JP2003029150A - 光学特性可変光学素子を含む光学系及び光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低騒音で、応答時間が短く、小型かつ軽量で
コストダウンに寄与するとともに組立が容易で、収差補
正の容易な光学特性可変光学素子を含む光学系及び光学
装置を提供する。 【解決手段】 可変形状鏡１の光束通過部分１０１の中
に位置決め用の印１０２を設けると共に、この可変形状
鏡１を組み込んだ光学装置の枠１０３にも位置決め用の
印１０２ａを設けて、可変形状鏡１の光束通過部分１０
１の中心位置が分かる構成となっている。印１０２と印
１０２ａの位置関係を目視等で見ながら位置合せを行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可変焦点レンズ、
可変焦点回折光学素子、可変偏角プリズム、可変形状鏡
等の光学特性可変光学素子、及びこれらの光学特性可変
光学素子を含む光学系を備えた、例えば眼鏡、ビデオプ
ロジェクター、デジタルカメラ、テレビカメラ、内視
鏡、望遠鏡、カメラのファインダー等の光学装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来の
レンズは、ガラスを研磨して製造したレンズを用いてお
り、レンズ自体で焦点距離を変化させることができない
ため、例えば、カメラのピント合わせあるいはズーム、
変倍のためにレンズ群を光軸方向に移動させるために、
機械的構造が複雑になっている。そして、レンズ群の一
部を移動させるためにモーター等を用いていたため、消
費電力が大きい、音がうるさい、応答時間が長く、レン
ズの移動に時間がかかる等の欠点があった。また、ブレ
防止を行なう場合でも、レンズをモータ、ソレノイド等
で機械的に移動させるため、消費電力が大きい、機械的
構造が複雑でコストアップにつながる、等の欠点があっ
た。また、可変形状鏡を光学系に組み込む場合には、プ
リズム等の他の光学素子や枠に対して位置決めして固定
し、組立を行って調整するが、組み込み位置が分かりに
くく、組立や調整がむずかしい、等の欠点があった。ま
た、デジタルカメラ等のズーム撮像光学系では、ズーミ
ングを行うとき、反射光の焦点位置により、結像面上の
像位置の変化が大きく、視野方向が変わる、等の欠点が
あった。さらに、高屈折率のプリズムを用いると、収差
の補正が充分にできない、等の欠点があった。

【０００３】そこで、本発明はこれらの問題点に鑑み、
消費電力が小さく、音が静かで、応答時間が短く、機械
的構造が簡単でコストダウンに寄与するとともに、可変
形状鏡を容易に組み込むことができ、結像面上の像位置
の変化が小さく、形状誤差等で発生する収差を充分に補
正できる可変焦点レンズ、可変形状鏡、可変プリズム等
の光学特性可変光学素子を含む光学系及び光学装置を提
供することを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による光学装置は、可変形状鏡の光束通過範
囲内あるいは外に位置決め用の印を設け、可変形状鏡を
有する光学装置の枠に位置決め用の印を設けた可変形状
鏡を備えている。

【０００５】また、本発明による光学系は、可変形状鏡
の形状の異なる少なくとも2状態における、結像面上の
像位置の変化を小さくするために、可変形状鏡面を表す
方程式の１次以下の項を上記２状態で変化させるように
した可変形状鏡を備えている。

【０００６】また、本発明による光学系は、可変形状鏡
の形状誤差で発生する収差を補正するために、回転非対
称な光学面を有する光学素子を備えている。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。

【０００８】本発明に適用可能な可変形状鏡、可変焦点
レンズの構成例について説明する。

【０００９】図１は本発明の光学装置の一実施例にかか
る、光学特性可変形状鏡を用いたデジタルカメラのケプ
ラー式ファインダーの概略構成図である。本実施例の構
成は、もちろん、銀塩フィルムカメラにも使うことがで
きる。まず、光学特性可変形状鏡１について説明する。

【００１０】光学特性可変形状鏡１は、アルミコーティ
ングされた薄膜（反射面）１ａと複数の電極１ｂからな
る光学特性可変形状鏡（以下、単に可変形状鏡と言
う。）、２は各電極１ｂにそれぞれ接続された複数の可
変抵抗器、３は可変抵抗器と電源スイッチ４を介して薄
膜１ａと電極１ｂ間に接続された電源、５は複数の可変
抵抗器２の抵抗値を制御するための演算装置、６，７及
び８はそれぞれ演算装置５に接続された温度センサー、
湿度センサー及び距離センサーで、これらは図示のよう
に配設されて１つの光学装置を構成している。

【００１１】なお、対物レンズ９、接眼レンズ１０、及
び、プリズム１１、二等辺直角プリズム１２、ミラー１
３及び可変形状鏡１の各面は、平面でなくてもよく、球
面、回転対称非球面の他、光軸に対して偏心した球面、
平面、回転対称非球面、あるいは、対称面を有する非球
面、対称面を１つだけ有する非球面、対称面のない非球
面、自由曲面、微分不可能な点又は線を有する面等、い
かなる形状をしていてもよく、さらに、反射面でも屈折
面でも光に何らかの影響を与え得る面ならばよい。以
下、これらの面を総称して拡張曲面という。

【００１２】また、図１の薄膜１ａは、例えば、P.Rai-
choudhury編、Handbook of Michrolithography, Michro
machining and Michrofabrication, Volume 2:Michroma
chining and Michrofabrication,P495,Fig.8.58, SPIE
PRESS刊やOptics Communication, 140巻（1997年）P187
〜190に記載されているメンブレインミラーのように、
複数の電極１ｂとの間に電圧が印加されると、静電気力
により薄膜１ａが変形してその面形状が変化するように
なっており、これにより、観察者の視度に合わせたピン
ト調整ができるだけでなく、さらに、レンズ１０，９及
び／又はプリズム１１、二等辺直角プリズム１２、ミラ
ー１３の温度や湿度変化による変形や屈折率の変化、あ
るいは、レンズ枠の伸縮や変形及び光学素子、枠等の部
品の組立誤差による結像性能の低下が抑制され、常に適
正にピント調整並びにピント調整で生じた収差の補正が
行われ得る。

【００１３】本実施例によれば、物体からの光は、対物
レンズ９及びプリズム１１の各入射面と射出面で屈折さ
れ、可変形状鏡１で反射され、プリズム１１を透過し
て、二等辺直角プリズム１２でさらに反射され（図１
中、光路中の＋印は、紙面の裏側へ向かって光線が進む
ことを示している。）、ミラー１３で反射され、接眼レ
ンズ１０を介して眼に入射するようになっている。この
ように、レンズ９、１０、プリズム１１，１２、及び、
可変形状鏡１によって、本実施例の光学装置の観察光学
系を構成しており、これらの各光学素子の面形状と肉厚
を最適化することにより、物体面の収差を最小にするこ
とができるようになっている。

【００１４】すなわち、反射面としての薄膜１ａの形状
は、結像性能が最適になるように演算装置５からの信号
により各可変抵抗器２の抵抗値を変化させることにより
制御される。すなわち、演算装置５へ、温度センサー
６、湿度センサー７及び距離センサー８から周囲温度及
び湿度並びに物体までの距離に応じた大きさの信号が入
力され、演算装置５は、これらの入力信号に基づき周囲
の温度及び湿度条件と物体までの距離による結像性能の
低下を補償すべく、薄膜１ａの形状が決定されるような
電圧を電極１ｂに印加するように、可変抵抗器２の抵抗
値を決定するための信号を出力する。このように、薄膜
１ａは電極１ｂに印加される電圧すなわち静電気力で変
形させられるため、その形状は状況により非球面を含む
様々な形状をとり、印加される電圧の極性を変えれば凸
面とすることもできる。なお、距離センサー８はこの場
合、固体撮像素子１４からの像の信号の高周波成分が略
最大になるように、デジタルカメラの撮像レンズ１５を
動かし、その位置から逆に物体距離を算出し、可変形状
鏡を変形させて観察者の眼にピントが合うようにすれば
よい。

【００１５】また、薄膜１ａをポリイミド等の合成樹脂
で製作すれば、低電圧でも大きな変形が可能であるので
好都合である。なお、プリズム１１と可変形状鏡１を一
体的に形成してユニット化することができる。

【００１６】また、図示を省略したが、可変形状鏡１の
基板上に固体撮像素子１４をリソグラフィープロセスに
より一体的に形成してもよい。

【００１７】また、レンズ９，１０、プリズム１１，１
２及びミラー１３は、プラスチックモールド等で形成す
ることにより任意の所望形状の曲面を容易に形成するこ
とができ、製作も簡単である。なお、本実施例の撮像装
置では、レンズ９、１０がプリズム１１から離れて形成
されているが、レンズ９，１０を設けることなく収差を
除去することができるようにプリズム１１，１２、ミラ
ー１３、可変形状鏡１を設計すれば、プリズム１１，１
２、可変形状鏡１は１つの光学ブロックとなり、組立が
容易となる。また、レンズ９，１０、プリズム１１，１
２及びミラー１３の一部あるいは全部をガラスで作製す
ることもできる。このように構成すれば、さらに精度の
良い撮像装置が得られる。

【００１８】なお、図１の例では、演算装置５、温度セ
ンサー６、湿度センサー７、距離センサー８を設け、温
湿度変化、物体距離の変化等も可変形状鏡１で補償する
ようにしたが、この構成に限定されるものではない。例
えば、演算装置５、温度センサー６、湿度センサー７、
距離センサー８を省略して、観察者の視度変化のみを可
変形状鏡１で補正するようにしてもよい。

【００１９】図２は本発明にかかる可変形状鏡１の他の
実施例を示す概略構成図である。本実施例の可変形状鏡
は、薄膜１ａと電極１ｂとの間に圧電素子１ｃが介装さ
れていて、これらが支持台１６上に設けられている。そ
して、圧電素子１ｃに加わる電圧を各電極１ｂ毎に変え
ることにより、圧電素子１ｃに部分的に異なる伸縮を生
じさせて、薄膜１ａの形状を変えることができるように
なっている。電極１ｂの形は薄膜１ａの変形のさせ方に
応じて選べばよい。例えば、図３に示すように、同心分
割であってもよいし、図４に示すように、矩形分割であ
ってもよく、その他、適宜の形状を選択することができ
る。

【００２０】図２中、１７は演算装置５に接続された振
れ（ブレ）センサーであって、例えばデジタルカメラの
振れを検知し、振れによる像の乱れを補償するように薄
膜１ａを変形させるべく、演算装置５及び可変抵抗器２
を介して電極１ｂに印加される電圧を変化させる。この
とき、温度センサー６、湿度センサー７及び距離センサ
ー８からの信号も同時に考慮され、ピント（焦点）合わ
せ、温湿度補償等が行われる。この場合、薄膜１ａには
圧電素子１ｃの変形に伴う応力が加わるので、薄膜１ａ
の厚さはある程度厚めに作られて相応の強度を持たせる
ようにするのがよい。

【００２１】図５は本発明にかかる可変形状鏡のさらに
他の実施例を示す概略構成図である。本実施例の可変形
状鏡１は、薄膜１ａと電極１ｂの間に介置される圧電素
子が逆方向の圧電特性を持つ材料で作られた２枚の圧電
素子１ｃ及び１ｃ’で構成されている点で、図２に示さ
れた実施例の可変形状鏡とは異なる。すなわち、圧電素
子１ｃと１ｃ’が強誘電性結晶で作られているとすれ
ば、結晶軸の向きが互いに逆になるように配置される。
この場合、圧電素子１ｃと１ｃ’は電圧が印加されると
逆方向に伸縮するので、薄膜１ａを変形させる力が図２
に示した実施例の場合よりも強くなり、結果的に鏡表面
の形を大きく変えることができるという利点がある。

【００２２】圧電素子１ｃ，１ｃ’に用いる材料として
は、例えばチタン酸バリウム、ロッシエル塩、水晶、電
気石、リン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）、リン酸二水素
アンモニウム（ＡＤＰ）、ニオブ酸リチウム等の圧電物
質、同物質の多結晶体、同物質の結晶、ＰｂＺｒＯ₃と
ＰｂＴｉＯ₃の固溶体の圧電セラミックス、二フッ化ポ
リビニール（ＰＶＤＦ）等の有機圧電物質、上記以外の
強誘電体等があり、特に有機圧電物質はヤング率が小さ
く、低電圧でも大きな変形が可能であるので、好まし
い。なお、これらの圧電素子１ｃ，１ｃ’を利用する場
合、厚さを不均一にすれば、上記実施例において薄膜１
ａの形状を適切に変形させることも可能である。

【００２３】また、圧電素子１ｃ，１ｃ’の材質として
は、ポリウレタン、シリコンゴム、アクリルエラストマ
ー、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤ
Ｆ）等の高分子圧電体、シアン化ビニリデン共重合体、
ビニリデンフルオライドとトリフルオロエチレンの共重
合体等が用いられる。圧電性を有する有機材料や、圧電
性を有する合成樹脂、圧電性を有するエラストマー等を
用いると可変形状鏡面の大きな変形が実現できてよい。

【００２４】図６は本発明にかかる可変形状鏡のさらに
他の実施例を示す概略構成図である。本実施例の可変形
状鏡１は、圧電素子１ｃが薄膜１ａと電極１ｆとにより
挟持され、薄膜１ａと電極１ｆ間に演算装置５により制
御される駆動回路１８‘を介して電圧が印加されるよう
になっており、さらにこれとは別に、支持台１６上に設
けられた電極１ｂにも演算装置５により制御される駆動
回路１８を介して電圧が印加されるように構成されてい
る。したがって、本実施例では、薄膜１ａは電極１ｆと
の間に印加される電圧と電極１ｂに印加される電圧によ
る静電気力とにより二重に変形され得、上記実施例に示
した何れのものよりもより多くの変形パターンが可能で
あり、かつ、応答性も速いという利点がある。

【００２５】そして、薄膜１ａ、電極１ｆ間の電圧の符
号を変えれば、可変形状鏡を凸面にも凹面にも変形させ
ることができる。その場合、大きな変形を圧電効果で行
ない、微細な形状変化を静電気力で行ってもよい。ま
た、凸面の変形には圧電効果を主に用い、凹面の変形に
は静電気力を主に用いてもよい。なお、電極１ｆは電極
１ｂのように複数の電極から構成されてもよい。この様
子を図６に示した。

【００２６】図２、図６の圧電素子１ｃに電歪材料、例
えば、アクリルエラストマー、シリコンゴム等を用いる
場合には、圧電素子１ｃを別の基板と電歪材料を貼り合
わせた構造にしてもよい。なお、本願では、圧電効果と
電歪効果、電歪をすべてまとめて圧電効果と述べてい
る。従って、電歪材料も圧電材料に含むものとする。

【００２７】図７は本発明にかかる可変形状鏡のさらに
他の実施例を示す概略構成図である。本実施例の可変形
状鏡１は、電磁気力を利用して反射面の形状を変化させ
得るようにしたもので、支持台１６の内部底面上には永
久磁石１９が、頂面上には窒化シリコン又はポリイミド
等からなる基板１ｇの周縁部が載置固定されており、基
板１ｇの表面にはアルミニウム等の金属コートで作られ
た薄膜１ａが付設されていて、可変形状鏡１を構成して
いる。基板１ｇの下面には複数のコイル２０が配設され
ており、これらのコイル２０はそれぞれ駆動回路１８を
介して演算装置５に接続されている。したがって、各セ
ンサー６，７，８，１７からの信号によって演算装置５
において求められる光学系の変化に対応した演算装置５
からの出力信号により、各駆動回路１８から各コイル２
０にそれぞれ適当な電流が供給されると、永久磁石１９
との間に働く電磁気力で各コイル２０は反発又は吸着さ
れ、基板１ｇ及び薄膜１ａを変形させる。

【００２８】この場合、各コイル２０はそれぞれ異なる
量の電流を流すようにすることもできる。また、コイル
２０は１個でもよいし、永久磁石１９を基板１ｇに付設
しコイル２０を支持台１６の内部底面側に設けるように
してもよい。また、コイル２０はリソグラフィー等の手
法で作るとよく、さらに、コイル２０には強磁性体より
なる鉄心を入れるようにしてもよい。

