专利名称：摄像透镜系统和使用它的摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有自动聚焦功能的摄像透镜系统和使用所述摄像透镜系统的摄像
直O
背景技术：
作为利用电润湿现象的电润湿装置，法国的Varioptic公司和荷兰的飞利浦公司 引入了使用液体透镜的可变焦距透镜装置(例如，见非专利文献1)。此外，通过相似地使用液体透镜的具有自动聚焦功能的摄像透镜系统也被提出了 (例如见专利文献1和2)。专利文献1所提出的摄像透镜系统包括四个透镜组，其中位于 物体侧的第一透镜组包括液体透镜。另一方面，专利文献2所提出的摄像透镜系统包括三 个透镜组，同样也是在第一透镜组中包括液体透镜。非专利文献 1 :S. Kuiper et al.， “ Variable-focus liquid lens for miniaturecameras " , Applied Physics Letters, Vol.85, No. 7,16 August 2004, pp.1128-1130专利文献1 JP-A-2005-84387专利文献2 JP-A-2006-72295然而，专利文献1和2所提出的摄像透镜系统包括三个或更多的透镜组，从而包括 的透镜总数较多，不利于摄像透镜系统和具有该摄像透镜系统的摄像装置的小型化。尤其 是在例如移动电话等小型便携式设备中设置摄像装置的情况下，有必要进一步减少透镜数 量，以实现具有液体透镜的摄像透镜系统的实用化。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的一个目的是提供使用液体透镜的具有自动聚焦功能的摄 像透镜系统和使用该摄像透镜系统的摄像装置，其中摄像透镜系统由较少数量的透镜构 成，以促进小型化。为了解决上述问题，本发明的摄像透镜系统从物体侧起依次包括第一透镜组和第 二透镜组。所述第二透镜组包括液体透镜系统，其中导电液体与绝缘液体之间的界面的曲 率半径根据外加电压发生改变。所述液体透镜系统的导电液体与绝缘液体之间的界面的曲 率中心存在于导电液体侧。在本发明的摄像透镜系统中，液体透镜系统优选包括从物体侧起依次设置的透光 基底、所述导电液体、所述绝缘液体、和透光基底。本发明的摄像装置包括上述摄像透镜系统。因此，所述摄像装置包括摄像透镜系 统、光圈和摄像单元。所述摄像透镜系统从物体侧起依次包括第一透镜组和第二透镜组。所 述第二透镜组包括液体透镜系统，其中导电液体与绝缘液体之间的界面的曲率半径根据外 加电压发生改变。所述液体透镜系统的导电液体与绝缘液体之间的界面的曲率中心存在于 导电液体侧。
如上所述，本发明的摄像透镜系统和使用该摄像透镜系统的摄像装置从物体侧起 依次包括第一透镜组和第二透镜组。所述第二透镜组包括液体透镜系统，其中导电液体与 绝缘液体之间的界面的曲率半径根据外加电压发生改变。这种使用两个透镜组的构造相对 于使用常规液体透镜的摄像透镜系统，能够减少透镜总数，促进小型化。此外，所述液体透镜系统的导电液体与绝缘液体之间的界面的曲率中心存在于导 电液体侧，这能抑制对色差的补正不足。此外，在本发明的摄像透镜系统中，通过将液体透镜系统构造成从物体侧依次设 置透光基底、导电液体、绝缘液体和透光基底，如后所述，能将球面像差、像散和畸变像差抑 制到实际上可接受的水平。因此，能够提供具有良好性能的摄像透镜系统和摄像装置。根据本发明，能够以较小数量的透镜来构成使用液体透镜的具有自动聚焦功能的 摄像透镜系统，以促进小型化。
