JP2003107355A - 撮像光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】内視鏡、監視用カメラ、小型のデジタルカメラ
等、小型の光学系において、外径が細く小型であるにも
かかわらず、ピント合わせ可能な撮像光学系を提供す
る。 【解決手段】物体側から順に、第一レンズである凹レン
ズ２と、可変形状ミラー３と、明るさ絞り４と、複数の
レンズからなる凸レンズ群５と、可変ミラー６を備えて
いる。次の条件式を満たす可変ミラー３，６を用いて、
フォーカスを行うようにしている。 ６０° ＜ ２ω ＜ １７５° ただし、ωは光学系に入射する光線の水平半画角であ
る。可変ミラー３，６は、ある状態で自由曲面形状にな
る。

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、可変焦点ミ
ラー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用
いる撮像光学系に関する。

【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。

【０００３】また、撮像系のひとつに内視鏡があるが、
内視鏡は、体内に挿入して使用するため、撮像光学系は
より細いことが求められている。このために、ピント合
わせを行う機構を内視鏡に含めるのは、非常に困難であ
り、従来の内視鏡の光学系は、ほとんど固定焦点であっ
た。

【０００４】本発明は、従来技術のこのような問題点に
鑑みてなされたものであり、内視鏡、監視用カメラ、デ
ジタルカメラ等の光学系において、外径が細く小型であ
るにもかかわらず、ピント合わせ可能な撮像光学系を提
供することを目的とする。また、本発明は、上記光学系
以外にも、ロボットの目、撮像機能付き携帯電話、ドア
スコープ用カメラ、車載カメラ、などにももちろん利用
できる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による撮像光学系は、可変ミラーを用いて、
次の条件式を満たすフォーカスを行うようにしたことを
特徴とする。 ５０° ＜ ２ω ＜ １７５° ただし、ωは光学系に入射する光線の水平半画角であ
る。

【０００６】また、本発明による撮像光学系は、複数枚
の可変ミラーを用いて、フォーカスを行うようにしたこ
とを特徴とする。

【０００７】また、本発明による撮像光学系は、フォー
カスを行う際に、少なくとも一つの可変ミラーが、ある
状態で自由曲面形状になるようにしたことを特徴とす
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の撮像光学系に用いる可変
ミラーは、例えば、形状可変ミラーのように、表面形状
を凸面、平面、凹面に自由に変化させることで、光学パ
ワー、又は収差等光学特性を自由に変化させることがで
きるミラーである。これによって、撮像系の物体距離が
変化した場合でも、可変ミラーの形状を変化させるだけ
でピントを合わせることができる。このとき、可変ミラ
ーの形状は、回転対称な曲面でもよいが、収差補正をよ
り良く行うためには、回転非対称な自由曲面であること
が望ましい。

【０００９】本発明で使用する自由曲面とは以下の式
(1)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。 …(1) ここで、式(1)の第１項は球面項、第２項は自由曲面項
である。

【００１０】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 ） N：2以上の自然数 である。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。この面の形状は次の式(2)により
定義する。その定義式(2)のＺ軸がＺｅｒｎｉｋｅ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。

【００１４】 ｘ＝Ｒ×cos(A) ｙ＝Ｒ×sin(A) Ｚ＝Ｄ₂ ＋Ｄ₃ Ｒcos(A)＋Ｄ₄ Ｒsin(A) ＋Ｄ₅ Ｒ² cos(2A)＋Ｄ₆ （Ｒ² −１）＋Ｄ₇ Ｒ² sin(2A) ＋Ｄ₈ Ｒ³ cos(3A)＋Ｄ₉ （３Ｒ³ −２Ｒ）cos(A)＋Ｄ₁₀（３Ｒ³ −２Ｒ）s in(A)＋Ｄ₁₁Ｒ³ sin(3A) ＋Ｄ₁₂Ｒ⁴cos(4A)＋Ｄ₁₃（４Ｒ⁴ −３Ｒ² ）cos(2A) ＋Ｄ₁₄（６Ｒ⁴ −６Ｒ² ＋１）＋Ｄ₁₅（４Ｒ⁴ −３Ｒ² ）sin(2A) ＋Ｄ₁₆Ｒ⁴ sin(4A) ＋Ｄ₁₇Ｒ⁵ cos(5A) ＋Ｄ₁₈（５Ｒ⁵ −４Ｒ³ ）cos(3A) ＋Ｄ₁₉（１０Ｒ⁵ −１２Ｒ³ ＋３Ｒ）cos(A) ＋Ｄ₂₀（１０Ｒ⁵ −１２Ｒ³ ＋３Ｒ）sin(A) ＋Ｄ₂₁（５Ｒ⁵ −４Ｒ³ ）sin(3A) ＋Ｄ₂₂Ｒ⁵ sin(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) …(2) 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、Ｄ
₄ ，Ｄ₅ ，Ｄ₆ 、Ｄ₁₀，Ｄ₁₁，Ｄ₁₂，Ｄ₁₃，Ｄ₁₄，
Ｄ₂₀，Ｄ₂₁，Ｄ₂₂…を利用する。

【００１５】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。

【００１６】本発明においては、(1)式の中のxの奇数時
の項を全て０とすることで、ｙ-ｚ面と平行な対称面を持
つ自由曲面としている。

【００１７】また、本発明の撮像光学系は、次の条件式
のいずれかを満たすように構成すると、小型、高性能の
フォーカス可能な撮像光学系が得られるので、より好ま
しい。

【００１８】光学系の凹レンズ群の焦点距離をｆ_ｎ、
レンズ全系の焦点距離をｆ_ｔｏｔとしたとき、次の条
件式(3) ０．０１ ＜ ｜ｆ_ｎ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ １００ …(3) を満たすようにするのが望ましい。

【００１９】条件式(3)を満たすように、凹レンズ群の
焦点距離を選ぶと、撮像光学系の画角を広角にすること
ができる。｜ｆ_ｎ｜／ｆ_ｔｏｔ が、下限を下回る
と、ペッツバール和がマイナスに行き過ぎ、像面湾曲収
差の補正が、著しく困難になる。一方、｜ｆ_ｎ｜／ｆ_
ｔｏｔ が上限を上回ると、最終レンズ面から固体撮像
素子までの距離を大きく取ることができなくなるので、
可変ミラーを光学系に配置することが困難になるか、あ
るいは、撮像光学系の画角を広角にすることが困難にな
る。

【００２０】さらに、次の条件式(4) ０．１ ＜ ｜ｆ_ｎ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ １０ …(4) を満たすようにすれば、凸レンズ群と合わせて収差の補
正が容易になるので、より好ましい。

【００２１】さらにまた、次の条件式(5) ０．１ ＜ ｜ｆ_ｎ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ ３ …(5) を満たすようにするのがより一層好ましい。

【００２２】また、凸レンズ群の焦点距離をｆ_ｐとし
たとき、次の条件式(6) ０．０１ ＜ ｜ｆ_ｐ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ １００ …(6) を満たすようにするのが望ましい。

【００２３】条件式(6)を満たすように、凸レンズ群の
焦点距離を選ぶと、可変ミラーを配置するスペースを保
ち、且つ、レンズ系の全長を短くすることができる。

【００２４】さらに、次の条件式(7) ０．１ ＜ ｜ｆ_ｐ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ １０ …(7) を満たすようにすれば、収差の補正が容易になるので、
より好ましい。

【００２５】さらにまた、次の条件式(8) ０．１ ＜ ｜ｆ_ｐ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ ３ …(8) を満たすようにするのが、より一層好ましい。

【００２６】また、光学系の最終レンズ面から撮像面ま
での距離をＳｋ、レンズ全系の焦点距離をｆ_ｔｏｔと
したとき、次の条件式(9) ０．０１ ＜ Ｓｋ／ｆ_ｔｏｔ ＜ １００ …(9) を満たすようにするのが望ましい。ここで、光学系の最
終レンズ面とは、赤外カットフィルタやローパスフィル
タを除いた、光学系の凸レンズ群の最終レンズ面のこと
を指す。

【００２７】条件式(9)を満たすように、光学系の最終
レンズ面から撮像面までの距離を選ぶと、レンズ系の全
長を極端に長くすることなく、収差を適正な範囲で補正
することができる。

【００２８】さらに、条件式(10) ０．１ ＜ Ｓｋ／ｆ_ｔｏｔ ＜ １０ …(10) を満たすようにするのが、より好ましい。

【００２９】さらにまた、条件式(11) ０．５ ＜ Ｓｋ／ｆ_ｔｏｔ ＜ ８ …(11) を満たすようにするのが、より一層好ましい。

【００３０】また、光学系に入射する光線の水平半画角
をωとしたときに、次の条件式(12) ５０° ＜ ２ω ＜ １７５° …(12) を満たすようにするのが望ましい。

【００３１】条件式(12)を満たすように入射光線の画角
を取ると、広い画角が必要な光学製品に適した光学系に
なる。

【００３２】さらに、次の条件式(13) ７５° ＜ ２ω ＜ １７０° …(13) を満たすようにするのが、収差補正の点でより好まし
い。

【００３３】さらにまた、次の条件式(14) ８５° ＜ ２ω ＜ １６０° …(14) を満たすようにするのが、収差補正の点でより一層好ま
しい。

【００３４】また、可変ミラーの形状を表した上記式
(1)の自由曲面の係数Ｃ₄とＣ₆とが異符号になる状態を
含んでいても良い。そのように係数Ｃ₄とＣ₆をとると、
子午方向の収差と球欠方向の収差をそれぞれ適正に抑
え、且つ、ミラー面の変形量を小さくすることができ
る。

【００３５】また、自由曲面の係数Ｃ₄が、物体距離が
異なる２状態において異なる符号になる状態を含むよう
にしても良い。そのように係数Ｃ₄をとれば、異なる２
状態において係数Ｃ₄が同符号の場合よりも、物体距離
が変化したときのミラー面の変形量を小さく抑えること
ができる。

【００３６】同様の理由で、自由曲面の係数Ｃ₆が、物
体距離が異なる２状態において異なる符号になる状態を
含むようにしても良い。

【００３７】また、光学系の中のいずれかの可変ミラー
において、物体距離が近点では可変ミラーの収束作用が
強くなり、物体距離が遠点では、可変ミラーの収束作用
が弱くなることが望ましい。

【００３８】また、可変ミラーの形状を表した上記式
(1)の自由曲面の係数Ｃ₈とＣ₁₀とが、少なくともある状
態で次の条件式(15) ０．０１ ＜ Ｃ₁₀／Ｃ₈ ＜ １００ …(15) を満たすようにするのが望ましい。条件式(15)を満たす
と、ミラーの変形量をあまり大きくすることなく、光学
系の像位置による像面の違いを適正な範囲内で抑えるこ
とができる。

【００３９】さらに、少なくともある状態で次の条件式
(16) ０.１ ＜ Ｃ₁₀／Ｃ₈ ＜ １０ …(16) を満たすようにすれば、他の収差とのバランスを取るこ
とができるので、より好ましい。

【００４０】また、可変ミラーの形状を表した上記式
(1)の自由曲面の係数Ｃ₁₁とＣ₁₃とが、少なくともある
状態で次の条件式(17) ０．０１ ＜ ｜Ｃ₁₃／Ｃ₁₁｜ ＜ １００ …(17) を満たすようにするのが望ましい。条件式(17)を満たす
ようにすれば、ミラーの変形量をあまり大きくすること
なく、光学系の子午面外の物体位置に対する結像の収差
を適正な範囲内で抑えることができる。

【００４１】さらに、少なくともある状態で次の条件式
(18) ０．１ ＜ ｜Ｃ₁₃／Ｃ₁₁｜ ＜ １０ …(18) を満たすようにすれば、ミラー面の変形を無理なく行う
ことができるので、より好ましい。

【００４２】また、可変ミラーの形状を表した上記式
(1)の自由曲面の係数Ｃ₁₁とＣ₁₅とが、少なくともある
状態で次の条件式(19) ０．０１ ＜ ｜Ｃ₁₅／Ｃ₁₁｜ ＜ １００ …(19) を満たすようにするのが望ましい。条件式(19)を満たす
ようにすれば、ミラーの変形量をあまり大きくすること
なく、視野周辺の像面湾曲の高次の収差補正を行うこと
ができる。

【００４３】さらに、少なくともある状態で次の条件式
(20) ０．１ ＜ ｜Ｃ₁₅／Ｃ₁₁｜ ＜ １０ …(20) を満たすようにすれば、視野中心部との収差のバランス
が取れるので、より好ましい。

