JP2004247947A

JP2004247947A - 光学装置

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Publication number: JP2004247947A
Application number: JP2003035430A
Authority: JP
Inventors: Kimihiko Nishioka; 公彦西岡; Kentaro Sekiyama; 健太郎関山
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2004-09-02
Also published as: US20040184163A1; US20080030872A1; US7269344B2

Abstract

【課題】小型で、変倍でき、変倍比を大きくしても画像の鮮鋭度が高い光学装置を提供することを目的とする。
【解決手段】光学特性可変光学素子としての可変ミラー４０９を備えた撮像光学系３０１と、撮像光学系３０１によって撮像素子等の記録素子に記録した画像を画像処理によって拡大する電子ズーム機能を備えている。利用する像に対応する物体範囲の変更と共に可変ミラー４０９の光線偏向作用を変化させて、撮像光学系３０１の収差を最適化する。可変ミラー４０９は、画像処理装置３０３に接続された演算装置４１４と駆動回路３０４によって制御され、撮像素子４０８に記録する画像に対し信号処理装置３０８及び画像処理装置３０３を介して電子ズームを行い表示装置３０６に表示するときに、撮像素子４０８に結像される物体像の中心付近の鮮鋭度が高くなるように、反射面を形成する薄膜４０９ａが変形する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、利用者が用いる画像を得るための光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の光学装置では、物体の画像の特定の部分だけを詳しく見たい、あるいは、拡大したい、という利用者からのニーズがあった。
これに対して、例えば、デジタルカメラやテレビカメラ等の撮像装置では、光学式ズームや電子ズーム（デジタルズームともいう）が上記ニーズに応える技術として用いられてきた。
電子ズームとしては、例えば、特許文献１に記載のものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３２０１３５号公報
【０００４】
また、望遠鏡等では、接眼レンズを交換することで変倍を行い、上記ニーズに応えてきた。
また、顕微鏡等では、対物レンズを交換することで、上記ニーズに応えてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、撮像装置の場合、光学式ズームでは、レンズを動かすために光学装置が大きくなる、また、電子ズームでは、画像処理で像の拡大を行うため、レンズ系の収差が拡大され鮮鋭度が低下して見える、という欠点があった。
例えば、電子ズームを用いた光学装置、例えばデジタルカメラでは、デジタルカメラ内部の撮像素子の撮像面の中心部分に撮像光学系を介して撮像し保存した画像を、画像処理装置等により拡大、画素補間等の処理をして表示装置等に表示あるいは出力するようになっている。しかし、上記のような処理をした状態で表示等をすると、前記撮像光学系による画像の収差が拡大されるため、ぼやけた像になってしまう。
【０００６】
また、望遠鏡や顕微鏡等では、接眼レンズ又は対物レンズの変更に伴い、全光学系の組合せ収差が変化してしまうため、光学装置全体としての結像性能が最良ではない、という欠点があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、小型で、変倍でき、変倍比を大きくしても画像の鮮鋭度が高い光学装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本第１の発明による光学装置は、光学特性可変光学素子を備えた光学系を有する光学装置において、利用する像に対応する物体範囲の変更と共に前記光学特性可変光学素子の光線偏向作用を変化させて、前記光学系の収差を最適化するようにしたことを特徴としている。
