JP2003315650A

JP2003315650A - 光学装置

Info

Publication number: JP2003315650A
Application number: JP2002126020A
Authority: JP
Inventors: Kimihiko Nishioka; 公彦西岡
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2003-11-06
Also published as: US7031071B2; US20040109236A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【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光学装
置を提供すること。【解決手段】一つのレンズ群或いは一体化されたレンズ
群７によって変倍を行う光学系と、形状可変ミラー４
と、形状可変ミラーを駆動する駆動回路１１と、撮像素
子９を備えており、距離の分かった所定の解像力チャー
ト１９を設け、その距離に応じた駆動情報を形状可変ミ
ラー４に加えて、解像力チャート１９の像を撮影し、そ
の像のコントラストが実質上最大となる位置に撮像素子
９を調整し固定することにより構成される。【選択図１】

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，光学情報処理装
置等の光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レンズはガラスを研磨して製造さ
れ、レンズ自体では焦点距離を変化させることが出来な
いため、例えば、カメラのピント合わせやズーミングや
変倍は、複雑な機械的機構を介してレンズ群を光軸方向
に移動させることにより行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そして、レンズ群の一
部を移動させるのにモーター等を用いる場合は、消費電
力が大きく、音がうるさく、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
を行う場合でも、レンズをモーターやソレノイド等で機
械的に移動させるため、消費電力が大きく、機械的構造
が複雑で製作コストが高くつく等の欠点があった。

【０００４】本発明は、従来技術の有するこれらの問題
点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、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，可変形状ミラー，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素子を含む光学系を備えた
光学装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明による光学装置は、一つのレンズ群或いは一
体化されたレンズ群によって変倍を行う光学系と、形状
可変ミラーと、該形状可変ミラーを駆動する駆動回路
と、画像素子を備えた光学装置において、距離の分かっ
た所定の物体を設け、その距離に応じた駆動情報を前記
形状可変ミラーに加えて、前記物体の像を撮影し、その
像のコントラストが実質上最大となる位置に前記画像素
子を調整し固定して成ることを特徴としている。

【０００６】また、本発明による光学装置は、可変形状
ミラーと、該可変形状ミラーを駆動する駆動回路と、撮
像素子と、画像処理手段を備えた光学装置において、光
学系の回折状態または収査の変化に対応してエンハンス
を掛けるようになっていることを特徴としている。

【０００７】また、本発明による撮像装置は、移動可能
の光学素子または光学素子群と、該光学素子または光学
素子群を駆動する静電気で駆動されるモータと、可変形
状ミラーを備えている。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
した実施例に基づき説明する。図１は電子撮像装置とし
て構成された本発明による光学装置の一実施例の概略構
成図である。図中、１はレンズ枠、２はレンズ枠１に結
合された保持枠、３は保持枠２に取付けられた凹レン
ズ、４は保持枠２に反射面が凹レンズ３の光軸に対して
実質上４５度の角度をなすように取付けられた後述する
形状可変ミラー、５は絞り、６は保持枠２に形状可変ミ
ラー４で反射された光束の光軸上に取付けられた凸レン
ズ、７はレンズ枠１に凸レンズ６の光軸上を移動可能に
取付けられた変培レンズ、８はレンズ枠１に取付けられ
た非球面の結像レンズ、９は撮像面９aが結像レンズ８
の焦点位置に来るようにレンズ枠１に取付けられた撮像
素子、１０は変培レンズ７の移動量を検出するエンコー
ダーである。

【０００９】形状可変ミラー４は、例えば、図示の如
く、アルミコーティング等で作られた薄膜状の反射面４
aと、これを一体に支持する変形可能な基板４bと、基板
４bと一体の変形可能な電極４cと、電極４cの背面側に
間隔を置いて配置された複数の電極４dからなってい
る。反射面４aを構成する薄膜は、例えば、P.Rai-choud
hury編のhandbook of Michrolithography,Michromachin
ing and Michrofabrication,Volume 2:Michro-machinin
g and Michrofabrication, P495, Fig.8.58, SPIE PRES
S刊やOpticsCommunication,140巻(1997年)P187〜190に
記載されているメンブレンミラーのように、複数の電極
４dと電極４cとの間に電圧が印加されると、静電気力に
より薄膜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
が出来るだけでなく、更に、レンズ3，６〜８の温度や
温度変化による変形や屈折率の変化、或いは、レンズ枠
の伸縮や変形及び光学素子や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、常に適性にピント調整並
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４dの形は、例えば図２，３に示すように、反
射面４aの変形のさせ方に応じて選べば良い。この形状
可変ミラー４は、リソグラフィーを用いて作ると加工精
度が良く、良品質のものが得られ易い。また、基板４b
は、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。

【００１０】再び図１において、１１は形状可変ミラー
４の変形を制御するための駆動回路、１２は演算装置、
１３はLUT、１４は撮像素子９からの画像信号を処理す
るための電子回路、１５は記憶装置、１６はTVモニタ
ー、１７は温度センサー、１８は湿度センサー、１９は
カバーレンズ３の前方の所定位置に置かれたテスト用物
体としての解像力チャートである。

【００１１】本実施例によれば、物体からの光は、レン
ズ３より入射し、形状可変ミラー４で反射され、レンズ
６，変培レンズ７及び結像レンズ８を通過して、撮像素
子９の撮像面９a上に結像し、電子回路１４を介してTV
モニター１６により物体像が観察される。そして、モー
タ又は手動で変培レンズ７を動かすことにより変倍が行
われる。この場合、形状可変ミラー４により、物体距離
の変動に伴うピント合わせと、変培時のピント移動が補
償され、モニター画面上では常に鮮明な物体像を見るこ
とが出来る。

【００１２】即ち、反射面４aの形状は、レンズ3，６，
７及び８から成るレンズ系の結像性能が最適になるよう
に、演算装置１２からの信号に基づき、駆動回路１１に
より制御される。即ち、演算装置１２へは、温度センサ
ー１７及び湿度センサー１８から周囲温度及び湿度に応
じた大きさの信号が入力され、演算装置１２は、これら
の入力信号に基づき周囲の温度及び湿度条件による結像
性能の低下を補償すべく、反射面４aの形状が決定され
るような電圧を駆動回路１１を介して電極４dに印加す
る。このように、反射面４aは電極４dに印加される電圧
即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。

【００１３】上記説明では、形状可変ミラー４を駆動す
るのに電圧を用いたが、駆動方式によっては、電圧の代
わりに電流や流体等を用いても良く、本願では、これら
を駆動源と呼び、その値を駆動情報と呼ぶことにする。
また、結像レンズ８は、ガラス，プラスチック，ゴム，
合成樹脂または有機無機のハイブリッド材料等の何れで
作られても良い。また、レンズ枠１は合成樹脂で作られ
ても良いし、金属で出来ていても良い。

【００１４】上記実施例による光学装置は、例えば、TV
カメラ，デジタルカメラ，カムコーダ，監視用カメラ，
ロボットの眼等に用いられるが、以下、装置組立後の調
整方法について説明する。装置組立後、先ず、変培レン
ズ７を予め定めた基準位置に持って行く。この位置は、
精度の良い調整が出来ることから、変培レンズ７の倍率
の絶対値が「１」になるように選ぶと良い。また、撮像
素子９は、形状可変ミラー４に解像力チャート１９まで
の距離（物体距離）に応じた電圧を与えた上で、解像力
チャート１９を撮影しながら、撮像素子９を光軸（Z
軸）方向に前後させ、チャート像のピント或いはコント
ラストが最も良くなる位置を見出して、その位置に固定
する。

【００１５】次に、再度解像力チャート１９を撮影し
て、そのチャート像のピントまたはコントラストが最大
になるように、形状可変ミラー４に印加する電圧を微調
整し、その値をE²-PROM等の記憶装置に書き込み、LUT１
３として用いても良い。このようにすれば、更に精度の
良いピント調整を行うことができ、そして、このLUT１
３の値を参照しつつ撮影を行えば、常に鮮明な物体像を
観察することが出来る。この調整作業を、解像力チャー
ト１９までの距離を何種類か変えて行えば、更に良いピ
ント調整を行うことが出来る。また、解像力チャート１
９を何種類か用意して、同様なピント調整を行うように
しても良い。

【００１６】また、形状可変ミラー４に印加する電圧を
微調整するのに、予め定めたLUT１３の中から最もピン
トが良くなる値を選択すようにして、そのLUT１３の番
地を記憶させて置き、その番地を参照しつつ撮影を行う
ようにしても良い。図４及び５は、そのLUT１３の例を
示している。図４はズーム状態と物体距離を二つに軸に
もつLUTの例であり、図５は物体距離だけを軸にもつLUT
の例である。以上述べた調整方法は、単焦点レンズのピ
ント調整にも用いることが出来る。

【００１７】次に、上記とは異なる別の調整方法につい
て説明する。この方法では、解像力チャート１９を基準
の距離に固定して置き、変培レンズ７をZ方向へ動かし
て変培を行い、形状可変ミラー４で物体距離が変化した
時のフォーカス，ズーミングに伴うピント移動を補正す
る場合を考える。先ず、設計上変培レンズ７の倍率の絶
対値が１になる状態へ変培レンズ７を移動させる。形状
可変素子４は、その状態での駆動情報で駆動させる。次
に、撮像素子９をZ方向へ動かして、解像力チャート１
９のピントが最良になるように或いはコントラストが略
最大になるように、撮像素子９を位置決めする。