【００２９】この場合、薄膜コイル２０の巻密度を、図
８に示すように、場所によって変化させることにより、
基板１ｇ及び薄膜１ａに所望の変形を与えるようにする
こともできる。また、コイル２０は１個でもよいし、ま
た、これらのコイル２０には強磁性体よりなる鉄心を挿
入してもよい。

【００３０】図９は本発明にかかる可変形状鏡のさらに
他の実施例を示す概略構成図である。本実施例の可変形
状鏡１では、基板１ｇは鉄等の強磁性体で作られてお
り、反射膜としての薄膜１ａはアルミニウム等からなっ
ている。この場合、薄膜コイルを設けなくてもすむか
ら、構造が簡単で、製造コストを低減することができ
る。また、電源スイッチ４を切換え兼電源開閉用スイッ
チに置換すれば、コイル２０に流れる電流の方向を変え
ることができ、基板１ｇ及び薄膜１ａの形状を自由に変
えることができる。

【００３１】図１０は本実施例におけるコイル２０の配
置を示し、図１１はコイル２０の他の配置例を示してい
るが、これらの配置は、図７に示した実施例にも適用す
ることができる。なお、図１２は、図７に示した実施例
において、コイル２０の配置を図１１に示したようにし
た場合に適する永久磁石１９の配置を示している。すな
わち、図１２に示すように、永久磁石１９を放射状に配
置すれば、図７に示した実施例に比べて、微妙な変形を
基板１ｇ及び薄膜１ａに与えることができる。また、こ
のように電磁気力を用いて基板１ｇ及び薄膜１ａを変形
させる場合（図７及び図９の実施例）は、静電気力を用
いた場合よりも低電圧で駆動できるという利点がある。

【００３２】以上いくつかの可変形状鏡の実施例を述べ
たが、可変形状鏡の形を変形させるために、図６の例に
示すように、２種類以上の力を用いてもよい。つまり静
電気力、電磁力、圧電効果、磁歪、流体の圧力、電場、
磁場、温度変化、電磁波等のうちから２つ以上を同時に
用いて可変形状鏡を変形させてもよい。このように、２
つ以上の異なる駆動方法を用いて光学特性可変光学素子
を作れば、大きな変形と微細な変形とを同時に実現で
き、精度の良い鏡面が実現できる。

【００３３】図１３は本発明のさらに他の実施例に係
る、光学装置に適用可能な可変形状鏡を用いた撮像系、
例えば携帯電話のデジタルカメラ、カプセル内視鏡、電
子内視鏡、パソコン用デジタルカメラ、ＰＤＡ（携帯情
報端末）用デジタルカメラ等に用いられる撮像系の概略
構成図である。本実施例の撮像系は、可変形状鏡１と、
レンズ９と、固体撮像素子１４と、制御系２１とで一つ
の撮像ユニット２２を構成している。本実施例の撮像ユ
ニット２２では、レンズ９を通った物体からの光は可変
形状鏡１で集光され、固体撮像素子１４の上に結像す
る。可変形状鏡１は、光学特性可変光学素子の一種であ
り、可変焦点ミラーとも呼ばれている。

【００３４】本実施例によれば、物体距離が変わっても
可変形状鏡１を変形させることでピント合わせをするこ
とができ、レンズをモータ等で駆動する必要がなく、小
型化、軽量化、低消費電力化の点で優れている。また、
撮像ユニット２２は本発明の撮像系としてすべての実施
例で用いることができる。さらに、可変形状鏡１を複数
用いることでズーム、変倍の撮像系、光学系を作ること
ができる。

【００３５】図１３では、制御系２１にコイルを用いた
トランスの昇圧回路を含む制御系の構成例を示してい
る。特に積層型圧電トランスを用いると、小型化できて
よい。昇圧回路は本発明のすべての電気を用いる可変形
状鏡、可変焦点レンズに用いることができるが、特に静
電気力、圧電効果を用いる場合の可変形状鏡、可変焦点
レンズに有用である。

【００３６】なお、静電気力、圧電効果を用いた可変形
状鏡、可変焦点レンズなどにおいては、駆動用に高電圧
が必要になる場合がある。その場合には、例えば図１３
に示すように、昇圧用のトランス、あるいは圧電トラン
ス等を用いて制御系を構成するとよい。また、反射用の
薄膜１ａは、変形しない部分にも設けておくと、可変形
状鏡の形状を干渉計等で測定する場合に、基準面として
使うことができ便利である。

【００３７】図１４は本発明の可変形状鏡に関する更な
る他の実施例に係るマイクロポンプ２３で流体２４を出
し入れし、ミラー面を変形させる可変形状鏡１の概略構
成図である。本実施例によれば、ミラー面を大きく変形
させることが可能になるというメリットがある。なお、
図中、３２は反射膜、６８は液溜である。

【００３８】マイクロポンプ２３は、例えば、マイクロ
マシンの技術で作られた小型のポンプで、電力で動くよ
うに構成されている。マイクロマシンの技術で作られた
ポンプの例としては、熱変形を利用したもの、圧電材料
を用いたもの、静電気力を用いたものなどがある。

【００３９】図１５は本発明に適用可能なマイクロポン
プの一実施例を示す概略構成図である。本実施例のマイ
クロポンプ２３では、振動板２７は静電気力、圧電効果
等の電気力により振動する。図１５では静電気力により
振動する例を示しており、図中、２８、２９は電極であ
る。また、点線は変形した時の振動板２７を示してい
る。振動板２７の振動に伴い、２つの弁３０、３１が開
閉し、流体２４を右から左へ送るようになっている。

【００４０】本実施例のマイクロポンプは、反射膜３２
が流体２４の量に応じて凹凸に変形することで、可変形
状鏡として機能する。可変形状鏡は流体２４で駆動され
ている。流体としては、シリコンオイル、空気、水、ゼ
リー、等の有機物、無機物を用いることができる。

【００４１】図１６は本発明にかかる可変焦点レンズの
原理的構成を示す図である。この可変焦点レンズ３３
は、第１，第２の面としてのレンズ面３４ａ，３４ｂを
有する第１のレンズ３４と、第３，第４の面としてのレ
ンズ面３５ａ，３５ｂを有する第２のレンズ３５と、こ
れらレンズ間に透明電極３６、３７を介して設けた高分
子分散液晶層３８とを有し、入射光を第１，第２のレン
ズ３４，３５を経て収束させるものである。透明電極３
６、３７は、スイッチ３９を介して交流電源４０に接続
して、高分子分散液晶層３８に交流電界を選択的に印加
するようにする。なお、高分子分散液晶層３８は、それ
ぞれ液晶分子４１を含む球状、多面体等の任意の形状の
多数の微小な高分子セル４２を有して構成し、その体積
は、高分子セル４２を構成する高分子および液晶分子４
１がそれぞれ占める体積の和に一致させる。

【００４２】ここで、高分子セル４２の大きさは、球状
とするとき、その平均の直径を図１６に示すようにＤと
し、使用する光の波長をλとする場合、例えば、 ２ｎｍ≦Ｄ≦λ／５ …(1) とする。すなわち、液晶分子４１の大きさは、２ｎｍ程
度以上であるので、平均の直径Ｄの下限値は、２ｎｍ以
上とする。また、Ｄの上限値は、可変焦点レンズ３３の
光軸方向における高分子分散液晶層３８の厚さｔにも依
存するが、λに比べて大きいと、高分子の屈折率と液晶
分子４１の屈折率との差により、高分子セル４２の境界
面で光が散乱して高分子分散液晶層３８が不透明になっ
てしまうため、後述するように、好ましくはλ／５以下
とする。可変焦点レンズが用いられる光学製品によって
は高精度を要求しない場合もあり、そのときＤはλ以下
でよい。なお、高分子分散液晶層３８の透明度は、厚さ
ｔが厚いほど悪くなる。

【００４３】また、液晶分子４１は、例えば、一軸性の
ネマティック液晶分子を用いる。この液晶分子４１の屈
折率楕円体は、図１７に示すような形状となり、 ｎ_ox＝ｎ_oy＝ｎ_o …(2) である。ただし、ｎ_oは常光線の屈折率を示し、ｎ_oxお
よびｎ_oyは、常光線を含む面内での互いに直交する方向
の屈折率を示す。

【００４４】ここで、図１６に示すように、スイッチ３
９をオフ、すなわち高分子分散液晶層３８に電界を印加
しない状態では、液晶分子４１が様々な方向を向いてい
るので、入射光に対する高分子分散液晶層３８の屈折率
は高く、屈折力の強いレンズとなる。これに対し、図１
８に示すように、スイッチ３９をオンとして高分子分散
液晶層３８に交流電界を印加すると、液晶分子４１は、
屈折率楕円体の長軸方向が可変焦点レンズ３３の光軸と
平行となるように配向するので、屈折率が低くなり、屈
折力の弱いレンズとなる。

【００４５】なお、高分子分散液晶層３８に印加する電
圧は、例えば、図１９に示すように、可変抵抗器２によ
り段階的あるいは連続的に変化させることもできる。こ
のようにすれば、印加電圧が高くなるにつれて、液晶分
子４１は、その楕円長軸が徐々に可変焦点レンズ３３の
光軸と平行となるように配向するので、屈折力を段階的
あるいは連続的に変えることができる。

【００４６】図１６に示す状態、すなわち高分子分散液
晶層３８に電界を印加しない状態での、液晶分子４１の
平均屈折率ｎ_LC’は、図１７に示すように屈折率楕円体
の長軸方向の屈折率をｎ_zとすると、およそ （ｎ_ox＋ｎ_oy＋ｎ_Z）／３≡ｎ_LC’ …(3) となる。また、上記(2)式が成り立つときの平均屈折率
ｎ_LCは、ｎ_zを異常光線の屈折率ｎ_eと表して、 （２ｎ_o＋ｎ_e）／３≡ｎ_LC …(4) で与えられる。このとき、高分子分散液晶層３８の屈折
率ｎ_Aは、高分子セル４２を構成する高分子の屈折率を
ｎ_Pとし、高分子分散液晶層３８の体積に占める液晶分
子４１の体積の割合をｆｆとすると、マックスウェル・
ガーネットの法則により、 ｎ_A＝ｆｆ・ｎ_LC’＋（１−ｆｆ）ｎ_P …(5) で与えられる。

【００４７】したがって、図１９に示すように、レンズ
３４および３５の内側の面、すなわち高分子分散液晶層
３８側の面の曲率半径を、それぞれＲ₁およびＲ₂とする
と、可変焦点レンズ３３の焦点距離ｆ₁は、 １／ｆ₁＝（ｎ_A−１）（１／Ｒ₁−１／Ｒ₂） …(6) で与えられる。なお、Ｒ₁およびＲ₂は、曲率中心が像点
側にあるとき、正とする。また、レンズ３４および３５
の外側の面による屈折は除いている。つまり、高分子分
散液晶層３８のみによるレンズの焦点距離が、(6)式で
与えられる。

【００４８】また、常光線の平均屈折率を、 （ｎ_ox＋ｎ_oy）／２＝ｎ_o’ …(7) とすれば、図１８に示す状態、すなわち高分子分散液晶
層３８に電界を印加した状態での、高分子分散液晶層３
８の屈折率ｎ_Bは、 ｎ_B＝ｆｆ・ｎ_o’＋（１−ｆｆ）ｎ_P …(8) で与えられるので、この場合の高分子分散液晶層３８の
みによるレンズの焦点距離ｆ₂は、 １／ｆ₂＝（ｎ_B−１）（１／Ｒ₁−１／Ｒ₂） …(9) で与えられる。なお、高分子分散液晶層３８に、図１８
におけるよりも低い電圧を印加する場合の焦点距離は、
(6)式で与えられる焦点距離ｆ₁と、(9)式で与えられる
焦点距離ｆ₂との間の値となる。

【００４９】上記(6)および(9)式から、高分子分散液晶
層３８による焦点距離の変化率は、 ｜（ｆ₂−ｆ₁）／ｆ₂｜＝｜（ｎ_B−ｎ_A）／（ｎ_B−１）｜ …(10) で与えられる。したがって、この変化率を大きくするに
は、｜ｎ_B−ｎ_A｜を大きくすればよい。ここで、 ｎ_B−ｎ_A＝ｆｆ（ｎ_o’−ｎ_LC’） …(11) であるから、｜ｎ_o’−ｎ_LC’｜を大きくすれば、変化
率を大きくすることができる。実用的には、ｎ_Bが、
１．３〜２程度であるから、 ０．０１≦｜ｎ_o’−ｎ_LC’｜≦１０ …(12) とすれば、ｆｆ＝０．５のとき、高分子分散液晶層３８
による焦点距離を、０．５％以上変えることができるの
で、効果的な可変焦点レンズを得ることができる。な
お、｜ｎ_o’−ｎ_LC’｜は、液晶物質の制限から、１０
を越えることはできない。

【００５０】次に、上記(1)式の上限値の根拠について
説明する。「Solar Energy Materials and Solar Cell
s」31巻,Wilson and Eck,1993, Eleevier Science Publ
ishersB.v.発行の第197 〜214 頁、「Transmission var
iation using scattering/transparent switching film
s 」には、高分子分散液晶の大きさを変化させたときの
透過率τの変化が示されている。そして、かかる文献第
206の図６には、高分子分散液晶の半径をｒとし、ｔ＝
３００μｍ、ｆｆ＝０．５、ｎ_P ＝１．４５、ｎ_LC＝
１．５８５、λ＝５００ｎｍとするとき、透過率τは、
理論値で、ｒ＝５ｎｍ（Ｄ＝λ／５０、Ｄ・ｔ＝λ・６
μｍ（ただし、Ｄおよびλの単位はｎｍ、以下も同
じ））のときτ≒９０％となり、ｒ＝２５ｎｍ（Ｄ＝λ
／１０）のときτ≒５０％になることが示されている。

【００５１】ここで、例えば、透過率τがｔの指数関数
で変化すると仮定して、ｔ＝１５０μｍの場合の透過率
τを推定してみると、ｒ＝２５ｎｍ（Ｄ＝λ／１０、Ｄ
・ｔ＝λ・１５μｍ）のときτ≒７１％となる。また、
ｔ＝７５μｍの場合は、同様に、ｒ＝２５ｎｍ（Ｄ＝λ
／１０、Ｄ・ｔ＝λ・７．５μｍ）のときτ≒８０％と
なる。

【００５２】これらの結果から、 Ｄ・ｔ≦λ・１５μｍ …(13) であれば、τは７０％〜８０％以上となり、レンズとし
て十分実用になる。したがって、例えば、ｔ＝７５μｍ
の場合は、Ｄ≦λ／５で、十分な透過率が得られること
になる。

【００５３】また、高分子分散液晶層３８の透過率は、
ｎ_Pの値がｎ_LC’の値に近いほど良くなる。一方、ｎ_o’
とｎ_Pとが異なる値になると、高分子分散液晶層３８の
透過率は悪くなる。図１６の状態と図１８の状態とで、
平均して高分子分散液晶層３８の透過率が良くなるの
は、 ｎ_P＝（ｎ_o’＋ｎ_LC’）／２ …(14) を満足するときである。

【００５４】ここで、可変焦点レンズ３３は、レンズと
して使用するものであるから、図１６の状態でも、図１
８の状態でも、透過率はほぼ同じで、かつ高い方が良
い。そのためには、高分子セル４２を構成する高分子の
材料および液晶分子４１の材料に制限があるが、実用的
には、 ｎ_o’≦ｎ_P≦ｎ_LC’ …(15) とすればよい。

【００５５】上記(14)式を満足すれば、上記(13)式は、
さらに緩和され、 Ｄ・ｔ≦λ・６０μｍ …(16) であれば良いことになる。なぜなら、フレネルの反射則
によれば、反射率は屈折率差の２乗に比例するので、高
分子セル４２を構成する高分子と液晶分子４１との境界
での光の反射、すなわち高分子分散液晶層３８の透過率
の減少は、およそ上記の高分子と液晶分子４１との屈折
率の差の２乗に比例するからである。

