄ ：軸上面間隔
Ｎｄ ：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
νｄ ：レンズ材料のアッべ数

各実施例において非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをｈとして以下の「数１」で表す。

ただし、
ｍ ：ｉ次の非球面係数
Ｒ ：曲率半径
Ｋ ：円錐定数

以下に示す実施例１は、第１の実施の形態にかかるズームレンズに対応するものである。本実施例にかかるズームレンズのデータを表１に、物体距離Ｔ＝∞における短焦点距離端、中間焦点距離及び長焦点距離端における曲率半径Ｒ５、面間隔Ｄ４、Ｄ５及びＦｎｏ，ｆ，画角２ωの各値を表２に、非球面データを表３に、物体距離Ｔ＝２５０ｍｍにおける短焦点距離端、長焦点距離端での曲率半径Ｒ５、面間隔Ｄ４、Ｄ５の各値を表４に示す。また、図４に、本実施例の物体距離Ｔ＝∞の短焦点距離端（ａ）、中間焦点距離（ｂ）および長焦点距離端（ｃ）における収差図を示す。ここで、物体距離とは物体からズームレンズ最物体側面頂点までの距離とする。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば ２．５×１０^−０３）を、Ｅ（例えば ２．５Ｅ―０３）を用いて表すものとする。

表２に示すように、焦点距離を短焦点距離端から長焦点距離端へ変化させると共に液体光学素子ＱＬの界面の曲率半径を変化させることで、変倍に伴うピント移動を補正するコンペンセートを行い、さらに、表４に示すように、物体距離の変化に伴い前記界面の曲率半径を変化させることで、フォーカスも行うことができるため、変倍作用を有するレンズ群である第２レンズ群Ｇ２以外を鏡枠に固定することができ、駆動レンズ群数が少ない、機械的機構が簡素なズームレンズとすることができる。また、本実施例のように界面の曲率半径が、短焦点距離端から長焦点距離端ヘ焦点距離を変化させる間に極値を持つような構成とすることで、変倍における液体光学素子ＱＬの屈折力変化を小さくすることができ、液体光学素子ＱＬの制御が簡単になる。

更に、液体光学素子ＱＬに電圧が印加されていない場合、あるいは印加電圧が低い場合の界面形状を、撮影時に最も使用頻度が高い屈折力が得られるようにすることにより、消費電力を抑えたズームレンズとすることができるため、より好ましい。

以下に示す実施例２は、第２の実施の形態にかかるズームレンズに対応するものである。本実施例にかかるズームレンズのデータを表５に、物体距離Ｔ＝∞における短焦点距離端、中間焦点距離及び焦点距離端における曲率半径Ｒ７、面間隔Ｄ６、Ｄ７及びＦｎｏ，ｆ，画角２ωの各値を表６に、非球面データを表７に、物体距離Ｔ＝２５０ｍｍにおける短焦点距離端、長焦点距離端での曲率半径Ｒ７、面間隔Ｄ６、Ｄ７の各値を表８に示す。また、図５に、本実施例の物体距離Ｔ＝∞の短焦点距離端（ａ）、中間焦点距離（ｂ）および長焦点距離端（ｃ）における収差図を示す。ここで、物体距離とは物体からズームレンズ最物体側面頂点までの距離とする。

表５に示すように、焦点距離を短焦点距離端から長焦点距離端ヘ変化させると共に液体光学素子ＱＬの界面の曲率半径を変化させることで、変倍に伴うピント移動を補正するコンペンセートを行うと共に変倍に寄与し、さらに、表８に示すように、物体距離の変化に伴い前記界面の曲率半径を変化させることで、フォーカスも行うことができるため、変倍作用を有するレンズ群である第２レンズ群Ｇ２以外を鏡枠に固定することができ、駆動レンズ群数が少なく、移動レンズ群の移動量を小さく抑えた、機械的機構が簡素なズームレンズとすることができる。また、本実施例のように液体光学素子ＱＬの界面の曲率半径が、短焦点距離端から長焦点距離端へ焦点距離を変化させる間に極値を持つような構成とすることで、変倍における前記液体光学素子の屈折力変化を小さくすることができ、液体光学素子ＱＬの制御が簡単になる。