【００１８】次に、変培レンズ７を広角端，望遠端へ動
かし、形状可変素子４は夫々の状態に対応する駆動情報
で駆動し、その時のピント移動量を調べる。ピント移動
量を調べるのには、撮像素子９を前後させて夫々の状態
での最良のピントになる撮像素子の位置を調べれば良
い。そして、広角端，望遠端でのピント移動量が、設計
上想定される移動量に近づくように、変培レンズ７を駆
動するときの原点をZ方向へ僅かに動かす。この動き量
をΔZとすると、ΔZはあらゆるズーム状態に対する変培
レンズ７の位置の補正量となる。

【００１９】このように変培レンズ７の位置を調整した
後で、ズーム状態と物体距離の組合せ毎に解像力チャー
ト１９のピント或いはコントラストが略最良になるよう
に、形状可変素子４の駆動情報を最適化し、それらをLU
T１３に書き込んで置く。そして、実際の撮像をLUT１３
に従って行えば良い。或いは、最適な駆動情報をLUT１
３に書き込む代わりに、予め算出してあるLUT１３の中
から夫々の状態に対応した最適なLUTの値を選び出し、
その番地をROM等に記憶させておいても良い。

【００２０】ズーム状態及び物体距離が分かっている時
の撮影にはROMを経由してLUTを参照することになる。マ
ニュアルフォーカスによる撮影が、そのような場合の例
である。そして撮影が行われる際のズーム状態が既知で
あっても、物体距離が未知である場合には、LUT１３を
参照しつつ形状可変素子４を駆動させて撮影し、その中
から物体像のコントラストが最良になるLUTの値を選ん
で撮影を行えば良い。オートフォーカスの撮影時がこれ
に対応する。

【００２１】以上述べた一群ズームに対する調整方法
は、以下に述べる光学補正型ズーム光学系にも適用する
ことが出来る。図６はこの型のズーム光学系の一例を示
している。この例では、絞り５と固定レンズ２０を挟ん
で、レンズ６と変培レンズ７とが一体的に動かされるよ
うに構成されている。即ち、レンズ６と変培レンズ７と
は同一のレンズ枠に保持されていて、このレンズ枠が、
演算装置１２で制御される駆動回路２１により駆動され
るステッピングモーター２２により、移動せしめられる
ようになっている。

【００２２】以上は、本発明を撮像装置としての光学装
置に適用した場合について記述したが、これに限らず、
形状可変ミラーを用いた観察装置，表示装置，光通信装
置及び光情報処理装置等の各種光学装置にも、本発明は
適用できる。例えば、図７に示すファインダーの場合、
温湿度の変化或いは製作誤差に伴う視度のズレは、可変
形状ミラー駆動用のLUT１３を物体距離方向にずらして
読み出すことにより、補正可能である。図５は、LUTの
この例を示している。なお、図７において、物体からの
光は、対物レンズ２３及びプリズム２４の各入射面と射
出面で屈折され、形状可変ミラー４で反射され、プリズ
ム２４を透過して二等辺直角プリスム２５で更に反射さ
れ（図示された光路中、＋印は紙面の裏側へ向かって光
が進むことを示している）、ミラー２６で反射され、接
眼レンズ２７を介して眼に入射するようになっている。

【００２３】以上の説明では、総て可変形状ミラー４を
用いた例について述べてきたが、これらの補正方法，調
整方法及び制御方法は、後述する可変焦点レンズ等の光
学特性可変光学素子にも全く同様に適用できる。なお、
ここで用いるLUTとしては、記憶装置内の数表でも良い
し、幾つかの引数を持った関数でも良く、引数に対して
値が読めれば良い。

【００２４】次に、再び図６を参照して電子撮像系のMT
Fについて説明する。ズーミングと共に、変培レンズ７
のためのFナンバーは変化する。殆どの場合、広角端よ
りも望遠端のFナンバーの方が暗くなる。ところが、Fナ
ンバーが暗くなると、光の回折現象によりMTFが低下し
てしょまう。この影響は、撮像素子９の１画素の寸法が
４μｍ以下の場合に、特に目立ってくる。そこで、本発
明では、Fナンバーの低下と共に画像に掛けるエンハン
ス量を強くすることで、MTFの低下を補正するようにし
ている。この実施例の場合には、撮装素子９で得た画像
情報は、電子回路１４でデジタル化され、画像処理機能
を有する演算装置１２でエンハンス処理される。

【００２５】この時駆動回路２１から得たズームレンズ
の状態の情報から、演算装置１２でFナンバーが計算さ
れ、Fナンバーに応じた最適なエンハンスが掛けられ
る。エンハンスを掛けるには、例えば、図８に示すよう
なフィルターと画像のコンボリューションを取れば良
い。図中、Px, Pyは撮像素子９の１ピクセルの寸法であ
る。より強いエンハンスを掛けるのであれば、例えば、
図９に示すようなフィルターとのコンボリューションを
取れば良い。

【００２６】光学系のMTFはFナンバーによっても変化す
るが、可変形状ミラー４を含めた光学系の収差によって
も変化する。特に、反射面４aの平面からの変形量が大
きい場合、一般にMTFは低下し易い。そこで、反射面４a
の形状に応じてエンハンスの掛け方を加減すれば、良い
画像が得られる。可変形状ミラー４の変形量は、駆動情
報から知ることが出来るので、例えば、参照しているLU
Tを調べれば良い。静電式の可変形状ミラーの場合、変
形量は近距離で大きくなる場合が多い。従って、物体が
近距離の場合には、エンハンスを強く掛けると良い。ま
た、反射面４aの形状によっては、画像の中心部でMTFの
値が大きく異なる場合もある。その場合は、画像の場所
毎に異なるエンハンスを掛けると良い。

【００２７】図１０は、撮像素子９をZ軸方向から見た
場合の形状を示しているが、この場合、光学系はY-Z平
面について対称であるから、エンハンスもY軸について
対称に掛ければ良い。即ち、エンハンスは光学系の対称
性に合わせて掛ければ良いのである。

【００２８】次に、図１または６に示すような、動くレ
ンズ群或いは光学素子群を有する光学系における光学素
子群の駆動方法の一例について説明する。図１１は、静
電気力で動くモーター２８を用いた例で、固定された枠
２９の内面には複数の電極２９aが、可動のレンズ枠３
０の外面には複数の電極３０aが夫々列設されている。
電極２９aと３０aは、図示のように常態では位相がずれ
るように配置されていて、これらに異符号の電圧が印加
された時、静電引力でレンズ枠３０は矢印方向（左方）
へ引っ張られるようになっている。そして、電極２９a
と３０aに印加される電圧の符号を、レンズ枠３０の移
動と共に変えていくことにより、レンズ枠３０を駆動す
ることが出来る。

【００２９】モーター２８の駆動には高電圧のDC電源３
１が必要であるが、これは形状可変ミラー４の駆動電源
及びストロボ３２の駆動電源と兼用することが出来る。
３３はモーター２８の駆動用制御回路、３４は可変形状
ミラー４の駆動用制御回路、３５はストロボ３２の駆動
用制御回路である。実際上、可変形状ミラー４，モータ
ー２８及びストロボ３２の駆動には、数十〜数百ボルト
のDC電源を必要とするので、兼用できればコスト，寸法
及び重量の点で有利である。モーター２８を用いない場
合でも、可変形状ミラー４とストロボ３２用の駆動電源
を共通にすれば、上記と同様の利点が得られる。

【００３０】図１２は、静電気力で駆動されるモーター
の別の例を示している。図中、３６は部分スリット３６
aを穿設し中央部にレンズ３７を固定した電極を兼ねる
板ばね、３８は板ばね３６と平行に近接配置されていて
レンズ３７と整合した開口の周りに区分された電極３８
a，３８b，３８cを配置してなる絶縁板であって、板ば
ね３６と電極３８a，３８b，３８cとの間には、互いに
異なる直流電圧が印加されている。従って、静電気力に
より両電極は引き合い、レンズ３７を動かすことが出来
る。効果は、図１１に示した例と同様である。

【００３１】次に、図６に示した光学装置を例にとっ
て、シェーディングの電気的補正について説明する。図
６に示した如きズーム光学系では、撮像素子９に入射す
る光線の角度θ（図１３参照）がズーム状態によって変
化する。この角度θは、物体距離によっても変化する場
合があるし、可変形状ミラー４の変形量が大きい（５μ
ｍ以上）場合にも変化する。このため、撮像素子９の受
像面９aのうち特に周辺部での感度が低下する、即ち、
シェーディングがズーム状態によって変化するという不
都合を生ずる。

【００３２】そこで、シェーディングの変化の対策とし
ては、撮像素子９で撮影した画像に演算装置１２で明る
さの補正処理を行えば良い。殆どの場合、撮像素子９に
よる画像の周辺部は暗くなることが多いので、周辺部ほ
どゲインを上げれば良い。このようなシェーディング
は、ズーム光学系に限らず単焦点光学系で行っても良い
ことはいうまでもない。