【００５６】以上は、ｎ_o’≒１．４５、ｎ_LC’≒１．
５８５の場合であるが、より一般的に定式化すると、 Ｄ・ｔ≦λ・１５μｍ・（１．５８５−１．４５）²／（ｎ_u−ｎ_P）² …(17) であればよい。ただし、（ｎ_u−ｎ_P）²は、（ｎ_LC’−
ｎ_P）²と（ｎ_o’−ｎ_P）²とのうち、大きい方である。

【００５７】また、可変焦点レンズ３３の焦点距離変化
を大きくするには、ｆｆの値が大きい方が良いが、ｆｆ
＝１では、高分子の体積がゼロとなり、高分子セル４２
を形成できなくなるので、 ０．１≦ｆｆ≦０．９９９ …(18) とする。一方、ｆｆは、小さいほどτは向上するので、
上記(17)式は、好ましくは、 4×10^-6〔μｍ〕²≦Ｄ・ｔ≦λ・45μｍ・(1.585−1.45)²/(ｎ_u−ｎ_P)²…(19) とする。なお、ｔの下限値は、図１６から明らかなよう
に、ｔ＝Ｄで、Ｄは、上述したように２ｎｍ以上である
ので、Ｄ・ｔの下限値は、（２×１０^-3μｍ）²、すな
わち４×１０^-6〔μｍ〕²となる。

【００５８】なお、物質の光学特性を屈折率で表す近似
が成り立つのは、「岩波科学ライブラリー８ 小惑星が
やってくる」向井正著,1994,岩波書店発行の第５８頁に
記載されているように、Ｄが１０ｎｍ〜５ｎｍより大き
い場合である。また、Ｄが５００λを越えると、光の散
乱は幾何学的となり、高分子セル４２を構成する高分子
と液晶分子４１との界面での光の散乱がフレネルの反射
式に従って増大するので、Ｄは、実用的には、 ７ｎｍ≦Ｄ≦５００λ …(20) とする。

【００５９】図２０は、図１９に示す可変焦点レンズ３
３を用いたデジタルカメラ用の撮像光学系の構成を示す
ものである。この撮像光学系においては、物体（図示せ
ず）の像を、絞り４３、可変焦点レンズ３３およびレン
ズ４４を介して、例えばＣＣＤよりなる固体撮像素子１
４上に結像させる。なお、図２０では、液晶分子の図示
を省略してある。

【００６０】かかる撮像光学系によれば、可変抵抗器２
により可変焦点レンズ３３の高分子分散液晶層３８に印
加する交流電圧を調整して、可変焦点レンズ３３の焦点
距離を変えることより、可変焦点レンズ３３およびレン
ズ４４を光軸方向に移動させることなく、例えば、無限
遠から６００ｍｍまでの物体距離に対して、連続的に合
焦させる（ピントを合わせる）ことが可能となる。

【００６１】図２１は本発明にかかる可変焦点回折光学
素子の一例の構成を示す図である。この可変焦点回折光
学素子４５は、平行な第１，第２の面４６ａ，４６ｂを
有する第１の透明基板４６と、光の波長オーダーの溝深
さを有する断面鋸歯波状のリング状回折格子を形成した
第３の面４７ａおよび平坦な第４の面４７ｂを有する第
２の透明基板４７とを有し、入射光を第１，第２の透明
基板４６、４７を経て出射させるものである。第１，第
２の透明基板４６、４７間には、図１６で説明したのと
同様に、透明電極３６、３７を介して高分子分散液晶層
３８を設け、透明電極３６、３７をスイッチ３９を経て
交流電源４０に接続して、高分子分散液晶層３８に交流
電界を印加するようにする。

【００６２】かかる構成において、可変焦点回折光学素
子４５に入射する光線は、第３の面４７ａの格子ピッチ
をｐとし、ｍを整数とすると、 ｐsinθ＝ｍλ …(21) を満たす角度θだけ偏向されて出射される。また、溝深
さをｈ、透明基板４７の屈折率をｎ₄₇とし、ｋを整数と
すると、 ｈ（ｎ_A−ｎ₄₇）＝ｍλ …(22) ｈ（ｎ_B−ｎ₄₇）＝ｋλ …(23) を満たせば、波長λで回折効率が１００％となり、フレ
アの発生を防止することができる。

【００６３】ここで、上記(22)および(23)式の両辺の差
を求めると、 ｈ（ｎ_A−ｎ_B）＝（ｍ−ｋ）λ …(24) が得られる。したがって、例えば、λ＝５００ｎｍ、ｎ
_A＝１．５５、ｎ_B＝１．５とすると、 ０．０５ｈ＝（ｍ−ｋ）・５００ｎｍ となり、ｍ＝１，ｋ＝０とすると、 ｈ＝１００００ｎｍ＝１０μｍ となる。この場合、透明基板４７の屈折率ｎ₄₇は、上記
(22)式から、ｎ₄₇＝１．５であればよい。また、可変焦
点回折光学素子４５の周辺部における格子ピッチｐを１
０μｍとすると、θ≒２．８７°となり、Ｆナンバーが
１０のレンズを得ることができる。

【００６４】かかる可変焦点回折光学素子４５は、高分
子分散液晶層３８への印加電圧のオン・オフで光路長が
変わるので、例えば、レンズ系の光束が平行でない部分
に配置して、ピント調整を行うのに用いたり、レンズ系
全体の焦点距離等を変えるのに用いることができる。

【００６５】なお、この実施例において、上記(22)〜(2
4)式は、実用上、 ０．７ｍλ≦ｈ（ｎ_A−ｎ₄₇）≦１．４ｍλ …(25) ０．７ｋλ≦ｈ（ｎ_B−ｎ₄₇）≦１．４ｋλ …(26) ０．７（ｍ−ｋ）λ≦ｈ（ｎ_A−ｎ_B）≦１．４（ｍ−ｋ）λ …(27) を満たせば良い。

【００６６】また、ツイストネマティック液晶を用いる
可変焦点レンズも本発明に含まれる。図２２および図２
３は、この場合の可変焦点眼鏡４８の構成を示すもので
あり、可変焦点レンズ３３は、レンズ３４及び３５と、
これらレンズの内面上にそれぞれ透明電極３６、３７を
介して設けた配向膜４９ａ，４９ｂと、これら配向膜間
に設けたツイストネマティック液晶層５０とを有して構
成し、その透明電極３６、３７を可変抵抗器２を経て交
流電源４０に接続して、ツイストネマティック液晶層５
０に交流電界を印加するようにする。

【００６７】かかる構成において、ツイストネマティッ
ク液晶層５０に印加する電圧を高くすると、液晶分子５
１は、図２３に示すようにホメオトロピック配向とな
り、図２２に示す印加電圧が低いツイストネマティック
状態の場合に比べて、ツイストネマティック液晶層５０
の屈折率は小さくなり、焦点距離が長くなる。

【００６８】ここで、図２２に示すツイストネマティッ
ク状態における液晶分子５１の螺旋ピッチＰは、光の波
長λに比べて同じ程度か十分小さくする必要があるの
で、例えば、 ２ｎｍ≦Ｐ≦２λ／３ …(28) とする。なお、この条件の下限値は、液晶分子の大きさ
で決まり、上限値は、入射光が自然光の場合に、図２２
の状態でツイストネマティック液晶層５０が等方媒質と
して振る舞うために必要な値であり、この上限値の条件
を満たさないと、可変焦点レンズ３３は偏光方向によっ
て焦点距離の異なるレンズとなり、これがため二重像が
形成されてぼけた像しか得られなくなる。

【００６９】図２４（ａ）（ｂ）は、本発明にかかる可
変偏角プリズムの構成を示すものである。なお、図２４
（ａ）（ｂ）および後述の図２５では、液晶分子５１の
図示を省略してある。この可変偏角プリズム５２は、第
１，第２の面４６ａ，４６ｂを有する入射側の第１の透
明基板４６と、第３，第４の面４７ａ，４７ｂを有する
出射側の平行平板状の第２の透明基板４７とを有する。
入射側の透明基板４６の内面（第２の面）４６ｂは、フ
レネル状に形成し、この透明基板４６と出射側の透明基
板４７との間に、図１６で説明したと同様に、透明電極
３６、３７を介して高分子分散液晶層３８を設ける。透
明電極３６、３７は、可変抵抗器２を経て交流電源４０
に接続し、これにより高分子分散液晶層３８に交流電界
を印加して、可変偏角プリズム５２を透過する光の偏角
を制御するようにする。

【００７０】なお、図２４(a)では、透明基板４６の内
面４６ｂをフレネル状に形成したが、例えば、図２４
(b)に示すように、透明基板４６および４７の内面を相
対的に傾斜させた傾斜面を有する通常のプリズム状に形
成することもできるし、図２１に示した回折格子状に形
成することもできる。回折格子状に形成する場合にも、
上記の(21)〜(27)式を満たせば、上記可変回折光学素子
４５，可変焦点眼鏡４８と同様のことがいえる。

【００７１】かかる構成の可変偏角プリズム５２は、例
えば、ＴＶカメラ、デジタルカメラ、フィルムカメラ、
双眼鏡等のブレ防止用として有効に用いることができ
る。この場合、可変偏角プリズム５２の屈折方向（偏向
方向）は、上下方向とするのが望ましいが、さらに性能
を向上させるためには、２個の可変偏角プリズム５２を
偏向方向を異ならせて、例えば図２５に示すように、上
下および左右の直交する方向で屈折角を変えるように配
置するのが望ましい。

【００７２】図２６は本発明にかかる可変焦点レンズを
用いた可変焦点ミラーを示すものである。なお、図２６
では、液晶分子の図示を省略してある。この可変焦点ミ
ラー５３は、第１，第２の面４６ａ，４６ｂを有する第
１の透明基板４６と、第３，第４の面４７ａ，４７ｂを
有する第２の透明基板４７とを有する。第１の透明基板
４６は、平板状またはレンズ状に形成して、内面（第２
の面）４６ｂに透明電極３６を設け、第２の透明基板４
７は、内面（第３の面）４７ａを凹面状に形成して、該
凹面上に反射膜５４を施し、さらにこの反射膜５４上に
透明電極３７を設ける。透明電極３６、３７間には、図
１６で説明したと同様に、高分子分散液晶層３８を設
け、これら透明電極３６、３７をスイッチ３９および可
変抵抗器２を経て交流電源４０に接続して、高分子分散
液晶層３８に交流電界を印加するようにする。

【００７３】かかる構成によれば、透明基板４６側から
入射する光線は、反射膜５４により高分子分散液晶層３
８を折り返す光路となるので、高分子分散液晶層３８の
作用を２回もたせることができると共に、高分子分散液
晶層３８への印加電圧を変えることにより、反射光の焦
点位置を変えることができる。この場合、可変焦点ミラ
ー５３に入射した光線は、高分子分散液晶層３８を２回
透過するので、高分子分散液晶層３８の厚さの２倍をｔ
とすれば、上記の各式を同様に用いることができる。な
お、透明基板４６または４７の内面を、図２１に示した
ように回折格子状にして、高分子分散液晶層３８の厚さ
を薄くすることもできる。このようにすれば、散乱光を
より少なくできる利点がある。

【００７４】以上の説明では、液晶の劣化を防止するた
め、電源として交流電源４０を用いて、液晶に交流電界
を印加するようにしたが、直流電源を用いて液晶に直流
電界を印加するようにすることもできる。また、液晶分
子の方向を変える方法としては、電圧を変化させること
以外に、液晶にかける電場の周波数、液晶にかける磁場
の強さ・周波数、あるいは液晶の温度等を変化させるこ
とによってもよい。以上に示した実施例において、高分
子分散液晶は液状ではなく固体に近いものもあるので、
その場合はレンズ３４，３５の一方、透明基板４６、レ
ンズ４４、レンズ３４、３５の一方、図２４(a)におけ
る透明基板４７、図２４(b)における透明基板４６、４
７の一方はなくてもよい。なお、本願では図２６のよう
な、形状の変化しない可変焦点ミラーも、可変形状鏡の
中に含めるものとする。

【００７５】図２７は本発明である光学装置の更に他の
実施例に係る、可変焦点レンズ５５を用いた撮像ユニッ
トの概略構成図である。撮像ユニット２２は本発明の撮
像系として用いることができる。本実施例では、レンズ
９と可変焦点レンズ５５とで、撮像レンズを構成してい
る。そして、この撮像レンズと固体撮像素子１４とで撮
像ユニット２２を構成している。可変焦点レンズ５５
は、透明部材５６と圧電性のある合成樹脂等の柔らかい
透明物質５７とで、光を透過する流体あるいはゼリー状
物質５８を挟んで構成されている。

【００７６】流体あるいはゼリー状物質５８としては、
シリコンオイル、弾性ゴム、ゼリー、水等を用いること
ができる。透明物質５７の両面には透明電極６０が設け
られており、回路５９を介して電圧を加えることで、透
明物質５７の圧電効果により透明物質５７が変形し、可
変焦点レンズ５５の焦点距離が変わるようになってい
る。従って、本実施例によれば、物体距離が変わった場
合でも光学系をモーター等で動かすことなくフォーカス
ができ、小型、軽量、消費電力が少ない点で優れてい
る。

【００７７】図２７中、６１は流体をためるシリンダー
である。また、透明物質５７の材質としては、ポリウレ
タン、シリコンゴム、アクリルエラストマー、ＰＺＴ、
ＰＬＺＴ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分
子圧電体、シアン化ビニリデン共重合体、ビニリデンフ
ルオライドとトリフルオロエチレンの共重合体等が用い
られる。また、圧電性を有する有機材料や、圧電性を有
する合成樹脂、圧電性を有するエラストマー等を用いる
と可変焦点レンズ面の大きな変形が実現できて好まし
い。なお、可変焦点レンズには透明な圧電材料を用いる
とよい。

【００７８】可変焦点レンズ５５は、シリンダー６１を
設けるかわりに、図２８に示すように、支援部材６２を
設けてシリンダー６１を省略した構造にしてもよい。

【００７９】支援部材６２は、間に透明電極６０を挟ん
で、透明物質５７の一部の周辺部分を固定している。本
実施例によれば、透明物質５７に電圧をかけることによ
って、透明物質５７が変形しても、図２９に示すよう
に、可変焦点レンズ５５全体の体積が変わらないように
変形するため、シリンダー６１が不要になる。なお、図
２８、２９中、６４は変形可能部材で、弾性体、アコー
ディオン状の合成樹脂または金属等でできている。

【００８０】図２７、２８に示す実施例では、電圧を逆
に印加すると透明物質５７は逆向きに変形するので凹レ
ンズにすることも可能である。なお、透明物質５７に電
歪材料、例えば、アクリルエラストマー、シリコンゴム
等を用いる場合は、透明物質５７を透明基板と電歪材料
を貼り合わせた構造にするとよい。

【００８１】図３０は本発明である可変焦点レンズのさ
らに他の実施例に係る、マイクロポンプ６３で流体２４
を出し入れし、レンズ面を変形させる可変焦点レンズ５
５の概略構成図である。マイクロポンプ６３は、例え
ば、マイクロマシンの技術で作られた小型のポンプであ
り、電力で動くように構成されている。流体２４は、透
明基板２５と、弾性体２６との間に挟まれている。図３
０中、６５は弾性体２６を保護するための透明基板であ
る。この透明基板６５は省略することもできる。マイク
ロマシンの技術で作られたポンプの例としては、熱変形
を利用したもの、圧電材料を用いたもの、静電気力を用
いたものなどがある。また、図３０に示す可変焦点レン
ズに用いるマイクロポンプ６３のように、図１５で示し
たようなマイクロポンプ２３を２つ用いてもよい。

【００８２】なお、静電気力、圧電効果を用いた可変焦
点レンズなどにおいては、駆動用に高電圧が必要になる
場合がある。その場合には、昇圧用のトランス、あるい
は圧電トランス等を用いて制御系を構成するとよい。特
に積層型圧電トランスを用いると小型にできてよい。

【００８３】図３１は本発明にかかる光学特性可変光学
素子の他の実施例であって圧電材料６６を用いた可変焦
点レンズ３３の概略構成図である。圧電材料６６には、
図２７及び図２８に示す透明物質５７と同様の材料が用
いられており、圧電材料６６は、透明で柔らかい基板６
７の上に設けられている。なお、基板６７には、合成樹
脂、有機材料を用いるのが望ましい。本実施例において
は、２つの透明電極６０を介して電圧を圧電材料６６に
加えることで圧電材料６６は変形し、図３１において凸
レンズとしての作用を持っている。

