JP2003161874A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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
系を備えた撮像装置を提供する。 【解決手段】可変ミラー２と制御電極８とズームレンズ
３とエンコーダ７とを備えた光学系１と、撮像素子４
と、映像信号処理回路５と、ＣＰＵ６と、アンプ９と、
ドライバ１０とで構成されている。形状可変ミラー２
は、反射面の焦点距離を変化させることでフォーカスの
機能を有している。ズーム状態をキーとしてＬＵＴ１を
検索して、このときのズーム状態に対応する列データで
ある複数の、可変ミラー２を駆動するための電圧値をも
とに、コントラストＡＦを行い、高周波成分が最大とな
る位置で可変ミラー２の駆動を終了させる。

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、光情報処理装置
等の光学装置のうち撮像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。

【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
えた撮像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、本発明による撮像装置は、ズームレンズを搭載した
撮像装置において、可変ミラーを有することを特徴とす
る。

【０００５】また、本発明による撮像装置は、可変ミラ
ーを２つ以上有することを特徴とする。

【０００６】また、本発明による撮像装置は、前記可変
ミラーを合焦手段として用いたことを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。

【０００８】第１実施例 図１は本発明による撮像装置の第１実施例の概略構成図
である。第１実施例の撮像装置は、可変ミラー２と制御
電極８と移動するレンズ群３とエンコーダ７とを備えた
光学系１と、撮像素子４と、映像信号処理回路５と、Ｃ
ＰＵ６と、アンプ９と、ドライバ１０とで構成されてい
る。

【０００９】可変ミラー２と制御電極８とは図２(a),
(b)に示すような形状で構成されており、可変ミラー２
は、例えば、制御電極８に印加される電圧量に応じて、
ミラー面の形状が変化するようになっている。なお、可
変ミラーの詳細な構成については後述する。

【００１０】図３は第１実施例の光学系１の概略構成を
示す光軸に沿う断面図であり、(a)は広角端、(b)は望遠
端の状態を示している。なお、図３においては、制御電
極８、エンコーダ７は説明の便宜上、図示を省略する。
図３(a)，(b)に示すように、光学系１は、物体側より順
に、負の第１群１３０と第２群１３１の間に反射面１１
５を有し、その反射面１１５が形状を変えることで焦点
距離を変化させる形状可変ミラー２の反射面となってい
る。また、正の第２群１３１を光軸に沿って移動させる
ことで変倍作用を奏するように構成されている。このよ
うなズーム光学系を１群ズームと呼ぶことにする。

【００１１】また、形状可変ミラー２は、反射面１１５
の焦点距離を変化させることでフォーカスの機能を有し
ている。そのため、フォーカシングのためにレンズの位
置を移動させる必要がなく、駆動機構を省くことが可能
であり、小型化、低コスト化のメリットがある。また、
形状可変ミラー２は、ズーミングに伴うピント移動を補
償するコンペセーターの機能も有している。

【００１２】無限遠物点にフォーカスする場合に、形状
可変ミラー２の反射面１１５は略平面の形状となり、至
近物点にフォーカスする場合は、形状可変ミラー２の反
射面１１５は自由曲面の凹面形状となる。

【００１３】このズーム光学系において、第１群１３０
は負レンズ１枚で構成し、第２群１３１は、正レンズ、
正負の接合レンズ、負レンズの３群４枚で構成し、第３
群１３５は正レンズ１枚で構成している。なお、第３群
１３５と結像面１１８の間の平行平面板群１２８はフィ
ルター、カバーガラス等である。

【００１４】結像面１１８に配置される撮像素子４の受
光面形状は長方形であり、短辺方向が紙面と平行になる
ように配置されている。このように配置すると、形状可
変ミラー２の反射面１１５の非対称な方向がその短辺と
一致するため、収差補正上有利である。しかしながら、
デジタルカメラのデザイン上有利であるならば、撮像素
子の長辺方向が紙面に平行になるように配置してもよ
い。

【００１５】なお、形状可変ミラー２の反射面１１５
は、製造誤差による結像性能の劣化を補正するような面
形状とすることも可能である。また、形状可変ミラー２
の反射面１１５は、製造誤差によるピント位置ずれを補
正するような面形状とすることも可能である。

【００１６】さらに、形状可変ミラー２の反射面１１５
は、第２群１３１の移動に伴うピント位置ずれを補正す
るような面形状とすることも可能である。

【００１７】以上のように、可変ミラー２は、物体距離
が変化したとき、ピント位置あるいは収差変動を補正す
るように光線反射作用が変化する。例えば、形状可変ミ
ラーであれば、可変ミラー２は、物体距離が変化したと
きに、ピント位置あるいは収差変動を補正するように形
状が変化する。

【００１８】また、レンズ系の一部を挿脱あるいは退避
あるいは偏心させることで変倍を行い、それに伴って生
ずるピントの移動あるいは収差の変動を可変ミラー２で
補正してもよい。

【００１９】なお、光学系１は、像高が２．８２ｍｍ、
Ｆナンバーが２．７７〜４．０５、焦点距離が４．５８
ｍｍ〜８．９４ｍｍ、画角が７２．８°〜３４．６°で
設計されている。

【００２０】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。

【００２１】次に、このように構成された第１実施例の
撮像装置の基本的動作について説明する。まず、ズーム
操作について説明する。ズームは手動のズーム方式が採
用されており、操作者がズーム操作をすると、移動する
レンズ群３の位置を表わす信号がエンコーダ７で検出さ
れ、アンプ９で信号増幅され、Ａ／Ｄ変換の後ＣＰＵ内
に取り込まれ、演算することで移動するレンズ群３の位
置が分かる。

【００２２】次に、フォーカス操作について説明する。
移動するレンズ群３の位置及び被写体距離から、最もピ
ントが合った状態にするために、可変ミラー２の面形状
を変形させる。可変ミラー２の必要駆動量は、移動する
レンズ群３の位置及び被写体距離の情報からＣＰＵ内で
計算される。そして、可変ミラー２を必要駆動量だけ変
形させるために必要な電圧を求め、その電圧が制御電極
８に印加されるような信号をドライバ１０に出力する。
これにより可変ミラー２が変形し、ピントが合い、フォ
ーカスは完了する。

【００２３】次に、撮影動作について説明する。被写体
からの光線は光学系１に入射し、可変ミラー２で反射さ
れ、移動するレンズ群３を通って光学系１を出射し、撮
像素子４（ＣＣＤあるいはＣＭＯＳなど）に入射する
（なお、第１実施例の場合はデジタルカメラを想定して
いる）。入射した光線は撮像素子４を介して光電変換さ
れ、電気信号となる。この電気信号は、映像信号処理回
路５を介して画像信号データに変換される。この画像信
号は、ＣＰＵ６の指示により、各種演算され、ある時は
圧縮処理された後、記録処理（ここでは図示は省略され
ているが、例えばスマートメディアやコンパクトフラッ
シュ（サンディスクコーポレイション所有の登録商標）
等）へ出力され、あるときはファインダー表示するため
に間引き処理（画素数を少なくする処理）が行われる。
また、この画像信号は、露出制御、フォーカス制御、ホ
ワイトバランス制御等の用途にも使用されることがあ
る。