【００３３】また、図６に示した光学装置は、形状可変
ミラー４がへこむと軸対称光学系ではなくなり、偏心収
差が発生する。この偏心収差を補正するためは、例え
ば、レンズ３をZ方向に多少（0.02〜1mm）移動させる
か、或いは、レンズ３を X軸回りに多少（３分〜５
度）回転させるか、或いは、撮像素子９をX軸回りに多
少（0.5〜8°）回転させる等の調整を行えば良いが、何
れにせよ光軸に対して非対称なシェーディングが発生す
る。この場合にも、演算装置１２により、撮像素子９で
撮影した画像に対してシェーディングの補正を行えば良
い。この場合、シェーディングはY軸について対称にな
るので、Y軸について対称，X軸については非対称な補正
を行えば良い。

【００３４】以上、シェーディングを画像処理で行う例
について説明したが、電子回路等でアナログ的に補正を
行っても良い。この方法は、補正に要する時間が短いの
で、動画にも用いられ得る。図１４は、二つの可変形状
ミラー４A，４Bを用いたズーム撮像装置の例である。図
中、３９は撮像装置の外装壁４０の内側に摺動可能に取
付けられていて平板部分３９aを有する接写用補助レン
ズ、４１は自由曲面プリズム、４２は液晶表示素子であ
る。

【００３５】この例では、望遠状態の時は、撮像素子４
Aのパワーが強くて撮像素子４Bのパワーが弱く、広角状
態の時は、撮像素子４Aのパワーが弱くて撮像素子４Bの
パワーが強くなる。ここでは、パワーは正負の符号も考
慮するものとする。このために、ズーム状態が変化する
と、歪曲収差が変化してしまう欠点がある。そこで、こ
の例では、演算装置１２による画像処理で歪曲収差を補
正している。図１５は、方眼のチャートを図１４に示し
た撮像装置で撮影した場合の像を示したもので、その形
状は破線で示されている。ここでは、樽型と台形の歪曲
収差が発生している。これを、演算装置１２で画像処理
することにより、図１５に実線で示すような形に直せば
良いわけである。このような画像処理による歪曲の補正
は、本願の他の実施例にも適用することが出来る。

【００３６】なお、接写用補助レンズ３９は、可変形状
ミラー４A，４Bの変形量が小さい場合に、近点にピント
を合わせるのに用いると良い。即ち、通常の撮影時に
は、これを摺動させて光路外に移動させ、接写時には、
図示のように光路内に戻して撮影すれば良い。また、通
常撮影時にレンズ３を保護する目的で、平板部分３９a
を光路内にもって来るようにすれば、なお良い。この例
は、本願の他の実施例にも適用できることは云うまでも
ない。

【００３７】図１６は、本願実施例に用いられる形状可
変ミラー４の他の例を示している。この種の形状可変ミ
ラーにおいては、駆動電圧は低い方が駆動回路の設計が
楽でコストも下がるので良い。そのために、この例で
は、電極４cを多数の穴４c'のあいたメッシュ状にし
て、反射面４a及び基板４bを含めた変形する膜の剛性を
低くしてある。図１７は、電極４cを電極４d側から見た
場合の形状である。

【００３８】このように、膜の剛性を低くするために
は、光の反射に使わない膜の構成要素をメッシュ状にし
ておけば良い。従って、基板４bをメッシュ状にしても
良い。なお、電極４cには貫通した穴でなくて窪みを設
けるようにしても良い。要するに、厚さの薄い部分を作
っておけば、剛性を下げることは出来る。また、電
極４cは、例えば、チタン等の金属で作ると、リソグラ
フィーで加工でき便利である。また、電極４cを有機導
電体や有機半導体で作れば、更に剛性が下げられるので
良い。その場合、基板４bと電極４cを一つの部材で兼用
しても良く、加工が簡略化できるので好都合である。ま
た、基板４bはポリイミド等の合成樹脂で作ると、剛性
が低くて良い。

【００３９】上記の各実施例において、レンズ３，６，
７，８，２０，２３，２７，３７及び３９、プリズム２
４，２５及び４１、ミラー２６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。また、こ
れらの一部或いは全部をガラスで製作しても良く、これ
により更に精度の良い撮像装置が得られる。また、形状
可変ミラー４の反射面４aの形状は、収差補正が容易で
あることから、自由曲面にするのが良い。

【００４０】本発明で使用する自由曲面とは以下の式で
定義されるものである。この定義式のＺ軸が自由曲面の
軸となる。ここで、上記式の第1項は球面項、第2項は自由曲面項で
ある。球面項中、ｃ：頂点の曲率ｋ：コーニック定数（円錐定数）ｒ＝√（Ｘ²＋Ｙ²）である。

【００４１】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。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。

【００４２】図１８は、形状可変ミラー４の他の実施例
を示す概略構成図である。本実施例の形状可変ミラー４
は、反射面４ａと電極４ｄとの間に圧電素子４eが介装
されていて、これらが支持台上に設けられている。そし
て、圧電素子４eに加わる電圧を各電極４ｄ毎に変える
ことにより、圧電素子４eに部分的に異なる伸縮を生じ
させて、反射面４ａの形状を変えることができるように
なっている。電極４ｄの形状は反射面４aの変形のさせ
方に応じて選べばよい。これは、例えば、図２に示した
ように、同心分割であってもよいし、図３に示すよう
に、矩形分割であってもよく、その他、適宜の形状を選
択することができる。

【００４３】図１８中、４３は演算装置１２に接続され
た振れセンサーであって、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反射面
４ａを変形させるべく、演算装置１２及び可変抵抗器４
４を介して電極４ｄに印加される電圧を変化させる。こ
のとき、温度センサー１７、湿度センサー１８及び距離
センサー４５からの信号も同時に考慮され、ピント（焦
点）合わせ、温湿度補償等が行われる。この場合、反射
面４ａには圧電素子４eの変形に伴う応力が加わるの
で、反射面４a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。

【００４４】図１９は形状可変ミラー４の更に他の実施
例を示す概略構成図である。本実施例の形状可変ミラー
４は、反射面４ａと電極４ｄ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４e及び４e’で構成されている点で、図１８に示され
た形状可変ミラーとは異なる。即ち、圧電素子４eと４
e’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ている。この場
合、圧電素子４eと４e’は電圧が印加されると逆方向に
伸縮するので、反射面４ａを変形させる力が図１８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。

【００４５】圧電素子４e，４e’に用いる材料として
は、例えばチタン酸バリウム、ロッシエル塩、水晶、電
気石、リン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）、リン酸二水素
アンモニウム（ＡＤＰ）、ニオブ酸リチウム等の圧電物
質、同物質の多結晶体、同物質の結晶、ＰｂＺｒＯ₃と
ＰｂＴｉＯ₃の固溶体の圧電セラミックス、二フッ化ポ
リビニール（ＰＶＤＦ）等の有機圧電物質、上記以外の
強誘電体等があり、特に有機圧電物質はヤング率が小さ
く、低電圧でも大きな変形が可能であるので、好まし
い。なお、これらの圧電素子４e，４e’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反射面
４ａの形状を適切に変形させることも可能である。

【００４６】また、圧電素子４e，４e’の材質として
は、ポリウレタン、シリコンゴム、アクリルエラストマ
ー、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤ
Ｆ）等の高分子圧電体、シアン化ビニリデン共重合体、
ビニリデンフルオライドとトリフルオロエチレンの共重
合体等が用いられる。圧電性を有する有機材料や、圧電
性を有する合成樹脂、圧電性を有するエラストマー等を
用いるとミラー面の大きな変形が実現できてよい。

【００４７】図２０は形状可変ミラーの更に他の実施例
を示す概略構成図である。本実施例の形状可変ミラー４
は、圧電素子４eが反射面４ａと電極４ｆとにより挟持
され、反射面４ａと電極４ｆ間に演算装置１２により制
御される駆動回路１１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、支持台上に設けられ
た電極４ｄにも演算装置１２により制御される駆動回路
１１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、反射面４ａは電極４ｆとの
間に印加される電圧と電極４ｄ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。

【００４８】そして、反射面４ａ、電極４ｆ間の電圧の
符号を変えれば、形状可変ミラー４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うように
しても良い。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るようにしても
良い。なお、電極４ｆは電極４ｄのように複数の電極か
ら構成されても良い。この様子を図１９に示した。

【００４９】図１８、図２０の圧電素子４e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４eを図１８に示すように別
の基板４e-１と電歪材料４e-２を貼り合わせた構造にし
てもよい。なお、本願では、圧電効果と電歪効果、電歪
をすべてまとめて圧電効果と述べている。従って、電歪
材料も圧電材料に含まれるものとする。

【００５０】図２１は、形状可変ミラーの更に他の実施
例を示す概略構成図である。本実施例の形状可変ミラー
４は、電磁気力を利用して反射面４aの形状を変化させ
得るようにしたもので、支持台の内部底面上には永久磁
石４６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４ｂの周縁部４ｂ'が載置固定されており、
基板４ｂの表面にはアルミニウム等の金属コートで作ら
れた反射面４ａが付設されていている。基板４ｇの下面
には薄膜状の複数のコイル４７が配設されており、これ
らのコイル４７はそれぞれ駆動回路１１を介して演算装
置１２に接続されている。従って、各センサー１７，１
８，４３，４５からの信号によって演算装置１２におい
て求められる光学系の変化に対応した演算装置１２から
の出力信号により、各駆動回路１１から各コイル４７に
それぞれ適当な電流が供給されると、永久磁石４６との
間に働く電磁気力で各コイル４７は反発又は吸着され、
基板４ｂ及び反射面４ａを変形させる。