【００８４】なお、基板６７の形をあらかじめ凸状に形
成しておき、かつ、２つの透明電極６０のうち、少なく
とも一方の電極の大きさを基板６７と異ならせておく、
例えば、一方の透明電極６０を基板６７よりも小さくし
ておくと、電圧を切ったときに、図３２に示すように、
２つの透明電極６０が対向する所定部分だけが凹状に変
形して凹レンズの作用を持つようになり、可変焦点レン
ズとして動作する。このとき基板６７は、流体２４の体
積が変化しないように変形するので、液溜６８が不要に
なるというメリットがある。

【００８５】本実施例では、流体２４を保持する基板の
一部分を圧電材料で変形させて、液溜６８を不要とした
ところに大きなメリットがある。なお、図３０の実施例
にも言えることであるが、透明基板２５，６５はレンズ
として構成しても、或いは平面で構成してもよい。

【００８６】図３３は本発明にかかる光学特性可変光学
素子のさらに他の実施例であって圧電材料からなる２枚
の薄板６６Ａ，６６Ｂを用いた可変焦点レンズの概略構
成図である。本実施例の可変焦点レンズは、薄板６６Ａ
と６６Ｂの材料の方向性を反転させることで、変形量を
大きくし、大きな可変焦点範囲が得られるというメリッ
トがある。なお、図３３中、２５はレンズ形状の透明基
板である。本実施例においても、本発明の他の実施例と
同様に、紙面の右側の透明電極６０は基板６７よりも小
さく形成されている。

【００８７】なお、図３１〜図３３の実施例において、
基板６７、薄板６６，６６Ａ，６６Ｂの厚さを不均一に
して、電圧を掛けたときの変形のさせかたをコントロー
ルしてもよい。このようにすれば、レンズの収差補正等
もすることができ、便利である。

【００８８】図３４は本発明にかかる可変焦点レンズの
さらに他の実施例を示す概略構成図である。本実施例の
可変焦点レンズ３３は、例えばシリコンゴムやアクリル
エラストマー等の電歪材料６９を用いて構成されてい
る。本実施例の構成によれば、電圧が低いときには、図
３４に示すように、凸レンズとして作用し、電圧を上げ
ると、図３５に示すように、電歪材料６９が上下方向に
伸びて左右方向に縮むので、焦点距離が伸びる。従っ
て、可変焦点レンズとして動作する。本実施例の可変焦
点レンズによれば、大電源を必要としないので消費電力
が小さくて済むというメリットがある。

【００８９】図３６は本発明にかかる光学特性可変光学
素子のさらに他の実施例であってフォトメカニカル効果
を用いた可変焦点レンズの概略構成図である。本実施例
の可変焦点レンズ７０は、透明弾性体７１ａ，７１ｂで
アゾベンゼン７２が挟まれており、アゾベンゼン７２に
は、透明なスペーサー７３を経由して紫外光が照射され
るようになっている。図３６中、７４ａ，７４ｂはそれ
ぞれ中心波長がλ₁，λ₂の例えば紫外ＬＥＤ、紫外半導
体レーザー等の紫外光源である。

【００９０】本実施例において、中心波長がλ₁の紫外
光が図３７(a)に示すトランス型のアゾベンゼンに照射
されると、アゾベンゼン７２は、図３７(b)に示すシス
型に変化して体積が減少する。このため、可変焦点レン
ズ７０の形状はうすくなり、凸レンズ作用が減少する。
一方、中心波長がλ₂の紫外光が図３７（ｂ）に示すシ
ス型のアゾベンゼン７２に照射されると、アゾベンゼン
７２はシス型から図３７（ａ）に示すトランス型に変化
して、体積が増加する。このため、可変焦点レンズ７０
の形状は厚くなり、凸レンズ作用が増加する。このよう
にして、本実施例の光学素子は可変焦点レンズとして作
用する。また、可変焦点レンズ７０では、透明弾性体７
１ａ，７１ｂの空気との境界面で光が全反射するので外
部に光がもれず、効率がよい。

【００９１】図３８は本発明にかかる可変形状鏡のさら
に他の実施例を示す概略構成図である。本実施例では、
デジタルカメラに用いられるものとして説明する。な
お、図３８中、２は可変抵抗器、５は演算装置、６は温
度センサー、７は湿度センサー、８は距離センサー、１
７はブレセンサーである。

【００９２】本実施例の可変形状鏡１は、アクリルエラ
ストマー等の有機材料からなる電歪材料６９と間を隔て
て分割電極１ｂを設け、電歪材料６９の上に順に電極７
５、変形可能な基板６７を設け、さらにその上に入射光
を反射するアルミニウム等の金属からなる反射膜７６を
設けて構成されている。このように構成すると、分割電
極１ｂを電歪材料６９と一体化した場合に比べて、反射
膜７６の面形状が滑らかになり、光学的に収差を発生さ
せにくくなるというメリットがある。なお、変形可能な
基板６７と電極７５の配置は逆でも良い。

【００９３】また、図３８中、７７は光学系の変倍、あ
るいはズームを行なう釦であり、可変形状鏡１は、釦７
７を使用者が押すことで反射膜７６の形を変形させて、
変倍あるいは、ズームをすることができるように演算装
置５を介して制御されている。なお、アクリルエラスト
マー等の有機材料からなる電歪材料のかわりに既に述べ
たチタン酸バリウム等の圧電材料を用いてもよい。

【００９４】図３９は、可変形状鏡、例えば静電気駆動
の可変形状鏡１を用いたデジタルカメラ７８の例であ
る。この可変形状鏡１を用いることでレンズを動かすこ
となく、フォーカスが行える。撮像レンズ１５は、凹レ
ンズ７９，プリズム１１、凸レンズ８０、８０、接合レ
ンズ８１、ローパスフィルター（図示せず）、赤外カッ
トフィルター８２から成り立っている。また、図３９に
おいて、８３はＣＰＵ（中央演算装置）である。

【００９５】固体撮像素子１４で撮像した電気信号は電
子回路８４で処理され、メモリー８５に記憶される。ま
た、固体撮像素子１４で撮像した電気信号は、表示装置
８６、例えば液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、
テレビモニターなどに表示される。さらに、アンテナ８
７で得た情報を通信装置８８で処理して表示装置８６に
表示することもできる。

【００９６】また、電子回路８４の出力である画像情報
等を通信装置８８を経由してアンテナ８７から発信する
こともできる。ここで、プリズム１１は、その屈折率を
ｎ₁₁とするとき、 ｎ₁₁≦１．４１ …(29) であることが望ましい。なぜなら、θ₁、θ₂、θ₃を図
３９に示すプリズム１１の角とするならば、θ₁＝４５
°＝θ₂の時、機械的に撮像レンズ１５の設計がしやす
いが、この時プリズム１１の斜面から光が抜けて可変形
状鏡１に入射するためには全反射しないことが必要で、
そのためには(29)式を満たす必要がある。

【００９７】あるいは、図３９でθ₁＝４０°、θ₂＝４
０°、θ₃＝１００°のとき、プリズム１１の斜面で光
線が全反射しないためには、 ｎ₁₁≦１．５５５ …(30) であればよい。

【００９８】(29) 式又は (30) 式を満たす材料として
は、プラスチックなどの低屈折率有機物、合成樹脂のほ
か、コンジュゲートマテリアルを用いてもよい。コンジ
ュゲートマテリアルとは、有機・無機材料とも呼ばれ、
たとえば合成樹脂の中に数ｎｍから数十ｎｍのガラス粒
子を分散させて、ガラスとプラスチックの中間の物性を
持つ材料のことである。コンジュゲートマテリアルでは
低屈折率の材料が得られるメリットがある。なお、コン
ジュゲートマテリアルは高分散低屈折率材料が得られる
ので、光学系全般について凹レンズに用いれば色収差除
去とペッツバール和を小さくすることが同時にでき、像
面彎曲の小さい、色収差の除去された光学系が得られ好
ましい。

【００９９】さらに、(29) 式又は(30) 式を満たす材料
としては、 旭ガラス社製サイトップ 屈折率１．３４ アクリル（PMMA） 屈折率１．４９ 溶融石英 屈折率１．４６ 等がある。また、上記したデジタルカメラ７８は、携帯
電話、PDA（携帯情報端末）等に用いることもできる。

【０１００】図３９に示すプリズム１１の２角につい
て、θ₁は３０°以上、θ₂は６０°以下で選ぶと、機械
設計がしやすく良い。可変形状鏡１としては本願の他の
実施例の可変形状鏡１を用いてもよい。

【０１０１】また、図３９で面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ
を曲面としてもよい。曲面形状を自由曲面とすれば、収
差補正で有利である。

【０１０２】図４０は、図３９の実施例に係るプリズム
１１の面１１ａを凹面としたデジタルカメラの概略構成
図である。図４０のように、プリズム１１の面１１ａを
凹面とすれば、図３９に示した凹レンズ７９を省略する
ことができ、小型化、低コスト化で有利である。

【０１０３】また、可変形状鏡１として静電駆動可変形
状鏡を用いた場合、可変形状鏡の裏側に駆動用の昇圧ト
ランス８９を置くと、全体がコンパクトになり良い。

【０１０４】図４１は、本発明のさらに他の実施例で、
デジタルカメラ、動画記録カメラ、テレビカメラ等に用
いられる電子撮像系９０を示す概略構成図であり、図４
２は、図４１に示すプリズム９１，９２の拡大図であ
る。可変形状鏡１と第２の可変形状鏡１’の２つを用い
ることで、機械的にレンズを動かすことなくズーム、フ
ォーカスが実現できる。

【０１０５】可変形状鏡１’は、例えば電磁気力を用い
るものであるが、本願の他の実施例の可変形状鏡１であ
ってもよい。可変形状鏡１’は、図４１に示すように２
つのプリズム９１、９２と一体化されており、プリズム
９２の一つの面に対向配置されている。

【０１０６】図４１において、プリズム９１のクサビ角
をθ₄、プリズム９２のクサビ角をθ₅、プリズム９２の
図示する角度をθ₆とする。また、プリズム９１の屈折
率をｎ₉₁、プリズム９２の屈折率をｎ₉₂、プリズム９１
と９２との間の媒質９３の屈折率をｎ₉₃とする。なお、
この媒質９３は空気でもよく、真空、接着剤、薄いガラ
ス等であってもよい。

【０１０７】図４２に示すように、軸上光線とプリズム
９１、媒質９３、プリズム９２の各面との交点を、Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈとする。また、プリズム９
１の２つの面を９１ａ、９１ｂ、プリズム９２の３つの
面を９２ａ、９２ｂ、９２ｃとする。面９１ａ、９１
ｂ、９２ａ、９２ｂ、９２ｃは曲面としてもよい。特に
自由曲面あるいは非球面、偏心した回転対称面とすれ
ば、収差補正で有利である。

【０１０８】面９１ｂ、９２ａ、９２ｂを平面とする
と、プリズム９１，９２の加工上容易になり好ましい。
また、プリズム９１の面９１ａ、９１ｂを平面とする
と、更に加工が容易となる。

【０１０９】なお、図４１に示す可変形状鏡１‘とプリ
ズム９２の間の空間をそのまわりから閉塞部材９４で密
封することで、可変形状鏡の表面を保護することができ
る。従って、光学素子に対向して可変形状鏡１’を配置
し、周囲の空間から反射面を遮断することで、可変形状
鏡を保護することができる。

【０１１０】図４２において、点Ｂ、Ｄ、Ｆ、Ｇに立て
た法線と軸上光線のなす角をそれぞれθ_b，θ_d，θ_f，
θ_gとする。また、９１ａ、９２ｃは曲面で、θ₇、θ₈
はプリズム内の軸上光線に立てた垂直な線と面９１ｂ、
９２ａのなす角とする。

【０１１１】まず、図４２の点Ｂで入射光線が全反射し
ないためには ｓｉｎθ_ｂ＜ｎ₉₃／ｎ₉₁ …(31) であることが必要である。また、点Ｄで入射光線が可変
形状鏡１側へ抜けるためには ｓｉｎθ_ｄ＜ｎ₇／ｎ₉₂ …(32) であることが必要である。ただし、ｎ₇は、可変形状鏡
１‘とプリズム９２の面９２ｂとの間の媒質の屈折率で
ある。その媒質としては、空気、真空、水、シリコンオ
イル等が考えられる。

【０１１２】そして、点Ｇで入射光線が全反射するため
には、 ｓｉｎθ_ｇ＞ｎ₉₃／ｎ₉₂ …(33) でなければならない。従って、式(31)〜式(33)を満たす
ように、凸レンズ８０，接合レンズ８１、赤外カットフ
ィルター８２の形状、屈折率を選べば、可変形状鏡１、
１’でフォーカス、変倍、ズーム等が行える電子撮像系
が得られる。

【０１１３】９１ａ，９１ｂ，９２ａ，９２ｂ，９２ｃ
がいずれも平面であるとき、 θ₇ ＝３０° θ₅ ＝４５° θ₈ ＝６０° ｎ₉₁＝１．８ ｎ₉₂＝１．８ ｎ₉₃ ＝１．５ ｎ₇＝１．０ θ _b＝３０° θ_d ＝１５° θ_f ＝１５° θ_g＝６０° なお、 ７０°≦θ₇＋θ₈≦１１０° …(34) を満たすと、機械設計が容易になり良い。

【０１１４】図４３は、本発明にかかる光学装置の他の
実施例を示す概略構成図である。本実施例の携帯電話用
光学装置９５は、三面透過、一面反射のプリズム９６
の、一つの透過面に対向して可変形状鏡１を配置してあ
る。可変形状鏡１を用いることで、機械的に光学素子を
動かすことなく、フォーカシングが行える。

【０１１５】また、４つの光学平面を有するプリズム９
６をはさんで、前群に凹レンズ７９、後群に凸レンズ８
０が配置されることで、広角化を達成している。広角と
は、ここでは対角の撮像画角が４７°以上のことを指
す。

【０１１６】図４３に示すプリズム９６の角度θ₉を９
０°とすると、機械設計上便利である。よく用いられる
ペンタプリズムである。また、９７はアルミ蒸着等によ
って作られる反射膜である。また、非球面レンズ９８を
光学系に用いることにより、より良く収差を補正するこ
とができる。

【０１１７】図４４は、本発明にかかる携帯電話用光学
装置のさらに他の実施例を示す概略構成図である。この
携帯電話用光学装置は、凹面９６ａを備えたプリズム９
６を有している。凹面である面９６ａを用いると、図４
３における凹レンズ７９を省略できるメリットがある。

【０１１８】図４５に示す実施例は、シュミットプリズ
ム９９の全反射しない面に対向して可変形状鏡１を配置
したもので、図３９等の側視光学系の例と異なり、直視
の光学系である。可変形状鏡１を用いることによって、
光学素子を動かすことなくフォーカシングが行える。

【０１１９】シュミットプリズム９９を構成する２つの
三角プリズム９１、９２の間には、絞り４３が配置され
ている。可変形状鏡１は三角プリズム９１のＣ面に対向
して配置されてもよい。

【０１２０】また、図４６に示すように、可変形状鏡
１、１‘を三角プリズム９１ｃ、９２ｃの各面に対向し
て配置すれば、ズームとフォーカスの両方が可能とな
る。

【０１２１】更に、図４７に示すように、三角プリズム
９１の面９１ａ，９１ｂ及び９１ｃ、三角プリズム９２
の面９２ａ，９２ｂ及び９２ｃのいずれかを、それぞれ
曲面としてもよく、これにより凹レンズ７９、凸レンズ
８０等のレンズを省略できるというメリットがある。

【０１２２】シュミットプリズム９９にダハ面を設けな
い場合像は裏像となるが、その場合には、図４５に示す
電子回路８４で画像処理を行い、像を電気的に反転させ
ればよく、その方がコストを削減できるので好ましい。

【０１２３】また、図３９から図４７までの実施例で、
プリズムに用いる曲面は自由曲面とするのが良い。この
ように自由曲面とすることで収差補正が充分にでき、有
利である。さらに、図３９から図４７の光学系の実施例
は、電子内視鏡、カプセル内視鏡等に用いてもよい。ま
た、各種撮像装置、観察装置等にも用いることができ
る。