【０００９】
また、本第２の発明による光学装置は、光学特性可変光学素子と、光学特性可変光学素子を駆動する駆動回路と、電子ズーム機能を備えたことを特徴としている。
【００１０】
また、本第３の発明による光学装置は、本第２の発明において、少なくとも２つ以上の光学素子群を有し、電子ズーム時に前記光学素子群の少なくとも１つに変更を与えることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明の第１実施形態の光学装置を示す概略構成図である。
第１実施形態の光学装置３０２は、光学特性可変光学素子としての可変ミラー４０９を備えた撮像光学系３０１と、撮像光学系３０１によって撮像素子等の記録素子に記録した画像を画像処理によって拡大する電子ズーム機能を備えている。
電子ズームは、デジタルズームとも呼ばれ、例えば、上記特許文献１に記載されているように、複数の画素をアドレスに割り当てられるようにメモリに格納された画像データに対して所定方向のズーム処理を施すものである。
撮像光学系３０１は、物体側より順に配置された、凹レンズ３０９と、可変ミラー４０９と、明るさ絞り５２１と、凸レンズ９０１ａと、２群３枚の凸レンズ群９０２ａと、ローパスフィルター及び／又は赤外カットフィルター等の結像性能に影響を与えないフィルター３０１ａとで構成されている。
また、撮像光学系３０１は、単焦点の光学系であり、可変ミラー４０９の反射面を形成する薄膜４０９ａの形状の変形によって物体距離が変化した場合のピント合わせを行うことができるように構成されている。
【００１２】
可変ミラー４０９は、輪帯状の支持台４２３の上面に支持された変形自在な３層構造からなり、表面層が反射面となる薄膜４０９ａと、薄膜４０９ａを支持する中間の基板４０９ｊと、下層の薄い電極４０９ｋと、支持台４２３の下方側に電極４０９ｋに対し所定の間隔を設けて配置した複数の電極４０９ｂ，…とを有している。電極４０９ｋと複数の電極４０９ｂ，…は、電極４０９ｋと複数の電極４０９ｂ，…との間に選択的に所定の電圧を印加して薄膜４０９ａの形状を変形させるように電圧制御可能な可変抵抗器を備えた駆動回路３０４に接続されている。
駆動回路３０４は、電子ズームの際に、変形する薄膜４０９の形状、すなわち薄膜４０９において変形させる位置及び変形量を演算し、その演算結果に基づいて制御信号を出力する演算装置４１４に接続されている。演算装置４１４には、光学装置の使用環境データを取り込む温度センサー４１５、湿度センサー４１６、及び距離センサー４１７が接続されている。
【００１３】
上記電子ズームは、撮像光学系３０１によって撮像素子４０８の撮像面に結像された被写体のリアルタイム動画像を表示装置３０６に表示するように、撮像素子４０８の撮像面を形成する各々の画素（受光素子）からタイミングをとって画素信号を送りこんで信号処理する信号処理回路３０８と、信号処理回路３０８によって信号処理されたデータを表示装置３０６に拡大画像として表示するように処理する画像処理装置３０３と、信号処理回路３０８に対してタイミングをとって画素信号を取り込むような制御信号を出力したり、画像処理装置３０３で画像処理した際の拡大画像のピント状態の結果を受けて撮像光学系３０１のピント合わせ及び撮像面において像の中心付近の鮮鋭度が高くなるように、可変ミラー４０９の反射面の形状を変形させる制御信号を演算する演算装置（マイクロプロセッサ）４１４とを介して行われるようになっている。