【００５１】この場合、各コイル４７はそれぞれ異なる
量の電流を流すようにすることも出来る。また、コイル
４７は１個でもよいし、永久磁石４６を基板４ｂに付設
しコイル４７を支持台の内部底面側に設けるようにして
も良い。また、コイル４７はリソグラフィー等の手法で
作ると良く、更に、コイル４７には強磁性体よりなる鉄
心を入れるようにしても良い。

【００５２】この場合、コイル４７の巻密度を、図２２
に示すように、場所によって変化させることにより、基
板４ｂ及び反射面４ａに所望の変形を与えるようにする
ことも出来る。また、コイル４７は１個でもよいし、ま
た、これらのコイル４７には強磁性体よりなる鉄心を挿
入しても良い。

【００５３】図２３は形状可変ミラー４の更に他の実施
例を示す概略構成図である。本実施例の形状可変ミラー
４では、基板４ｂは鉄等の強磁性体で作られており、膜
状の反射面４ａはアルミニウム等からなっている。この
場合、薄膜状のコイル４７を設けなくても済むから、構
造が簡単で、製造コストを低減することが出来る。ま
た、電源スイッチ４８を切換え兼電源開閉用スイッチに
置換すれば、コイル４７に流れる電流の方向を変えるこ
とができ、基板４ｂ及び反射面４ａの形状を自由に変え
ることができる。

【００５４】図２４は本実施例におけるコイル４７の配
置を示し、図２５はコイル４７の他の配置例を示してい
るが、これらの配置は、図２１に示した実施例にも適用
することが出来る。なお、図２５は、図２１に示した実
施例において、コイル４７の配置を図２６に示したよう
にした場合に適する永久磁石４６の配置を示している。
即ち、図２５に示すように、永久磁石４６を放射状に配
置すれば、図２１に示した実施例に比べて、微妙な変形
を基板４ｂ及び反射面４ａに与えることが出来る。ま
た、このように電磁気力を用いて基板４ｂ及び反射面４
ａを変形させる場合（図２１及び図２３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。

【００５５】以上いくつかの形状可変ミラー４の実施例
を述べたが、形状可変ミラー４の形を変形させるため
に、図２０の実施例に示すように、２種類以上の力を用
いても良い。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、電磁波等の内
から２つ以上を同時に用いて形状可変ミラー４を変形さ
せてもよい。このように、２つ以上の異なる駆動方法を
用いて光学特性可変光学素子を作れば、大きな変形と微
細な変形とを同時に実現でき、精度の良い反射面が実現
できる。

【００５６】図２７は、本発明の更に他の実施例に係
る、光学装置に適用可能な形状可変ミラーを用いた撮像
系、例えば携帯電話のデジタルカメラ、カプセル内視
鏡、電子内視鏡、パソコン用デジタルカメラ、ＰＤＡ
（携帯情報端末）用デジタルカメラ等に用いられ得る撮
像系の概略構成図である。本実施例の撮像系は、形状可
変ミラー４と、レンズ４８と、固体撮像素子９と、制御
系４９とで一つの撮像ユニット５０を構成している。本
実施例の撮像ユニット５０では、レンズ４８を通った物
体からの光は形状可変ミラー４で集光され、固体撮像素
子９の上に結像する。この場合、形状可変ミラー４は、
光学特性可変光学素子として機能し、可変焦点ミラーと
も呼ばれる。

【００５７】本実施例によれば、物体距離が変わっても
形状可変ミラー４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５０は本発明の撮像系として全ての
実施例で用いることができる。さらに、形状可変ミラー
４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。

【００５８】図２７では、制御系４９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形状
可変ミラー、可変焦点レンズに用いることが出来るが、
特に静電気力、圧電効果を用いる場合の形状可変ミラ
ー、可変焦点レンズに有用である。

【００５９】なお、形状可変ミラー４でピント合わせを
行うためには、例えば、固体撮像素子９に物体像を結像
させ、形状可変ミラー４の焦点距離を変化させつつ物体
像の高周波成分が最大になる状態を見つければ良い。高
周波成分を検出するには、例えば、固体撮像素子９にマ
イクロコンピュータを含む処理装置を接続し、その中で
高周波成分を検出するようにすれば良い。

【００６０】図２８は、本発明の形状可変ミラーに関す
る更に他の実施例に係るマイクロポンプ５１で流体５２
を出し入れし、反射面５３aを変形させる形状可変ミラ
ー５３の概略構成図である。本実施例によれば、反射面
５３aを大きく変形させることが可能になるというメリ
ットがある。なお、図中、５４は液溜である。マイクロ
ポンプ５１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
力を用いたもの等がある。

【００６１】図２９は、本発明に適用可能なマイクロポ
ンプの一実施例を示す概略構成図である。本実施例のマ
イクロポンプ５５では、振動板５６は静電気力、圧電効
果等の電気力により振動する。図２９では静電気力によ
り振動する例を示しており、図中、５７，５８は電極で
ある。また、点線は変形した時の振動板５６を示してい
る。振動板５６の振動に伴い、二つの弁５９，６０が開
閉し、流体５２を右から左へ送るようになっている。

【００６２】本実施例の形状可変ミラー５３では、反射
面５３aが流体５２の量に応じて凹凸に変形すること
で、形状可変ミラーとして機能する。形状可変ミラー５
３は流体５２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。なお、静電気力、圧電効果を用いた
形状可変ミラー、可変焦点レンズ等において駆動用に高
電圧が必要になる場合がある。その場合には、例えば図
２７に示したように、昇圧用のトランス或いは圧電トラ
ンス等を用いて制御系を構成すると良い。また、反射用
の薄膜は、変形しない部分にも設けておくと、形状可変
ミラー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。

【００６３】図３０は、本発明にかかる可変焦点レンズ
の原理的構成を示す図である。この可変焦点レンズ６１
は、第１，第２の面としてのレンズ面６２ａ，６２ｂを
有する第１のレンズ６２と、第３，第４の面としてのレ
ンズ面６３ａ，６３ｂを有する第２のレンズ６３と、こ
れらレンズ間に透明電極６４、６５を介して設けた高分
子分散液晶層６６とを有し、入射光を第１，第２のレン
ズ６２，６３を経て収束させるものである。透明電極６
４，６５は、スイッチ６７を介して交流電源６８に接続
して、高分子分散液晶層６６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６６は、それ
ぞれ液晶分子７０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７１の集合体から成り、その体
積は、高分子セル７１を構成する高分子および液晶分子
７０がそれぞれ占める体積の和に一致させる。

【００６４】ここで、高分子セル７１の大きさは、球状
とする場合、その平均の直径をＤ、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。即ち、液晶分子７０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６１の光軸
方向における高分子分散液晶層６６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
７０の屈折率との差により、高分子セル７１の境界面で
光が散乱して高分子分散液晶層６６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６１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６６の透明度は、厚さ
ｔが厚いほど悪くなる。

【００６５】また、液晶分子７０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７０の屈
折率楕円体は、図３１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。

【００６６】ここで、図３０に示すように、スイッチ６
９をオフ、すなわち高分子分散液晶層６６に電界を印加
しない状態では、液晶分子７０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６６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３
２に示すように、スイッチ６７をオンとして高分子分散
液晶層６６に交流電界を印加すると、液晶分子７０は、
屈折率楕円体の長軸方向が可変焦点レンズ６１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。

【００６７】なお、高分子分散液晶層６６に印加する電
圧は、例えば、図３３に示すように、可変抵抗器６９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７０は、その楕円長軸が徐々に可変焦点レンズ６１
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。

【００６８】ここで、図３０に示す状態、すなわち高分
子分散液晶層６６に電界を印加しない状態での、液晶分
子７０の平均屈折率ｎ_LC’は、図３１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６６の屈折
率ｎ_Aは、高分子セル７１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６６の体積に占める液晶分
子７０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。

【００６９】したがって、図３３に示すように、レンズ
６２および６３の内側の面、すなわち高分子分散液晶層
６６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６１の焦点距離ｆ₁は、１／ｆ₁＝（ｎ_A−１）（１／Ｒ₁−１／Ｒ₂） …(6) で与えられる。なお、Ｒ₁およびＲ₂は、曲率中心が像点
側にあるとき、正とする。また、レンズ６２および６３
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６６のみによるレンズの焦点距離が、(6)式で
与えられる。

【００７０】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３２に示す状態、すなわち高分子分散液晶
層６６に電界を印加した状態での、高分子分散液晶層６
６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６６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６６に、図３２
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。

【００７１】上記(6)および(9)式から、高分子分散液晶
層６６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。従って、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６６
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。

【００７２】次に、上記(1)式の上限値の根拠について
説明する。「Solar Energy Materials and Solar Cell
s」31巻,Wilson and Eck,1993, Eleevier Science Publ
ishersB.v.発行の第197 〜214 頁、「Transmission var
iation using scattering/transparent switching film
s 」には、高分子分散液晶の大きさを変化させたときの
透過率τの変化が示されている。そして、かかる文献第
206の図６には、高分子分散液晶の半径をｒとし、ｔ＝
３００μｍ、ｆｆ＝０．５、ｎ_P ＝１．４５、ｎ_LC＝
１．５８５、λ＝５００ｎｍとするとき、透過率τは、
理論値で、ｒ＝５ｎｍ（Ｄ＝λ／５０、Ｄ・ｔ＝λ・６
μｍ（ただし、Ｄおよびλの単位はｎｍ、以下も同
じ））のときτ≒９０％となり、ｒ＝２５ｎｍ（Ｄ＝λ
／１０）のときτ≒５０％になることが示されている。