图1是包括本发明一实施例的摄像透镜系统的摄像装置的概略构造图。图2是本发明第一实施例的摄像透镜系统的概略构造图。图3A-3C示出了本发明第一实施例的摄像透镜系统的第一到第三状态的球面像
差、像散和畸变像差。图4是本发明第二实施例的摄像透镜系统的概略构造图。图5A-5C示出了本发明第二实施例的摄像透镜系统的第一到第三状态的球面像
差、像散和畸变像差。图6是本发明第三实施例的摄像透镜系统的概略构造图。图7A-7C示出了本发明第三实施例的摄像透镜系统的第一到第三状态的球面像
差、像散和畸变像差。
具体实施例方式下面将描述实施本发明的最佳模式的示例，应该理解的是本发明并不局限于所述 示例。图1示出了本发明一实施例的摄像透镜系统和使用该摄像透镜系统的摄像装置 的概略构造。摄像装置100的摄像透镜系统50包括第一透镜组1和第二透镜组2。对于第 二透镜组2，使用的是使用液体透镜系统的可变焦距透镜。在例如透镜的两个表面均为非球 面时，第一透镜组1可由一个透镜构造。在第一透镜组1与第二透镜组2之间，即相对于液 体透镜系统的导电液体22与绝缘液体23之间的界面，在物体侧设置有光圈S。用于摄像透镜系统50的第二透镜组2的液体透镜系统包括设置在容器20的物 体侧的开口处的透光基底21、和设置在物体侧的相反侧的开口处的透光基底24。由容器20 和透光基底21、24所包围的空间保持为液密性。容器20的形状可为绕光轴C旋转对称的 形状，例如圆筒形或者切掉顶部的圆锥形。在图1所示情况下，容器20的形状大致为圆筒 形。容器20从物体侧依次容纳导电液体22和绝缘液体23。容器20可由绝缘材料制成。 透光基底21和24可由玻璃或例如塑料等透明树脂制成。另一方面，导电液体22和绝缘液 体23的材料具有透光性、不同的折射率、和相同的密度(比重)。导电液体22可由不溶于绝缘液体23的例如盐水等水溶液制成。绝缘液体23可由例如硅油等一种或多种油类制成。在图1所示包括在第二透镜组2中的液体透镜系统中，在容器20的物体侧的开口 处与导电液体22接触地形成有第一电极25。第一电极25的一部分被引出来形成端子。此 外，从容器20的内壁到图像侧的开口以圆筒方式形成有第二电极26。第二电极26的一部 分被引出来形成端子。沿容器20的内壁延伸的第二电极26的物体侧的端部与物体侧的第 一电极25分开地形成。此外，在第二电极26的位于容器20内的表面上设置有介电膜27 和防水膜28。此外，摄像装置100包括设置于摄像透镜系统50的图像侧的摄像单元51。摄像单 元51可以是包括将照射光的能量转换成电荷的多个光电转换部、存储电荷的电荷存储部 和转移并送出电荷的电荷转移部的电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS) 器件等器件。此外，摄像装置100还包括用于转换摄像单元51检测到的光信号的信号转 换单元52、用于处理信号的控制单元53、和用于在包括液体透镜系统的第二透镜组2的电 极25与26之间施加电压的电压施加单元54。通过该构造，在第二透镜组2中，当电压施加单元54向电极25与26之间施加适 当的电压时，导电液体22与绝缘液体23之间的界面的曲率将发生改变。曲率的这种改变 能够使对入射光的透镜效果发生改变，从而改变焦距。具体说，当第一电极25与第二电极26之间未施加电压时，由于填充容器20的导 电液体22和绝缘液体23与容器20的内壁面的表面张力之间的平衡，导电液体22与绝缘 液体23之间的界面形成为具有一定半径的球面的一部分。当电压施加单元54向第一电极25与第二电极26之间施加电压时，导电液体22 表现为好像对容器20的内壁面的“润湿性”得到改善(该现象称作电润湿)，从而减小润湿 角。