演算装置４１４には、上記電子ズーム時に演算をする演算手段と、この演算手段からの信号及び各センサー４１５，４１６，４１７からの信号に基づいて可変ミラー４０９の形状を制御するための演算をする演算手段が備えられている。
【００１４】
従って、可変ミラー４０９は、画像処理装置３０３に接続された演算装置４１４と駆動回路３０４によって制御されるように構成されている。そして、可変ミラー４０９は、撮像素子４０８に記録する画像に対し信号処理装置３０８及び画像処理装置３０３を介して電子ズームを行い表示装置３０６に表示するときに、撮像素子４０８に結像される物体像（被写体像）の中心付近の鮮鋭度が高くなるように、可変ミラー４０９の反射面を形成する薄膜４０９ａが変形するように、ピント合わせの場合を含めて、駆動回路３０４を介して駆動される。
【００１５】
画像処理装置３０３で処理された画像は、表示装置３０６に表示することができることに加えて、プリンター３０７に印刷することも、記憶装置３０５に記録，保存することもできる。
なお、本実施形態の光学装置において、センサー４１５，４１６，４１７や、プリンター３０７等は、設けなくても良い。
【００１６】
図２は光学装置における撮像素子の撮像面と撮像される画像との関係を示す説明図である。
従来の撮像装置では、通常の電子ズームを行なうと、撮像素子４０８の撮像面３１１の中心部分３１２の像だけが画像として図１に示すような表示装置３０６に表示され、或いはプリンタ３０７を介して印刷され、あるいは記憶装置３０５に保存される。この画像を画像処理装置３０３によって拡大，画素補間等の処理をして、上記表示装置等に出力される。しかし、このままでは、物体３１４の像を撮像素子４０８に結像するための撮像光学系３０１で生じた収差も拡大された像となるため、ぼやけた像になるという欠点があった。
【００１７】
そこで、図１に示す第１実施形態の光学装置では、電子ズームを行なう場合、撮像素子４０８の撮像面３１１への撮像時に反射面を形成する薄膜４０９ａの形状を撮像面３１１の中心部分３１２の像の収差が少なくなるように制御する制御手段を備えて構成されている。なお、この場合、中心部分３１２の外側領域の像の収差は悪くてもよい。殆どの場合、この外側領域の画像が表示，保存されることはないからである。ただし、もちろん中心部分３１２の外側領域の像の収差が良くなるように制御してもよい。
【００１８】
具体的な制御手段としては、例えば図３（ａ），（ｂ）に示すようなルックアップテーブル（以下、ＬＵＴと称する）を用いた手段がある。
図３（ａ），（ｂ）はＬＵＴにおけるデータの一構成例を示す説明図である。
本例のＬＵＴは、縦軸に図１に示す光学装置における撮像光学系３０１の被写体側の第１面から被写体３１４までの物体距離、横軸に各電極４０９ｂの番号をとったデータ構成となっている。図３（ａ），（ｂ）に示すＬＵＴ中の数値は、各物体距離で各電極４０９ｂと電極４０９ｋとの間に印加する電圧の値を示している。単位はボルトである。このＬＵＴは、図１に示す光学装置のＬＵＴデータ部３１３に格納されている。
【００１９】
ＬＵＴデータ部３１３は、演算装置４１４を介して、電子ズームを行なわないときには図３（ａ）に示すＬＵＴのデータが用いられ、電子ズームを行なうときには図３（ｂ）に示すＬＵＴのデータが用いられるように制御されている。
図３（ａ）に示すＬＵＴのデータは、薄膜４０９ａを変形させることによって撮像素子４０８の撮像面３１１全面の像の収差が減るように、表中の電圧が設定されており、図３（ｂ）に示すＬＵＴのデータは、薄膜４０９ａを変形させることによって撮像面３１１の中心部分３１２の像の収差が減るように、表中の電圧が設定されている。
本発明の光学装置は、このように構成されたＬＵＴを用いるようにしたので、電子ズームを行なった場合でも、鮮鋭度の高い画像を撮像、表示、保存することができる。
【００２０】
なお、図３（ａ），（ｂ）中の遠点余裕、近点余裕は、山登り方式（あるいはコントラスト方式とも呼ばれる）のフォトフォーカスを行う場合に、はじめに像のピントを大きくずらして、像のコントラストの低いところを見出し、その状態からＬＵＴを走査して徐々にピントを変えながら像のコントラストが最大になるところを決定していくために用いる値である。