【００４４】また、少なくともいずれかの可変ミラーに
ついて、次の条件式(21)を満たすようにするのが好まし
い。 ０ ＜ ｍｄ／ｆ_ｔｏｔ ＜ １ …(21) ただし、ｍｄは可変ミラーのミラー面の最大変形量、ｆ
_ｔｏｔはレンズ全系の焦点距離である。条件式(21)を
満たすように、可変ミラーのミラー面の最大変形量を選
ぶと、ミラーの変形量をあまり大きくすることなく、光
学系の収差を適正な範囲で補正することができるので望
ましい。また条件式(21)のかわりに条件式(21B) ０．００００３＜ｍｄ／ｆ_ｔｏｔ＜０．１ …(21B) を満たすようにすれば可変ミラーの制御が容易になり、
良い。また、少なくとも一つの状態において、係数
Ｃ₈、Ｃ₁₀又はＣ₁₇のいずれか１つ以上が０でないよう
にすれば、可変ミラーの反射面の形状がｙ方向について
非対称になり、ｙｚ平面内における物点の位置によって
変わる収差を補正することができてよい。

【００４５】以下に、本発明の実施例について図面を用
いて説明する。第１実施例 図１は本発明の第１実施例にかかる撮像光学系の構成を
示す光軸に沿う断面図である。第１実施例の撮像光学系
１は、物体側から順に、第一レンズである凹レンズ２
と、可変形状ミラー３と、明るさ絞り４と、複数のレン
ズからなる凸レンズ群５と、可変ミラー６と、赤外カッ
トフィルタ（又はローパスフィルタ）７と、固体撮像素
子とで、２枚の形状可変ミラーを用いた側視タイプの内
視鏡撮像系として構成されている。なお、図1中、８は
固体撮像素子の撮像面である。なお、本願の実施例で
は、撮像面の形は円形を想定しているが、長方形でもよ
い。あるいは正方形、８角形等の多角形でもよい。

【００４６】第１実施例の撮像光学系１では、内視鏡撮
像系対物レンズの第一レンズである凹レンズ２を通った
物体からの光線は、可変ミラー３で反射され、明るさ絞
り４を通過する。その後、凸レンズ群５を通過し、可変
ミラー６で再び反射され、赤外カットフィルタ（又はロ
ーパスフィルタ）７を通過して、固体撮像素子の撮像面
８に到達する。なお、第１実施例の撮像光学系１では、
焦点距離が2.073mm、Fナンバーが8.294、像高が対角2.6
22mm、水平画角が96.1°となっている。また、第１実施
例の撮像光学系１は、可変ミラー３，６を変化させるこ
とによって、物点距離を遠点20mm（ポジション１）か
ら、標準的距離16mm（ポジション２）を経て、近点12.5
mm（ポジション３）まで焦点合わせをすることが可能な
光学系となっている。

【００４７】そして、第１実施例の撮像光学系１では、
光学系の中に可変ミラーを２枚用いたので、可変ミラー
１枚だけでピントを合わせる構成に比べて、ミラーの変
形量を少なくすることができるというメリットがある。

【００４８】なお、図１に示す撮像光学系１は、物体か
らの光線の光軸と、固体撮像素子に入射する光線の光軸
がほぼ平行（±５度のズレの範囲内）となるように構成
されている。ただし、図２に示すように、それぞれの光
軸が交差、またはねじれの位置にあるように構成して
も、もちろんよい。また、凹レンズ２は、複数のレンズ
からなる凹レンズ群であってもよい。また、撮像レンズ
系１は、レトロフォーカス系を成している。このため、
可変ミラー６を入れるスペースを確保することができ、
また、画角が大きく、内視鏡光学系に適している。

【００４９】次に第１実施例の撮像光学系の数値データ
を示す。数値データ中、“ＤＭ”は変形した可変ミラー
のことを指す。また、面形状に関して、“ＷＥ”、“Ｓ
Ｔ”、“ＴＥ”はそれぞれ近点、標準的距離、遠点を示
す。また、“Ｓｏ”は物点距離を示す。

【００５０】また、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(1)式のＺ軸）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とγの正はそれぞれの軸の
正方向に対して反時計回りを意味する。偏心の順序は、
Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の偏心が行われた後、α、β、γの順で
座標系を回転させる。

【００５１】また、偏心には、ローカル座標系の偏心と
定義座標系の偏心の２つがある。ローカル座標系とは、
入力された面番号の面の座標系を指し、定義座標系と
は、入力された面番号を除く、それ以降の面番号の面の
座標系を指す。例えば、ミラーの場合、反射面の座標が
ローカル座標で定義され、それ以降の面の座標が定義座
標系で定義される。反射面と次の面との面間隔は、定義
座標系のＺ軸に沿った方向になる。

【００５２】また、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。

【００５３】また、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。屈折率について
は、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記
してある。長さの単位はｍｍである。なお、上記数値デ
ータに関する説明は、本発明の各実施例の数値データに
共通である。

【００５４】また、第１実施例の撮像光学系の遠点、標
準的距離、近点ごとの各波長域における横収差を表す収
差図を図３〜５にそれぞれ示す。図３〜５中、(a)はＸ
方向画角がゼロ、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＹ方
向の横収差、(b)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ正方向最大画
角を通る主光線のＹ方向の横収差、(c)はＸ方向画角が
ゼロ、Ｙ負方向最大画角を通る主光線のＹ方向の横収差
を示している。なお、上記収差図の説明は、本発明の各
実施例の収差図に共通である。

【００５５】数値データ１ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ Ｓｏ 1 ∞ 0.3937 1.51633 64.14 2 1.3153 1.8828 3 ＤＭ[1] 1.0000 偏心[1] 4（絞り） ∞ 0.2920 5 13.6792 1.2723 1.88300 40.76 6 -2.2509 0.0304 7 ∞ 1.4092 1.51633 64.14 8 -1.8589 0.4670 1.84666 23.78 9 -14.9921 1.5000 10 ∞ 1.0000 11 ＤＭ[2] 1.7010 偏心[2] 12 ∞ 0.4000 1.52287 59.89 13 ∞ 0.0200 像面 ∞

【００５６】 Ｓｏ（物点距離） ＴＥ： 20mm ＳＴ： 16mm ＷＥ： 12.5mm

【００５７】 ＤＭ[1] ＴＥ：∞（平面） ＳＴ： Ｃ₄ ＝-3.9188×10^-4 Ｃ₆ ＝-6.4980×10^-5 Ｃ₈ ＝-1.8020×10^-4 Ｃ₁₀＝-7.8153×10^-5 Ｃ₁₁＝ 8.8017×10^-4 Ｃ₁₃＝ 4.8960×10^-4 Ｃ₁₅＝ 3.6086×10^-5 Ｃ₁₇＝-2.7871×10^-4 Ｃ₁₉＝ 1.6046×10^-4 Ｃ₂₁＝ 1.4923×10^-5 ＷＥ： Ｃ₄ ＝-1.0670×10^-3 Ｃ₆ ＝ 1.1925×10^-4 Ｃ₈ ＝-4.7956×10^-4 Ｃ₁₀＝-6.0019×10^-5 Ｃ₁₁＝ 7.2051×10^-4 Ｃ₁₃＝ 5.1951×10^-4 Ｃ₁₅＝ 7.5004×10^-5 Ｃ₁₇＝ 4.4991×10^-4 Ｃ₁₉= 1.5006l×10^-4 Ｃ₂₁＝ 1.0002×10^-6

【００５８】 ＤＭ［2］ ＴＥ：∞（平面） ＳＴ： Ｃ₄ ＝-1.3997×10^-3 Ｃ₆ ＝ 1.5964×10^-4 Ｃ₈ ＝ 6.7961×10^-4 Ｃ₁₀＝ 3.0490×10^-4 Ｃ₁₁＝-2.8015×10^-4 Ｃ₁₃= 8.2000×10^-4 Ｃ₁₅＝ 7.0791×10^-5 Ｃ₁₇＝-7.4937×10^-5 Ｃ₁₉＝-9.5272×10^-5 Ｃ₂₁＝-6.0029×10^-6 ＷＥ： Ｃ₄ ＝-1.3082×10^-3 Ｃ₆ ＝-4.8475×10^-4 Ｃ₈ ＝ 5.5170×10^-4 Ｃ₁₀＝ 4.4972×10^-4 Ｃ₁₁＝ 1.4950×10^-4 Ｃ₁₃＝ 9.8272×10^-4 Ｃ₁₅＝ 1.8013×10^-4 Ｃ₁₇＝ 2.9935×10^-5 Ｃ₁₉＝-9.5086×10^-5 Ｃ₂₁＝-1.1000×10^-5

【００５９】 偏心［１］ローカル座標系 Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ= 0.00 α＝ 45.00 β＝ 0.00 γ= 0.00定義座標系 Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00 α＝ -90.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心［２］ローカル座標系 Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00 α＝ -45.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00定義座標系 Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00 α＝ 90.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

【００６０】 条件式のパラメータ ｆ_ｔｏｔ（レンズ全系の焦点距離）＝2.0728ｍｍ ｆ_ｎ（凹レンズ群の焦点距離）＝-2.5474ｍｍ ｆ_ｐ（凸レンズ群の焦点距離）＝2.7025ｍｍ ｜ｆ_ｎ｜／ｆ_ｔｏｔ＝1.229 ｆ_p／ｆ_ｔｏｔ＝1.3038 ＩＨ（像高）＝1.311ｍｍ ２ω（画角）＝96.1° Ｓｋ（最終レンズ面から撮像面までの距離）＝3.621ｍｍ Ｓｋ／ｆ_ｔｏｔ＝1.74691 ｍｄ（可変ミラーの最大変化量） ＤＭ[1]：0.18μｍ ＤＭ[2]：0.68μｍ Ｃ₁₀／Ｃ₈： ＤＭ[1]：0.722 ＤＭ[2]：0.722 ｜Ｃ₁₃／Ｃ₁₁｜： ＤＭ[1]：1.352 ＤＭ[2]：1.353 ｜Ｃ₁₅／Ｃ₁₁｜： ＤＭ[1]：0.058 ＤＭ[2]：0.059 ｍｄ／ｆ_ｔｏｔ： ＤＭ[1]：8.68×10^-5 ＤＭ[2]：3.28×10^-4

【００６１】第２実施例 図６は本発明の第２実施例にかかる撮像光学系の構成を
示す光軸に沿う断面図である。第２実施例の撮像光学系
１１は、物体側から順に、第一レンズである凹レンズ１
２と、複数のレンズからなる凸レンズ群１３と、赤外カ
ットフィルタ１５と、可変ミラー１６と、ローパスフィ
ルタ１７と、固体撮像素子とで、1枚の可変ミラーを用
いた内視鏡撮像系として構成されている。凸レンズ群１
３は、複数のレンズの中に明るさ絞り１４を備えてい
る。なお、図６中、１８は固体撮像素子の撮像面であ
る。

【００６２】第２実施例の撮像光学系１１では、内視鏡
撮像系対物レンズの第一凹レンズである凹レンズ１２を
通った物体からの光線は、凸レンズ群１３に入射する。
その後、光線は凸レンズ群１３の中にある明るさ絞り１
４を経て、凸レンズ群１３を通過し、赤外カットフィル
タ１５を通過して、可変ミラー１６で反射される。その
後、ローパスフィルタ１７を通過して、固体撮像素子の
撮像面１８に到達する。なお、第２実施例の撮像光学系
１１では、焦点距離が1.643mm、Ｆナンバーが15.547、
像高が対角2.392mm、水平画角が131.44°となってい
る。また、第２実施例の撮像光学系１１は、可変ミラー
１６を変化させることによって、物点距離を遠点12mm
（ポジション１）から、標準的距離10mm（ポジション
２）を経て、近点8mm（ポジション３）まで焦点合わせ
をすることが可能な光学系となっている。

【００６３】なお、図６に示す撮像光学系１１は、物体
からの光線の光軸と、固体撮像素子に入射する光線の光
軸がほぼ垂直となるように構成されている。また、撮像
光学系１１は、レトロフォーカス系を成している。この
ため、可変ミラー１６を入れるスペースを確保すること
ができ、また、画角が大きく、内視鏡光学系に適してい
る。

【００６４】次に第２実施例の撮像光学系の数値データ
を示す。また、第２実施例の撮像光学系の遠点、標準的
距離、近点ごとの各波長域における横収差を表す収差図
を図７〜９にそれぞれ示す。