因此，导电液体22与绝缘液体23之间的界面的曲率半径增大，使球面更接近平面。因此，导电液体22与绝缘液体23之间的界面曲率和折射率差异实现了透镜效果， 并且电压的施加使液体界面的曲率因上述电润湿而发生改变，所以焦距发生改变。有利地，由于利用上述电润湿现象的可变焦距透镜本质上实现了除放电时外没有 电流流动，所以电力消耗极低。此外，有利地，由于该可变焦距透镜没有机械可动部，所以寿 命长于通过马达等移动透镜的常规可变焦距透镜。此外，有利地，由于该可变焦距透镜没有 马达，所以能够通过小空间和简单构造，来提供自动聚焦机构。注意，形成液体透镜的两种液体，即绝缘液体(油)和导电液体(水)，一般具有以 下关系Nl>n2，和vl < v2,其中，nl和vl分别是绝缘液体的折射率和阿贝数，而n2和v2分别是导电液体的 折射率和阿贝数。因此，当两液体间的界面相对于折射率为nl的绝缘液体呈凸状时，具有 正能力(positive power)和正色差。当该界面相对于绝缘液体呈凹状时，具有负能力和负色差。通常，由于摄像装置的整个光学系统的色差趋于补正不足，所以优选的是两液体 之间的界面相对于绝缘液体呈凹状。因此，当包括液体透镜系统的第二透镜组2包括从物体侧依次设置的透光基底21、导电液体22、绝缘液体23和透光基底24时，两液体间的界面的曲率相对于绝缘液体23 优选呈凹状。因此，本实施例的摄像透镜系统50构造成使得第二透镜组2的导电液体22与绝 缘液体23之间的界面的曲率中心存在于导电液体22侧。该构造使两液体之间的界面的曲 率相对于绝缘液体23呈凹状，从而能够抑制对整个摄像透镜系统50的色差的补正不足。此外，在该构造中，优选的是如图1所示，在第二透镜组2的液体透镜系统中，使导 电液体22设置于物体侧，而使绝缘液体23设置于图像侧。这种设置能够实现在未施加电 压时，液体22与23之间的界面偏向导电液体22侧。下面将作为第一到第三实施例来描述本发明实施例的摄像透镜系统的具体数值 示例。在以下实施例中，假定第一透镜组1和第二透镜组2均具有正能力(折射能力)。[1]第一实施例首先，描述能够适用为第一实施例的具体透镜结构的数值示例。该示例应用于参 考图1所描述的摄像装置100的摄像透镜系统50。其中，摄像透镜系统50的焦距f、F数 Fno、视角2 ( 为半视角)如下f = 3. 7mm,Fno = 2. 7，2 co =63°如图2所示，第一透镜组1的入射面和出射面、设置光圈S的面、以及第二透镜组2 的透光基底21、导电液体22、绝缘液体23和透光基底24的入射面和出射面从物体侧起依 次表示为第一到第八表面S1 S8。在图2中，参考图1所描述的部分以相同标记表示，将 省略重复描述。然后，对于第一到第八表面S1 S8，下表1示出了曲率半径、表面之间沿光 轴的间距(到下一表面的距离，对于第八表面S8，则为到摄像单元51的表面的距离)、表面 之间的介质的波长为587. 56nm的d线的折射率、相似地d线的阿贝数等。[表 1] 下表2示出了下式1用作非球面方程式时的第一、第二、第四、第五、第七和第八表 面31、52、54、55、57、58的非球面系数。在式1中，Z是光的运行方向为正方向时从透镜面 沿光轴的距离，h是垂直于光轴的高度，R是曲率半径，k是圆锥常数，而A和B分别是第四 和第六阶非球面系数。[式1] Z 二 ——I R+Ah4+Bh6[表 2] 下表3示出了在图2所示第一和第二透镜组1、2中物距为600mm、120mm和50mm 时的上表1中的R5的数值示例。