【００２１】
また、図１に示す光学装置では、可変ミラー４０９として静電駆動型の可変ミラーを用いて構成したので、図３（ａ），（ｂ）のＬＵＴの表中の値を電圧値で示してあるが、電磁駆動型の可変ミラーを用いて構成してもよい。その場合には、図３（ａ），（ｂ）のＬＵＴの表中の値を各電極に流れる電流値で示せばよい。なお、本発明では、薄膜４０９の駆動に用いられる電圧や電流等の値を駆動情報と呼ぶこととする。
【００２２】
また、図１に示す光学装置では、可変ミラー４０９を用いて構成したが、これに限らず、収差を変化させることができる可変焦点レンズや可変プリズム等の光学特性可変光学素子と電子ズームとを組み合わせてズーム動作させるようにしてもよい。
可変焦点レンズは、例えば図３６に示すようなものがある。図３６に示す可変焦点レンズ５１１において、電極５１３ａ又は電極５１３ｂを複数に分割しておけば、図１に示した光学装置と同様に画像として使用される像の部分についての収差を低減することができる。
【００２３】
また、第１実施形態の光学装置は、図３（ａ），（ｂ）のＬＵＴから得られた数値を補間して最適な駆動情報が得られるように構成してもよい。
また、図３（ａ），（ｂ）のＬＵＴ中の値を決める場合、撮像光学系３０１の設計値を用いてもよいが、その代わりに、光学装置３０２の製造時に、製造誤差を含めて、撮像光学系３０１によってつくられる像の収差あるいはＭＴＦ等が最良になるようにＬＵＴ中の値を決めてもよい。そのようにすれば、設計値だけを用いてＬＵＴ中の値を決める場合よりも更に精度の高い光学装置が実現できる。
具体的には、例えば物体としてテストチャート３１４をいくつかの物体距離に置き、光学装置３０２で撮像し、電子ズームを行うとき、電子ズームを行わないときのそれぞれについて、それぞれ物体距離に置かれたテストチャート３１４のコントラストが最良になるように、ＬＵＴの値を決めてＬＵＴデータ部３１３に格納すれば良い。
【００２４】
また、第１実施形態の光学装置においては、温度や湿度の変化、経時変化、手振れ、振動等による像の振れ等を原因とする光学装置の結像性能の低下に対しても、例えば、ＬＵＴを用いて、電子ズームを行う際における結像性能の向上を合わせて行うようにしても良い。
また、像の振れ補正は、演算装置４１４に接続された振れセンサー４２４で光学装置の振れを検出し、その振れがキャンセルされるように薄膜４０９ａの形状を駆動回路３０４を介して変形させれば良い。さらに、画像処理装置３０３には、振れ補正用の駆動情報を設けておけば良い。
【００２５】
また、図１に示す光学装置では、撮像光学系３０１を単焦点の光学系で構成したが、光学式ズーム光学系で構成することも可能である。その場合には、電子ズームに加えてさらに大きなズーム比の光学装置が得られる。但し、撮像光学系３０１を光学式ズーム光学系で構成すると、光学装置の機械的寸法が大きくなってしまう。
しかしながら、その場合でも、図２、図３（ａ），（ｂ）を用いて説明したような電子ズーム時の収差補正手段としてＬＵＴを適用することで、鮮鋭度の高い画像が得られる。
その場合のＬＵＴは、図３（ａ），（ｂ）に示したデータに加えて、望遠、…、標準、…、広角の各光学ズーム状態ごとに図３（ａ），（ｂ）に示した駆動情報を備えたデータを持つようにすればよい。
あるいは、光学式ズームにおける望遠状態のみについて電子ズームを行なう場合には、光学式ズームにおける望遠状態のみについて、図３（ａ），（ｂ）に示した駆動情報を備えたデータを持つようにしてもよい。
【００２６】
さらに、電子ズームの拡大率を複数種類変えて行う場合には、拡大率に応じて図３（ａ），（ｂ）に示したような駆動情報を備えたデータ群を拡大率の種類に応じて持つようにしてもよい。例えば、電子ズームの拡大率を４通り変えて行うためには、４通りの駆動情報を備えたデータ群を持つようにすれば良い。