【００６５】数値データ２ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ Ｓｏ 1 ∞ 0.4600 1.88300 40.78 2 0.6420 0.7500 3 -5.6794 1.5000 1.77250 49.60 4 -1.3686 0.1000 5（絞り） ∞ 0 6 ∞ 0.4000 1.52287 59.89 7 ∞ 0.6100 8 ∞ 0.6200 1.51400 75.00 9 ∞ 0.1600 10 16.2257 1.3000 1.69680 55.53 11 -1.5000 0.2800 1.84666 23.78 12 -4.8481 0.1000 13 ∞ 0.4000 1.52287 59.89 14 ∞ 0.8400 15 ＤＭ[1] 2.7265 偏心[1] 16 ∞ 0.5000 1.52287 59.89 17 ∞ 0.3170 像面 ∞

【００６６】 Ｓｏ（物点距離） ＴＥ： 12mm ＳＴ： 10mm ＷＥ： 8mm

【００６７】 ＤＭ[1] ＴＥ：∞（平面） ＳＴ： Ｃ₄ ＝-1.2381×10^-3 Ｃ₆ ＝-2.0348×10^-5 Ｃ₈ ＝ 3.0988×10^-4 Ｃ₁₀＝ 1.1004×10^-4 Ｃ₁₁＝ 1.7972×10^-3 Ｃ₁₃＝ 7.8328×10^-4 Ｃ₁₅＝ 1.4013×10^-4 Ｃ₁₇＝-1.8034×10^-4 Ｃ₁₉＝-1.7992×10^-4 Ｃ₂₁＝-5.9821×10^-5 ＷＥ： Ｃ₄ ＝ 7.7065×10^-4 Ｃ₆ ＝ 3.1842×10^-3 Ｃ₈ ＝ 9.3999×10^-4 Ｃ₁₀＝ 3.1041×10^-4 Ｃ₁₁＝ 2.1970×10^-3 Ｃ₁₃＝ 8.8400×10^-4 Ｃ₁₅＝ 9.7118×10^-5 Ｃ₁₇＝-3.6064×10^-4 Ｃ₁₉＝-1.8013×10^-4 Ｃ₂₁＝-4.4861×10^-5

【００６８】 偏心［１］ローカル座標系 Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.007 Ｚ＝ 0.007 α＝ -45.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00定義座標系 Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00 α＝ 90.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

【００６９】 条件式のパラメータ ｆ_ｔｏｔ（レンズ全系の焦点距離）＝1.6433ｍｍ ｆ_ｎ（凹レンズ群の焦点距離）＝-0.7271ｍｍ ｆ_ｐ（凸レンズ群の焦点距離）＝2.0308ｍｍ ｜ｆ_ｎ｜／ｆ_ｔｏｔ＝0.4425 ｆ_p／ｆ_ｔｏｔ＝1.2358 ＩＨ（像高）＝1.196ｍｍ ２ω（画角）＝131.44° Ｓｋ（最終レンズ面から撮像面までの距離）＝4.8835ｍｍ Ｓｋ／ｆ_ｔｏｔ＝2.97176 ｍｄ（可変ミラーの最大変化量）： 10.4μｍ Ｃ₁₀／Ｃ₈： 0.33 ｜Ｃ₁₃／Ｃ₁₁｜： 0.402 ｜Ｃ₁₅／Ｃ₁₁｜： 0.044 ｍｄ／ｆ_ｔｏｔ： 6.33×10^-3

【００７０】第３実施例 図１０は本発明による撮像光学系の第３実施例を示す光
軸に沿う断面図である。第３実施例の撮像光学系２１
は、第一レンズを含む凹レンズ群２２と、可変ミラー２
３と、明るさ絞り２４と、可変ミラー２５と、複数のレ
ンズからなる凸レンズ群２６と、赤外カットフィルタ２
７と、ローパスフィルタ２８と、固体撮像素子とで、２
枚の可変ミラーを用いた内視鏡撮像系として構成されて
いる。なお、図１０中、２９は固体撮像素子の撮像面で
ある。

【００７１】第３実施例の撮像光学系２１では、内視鏡
撮像系対物レンズの凹レンズ群２２を通った物体からの
光線は、可変ミラー２３で反射され、明るさ絞り２４を
通過する。その後、２つ目の可変ミラー２４で反射さ
れ、凸レンズ群２６を通過し、さらに、赤外カットフィ
ルタ２７、ローパスフィルタ２８を通過して、固体撮像
素子の撮像面２９に到達する。なお、第３実施例の撮像
光学系２１では、焦点距離が1.888mm、Ｆナンバーが10.
213、像高が対角2.268mm、水平画角が110.96°となって
いる。また、第３実施例の撮像光学系２１では、可変ミ
ラー２３，２５を変化させることによって、物点距離を
遠点12mm（ポジション１）から、標準的距離8mm（ポジ
ション２）を経て、近点2mm（ポジション３）まで焦点
合わせをすることが可能な光学系となっている。

【００７２】なお、図１０に示す撮像光学系２１は、物
体からの光線の光軸と、固体撮像素子に入射する光線の
光軸がほぼ平行（±５度のズレの範囲内）となるように
構成されている。また、２枚の可変ミラー２３，２５
は、明るさ絞り２４を挟んで、ほぼ平行（±５度のズレ
の範囲内）に対向配置されている。

【００７３】次に第３実施例の撮像光学系の数値データ
を示す。また、第３実施例の撮像光学系の遠点、標準的
距離、近点ごとの各波長域における横収差を表す収差図
を図１１〜１３にそれぞれ示す。

【００７４】数値データ３ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ Ｓｏ 1 ∞ 0.4092 1.51633 64.14 2 0.7817 0.7444 3 8.6070 0.4677 1.88300 40.76 4 ∞ 0.4264 5 ＤＭ[1] 0.5000 偏心[1] 6（絞り） ∞ 0.5500 7 ＤＭ[2] 0.7823 偏心[2] 8 ∞ 0.5087 1.88300 40.76 9 -5.1200 0.1457 1 10 9.2630 1.3375 1.88300 40.76 11 -9.2841 1.1182 12 ∞ 0.4766 1.51633 64.14 13 ∞ 0.5693 1.52287 59.89 14 ∞ 3.9128 像面 ∞

【００７５】 Ｓｏ（物点距離） ＴＥ： 12mm ＳＴ： 8mm ＷＥ： 2mm

【００７６】 ＤＭ[1] ＴＥ： Ｃ₄ ＝ 6.0003×10^-4 Ｃ₆ ＝ 6.0081×10^-4 Ｃ₈ ＝ 1.2005×10^-3 Ｃ₁₀＝ 2.0054×10^-4 Ｃ₁₁＝-3.2172×10^-3 Ｃ₁₃＝-8.0318×10^-4 Ｃ₁₅＝ 6.9821×10^-4 Ｃ₁₇＝ 3.0020×10^-4 Ｃ₁₉＝ 2.0016×10^-4 Ｃ₂₁＝-1.9996×10^-4 ＳＴ：∞（平面） ＷＥ： Ｃ₄ ＝-6.2994×10^-3 Ｃ₆ ＝-3.0007×10^-3 Ｃ₈ ＝-1.8006×10^-3 Ｃ₁₀＝-1.2997×10^-3 Ｃ₁₁＝-1.7007×10^-3 Ｃ₁₃＝ 2.2997×10^-3 Ｃ₁₅＝ 9.8977×10^-5 Ｃ₁₇＝-1.4973×10^-4 Ｃ₁₉＝-3.9821×10^-4 Ｃ₂₁＝-9.9506×10^-5

【００７７】 ＤＭ[2] ＴＥ： Ｃ₄ ＝ 6.0007×10^-4 Ｃ₆ ＝ 6.0055×10^-4 Ｃ₈ ＝ 1.1996×10^-3 Ｃ₁₀＝ 1.9992×10^-4 Ｃ₁₁＝-3.1969×10^-3 Ｃ₁₃＝-7.9963×10^-4 Ｃ₁₅＝ 7.0035×10^-4 Ｃ₁₇＝ 3.0006×10^-4 Ｃ₁₉＝ 2.0000×10^-4 Ｃ₂₁＝-1.9999×10^-4 ＳＴ：∞（平面） ＷＥ： Ｃ₄ ＝-6.3027×10^-3 Ｃ₆ ＝-3.0008×10^-3 Ｃ₈ ＝-1.7996×10^-3 Ｃ₁₀＝-1.3001×10^-3 Ｃ₁₁＝-1.7003×10^-3 Ｃ₁₃＝ 2.3002×10^-3 Ｃ₁₅＝ 1.0031×10^-4 Ｃ₁₇＝-1.4993×10^-4 Ｃ₁₉＝-4.0151×10^-4 Ｃ₂₁＝-1.0020×10^-4

【００７８】 偏心［１］ローカル座標系 Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00 α＝ 45.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00定義座標系 Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00 α＝ -90.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心［２］ローカル座標系 Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00 α＝ -45.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00定義座標系 Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00 α＝ 90.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

【００７９】 条件式のパラメータ ｆ_ｔｏｔ（レンズ全系の焦点距離）＝1.8884ｍｍ ｆ_ｎ（凹レンズ群の焦点距離）＝-1.9704ｍｍ ｆ_ｐ（凸レンズ群の焦点距離）＝2.9396ｍｍ ｜ｆ_ｎ｜／ｆ_ｔｏｔ＝1.0434 ｆ_p／ｆ_ｔｏｔ＝1.5567 ＩＨ（像高）＝1.134ｍｍ ２ω（画角）＝110.96° Ｓｋ（最終レンズ面から撮像面までの距離）＝6.0769ｍｍ Ｓｋ／ｆ_ｔｏｔ＝3.21801 ｍｄ（可変ミラーの最大変化量）：ＤＭ[1]：1.38μｍ ＤＭ[2]：2.03μｍ Ｃ₁₀／Ｃ₈： ＤＭ[1]：0.125 ＤＭ[2]：0.815 ｜Ｃ₁₃／Ｃ₁₁｜： ＤＭ[1]：0.721 ＤＭ[2]：6.573 ｜Ｃ₁₅／Ｃ₁₁｜： ＤＭ[1]：1.041 ＤＭ[2]：1.205 ｍｄ／ｆ_ｔｏｔ： ＤＭ[1]：7.31×10^-4 ＤＭ[2]：1.08×10^-3

【００８０】なお、以上の実施例では、可変ミラーの周
辺部が固定としたが、必ずしも固定する必要はなく、周
辺部が変動しても良い。 また、可変ミラーを構成する膜の材料としてポリイミド
を用いている。内視鏡に特有の消毒にも耐えられる材料
なので、より好ましい。

【００８１】なお、可変ミラーとしては、静電駆動型、
電磁駆動型等いずれのタイプの可変ミラーを用いても良
い。また、上記した３つの光学設計の実施例で、幾何学
的寸法を係数倍したものも、本発明に含まれるものとす
る。また、これまでに述べた実施例では面形状の変化す
る可変ミラーを用いたが、面形状の変化しないで焦点な
どの光学特性が変化する可変ミラーを用いても良い。撮
像素子の撮像エリアの形が長方形の場合、その短辺の方
向が、ｙｚ平面にほぼ平行となるように配置すると軸外
収差の補正で有利である。さらには、本発明の撮像光学
系は、可変ミラーの代わりに可変焦点レンズを用いて構
成しても、可変ミラーを用いた場合と同様の効果を得る
ことができる。

【００８２】次に、本発明の撮像光学系に適用可能な可
変ミラー、可変焦点レンズの構成例について説明する。

【００８３】図１４は本発明の撮像光学系に用いる可変
ミラーとして光学特性可変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。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４０９につい
て説明する。

【００８４】光学特性可変形状鏡４０９は、アルミコー
ティングされた薄膜（反射面）４０９ａと複数の電極４
０９ｂ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。）であり、４１１は各電極４０９ｂにそれ
ぞれ接続された複数の可変抵抗器、４１２は可変抵抗器
４１１と電源スイッチ４１３を介して薄膜４０９ａと電
極４０９ｂ間に接続された電源、４１４は複数の可変抵
抗器４１１の抵抗値を制御するための演算装置、４１
５，４１６及び４１７はそれぞれ演算装置４１４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。

【００８５】なお、対物レンズ９０２、接眼レンズ９０
１、及び、プリズム４０４、二等辺直角プリズム４０
５、ミラー４０６及び可変形状鏡の各面は、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。

【００８６】また、薄膜４０９ａは、例えば、P.Rai-ch
oudhury編、Handbook of Michrolithography, Michroma
chining and Michrofabrication, Volume 2:Michromach
ining and Michrofabrication,P495,Fig.8.58, SPIE PR
ESS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４０９ｂとの間に電圧が印加されると、静電気
力により薄膜４０９ａ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９０
１，９０２及び／又はプリズム４０４、二等辺直角プリ
ズム４０５、ミラー４０６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。なお、電極４０９ｂの
形は、例えば図１６、１７に示すように、薄膜４０９ａ
の変形のさせ方に応じて選べばよい。