【００２４】ここで、撮像装置に用いるフォーカス制御
に関し、一般的な自動焦点方式について説明する。自動
焦点（ＡＦ）に関しては、銀塩カメラでは、赤外線を被
写体に照射しその反射光を受光することによって距離を
算出してレンズ位置を設定する方式（赤外アクティブ方
式）、あるいは一次元の電荷結合素子等のラインセンサ
上の光像を電気変換した画像信号に含まれる高周波成分
が合焦状態に近づくにつれ増大するのを利用し、画像信
号の高周波成分を抽出してそのレベルが増大する方向に
撮影レンズを繰り出す方法（コントラスト法）、または
撮影レンズを通った光像を更に分離光学レンズ（セパレ
ータレンズ）に通しそれにより得られる分離光像の互い
の間隔が合焦状態からのずれ量に応じて変化するのを利
用し、像間隔を検出することによって撮影レンズの合焦
位置を演算して撮影レンズを繰り出す方法（位相差法）
等がある。尚、銀塩一眼レフでは、後者（位相差法）が
主流となっている。

【００２５】ビデオカメラ，デジタルカメラにおいて
は、記録までを目的とした同一の撮像素子を使用し画像
面のほぼ中央部に検波域を定め上記検波領域内の映像信
号に対して検波を行い画像信号の高周波成分を抽出しそ
のレベルが増大する方向に撮影レンズを繰り出す方法
（撮像素子によるコントラスト法）をほとんどのビデオ
カメラ、デジタルカメラで採用している。

【００２６】なお、第１実施例の撮像装置は、図示を省
略しているが、フォーカス制御方式（ＡＦ）として赤外
線等のアクティブＡＦ方式を採用して構成されている。

【００２７】また、第１実施例の撮像装置は、図示省略
したメモリに可変ミラー２を必要駆動量だけ変形させる
ために必要な電圧量（可変形状鏡駆動電圧）が記憶され
たルックアップテーブル（ＬＵＴ）を備えている。表１
は第１実施例に用いるルックアップテーブルのデータ構
成を概念的に示す表である。表１ ＬＵＴ１（距離、ズ
ーム状態、ミラー駆動電圧の関係） ＬＵＴ１には、物体距離とズーム状態ごとに可変形状鏡
駆動電圧が記憶されている。そして、ＣＰＵ６を介して
物体距離とズーム状態の両方をキーとしてＬＵＴ１を検
索することで１つの可変形状鏡駆動電圧値を求めること
ができ、また、物体距離とズーム状態のいずれが一方を
キーとしてＬＵＴ１を検索することで、対応するズーム
状態における複数の可変形状鏡駆動電圧値又は対応する
ズーム状態における複数の可変形状鏡駆動電圧値を求め
ることができるようになっている。なお、表１に示した
ＬＵＴ１の各データ値は所定の代表点におけるもののみ
であり、各代表点と代表点の間の値は、所定の関係式等
を近似して補間される。ここでは、この補間の関係は既
知のものとする。また、説明の便宜上、可変形状鏡を駆
動するための制御電極数を１として、ＬＵＴ１を構成し
てある。

【００２８】次に、このように構成された第１実施例の
撮像装置における移動するレンズ群３の操作から可変ミ
ラー２の駆動に至るまでの制御過程について図４のフロ
ーチャートを用いて説明する。移動するレンズ群３を操
作すると（ステップＳ１）、エンコーダ７を介してその
位置、即ちズーム状態が検出される（ステップＳ２）。
また、第１実施例の撮像装置では、ＡＦは赤外線等のア
クティブ方式であるので物体距離が算出できる（ステッ
プＳ３）。

【００２９】第１実施例の撮像装置では、ズーム状態と
物体距離をともに把握することができるので、ズーム状
態と物体距離をキーとしてＬＵＴ１を検索して、可変ミ
ラー２を必要量だけ駆動するための電圧値を求める（ス
テップＳ４）。例えば、表１に示すように、ズーム状態
が望遠で物体距離が無限大のときは可変ミラー２にＴ３
の電圧を印加すれば良いことになる。この電圧を制御電
極８に印加することで可変ミラー２が駆動され（ステッ
プＳ５）、一連の動作は終了する。

【００３０】第２実施例 図５は本発明による撮像装置の第２実施例の概略構成図
である。第２実施例の撮像装置は、第１実施例の変形例
であり、可変ミラー２と制御電極８と移動するレンズ群
３とステッピングモータ１５とを備えた光学系１と、撮
像素子４と、映像信号処理回路５と、ＣＰＵ６と、ドラ
イバ１４と、ドライバ１０とで構成されており、ズーム
操作が図１に示した第１実施例の撮像装置と異なってい
る。ズームは電動ズーム方式が採用されており、操作者
がズームレバー（図示省略）を操作すると、その信号は
ＣＰＵ６に取り込まれ、ＣＰＵ内で演算され、移動する
レンズ群３を駆動するための信号がドライバ１４に送ら
れる。これによりステッピングモータ１５が駆動され
る。ここで、ステッピングモータ１５に送られる信号は
パルス信号であるので、送り出したパルスの数と移動す
るレンズ群３の駆動量は１対１に対応する。従って、第
２実施例の撮像装置では、移動するレンズ群３の位置
は、図１に示したようなエンコーダ７を使用することな
く確認することができる。その他の構成及び作用効果
は、第１実施例と同様である。

【００３１】第３実施例 第３実施例の撮像装置は、基本的構成は図１の第１実施
例又は図５の第２実施例と同じである。ただし、第３実
施例の撮像装置は、第１実施例及び第２実施例とは異な
り、フォーカス制御方式（ＡＦ）として赤外線等のアク
ティブＡＦ方式を採用していない。このため、物体距離
を直ちに把握することはできない。代わりに、第３実施
例の撮像装置では、フォーカス制御方式（ＡＦ）として
コントラストＡＦ方式を採用して構成されている。

【００３２】ここで、本発明に用いるコントラストＡＦ
方式について図６及び図７を用いて説明する。図６は主
にＣＰＵ内におけるコントラストＡＦの処理過程を示す
ブロック図、図７は第３実施例の撮像装置の光学系のフ
ォーカス位置に対する図６に示すコントラストＡＦ方式
の処理過程で得られた焦点信号を示すグラフである。本
発明のコントラストＡＦ方式では、図６に示すように、
図１又は図５に示した撮像素子（ＣＣＤあるいはＣＭＯ
Ｓ等）４からの出力信号を映像信号処理回路５において
Ｙ信号（輝度信号）に変換しＣＰＵ６に入力する。ＣＰ
Ｕ６内ではＹ信号をＨＰＦ（高域通過フィルタ）６ａに
通し、整流回路６ｂで整流した後、検波回路６ｃにおい
て高周波成分を検出している。この高周波成分を用いて
演算部６ｄで制御演算を行う。そして、第３実施例の撮
像装置では、ＬＵＴ１より得られた所定の制御電圧に基
づいて可変ミラー２を小駆動させたときに高周波成分が
増える方向に可変ミラー２を繰り出すような信号をＣＰ
Ｕ６からドライバ１０に送り、可変ミラー２を駆動す
る。