【００７３】ここで、例えば、透過率τがｔの指数関数
で変化すると仮定して、ｔ＝１５０μｍの場合の透過率
τを推定してみると、ｒ＝２５ｎｍ（Ｄ＝λ／１０、Ｄ
・ｔ＝λ・１５μｍ）のときτ≒７１％となる。また、
ｔ＝７５μｍの場合は、同様に、ｒ＝２５ｎｍ（Ｄ＝λ
／１０、Ｄ・ｔ＝λ・７．５μｍ）のときτ≒８０％と
なる。

【００７４】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。従って、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。

【００７５】また、高分子分散液晶層６６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６６の
透過率は悪くなる。図３０の状態と図３２の状態とで、
平均して高分子分散液晶層６６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。

【００７６】ここで、可変焦点レンズ６１は、レンズと
して使用するものであるから、図３０の状態でも、図３
２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７１を構成する高分子の
材料および液晶分子７０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。

【００７７】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７１を構成する高分子と液晶分子７０との境界
での光の反射、すなわち高分子分散液晶層６６の透過率
の減少は、およそ上記の高分子と液晶分子７０との屈折
率の差の２乗に比例するからである。

【００７８】以上は、ｎ_o’≒１．４５、ｎ_LC’≒１．
５８５の場合であるが、より一般的に定式化すると、Ｄ・ｔ≦λ・１５μｍ・（１．５８５−１．４５）²／（ｎ_u−ｎ_P）² …(17) であればよい。但し、（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。

【００７９】また、可変焦点レンズ６１の焦点距離変化
を大きくするには、ｆｆの値が大きい方が良いが、ｆｆ
＝１では、高分子の体積がゼロとなり、高分子セル７１
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３０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。

【００８０】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７１を構成する高分子
と液晶分子７０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。

【００８１】図３４は、図３３に示す可変焦点レンズ６
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５、可変焦点レンズ６１及びレンズ４
８を介して、例えばＣＣＤよりなる固体撮像素子９上に
結像させる。なお、図３４では、液晶分子の図示を省略
してある。

【００８２】かかる撮像光学系によれば、可変抵抗器６
９により可変焦点レンズ６１の高分子分散液晶層６６に
印加する交流電圧を調整して、可変焦点レンズ６１の焦
点距離を変えることより、可変焦点レンズ６１及びレン
ズ４８を光軸方向に移動させることなく、例えば、無限
遠から６００ｍｍまでの物体距離に対して、連続的に合
焦させる（ピントを合わせる）ことが可能となる。

【００８３】図３５は本発明にかかる可変焦点回折光学
素子の一例の構成を示す図である。この可変焦点回折光
学素子７２は、平行な第１，第２の面７３ａ，７３ｂを
有する第１の透明基板７３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７４ａおよび平坦な第４の面７４ｂを有する第
２の透明基板７４とを有し、入射光を第１，第２の透明
基板７３，７４を経て出射させるものである。第１，第
２の透明基板７３、７４間には、図３０で説明したのと
同様に、透明電極６４，６５を介して高分子分散液晶層
６６を設け、透明電極６４、６５をスイッチ６７を経て
交流電源６８に接続して、高分子分散液晶層６６に交流
電界を印加するようにする。

【００８４】かかる構成において、可変焦点回折光学素
子７２に入射する光線は、第３の面７４ａ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７４の屈折率をｎ₇₄とし、ｋを整数と
すると、ｈ（ｎ_A−ｎ₇₄）＝ｍλ …(22) ｈ（ｎ_B−ｎ₇₄）＝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。

【００８５】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７４の屈折率ｎ₇₄は、上記
(22)式から、ｎ₇₄＝１．５であればよい。また、可変焦
点回折光学素子７２の周辺部における格子ピッチｐを１
０μｍとすると、θ≒２．８７°となり、Ｆナンバーが
１０のレンズを得ることができる。

【００８６】かかる可変焦点回折光学素子７２は、高分
子分散液晶層６６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。

【００８７】なお、この実施例において、上記(22)〜(2
4)式は、実用上、０．７ｍλ≦ｈ（ｎ_A−ｎ₇₄）≦１．４ｍλ …(25) ０．７ｋλ≦ｈ（ｎ_B−ｎ₇₄）≦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。

【００８８】また、ツイストネマティック液晶を用いる
可変焦点レンズも本発明に含まれる。図３６および図３
７は、この場合の可変焦点眼鏡７５の構成を示すもので
あり、可変焦点レンズ７６は、レンズ７７及び７８と、
これらレンズの内面上にそれぞれ透明電極６４，６５を
介して設けた配向膜７９，８０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８１とから構成され、
その透明電極６４，６５を可変抵抗器６９を介して交流
電源６８に接続して、ツイストネマティック液晶層８１
に交流電界を印加するようにする。

【００８９】かかる構成において、ツイストネマティッ
ク液晶層８１に印加する電圧を高くすると、液晶分子８
２は、図３７に示すようにホメオトロピック配向とな
り、図３６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８１
の屈折率は小さくなり、焦点距離が長くなる。

【００９０】ここで、図３６に示すツイストネマティッ
ク状態における液晶分子８２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３６
の状態でツイストネマティック液晶層８１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７６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。

【００９１】図３８（ａ）は、本発明にかかる可変偏角
プリズムの構成を示すものである。この可変偏角プリズ
ム８３は、第１，第２の面８４ａ，８４ｂを有する入射
側の第１の透明基板８４と、第３，第４の面８５ａ，８
５ｂを有する出射側の平行平板状の第２の透明基板８５
とを有する。入射側の透明基板８４の内面（第２の面）
８４ｂは、フレネル状に形成し、この透明基板８４と出
射側の透明基板８５との間に、図３０で説明したのと同
様に、透明電極６４，６５を介して高分子分散液晶層６
６を設ける。透明電極６４，６５は、可変抵抗器６９を
介して交流電源６９に接続され、これにより高分子分散
液晶層６６に交流電界を印加して、可変偏角プリズム８
３を透過する光の偏角を制御するようにする。

【００９２】なお、図３８(a)では、透明基板８４の内
面８４ｂをフレネル状に形成したが、例えば、図３８
(b)に示すように、透明基板８４及び８５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
することも出来るし、図３５に示した回折格子状に形成
することも出来る。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。

【００９３】かかる構成の可変偏角プリズム８３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８３の屈折方向（偏向
方向）は、上下方向とするのが望ましいが、更に性能を
向上させるためには、２個の可変偏角プリズム８３を偏
向方向を異ならせて、例えば図３９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３８及び図３９では、液晶
分子の図示を省略してある。

【００９４】図４０は本発明に係る可変焦点レンズを用
いた可変焦点ミラーを示すものである。この可変焦点ミ
ラー８６は、第１，第２の面８７ａ，８７ｂを有する第
１の透明基板８７と、第３，第４の面８８ａ，８８ｂを
有する第２の透明基板８８とを有する。第１の透明基板
８７は、平板状またはレンズ状に形成して、内面（第２
の面）８７ｂに透明電極６４を設け、第２の透明基板８
８は、内面（第３の面）８８ａを凹面状に形成して、該
凹面上に反射膜８９を施し、更にこの反射膜８９上に透
明電極６５を設ける。透明電極６４，６５間には、図３
０で説明したのと同様に、高分子分散液晶層６６を設
け、これら透明電極６４，６５をスイッチ６７及び可変
抵抗器６９を介して交流電源６８に接続して、高分子分
散液晶層６６に交流電界を印加するようにする。なお、
図４０でも液晶分子の図示を省略してある。

【００９５】かかる構成によれば、透明基板８７側から
入射する光線は、反射膜８９により高分子分散液晶層６
６を折り返す光路となるので、高分子分散液晶層６６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６６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８６に入射した光線は、高分子分散液晶層６６を２回
透過するので、高分子分散液晶層６６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８７または８８の内面を、図３５に示した
ように回折格子状にして、高分子分散液晶層６６の厚さ
を薄くすることも出来る。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。

【００９６】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６８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出来る。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、或いは液晶の温度等を変化させること
によっても良い。以上に示した実施例において、高分子
分散液晶は液状ではなく固体に近いものもあるので、そ
の場合はレンズ６２，６３の一方、透明基板７３、レン
ズ７４、レンズ７７，７８の一方、図３８(a)における
透明基板８５、図３８(b)における透明基板８４，８５
の一方はなくてもよい。

【００９７】以上、図３０から図４０で述べたような、
媒質の屈折率が変化することで、光学素子の焦点距離等
が変化するタイプの光学素子のメリットは、形状が変化
しないため、機械設計が容易であり、機械的構造が簡単
になる、等である。

【００９８】図４１は本発明の光学装置の更に他の実施
例に係る、可変焦点レンズ９０を用いた撮像ユニットの
概略構成図である。この撮像ユニットは本発明の撮像系
として用いることができる。本実施例では、レンズ４８
と可変焦点レンズ９０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９とで撮像
ユニットを構成している。可変焦点レンズ９０は、透明
部材９１と圧電性のある合成樹脂等の柔らかい透明物質
９２とで、光を透過する流体あるいはゼリー状物質９３
を挟んで構成されている。

【００９９】流体あるいはゼリー状物質９３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９２の両面には透明電極６４，６５
が設けられており、直流電源９４により電圧を加えるこ
とで、透明物質９２の圧電効果により透明物質９２が変
形し、可変焦点レンズ９０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。