【０１２４】図４８（ａ）（ｂ）は、本発明に係る可変
形状鏡の更に他の実施例である可変形状鏡１の概略構成
図である。有機材料、例えばポリイミドから成る薄膜１
ａの上に、例えばアルミコート膜から成る反射膜１００
がついている。

【０１２５】一般に、可変形状鏡を光学系に組み込む場
合に、他の光学素子、例えばプリズムあるいは枠等に対
して位置決めして固定する必要がある。そのためには、
可変形状鏡１の光束通過部分の中心が分かれば、組立、
調整がやり易い。そのために、本発明では、反射膜１０
０のうちの光束通過部分１０１の中に、印１０２を設け
た（図48（ｂ）参照）。

【０１２６】印１０２の形成方法としては、十字形に反
射コートを行わない部分を設けるか、反射コート後にコ
ートを十字形に除去するか、黒い物質を十字形に反射コ
ートの上に蒸着する、等の各種方法がある。なお、印の
形は十字に限らず、円、リング、直線、線分などでも良
く、印の数は１個であっても複数であっても良い。

【０１２７】軸上光束通過部分の中に含まれる印の面積
の和が、軸上光束通過部分の面積の１／５以下であれ
ば、この印は結像に影響を与えないのでよい。あるい
は、やや低コストの光学系では、印の面積の総和が光束
通過部分１０１の面積の１／１０以下であれば、問題な
く使用できる。

【０１２８】図４８（ｂ）において、１０３ａ，１０３
ｂ及び１０３ｃは、可変形状鏡１が取り付けられる枠で
ある。図４８（ｂ）に示すように、枠１０３ａ，１０３
ｂ及び１０３ｃにも位置決め用の印１０２ａ，１０２
ｂ，１０２ｃをつけておくと良い。そうすれば、印１０
２と印１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの位置関係を目
視、ルーペ、顕微鏡等で見ながら位置合せをすること
で、正しい設計通りの組立が実現でき、便利である。

【０１２９】また、印１０２、１０２ａ、１０２ｂ，１
０２ｃは、組立後に正しく位置決めされているかどうか
の確認にも使用できる。印１０２ａ、１０２ｂ，１０２
ｃ，の形は線分、十字、円、黒点等を適当に選べばよ
く、これらを枠に成形、切削、印刷、塗装等でつければ
よい。印１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃは、可変形状鏡
が取り付けられる枠でなくとも、その近傍の枠或いは部
材に設けてもよい。

【０１３０】図４８（ｂ）に示す印１０２ｄ，１０２
ｅ，１０２ｆ及び１０２ｇは、可変形状鏡の光束通過部
分外に設けられた位置決めの印である。印１０２ｄ，１
０２ｅ，１０２ｆ，１０２ｇと印１０２ａ，１０２ｂ，
１０２ｃの組合せで可変形状鏡１の位置決めあるいは組
立後のチェックを行ってもよい。この印１０２ｄ，１０
２ｅ，１０２ｆ，１０２ｇの形は印１０２、印１０２
ａ，１０２ｂ及び１０２ｃと同様に選べばよい。

【０１３１】また、図４８（ｂ）において、１０４は、
可変形状鏡１のうちの面形状が変形する部分の外周を示
す。この外周１０４の内側に実際に光束が入射する部分
である光束通過部分１０１がある。

【０１３２】この場合、光束通過部分１０１の形状を光
学設計通りに近付けるために、光束通過部分１０１の面
積Ｓ₁は外周１０４内の面積Ｓ₂に比べて小さくしておく
必要があり、 ０．３＜Ｓ₁／Ｓ₂＜０．９９５ …(35) であればよい。

【０１３３】(35)式の上限を越えると、可変形状鏡の光
束通過部分１０１の周辺部の形状が設計値からはずれ、
光学性能が低下する。一方、(35)式の下限を下回ると可
変形状鏡が大きくなりすぎ、コストアップしてしまう。

【０１３４】より高性能、低コストを狙うには ０．４＜Ｓ₁／Ｓ₂＜０．９５ …(36) であればよい。

【０１３５】図４９は本発明のズーム撮像光学系のさら
に他の実施例に係る、可変形状鏡１、１’を有するデジ
タルカメラの概略構成図である。２つの可変形状鏡１，
１’を用いることで光学素子を動かすことなく、ズー
ム、フォーカスが実現でき、さらにこの様子を図示しな
い表示装置に表示することもできる。

【０１３６】まず、第一の状態（広角）で軸上光線J
は、凹レンズ７９、凸レンズ８０を通り軸上光線Kとな
り、可変形状鏡１上の点Ｐで反射し軸上光線Ｌ１とな
り、可変形状鏡１‘上の点Ｑで反射し軸上光線Ｍ１とな
って固体撮像素子１４に入射する。

【０１３７】次に、第二の状態（望遠）では可変形状鏡
１の反射面１０５及び可変形状鏡１’の反射面１０６が
図４９の破線のように変形するため、軸上光線Ｊは軸上
光線Ｋとなって可変形状鏡１上の点Ｒで反射して軸上光
線Ｌ２となり、可変形状鏡１’上の点Ｑ‘で反射し軸上
光線Ｍ２となって、固体撮像素子１４上では距離Ｓだけ
ずれたところに届く。このため、ズームを行うと視野方
向が変わるという欠点が一般にはある。そこで、本発明
はこの欠点を解決するために、ずれ量Ｓを０にすること
ができるように構成されている。

【０１３８】図５０はそのための実施例を示している。
即ち、第二の状態（望遠）において、軸上光線Ｋと可変
形状鏡１の交点をＲ、軸上光線Ｍと可変形状鏡１’の交
点をＴとするとき、交点Ｒから交点Ｔへ光線が進むよう
に反射面１０５，１０６の形状を変形させてやれば、ず
れ量Ｓを０にすることができる。

【０１３９】実用的には、光学系の焦点距離をｆとする
時 ｜Ｓ｜＜（１／３０）｜ｆ｜ …(37) であれば差し支えない。低精度の光学系では ｜Ｓ｜＜（１／５）｜ｆ｜ …(38) であれば、実用になる。高精度の光学系では ｜Ｓ｜＜（１／５０）｜ｆ｜ …(39) を満たす必要がある。なお、ｆは長焦点端における焦点
距離と短焦点端における焦点距離の平均を取るものとす
る。

【０１４０】なお、反射面１０５，１０６の形状は自由
曲面とするのが収差補正上有利である。

【０１４１】そして、図５０に示す交点Ｒで反射した光
線が交点Ｔに到着するためには、反射面１０５，１０６
を表す自由曲面式のＸ、Ｙについて１次の項以下が適当
に変化すればよい。なぜなら、１次の項は面の傾きを変
え、０次の項は面の位置を変えるからである。

【０１４２】２次の項を用いてずれ量Ｓを小さくしよう
とすると、光学系のパワーが変化してしまうので良くな
い。従って、０次、１次の項、つまり係数をズーミング
とともに変化させるのが良い。

【０１４３】以上は撮像系の例で述べたが、他のズーム
系、表示光学系、観察光学系、情報処理系等の場合も同
様のことが言える。また、上記図４９、図５０の説明で
は２つの可変形状鏡の間に光学素子はないが、仮に光学
素子があったとしても同様のことが言える。３つ以上の
可変形状鏡を有する光学系の場合でも考え方は同様であ
る。

【０１４４】最低２つの可変形状鏡について自由曲面式
の１次以下の項の係数を変化させればずれ量Ｓを０にす
ることができる。また、可変形状鏡の形状が自由曲面以
外の場合でも、曲面を表す式に０次、１次の項を付加し
て考えれば同様である。

【０１４５】そして、この１次以下の項を変化させるこ
とで像の位置ずれを押さえる、という考え方は、カメ
ラ、デジタルカメラ、テレビカメラ等でのブレ補正にも
用いることができる。

【０１４６】この場合、可変形状鏡１，１’及び可変形
状鏡１の個数は、１つ以上あればよい。例えば、図３９
の光学系でブレ補正を行うためには、可変形状鏡１の反
射面１０５の形状を変化させればよい。そして、反射面
１０５の形状を表す式の１次以下の項を変化させること
で、ブレ補正を実現できるのである。

【０１４７】なお、図３８に示すように、ブレセンサー
１７を併用することで、手ブレ、乗物上での撮影時のブ
レを補正することができるが、このブレ補正は、観察装
置、撮像装置、表示装置等の光学装置にも適する。式(3
7)から(39)も、ｆをブレ補正時の光学系の焦点距離と考
えることでブレ補正に適用できる。

【０１４８】さらにまた、上記の０次、１次の項で可変
形状鏡変形時の像位置のずれを補正するという考え方
は、図３９、図４３、図４５、図４６のように、１個又
は２個以上の可変形状鏡を用いてフォーカシングを行う
場合にも当てはまる。式(37)から式(39)も、ｆをフォー
カシング時の焦点距離の平均と考えることで像位置のず
れの補正に適用できる。

【０１４９】次に、この実施例として、可変形状鏡を用
いた光学系の具体例について説明する。図５１はこの実
施例に係るＹ−Ｚ面の断面図である。

【０１５０】この実施例は式(38)を満たすもので、ｆ＝
７．６、Ｓ＝０．９６である。可変形状鏡の座標原点を
表すＺの値が広角端と望遠端で異なっており、可変形状
鏡の形状を表す関数の1次以下の項が変化している。

【０１５１】図５１（ａ）は広角端を、図５１（ｂ）は
望遠端の断面をぞれぞれ示しているが、これは４つの自
由曲面の屈折面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄからな
る自由曲面プリズム１１を挟んで自由曲面プリズム１１
の長手方向の両側で屈折面１１ｂ、１１ｃに面して２枚
の自由曲面可変形状鏡１，１’を設け、小型化を達成
し、ズームとピント合せの両方を行う電子撮像系用の光
学系である。なお、図中、１０７はフィルター等の平行
平面板、１０８は撮像面（結像面）である。絞りは第１
の可変形状鏡１の面あるいはその近傍に配置されてい
る。可変形状鏡１の反射面の周辺に黒いコーティングを
施すことで絞りを達成することができる。

【０１５２】２つの可変形状鏡１、１’はズーム時に、
一方可変形状鏡１は平面から凹に、もう一方可変形状鏡
１’は凹から平面へと逆向きに変化する。この２枚の可
変形状鏡１，１’は凸から凹、凹から凸と変化してもも
ちろんよい。逆向きに変化しているからである。

【０１５３】撮像面１０８は、自由曲面プリズム１１を
挟んで一方の可変形状鏡１’とは自由曲面プリズム１１
の長手方向に対して反対側に、もう一方の可変形状鏡１
とは自由曲面プリズムの長手方向に対して同じ側に位置
している。このように配置すると、全体の光学系を小型
にできてよい。

【０１５４】なお、第１の可変形状鏡１はフォーカス時
にも変形する。この可変形状鏡１は絞り面にあるので、
変形しても画角が変化し難いメリットがある。第２の可
変形状鏡１’はズーム時に変形する。主光線の高さが光
束半径より高いので、フォーカスをあまり変化させるこ
となくズーム（あるいは変倍）を行うことができる。ズ
ーム時には、第１の可変形状鏡１も変形してよい（後述
の数値データ参照）。

【０１５５】この実施例の数値データは後述するが、Ｆ
ナンバーは、広角端で４．６、望遠端で５．８、焦点距
離ｆ_TOTは、広角端で５．８ｍｍ、望遠端で９．４ｍ
ｍ、撮像画サイズは、３．８６×２．９ｍｍ、画角は、
広角端で、対角画角が４５°、短辺方向画角が２８°、
長辺方向画角が３６．８°、望遠端で、対角画角が２８
°、短辺方向画角が１８°、長辺方向画角が２３°であ
る。

【０１５６】この実施例の場合も含めて、本発明の可変
形状鏡は、動作時の少なくとも１つの状態において、可
変形状鏡の少なくとも１つは、下式(40)又は(41)を満た
すことが望ましい。

【０１５７】 ０≦｜Ｐ_x／Ｐ_TOT｜＜１０００ …(40) ０≦｜Ｐ_v／Ｐ_TOT｜＜１０００ …(41) ここで、Ｐ_xは可変形状鏡の光軸近傍の主曲率半径の
中、入射面に近い方の主曲率半径の逆数、Ｐ_vは可変形
状鏡の光軸近傍の主曲率半径の中、入射面に遠い方の主
曲率半径の逆数（後述の式（ａ）で自由曲面が表される
場合であって、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在
する自由曲面の場合には、例えばＰ_x＝２Ｃ₆、Ｐ_v＝２
Ｃ₄で計算できる。）、Ｐ_TOT＝１／ｆ_TOTであり、ｆ_TOT
は全系の焦点距離である。

【０１５８】なぜなら、｜Ｐ_x／Ｐ_TOT｜あるいは｜Ｐ_v
／Ｐ_TOT｜が式（40）又は（41）の下限の０に近づく程
面形状は平面あるいはシリンドリカル面に近づくので、
面形状の制御がしやすくなり、一方、上限の１０００を
越えると、収差の補正及び可変形状鏡の製作が困難にな
ってくるからである。

【０１５９】より高精度の用途には、式（40）、式（4
1）の代わりに、 ０≦｜Ｐ_x／Ｐ_TOT｜＜１００ …(42) ０≦｜Ｐ_v／Ｐ_TOT｜＜１００ …(43) を満たすとよい。

【０１６０】本発明の光学系に用いられる可変形状鏡
は、この実施例の場合も含めて、動作時の少なくとも１
つの状態において、可変形状鏡の少なくとも１つは、下
記の２つの式(44)、(45)の何れかを満たすことが望まし
い。

【０１６１】 ０．００００１≦｜ΔＰ_x／Ｐ_TOT｜＜１０００ …(44) ０．００００１≦｜ΔＰ_v／Ｐ_TOT｜＜１０００ …(45) ここで、ΔＰ_x、ΔＰ_vはそれぞれＰ_x、Ｐ_vの変化量であ
る。

【０１６２】両式の｜ΔＰ_x／Ｐ_TOT｜、｜ΔＰ_v／Ｐ_TOT
｜の値が下限の０．００００１を下回ると、可変形状鏡
としての効果が小さくなり、一方、上限の１０００を越
えると、収差の補正、可変形状鏡の製作が困難になる。

【０１６３】さらに高精度を望む場合等には、式（4
4）、式（45）の代わりに、 ０．００００１＜｜ΔＰ_x／Ｐ_TOT｜＜１００ …(46) ０．００００１＜｜ΔＰ_v／Ｐ_TOT｜＜１００ …(47) を満たすとよい。

【０１６４】本発明の光学系に用いられる可変形状鏡
は、この実施例の場合も含めて、次の式の少なくとも何
れかをある動作状態で満たしていることが望ましい。

【０１６５】 ０．００００１＜｜Ｐ_x｜＜１００ （ｍｍ^-1） …(48) ０．００００１＜｜Ｐ_v｜＜１００ （ｍｍ^-1） …(49) ｜Ｐ_x｜又は｜Ｐ_v｜がそれぞれの式の上限の１００を越
えると、可変形状鏡は小さくなりすぎて製作が困難にな
り、下限の０．００００１を下回ると可変形状鏡の効果
がなくなる。

【０１６６】高精度を望む用途等では、式（48）、式
（49）の代わりに、 ０．００１＜｜Ｐ_x｜＜１００ （ｍｍ^-1） …(50) ０．００１＜｜Ｐ_v｜＜１００ （ｍｍ^-1） …(51) を満たすとよい。

【０１６７】また、式（50）、（51）に代わって、 ０．００５＜｜Ｐ_x｜＜１０ （ｍｍ^-1） …(52) ０．００５＜｜Ｐ_v｜＜１０ （ｍｍ^-1） …(53) を満たせばさらによい。

【０１６８】本発明の光学系に用いられる可変形状鏡の
少なくとも１つは、この実施例の場合も含めて、ある動
作状態で次の2式の少なくとも一方を満たしていること
が望ましい。