【００３３】このような処理過程を連続的に繰り返し、
撮像素子からの出力信号に対して上記のように高周波成
分を検出して演算し、その演算値を直前の演算値と比較
する。その結果、現在の処理過程における高周波成分が
最大となり、さらに可変ミラーを駆動させると次の処理
過程における高周波成分が減少するところまで来たとき
に、高周波成分が最大であった時の可変ミラー位置に停
止させるようなフィードバック制御を行う（図７参
照）。この高周波成分が最大となる位置が合焦点とな
る。

【００３４】次に、このように構成された第３実施例の
撮像装置における移動するレンズ群３の操作から可変ミ
ラー２の駆動に至るまでの制御過程について図８のフロ
ーチャートを用いて説明する。移動するレンズ群３を操
作すると（ステップＳ１１）、エンコーダ７を介してそ
の位置、即ちズーム状態が検出される（ステップＳ１
２）。ところで、第３実施例の撮像装置では、ＡＦはア
クティブ方式を採用していないので物体距離を直接求め
ることはできない。そこで、第３実施例の撮像装置で
は、ズーム状態をキーとしてＬＵＴ１を検索して（ステ
ップＳ１３）、このときのズーム状態に対応する列デー
タである複数の、可変ミラー２を駆動するための電圧値
（例えば、表１において、ズーム状態が望遠のときのＴ
１〜Ｔ２〜Ｔ３の電圧値）をもとに、上述のコントラス
トＡＦを行い（ステップＳ１４）、高周波成分が最大と
なる位置で可変ミラー２の駆動を終了させている。

【００３５】第４実施例 図９は本発明による撮像装置の第４実施例の概略構成図
である。第４実施例の撮像装置は、基本的構成は、図１
の第１実施例の構成から、エンコーダ７とアンプ９を除
いた構成となっている。即ち、移動するレンズ群３には
エンコーダやステッピングモータは付いていない。ま
た、フォーカス制御方式（ＡＦ）として赤外線等のアク
ティブＡＦ方式を採用していない。代わりに、第４実施
例の撮像装置では、第３実施例と同様に、フォーカス制
御方式（ＡＦ）としてコントラストＡＦ方式を採用して
構成されている。

【００３６】次に、このように構成された第４実施例の
撮像装置における移動するレンズ群３の操作から可変ミ
ラー２の駆動に至るまでの制御過程について図１０を用
いて説明する。まず、ズーム操作を行う（ステップＳ２
１）。ただし、移動するレンズ群３にはエンコーダ等が
設けられていないので、ズーム状態は検出されない。ま
た、第４実施例のＡＦはアクティブ方式を採用していな
いので直接距離を求めることはできない。従って、ズー
ム状態、距離ともに算出できないことになる。そこで、
第４実施例の撮像装置では、適当なズーム状態と物体距
離をキーとしてＬＵＴ１を検索し（ステップＳ２２）、
以後その周辺部分（例えば、表１において、Ｔ１⇒Ｔ２
⇒Ｔ３⇒Ｓ１⇒Ｓ２⇒Ｓ３⇒Ｗ１⇒Ｗ２⇒Ｗ３の順）の
データを順次入力してコントラストＡＦを行い（ステッ
プＳ２３）、高周波成分が最大となる位置で可変ミラー
の駆動を終了させている。

【００３７】第５実施例 第５実施例の撮像装置は、基本的構成は、図９の第４実
施例と同じである。ただし、第５実施例の撮像装置は、
第４実施例とは異なり、フォーカス制御方式（ＡＦ）と
して赤外線等のアクティブＡＦ方式を採用している。こ
のため、物体距離を直ちに把握することができるように
なっている。

【００３８】次に、このように構成された第５実施例の
撮像装置における移動するレンズ群３の操作から可変ミ
ラー２の駆動に至るまでの制御過程について図１１を用
いて説明する。まず、ズーム操作を行う（ステップＳ３
１）。ただし、移動するレンズ群３にはエンコーダ等が
設けられていないので、ズーム状態は検出されない。な
お、第５実施例のＡＦは赤外線等のアクティブ方式を採
用しているので距離を算出することができる（ステップ
Ｓ３２）。そこで、第５実施例の撮像装置では、物体距
離をキーとしてＬＵＴ１を検索して（ステップＳ３
３）、このときの距離に対応する行データである複数
の、可変ミラー２を駆動するための電圧値（例えば、表
１において、物体距離が無限大のときのＴ３〜Ｓ３〜Ｗ
３の電圧値）をもとに、上述のコントラストＡＦを行い
（ステップＳ３４）、高周波成分が最大となる位置で可
変ミラー２の駆動を終了させている。

【００３９】第６実施例 図１２は本発明による撮像装置の第６実施例の概略構成
図である。第６実施例の撮像装置は、図１２に示すよう
に、図１の第１実施例の構成に、可変ミラー１１と制御
電極１２とドライバ１３が加えられて構成されており、
可変ミラーが２枚使用され、変倍、及びフォーカス操作
では、可変ミラー２及び１１の２つを駆動するところ
が、第１実施例の撮像装置と異なる。

【００４０】図１３は第６実施例の光学系１’の概略構
成を示す光軸に沿う断面図であり、(a)は広角端、(b)は
望遠端の状態を示している。なお、図１３においては、
制御電極８、エンコーダ７は説明の便宜上、図示を省略
する。図１３(a)，(b)に示すように、光学系１’は、絞
り１２４を挟んで、２枚接合レンズからなる負パワーの
前群１２５と、2枚接合レンズと１枚のレンズとからな
る正パワーの後群１２６とからなる回転対称レンズ系の
物体側に第１の可変ミラー１１を、結像面１１８とその
レンズ系の間に第２の可変ミラー２を配置して、２つの
可変ミラーの反射面１１６，１１５の非球面形状を連携
して変えることでレンズ群１２５，１２６の移動ととも
にズーミングすることができるように構成されている。
なお、可変ミラーの少なくとも一方は変倍に寄与するよ
うにしてもよい。この例のように２枚の可変ミラーを用
いることで、収差補正が容易になる、１枚の可変ミラー
の変形量を小さくすることができる等のメリットがあ
る。

【００４１】また、レンズには自由曲面を用いずに専ら
球面を、可変ミラー１１，２の反射面１１６，１１５に
は回転対称非球面を用いてデジタルカメラ等の可変焦点
対物光学系を構成しているが、反射面１１６，１１５
は、自由曲面、あるいは回転非対称非球面としてもよ
い。収差補正上、後の二者の方が有利である。