【００８７】本実施例によれば、物体からの光は、対物
レンズ９０２及びプリズム４０４の各入射面と射出面で
屈折され、可変形状鏡４０９で反射され、プリズム４０
４を透過して、二等辺直角プリズム４０５でさらに反射
され（図１４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４０６で反
射され、接眼レンズ９０１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９０１，９０２、プリ
ズム４０４，４０５、及び、可変形状鏡４０９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。

【００８８】すなわち、反射面としての薄膜４０９ａの
形状は、結像性能が最適になるように演算装置４１４か
らの信号により各可変抵抗器４１１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４１４
へ、温度センサー４１５、湿度センサー４１６及び距離
サンサー４１７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４１４
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４０９ａの形状が決定されるような電圧を電極４０
９ｂに印加するように、可変抵抗器４１１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４０９
ａは電極４０９ｂ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４１７は
なくてもよく、その場合、固体撮像素子４０８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４０３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。

【００８９】また、薄膜４０９ａ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４０４と可変形状鏡
４０９を一体的に形成してユニット化することができ
る。

【００９０】また、図示を省略したが、可変形状鏡４０
９の基板上に固体撮像素子４０８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。

【００９１】また、レンズ９０１，９０２、プリズム４
０４，４０５、ミラー４０６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９０１，９０２がプリズム４
０４から離れて形成されているが、レンズ９０１，９０
２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４０４，４０５、ミラー４０６、可変形状鏡４
０９を設計すれば、プリズム４０４，４０５、可変形状
鏡４０９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９０１，９０２、プリズム４０４，４
０５、ミラー４０６の一部あるいは全部をガラスで作製
してもよく、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。

【００９２】なお、図１４の例では、演算装置４１４、
温度センサー４１５、湿度センサー４１６、距離センサ
ー４１７を設け、温湿度変化、物体距離の変化等も可変
形状鏡４０９で補償するようにしたが、そうではなくて
もよい。つまり、演算装置４１４、温度センサー４１
５、湿度センサー４１６、距離センサー４１７を省き、
観察者の視度変化のみを可変形状鏡４０９で補正するよ
うにしてもよい。

【００９３】図１５は本発明にかかる可変ミラーとして
用いる可変形状鏡４０９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４０９ａと電極
４０９ｂとの間に圧電素子４０９ｃが介装されていて、
これらが支持台４２３上に設けられている。そして、圧
電素子４０９ｃに加わる電圧を各電極４０９ｂ毎に変え
ることにより、圧電素子４０９ｃに部分的に異なる伸縮
を生じさせて、薄膜４０９ａの形状を変えることができ
るようになっている。電極４０９ｂの形は、図１６に示
すように、同心分割であってもよいし、図１７に示すよ
うに、矩形分割であってもよく、その他、適宜の形のも
のを選択することができる。図１５中、４２４は演算装
置４１４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４０９ａを変形させるべく、
演算装置４１４及び可変抵抗器４１１を介して電極４０
９ｂに印加される電圧を変化させる。このとき、温度セ
ンサー４１５、湿度センサー４１６及び距離センサー４
１７からの信号も同時に考慮され、ピント合わせ、温湿
度補償等が行われる。この場合、薄膜４０９ａには圧電
素子４０９ｃの変形に伴う応力が加わるので、薄膜４０
９ａ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。

【００９４】図１８は本発明にかかる可変ミラーとして
用いる可変形状鏡４０９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は、薄膜４０９ａ
と電極４０９ｂ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４０９ｃ及
び４０９ｃ’で構成されている点で、図１５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４
０９ｃと４０９ｃ’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４０９ｃと４０９ｃ’は電圧が
印加されると逆方向に伸縮するので、薄膜４０９ａを変
形させる力が図１５に示した実施例の場合よりも強くな
り、結果的にミラー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。

【００９５】圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’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、ＰｂＺ
ｒＯ₃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４０９ａの
形状を適切に変形させることも可能である。

【００９６】また、圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’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。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。

【００９７】なお、図１５、１９の圧電素子４０９ｃ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４０９ｃを別の基板４
０９ｃ−１と電歪材料４０９ｃ−２を貼り合わせた構造
にしてもよい。

【００９８】図１９は本発明にかかる可変ミラーとして
用いる可変形状鏡４０９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は、圧電素子４０
９ｃが薄膜４０９ａと電極４０９ｄとにより挟持され、
薄膜４０９ａと電極４０９ｄ間に演算装置４１４により
制御される駆動回路４２５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４２３上
に設けられた電極４０９ｂにも演算装置４１４により制
御される駆動回路４２５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４
０９ａは電極４０９ｄとの間に印加される電圧と電極４
０９ｂ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。

【００９９】そして、薄膜４０９ａ、電極４０９ｄ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なっても
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４
０９ｄは電極４０９ｂ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１９に示した。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。

【０１００】図２０は本発明にかかる可変ミラーとして
用いる可変形状鏡４０９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４２３の内部底面上には永久磁石４２６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４０
９ｅの周縁部が載置固定されており、基板４０９ｅ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４０
９ａが付設されていて、可変形状鏡４０９を構成してい
る。基板４０９ｅの下面には複数のコイル４２７が配設
されており、これらのコイル４２７はそれぞれ駆動回路
４２８を介して演算装置４１４に接続されている。した
がって、各センサー４１５，４１６，４１７，４２４か
らの信号によって演算装置４１４において求められる光
学系の変化に対応した演算装置４１４からの出力信号に
より、各駆動回路４２８から各コイル４２７にそれぞれ
適当な電流が供給されると、永久磁石４２６との間に働
く電磁気力で各コイル４２７は反発又は吸着され、基板
４０９ｅ及び薄膜４０９ａを変形させる。

【０１０１】この場合、各コイル４２７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４２７は１個でもよいし、永久磁石４２６を基板４０
９ｅに付設しコイル４２７を支持台４２３の内部底面側
に設けるようにしてもよい。また、コイル４２７はリソ
グラフィー等の手法で作るとよく、さらに、コイル４２
７には強磁性体よりなる鉄心を入れるようにしてもよ
い。

【０１０２】この場合、薄膜コイル４２７の巻密度を、
図２１に示すように、場所によって変化させることによ
り、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａ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４２７は１個
でもよいし、また、これらのコイル４２７には強磁性体
よりなる鉄心を挿入してもよい。

【０１０３】図２２は本発明にかかる可変ミラーとして
用いる可変形状鏡４０９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では、基板４０９
ｅは鉄等の強磁性体で作られており、反射膜としての薄
膜４０９ａ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４１３を切換え兼電源開閉用スイッチに置換すれ
ば、コイル４２７に流れる電流の方向を変えることがで
き、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａの形状を自由に変え
ることができる。図２３は本実施例におけるコイル４２
７の配置を示し、図２４はコイル４２７の他の配置例を
示しているが、これらの配置は、図２０に示した実施例
にも適用することができる。なお、図２５は、図２０に
示した実施例において、コイル４２７の配置を図２４に
示したようにした場合に適する永久磁石４２６の配置を
示している。すなわち、図２５に示すように、永久磁石
４２６を放射状に配置すれば、図２０に示した実施例に
比べて、微妙な変形を基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａ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４０９ｅ及び薄膜４０９ａを変形させる場合（図
２０及び図２２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。

【０１０４】以上いくつかの可変形状鏡の実施例を述べ
たが、ミラーの形を変形させるのに、図１９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。つまり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。

【０１０５】図２６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ミラーとして可変形状鏡
４０９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
４０９と、レンズ９０２と、固体撮像素子４０８と、制
御系１０３とで一つの撮像ユニット１０４を構成してい
る。本実施例の撮像ユニット１０４では、レンズ１０２
を通った物体からの光は可変形状鏡４０９で集光され、
固体撮像素子４０８の上に結像する。可変形状鏡４０９
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。

【０１０６】本実施例によれば、物体距離が変わっても
可変形状鏡４０９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１０４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。また、可変形状鏡４
０９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。なお、図２６では、制御系１０３
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。

【０１０７】図２７は本発明の可変形状鏡のさらに他の
実施例に係る、マイクロポンプ１８０で流体１６１を出
し入れし、ミラー面を変形させる可変ミラーとして用い
る可変形状鏡１８８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。マイクロポンプ１８０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。

【０１０８】図２８は本発明の撮像光学系に用いる可変
ミラー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１８０で
は、振動板１８１は静電気力、圧電効果等の電気力によ
り振動する。図２８では静電気力により振動する例を示
しており、図２８中、１８２，１８３は電極である。ま
た、点線は変形した時の振動板１８１を示している。振
動板１８１の振動に伴い、２つの弁１８４，１８５が開
閉し、流体１６１を右から左へ送るようになっている。

【０１０９】本実施例の可変形状鏡１８８では、反射膜
１８９が流体１６１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１８８は流
体１６１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。

【０１１０】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２６
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４０９ａ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。

【０１１１】図２９は本発明にかかる撮像光学系に用い
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５１１は、第１，第２の面としてのレンズ
面５０８ａ，５０８ｂを有する第１のレンズ５１２ａ
と、第３，第４の面としてのレンズ面５０９ａ，５０９
ｂを有する第２のレンズ５１２ｂと、これらレンズ間に
透明電極５１３ａ，５１３ｂを介して設けた高分子分散
液晶層５１４とを有し、入射光を第１，第２のレンズ５
１２ａ，５１２ｂを経て収束させるものである。透明電
極５１３ａ，５１３ｂは、スイッチ５１５を介して交流
電源５１６に接続して、高分子分散液晶層５１４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５１４は、それぞれ液晶分子５１７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５１８
を有して構成し、その体積は、高分子セル５１８を構成
する高分子および液晶分子５１７がそれぞれ占める体積
の和に一致させる。

【０１１２】ここで、高分子セル５１８の大きさは、例
えば球状とする場合、その平均の直径Ｄを、使用する光
の波長をλとするとき、例えば、 ２ｎｍ≦Ｄ≦λ／５ …(22) とする。すなわち、液晶分子５１７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５１
１の光軸方向における高分子分散液晶層５１４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５１７の屈折率との差により、高分子セル５
１８の境界面で光が散乱して高分子分散液晶層５１４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５１４の
透明度は、厚さｔが厚いほど悪くなる。

【０１１３】また、液晶分子５１７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５１７
の屈折率楕円体は、図３０に示すような形状となり、 ｎ_ox＝ｎ_oy＝ｎ_o …(23) 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。

【０１１４】ここで、図２９に示すように、スイッチ５
１５をオフ、すなわち高分子分散液晶層５１４に電界を
印加しない状態では、液晶分子５１７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５１４
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３１に示すように、スイッチ５１５をオンとして
高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加すると、液晶
分子５１７は、屈折率楕円体の長軸方向が可変焦点レン
ズ５１１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。

【０１１５】なお、高分子分散液晶層５１４に印加する
電圧は、例えば、図３２に示すように、可変抵抗器５１
９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５１７は、その楕円長軸が徐々に可変焦点レン
ズ５１１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。

【０１１６】ここで、図２９に示す状態、すなわち高分
子分散液晶層５１４に電界を印加しない状態での、液晶
分子５１７の平均屈折率ｎ_LC’は、図３０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’ …(24) となる。また、上記(23)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 …(25) で与えられる。このとき、高分子分散液晶層５１４の屈
折率ｎ_Aは、高分子セル５１８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５１４の体積に占める
液晶分子５１７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 …(26) で与えられる。

【０１１７】したがって、図３２に示すように、レンズ
５１２ａおよび５１２ｂの内側の面、すなわち高分子分
散液晶層５１４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５１１の焦点距離ｆ
₁は、 １／ｆ₁＝（ｎ_A−１）（１／Ｒ₁−１／Ｒ₂） …(27) 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５１２ａおよび
５１２ｂ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５１４のみによるレンズの焦点距離
が、(27)式で与えられる。

【０１１８】また、常光線の平均屈折率を、 （ｎ_ox＋ｎ_oy）／２＝ｎ_o’ …(28) とすれば、図３１に示す状態、すなわち高分子分散液晶
層５１４に電界を印加した状態での、高分子分散液晶層
５１４の屈折率ｎ_Bは、 ｎ_B＝ｆｆ・ｎ_o’＋（１−ｆｆ）ｎ_P …(29) で与えられるので、この場合の高分子分散液晶層５１４
のみによるレンズの焦点距離ｆ₂は、 １／ｆ₂＝（ｎ_B−１）（１／Ｒ₁−１／Ｒ₂） …(30) で与えられる。なお、高分子分散液晶層５１４に、図３
１におけるよりも低い電圧を印加する場合の焦点距離
は、(27)式で与えられる焦点距離ｆ₁と、(30)式で与え
られる焦点距離ｆ₂との間の値となる。