【０１００】図４１中、９５は流体をためるシリンダー
である。また、透明物質９２の材質としては、ポリウレ
タン、シリコンゴム、アクリルエラストマー、ＰＺＴ、
ＰＬＺＴ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分
子圧電体、シアン化ビニリデン共重合体、ビニリデンフ
ルオライドとトリフルオロエチレンの共重合体等が用い
られる。また、圧電性を有する有機材料や、圧電性を有
する合成樹脂、圧電性を有するエラストマー等を用いる
と可変焦点レンズ面の大きな変形が実現できて好まし
い。なお、可変焦点レンズ９０には透明な圧電材料を用
いると良い。

【０１０１】なお、図４１の例で、可変焦点レンズ９０
は、シリンダー９５を設けるかわりに、図４２に示すよ
うに、抑止部材９６を設けてシリンダー９５を省略した
構造にしても良い。抑止部材９６は、間に透明電極６４
を挟んで、透明物質９２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９２に電圧をかけるこ
とによって、透明物質９２が変形しても、図４３に示す
ように、可変焦点レンズ９０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９５が不要になる。な
お、図４２及び４３中、９７は変形可能部材で、弾性
体，アコーディオン状の合成樹脂または金属等でできて
いる。

【０１０２】図４１及び４２に示す実施例では、電圧を
逆に印加すると透明物質９２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９２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９２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。

【０１０３】図４４は本発明の可変焦点レンズの更に他
の実施例に係る、マイクロポンプ５１で流体５２を出し
入れし、レンズ面を変形させる可変焦点レンズ９８の概
略構成図である。マイクロポンプ５１は、例えば、マイ
クロマシンの技術で作られた小型のポンプであり、電力
で動くように構成されている。流体５２は、透明基板９
９と、弾性体１００との間に挟まれている。図４４中、
１０１は弾性体１００を保護するための透明基板で、設
けなくても良い。

【０１０４】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。そして、図２
９に示したようなマイクロポンプ５５を、例えば、図４
４に示した可変焦点レンズに用いるマイクロポンプ５１
のように、２つ用いるようにしてもよい。

【０１０５】なお、静電気力、圧電効果を用いた可変焦
点レンズ等においては、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、或いは圧
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。

【０１０６】図４５は本発明にかかる光学特性可変光学
素子の他の実施例であって、圧電材料１０２を用いた可
変焦点レンズ１０３の概略構成図である。圧電材料１０
２には、透明物質９２と同様の材料が用いられており、
圧電材料１０２は、透明で柔らかい基板１０４の上に設
けられている。なお、この基板１０４には、合成樹脂や
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６４，６５を介して電圧を圧電材料１０
２に加えることで圧電材料１０２は変形し、図４５にお
いて凸レンズとしての作用を持っている。

【０１０７】なお、基板１０４の形をあらかじめ凸状に
形成しておき、且つ、２つの透明電極６４，６５のう
ち、少なくとも一方の電極の大きさを基板１０４と異な
らせておく、例えば、一方の透明電極６５を基板１０４
よりも小さくしておくと、電圧を切ったときに、図４６
に示すように、２つの透明電極６４，６５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
１０４は、流体５２の体積が変化しないように変形する
ので、液溜５４（図２８参照）が不要になるというメリ
ットがある。

【０１０８】本実施例では、流体５２を保持する基板の
一部分を圧電材料で変形させて、液溜５４を不要とした
ところに大きなメリットがある。なお、図４４の実施例
にも言えることであるが、透明基板６４，６５はレンズ
として構成しても、或いは平面で構成しても良い。

【０１０９】図４７は、本発明にかかる光学特性可変光
学素子の更に他の実施例であって、圧電材料からなる２
枚の薄板１０２Ａ，１０２Ｂ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
１０２Ａと１０２Ｂ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４７中、１０５はレン
ズ形状の透明基板である。本実施例においても、本発明
の他の実施例と同様に、右側の透明電極６５は基板１０
４よりも小さく形成されている。

【０１１０】なお、図４５〜図４７の実施例において、
基板１０４、薄板１０２，１０２Ａ，１０２Ｂ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
ントロールするようにしてもよい。このようにすれば、
レンズの収差補正等もすることができ、便利である。

【０１１１】図４８は本発明にかかる可変焦点レンズの
更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１０６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１０７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
４６に示すように、凸レンズとして作用し、電圧を上げ
ると、図４７に示すように、電歪材料１０７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１０６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。

【０１１２】以上述べた図４１〜図４９の可変焦点レン
ズに共通して言えるのは、レンズとして作用する媒質の
形状が変化することで、可変焦点を実現していることで
ある。屈折率が変化する可変焦点レンズに比べて、焦点
距離変化の範囲が自由に選べ、大きさが自由に選べる等
のメリットがある。

【０１１３】図５０は、本発明にかかる光学特性可変光
学素子の更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１０８は、透明弾性体１０９，１１
０でアゾベンゼン１１１を挟むことにより構成されてお
り、アゾベンゼン１１１には、透明なスペーサー１１２
を介して、紫外光源１１３，１１４から紫外光が夫々照
射されるようになっている。紫外光源１１３，１１４
は、それぞれ中心波長がλ₁，λ₂の例えば紫外ＬＥＤ、
紫外半導体レーザー等である。

【０１１４】本実施例において、中心波長がλ₁の紫外
光が図５１(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１１１は、図５１(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１０８の形状は薄くなり、凸レンズ作用が減少す
る。一方、中心波長がλ₂の紫外光が図５１（ｂ）に示
すシス型のアゾベンゼン１１１に照射されると、アゾベ
ンゼン１１１はシス型から図５１（ａ）に示すトランス
型に変化して、体積が増加する。このため、可変焦点レ
ンズ１０８の形状は厚くなり、凸レンズ作用が増加す
る。このようにして、本実施例の光学素子は可変焦点レ
ンズとして作用する。また、可変焦点レンズ１０８で
は、透明弾性体１０９，１１０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。

【０１１５】図５２は、本発明にかかる形状可変ミラー
の更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、図中、１１５は、光学系の変培或いはズームを行
うための操作釦である。本実施例の形状可変ミラー４
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４hと間を隔てて分割電極４dを設け、電歪材料４hの
上に順に電極４c、変形可能な基板４bを設け、更にその
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
射面４a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４dを電歪材料４hと一体化した場合に比べ
て、反射面４a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４bと電極４cの配置は逆でも良い。形状可
変ミラー４は、操作釦１１５を押すことにより反射面４
aの形を変形させて、変培あるいはズーミングを行うこ
とが出来るように演算装置１２を介して制御される。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。

【０１１６】なお、本願の形状可変ミラーに共通して言
えることであるが、反射面４aの変形する部分を反射面
に垂直な方向から見た時の形は、軸上光線の入射面の方
向に長い形状、例えば楕円、多角形等にするのが良い。
何故なら、図２７の例のように、形状可変ミラーは斜入
射で用いることが多いが、このとき発生する収差を抑え
るためには、反射面の形状は回転楕円面，回転放物面，
回転双曲面に近い形が良く、そのように形状可変ミラー
を変形させるためには、反射面の変形する部分を反射面
に垂直な方向から見たときの形を、軸上光線の入射面の
方向に長い形状にしておくのが良いからである。

【０１１７】なお、本願発明においては、撮像素子、表
示素子、観察光学系の視野枠等を統合して画像素子と呼
ぶこととし、また、光学装置は、光学系或いは光学素子
を含む装置及びその一部を意味し、撮像装置、観察装
置、表示装置、照明装置、信号処理装置等を含むものと
する。

【０１１８】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、VT
Rカメラ、動画記録カメラ等は、何れも電子撮像装置の
一例である。

【０１１９】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、ビュファインダー等がある。

【０１２０】表示装置の例としては、液晶ディスプレ
イ、ビュファインダー、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、HMD（頭部装着型画像表示装置）、PDA（携帯
情報端末）、携帯電話等が或る。

【０１２１】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。

【０１２２】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。

【０１２３】撮像素子は、例えば、CCD、撮像管、固体
撮像素子、写真フィルムとを指す。また、光学特性可変
光学素子とは、可変焦点レンズ、可変ミラー、形状可変
ミラー、面形状の変化する偏光プリズム、頂角可変プリ
ズム、面形状の変化しない可変ミラー、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。

【０１２４】可変焦点レンズには、焦点距離が変化せず
に収差量が変化するような可変レンズも含むものとす
る。形状可変ミラーについても同様とする。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
化し得るものを光学特性可変光学素子と呼ぶ。また、上
記説明では、可変ミラーを用いた発明について主に述べ
たが、可変ミラーを通常のミラーで置き換えてもメリッ
トがある場合には、そのような発明も本願に含まれる。

【０１２５】以上説明したように、本発明の光学装置
は、特許請求の範囲に記載された特徴の他に下記のよう
な特徴も備えている。（１）請求項１に記載の調整を行った後、ズーム状態を
変化させてピント移動を調べ、設計状態でのピント移動
との差が実質上最小になるようにレンズ群の移動原点を
微調整し、再度距離の分かった所定の物体を撮影し、そ
のコントラストが実質上最大になるように形状可変ミラ
ーに加わる駆動情報を変化させ、その時の駆動情報を記
憶装置に記憶させ、記憶させた値で前記形状可変ミラー
を制御することを特徴とする、形状可変ミラーを備えた
光学装置の製造方法、または、制御方法、または、該製
造方法によって作られた光学装置。