【００４２】なお、光学系１’は、像高が２ｍｍ、Ｆナ
ンバーが３．１〜３．５、焦点距離が６．７６〜８．７
３ｍｍで設計されている。図１３は可変ミラーを複数枚
用いた一群ズームの例を示している。

【００４３】次に、このように構成された第６実施例の
撮像装置の基本的動作について説明する。まず、ズーム
操作について説明する。ズームは手動のズーム方式が採
用されており、操作者がズーム操作をすると、移動する
レンズ群３の位置を表わす信号がエンコーダ７で検出さ
れ、アンプ９で信号増幅され、Ａ／Ｄ変換の後ＣＰＵ内
に取り込まれ、演算することで移動するレンズ群３の位
置が分かる。移動するレンズ群３は、図１３のレンズ群
１２５，１２６に対応しており、この例ではレンズ群１
２５，１２６は、変倍時に一体となって動く。

【００４４】次に、フォーカス操作について説明する。
移動するレンズ群３の位置及び被写体距離から、最もピ
ントが合った状態にするために、可変ミラー１１及び２
の面形状を変形させる。可変ミラー１１及び２の必要駆
動量は、移動するレンズ群３の位置及び被写体距離の情
報からＣＰＵ内で計算される。そして、可変ミラー１１
及び２を必要駆動量だけ変形させるために必要な電圧を
求め、それらの電圧が制御電極１２及び８に印加される
ような信号をドライバ１３及び１０にそれぞれ出力す
る。これにより可変ミラー１１及び２が変形し、ピント
が合い、フォーカスは完了する。

【００４５】次に、撮影動作について説明する。被写体
からの光線は光学系１に入射し、可変ミラー１１及び２
で夫々反射され、移動するレンズ群３を通って光学系１
を出射し、撮像素子４（ＣＣＤあるいはＣＭＯＳなど）
に入射する（なお、第６実施例の場合はデジタルカメラ
を想定している）。入射した光線は撮像素子４を介して
光電変換され、電気信号となる。この電気信号は、映像
信号処理回路５を介して画像信号データに変換される。
この画像信号は、ＣＰＵ６の指示により、各種演算さ
れ、ある時は圧縮処理された後、記録処理（ここでは図
示は省略されているが、例えばスマートメディアやコン
パクトフラッシュ（サンディスクコーポレイション所有
の登録商標）等）へ出力され、あるときはファインダー
表示するために間引き処理（画素数を少なくする処理）
が行われる。また、この画像信号は、露出制御、フォー
カス制御、ホワイトバランス制御等の用途にも使用され
ることがある。

【００４６】なお、第６実施例の撮像装置は、図示を省
略しているが、フォーカス制御方式（ＡＦ）として赤外
線等のアクティブＡＦ方式を採用して構成されている。
なお、コントラストＡＦ方式を用いてもよい。

【００４７】また、第６実施例の撮像装置は、図示省略
したメモリに可変ミラー２及び１１を必要量だけ変形さ
せるために必要な電圧量（可変形状鏡駆動電圧）が記憶
されたルックアップテーブル（ＬＵＴ）を備えている。
表２は第６実施例に用いるルックアップテーブルのデー
タ構成を概念的に示す表である。表２ ＬＵＴ２（距
離、ズーム状態、ミラー駆動電圧の関係） ＬＵＴ２には、物体距離とズーム状態ごとに第１及び第
２の可変ミラー１１及び２それぞれの可変形状鏡駆動電
圧が記憶されている。そして、ＣＰＵ６を介して物体距
離とズーム状態の両方をキーとしてＬＵＴ２を検索する
ことで第１及び第２の可変ミラー１１及び２それぞれに
１つの可変形状鏡駆動電圧値を求めることができ、ま
た、物体距離とズーム状態のいずれが一方をキーとして
ＬＵＴ２を検索することで、対応するズーム状態におけ
る第１及び第２の可変ミラー１１及び２それぞれに複数
の可変形状鏡駆動電圧値又は対応するズーム状態におけ
る第１及び第２の可変ミラー１１及び２それぞれに複数
の可変形状鏡駆動電圧値を求めることができるようにな
っている。なお、表２に示したＬＵＴ２の各データ値は
所定の代表点におけるもののみであり、各代表点と代表
点の間の値は、所定の関係式等を近似して補間される。
ここでは、この補間の関係は既知のものとする。また、
説明の便宜上、各可変形状鏡を駆動するための制御電極
数を１として、ＬＵＴ２を構成してある。

【００４８】次に、このように構成された第６実施例に
おける移動するレンズ群３の操作から可変ミラー１１，
２の駆動に至るまでの制御過程について第１実施例と同
様に図４のフローチャートを用いて説明する。移動する
レンズ群３を操作すると（ステップＳ１）、エンコーダ
７を介してその位置、即ちズーム状態が検出される（ス
テップＳ２）。また、第６実施例の撮像装置では、ＡＦ
は赤外線等のアクティブ方式であるので物体距離が算出
できる（ステップＳ３）。

【００４９】第６実施例の撮像装置では、ズーム状態と
物体距離をともに把握することができるので、ズーム状
態と物体距離をキーとしてＬＵＴ２を検索して、可変ミ
ラー１１，２を必要な距離だけ駆動するための電圧値を
求める（ステップＳ４）。例えば、表２に示すように、
ズーム状態が望遠で物体距離が無限大のときは可変ミラ
ー１１にＴ１３の電圧、可変ミラー２にＴ２３の電圧を
印加すれば良いことになる。これらの電圧を制御電極１
２及び８にそれぞれ印加することで可変ミラー１１及び
２がそれぞれ駆動され（ステップＳ５）、一連の動作は
終了する。なお、図１３の実施例では、撮像素子の長辺
方向が紙面に平行であってもよい。つまり、可変ミラー
への軸上光線の入射面に撮像素子の長辺方向が平行でも
よい。これは可変ミラーが２つあるため収差の補正能力
が優れているためである。撮像素子の方向が自由に選べ
ることは、デジタルカメラ等のデザイン上有利である。

【００５０】第７実施例 図１４は本発明による撮像装置の第７実施例の概略構成
図である。第７実施例の撮像装置は、第６実施例の変形
例であり、第１及び第２の可変ミラー１１及び２と制御
電極１２及び８と移動するレンズ群３とステッピングモ
ータ１５とを備えた光学系１’と、撮像素子４と、映像
信号処理回路５と、ＣＰＵ６と、ドライバ１４と、ドラ
イバ１３及び１０とで構成されており、ズーム操作が図
１２に示した第６実施例の撮像装置と異なっている。ズ
ームは電動ズーム方式が採用されており、操作者がズー
ムレバー（図示省略）を操作すると、その信号はＣＰＵ
６に取り込まれ、ＣＰＵ内で演算され、移動するレンズ
群３を駆動するための信号がドライバ１４に送られる。
これによりステッピングモータ１５が駆動される。ここ
で、ステッピングモータ１５に送られる信号はパルス信
号であるので、送り出したパルスの数と移動するレンズ
群３の駆動量は１対１に対応する。従って、第７実施例
の撮像装置では、移動するレンズ群３の位置は、図１２
に示したようなエンコーダ７を使用することなく確認す
ることができる。その他の構成及び作用効果は、第６実
施例と同様である。なお、第６、第７の実施例で移動す
るレンズ群３を固定とし、２枚の可変ミラーの変形だけ
で変倍とフォーカス、変倍に伴うピント移動、収差変動
の補償を行ってもよい。この場合、移動するレンズ群の
位置検出手段は必要なく、使用者が指定したズーム状態
に対応するＬＵＴを調べて最適な形状に２つの可変ミラ
ーを駆動すればよい。このような方式の可変ミラーの制
御方法は、他の実施例にも応用でき、また、可変焦点レ
ンズを可変ミラーのかわりに用いた実施例にも適用でき
る。