[表 3] 对于以该数值示例构成的摄像透镜系统50，图3A、3B、3C分别示出了物距为600mm、120mm、50mm时的球面像差、像散和畸变像差。在图3A 3C的球面像差图中，点划 线a表示波长为656. 2700nm的C线的球面像差，实线b表示波长为587. 5600nm的d线的 球面像差，而虚线c表示波长为486. 1300nm的F线的球面像差。在该情况下，从图3A 3C可看出，对于上述任一物距，球面像差、像散和畸变像差 均能降低到实际上可接受的水平。从这些图可看出，这些波长的光之间的球面像差的差异 十分小，色差也能得到抑制。因此，在第一实施例中，能够通过两个透镜组构成各像差得到充分抑制的实用的 摄像透镜系统50。因此，这有助于包括该摄像透镜系统50的摄像装置100的小型化。[2]第二实施例下面，描述能够适用为第二实施例的具体透镜结构的数值示例。该示例也应用于 参考图1所描述的摄像装置100的摄像透镜系统50。其中，摄像透镜系统50的焦距f、F数 Fno、视角2(为半视角)如下f = 3. 7mm,Fno = 2. 7，2 co =63°如图4所示，第一透镜组1的入射面和出射面、设置光圈S的面、以及第二透镜组2 的各入射面和出射面从物体侧起依次表示为第一到第八表面S1 S8。在图4中，参考图1 所描述的部分以相同标记表示，将省略重复描述。对于第一到第八表面S1 S8，下表4示 出了曲率半径、表面之间沿光轴的间距、表面之间的介质的d线的折射率、相似地d线的阿 贝数等。[表 4] 下表5示出了上式1用作非球面方程式时的第一、第二、第四、第五、第七和第八表面SI、S2、S4、S5、S7、S8的非球面系数。[表 5] 下表6示出了在图4所示第一和第二透镜组1、2中物距为600mm、120mm和50mm 时的上表4中的R5的数值示例。[表 6] 对于以该数值示例构成的摄像透镜系统50，图5A、5B、5C分别示出了物距为 600mm、120mm、50mm时的球面像差、像散和畸变像差。同样，在该情况下，从图5A 5C可看出，对于上述任一物距，球面像差、像散和畸 变像差均能降低到实际上可接受的水平。从这些图可看出，这些波长的光之间的球面像差 的差异十分小，色差也能得到充分抑制。因此，同样，在第二实施例中，能够通过两个透镜组构成各像差得到充分抑制的实 用的摄像透镜系统50。因此，这有助于包括该摄像透镜系统50的摄像装置100的小型化。[3]第三实施例下面，描述能够适用为第三实施例的具体透镜结构的数值示例。该示例也应用于 参考图1所描述的摄像装置100的摄像透镜系统50。其中，摄像透镜系统50的焦距f、F数 Fno、视角2(为半视角)如下f = 3. 7mm,Fno = 2. 7,
2 co =63°如图6所示，第一透镜组1的入射面和出射面、设置光圈S的面、以及第二透镜组2 的各入射面和出射面从物体侧起依次表示为第一到第八表面S1 S8。在图6中，参考图1 所描述的部分以相同标记表示，将省略重复描述。对于第一到第八表面S1 S8，下表7示 出了曲率半径、表面之间沿光轴的间距、表面之间的介质的d线的折射率、相似地d线的阿 贝数等。[表 7] 下表8示出了上式1用作非球面方程式时的第一、第二、第四、第五、第七和第八表 面SI、S2、S4、S5、S7、S8的非球面系数。[表 8] 下表9示出了在图6所示第一和第二透镜组1、2中物距为600mm、120mm和50mm 时的上表7中的R5的数值示例。[表 9] 对于以该数值示例构成的摄像透镜系统50，图7A、7B、7C分别示出了物距为 600mm、120mm、50mm时的球面像差、像散和畸变像差。