【００２７】
また、電子ズームで拡大する領域は、図２に撮像面３１１の中心部分３１２として示したような結像範囲の中央付近に限らず、図４に示すように、例えば、撮像面３１１を４分割した一部分３１５のように、任意の部分を対象としてもよい。
その場合には、この一部分３１５の領域において撮像光学系３０１で生じる収差が低減するように、図３（ａ），（ｂ）に示したような駆動情報を備えたデータを持つようにして可変ミラー４０９を駆動制御すればよい。
【００２８】
次に、電子ズーム倍率について説明する。
電子ズーム倍率は、高くしすぎると、画像が粗くなるので好ましくなく、一方、低くしすぎると、電子ズームを採用することによる効果が出ない。
ここで、撮像素子の画素数をＭとし、電子ズーム倍率をβ_Ｅとすると、電子ズーム倍率β_Ｅは次の条件式（１）を満足するのが好適である。
１．０５＜ β_Ｅ＜３０×√（Ｍ／１０^６） …（１）
条件式（１）の上限値が√Ｍに比例しているのは、画素数が多くなるほど拡大しても画像の粗さが目立たなくなるからである。
さらに、次の条件式（１’）を満足すると、画像の粗さが目立たず、画像拡大効率も大きくなるので好ましい。
１．１＜ β_Ｅ＜１５×√（Ｍ／１０^６） …（１’）
また、次の条件式（２）を満足すると、印刷等をしても粗さの目立ちにくい画像が得られるので好ましい。
Ｍ ≧ ２０万 …（２）
【００２９】
また、図１に示す光学装置において、撮像光学系３０１がパンフォーカスの場合、つまり物体距離が変化してもピント調整が不要の場合には、電子ズームを行うときの収差向上のためのみに可変ミラー４０９を駆動制御するようにしてもよい。
その場合、図３（ａ），（ｂ）に示したＬＵＴの駆動情報を備えたデータは、縦軸の変数値が１つ又はそれに近い若干の個数に減ることになる。
【００３０】
その他、第１実施形態の光学装置は、図１に示すように、光学装置３０２に例えば携帯電話のような電話機能３１６を備えると便利である。また、携帯電話に本実施形態の光学装置３０２を組み込んでもよい。そのようにすれば、小型でズーム可能な撮像ができ、かつ、鮮鋭度の高い画像が得られるので、とても良い。
【００３１】
図５は本発明の第２実施形態の光学装置を示す概略構成図である。
第２実施形態の光学装置３０２は、第１実施形態の光学装置３０２とは撮像光学系３０１の構成のみが異なっている。
すなわち、第２実施形態の撮像光学系３０１は、物体側より順に配置された、凹レンズ３０９と、可変ミラー４０９と、明るさ絞り５２１と、凸レンズ９０１と、１群２枚の凸レンズ群９０２と、凸レンズ３１０とで構成されている。
なお、第２実施形態の光学装置３０２に用いられる可変ミラー４０９、可変ミラー４０９の薄膜４０９ａの形状を制御する演算制御手段、撮像素子の撮像面に結像された被写体像を電子ズームを行って拡大表示する電子ズーム表示手段は、第１実施形態と同じであるので、説明は省略する。
第２実施形態の光学装置においても、第１実施形態の光学装置と同様の作用効果が得られる。
【００３２】
図６は本発明の第３実施形態の光学装置を示す概略構成図である。
第３実施形態の光学装置３２１は、撮像光学系が光学式ズーム光学系３２０で構成されており、第１実施例の光学装置３２０とは撮像光学系の構成のみが異なっている。
そして、第３実施形態の光学装置３２１は、光学式ズーム光学系３２０に第１実施形態において説明した電子ズームを組み合わせて構成されている。なお、図１に示した第１実施形態の光学装置と共通の部分、すなわち、信号処理回路３０８、駆動回路３０４以下の部分は図６では省略してある。
光学式ズーム光学系３２０は、物体側より順に配置された、凹レンズ３２２と、可変ミラー４０９と、レンズ群３２３と、位置固定のレンズ群３２４と、明るさ絞り５２１と、レンズ群３２５と、レンズ群３２６とで構成されている。