【００５１】第８実施例 第８実施例の撮像装置は、基本的構成は図１２の第６実
施例又は図１４の第７実施例と同じである。ただし、第
８実施例の撮像装置は、第６実施例及び第７実施例とは
異なり、フォーカス制御方式（ＡＦ）として赤外線等の
アクティブＡＦ方式を採用していない。このため、物体
距離を直ちに把握することはできない。代わりに、第８
実施例の撮像装置では、フォーカス制御方式（ＡＦ）と
してコントラストＡＦ方式を採用して構成されている。

【００５２】次に、このように構成された第８実施例に
おける移動するレンズ群３の操作から可変ミラー１１及
び２の駆動に至るまでの制御過程について第３実施例と
同様に図８を用いて説明する。移動するレンズ群３を操
作すると（ステップＳ１１）、エンコーダ７を介してそ
の位置、即ちズーム状態が検出される（ステップＳ１
２）。ところで、第８実施例の撮像装置では、ＡＦはア
クティブ方式を採用していないので物体距離を直接求め
ることはできない。そこで、第８実施例の撮像装置で
は、ズーム状態をキーとしてＬＵＴ２を検索して（ステ
ップＳ１３）、このときのズーム状態に対応する列デー
タである複数の、第１及び第２の可変ミラー１１及び２
を駆動するための電圧値（例えば、表２において、ズー
ム状態が望遠のときのＴ１１，Ｔ２１〜Ｔ１２，Ｔ２２
〜Ｔ１３，Ｔ２３の電圧値）をもとに、上述のコントラ
ストＡＦを行い（ステップＳ１４）、高周波成分が最大
となる位置で可変ミラー１１及び２の駆動を終了させて
いる。

【００５３】第９実施例 図１５は本発明による撮像装置の第９実施例の概略構成
図である。第９実施例の撮像装置は、基本的構成は、図
１２の第６実施例の構成から、エンコーダ７とアンプ９
を除いた構成となっている。即ち、移動するレンズ群３
にはエンコーダやステッピングモータは付いていない。
また、フォーカス制御方式（ＡＦ）として赤外線等のア
クティブＡＦ方式を採用していない。代わりに、第９実
施例の撮像装置では、第８実施例と同様に、フォーカス
制御方式（ＡＦ）としてコントラストＡＦ方式を採用し
て構成されている。

【００５４】次に、このように構成された第９実施例に
おける移動するレンズ群３の操作から可変ミラー１１及
び２の駆動に至るまでの制御過程について第４実施例と
同様に図１０を用いて説明する。まず、ズーム操作を行
う（ステップＳ２１）。ただし、移動するレンズ群３に
はエンコーダ等が設けられていないので、ズーム状態は
検出されない。また、第９実施例のＡＦはアクティブ方
式を採用していないので直接距離を求めることはできな
い。従って、ズーム状態、距離ともに算出できないこと
になる。そこで、第９実施例の撮像装置では、適当なズ
ーム状態と物体距離をキーとしてＬＵＴ２を検索し（ス
テップＳ２２）、以後その周辺部分（例えば、表２にお
いて、Ｔ１１，Ｔ２１⇒Ｔ１２，Ｔ２２⇒Ｔ１３，Ｔ２
３⇒Ｓ１１，Ｓ２１⇒Ｓ１２，Ｓ２２⇒Ｓ１３，Ｓ２３
⇒Ｗ１１，Ｗ２１⇒Ｗ１２，Ｗ２２⇒Ｗ１３，Ｗ２３の
順）のデータを順次入力してコントラストＡＦを行い
（ステップＳ２３）、高周波成分が最大となる位置で可
変ミラーの駆動を終了させている。

【００５５】第１０実施例 第１０実施例の撮像装置は、基本的構成は、図１５の第
９実施例と同じである。ただし、第１０実施例の撮像装
置は、第９実施例とは異なり、フォーカス制御方式（Ａ
Ｆ）として赤外線等のアクティブＡＦ方式を採用してい
る。このため、物体距離を直ちに把握することができる
ようになっている。

【００５６】次に、このように構成された第１０実施例
における移動するレンズ群３の操作から可変ミラー１１
及び２の駆動に至るまでの制御過程について第５実施例
と同様に図１１を用いて説明する。まず、ズーム操作を
行う（ステップＳ３１）。ただし、移動するレンズ群３
にはエンコーダ等が設けられていないので、ズーム状態
は検出されない。なお、第１０実施例のＡＦは赤外線等
のアクティブ方式を採用しているので距離を算出するこ
とができる（ステップＳ３２）。そこで、第１０実施例
の撮像装置では、物体距離をキーとしてＬＵＴ２を検索
して（ステップＳ３３）、このときの距離に対応する行
データである複数の、第１及び第２の可変ミラー１１及
び２を駆動するための電圧値（例えば、表２において、
物体距離が無限大のときのＴ１３，Ｔ２３〜Ｓ１３，Ｓ
２３〜Ｗ１３，Ｗ２３の電圧値）をもとに、上述のコン
トラストＡＦを行い（ステップＳ３４）、高周波成分が
最大となる位置で可変ミラー１１及び２の駆動を終了さ
せている。以上の説明において、図１〜図１５に示した
可変ミラーの反射面の形状は凸となっているが、凹でも
もちろんよい。また、可変ミラーの駆動を電圧で行なう
例を示したが、電流で駆動してもよく、この場合も本発
明に含むものとする。

【００５７】以上の実施例では可変ミラーを用いた場合
について説明したが、例えば、図１６〜１８に示すよう
に可変ミラーの代わりに可変焦点レンズ２’を用いても
同様の効果を得ることができる。

【００５８】次に、本発明の撮像装置に適用可能な可変
ミラー、可変焦点レンズの構成例について説明する。な
お、可変ミラーには、反射面の形状が変化する形状可変
ミラーの他に、反射面の形状が変化しない後述する図４
４のような焦点距離可変ミラーもある。

【００５９】図１９は本発明の撮像装置に用いる可変ミ
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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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２１、２２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。

【００６３】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１９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。また、可変形状鏡４０９を製作するのにリソ
グラフィーを用いれば、精度の良い可変形状鏡４０９が
得られるのでよい。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】なお、図１９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。