【０１１９】上記(27)および(30)式から、高分子分散液
晶層５１４による焦点距離の変化率は、 ｜（ｆ₂−ｆ₁）／ｆ₂｜＝｜（ｎ_B−ｎ_A）／（ｎ_B−１）｜ …(31) 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’） …(32) 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 …(33) とすれば、ｆｆ＝０．５のとき、高分子分散液晶層５１
４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。

【０１２０】次に、上記(22)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
ishers B.v.発行の第197 〜214 頁、「Transmission va
riation using scattering/transparent switching fil
ms 」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
の第206 頁、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・６μｍ（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。

【０１２１】ここで、例えば、ｔ＝１５０μｍの場合を
推定してみると、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・１
５μｍ）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。

【０１２２】これらの結果から、 Ｄ・ｔ≦λ・１５μｍ …(34) 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。

【０１２３】また、高分子分散液晶層５１４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５
１４の透過率は悪くなる。図２９の状態と図３１の状態
とで、平均して高分子分散液晶層５１４の透過率が良く
なるのは、 ｎ_P＝（ｎ_o’＋ｎ_LC’）／２ …(35) を満足するときである。

【０１２４】ここで、可変焦点レンズ５１１は、レンズ
として使用するものであるから、図２９の状態でも、図
３１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５１８を構成する高分子
の材料および液晶分子５１７の材料に制限があるが、実
用的には、 ｎ_o’≦ｎ_P≦ｎ_LC’ …(36) とすればよい。

【０１２５】上記(35)式を満足すれば、上記(34)式は、
さらに緩和され、 Ｄ・ｔ≦λ・６０μｍ …(37) 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５１８を構成する高分子と液晶分子５１７との
境界での光の反射、すなわち高分子分散液晶層５１４の
透過率の減少は、およそ上記の高分子と液晶分子５１７
との屈折率の差の２乗に比例するからである。

【０１２６】以上は、ｎ_o’≒１．４５、ｎ_LC’≒１．
５８５の場合であったが、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 …(38) 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。

【０１２７】また、可変焦点レンズ５１１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、ｆ
ｆ＝１では、高分子の体積がゼロとなり、高分子セル５
１８を形成できなくなるので、 ０．１≦ｆｆ≦０．９９９ …(39) とする。一方、ｆｆは、小さいほどτは向上するので、
上記(38)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…(40) とする。なお、ｔの下限値は、図２９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。

【０１２８】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５１８を構成する高分
子と液晶分子５１７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 …(41) とする。

【０１２９】図３３は図３２に示す可変焦点レンズ５１
１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５２１、可変焦点レンズ５１１および
レンズ５２２を介して、例えばＣＣＤよりなる固体撮像
素子５２３上に結像させる。なお、図３３では、液晶分
子の図示を省略してある。

【０１３０】かかる撮像光学系によれば、可変抵抗器５
１９により可変焦点レンズ５１１の高分子分散液晶層５
１４に印加する交流電圧を調整して、可変焦点レンズ５
１１の焦点距離を変えることより、可変焦点レンズ５１
１およびレンズ５２２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ことが可能となる。

【０１３１】図３４は本発明にかかる撮像光学系に適用
可能な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５３１は、平行な第１，
第２の面５３２ａ，５３２ｂを有する第１の透明基板５
３２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５３３ａおよ
び平坦な第４の面５３３ｂを有する第２の透明基板５３
３とを有し、入射光を第１，第２の透明基板５３２，５
３３を経て出射させるものである。第１，第２の透明基
板５３２，５３３間には、図２９で説明したと同様に、
透明電極５１３ａ，５１３ｂを介して高分子分散液晶層
５１４を設け、透明電極５１３ａ，５１３ｂをスイッチ
５１５を経て交流電源５１６に接続して、高分子分散液
晶層５１４に交流電界を印加するようにする。

【０１３２】かかる構成において、可変焦点回折光学素
子５３１に入射する光線は、第３の面５３３ａの格子ピ
ッチをｐとし、ｍを整数とすると、 ｐsinθ＝ｍλ …(42) 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３３の屈折率をｎ₃₃とし、ｋを整数と
すると、 ｈ（ｎ_A−ｎ₃₃）＝ｍλ …(43) ｈ（ｎ_B−ｎ₃₃）＝ｋλ …(44) 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。

【０１３３】ここで、上記(43)および(44)式の両辺の差
を求めると、 ｈ（ｎ_A−ｎ_B）＝（ｍ−ｋ）λ …(45) 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５３３の屈折率ｎ₃₃は、上
記(43)式から、ｎ₃₃＝１．５であればよい。また、可変
焦点回折光学素子５３１の周辺部における格子ピッチｐ
を１０μｍ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。

【０１３４】かかる可変焦点回折光学素子５３１は、高
分子分散液晶層５１４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。

【０１３５】なお、この実施形態において、上記(43)〜
(45)式は、実用上、 ０．７ｍλ≦ｈ（ｎ_A−ｎ₃₃）≦１．４ｍλ …(46) ０．７ｋλ≦ｈ（ｎ_B−ｎ₃₃）≦１．４ｋλ …(47) ０．７（ｍ−ｋ）λ≦ｈ（ｎ_A−ｎ_B）≦１．４（ｍ−ｋ）λ …(48) を満たせば良い。

【０１３６】また、ツイストネマティック液晶を用いる
可変焦点レンズもある。図３５および図３６は、この場
合の可変焦点眼鏡５５０の構成を示すものであり、可変
焦点レンズ５５１は、レンズ５５２および５５３と、こ
れらレンズの内面上にそれぞれ透明電極５１３ａ，５１
３ｂを介して設けた配向膜５３９ａ，５３９ｂ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５５４
とを有して構成し、その透明電極５１３ａ，５１３ｂを
可変抵抗器５１９を経て交流電源５１６に接続して、ツ
イストネマティック液晶層５５４に交流電界を印加する
ようにする。

【０１３７】かかる構成において、ツイストネマティッ
ク液晶層５５４に印加する電圧を高くすると、液晶分子
５５５は、図３６に示すようにホメオトロピック配向と
なり、図３５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５
５４の屈折率は小さくなり、焦点距離が長くなる。

【０１３８】ここで、図３５に示すツイストネマティッ
ク状態における液晶分子５５５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 …(49) 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３５
の状態でツイストネマティック液晶層５５４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５５１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。

【０１３９】図３７(a)は、本発明にかかる撮像光学系
に適用可能な可変偏角プリズムの構成を示すものであ
る。この可変偏角プリズム５６１は、第１，第２の面５
６２ａ，５６２ｂを有する入射側の第１の透明基板５６
２と、第３，第４の面５６３ａ，５６３ｂを有する出射
側の平行平板状の第２の透明基板５６３とを有する。入
射側の透明基板５６２の内面（第２の面）５６２ｂは、
フレネル状に形成し、この透明基板５６２と出射側の透
明基板５６３との間に、図２９で説明したと同様に、透
明電極５１３ａ，５１３ｂを介して高分子分散液晶層５
１４を設ける。透明電極５１３ａ，５１３ｂは、可変抵
抗器５１９を経て交流電源５１６に接続し、これにより
高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加して、可変偏
角プリズム５６１を透過する光の偏角を制御するように
する。なお、図３７(a)では、透明基板５６２の内面５
６２ｂをフレネル状に形成したが、例えば、図３７(b)
に示すように、透明基板５６２および５６３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、あるいは図３４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
合には、上記の(42)〜(48)式が同様にあてはまる。

【０１４０】かかる構成の可変偏角プリズム５６１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５６１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
５６１を偏向方向を異ならせて、例えば図３８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。なお、図３７および図３
８では、液晶分子の図示を省略してある。

【０１４１】図３９は本発明にかかる撮像光学系に用い
る可変焦点レンズを応用した可変焦点ミラーを示すもの
である。この可変焦点ミラー５６５は、第１，第２の面
５６６ａ，５６６ｂを有する第１の透明基板５６６と、
第３，第４の面５６７ａ，５６７ｂを有する第２の透明
基板５６７とを有する。第１の透明基板５６６は、平板
状またはレンズ状に形成して、内面（第２の面）５６６
ｂに透明電極５１３ａを設け、第２の透明基板５６７
は、内面（第３の面）５６７ａを凹面状に形成して、該
凹面上に反射膜５６８を施し、さらにこの反射膜５６８
上に透明電極５１３ｂを設ける。透明電極５１３ａ，５
１３ｂ間には、図２９で説明したと同様に、高分子分散
液晶層５１４を設け、これら透明電極５１３ａ，５１３
ｂをスイッチ５１５および可変抵抗器５１９を経て交流
電源５１６に接続して、高分子分散液晶層５１４に交流
電界を印加するようにする。なお、図３９では、液晶分
子の図示を省略してある。

【０１４２】かかる構成によれば、透明基板５６６側か
ら入射する光線は、反射膜５６８により高分子分散液晶
層５１４を折り返す光路となるので、高分子分散液晶層
５１４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５１４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５６５に入射した光線は、高分子分散液晶
層５１４を２回透過するので、高分子分散液晶層５１４
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５６６または５６７の内
面を、図３４に示したように回折格子状にして、高分子
分散液晶層５１４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。

【０１４３】なお、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５１６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。以上に示した実施形態に
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５１２ａ，５１２ｂの一
方、透明基板５３２、レンズ５３８、レンズ５５２，５
５３の一方、図３７(a)における透明基板５６３、図３
７(b)における透明基板５６２，５６３の一方、透明基
板５６６，５６７の一方はなくてもよい。なお、本願で
は図３９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。

【０１４４】図４０は本発明の撮像光学系に用いる可変
焦点レンズのさらに他の実施例に係る、可変焦点レンズ
１４０を用いた撮像ユニット１４１の概略構成図であ
る。撮像ユニット１４１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１０２と可変焦点
レンズ１４０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４０８とで撮像ユニ
ット１４１を構成している。可変焦点レンズ１４０は、
透明部材１４２と圧電性のある合成樹脂等の柔らかい透
明物質１４３とで、光を透過する流体あるいはゼリー状
物質１４４を挟んで構成されている。

【０１４５】流体あるいはゼリー状物質１４４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１４３の両面には透明電極１４
５が設けられており、回路１０３’を介して電圧を加え
ることで、透明物質１４３の圧電効果により透明物質１
４３が変形し、可変焦点レンズ１４０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。

【０１４６】なお、図４０中、１４５は透明電極、１４
６は流体をためるシリンダーである。また、透明物質１
４３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。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
形が実現できてよい。可変焦点レンズには透明な圧電材
料を用いるとよい。

【０１４７】なお、図４０の例で、可変焦点レンズ１４
０は、シリンンダー１４６を設けるかわりに、図４１に
示すように、支援部材１４７を設けてシリンダー１４６
を省略した構造にしてもよい。支援部材１４７は、間に
透明電極１４５を挟んで、透明物質１４３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１４
３に電圧をかけることによって、透明物質１４３が変形
しても、図４２に示すように、可変焦点レンズ１４０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
１４６が不要になる。なお、図４１、４２中、１４８は
変形可能な部材で、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。

【０１４８】図４０、４１に示す実施例では、電圧を逆
に印加すると透明物質１４３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１４３
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１４３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。

【０１４９】図４３は本発明の撮像光学系に用いる可変
焦点レンズのさらに他の実施例に係る、マイクロポンプ
１６０で流体１６１を出し入れし、レンズ面を変形させ
る可変焦点レンズ１６７の概略構成図である。マイクロ
ポンプ１６０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。流体１６１は、透明基板１６３と、弾性体１６４と
の間に挟まれている。図４３中、１６５は弾性体１６４
を保護するための透明基板で、設けなくてもよい。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。

【０１５０】そして、図２８で示したようなマイクロポ
ンプ１８０を、例えば、図４３に示す可変焦点レンズに
用いるマイクロポンプ１６０のように、２つ用いればよ
い。

【０１５１】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。

【０１５２】図４４は本発明にかかる撮像光学系に適用
可能な光学特性可変光学素子の他の実施例であって圧電
材料２００を用いた可変焦点レンズ２０１の概略構成図
である。圧電材料２００には透明物質１４３と同様の材
料が用いられており、圧電材料２００は、透明で柔らか
い基板２０２の上に設けられている。なお、基板２０２
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５９を介して電圧を圧
電材料２００に加えることで圧電材料２００は変形し、
図４４において凸レンズとしての作用を持っている。