なお、レンズ群３２３は変倍群、及びレンズ群３２５はコンペンセータであり、それぞれ、ズーム時に光軸方向（図６の矢印方向）に沿って移動するようになっている。
可変ミラー４０９は、物体距離が変化したときのピント合わせ、及びズーム時にコンペンセータ３２５で補正しきれないピントの移動を補正するように構成されている。
なお、レンズ群３２６は、レンズ群３２３及びレンズ群３２５と共に光軸方向に移動制御可能にすると、後述するような有用性が得られる。これらのレンズ群３２３，３２５，３２６は、演算装置４１４により制御される駆動装置３２７を介して駆動される。
また、第３実施形態の光学装置３２１は、図１に示した第１実施形態の光学装置３２０と同様、電子ズームを行う場合には、撮像素子４０８のうちの画像として利用する領域の鮮鋭度が向上するように、薄膜４０９ａの形状を最適化して撮像が行われるようになっている。
【００３３】
また、第３実施形態の光学装置３２１は、可変ミラー４０９を形状の変化しないミラーに置き換え、レンズ群３２６を光軸方向（図６の矢印方向）に沿って移動させることで、電子ズームを行ったときの画像として利用する領域の鮮鋭度を向上させるようにしてもよい。
つまり、３つのレンズ群３２３，３２５，３２６を動かすことができるようにすると、変倍、変倍に伴うピント移動の補正の他に収差を調整する自由度を持つことができる。
このため、電子ズームを行なうときにレンズ群３２３，３２５，３２６を連携して光軸方向に沿って移動させることにより、鮮鋭度の高い画像を得ることができる。
【００３４】
なお、第３実施形態の光学装置３２１は、図６に示すように可変ミラー４０９を有した構成の場合には、可変ミラー４０９の形状を変化させながらコンペンセータをなすレンズ群３２５、レンズ群３２６、変倍群をなすレンズ群３２３のうちの少なくとも１つ以上を光軸方向（図６（ｂ）の矢印方向）に沿って移動させることで、光学式ズーム倍率を必要な値に保ち、物体に対するピント合わせを行いながら、電子ズームによって利用する画像範囲についてのみ鮮鋭度が向上するようにしてもよい。
このようにすると、像の収差の補正に対する自由度が増えるので鮮鋭度の高い画像が得られる。
【００３５】
図７は本発明の第４実施形態の光学装置を示す概略構成図である。
第４実施例の光学装置３３１は、形状の変わらないミラー３３０に電子ズーム機能を備えて構成されている。
そして、第４実施形態の光学装置では、２つの光学素子群（レンズ群３３２とレンズ群３２６）を光軸方向（図７の矢印方向）に沿って連携して移動させることによって、電子ズームを行ったときの収差の向上と物体距離が変化したときのピント合わせとを行なうように、演算装置４１４により駆動装置３２７が駆動制御されるように構成されている。
また、電子ズームを行なうときには、撮像素子４０８における画像として利用する領域のみの鮮鋭度が向上するように、物体距離に応じてレンズ群３３２，３３６を光軸方向（図７の矢印方向）に沿って連携して移動させるように、演算装置４１４により駆動装置３２７が駆動制御されるように構成されている。
【００３６】
なお、第４実施形態の光学装置３３１は、図７に示した形状の変わらないミラー３３０の代わりに図１に示したような可変ミラー４０９を用いて構成しても良い。
その場合、レンズ群３３２及びレンズ群３２６のうちの一方は固定してもよい。可変ミラー４０９と、レンズ群３３２及びレンズ群３２６のうちのいずれか一方を電子ズームを行うときに連携して駆動させることで、電子ズームを行なうときに利用する領域の画像の鮮鋭度を向上させることができる。
【００３７】
また、パンフォーカスの光学系として構成する場合には、物体距離が変化してもピント位置を補正する必要がないので、レンズ群３３２及びレンズ群３２６のうちの一方を移動させるようにしてもよい。なお、このとき移動するレンズ群の焦点距離は、ほぼ無限大とすればよい。
【００３８】
また、第４実施形態の光学装置３３１は、電子ズームを行なうのと同時に光学系のＦｎｏを明るくするために、絞りを開くようにしても良い。