【００６９】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２１に示
すように、同心分割であってもよいし、図２２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２０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。

【００７０】図２３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２０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２０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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】なお、図２０、２４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。

【００７４】図２４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。

【００７５】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２４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。

【００７６】図２５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。

【００７７】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。

【００７８】この場合、薄膜コイル４２７の巻密度を、
図２６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。

【００７９】図２７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２８は本実施例におけるコイル４２
７の配置を示し、図２９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２５に示した実施例
にも適用することができる。なお、図３０は、図２５に
示した実施例において、コイル４２７の配置を図２９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３０に示すように、永久磁石
４２６を放射状に配置すれば、図２５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
２５及び図２７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。

【００８０】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２４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。

【００８１】図３１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。

【００８２】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３１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。

【００８３】図３２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。

【００８４】図３３は本発明の撮像装置に用いる可変ミ
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３３では静電気力により振動する例を示して
おり、図３３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。

【００８５】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。

【００８６】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３１
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。

【００８７】図３４は本発明にかかる撮像装置に用いる
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，５０９ｂ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５１２
ａ，５１２ｂを経て収束させるものである。透明電極５
１３ａ，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。

【００８８】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 …(1) 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。

【００８９】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３５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。

【００９０】ここで、図３４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３６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。

【００９１】なお、高分子分散液晶層５１４に印加する
電圧は、例えば、図３７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。

【００９２】ここで、図３４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３５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 …(5) で与えられる。

【００９３】したがって、図３７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） …(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、(6)式で与えられる。

【００９４】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３６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 …(8) 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） …(9) で与えられる。なお、高分子分散液晶層５１４に、図３
６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。

【００９５】上記(6)および(9)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）｜ …(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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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３４の状態と図３６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 …(14) を満足するときである。

【０１００】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３４の状態でも、図
３６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’ …(15) とすればよい。

【０１０１】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。

【０１０２】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 …(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。

【０１０３】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 …(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３４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。

【０１０４】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 …(20) とする。

【０１０５】図３８は図３７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３８では、液晶分
子の図示を省略してある。

【０１０６】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。

【０１０７】図３９は本発明にかかる撮像装置に適用可
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３４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。

【０１０８】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 …(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３３の屈折率をｎ₃₃とし、ｋを整数と
すると、 ｈ（ｎ_A−ｎ₃₃）＝ｍλ …(22) ｈ（ｎ_B−ｎ₃₃）＝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。

【０１０９】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５３３の屈折率ｎ₃₃は、上
記(22)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。

【０１１０】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。

【０１１１】なお、この実施形態において、上記(22)〜
(24)式は、実用上、 ０．７ｍλ≦ｈ（ｎ_A−ｎ₃₃）≦１．４ｍλ …(25) ０．７ｋλ≦ｈ（ｎ_B−ｎ₃₃）≦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。

【０１１２】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４０および図４１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。

【０１１３】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４１に示すようにホメオトロピック配向と
なり、図４０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。

【０１１４】ここで、図４０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 …(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４０
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。

【０１１５】図４２(a)は、本発明にかかる撮像装置に
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５６２
ａ，５６２ｂを有する入射側の第１の透明基板５６２
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３４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５１
４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４２(a)では、透明基板５６２の内面５６
２ｂをフレネル状に形成したが、例えば、図４２(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３９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(21)〜(27)式が同様にあてはまる。

【０１１６】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４３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４２および図４
３では、液晶分子の図示を省略してある。

【０１１７】図４４は本発明にかかる撮像装置に用いる
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５
６６ａ，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）５６６ｂ
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，５１３
ｂ間には、図３４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，５１３ｂ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４４では、液晶分子の
図示を省略してある。

【０１１８】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３９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。

【０１１９】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４２(a)における透明基板５６３、図４
２(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４４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。

【０１２０】図４５は本発明の撮像装置に用いる可変焦
点レンズのさらに他の実施例に係る、可変焦点レンズ１
４０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１
４１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１
４４を挟んで構成されている。

【０１２１】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。

【０１２２】なお、図４５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。

【０１２３】なお、図４５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４６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４７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４６、４７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。

【０１２４】図４５、４６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。

【０１２５】図４８は本発明の撮像装置に用いる可変焦
点レンズのさらに他の実施例に係る、マイクロポンプ１
６０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４８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。

【０１２６】そして、図３３で示したようなマイクロポ
ンプ１８０を、例えば、図４８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。

【０１２７】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。

【０１２８】図４９は本発明にかかる撮像装置に適用可
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
４９において凸レンズとしての作用を持っている。

【０１２９】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５０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。

【０１３０】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４８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。

【０１３１】図５１は本発明にかかる撮像装置に適用可
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５１
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。

【０１３２】なお、図４９〜図５１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。

【０１３３】図５２は本発明にかかる撮像装置に用いる
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５２に示すように、凸レンズとして
作用し、電圧を上げると、図５３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。

【０１３４】図５４は本発明にかかる撮像装置に適用可
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２１
１を経由して光が照射されるようになっている。図５４
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。

【０１３５】本実施例において、中心波長がλ₁の光が
図５５(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５５(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。

【０１３６】図５６は本発明にかかる撮像装置に可変ミ
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５６中、４１１
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、４
２４は振れセンサーである。本実施例の可変形状鏡４５
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４５１
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５６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。

【０１３７】最後に、本発明で用いる用語の定義を述べ
ておく。

【０１３８】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。

【０１３９】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。

【０１４０】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。

【０１４１】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。

【０１４２】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。

【０１４３】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。

【０１４４】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。

【０１４５】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。

【０１４６】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。

【０１４７】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。

【０１４８】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。

【０１４９】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。

【０１５０】以上説明したように、本発明の撮像装置
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。

【０１５１】（１）ズーム方式が１群ズームであること
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の撮像装
置。

【０１５２】（２）ズームレンズを搭載した撮像装置に
おいて、可変焦点レンズを有することを特徴とする撮像
装置。

【０１５３】（３）可変焦点レンズを２つ以上有するこ
とを特徴とする上記（２）に記載の撮像装置。

【０１５４】（４）前記可変焦点レンズを合焦手段とし
て用いたことを特徴とする上記（２）又は（３）に記載
の撮像装置。

【０１５５】（５）ズーム方式が１群ズームであること
を特徴とする上記（２）〜（４）のいずれかに記載の撮
像装置。

【０１５６】（６）可変ミラー、または可変焦点レンズ
を有する撮像装置において、コントラストＡＦを用いて
合焦を行うことを特徴とする撮像装置。

【０１５７】（７）可変ミラー、または可変焦点レンズ
を有する撮像装置において、アクティブＡＦを用いて合
焦を行うことを特徴とする撮像装置。

【０１５８】（８）ズーム状態を検出又は推定する手段
を有する請求項１、上記（６）、（７）のいずれかに記
載の撮像装置。

【０１５９】（９）ズーム状態を検出又は推定する手段
を有しない請求項１、上記（６）、（７）のいずれかに
記載の撮像装置。

【０１６０】（１０）１群ズーム方式の光学系を備えた
上記（６）〜（９）のいずれかに記載の撮像装置。

【０１６１】（１１）物体距離とズーム状態の組み合わ
せごとに最適な可変ミラー又は可変焦点レンズを制御す
る制御情報を備えたルックアップテーブル（ＬＵＴ）を
有し、前記ＬＵＴにより得られた制御情報に基づいて、
可変ミラー又は可変焦点レンズの駆動を制御するか、又
は、前記ＬＵＴにより得られた制御情報に基づいて所定
の演算処理を行い、その演算処理により得られた情報が
最適となったときの前記ＬＵＴの制御情報に基づいて、
可変ミラー又は可変焦点レンズの駆動を制御することを
特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（１０）のいず
れかに記載の撮像装置。