【０１５３】なお、基板２０２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５９のうち、少な
くとも一方の電極の大きさを基板２０２と異ならせてお
く、例えば、一方の透明電極５９を基板２０２よりも小
さくしておくと、電圧を切ったときに、図４５に示すよ
うに、２つの透明電極５９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２０２は、流体
１６１の体積が変化しないように変形するので、液溜１
６８が不要になるというメリットがある。

【０１５４】本実施例では、流体１６１を保持する基板
の一部分を圧電材料で変形させて、液溜１６８を不要と
したところに大きなメリットがある。なお、図４３の実
施例にも言えることであるが、透明基板１６３，１６５
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。

【０１５５】図４６は本発明にかかる撮像光学系に適用
可能な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２００Ａ，２００Ｂ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２００Ａと２００Ｂ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４
６中、２０４はレンズ形状の透明基板である。本実施例
においても、紙面の右側の透明電極５９は基板２０２よ
りも小さく形成されている。

【０１５６】なお、図４４〜図４６の実施例において、
基板２０２、薄板２００，２００Ａ，２００Ｂ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。そのようにすれば、レンズの収
差補正等もすることができ、便利である。

【０１５７】図４７は本発明にかかる撮像光学系に用い
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２０７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２０６
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４７に示すように、凸レンズとし
て作用し、電圧を上げると、図４８に示すように、電歪
材料２０６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。

【０１５８】図４９は本発明にかかる撮像光学系に適用
可能な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２１４は、透
明弾性体２０８，２０９でアゾベンゼン２１０が挟まれ
ており、アゾベンゼン２１０には、透明なスペーサー２
１１を経由して光が照射されるようになっている。図４
９中、２１２，２１３はそれぞれ中心波長がλ₁，λ₂の
例えばＬＥＤ、半導体レーザー等の光源である。

【０１５９】本実施例において、中心波長がλ₁の光が
図５０(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２１０は、図５０(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
２１４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の光がシス型のアゾベンゼン２１
０に照射されると、アゾベンゼン２１０はシス型からト
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２１４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２１４は
可変焦点レンズとして作用する。また、可変焦点レンズ
２１４では、透明弾性体２０８，２０９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。なお、レンズとして利用する光の波長は可視光に限
らず赤外光等でもよい。また、アゾベンゼン２１０とし
ては、アゾベンゼンと他の液体の混合物を用いてもよ
い。

【０１６０】図５１は本発明にかかる撮像光学系に可変
ミラーとして用い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５１中、４１
１は可変抵抗器、４１４は演算装置、４１５は温度セン
サー、４１６は湿度センサー、４１７は距離センサー、
４２４は振れセンサーである。本実施例の可変形状鏡４
５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４５３と間を隔てて分割電極４０９ｂを設け、電歪
材料４５３の上に順に電極４５２、変形可能な基板４５
１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４５０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４０９ｂを電歪材
料４５３と一体化した場合に比べて、反射膜４５０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４５１
と電極４５２の配置は逆でも良い。また、図５１中、４
４９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４５は、釦４４９を使用者が押すことで
反射膜４５０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４１４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。

【０１６１】最後に、本発明で用いる用語の定義を述べ
ておく。

【０１６２】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。

【０１６３】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。

【０１６４】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。

【０１６５】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。

【０１６６】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。

【０１６７】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。

【０１６８】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。

【０１６９】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、物体のぶれ等を含むものとする。

【０１７０】拡張曲面の定義は以下の通りである。球
面、平面、回転対称非球面のほか、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、線を有する面
等、いかなる形をしていても良い。反射面でも、屈折面
でも、光になんらかの影響を与えうる面ならば良い。本
発明では、これらを総称して拡張曲面と呼ぶことにす
る。

【０１７１】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。

【０１７２】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。

【０１７３】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。

【０１７４】以上説明したように、本発明の撮像光学系
は、特許請求の範囲に記載された発明の他に、次に示す
ような特徴も備えている。

【０１７５】（１）光学系がレトロフォーカスタイプで
あることを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系。

【０１７６】（２）次の条件式の少なくともいずれか一
つを満たすことを特徴とする請求項１に記載の撮像光学
系。 ０．０１ ＜ ｜ｆ_ｎ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ １００ ０．０１ ＜ ｜ｆ_ｐ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ １００ ０．０１ ＜ Ｓｋ／ｆ_ｔｏｔ ＜ １００ ただし、ｆ_ｎは光学系の凹レンズ群の焦点距離、ｆ_ｔ
ｏｔはレンズ全系の焦点距離、ｆ_ｐは凸レンズ群の焦点
距離、Ｓｋは光学系の最終レンズ面から撮像面までの距
離である。

【０１７７】（３）次の条件式の少なくともいずれか一
つを満たすことを特徴とする請求項２に記載の撮像光学
系。 ０．０１ ＜ ｜ｆ_ｎ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ １００ ０．０１ ＜ ｜ｆ_ｐ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ １００ ０．０１ ＜ Ｓｋ／ｆ_ｔｏｔ ＜ １００ ただし、ｆ_ｎは光学系の凹レンズ群の焦点距離、ｆ_ｔ
ｏｔはレンズ全系の焦点距離、ｆ_ｐは凸レンズ群の焦点
距離、Ｓｋは光学系の最終レンズ面から撮像面までの距
離である。

【０１７８】（４）可変ミラーを有し、光学系の構成
が、物体側から順に、凹レンズ群、明るさ絞り、凸レン
ズ群とを備えてなり、明るさ絞りが凹レンズ群、又は凸
レンズ群の中に設けられていることを特徴とする撮像光
学系。

【０１７９】（５）可変ミラーを有し、前記可変ミラー
への軸上光線の入射角が４０度以上５０度以内となるよ
うにしたことを特徴とする撮像光学系。

【０１８０】（６）回転対称な光学素子を複数有し、絞
りをはさんで２つの可変ミラーをほぼ平行（±５度のズ
レの範囲内）に配置したことを特徴とする撮像光学系。

【０１８１】（７）凹レンズと凸レンズとを有し、絞り
をはさんで２つの可変ミラーをほぼ平行（±５度のズレ
の範囲内）に対向配置したことを特徴とする撮像光学
系。

【０１８２】（８）可変ミラーを有すると共に、凹レン
ズと凸レンズとを有し、物体から撮像光学系への軸上入
射光線と撮像面への軸上入射光線が、ほぼ平行（±５度
のズレの範囲内）になるようにしたことを特徴とする撮
像光学系。

【０１８３】（９）可変ミラーを有すると共に、凹レン
ズと凸レンズとを有し、物体から撮像光学系への軸上入
射光線と撮像面への軸上入射光線のなす角が、ほぼ９０
度（±５度のズレの範囲内）になるようにしたことを特
徴とする撮像光学系。

【０１８４】（１０）凹レンズと凸レンズとを有するレ
トロフォーカス型レンズ系の後方に可変ミラーを配置し
て、フォーカスを行うようにしたことを特徴とする撮像
光学系。

【０１８５】（１１）凹レンズと凸レンズとを有する、
絞りを含むレトロフォーカス型レンズ系の後方で撮像素
子の前方に可変ミラーを配置して、フォーカスを行うよ
うにしたことを特徴とする撮像光学系。

【０１８６】（１２）凹レンズと凸レンズとを有する絞
りを含むレトロフォーカス型レンズ系の後方で、撮像素
子の直前に可変ミラーを配置して、フォーカスを行うよ
うにしたことを特徴とする撮像光学系。

【０１８７】（１３）接合レンズを有する上記（５）〜
（１２）のいずれかに記載の撮像光学系。

【０１８８】（１４）絞りの後方に接合レンズを有する
上記（５）〜（１２）のいずれかに記載の撮像光学系。

【０１８９】（１５）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーのミラー面の変形
形状が、自由曲面を定義する式の係数Ｃ₄とＣ₆とが異符
号になる状態を含む自由曲面となることを特徴とする撮
像光学系。

【０１９０】（１６）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーのミラー面の変形
形状が、自由曲面を定義する式の係数Ｃ₄が異なる符号
になる２状態を含む自由曲面となることを特徴とする撮
像光学系。

【０１９１】（１７）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーのミラー面の変形
形状が、自由曲面を定義する式の係数Ｃ₆が異なる符号
になる２状態を含む自由曲面となることを特徴とする撮
像光学系。

【０１９２】（１８）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーについて、物体距
離が近点では可変ミラーの収束作用が強くなり、物体距
離が遠点では可変ミラーの収束作用が弱くなることを特
徴とする撮像光学系。

【０１９３】（１９）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーのミラー面の変形
形状が、少なくとも一つの状態で、自由曲面を定義する
式の係数Ｃ₈及びＣ₁₀が次の条件式を満たす自由曲面と
なることを特徴とする撮像光学系。 ０．０１ ＜ Ｃ₁₀／Ｃ₈ ＜ １００

【０１９４】（２０）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーのミラー面の変形
形状が、少なくとも一つの状態で、自由曲面を定義する
式の係数Ｃ₈及びＣ₁₀が次の条件式を満たす自由曲面と
なることを特徴とする撮像光学系。 ０．１ ＜ Ｃ₁₀／Ｃ₈ ＜ １０

【０１９５】（２１）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーのミラー面の変形
形状が、少なくとも一つの状態で、自由曲面を定義する
式の係数Ｃ₈とＣ₁₀とが同符号である自由曲面となるこ
とを特徴とする撮像光学系。

【０１９６】（２２）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーのミラー面の変形
形状が、少なくとも一つの状態で、自由曲面を定義する
式の係数Ｃ₁₁及びＣ₁₃が次の条件式を満たす自由曲面と
なることを特徴とする撮像光学系。 ０．０１ ＜ ｜Ｃ₁₃／Ｃ₁₁｜ ＜ １００

【０１９７】（２３）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーのミラー面の変形
形状が、少なくとも一つの状態で、自由曲面を定義する
式の係数Ｃ₁₁及びＣ₁₃が次の条件式を満たす自由曲面と
なることを特徴とする撮像光学系。 ０．１ ＜ ｜Ｃ₁₃／Ｃ₁₁｜ ＜ １０

【０１９８】（２４）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーのミラー面の変形
形状が、少なくとも一つの状態で、自由曲面を定義する
式の係数Ｃ₁₁及びＣ₁₅が次の条件式を満たす自由曲面と
なることを特徴とする撮像光学系。 ０．０１ ＜ ｜Ｃ₁₅／Ｃ₁₁｜ ＜ １００

【０１９９】（２５）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーのミラー面の変形
形状が、少なくとも一つの状態で、自由曲面を定義する
式の係数Ｃ₁₁及びＣ₁₅が次の条件式を満たす自由曲面と
なることを特徴とする撮像光学系。 ０ ＜ ｜Ｃ₁₅／Ｃ₁₁｜ ＜ １

【０２００】（２６）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーについて、次の条
件式を満たすことを特徴とする撮像光学系。 ０ ＜ ｍｄ／ｆ_ｔｏｔ ＜ １ ただし、ｍｄは可変ミラーのミラー面の最大変形量、ｆ
_ｔｏｔはレンズ全系の焦点距離である。

【０２０１】（２７）次の条件式の少なくともいずれか
１つを満たすことを特徴とする上記（５）〜（２６）の
いずれかに記載の撮像光学系。 ０．０１ ＜ ｜ｆ_ｎ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ １００ ０．１ ＜ ｜ｆ_ｎ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ １０ ０．１ ＜ ｜ｆ_ｎ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ ３ ０．０１ ＜ ｜ｆ_ｐ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ １００ ０．１ ＜ ｜ｆ_ｐ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ １０ ０．１ ＜ ｜ｆ_ｐ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ ３ ０．０１ ＜ Ｓｋ／ｆ_ｔｏｔ ＜ １００ ０．１ ＜ Ｓｋ／ｆ_ｔｏｔ ＜ １０ ０．５ ＜ Ｓｋ／ｆ_ｔｏｔ ＜ ８ ただし、ｆ_ｎは光学系の凹レンズ群の焦点距離、ｆ_ｔ
ｏｔはレンズ全系の焦点距離、ｆ_ｐは凸レンズ群の焦点
距離、Ｓｋは光学系の最終レンズ面から撮像面までの距
離である。

【０２０２】（２８）可変ミラーを用いて、次の条件式
を満たすフォーカスを行うようにしたことを特徴とする
上記（１）又は（２）に記載の撮像光学系。 ７５° ＜ ２ω ＜ １７０° ただし、ωは光学系に入射する光線の水平半画角であ
る。

【０２０３】（２９）可変ミラーを用いて、次の条件式
を満たすフォーカスを行うようにしたことを特徴とする
上記（１）又は（２）に記載の撮像光学系。 ８５° ＜ ２ω ＜ １６０° ただし、ωは光学系に入射する光線の水平半画角であ
る。