【０１６９】 ０．０００１＜｜ΔＰ_x｜＜１００ （ｍｍ^-1） …(54) ０．０００１＜｜ΔＰ_v｜＜１００ （ｍｍ^-1） …(55) ｜ΔＰ_x｜又は｜ΔＰ_v｜の値が各式の上限の１００を越
えると、可変形状鏡の変形量が大きくなりすぎ破損する
おそれがある。一方、下限の０．０００１を下回ると、
可変形状鏡としての効果が減る。

【０１７０】より高精度を望む用途では、(54) 式、 (5
5) 式の代わりに、 ０．０００５＜｜ΔＰ_x｜＜１０ （ｍｍ^-1） …(56) ０．０００５＜｜ΔＰ_v｜＜１０ （ｍｍ^-1） …(57) を満たすとよい。

【０１７１】さらに、(56)式、(57)式の代わりに、 ０．００２＜｜ΔＰ_x｜＜１０ （ｍｍ^-1） …(58) ０．００２＜｜ΔＰ_v｜＜１０ （ｍｍ^-1） …(59) を満たせばさらによい。

【０１７２】本発明の光学系に用いられる可変形状鏡の
少なくとも１つは、この実施例の場合も含めて、ある動
作状態で次の式を満たしていることが望ましい。 ０≦｜Ｐ_x／（Ｐ_vｃｏｓφ）｜＜１００ …(60) ここで、φは可変形状鏡面への軸上光線の入射角であ
る。

【０１７３】｜Ｐ_x／（Ｐ_vｃｏｓφ）｜が上限の１００
を越えると、非点収差の補正が困難になる。なお、下限
の０に近づくのは、面の形がシリンドリカル面に近づく
ときである。

【０１７４】より精密な用途では、 (60) 式の代わり
に、 ０≦｜Ｐ_x／（Ｐ_vｃｏｓφ）｜＜２５ …(61) を満たすのがよい。

【０１７５】なお、(48)式、(61)式でＰ_v＝０かつＰ_x＝
０、つまり、平面の場合は、Ｐ_x／（Ｐ_vｃｏｓφ）を１
／ｃｏｓφで置き換えるものとする。

【０１７６】また、(48)式、(61)式でＰ_x≠０かつＰ_v＝
０の場合は、Ｐ_vｃｏｓφを１で置き換えるものとす
る。

【０１７７】同様に非点収差を補正する目的で、可変形
状鏡の何れか１つ以上がある動作状態で、 ｜Ｐ_v｜≧｜Ｐ_x｜ …(62) を満たすとよい。

【０１７８】以上の（40）式〜(62)式は、本発明に係る
実施例に当てはまるものである。

【０１７９】なお、本発明全体にわたって言えることで
あるが、一般にズーム光学系は変倍光学系の１つであ
る。ただし、ズーム光学系という言葉を変倍光学系と同
義に用いることもある。

【０１８０】実施例の単位は何れもｍｍである。

【０１８１】また、上記実施例における可変形状鏡は、
ズーミング又はフォーカシングに伴い連続的に形状を変
えるが、何箇所かで不連続的にズーミング、フォーカシ
ングを行ってもよい。

【０１８２】例えば、実施例では、可変形状鏡の周辺部
が他の光学素子に対して固定されていて、中央部が変形
するように設計してある。したがって、可変形状鏡の面
頂域は可変形状鏡の変形と共に変化している。

【０１８３】また、可変形状鏡を用いた光学系では、あ
る動作状態で次式の何れかを満たすとよい。

【０１８４】 ０≦｜Ｐ_x｜≦０．０１ （ｍｍ^-1） …(63) ０≦｜Ｐ_v｜≦０．０１ （ｍｍ^-1） …(64) この２式はその動作状態で一方の曲率が平面に近いこと
を示しており、平面は形状制御が容易で、電力を消費し
難い等の点で優れている。上記２式は本発明に係る実施
例に対して成り立つ。

【０１８５】以下に、上記実施例の構成パラメータを示
す。以下の表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＡＳＳ”は
非球面、“ＲＰ”は基準面、“ＨＲＰ”は仮想面、“Ｒ
Ｅ”は反射面、“ＤＭ”は可変形状鏡、“ＸＴＲ”はＸ
トーリック面、“ＡＮＭ”はアナモルフィック面をそれ
ぞれ示す。また、面形状、偏心に関して“ＷＥ”、“Ｔ
Ｅ”はそれぞれ広角端、望遠端を示し、“ＯＤ”は物体
距離を示す。

【０１８６】 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ 1000.00 １ ∞（ＨＲＰ，ＲＰ） 偏心（１） ２ ＦＦＳ 偏心（２） 1.5254 56.2 ３ ＦＦＳ 偏心（３） ４ ＦＦＳ（絞り）（ＤＭ１） 偏心（４） ５ ＦＦＳ 偏心（３） 1.5254 56.2 ６ ＦＦＳ 偏心（５） ７ ＦＦＳ（ＤＭ２） 偏心（６） ８ ＦＦＳ 偏心（５） 1.5254 56.2 ９ ＦＦＳ 偏心（７） １０ ∞ 偏心（８） 1.5163 64.1 １１ ∞ 偏心（９） 像面 ∞ 偏心（１０） ＦＦＳ Ｃ₄ -6.7765×10^-2 Ｃ₆ -6.2321×10^-2 Ｃ₈ -2.2954×10^-2 Ｃ₁₀ -1.9491×10^-2 Ｃ₁₁ -3.1101×10^-3 Ｃ₁₃ -6.5957×10^-3 Ｃ₁₅ -2.9764×10^-2 ＦＦＳ Ｃ₄ -7.7519×10^-2 Ｃ₆ -6.0590×10^-2 Ｃ₈ -5.9666×10^-3 Ｃ₁₀ -2.6208×10^-3 Ｃ₁₁ -7.4511×10^-4 Ｃ₁₃ -4.5909×10^-4 Ｃ₁₅ -4.2617×10^-5 ＦＦＳ ＷＥ：∞（平面） ＴＥ： Ｃ₄ -1.7971×10^-2 Ｃ₆ -1.8050×10^-2 Ｃ₈ 3.0008×10^-5 Ｃ₁₀ -1.3132×10^-3 Ｃ₁₁ -3.4160×10^-4 Ｃ₁₃ -7.3683×10^-4 Ｃ₁₅ -3.1388×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ -6.8810×10^-2 Ｃ₆ -5.6218×10^-2 Ｃ₈ 1.0316×10^-3 Ｃ₁₀ -4.5924×10^-4 Ｃ₁₁ -3.0583×10^-3 Ｃ₁₃ 5.7663×10^-4 Ｃ₁₅ 8.8386×10^-4 ＦＦＳ ＷＥ： Ｃ₄ 5.1461×10^-2 Ｃ₆ 3.7863×10^-2 Ｃ₈ -3.0012×10^-3 Ｃ₁₀ -6.4390×10^-4 Ｃ₁₁ 1.8790×10^-3 Ｃ₁₃ 2.5101×10^-3 Ｃ₁₅ 6.3665×10^-4 ＴＥ：∞（平面） ＦＦＳ Ｃ₄ -4.1970×10^-2 Ｃ₆ -7.0058×10^-2 Ｃ₈ -1.5784×10^-2 Ｃ₁₀ -1.6308×10^-2 Ｃ₁₁ -2.8968×10^-3 Ｃ₁₃ 4.4919×10^-3 Ｃ₁₅ -1.1667×10^-2 偏心（１） Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心（２） Ｘ 0.00 Ｙ -0.03 Ｚ 0.33 α 1.73 β 0.00 γ 0.00 偏心（３） Ｘ 0.00 Ｙ -0.10 Ｚ 2.94 α 19.43 β 0.00 γ 0.00 偏心（４） ＷＥ： Ｘ 0.00 Ｙ -0.26 Ｚ 4.08 α 16.93 β 0.00 γ 0.00 ＴＥ： Ｘ 0.00 Ｙ -0.26 Ｚ 4.12 α 16.93 β 0.00 γ 0.00 偏心（５） Ｘ 0.00 Ｙ -3.83 Ｚ 1.02 α 8.48 β 0.00 γ 0.00 偏心（６） ＷＥ： ｘ 0.00 Ｙ -4.80 Ｚ -0.22 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 ＴＥ： Ｘ 0.00 Ｙ -4.80 Ｚ 0.20 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心（７） Ｘ 0.00 Ｙ -4.33 Ｚ 2.61 α -34.51 β 0.00 γ 0.00 偏心（８） Ｘ 0.00 Ｙ -6.16 Ｚ 3.17 α -13.93 β 0.00 γ 0.00 偏心（９） Ｘ 0.00 Ｙ -6.40 Ｚ 4.14 α -13.93 β 0.00 γ 0.00 偏心（１０） Ｘ 0.00 Ｙ -6.46 Ｚ 4.39 α -13.93 β 0.00 γ 0.00

【０１８７】次に、上記実施例の前記条件式(40)〜(62)
の値を示す。ｄは可変形状鏡の光束通過部分と等面積の
円の直径である。

【０１８８】 可変形状鏡 １ ２ 状態 ＴＥ−ＷＥ ＴＥ−ＷＥ 光束通過部分の形状 楕円形 正方形 Δ 0.0016 0.0740 （１／５）×ｄ 0.332 0.8 Ｈ 0.04 0.042 ＨＪ／ＨＫ 0.0952 φ 27 40 Ｐ_x -0.0361 0.0757 Ｐ_v -0.0359 0.1029 ΔＰ_x -0.0361 -0.0757 ΔＰ_v -0.0359 -0.1029 ｜Ｐ_x／（Ｐ_vｃｏｓφ）｜ 1.1273 0.9604 ｜Ｐ_x／Ｐ_TOT｜ 0.2094 0.4392 ｜Ｐ_v／Ｐ_TOT｜ 0.2085 0.5969 ｜ΔＰ_x／Ｐ_TOT｜ 0.2094 0.4392 ｜ΔＰ_v／Ｐ_TOT｜ 0.2085 0.5969

【０１８９】図５２は本発明のさらに他の実施例に係
る、可変形状鏡１を用いたテレビカメラの概略構成図で
ある。この実施例において、可変形状鏡１はフォーカシ
ングに用いられる。

【０１９０】今、遠方にピント（焦点）が合っている場
合を考える。ここで、可変形状鏡１の反射面１０５は設
計値では平面になるべきものであるが、製作誤差等によ
り必ずしも平面になっていない。例えば、楕円開口の可
変形状鏡をリソグラフィー等を用いて作った場合には、
基板の“そり”のために平面にならず、非点収差を持っ
た曲面形状になることが多い。そこで、この実施例で
は、回転非対称な光学面の一例である非回転対称面を有
するレンズ１０９を用いて、可変形状鏡の持つ形状誤差
を補正して製作誤差で生ずる収差をキャンセルさせるよ
うにしたものである。

【０１９１】前述のように、可変形状鏡１の反射面１０
５が非点収差を持つのであれば、レンズ１０９の少なく
とも一つの面はアナモルフィック面或いはアナモルフィ
ック面に類似形状の自由曲面とすればよい。

【０１９２】以上の例で１０９はレンズであったが、回
転非対称な面を持つミラー、プリズム等と形状誤差のあ
る可変形状鏡を組み合わせてもよい。

【０１９３】これまでに説明した図３９、図４０、図４
３、図４４、図４５、図４７、図５２の光学系では、可
変形状鏡１を一つ用いることで、光学系のフォーカシン
グを、他の光学素子を機械的に動かすことなく実現した
ものである。しかしながら、これらの光学系で、凸レン
ズ８０，接合レンズ８１等のいずれか１つ以上の光学素
子を移動することで焦点距離を変化させ、その時生ずる
ピント位置(焦点位置)の変化を可変形状鏡で補正するこ
とでズーミングを行ってもよい。可変形状鏡を用いない
場合に比べ、移動するレンズ群が減り、小型、軽量の光
学系が実現できる。

【０１９４】例えば、図５２の凹レンズ７９ａを矢印方
向に移動することで焦点距離を変化させ、可変形状鏡１
の反射面１０５の形を変化させることで、ズームに伴う
ピント移動（焦点距離の移動）を補正すればよい。この
考え方は、図１の観察光学系等にも適用できる。

【０１９５】最後に、本発明で用いる用語の定義を述べ
ておく。

【０１９６】ここで、本発明で使用する自由曲面とは以
下の式で定義されるものである。この定義式のＺ軸が自
由曲面の軸となる。

【０１９７】 ここで、上記式の第1項は球面項、第2項は自由曲面項で
ある。

【０１９８】球面項中、 ｃ：頂点の曲率 ｋ：コーニック定数（円錐定数） ｒ＝√（Ｘ²＋Ｙ²） である。

【０１９９】自由曲面項は ただし、Ｃ_j（ｊは2以上の整数）は係数である。

【０２００】上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、
Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、Ｘの奇数次項
を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面
が１つだけ存在する自由曲面となる。また、Ｙの奇数次
項を全て０にすることによって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称
面が１つだけ存在する自由曲面となる。

【０２０１】また、上記の回転非対称な曲面形状の面で
ある自由曲面の他の定義式として、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項
式により定義できる。この面の形状は以下の式（ｂ）に
より定義する。その定義式（ｂ）のＺ軸がＺｅｒｎｉｋ
ｅ多項式の軸となる。回転非対称面の定義は、Ｘ−Ｙ面
に対するＺの軸の高さの極座標で定義され、ＡはＸ−Ｙ
面内のＺ軸からの距離、ＲはＺ軸回りの方位角で、Ｚ軸
から測った回転角で表せられる。

【０２０２】 ｘ＝Ｒ×ｃｏｓ（Ａ） ｙ＝Ｒ×ｓｉｎ（Ａ） Ｚ＝Ｄ₂ ＋Ｄ₃Ｒｃｏｓ（Ａ）＋Ｄ₄Ｒｓｉｎ（Ａ） ＋Ｄ₅Ｒ²ｃｏｓ（２Ａ）＋Ｄ₆（Ｒ２−１）＋Ｄ₇Ｒ²ｓｉｎ（２Ａ） ＋Ｄ₈Ｒ³ｃｏｓ（３Ａ）＋Ｄ₉（３Ｒ³−２Ｒ）ｃｏｓ（Ａ） ＋Ｄ₁₀（３Ｒ³−２Ｒ）ｓｉｎ（Ａ）＋Ｄ₁₁Ｒ³ｓｉｎ（３Ａ） ＋Ｄ₁₂Ｒ⁴ｃｏｓ（４Ａ）＋Ｄ₁₃（４Ｒ⁴−３Ｒ²）ｃｏｓ（２Ａ） ＋Ｄ₁₄（６Ｒ⁴−６Ｒ²＋１）＋Ｄ₁₅（４Ｒ⁴−３Ｒ²）ｓｉｎ（２Ａ） ＋Ｄ₁₆Ｒ⁴ｓｉｎ（４Ａ） ＋Ｄ₁₇Ｒ⁵ｃｏｓ（５Ａ）＋Ｄ₁₈（５Ｒ⁵−４Ｒ³）ｃｏｓ（３Ａ） ＋Ｄ₁₉（１０Ｒ⁵−１２Ｒ³＋３Ｒ）ｃｏｓ（Ａ） ＋Ｄ₂₀（１０Ｒ⁵−１２Ｒ³＋３Ｒ）ｓｉｎ（Ａ） ＋Ｄ₂₁（５Ｒ⁵−４Ｒ³）ｓｉｎ（３Ａ）＋Ｄ₂₂Ｒ⁵ｓｉｎ（５Ａ） ＋Ｄ₂₃Ｒ⁶ｃｏｓ（６Ａ）＋Ｄ₂₄（６Ｒ⁶−５Ｒ⁴）ｃｏｓ（４Ａ） ＋Ｄ₂₅（１５Ｒ⁶−２０Ｒ⁴＋６Ｒ²）ｃｏｓ（２Ａ） ＋Ｄ₂₆（２０Ｒ⁶−３０Ｒ⁴＋１２Ｒ²−１） ＋Ｄ₂₇（１５Ｒ⁶−２０Ｒ⁴＋６Ｒ²）ｓｉｎ（２Ａ） ＋Ｄ₂₈（６Ｒ⁶−５Ｒ⁴）ｓｉｎ（4Ａ）＋Ｄ₂₉Ｒ⁶ｓｉｎ（6Ａ）… …（ｂ） ただし、Ｄ_m（ｍは２以上の整数）は係数である。な
お、Ｘ軸方向に対称な光学系として設計するには、
Ｄ₄、Ｄ₅、Ｄ₆、Ｄ₁₀、Ｄ₁₁、Ｄ₁₂、Ｄ₁₃、Ｄ₁₄、
Ｄ₂₀、Ｄ₂₁、Ｄ₂₂…を利用する。