【０１６２】（１２）物体距離とズーム状態の組み合わ
せごとに最適な可変ミラー又は可変焦点レンズを制御す
る制御情報を備えたルックアップテーブル（ＬＵＴ）を
有し、物体距離とズーム状態とを求め、得られた物体距
離とズーム状態とをキーとして前記ＬＵＴを入力し、対
応する制御情報を求め、得られた制御情報に基づいて、
可変ミラー又は可変焦点レンズの駆動を制御することを
特徴とする請求項１、又は上記（７）に従属する上記
（８）に記載の撮像装置。

【０１６３】（１３）物体距離とズーム状態の組み合わ
せごとに最適な可変ミラー又は可変焦点レンズを制御す
る制御情報を備えたルックアップテーブル（ＬＵＴ）を
有し、物体距離を求め、得られた物体距離をキーとして
前記ＬＵＴを検索し、対応するズーム状態を順に１次元
に抽出し、１次元に抽出したズーム状態に対応する制御
情報に基づくコントラストＡＦを用いて合焦を行うよう
にしたことを特徴とする請求項１又は上記（７）に従属
する上記（９）に記載の撮像装置。

【０１６４】（１４）物体距離とズーム状態の組み合わ
せごとに最適な可変ミラー又は可変焦点レンズを制御す
る制御情報を備えたルックアップテーブル（ＬＵＴ）を
有し、ズーム状態を求め、得られたズーム状態をキーと
して前記ＬＵＴを検索し、対応する焦点距離を順に１次
元に抽出し、１次元に抽出した焦点距離に対応する制御
情報に基づくコントラストＡＦを用いて合焦を行うよう
にしたことを特徴とする請求項１又は上記（６）に従属
する上記（８）に記載の撮像装置。

【０１６５】（１５）物体距離とズーム状態の組み合わ
せごとに最適な可変ミラー又は可変焦点レンズを制御す
る制御情報を備えたルックアップテーブル（ＬＵＴ）を
有し、前記ＬＵＴを順次入力し、対応する制御情報を求
め、得られた制御情報に基づくコントラストＡＦを用い
て合焦を行うようにしたことを特徴とする請求項１又は
上記（６）に従属する上記（９）に記載の撮像装置。

【０１６６】（１６）１群ズーム方式の光学系を備えた
上記（１２）〜（１５）のいずれかに記載の撮像装置。

【０１６７】（１７）可変ミラーとして静電気力、電磁
気力、圧電効果、電歪、流体のいずれかで駆動される可
変ミラーを用いたことを特徴とする請求項１〜３、上記
（１６）のいずれかに記載の撮像装置。

【０１６８】（１８）撮像素子と、移動するレンズ群と
可変ミラーを備え、移動するレンズ群が変倍に寄与し、
前記可変ミラーがフォーカシングと、変倍時のピント移
動の補償と、収差変動の補償と、変倍とのいずれかに寄
与していることを特徴とするズーム光学系を備えた撮像
装置。

【０１６９】（１９）撮像素子と、移動するレンズ群
と、複数の可変ミラーを備え、移動するレンズ群が変倍
に寄与し、前記可変ミラーがフォーカシングと、変倍時
のピント移動の補償と、収差変動の補償と、変倍とのい
ずれかに寄与していることを特徴とするズーム光学系を
備えた撮像装置。

【０１７０】（２０）撮像素子と、移動するレンズ群
と、複数の可変ミラーを備え、移動するレンズ群で変倍
を行い、前記可変ミラーでフォーカシングと、変倍時の
ピント移動の補償と、収差変動の補償と、変倍とのいず
れか１つ以上を行うことを特徴とするズーム光学系を備
えた撮像装置。

【０１７１】（２１）撮像素子と、レンズ群と、可変ミ
ラーを備え、レンズ群の挿脱、待避、偏心で変倍、を行
い、前記可変ミラーがフォーカシングと、変倍時のピン
ト移動の補償と、収差変動の補償と、変倍とのいずれか
に寄与していることを特徴とするズーム光学系を備えた
撮像装置。

【０１７２】（２２）移動するレンズ群の位置を検出す
る手段を備えた上記（１８）〜（２１）のいずれかに記
載のズーム光学系を備えた撮像装置。

【０１７３】（２３）移動するレンズ群の位置を検出す
る手段がエンコーダーあるいはステッピングモーターで
ある上記（２２）に記載のズーム光学系を備えた撮像装
置。

【０１７４】（２４）回転対称面を有するレンズ群と複
数の可変ミラーを備え、前記可変ミラーがフォーカシン
グと、変倍時のピント移動、収差変動の補償と、変倍と
のいずれかに寄与していることを特徴とするズーム光学
系を備えた撮像装置。

【０１７５】（２５）物体距離とズーム状態の組み合わ
せごとに最適な可変ミラーを制御する制御情報を備えた
ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を有し、前記ＬＵＴに
より得られた制御情報に基づいて、可変ミラー又は可変
焦点レンズの駆動を制御するか、又は、前記ＬＵＴによ
り得られた制御情報に基づいて所定の演算処理を行い、
その演算処理により得られた情報が最適となったときの
前記ＬＵＴの制御情報に基づいて、可変ミラーの駆動を
制御することを特徴とする（１８）〜（２４）のいずれ
かに記載の撮像装置。

【０１７６】（２６）物体距離とズーム状態の組み合わ
せごとに最適な可変ミラーを制御する制御情報を備えた
ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を有し、物体距離とズ
ーム状態とを求め、得られた物体距離とズーム状態とを
キーとして前記ＬＵＴを入力し、対応する制御情報を求
め、得られた制御情報に基づいて、可変ミラーの駆動を
制御することを特徴とする上記（１８）〜（２４）のい
ずれかに記載の撮像装置。

【０１７７】（２７）物体距離とズーム状態の組み合わ
せごとに最適な可変ミラーを制御する制御情報を備えた
ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を有し、物体距離を求
め、得られた物体距離をキーとして前記ＬＵＴを検索
し、対応するズーム状態を順に１次元に抽出し、１次元
に抽出したズーム状態に対応する制御情報に基づくコン
トラストＡＦを用いて合焦を行うようにしたことを特徴
とする上記（１８）〜（２４）のいずれかに記載の撮像
装置。