同样，在该情况下，从图7A 7C可看出，对于上述任一物距，球面像差、像散和畸 变像差均能降低到实际上可接受的水平。从这些图可看出，这些波长的光之间的球面像差 的差异十分小，色差也能得到抑制。因此，同样，在第三实施例中，能够通过两个透镜组构成各像差得到充分抑制的实 用的摄像透镜系统50。因此，这有助于包括该摄像透镜系统50的摄像装置100的小型化。如上所述，根据本发明，通过只使用两个透镜组，就能提供使用液体透镜的具有自 动聚焦功能的摄像透镜系统、和使用该摄像透镜系统的摄像装置。根据本发明，设置于图像侧的第二透镜组中的液体透镜中的导电液体与绝缘液体 之间的界面的曲率中心构造成存在于导电液体侧。该构造使两液体之间的界面的曲率相对 于绝缘液体呈凹状，从而能够抑制对整个摄像透镜系统的色差的补正不足。此外，通过将液体透镜系统构造成从物体侧起依次设置透光基底、导电液体、绝缘 液体、和透光基底，能够如上述第一到第三实施例所述，使各像差被抑制为实际上可接受的 水平。此外，通过将光圈相对于液体透镜系统的导电液体与绝缘液体之间的界面位置设 置于物体侧，能相似地使各像差得到充分抑制。应该理解的是，本发明并非旨在局限于上述实施例，在不背离本发明的范围和精 神的情况下，可以做出各种修改和变型。附图标记说明1 第一透镜组，2 第二透镜组，20 容器，21 透光基底，22 导电液体，23 绝缘液 体，24 透光基底，25 第一电极，26 第二电极，27 介电膜，28 防水膜，50 摄像透镜系统， 51 摄像单元，52 信号转换单元，53 控制单元，54 电压施加单元，100 摄像装置。
1权利要求
一种摄像透镜系统，从物体侧起依次包括第一透镜组和第二透镜组，其中，所述第二透镜组包括液体透镜系统，在所述液体透镜系统中，导电液体与绝缘液体之间的界面的曲率半径根据外加电压发生改变；并且所述液体透镜系统的导电液体与绝缘液体之间的界面的曲率中心存在于导电液体侧。
2.如权利要求1所述的摄像透镜系统，其中，所述液体透镜系统包括从物体侧起依次 设置的透光基底、所述导电液体、所述绝缘液体、和透光基底。
3.如权利要求1所述的摄像透镜系统，其中，相对于所述液体透镜系统的导电液体与 绝缘液体之间的界面的位置，在物体侧设置光圈。
4.一种摄像装置，包括摄像透镜系统、光圈和摄像单元，其中， 所述摄像透镜系统从物体侧起依次包括第一透镜组和第二透镜组；所述第二透镜组包括液体透镜系统，在所述液体透镜系统中，导电液体与绝缘液体之 间的界面的曲率半径根据外加电压发生改变；并且所述液体透镜系统的导电液体与绝缘液体之间的界面的曲率中心存在于导电液体侧。
5.如权利要求4所述的摄像装置，其中，所述摄像透镜系统的液体透镜系统包括从物 体侧起依次设置的透光基底、所述导电液体、所述绝缘液体、和透光基底。
全文摘要
本发明旨在提供通过较少数量的透镜构成的、使用液体透镜的具有自动调焦功能的摄像透镜系统和使用该摄像透镜系统的摄像装置，以实现小型化。所述摄像透镜系统从物体侧起依次包括第一透镜组(1)和第二透镜组(2)，其中第二透镜组(2)包括液体透镜系统，其中导电液体(22)与绝缘液体(23)之间的界面的曲率半径根据外加电压发生改变。该结构构造成使液体透镜系统中的导电液体(22)与绝缘液体(23)之间的曲率中心存在于导电液体(22)侧。
文档编号G03B3/00GK101925844SQ20098010268
公开日2010年12月22日 申请日期2009年1月20日 优先权日2008年2月4日
发明者冈本好喜 申请人:索尼公司