【０１２６】（２）請求項１に記載の調整を行った後、
ズーム状態を変化させてピント移動を調べ、設計状態で
のピント移動との差が実質上最小になるようにレンズ群
の移動原点を微調整し、再度距離の分かった所定の物体
を撮影し、そのコントラストが実質上最大になるように
形状可変ミラーを駆動するLUTの中から駆動情報を選択
し、その時の駆動情報を記憶装置に記憶させ、記憶させ
た値で前記形状可変ミラーを制御することを特徴とす
る、形状可変ミラーを備えた光学装置の製造方法、また
は、制御方法、または、該製造方法によって作られた光
学装置。

【０１２７】（３）請求項１に記載の調整を行った後、
ズーム状態を変化させてピント移動を調べ、設計状態で
のピント移動との差が実質上最小になるようにレンズ群
の移動原点を微調整するようにしたことを特徴とする、
形状可変ミラーを備えた光学装置の製造方法、または、
制御方法、または、該製造方法によって作られた光学装
置。

【０１２８】（４）一つのレンズ群或いは一体化された
レンズ群によって変倍を行う光学系と、可変焦点レンズ
と、該可変焦点レンズを駆動する駆動回路と、画像素子
を備えた光学装置において、距離の分かった所定の物体
を設け、その距離に応じた駆動情報を前記可変焦点レン
ズに加え、前記物体の像を撮影し、その像のコントラス
トが実質上最大となるように前記画像素子の位置を調整
して固定するようにしたことを特徴とする光学装置の製
造方法、または、制御方法、または、該製造方法によっ
て作られた光学装置。

【０１２９】（５）請求項１に記載の調整を行った後、
ズーム状態を変化させてピント移動を調べ、設計状態で
のピント移動との差が実質上最小になるようにレンズ群
の移動原点を微調整し、再度距離の分かった所定の物体
を撮影し、そのコントラストが実質上最大になるように
可変焦点レンズに加わる駆動情報を変化させ、その時の
駆動情報を記憶装置に記憶させ、記憶させた値で前記可
変焦点レンズを制御するようにしたことを特徴とする、
光学装置の製造方法、または、制御方法、または、該製
造方法によって作られた光学装置。

【０１３０】（６）請求項１に記載の調整を行った後、
ズーム状態を変化させてピント移動を調べ、設計状態で
のピント移動との差が実質上最小になるようにレンズ群
の移動原点を微調整し、再度距離の分かった所定の物体
を撮影し、そのコントラストが実質上最大になるように
可変焦点レンズを駆動するLUTの中から駆動情報を選択
し、その時の駆動情報を記憶装置に記憶させ、記憶させ
た値で前記可変焦点レンズを制御するようにしたことを
特徴とする、可変焦点レンズを備えた光学装置の製造方
法、または、制御方法、または、該製造方法によって作
られた光学装置。

【０１３１】（７）請求項１に記載の調整を行った後、
ズーム状態を変化させてピント移動を調べ、設計状態で
のピント移動との差が実質上最小になるようにレンズ群
の移動原点を微調整するようにしたことを特徴とする、
可変焦点レンズを備えた光学装置の製造方法、または、
制御方法、または、該製造方法によって作られた光学装
置。

【０１３２】（８）一つのレンズ群或いは一体化された
レンズ群によって変倍を行う光学系と、光学特性可変素
子と、該光学特性可変素子を駆動する駆動回路と、画像
素子を備えた光学装置において、距離の分かった所定の
物体を設け、その距離に応じた駆動情報を前記光学特性
可変素子に加え、前記物体の像を撮影し、その像のコン
トラストが実質上最大となるように前記画像素子の位置
を調整して固定するようにしたことを特徴とする光学装
置の製造方法、または、制御方法、または、該製造方法
によって作られた光学装置。

【０１３３】（９）請求項１に記載の調整を行った後、
ズーム状態を変化させてピント移動を調べ、設計状態で
のピント移動との差が実質上最小になるようにレンズ群
の移動原点を微調整し、再度距離の分かった所定の物体
を撮影し、そのコントラストが実質上最大になるように
光学特性可変素子に加わる駆動情報を変化させ、その時
の駆動情報を記憶装置に記憶させ、記憶させた値で前記
光学特性可変素子を制御するようにしたことを特徴とす
る、光学装置の製造方法、または、制御方法、または、
該製造方法によって作られた光学装置。

【０１３４】（１０）請求項１に記載の調整を行った
後、ズーム状態を変化させてピント移動を調べ、設計状
態でのピント移動との差が実質上最小になるようにレン
ズ群の移動原点を微調整し、再度距離の分かった所定の
物体を撮影し、そのコントラストが実質上最大になるよ
うに光学特性可変素子を駆動するLUTの中から駆動情報
を選択し、その時の駆動情報を記憶装置に記憶させ、記
憶させた値で前記光学特性可変素子を制御するようにし
たことを特徴とする、光学特性可変素子を備えた光学装
置の製造方法、または、制御方法、または、該製造方法
によって作られた光学装置。

【０１３５】（１１）請求項１に記載の調整を行った
後、ズーム状態を変化させてピント移動を調べ、設計状
態でのピント移動との差が実質上最小になるようにレン
ズ群の移動原点を微調整するようにしたことを特徴とす
る、光学特性可変素子を備えた光学装置の製造方法、ま
たは、制御方法、または、該製造方法によって作られた
光学装置。

【０１３６】（１２）前記光学系のFナンバーの増加と
共に、より強いエンハンスを掛けたことを特徴とする請
求項２に記載の光学装置。

【０１３７】（１３）光学系のズーム状態が広角から望
遠になるにつれて、より強いエンハンスを掛けたことを
特徴とする請求項２に記載の光学装置。

【０１３８】（１４）物体距離が近距離の場合に、より
強いエンハンスを掛けたことを特徴とする請求項２に記
載の光学装置。

【０１３９】（１５）形状可変ミラーと、該形状可変ミ
ラーを駆動する駆動回路と、撮像素子と、画像処理手段
を備えた光学装置において、形状可変ミラーの形状に対
応したエンハンスを掛けたことを特徴とする光学装置。

【０１４０】（１６）形状可変ミラーと、該形状可変ミ
ラーを駆動する駆動回路と、撮像素子と、画像処理手段
を備えた光学装置において、形状可変ミラーの駆動情報
から該形状可変ミラーの形状を推定して、該形状可変ミ
ラーの形状に対応したエンハンスを掛けたことを特徴と
する光学装置。

【０１４１】（１７）形状可変ミラーと、該形状可変ミ
ラーを駆動する駆動回路と、撮像素子と、画像処理手段
を備えた光学装置において、光学系の対称性にあわせ
て、画像の部分毎に異なるエンハンスを掛けたことを特
徴とする光学装置。

【０１４２】（１８）移動する光学素子または光学素子
群の駆動に、静電気で駆動されるモータを用い、形状可
変ミラーとストロボを備えた撮像装置。

【０１４３】（１９）移動する光学素子または光学素子
群の駆動に、静電気で駆動されるモータを用い、且つ形
状可変ミラーまたはストロボを備え、前記モータと、前
記形状可変ミラーまたはストロボとが共通の電源を利用
するようにしたことを特徴とする撮像装置。

【０１４４】（２０）形状可変ミラーと、撮像素子を備
えた撮像装置において、シェーディングを画像処理で補
正するようにしたことを特徴とする撮像装置。

【０１４５】（２１）形状可変ミラーと、撮像素子と、
偏心光学系を備えた撮像装置において、シェーディング
を画像処理で補正するようにしたことを特徴とする撮像
装置。

【０１４６】（２２）形状可変ミラーと、偏心した撮像
素子または撮像系が偏心した光学素子を備えた撮像装置
において、シェーディングを画像処理で補正するように
したことを特徴とする撮像装置。

【０１４７】（２３）形状可変ミラーと、撮像素子と、
ズーム光学系を備えた撮像装置において、シェーディン
グを画像処理で補正するようにしたことを特徴とする撮
像装置。

【０１４８】（２４）形状可変ミラーと、撮像素子を備
えた撮像装置において、像の歪曲収差を画像処理で補正
するようにしたことを特徴とする撮像装置。

【０１４９】（２５）複数の形状可変ミラーと、撮像素
子を備えた撮像装置において、像の歪曲収差を画像処理
で補正するようにしたことを特徴とする撮像装置。

【０１５０】（２６）複数の形状可変ミラーと、撮像素
子を備えたズーム光学系を有する撮像装置において、像
の歪曲収差を画像処理で補正するようにしたことを特徴
とする撮像装置。

【０１５１】（２７）複数の形状可変ミラーと、撮像素
子と、自由曲面プリズムを備えたズーム光学系を有する
撮像装置において、像の歪曲収差を画像処理で補正する
ようにしたことを特徴とする撮像装置。

【０１５２】（２８）形状可変ミラーと、撮像素子を備
えた撮像装置において、接写用のレンズと撮像光学系保
護用カバーを、撮像光学系前方に挿脱可能に配置したこ
とを特徴とする撮像装置。

【０１５３】（２９）光を反射する反射面と基板から成
る変形可能の膜を備えた形状可変ミラーにおいて、前記
反射面以外の基板部分を剛性を下げるためにメッシュ状
にしたことを特徴とする形状可変ミラー。