【０２０４】（３０）回転対称なレンズを有し、可変ミ
ラーを用いてフォーカスを行う撮像光学系。

【０２０５】（３１）可変ミラーを用いて、次の条件式
を満たすフォーカスを行うようにしたことを特徴とする
撮像光学系。 ５０° ＜ ２ω ＜ １７５°) ただし、ωは光学系に入射する光線の水平半画角であ
る。

【０２０６】（３２）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーが、ある状態で次
の条件式を満たすことを特徴とする上記（３０）又は
（３１）に記載の撮像光学系。 ０．００００３ ＜ ｍｄ／ｆ_ｔｏｔ ＜ ０．１ ただし、ｍｄは可変ミラーのミラー面の最大変形量、ｆ
_ｔｏｔはレンズ全系の焦点距離である。

【０２０７】（３３）少なくとも一つの状態で、自由曲
面を定義する式の係数Ｃ₈、Ｃ₁₀、Ｃ_{1 7}のいずれか1つ以
上が０でないことを特徴とする上記（３０）又は（３
１）に記載の撮像光学系。

【０２０８】（３４）複数枚の可変ミラーを用いて、フ
ォーカスを行う上記（３０）又は（３１）に記載の撮像
光学系。

【０２０９】（３５）フォーカスを行う際に、少なくと
も一つの可変ミラーが、少なくともある状態で自由曲面
形状になることを特徴とする上記（３０）又は（３１）
に記載の撮像光学系。

【０２１０】（３６）可変ミラーを有し、光学系の構成
が、光線の入射する側から順に、凹レンズ群、明るさ絞
り、凸レンズ群からなり、明るさ絞りが凹レンズ群、又
は凸レンズ群の中に設けられていることを特徴とする、
可変ミラーを用いてフォーカスを行う上記（３０）又は
（３１）に記載の撮像光学系。

【０２１１】（３７）可変ミラーへの軸上光線の入射角
がある状態で４０度以上５０度以内であることを特徴と
する上記（３０）又は（３1）に記載の可変ミラーを有
する撮像光学系。

【０２１２】（３８）絞りをはさんで２つの可変ミラー
をほぼ平行（±５度以内）に配置したことを特徴とする
可変ミラーを有する撮像光学系。

【０２１３】（３９）回転対称な光学素子を複数有し、
絞りをはさんで２つの可変ミラーをほぼ平行（±５度以
内）に配置したことを特徴とする可変ミラーを有する撮
像光学系。

【０２１４】（４０）絞りをはさんで２つの可変ミラー
をほぼ平行（±５度以内）に配置したことを特徴とする
上記（３０）又は（３１）に記載の可変ミラーを有する
撮像光学系。

【０２１５】（４１）凹レンズと凸レンズとを有し、絞
りをはさんで２つの可変ミラーをほぼ平行（±５度以
内）に対向配置したことを特徴とする上記（３０）又は
（３１）に記載の可変ミラーを有する撮像光学系。

【０２１６】（４２）凹レンズと凸レンズとを有し、物
体から撮像光学系への軸上入射光線と撮像面への軸上入
射光線が、ある状態でほぼ平行（±５度以内）であるこ
とを特徴とする上記（３０）又は（３１）に記載の可変
ミラーを有する撮像光学系。

【０２１７】（４３）凹レンズと凸レンズとを有し、物
体から撮像光学系への軸上入射光線と撮像面への軸上入
射光線のなす角が、ある状態でほぼ９０度（±５度以
内）であることを特徴とする上記（３０）又は（３１）
に記載の可変ミラーを有する撮像光学系。

【０２１８】（４４）凹レンズと凸レンズとを有するレ
トロフォーカス型レンズ系の後方に可変ミラーを配置
し、フォーカスを行う可変ミラーを有する上記（３０）
又は（３１）に記載の撮像光学系。

【０２１９】（４５）凹レンズと凸レンズとを有する絞
りを含むレトロフォーカス型レンズ系の後方で、撮像素
子の前方に可変ミラーを配置し、フォーカスを行う可変
ミラーを有する撮像光学系。

【０２２０】（４６）凹レンズと凸レンズとを有する絞
りを含むレトロフォーカス型レンズ系の後方で、撮像素
子の直前に可変ミラーを配置し、フォーカスを行う可変
ミラーを有する上記（３０）又は（３１）に記載の撮像
光学系。

【０２２１】（４７）接合レンズを有する上記（３０）
〜（４６）のいずれかに記載の撮像光学系。

【０２２２】（４８）絞りの後方に接合レンズを有する
上記（３０）〜（４６）のいずれかに記載の撮像光学
系。

【０２２３】（４９）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーのミラー面の変形
形状が、ある状態で、自由曲面を定義する式の係数Ｃ₄
とＣ₆とが異符号になる状態を含む自由曲面となること
を特徴とする上記（３０）又は（３１）に記載の撮像光
学系。

【０２２４】（５０）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーのミラー面の変形
形状が、ある状態で、自由曲面を定義する式の係数Ｃ₄
が異なる符号になる２状態を含む自由曲面となることを
特徴とする上記（３０）又は（３１）に記載の撮像光学
系。

【０２２５】（５１）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーのミラー面の変形
形状が、ある状態で、自由曲面を定義する式の係数Ｃ₆
が異なる符号になる２状態を含む自由曲面となることを
特徴とする上記（３０）又は（３１）に記載の撮像光学
系。

【０２２６】（５２）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーについて、物体距
離が近点では可変ミラーの収束作用が強くなり、物体距
離が遠点では可変ミラーの収束作用が弱くなることを特
徴とする上記（３０）又は（３１）に記載の撮像光学
系。

【０２２７】（５３）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーのミラー面の変形
形状が、ある状態で、自由曲面を定義する式の係数Ｃ₈
及びＣ_{1 0}が次の条件式を満たす自由曲面となることを特
徴とする上記（３０）又は（３１）に記載の撮像光学
系。 ０．０１ ＜ Ｃ₁₀／Ｃ₈ ＜ １００

【０２２８】（５４）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーのミラー面の変形
形状が、ある状態で、自由曲面を定義する式の係数Ｃ₈
とＣ₁₀とが同符号である自由曲面となることを特徴とす
る上記（３０）又は（３１）に記載の撮像光学系。

【０２２９】（５５）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーのミラー面の変形
形状が、ある状態で、自由曲面を定義する式の係数Ｃ₁₁
及びＣ ₁₅が次の条件式を満たす自由曲面となることを特
徴とする上記（３０）又は（３１）に記載の撮像光学
系。 ０．０１ ＜ ｜Ｃ₁₅／Ｃ₁₁｜ ＜ １００

【０２３０】（５６）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーのミラー面の変形
形状が、ある状態で、自由曲面を定義する式の係数Ｃ₁₁
及びＣ ₁₃が次の条件式を満たす自由曲面となることを特
徴とする上記（３０）又は（３１）に記載の撮像光学
系。 ０．０１ ＜ ｜Ｃ₁₃／Ｃ₁₁｜ ＜ １００

【０２３１】（５７）少なくとも一つの可変ミラーを有
し、少なくともいずれかの可変ミラーがある状態で次の
条件式を満たすことを特徴とする上記（３０）又は（３
１）に記載の撮像光学系。 ０ ＜ ｍｄ／ｆ_ｔｏｔ ＜ １ ただし、ｍｄは可変ミラーのミラー面の最大変形量、ｆ
_ｔｏｔはレンズ全系の焦点距離である。

【０２３２】（５８）用いられている可変ミラーの駆動
方式が静電駆動方式、電磁駆動方式、圧電効果、流体駆
動のいずれかである可変ミラーを有する上記（３０）又
は（３１）に記載の撮像光学系。

【０２３３】（５９）ある状態で、次の条件式の少なく
ともいずれか１つを満たすことを特徴とする請求項１〜
３、上記（１）〜（５８）のいずれかに記載の撮像光学
系。 ０．０１ ＜ ｜ｆ_ｎ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ １００ ０．１ ＜ ｜ｆ_ｎ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ １０ ０．１ ＜ ｜ｆ_ｎ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ ３ ０．０１ ＜ ｜ｆ_ｐ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ １００ ０．１ ＜ ｜ｆ_ｐ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ １０ ０．１ ＜ ｜ｆ_ｐ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ ３ ０．０１ ＜ Ｓｋ／ｆ_ｔｏｔ ＜ １００ ０．１ ＜ Ｓｋ／ｆ_ｔｏｔ ＜ １０ ０．５ ＜ Ｓｋ／ｆ_ｔｏｔ ＜ ８ ５０° ＜ ２ω ＜ １７５° ７５° ＜ ２ω ＜ １７０° ８５° ＜ ２ω ＜ １６０° ０．０１ ＜ Ｃ₁₀／Ｃ₈ ＜ １００ ０.１ ＜ Ｃ₁₀／Ｃ₈ ＜ １０ ０．０１ ＜ ｜Ｃ₁₃／Ｃ₁₁｜ ＜ １００ ０．１ ＜ ｜Ｃ₁₃／Ｃ₁₁｜ ＜ １０ ０．０１ ＜ ｜Ｃ₁₅／Ｃ₁₁｜ ＜ １００ ０．１ ＜ ｜Ｃ₁₅／Ｃ₁₁｜ ＜ １０ ０ ＜ ｍｄ／ｆ_ｔｏｔ ＜ １ ０．００００３＜ｍｄ／ｆ_ｔｏｔ＜０．１ ただし、ｆ_ｎは光学系の凹レンズ群の焦点距離、ｆ_ｔ
ｏｔはレンズ全系の焦点距離、ｆ_ｐは凸レンズ群の焦
点距離、Ｓｋは光学系の最終レンズ面から撮像面までの
距離、ωは光学系に入射する光線の水平半画角、Ｃ₈、
Ｃ₁₀、Ｃ₁₁、Ｃ_{1 3}、Ｃ₁₅は可変ミラーの面形状を表わす
自由曲面を定義する式の係数、ｍｄは可変ミラーのミラ
ー面の最大変形量である。

【０２３４】（６０）ある状態で、次の条件式の少なく
ともいずれか２つを満たすことを特徴とする請求項１〜
３、上記（１）〜（５８）のいずれかに記載の撮像光学
系。 ０．０１ ＜ ｜ｆ_ｎ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ １００ ０．１ ＜ ｜ｆ_ｎ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ １０ ０．１ ＜ ｜ｆ_ｎ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ ３ ０．０１ ＜ ｜ｆ_ｐ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ １００ ０．１ ＜ ｜ｆ_ｐ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ １０ ０．１ ＜ ｜ｆ_ｐ｜／ｆ_ｔｏｔ ＜ ３ ０．０１ ＜ Ｓｋ／ｆ_ｔｏｔ ＜ １００ ０．１ ＜ Ｓｋ／ｆ_ｔｏｔ ＜ １０ ０．５ ＜ Ｓｋ／ｆ_ｔｏｔ ＜ ８ ５０° ＜ ２ω ＜ １７５° ７５° ＜ ２ω ＜ １７０° ８５° ＜ ２ω ＜ １６０° ０．０１ ＜ Ｃ₁₀／Ｃ₈ ＜ １００ ０.１ ＜ Ｃ₁₀／Ｃ₈ ＜ １０ ０．０１ ＜ ｜Ｃ₁₃／Ｃ₁₁｜ ＜ １００ ０．１ ＜ ｜Ｃ₁₃／Ｃ₁₁｜ ＜ １０ ０．０１ ＜ ｜Ｃ₁₅／Ｃ₁₁｜ ＜ １００ ０．１ ＜ ｜Ｃ₁₅／Ｃ₁₁｜ ＜ １０ ０ ＜ ｍｄ／ｆ_ｔｏｔ ＜ １ ０．００００３＜ｍｄ／ｆ_ｔｏｔ＜０．１ ただし、ｆ_ｎは光学系の凹レンズ群の焦点距離、ｆ_ｔ
ｏｔはレンズ全系の焦点距離、ｆ_ｐは凸レンズ群の焦
点距離、Ｓｋは光学系の最終レンズ面から撮像面までの
距離、ωは光学系に入射する光線の水平半画角、Ｃ₈、
Ｃ₁₀、Ｃ₁₁、Ｃ_{1 3}、Ｃ₁₅は可変ミラーの面形状を表わす
自由曲面を定義する式の係数、ｍｄは可変ミラーのミラ
ー面の最大変形量である。

【０２３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
外径が細く小型でありながらにして、ピント合わせを行
うことが可能な撮像光学系を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる撮像光学系の構成
を示す光軸に沿う断面図である。