【０２０３】上記定義式は、回転非対称な曲面形状の面
の例示のために示したものであり、他のいかなる定義式
に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。
数学的に同値ならば他の定義で曲面形状を表してもよ
い。

【０２０４】なお、自由曲面の他の定義式の例として、
次の定義式（ｃ）があげられる。

【０２０５】Ｚ＝ΣΣＣ_nmＸＹ 例として、ｋ＝７（７次式）を考えると、展開したと
き、以下の式で表せる。

【０２０６】 Ｚ＝Ｃ₂ ＋Ｃ₃Ｙ＋Ｃ₄｜Ｘ｜ ＋Ｃ₅Ｙ²＋Ｃ₆Ｙ｜Ｘ｜＋Ｃ₇Ｘ² ＋Ｃ₈Ｙ³＋Ｃ₉Ｙ²｜Ｘ｜＋Ｃ₁₀ＹＸ²＋Ｃ₁₁｜Ｘ³｜ ＋Ｃ₁₂Ｙ⁴＋Ｃ₁₃Ｙ³｜Ｘ｜＋Ｃ₁₄Ｙ²Ｘ²＋Ｃ₁₅Ｙ｜Ｘ³｜＋Ｃ₁₆Ｘ⁴ ＋Ｃ₁₇Ｙ⁵＋Ｃ₁₈Ｙ⁴｜Ｘ｜＋Ｃ₁₉Ｙ³Ｘ²＋Ｃ₂₀Ｙ²｜Ｘ³｜ ＋Ｃ₂₁ＹＸ⁴＋Ｃ₂₂｜Ｘ⁵｜ ＋Ｃ₂₃Ｙ⁶＋Ｃ₂₄Ｙ⁵｜Ｘ｜＋Ｃ₂₅Ｙ⁴Ｘ²＋Ｃ₂₆Ｙ³｜Ｘ³｜ ＋Ｃ₂₇Ｙ²Ｘ⁴＋Ｃ₂₈Ｙ｜Ｘ⁵｜＋Ｃ₂₉Ｘ⁶ ＋Ｃ₃₀Ｙ⁷＋Ｃ₃₁Ｙ⁶｜Ｘ｜＋Ｃ₃₂Ｙ⁵Ｘ²＋Ｃ₃₃Ｙ⁴｜Ｘ³｜ ＋Ｃ₃₄Ｙ³Ｘ⁴＋Ｃ₃₅Ｙ²｜Ｘ⁵｜＋Ｃ₃₆ＹＸ⁶＋Ｃ₃₇｜Ｘ⁷｜ …（ｃ） また、非球面は、以下の定義式で与えられる回転対称非
球面である。

【０２０７】 Ｚ＝（Ｙ²／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）Ｙ²／Ｒ²｝^1/2］ ＋ＡＹ⁴＋ＢＹ⁶＋ＣＹ⁸＋ＤＹ¹⁰＋…… …（ｄ） ただし、Ｚを光の進行方向を正とした光軸（軸上主光
線）とし、Ｙを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Ｒは
近軸曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ…はそれ
ぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。こ
の定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。

【０２０８】また、アナモルフィック面の形状は以下の
式により定義する。面形状の原点を通り、光学面に垂直
な直線がアナモルフィック面の軸となる。

【０２０９】 Ｚ＝（Ｃｘ・Ｘ²＋Ｃｙ・Ｙ²）／［１＋｛１−（１＋Ｋｘ）Ｃｘ²・Ｘ² −（１＋Ｋｙ）Ｃｙ²・Ｙ²｝^1/2］ ＋ΣＲｎ｛（１−Ｐｎ）Ｘ²＋（１＋Ｐｎ）Ｙ²｝⁽ⁿ⁺¹⁾ ここで、例としてｎ＝４（４次項）を考えると、展開し
たとき、以下の式（ｅ）で表すことができる。

【０２１０】 Ｚ＝（Ｃｘ・Ｘ²＋Ｃｙ・Ｙ²）／［１＋｛１−（１＋Ｋｘ）Ｃｘ²・Ｘ² −（１＋Ｋｙ）Ｃｙ²・Ｙ²｝^1/2］ ＋Ｒ１｛（１−Ｐ１）Ｘ²＋（１＋Ｐ１）Ｙ²｝² ＋Ｒ２｛（１−Ｐ２）Ｘ²＋（１＋Ｐ２）Ｙ²｝³ ＋Ｒ３｛（１−Ｐ３）Ｘ²＋（１＋Ｐ３）Ｙ²｝⁴ ＋Ｒ４｛（１−Ｐ４）Ｘ²＋（１＋Ｐ４）Ｙ²｝⁵ …（ｅ） ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ
量、ＣｘはＸ軸方向曲率、ＣｙはＹ軸方向曲率、Ｋｘは
Ｘ軸方向円錐係数、ＫｙはＹ軸方向円錐係数、Ｒｎは非
球面項回転対称成分、Ｐｎは非球面項回転非対称成分で
ある。なお、Ｘ軸方向曲率半径Ｒｘ、Ｙ軸方向曲率半径
Ｒｙと曲率Ｃｘ、Ｃｙとの間には、 Ｒｘ＝１／Ｃｘ、Ｒ_y＝１／Ｃｙ の関係にある。

【０２１１】また、トーリック面にはＸトーリック面と
Ｙトーリック面があり、それぞれ以下の式により定義す
る。面形状の原点を通り、光学面に垂直な直線がトーリ
ック面の軸となる。Ｘトーリック面は、 Ｆ（Ｘ）＝Ｃｘ・Ｘ²／［１＋｛１−（１＋Ｋ）Ｃｘ²・Ｘ²｝^1/2］ ＋ＡＸ⁴＋ＢＸ⁶＋ＣＸ⁸＋ＤＸ¹⁰… Ｚ＝Ｆ（Ｘ）＋（１／２）Ｃｙ｛Ｙ²＋Ｚ²−Ｆ（Ｘ）²｝ …（ｆ） 次いで、Ｙ方向の曲率中心を通ってＸ軸の周りで回転す
る。その結果、その面はＸ−Ｚ面内で非球面になり、Ｙ
−Ｚ面内で円になる。Ｙトーリック面は、 Ｆ（Ｙ）＝Ｃｙ・Ｙ²／［１＋｛１−（１＋Ｋ）Ｃｙ²・Ｙ²｝^1/2］ ＋ＡＹ⁴＋ＢＹ⁶＋ＣＹ⁸＋ＤＹ¹⁰… Ｚ＝Ｆ（Ｙ）＋（１／２）Ｃｘ｛Ｘ²＋Ｚ²−Ｆ（Ｙ）²｝ …（ｇ） 次いで、Ｘ方向の曲率中心を通ってＹ軸の周りで回転す
る。その結果、その面はＹ−Ｚ面内で非球面になり、Ｘ
−Ｚ面内で円になる。

【０２１２】ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面
からのずれ量、ＣｘはＸ軸方向曲率、ＣｙはＹ軸方向曲
率、Ｋは円錐係数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは非球面係数であ
る。なお、Ｘ軸方向曲率半径Ｒｘ、Ｙ軸方向曲率半径Ｒ
ｙと曲率Ｃｘ、Ｃｙとの間には、 Ｒｘ＝１／Ｃｘ、Ｒｙ＝１／Ｃｙ の関係にある。

【０２１３】なお、偏心面については、光学系の基準面
の中心からその面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸
方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚ）と、その面の中
心軸（自由曲面については、前記（ａ）式のＺ軸、非球
面については、前記の（ｄ）式のＺ軸、アナモルフィッ
ク面については、前記の（ｅ）式のＺ軸、トーリック面
については、前記の（ｆ）式又は（ｇ）式のＺ軸）のＸ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれ
α、β、γ（°））とが与えられている。その場合、α
とβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回り
を、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味す
る。なお、面の中心軸のα、β、γの回転のさせ方は、
面の中心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回り
で反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中
心軸を新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転
させると共に１度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計
回りにβ回転させ、次いで、その２度回転した面の中心
軸を新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させ
るものである。

【０２１４】なお、反射面の傾きだけを示す場合も、偏
心量としてその面の中心軸の傾き角が与えられている。

【０２１５】なお、データの記載されていない自由曲
面、非球面等に関する項は０である。

【０２１６】本発明に係る光学装置とは、光学系あるい
は光学素子を含む装置のことである。光学装置単体で機
能しなくてもよい。つまり、装置の一部でもよい。

【０２１７】光学装置には、撮像装置、観察装置、表示
装置、照明装置、信号処理装置等が含まれる。

【０２１８】撮像装置の例としては、フィルムカメラ、
デジタルカメラ、ロボットの眼、レンズ交換式デジタル
一眼レフカメラ、テレビカメラ、動画記録装置、電子動
画記録装置、カムコーダ、ＶＴＲカメラ、電子内視鏡等
がある。デジカメ、カード型デジカメ、テレビカメラ、
ＶＴＲカメラ、動画記録カメラなどはいずれも電子撮像
装置の一例である。

【０２１９】観察装置の例としては、顕微鏡、望遠鏡、
眼鏡、双眼鏡、ルーペ、ファイバースコープ、ファイン
ダー、ビューファインダー等がある。

【０２２０】表示装置の例としては、液晶ディスプレ
イ、ビューファインダー、ゲームマシン（ソニー社製プ
レイステーション）、ビデオプロジェクター、液晶プロ
ジェクター、頭部装着型画像表示装置（ｈｅａｄ ｍｏ
ｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）、ＰＤＡ（携帯
情報端末）、携帯電話等がある。

【０２２１】照明装置の例としては、カメラのストロ
ボ、自動車のヘッドライト、内視鏡光源、顕微鏡光源等
がある。

【０２２２】信号処理装置の例としては、携帯電話、パ
ソコン、ゲームマシン、光ディスクの読取・書込装置、
光計算機の演算装置等がある。

【０２２３】撮像素子は、例えばＣＣＤ、撮像管、固体
撮像素子、写真フィルム等を指す。また、平行平面板は
プリズムの１つに含まれるものとする。観察者の変化に
は、視度の変化を含むものとする。被写体の変化には、
被写体となる物体距離の変化、物体の移動、物体の動
き、振動、物体のブレ等を含むものとする。

【０２２４】光学特性可変光学素子とは、可変焦点レン
ズ、可変形状鏡、面形状の変わる偏光プリズム、頂角可
変プリズム、光偏向作用の変わる可変回折光学素子、つ
まり可変ＨＯＥ，可変ＤＯＥ等を含む。

【０２２５】可変焦点レンズには、焦点距離が変化せ
ず、収差量が変化するような可変レンズも含むものとす
る。可変形状鏡についても同様である。要するに、光学
素子で、光の反射、屈折、回折等の光偏向作用が変化し
うるものを光学特性可変光学素子と呼ぶ。

【０２２６】情報発信装置とは、携帯電話、固定式の電
話、ゲームマシン、テレビ、ラジカセ、ステレオ等のリ
モコンや、パソコン、パソコンのキーボード、マウス、
タッチパネル等の何らかの情報を入力し、送信すること
ができる装置を指す。撮像装置のついたテレビモニタ
ー、パソコンのモニター、ディスプレイも含むものとす
る。情報発信装置は、信号処理装置の中に含まれる。

【０２２７】以上説明したように、本発明の光学系は、
特許請求の範囲に記載された発明の他に、次のような特
徴も備えている。

【０２２８】（１）コンジュゲートマテリアルからなる
光学素子を有する光学系。

【０２２９】（２）光学素子がプリズムである上記
（１）に記載の光学系。

【０２３０】（３）光学素子が凹レンズである上記
（１）に記載の光学系。

【０２３１】（４）光学特性可変形状鏡を備えた上記
（１）乃至（３）のいずれかに記載の光学系。

【０２３２】（５）光学特性可変形状鏡と撮像素子とを
備えた上記（1）乃至（３）のいずれかに記載の光学装
置。

【０２３３】（６）光学特性可変形状鏡と表示素子と撮
像素子とを備えた上記（１）乃至（３）のいずれかに記
載の光学装置。

【０２３４】（７）光学特性可変形状鏡と通信装置と表
示素子と撮像素子とを備えた上記（１）乃至（３）のい
ずれかに記載の光学装置。

【０２３５】（８）(29)式または(30)式を満たす透明材
料からなるプリズムを備え、そのプリズムの一面に対向
して光学特性可変形状鏡を備えた光学系。

【０２３６】（９）プリズムがコンジュゲートマテリア
ルから成ることを特徴とする上記（８）に記載の光学
系。

【０２３７】（１０）光学特性可変形状鏡と撮像素子と
を備えた上記（８）又は（９）に記載の光学装置。

【０２３８】（１１）光学特性可変形状鏡と表示素子と
撮像素子とを備えた上記（８）乃至（１０）のいずれか
に記載の光学装置。

【０２３９】（１２）光学特性可変形状鏡と通信装置と
表示素子と撮像素子とを備えた上記（８）乃至（１１）
のいずれかに記載の光学装置。

【０２４０】（１３）４つの光学面を有するプリズム
の、一面に対向して可変形状鏡を設け、前記プリズムを
はさんで負のパワーを有するレンズを物体側に、正のパ
ワーを有するレンズを像側に有する光学系。

【０２４１】（１４）４つの平面の光学面を有するプリ
ズムの、一面に対向して可変形状鏡を設け、前記プリズ
ムをはさんで負のパワーを有するレンズを物体側に、正
のパワーを有するレンズを像側に有する撮像光学系。

【０２４２】（１５）４つの光学面を有するプリズム
の、一面に対向して可変形状鏡を設け、前記プリズムの
物体側の面に負のパワーの面を設け、かつ正のパワーを
有するレンズを像側に有する撮像光学系。

【０２４３】（１６）非球面を有する上記（１３）乃至
（１５）のいずれかに記載の撮像光学系。

【０２４４】（１７）表示装置と撮像素子を有する（１
３）乃至（１５）のいずれかに記載の光学装置。

【０２４５】（１８）シュミットプリズムを構成する２
つのプリズムの面の少なくとも１つに対向して可変形状
鏡を設けた光学系。

【０２４６】（１９）シュミットプリズムを構成する２
つのプリズムの側面（図４５の９２ａ）の少なくとも１
つに対向して可変形状鏡を設けた撮像光学系。

【０２４７】（２０）シュミットプリズムを構成する２
つのプリズムの側面（図４５の９２ａ）の少なくとも１
つに対向して可変形状鏡を設け、かつシュミットプリズ
ムのいずれかの面が曲面である撮像光学系。

【０２４８】（２１）可変形状鏡近傍に絞りを有する上
記（１８）乃至（２０）のいずれかに記載の光学系。

【０２４９】（２２）自由曲面を有する上記（１８）乃
至（２１）のいずれかに記載の光学系。

【０２５０】（２３）複数の可変形状鏡を有する上記
（１８）乃至（２２）のいずれかに記載の光学系。

【０２５１】（２４）ダハ面のないシュミットプリズム
と、撮像素子を有し、画像処理で像を反転させる（１
８）乃至（２３）のいずれかに記載の撮像装置。

【０２５２】（２５）表示装置を有する（１８）乃至
（２４）のいずれかに記載の光学装置。

【０２５３】（２６）可変形状鏡の光束通過範囲内に位
置決め用の印を設けたことを特徴とする可変形状鏡。

【０２５４】（２７）位置決め用の印の面積の和が軸上
光束通過部分の面積の１／５以下である上記（１３）に
記載の光学系。

【０２５５】（２８）位置決め用の印の面積の和が光束
通過部分の面積の１／１０以下である上記（１３）に記
載の光学系。

【０２５６】（２９）可変形状鏡を有する光学装置の枠
に位置決め用の印を設けたことを特徴とする可変形状鏡
を備えた光学装置。

【０２５７】（３０）可変形状鏡を有する光学装置の可
変形状鏡が取り付けられる枠あるいはその近傍の部材に
位置決め用の印を複数設けたことを特徴とする可変形状
鏡を備えた光学装置。