【０１５４】（３０）光を反射する反射面と基板から成
る変形可能の膜を備えた形状可変ミラーにおいて、電極
となる変形する基板部分を剛性を下げるためにメッシュ
状にしたことを特徴とする形状可変ミラー。

【０１５５】（３１）前記電極となる変形する基板部分
が金属で出来ていることを特徴とする上記（３０）に記
載の形状可変ミラー。

【０１５６】（３２）前記電極となる変形する基板部分
が有機導電体あるいは有機半導体で出来ていることを特
徴とする上記（３０）に記載の形状可変ミラー。

【０１５７】（３３）請求項１，２，上記（１）乃至
（３２）において、形状可変ミラーを可変ミラーで置き
換えたもの。

【０１５８】（３４）請求項１，２，上記（１）乃至
（３２）において、形状可変ミラーをミラーで置き換え
たもの。

【０１５９】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、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し得る、各種光学装置を提供す
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学装置の一実施例の概略構成図
である。

【図２】図１の実施例の形状可変ミラーに用いる電極の
一形態を示す説明図である。

【図３】図１の実施例の形状可変ミラーに用いる電極の
他の形態を示す説明図である。

【図４】図１の実施例に用いるLUT１３の一例を示す説
明図である。

【図５】図１の実施例に用いるLUT１３の他の例を示す
説明図である。

【図６】本発明による光学装置の他の実施例の概略構成
図である。

【図７】本発明による光学装置の更に他の実施例の概略
構成図である。

【図８】エンハンスを掛けるためのフィルターと画像の
コンボリューションの一例を示す説明図である。

【図９】エンハンスを掛けるためのフィルターと画像の
コンボリューションの他の例を示す説明図である。

【図１０】撮像素子をZ軸方向から見た場合の形状を示
す図である。

【図１１】本発明による光学装置の更に他の実施例の概
略構成図である。

【図１２】本発明による光学装置の更に他の実施例の概
略構成図である。

【図１３】撮像素子に入射する光線の角度がズーム状態
によって変化することを示す説明図である。

【図１４】本発明による光学装置の更に他の実施例の概
略構成図である。

【図１５】方眼のチャートを図１４に示した撮像装置で
撮影した場合の像の歪みを示す説明図である。

【図１６】形状可変ミラーの他の実施例の概略構成図で
ある。

【図１７】図１６に示した形状可変ミラーの電極の形状
を示す説明図である。

【図１８】形状可変ミラーの更に他の実施例の概略構成
図である。

【図１９】形状可変ミラーの更に他の実施例の概略構成
図である。

【図２０】形状可変ミラーの更に他の実施例の概略構成
図である。

【図２１】形状可変ミラーの更に他の実施例の概略構成
図である。

【図２２】図２１の実施例における薄膜コイルの巻密度
の状態を示す説明図である。

【図２３】形状可変ミラーの更に他の実施例の概略構成
図である。

【図２４】図２３の実施例におけるコイルの一配置例を
示す説明図である。

【図２５】図２３の実施例におけるコイルの他の配置例
を示す説明図である。

【図２６】図２１の実施例においてコイルの配置を図２
５に示したようにした場合に適する永久磁石の配置を示
す説明図である。

【図２７】本発明による光学装置の更に他の実施例の概
略構成図である。

【図２８】形状可変ミラーの更に他の実施例の概略構成
図である。

【図２９】図２８に示した実施例に適用可能なマイクロ
ポンプの一例の概略構成図である。

【図３０】本発明に係る可変焦点レンズの原理的構成を
示す図である。

【図３１】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３２】図３０に示した高分子分散液晶層に電圧を印
加した状態を示す図である。

【図３３】図３０に示した高分子分散液晶層への印加電
圧を可変にした場合の一例を示す図である。

【図３４】本発明による光学装置の更に他の実施例の概
略構成図である。

【図３５】本発明による光学装置の更に他の実施例の概
略構成図である。

【図３６】本発明による光学装置の更に他の実施例の概
略構成図である。

【図３７】図３６に示した実施例において液晶層への印
加電圧を高くした時の液晶分子の配向状態を示す図であ
る。

【図３８】本発明に係る可変偏角プリズムの二つの例の
構成を示す図である。

【図３９】図３８に示した可変偏角プリズムの使用状態
を説明するための図である。

【図４０】本発明に係る可変焦点ミラーの一例の構成を
示す図である。

【図４１】本発明による光学装置の更に他の実施例の概
略構成図である。

【図４２】図４１に示した実施例における可変焦点レン
ズの変形例を示す図である。

【図４３】図４２の可変焦点レンズが変形した状態を示
す図である。

【図４４】本発明に係る可変焦点レンズの更に他の実施
例の概略構成図である。

【図４５】本発明に係る可変焦点レンズの更に他の実施
例の概略構成図である。

【図４６】図４５に示した可変焦点レンズの状態説明図
である。

【図４７】本発明に係る可変焦点レンズの更に他の実施
例の概略構成図である。

【図４８】本発明に係る可変焦点レンズの更に他の実施
例の概略構成図である。

【図４９】図４８に示した可変焦点レンズの状態説明図
である。

【図５０】本発明に係る可変焦点レンズの更に他の実施
例の概略構成図である。

【図５１】図５０に示した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、（a）はトランス型、
（b）はシス型を示している。

【図５２】本発明に係る形状可変ミラーの更に他の実施
例の概略構成図である。

【符号の説明】

１，３０
レンズ枠２
保持枠３，６，８，２０，２３，３７，６１，６３
レンズ４，４A，４B，５３
形状可変ミラー４a，５３a
反射面４b，４g
基板４c，４d，４f，５７，５８，２９a，２９b，３０a，３
８a，３８b，３８c電極４e，４e'
圧電素子４e-1，４e-2，４h
電歪材料５
絞り７
変培レンズ９
撮像素子１０
エンコーダー１１，２１
駆動回路１２
演算装置１３
LUT １４
電子回路１５
記憶装置１６
TVモニター１７
温度センサー１８
湿度センサー１９
解像力チャート２２，２８
モーター２４，２５，４１
プリズム２６
ミラー２７
接眼レンズ２９
枠３１
電源３２
ストロボ３３，３４，３５
駆動用制御回路３６
板ばね３６a
スリット３８
絶縁板３９
接写用補助レンズ３９a
平板部分４０
外装壁４２
液晶表示素子４３
振れセンサー４４
可変抵抗器４５
距離センサー４６
永久磁石４７
コイル４９
制御系５０
撮像ユニット５１，５５
マイクロポンプ５２
流体５４
液溜５６
振動板５９，６０
弁６１，７６，９０，９８，１０３，１０６，１０
可変焦点レンズ６２a，６２b，６３a，６３b
レンズ面６４，６５，７３，７４，８４，８５，８７，８８，９
０，１０１，１０４，１０５
透明電極６６
高分子分散液晶層６７
スイッチ６８
交流電源６９
可変抵抗器７０
液晶分子７１
高分子セル７２
可変焦点回折光学素子７５
可変焦点眼鏡７９，８０
配向膜８１
液晶層８２
液晶分子８３
可変偏角プリズム８６
可変焦点ミラー８９
反射膜９１
透明部材９２
透明物質９３
ゼリー状物質９４
直流電源９５
シリンダー９６
抑止部材９７
変形可能部材１００
弾性体１０２，１０７
圧電材料１０２A，１０２B
薄板１０９，１１０
透明弾性体１１１
アゾベンゼン１１２
透明スペーサー１１３，１１４
紫外光源１１５
操作釦

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 7/36 Ｇ０３Ｂ 17/02 ２Ｈ０８８ 26/00 17/17 ２Ｈ１００Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５Ｈ０４Ｎ 5/232 Ｅ２Ｈ１０１Ｇ０３Ｂ 17/02 Ｇ０２Ｂ 7/04 Ｅ５Ｃ０２２ 17/17 7/11 ＺＨ０４Ｎ 5/232 ＤＦターム(参考） 2H041 AA12 AB14 AB38 AC02 AC04 AC06 AC08 AC10 AZ05 AZ08 2H042 DA02 DA20 DB00 DD10 DD12 DD13 DE00 2H043 AB02 AB09 AB14 2H044 AC01 BE04 2H051 AA08 BA47 BA72 CA16 CA18 CB11 CE14 DA22 FA07 2H088 EA42 GA06 HA06 HA21 HA23 HA24 JA04 JA05 KA05 KA12 MA20 2H100 BB02 CC03 CC07 2H101 FF00 5C022 AA00 AB28 AC51 AC54 AC78

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一つのレンズ群或いは一体化されたレンズ
群によって変倍を行う光学系と、形状可変ミラーと、該
形状可変ミラーを駆動する駆動回路と、画像素子を備え
た光学装置において、距離の分かった所定の物体を設
け、その距離に応じた駆動情報を前記形状可変ミラーに
加えて、前記物体の像を撮影し、その像のコントラスト
が実質上最大となる位置に前記画像素子を調整し固定し
て成ることを特徴とする光学装置。
【請求項２】可変形状ミラーと、該可変形状ミラーを駆
動する駆動回路と、撮像素子と、画像処理手段を備えた
光学装置において、光学系の回折状態あるいは収査の変
化に対応してエンハンスを掛けるようにしたことを特徴
とする光学装置。
【請求項３】移動可能の光学素子または光学素子群と、
該光学素子または光学素子群を駆動する静電気で駆動さ
れるモータと、可変形状ミラーとを備えた撮像装置。