【図２】本発明の第１実施例にかかる撮像光学系の変形
例の構成を示す光軸に沿う断面図である。

【図３】第１実施例の撮像光学系の遠点の各波長域にお
ける横収差を表す収差図であり、 (a)はＸ方向画角がゼ
ロ、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＹ方向の横収差、
(b)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ正方向最大画角を通る主光
線のＹ方向の横収差、(c)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ負方
向最大画角を通る主光線のＹ方向の横収差を示してい
る。

【図４】第１実施例の撮像光学系の標準的距離の各波長
域における横収差を表す収差図であり、(a)はＸ方向画
角がゼロ、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＹ方向の横
収差、(b)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ正方向最大画角を通
る主光線のＹ方向の横収差、(c)はＸ方向画角がゼロ、
Ｙ負方向最大画角を通る主光線のＹ方向の横収差を示し
ている。

【図５】第１実施例の撮像光学系の近点の各波長域にお
ける横収差を表す収差図であり、(a)はＸ方向画角がゼ
ロ、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＹ方向の横収差、
(b)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ正方向最大画角を通る主光
線のＹ方向の横収差、(c)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ負方
向最大画角を通る主光線のＹ方向の横収差を示してい
る。

【図６】本発明の第２実施例にかかる撮像光学系の構成
を示す光軸に沿う断面図である。

【図７】第２実施例の撮像光学系の遠点の各波長域にお
ける横収差を表す収差図であり、 (a)はＸ方向画角がゼ
ロ、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＹ方向の横収差、
(b)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ正方向最大画角を通る主光
線のＹ方向の横収差、(c)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ負方
向最大画角を通る主光線のＹ方向の横収差を示してい
る。

【図８】第２実施例の撮像光学系の標準的距離の各波長
域における横収差を表す収差図であり、(a)はＸ方向画
角がゼロ、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＹ方向の横
収差、(b)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ正方向最大画角を通
る主光線のＹ方向の横収差、(c)はＸ方向画角がゼロ、
Ｙ負方向最大画角を通る主光線のＹ方向の横収差を示し
ている。

【図９】第２実施例の撮像光学系の近点の各波長域にお
ける横収差を表す収差図であり、(a)はＸ方向画角がゼ
ロ、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＹ方向の横収差、
(b)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ正方向最大画角を通る主光
線のＹ方向の横収差、(c)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ負方
向最大画角を通る主光線のＹ方向の横収差を示してい
る。

【図１０】本発明の第３実施例にかかる撮像光学系の構
成を示す光軸に沿う断面図である。

【図１１】第３実施例の撮像光学系の遠点の各波長域に
おける横収差を表す収差図であり、 (a)はＸ方向画角が
ゼロ、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＹ方向の横収
差、(b)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ正方向最大画角を通る
主光線のＹ方向の横収差、(c)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ
負方向最大画角を通る主光線のＹ方向の横収差を示して
いる。

【図１２】第３実施例の撮像光学系の標準的距離の各波
長域における横収差を表す収差図であり、(a)はＸ方向
画角がゼロ、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＹ方向の
横収差、(b)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ正方向最大画角を
通る主光線のＹ方向の横収差、(c)はＸ方向画角がゼ
ロ、Ｙ負方向最大画角を通る主光線のＹ方向の横収差を
示している。

【図１３】第３実施例の撮像光学系の近点の各波長域に
おける横収差を表す収差図であり、(a)はＸ方向画角が
ゼロ、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＹ方向の横収
差、(b)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ正方向最大画角を通る
主光線のＹ方向の横収差、(c)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ
負方向最大画角を通る主光線のＹ方向の横収差を示して
いる。

【図１４】本発明の撮像光学系に用いる可変ミラーとし
て光学特性可変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１５】本発明にかかる可変ミラーとして用いる可変
形状鏡４０９の他の実施例を示す概略構成図である。

【図１６】図１５の実施例の可変形状鏡に用いる電極の
一形態を示す説明図である。

【図１７】図１５の実施例の可変形状鏡に用いる電極の
他の形態を示す説明図である。

【図１８】本発明にかかる可変ミラーとして用いる可変
形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図であ
る。

【図１９】本発明にかかる可変ミラーとして用いる可変
形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図であ
る。

【図２０】本発明にかかる可変ミラーとして用いる可変
形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図であ
る。

【図２１】図２０の実施例における薄膜コイル４２７の
巻密度の状態を示す説明図である。

【図２２】本発明にかかる可変ミラーとして用いる可変
形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図であ
る。

【図２３】図２２の実施例におけるコイル４２７の一配
置例を示す説明図である。

【図２４】図２２の実施例におけるコイル４２７の他の
配置例を示す説明図である。

【図２５】図２０に示した実施例において、コイル４２
７の配置を図２４に示したようにした場合に適する永久
磁石４２６の配置を示す説明図である。

【図２６】本発明のさらに他の実施例に係る、光学装置
に適用可能な可変ミラーとして可変形状鏡４０９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、ＰＤ
Ａ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。

【図２７】本発明の可変形状鏡のさらに他の実施例に係
る、マイクロポンプ１８０で流体１６１を出し入れし、
ミラー面を変形させる可変ミラーとして用いる可変形状
鏡１８８の概略構成図である。

【図２８】本発明の撮像光学系に用いる可変ミラーに適
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。

【図２９】本発明にかかる撮像光学系に用いる可変焦点
レンズの原理的構成を示す図である。

【図３０】一軸性のネマティック液晶分子の屈折率楕円
体を示す図である。

【図３１】図２７に示す高分子分散液晶層に電界を印加
状態を示す図である。

【図３２】図２９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図である。

【図３３】図３２に示す可変焦点レンズ５１１を用いた
デジタルカメラ用の撮像光学系の構成を示す図である。

【図３４】本発明にかかる撮像光学系に適用可能な可変
焦点回折光学素子の一例の構成を示す図である。

【図３５】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図である。

【図３６】図３５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
図である。

【図３７】本発明にかかる撮像光学系に適用可能な可変
偏角プリズムの二つの例の構成を示す図である。

【図３８】図３７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３９】本発明にかかる撮像光学系に用いる可変焦点
レンズを応用した可変焦点ミラーを示す図である。

【図４０】本発明の撮像光学系に用いる可変焦点レンズ
のさらに他の実施例に係る、可変焦点レンズ１４０を用
いた撮像ユニット１４１の概略構成図である。

【図４１】図４０の実施例における可変焦点レンズの変
形例を示す説明図である。

【図４２】図４１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４３】本発明の撮像光学系に用いる可変焦点レンズ
のさらに他の実施例に係る、マイクロポンプ１６０で流
体１６１を出し入れし、レンズ面を変形させる可変焦点
レンズ１６２の概略構成図である。

【図４４】本発明にかかる撮像光学系に適用可能な光学
特性可変光学素子の他の実施例であって圧電材料２００
を用いた可変焦点レンズ２０１の概略構成図である。

【図４５】図４４の変形例に係る可変焦点レンズの状態
説明図である。

【図４６】本発明にかかる撮像光学系に適用可能な光学
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２００Ａ，２００Ｂを用いた可変焦
点レンズの概略構成図である。

【図４７】本発明にかかる撮像光学系に用いる可変焦点
レンズのさらに他の実施例を示す概略構成図である。

【図４８】図４７の実施例に係る可変焦点レンズの状態
説明図である。

【図４９】本発明にかかる撮像光学系に適用可能な光学
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。

【図５０】図４９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５１】本発明にかかる撮像光学系に可変ミラーとし
て用い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。

【符号の説明】

１，１１，２１ 撮像光学系 ２，１２ 凹レンズ ３，６，１６，２３，２５ 可変ミラー ４，１４，２４ 明るさ絞り ５，１３，２６ 凸レンズ群 ７ 赤外カットフィルタ（又はロ
ーパスフィルタ） ８，１８，２９ 固体撮像素子の撮像面 １５，２７ 赤外カットフィルタ １７，２８ ローパスフィルタ ４５，１８８ 可変形状鏡 １４０，１６７，２０１，２０７，２１４，５１１，５
５１可変焦点レンズ １６１ 流体 １６３，１６５，２０４，５３２，５３３，５６２，５
６３，５６６，５６７透明基板 ５９，１４５，５１３ａ，５１３ｂ 透明電極 １０２，５１２ａ，５１２ｂ，５２２，５５２，５５３
レンズ １０３ 制御系 １０３’ 回路 １０４，１４１ 撮像ユニット １４２ 透明部材 １４３ 圧電性のある透明物質 １４４ 流体あるいはゼリー状物質 １４６ シリンダー １４７ 支援部材 １４８ 変形可能な部材 １６０，１８０ マイクロポンプ １６４ 弾性体 １６８ 液溜 １８１ 振動板 １８２，１８３，４０９ｂ，４０９ｄ，４５２
電極 １８４，１８５ 弁 １８９，４５０ 反射膜 ２００ 圧電材料 ２００Ａ，２００Ｂ 薄板 ２０２ 透明で柔らかい基板 ２０６，４０９ｃ−２ 電歪材料 ２０８，２０９ 透明弾性体 ２１０ アゾベンゼン ２１１ スペーサー ２１２，２１３ 光源 ４０３ 撮像レンズ ４０４ プリズム ４０５ 二等辺直角プリズム ４０６ ミラー ４０８，５２３ 固体撮像素子 ４０９ 光学特性可変形状鏡 ４０９ａ 薄膜 ４０９ｃ，４０９ｃ’ 圧電素子 ４０９ｃ−１，４０９ｅ 基板 ４１１ 可変抵抗器 ４１２ 電源 ４１３ 電源スイッチ ４１４ 演算装置 ４１５ 温度センサー ４１６ 湿度センサー ４１７ 距離センサー ４２３ 支持台 ４２４ 振れセンサー ４２５，４２８ 駆動回路 ４２６ 永久磁石 ４２７ コイル ４４９ 釦 ４５１ 変形可能な基板 ４５３ 電歪材料 ５０８ａ，５３２ａ，５６２ａ，５６６ａ 第
１の面 ５０８ｂ，５３２ｂ，５６２ｂ，５６６ｂ 第
２の面 ５０９ａ，５３３ａ，５６３ａ，５６７ａ 第
３の面 ５０９ｂ，５３３ｂ，５６３ｂ，５６７ｂ 第
４の面 ５１４ 高分子分散液晶層 ５１５ スイッチ ５１６ 交流電源 ５１７ 液晶分子 ５１８ 高分子セル ５１９ 可変抵抗器 ５２１ 絞り ５３１ 可変焦点回折光学素子 ５３９ａ，５３９ｂ 配向膜 ５５０ 可変焦点眼鏡 ５５４ ツイストネマティック液晶層 ５５５ 液晶分子 ５６１ 可変偏角プリズム ５６５ 可変焦点ミラー ５６８ 反射膜 ９０１ 接眼レンズ ９０２ 対物レンズ

───────────────────────────────────────────────────── 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 7/08 Ｇ０２Ｂ 7/08 Ａ ２Ｈ０４９ Ｂ ２Ｈ０５１ Ｃ ２Ｈ０８７ 7/182 13/18 ４Ｃ０６１ 7/198 23/26 Ａ ５Ｃ０２２ 7/28 Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｄ 13/18 Ｇ０２Ｂ 7/18 Ｂ 23/26 Ｚ Ｇ０３Ｂ 13/36 7/11 Ｎ Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｇ０３Ｂ 3/00 Ａ Ｆターム(参考） 2H011 AA03 CA11 CA21 2H040 BA05 CA22 2H042 DA02 DA20 DD11 DD13 DE00 2H043 BB05 BC01 CA10 CB01 CD04 CE00 2H044 DA01 DB00 DC02 DD00 2H049 AA04 AA18 AA43 AA55 AA61 2H051 AA00 DB01 FA01 GB01 2H087 KA02 KA03 KA14 MA00 RA06 RA46 TA01 TA03 TA04 TA06 TA08 UA09 4C061 CC06 FF40 FF47 LL02 NN01 PP13 5C022 AB21 AC54 AC69

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可変ミラーを用いて、次の条件式を満た
   すフォーカスを行うようにしたことを特徴とする撮像光
   学系。 ５０° ＜ ２ω ＜ １７５° ただし、ωは光学系に入射する光線の水平半画角であ
   る。
2. 【請求項２】 複数枚の可変ミラーを用いて、フォーカ
   スを行うようにしたことを特徴とする撮像光学系。
3. 【請求項３】 フォーカスを行う際に、少なくとも一つ
   の可変ミラーが、ある状態で自由曲面形状になるように
   したことを特徴とする撮像光学系。