【０２５８】（３１）可変形状鏡の光束通過範囲内又は
可変形状鏡の面形状が変化する部分の外周、この外周の
外側に位置決め用の印を設けるか、可変形状鏡が取り付
けられる枠又はその近傍の部材に位置決め用の印を複数
設けたことを特徴とする可変形状鏡を備えた光学装置。

【０２５９】（３２）(35)式又は(36)式を満たす可変形
状鏡。

【０２６０】（３３）(35)式又は(36)式を満たす可変形
状鏡と撮像素子と表示素子とを備えた光学装置。

【０２６１】（３４）複数の可変形状鏡を備えた光学系
において、可変形状鏡の形状の異なる少なくとも２状態
における、結像面上の像位置の変化を小さくするため
に、可変形状鏡面を表す方程式の１次以下の項を上記２
状態で変化させることを特徴とする、複数の可変形状鏡
を備えた光学系。

【０２６２】（３５）複数の可変形状鏡を備えた光学系
において、可変形状鏡の形状の異なる少なくとも２状態
における、光線位置の変化を小さくするために、可変形
状鏡面を表す方程式の１次以下の項を上記２状態で変化
させることを特徴とする、複数の可変形状鏡を備えた光
学系。

【０２６３】（３６）変倍光学系における上記（３４）
又は（３５）に記載の光学系。

【０２６４】（３７）(37)式乃至(39)式のいずれか一式
を満たす上記（３４）乃至（３６）のいずれかに記載の
光学系。

【０２６５】（３８）撮像素子と表示素子とを備えた上
記（３４）乃至（３７）のいずれかに記載の光学装置。

【０２６６】（３９）可変形状鏡を備えた光学系におい
て、可変形状鏡の形状の異なる少なくとも２状態におけ
る、光線位置の変化を小さくするために、可変形状鏡面
を表す方程式の１次以下の項を上記２状態で変化させる
ことを特徴とする、可変形状鏡を備えた光学系。

【０２６７】（４０）ブレ補正光学系に用いた請求項２
又は上記（３９）に記載の光学系。

【０２６８】（４１）(37)式乃至(39)式のいずれか一式
を満たす請求項２若しくは上記（３９）又は（４０）の
いずれかに記載の光学系。

【０２６９】（４２）撮像素子と表示素子とを備えた請
求項２若しくは上記（３９）乃至（４１）のいずれかに
記載の光学装置。

【０２７０】（４３）ブレ補正センサーを有する上記
（４０）に記載の光学系を備えた光学装置。

【０２７１】（４４）可変形状鏡を備えた光学系におい
て可変形状鏡を用いてフォーカシングを行う場合に、可
変形状鏡の形状の異なる少なくとも２状態における、結
像面上の像位置の変化を小さくするために、可変形状鏡
面を表す方程式の１次以下の項を上記２状態で変化させ
ることを特徴とする、可変形状鏡を備えた光学系。

【０２７２】（４５）(37)式乃至(39)式のいずれかを満
たす上記（４４）に記載の光学系。

【０２７３】（４６）撮像素子と表示素子とを備えた上
記（４４）又は（４５）に記載の光学装置。

【０２７４】（４７）リソグラフィーを用いて製作され
た可変形状鏡において、製造上生じた形状誤差で発生す
る収差を補正するために、回転非対称な光学面を有する
光学素子を備えた光学系。

【０２７５】（４８）撮像素子と表示素子とを備えた請
求項３又は上記（４７）に記載の光学装置。

【０２７６】（４９）可変形状鏡以外の光学素子を移動
することで変倍を行い、変倍時のピント移動を可変形状
鏡で補正する光学系。

【０２７７】（５０）可変形状鏡以外の光学素子を移動
することで変倍を行い、変倍時のピント移動(焦点距離
の移動)を可変形状鏡で補正する請求項１乃至３又は上
記（１）、（８）、（１３）、（１８）、（２６）、
（２９）、（３２）、（４４）のいずれかに記載の光学
系又は光学装置。

【０２７８】（５１）可変形状鏡以外の光学素子を移動
することで変倍を行い、変倍時のピント移動(焦点距離
の移動)を可変形状鏡で補正する請求項１乃至３又は上
記（１）、（８）、（１３）、（１８）、（２６）、
（２９）、（３２）、（４４）のいずれかに記載の表示
装置と撮像素子を有する光学装置。

【０２７９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、可
変形状鏡などの光学特性可変素子を用いることによっ
て、小型、軽量、低騒音、組立容易、収差補正容易等の
諸効果を有する光学装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学装置の一実施例にかかる光学特性
ミラーを用いたデジタルカメラのケプラー式ファインダ
ーの概略構成図である。

【図２】本発明にかかる可変形状鏡１の他の実施例を示
す概略構成図である。

【図３】図２の実施例の可変形状鏡１に用いる電極１ｂ
の一形態を示す説明図である。

【図４】図２の実施例の可変形状鏡１に用いる電極１ｂ
の他の形態を示す説明図である。

【図５】本発明にかかる可変形状鏡１のさらに他の実施
例を示す概略構成図である。

【図６】本発明にかかる可変形状鏡１のさらに他の実施
例を示す概略構成図である。

【図７】本発明にかかる可変形状鏡１のさらに他の実施
例を示す概略構成図である。

【図８】図７の実施例における薄膜コイル２０の巻密度
の状態を示す説明図である。

【図９】本発明にかかる可変形状鏡１のさらに他の実施
例を示す概略構成図である。

【図１０】図９の実施例におけるコイル２０の一配置例
を示す説明図である。

【図１１】図９の実施例におけるコイル２０の他の配置
例を示す説明図である。

【図１２】図７に示した実施例において、コイル２０の
配置を図１１に示したようにした場合に適する永久磁石
１９の配置を示す説明図である。

【図１３】本発明のさらに他の実施例に係る、光学装置
に適用可能な可変形状鏡１を用いた撮像系の概略構成図
である。

【図１４】本発明のさらに他の実施例に係る、マイクロ
ポンプ２３で流体２４を出し入れし、レンズ面を変形さ
せる可変形状鏡１の概略構成図である。

【図１５】本発明に適用可能なマイクロポンプ２３の一
実施例を示す概略構成図である。

【図１６】本発明にかかる可変焦点レンズの原理的構成
を示す説明図である。

【図１７】一軸性のネマティック液晶分子の屈折率楕円
体を示す説明図である。

【図１８】図１６に示す高分子分散液晶層に電界を印加
した状態を示す説明図である。

【図１９】図１６に示す高分子分散液晶層への印加電圧
を可変にする場合の一例の構成を示す説明図である。

【図２０】本発明に係る可変焦点レンズを用いたデジタ
ルカメラ用の撮像光学系の一例の構成を示す説明図であ
る。

【図２１】本発明にかかる可変焦点回折光学素子の一例
の構成を示す説明図である。

【図２２】ツイストネマティック液晶を用いる可変焦点
レンズを有する可変焦点眼鏡の構成を示す説明図であ
る。

【図２３】図２２に示すツイストネマティック液晶層へ
の印加電圧を高くしたときの液晶分子の配向状態を示す
説明図である。

【図２４】本発明にかかる可変偏角プリズムの二つの例
の構成を示す図であり、（ａ）は透明基板４６の内面を
フレネル状に形成した可変偏光プリズムの説明図、
（ｂ）は透明基板４６の内面を相対的に傾斜させた傾斜
面を有する可変偏光プリズムの説明図である。

【図２５】図２４に示す可変偏角プリズムの使用態様を
説明するための図である。

【図２６】本発明にかかる可変焦点レンズとしての可変
焦点ミラーの一例の構成を示す図である。

【図２７】本発明の光学装置のさらに他の実施例に係
る、可変焦点レンズ５５を用いた撮像ユニット２２の概
略構成図である。

【図２８】図２７の実施例におけるシリンダー６１を省
略した可変焦点レンズの説明図である。

【図２９】図２８の可変焦点レンズが変形した状態を示
す説明図である。

【図３０】本発明の可変焦点レンズのさらに他の実施例
に係る、マイクロポンプ６３で流体２４を出し入れし、
レンズ面を変形させる可変焦点レンズ５５の概略構成図
である。

【図３１】本発明にかかる光学特性可変光学素子の他の
実施例であって圧電材料６６を用いた可変焦点レンズ３
３の概略構成図である。

【図３２】図３１の可変焦点レンズの変形例に係る状態
説明図である。

【図３３】本発明にかかる光学特性可変光学素子のさら
に他の実施例であって、圧電材料からなる２枚の薄板６
６Ａ，６６Ｂを用いた可変焦点レンズの概略構成図であ
る。

【図３４】本発明にかかる可変焦点レンズのさらに他の
実施例を示す概略構成図である。

【図３５】図３４の実施例に係る可変焦点レンズの状態
説明図である。

【図３６】本発明にかかる光学特性可変光学素子のさら
に他の実施例であってフォトニカル効果を用いた可変焦
点レンズの概略構成図である。

【図３７】図３６の実施例に係る可変焦点レンズに用い
るアゾベンゼンの構造を示す説明図であり、(a)はトラ
ンス型、(b)はシス型を示している。

【図３８】本発明にかかる可変形状鏡のさらに他の実施
例を示す概略構成図である。

【図３９】本発明に係る可変形状鏡を用いたデジタルカ
メラの実施例を示す概略構成図である。

【図４０】図３９の実施例に係るプリズム１１‘の他の
実施例で、プリズム１１の面１１ａを凹面としたデジタ
ルカメラの概略構成図である。

【図４１】本発明に係るさらに他の実施例で、デジタル
カメラ、動画記録カメラ、テレビカメラ等に用いられる
電子撮像系９０を示す概略構成図である。

【図４２】図４１に示すプリズム９１，９２の拡大図で
ある。

【図４３】本発明にかかる光学装置の他の実施例である
携帯電話用光学装置９５を示す概略構成図である。

【図４４】本発明にかかる携帯電話用光学装置９５のさ
らに他の実施例を示す概略構成図である。

【図４５】本発明に係る直視の光学系の実施例であっ
て、シュミットプリズム９９の全反射しない面に対向し
て配置した可変形状鏡の概略構成図である。

【図４６】図４５に示す可変形状鏡を三角プリズムの面
９１ｃに配置した光学系の概略構成図である。

【図４７】図４５に示す三角プリズムのいずれかの面を
曲面とした光学系の概略構成図である。

【図４８】本発明に係る可変形状鏡の更に他の実施例で
ある可変形状鏡１の概略構成図であって、（ａ）は側面
図、（ｂ）は平面図である。

【図４９】本発明のズーム撮像光学系のさらに他の実施
例に係る、可変形状鏡１、１‘を有するデジタルカメラ
の概略構成図である。

【図５０】本発明に係るズーム撮像系の第1状態（広
角）における光線の反射軌跡の説明図である。

【図５１】本発明の具体的数値を示した実施例に係るＹ
−Ｚ面の断面図である。

【図５２】本発明のさらに他の実施例に係る、可変形状
鏡１を用いたテレビカメラの概略構成図である。

【符号の説明】

１、１‘ 可変形状鏡 １ａ 薄膜 １ｂ、１ｆ 電極 １ｃ，１ｃ‘ 圧電素子 １ｇ 基板 ２ 可変抵抗器 ３、４０ 電源 ４ 電源スイッチ ５ 演算装置 ６ 温度センサー ７ 湿度センサー ８ 距離センサー ９ 対物レンズ １０ 接眼レンズ １１、１１‘、９１，９２、９６ プリズム １１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 屈折面 １２ 二等辺直角プリズム １３ ミラー １４ 固体撮像素子 １５ 撮像レンズ １６ 支持台 １７ ブレセンサー １８ 駆動回路 １９ 永久磁石 ２０ コイル ２１ 制御系 ２２ 撮像ユニット ２３、６３ マイクロポンプ ２４、 流体 ２５、４６、４７、６５ 透明基板 ２６ 弾性体 ２７ 振動板 ２８、２９，７５ 電極 ３０，３１ 弁 ３２、５４，７６、９７、１００ 反射膜 ３３、５５，７０ 可変焦点レンズ ３４，３５，４４，１０９ レンズ ３６，３７、６０ 透明電極 ３８ 高分子分散液晶層 ３９ スイッチ ４１、５１ 液晶分子 ４２ 高分子セル ４３ 絞り ４５ 可変焦点回折光学素子 ４８ 可変焦点眼鏡 ４９ａ，４９ｂ 配向膜 ５０ ツイストネマティック液晶層 ５２ 可変偏角プリズム ５３ 可変焦点ミラー ５６ 透明部材 ５７ 透明物質 ５８ ゼリー状物質 ５９ 回路 ６１ シリンダー ６２ 支援部材 ６４ 変形可能部材 ６６ 圧電材料 ６６Ａ，６６Ｂ 薄板 ６７ 基板 ６８ 液溜 ６９ 電歪材料 ７１ａ，７１ｂ 透明弾性体 ７２ アゾベンゼン ７３ スペーサー ７４ａ，７４ｂ 紫外光線 ７７ 釦 ７８ デジタルカメラ ７９，７９ａ 凹レンズ ８０ 凸レンズ ８１ 接合レンズ ８２ 赤外カットフィルター ８３ ＣＰＵ（中央演算装置） ８４ 電子回路 ８５ メモリー ８６ 表示装置 ８７ アンテナ ８８ 通信装置 ８９ 駆動用の昇圧トランス ９０ 電子撮像系 ９１ａ，９１ｂ プリズム９１の面 ９２ａ，９２ｂ，９２ｃ プリスム９２の面 ９３ 媒質 ９４ 閉塞部材 ９５ 携帯電話用光学装置 ９８ 非球面レンズ ９９ シュミットプリズム １０１ 光束通過部分 １０２、１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ，１
０２ｅ，１０２ｆ，１０２ｇ 印 １０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ 枠 １０４ 外周 １０５，１０６ 反射面 １０７ 平行平面板 １０８ 撮像面（結像面）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 5/10 Ｇ０２Ｂ 5/10 Ｂ ２Ｈ０８７ 5/18 5/18 ２Ｈ０８８ 7/08 7/08 Ｂ ２Ｈ０８９ Ｃ ２Ｈ１０１ 15/00 15/00 ５Ｃ０２２ 26/00 26/00 Ｇ０２Ｃ 7/06 Ｇ０２Ｃ 7/06 Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５ Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５ 1/1334 1/1334 Ｇ０３Ｂ 17/17 Ｇ０３Ｂ 17/17 Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｂ Ｆターム(参考） 2H006 BD00 2H041 AA11 AB32 AB38 AC06 AC10 AZ05 AZ08 2H042 CA00 CA17 DA02 DA11 DA12 DA21 DD11 DD12 DD13 DE00 2H044 DA02 DB00 DB04 DE01 2H049 AA03 AA04 AA17 AA18 AA43 AA55 AA63 AA65 2H087 KA03 KA06 KA10 KA14 KA15 KA20 LA01 MA00 NA07 PA02 RA27 RA28 RA41 RA43 RA46 SA81 TA01 TA03 TA04 TA06 UA00 UA01 UA09 2H088 EA42 GA02 GA10 2H089 HA04 RA05 TA16 2H101 DD00 DD16 FF00 5C022 AA00 AB21 AC02 AC54

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可変形状鏡の光束通過範囲内あるいは外
   に位置決め用の印を設け、可変形状鏡を有する光学装置
   の枠に位置決め用の印を設けたことを特徴とする可変形
   状鏡を備えた光学装置。
2. 【請求項２】 可変形状鏡を備えた光学系において、可
   変形状鏡の形状の異なる少なくとも２状態における、結
   像面上の像位置の変化を小さくするために、可変形状鏡
   面を表す方程式の１次以下の項を上記２状態で変化させ
   るようにしたことを特徴とする、可変形状鏡を備えた光
   学系。
3. 【請求項３】 可変形状鏡の形状誤差で発生する収差を
   補正するために、回転非対称な光学面を有する光学素子
   を備えた光学系。