これは、Ｆｎｏを明るくすることで回折限界周波数を増加させ、像の鮮鋭度を向上させることができるからである。また、露出時間が短縮できるので手ブレが減ってよい。
これにあわせて可変ミラー４０９の面形状を最適化すれば、さらに像の鮮鋭度を向上させることができるのでなおよい。
電子ズーム時に明るさ絞りを開くことは、光学特性可変素子を有しない撮像装置、光学装置で行なってももちろんよい。
【００３９】
図８は本発明の第５実施形態の光学装置を示す概略構成図である。
第５実施形態の光学装置は、光学特性可変光学素子としての可変ミラー４０９を備えた観察光学系９００と、光学特性可変光学素子としての可変焦点レンズ４０３ｄを備えた撮像光学系４０３と、撮像光学系４０３によって記録素子としての撮像素子４０８に記録した画像を画像処理によって拡大する電子ズーム機能とを備えて構成されている。この構成は、ケプラー式ファインダーを有するデジタルカメラに適用できる。また、銀塩フィルムカメラにも適用できる。なお、銀塩フィルムカメラの場合は、電子ズームはできないが、フィルムの一部分だけを拡大して印画紙に焼き付けするようにしてもよい。あるいはフィルムスキャナーでフィルムを読み込み、画像の必要な部分だけを拡大して使用するようにしても良い。
【００４０】
第５実施形態の光学装置は、例えば、観察光学系９００で物体（被写体）を広い範囲で観察して撮像する物体像（被写体像）の範囲を定め、その結果に基づいて撮像光学系４０３で物体像を撮像素子４０８に記録するとともに、この記録した物体像を電子ズームによって拡大することができるようになっている。そして、この光学装置では、電子ズームを行なうときに、撮像素子４０８に結像される物体像の中心付近の鮮鋭度が高くなるように、撮像光学系４０３の中に配置された可変焦点レンズ４０３ｄが変形するように、ピント合わせの場合を含めて駆動回路３０４で駆動される構成となっている。
駆動回路３０４は、図１において説明した演算装置（マイクロプロセッサ）４１４に接続されている。
【００４１】
観察光学系９００は、図８に示すように、対物レンズ９０２と、接眼レンズ９０１と、プリズム４０４と、二等辺直角プリズム４０５と、ミラー４０６と、可変ミラー４０９とで構成されている。
可変ミラー４０９は、輪帯状の支持台４２３の上面に支持された変形自在な３層構造からなり、表面層が反射面となる薄膜４０９ａと、薄膜４０９ａを支持する中間の基板４０９ｊと、下層の薄い電極４０９ｋと、支持台４２３の下方側に電極４０９ｋに対し所定の間隔を設けて配置した複数の電極４０９ｂ，…とを有している。電極４０９ｋと複数の電極４０９ｂ，…は、電極４０９ｋと複数の電極４０９ｂ，…との間に選択的に所定の電圧を印加して薄膜４０９ａの形状を変形させるように電圧制御可能な可変抵抗器を備えた駆動回路３０４ｂに接続されている。駆動回路３０４ｂは、演算装置（マイクロプロセッサ）４１４に接続されている。
【００４２】
このように構成された観察光学系９００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し、可変ミラー４０９の反射面である薄膜４０９ａで反射し、プリズム４０４を通過し、二等辺直角プリズム４０５でさらに反射し、ミラー４０６で反射し、接眼レンズ９０１を介して観察者の瞳に結像される。（なお、図中、光路上の×印は、紙面の裏側に向って光線が進むことを示している。）
この観察光学系９００においては、撮像予定範囲よりも広い範囲（撮像予定画角よりも大きい画角の範囲）を観察しながら、その後に撮像する物体像（被写体像）の範囲（撮像予定画角）を絞り込んで定める際に、演算装置４１４の制御により駆動回路３０４ｂを介して可変ミラー４０９の薄膜４０９ａの形状を拡張曲面として変形させ、かつ、観察者の視度に合わせたピント調整を行うとともに、レンズ９０１，９０２及び／又はプリズム４０４、二等辺直角プリズム４０５、ミラー４０６の温度や湿度の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を抑制し、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を行うようになっている。