【０１７８】（２８）物体距離とズーム状態の組み合わ
せごとに最適な可変ミラーを制御する制御情報を備えた
ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を有し、ズーム状態を
求め、得られたズーム状態をキーとして前記ＬＵＴを検
索し、対応する焦点距離を順に１次元に抽出し、１次元
に抽出した焦点距離に対応する制御情報に基づくコント
ラストＡＦを用いて合焦を行うようにしたことを特徴と
する上記（１８）〜（２４）のいずれかに記載の撮像装
置。

【０１７９】（２９）物体距離とズーム状態の組み合わ
せごとに最適な可変ミラーを制御する制御情報を備えた
ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を有し、前記ＬＵＴを
順次入力し、対応する制御情報を求め、得られた制御情
報に基づくコントラストＡＦを用いて合焦を行うように
したことを特徴とする上記（１８）〜（２４）のいずれ
かに記載の撮像装置。

【０１８０】（３０）複数の可変ミラーを有する、上記
（６）又は（７）に記載の撮像装置。

【０１８１】（３１）可変ミラーの形状が自由曲面にな
る状態を含むことを特徴とする請求項１〜３、上記
（１）〜（３０）のいずれかに記載の撮像装置。

【０１８２】（３２）撮像素子の長辺方向が可変ミラー
の軸上光線入射面と平行であることを特徴とする請求項
１〜３、上記（１）〜（３１）のいずれかに記載の撮像
装置。

【０１８３】（３３）撮像素子の短辺方向が可変ミラー
の軸上光線入射面と平行であることを特徴とする請求項
１〜３、上記（１）〜（３２）のいずれかに記載の撮像
装置。

【０１８４】（３４）可変ミラーが静電気力、電磁気
力、圧電効果、電歪、流体のいずれかで駆動されること
を特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（３３）のい
ずれかに記載の撮像装置。

【０１８５】（３５）可変ミラーの反射膜が有機材料を
用いてなることを特徴とする請求項１〜３、上記（１）
〜（３４）のいずれかに記載の撮像装置。

【０１８６】（３６）移動するレンズ群を手動で移動さ
せる請求項１〜３、上記（１）〜（３５）のいずれかに
記載の撮像装置。

【０１８７】（３７）移動するレンズ群を電動で移動さ
せる請求項１〜３、上記（１）〜（３６）のいずれかに
記載の撮像装置。

【０１８８】

【発明の効果】本発明の撮像装置によれば、可変ミラー
又は可変焦点レンズを使用したので、消費電力を低減で
き、音が静かになり、応答時間を短縮化することができ
る。また、機械的なアクチュエータが必要ないため、機
械的構造が簡単で小型軽量化でき、さらには、コストダ
ウンにも寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による撮像装置の第１実施例の概略構成
図である。

【図２】本発明に用いる可変ミラーの形状を示す図であ
り、(a)は斜視図、(b)は断面図である。

【図３】第１実施例の光学系１の概略構成を示す光軸に
沿う断面図であり、(a)は広角端、(b)は望遠端の状態を
示している。

【図４】第１実施例の撮像装置における移動するレンズ
群３の操作から可変ミラー２の駆動に至るまでの制御過
程を示すフローチャートである。

【図５】本発明による撮像装置の第２実施例の概略構成
図である。

【図６】主にＣＰＵ内におけるコントラストＡＦの処理
過程を示すブロック図である。

【図７】第３実施例の撮像装置の光学系のフォーカス位
置に対する図６に示すコントラストＡＦ方式の処理過程
で得られた焦点信号を示すグラフである。

【図８】第３実施例の撮像装置における移動するレンズ
群３の操作から可変ミラー２の駆動に至るまでの制御過
程を示すフローチャートである。

【図９】本発明による撮像装置の第４実施例の概略構成
図である。

【図１０】第４実施例の撮像装置における移動するレン
ズ群３の操作から可変ミラー２の駆動に至るまでの制御
過程を示すフローチャートである。

【図１１】第５実施例の撮像装置における移動するレン
ズ群３の操作から可変ミラー２の駆動に至るまでの制御
過程を示すフローチャートである。

【図１２】本発明による撮像装置の第６実施例の概略構
成図である。

【図１３】第６実施例の光学系１’の概略構成を示す光
軸に沿う断面図であり、(a)は広角端、(b)は望遠端の状
態を示している。

【図１４】本発明による撮像装置の第７実施例の概略構
成図である。

【図１５】本発明による撮像装置の第９実施例の概略構
成図である。

【図１６】可変焦点レンズを用いた本発明による撮像装
置の第１０実施例の概略構成図である。

【図１７】可変焦点レンズを用いた本発明による撮像装
置の第１１実施例の概略構成図である。

【図１８】可変焦点レンズを用いた本発明による撮像装
置の第１２実施例の概略構成図である。

【図１９】本発明の撮像装置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の他の実施例を示す概略構成図である。

【図２１】図２０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２２】図２０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２３】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２４】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２５】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２６】図２５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２７】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２８】図２７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２９】図２７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３０】図２５に示した実施例において、コイル４２
７の配置を図２９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３１】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３２】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３３】本発明の撮像装置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３４】本発明にかかる撮像装置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３５】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３６】図３２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３７】図３４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３８】図３７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３９】本発明にかかる撮像装置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４０】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４１】図４０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４２】本発明にかかる撮像装置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４３】図４２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４４】本発明にかかる撮像装置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４５】本発明の撮像装置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４６】図４５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４７】図４６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４８】本発明の撮像装置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４９】本発明にかかる撮像装置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５０】図４９の変形例に係る可変焦点レンズの状態
説明図である。

【図５１】本発明にかかる撮像装置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５２】本発明にかかる撮像装置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５３】図５２の実施例に係る可変焦点レンズの状態
説明図である。

【図５４】本発明にかかる撮像装置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５５】図５４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５６】本発明にかかる撮像装置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】

１，１’ 光学系 ２，１１ 可変ミラー ２’ 可変焦点レンズ ３ ズームレンズ ４ 撮像素子 ５ 映像信号処理回路 ６ CPU ６ａ ＨＰＦ（高域通過フィルタ） ６ｂ 整流回路 ６ｃ 検波回路 ６ｄ 演算部 ７ エンコーダ ８，１２ 制御電極 ９ アンプ １０，１３，１４ ドライバ １５ ステッピングモータ 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 １１５ 反射面 １１８ 結像面 １２４ 絞り １２５ 前群 １２６ 後群 １２８ 平行平面板群 １３０ 第１群 １３１ 第２群 １３５ 第３群 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） Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｇ０２Ｂ 7/04 Ｅ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ズームレンズを搭載した撮像装置におい
   て、可変ミラーを有することを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 可変ミラーを２つ以上有することを特徴
   とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 【請求項３】 前記可変ミラーを合焦手段として用いた
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。