更に、液体光学素子ＱＬに電圧が印加されていない場合、あるいは印加電圧が低い場合の界面形状を、撮影時に最も使用頻度が高い屈折力が得られるようにすることにより、消費電力を抑えたズームレンズとすることができるため、より好ましい。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。本発明のズームレンズは、小型のデジタルスチルカメラや、携帯電話、ＰＤＡ等の携帯端末等の撮像装置に搭載されることが好ましいが、それに限られることはない。

第１の実施の形態にかかるズームレンズの断面図である。 液体光学素子ＱＬおよびその駆動部の概略構成図である。 第２の実施の形態にかかるズームレンズの断面図である。 第１の実施の形態にかかるズームレンズの収差図である。 第２の実施の形態にかかるズームレンズの収差図である。 上述した実施の形態のズームレンズと、その駆動手段とを一体的に収納したズームレンズユニットＺＵの斜視図である。 複数の圧電セラミックスＰＥを積み重ねてその間に電極Ｃを並列接続した構造の積層型圧電アクチュエータＰＺを示す斜視図である。 圧電アクチュエータＰＺに印加される電圧パルスの波形を示す図である。

符号の説明

ＱＬ 液体光学素子
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｌ５ 第５レンズ
Ｓ 開口絞り
Ｂ ベース
Ｂｈ 固定部
Ｃ 電極
ＣＣＤ 固体撮像素子
ＤＳ 駆動軸
ＧＳ ガイド軸
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｈ 配線
ＨＤ１ レンズホルダ
ＨＤ２ レンズホルダ
ＨＤａ 係合部
ＨＤｂ 連結部
ＨＬ 開孔
ＰＥ 圧電セラミックス
ＰＺ 積層型圧電アクチュエータ
Ｗ１，Ｗ２ 壁
ＺＵ ズームレンズユニット

Claims (8)

1. 変倍時に移動する光学素子群を含むズームレンズにおいて、導電性または有極性の第１の液体および前記第１の液体とは互いに混合することがない第２の液体を、界面が所定の形状となるように容器内に密閉収容し、前記第１の液体と前記容器に設けられた電極との間に電圧を印加することにより、前記界面の曲率半径を変化させて屈折力を調整するようにした液体光学素子を有することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記液体光学素子が絞りを含む光学素子群に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 前記液体光学素子を含む光学素子群が絞りを含まない場合において、前記光学系素子群内の最も絞りに近い位置に前記液体光学素子を配置したことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
4. 変倍時に移動する光学素子群が１つのみであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のズームレンズ。
5. 前記液体光学素子を含む光学素子群が光軸方向に固定されており、前記液体光学素子を含む光学素子群が変倍に伴うピント移動を補正するコンペンセート作用、および物体距離変化に伴うピント移動を補正するフォーカス作用を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のズームレンズ。
6. 変倍時に移動する光学素子群を含むズームレンズにおいて、前記変倍時に移動する少なくとも１つの光学素子群の中に、導電性または有極性の第１の液体および前記第１の液体とは互いに混合することがない第２の液体を、界面が所定の形状となるように容器内に密閉収容し、前記第１の液体と前記容器に設けられた電極との間に電圧を印加することにより、前記界面の曲率半径を変化させて屈折力を調整するようにした液体光学素子を含み、前記液体光学素子を含む光学素子群が変倍作用、物体間距離の変化に伴うピント移動を補正するコンぺンセート作用および、物体距離変化に伴うピント移動を補正するフォーカス作用を有することを特徴とするズームレンズ。
7. 前記液体光学素子を含む光学素子群が絞りを含むことを特徴とする請求項６に記載の記載のズームレンズ。
8. 電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の一端に固定された駆動部材と、前記変倍時に移動する光学素子群に連結され、且つ前記駆動部材上に移動可能に保持された可動部材と、から構成され、前記電気機械変換素子を、伸び方向と縮み方向とで速度を変えて繰り返し伸縮させることで、前記可動部材を移動させるようになっている駆動手段を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のズームレンズ。
   

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