【００４３】
一方、撮像光学系４０３は、物体側から順に配置された、第１レンズ４０３ａと、第２レンズ４０３ｂと、絞り４０３ｃと、焦点距離を変化させることができ、且つ光学系４０３内の収差補正とピント合わせ等が可能な、第３レンズとしての可変焦点レンズ４０３ｄと、第４レンズ４０３ｅとで構成されている。撮像光学系４０３の後方には、撮像素子４０８が配置されている。
撮像光学系４０３では、観察光学系９００で絞り込まれた物体像の範囲（撮像予定画角）の情報に基づいて、撮像光学系４０３中の可変焦点レンズ４０３ｄの形状を演算装置４１４の制御により駆動回路３０４を介して適宜な拡張曲面に変形させ、撮像素子４０８に結像する前記絞り込まれた物体像の中心付近の鮮鋭度が高くなるように設定されている。
【００４４】
従って、図８に示した光学装置においては、観察光学系９００を介して絞り込まれた物体像の範囲の情報に基づいて、撮像光学系４０３で撮像素子４０８に画像を記録するとともにこの記録された画像に対して、図１に示した構成と同様に、信号処理装置３０８及び画像処理装置３０３を介して電子ズームを行い、表示装置３０６に表示するときに、撮像素子４０８に結像される物体像（被写体像）の中心付近の鮮鋭度が高くなるように、可変焦点レンズ４０３ｄのレンズ面の形状を変化させる、あるいは屈折率を変化させるように駆動回路３０４で駆動する構成となっている。
【００４５】
このように構成した第５実施形態の光学装置によれば、光学装置の観察光学系及び撮像光学系のいずれにも、ズーム操作のためにレンズ系の一部を光軸に沿って動かす必要がなく、また、電子ズームを行なう際にも、収差が充分に小さくなるように制御された状態で記録素子としての撮像素子４０８に画像が記録される。このため、光学装置を小型化でき、かつ、ズーム比を大きくしても画像の鮮鋭度が高い光学装置が得られる。
【００４６】
なお、図８に示した光学装置において、観察光学系９００のプリズム４０４と可変ミラー４０９は一体的に形成してユニット化すると、組み立て上便利である。
また、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、ミラー４０６はプラスチックモールド等で形成すると、任意の所望形状の曲面を容易に形成することができ、製作も簡単であるので好ましい。
また、図８に示した光学装置では、レンズ９０１，９０２がプリズム４０４から離れて設けられているが、レンズ９０１，９０２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、可変ミラー４０９を設計してもよい。このように構成すれば、プリズム４０４，４０５、可変ミラー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４０４，４０５、ミラー４０６の一部あるいは全部をガラスで作製してもよい。このように構成すれば、さらに精度の良い観察光学系が得られる。
また、可変ミラー４０９の反射面の形状は自由曲面にするのがよい。自由曲面にすれば、収差補正が容易にでき有利である。
【００４７】
なお、対物レンズ９０２、接眼レンズ９０１、及びプリズム４０４、二等辺直角プリズム４０５、ミラー４０６の各面は、平面、球面、回転対称非球面の他、光軸に対して偏心した平面，球面，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のいかなる形状、いわゆる拡張曲面のいずれでもよい。
【００４８】
次に、本発明の光学装置に適用可能な光学系の実施例を説明する。
実施例１
図９は本発明の光学装置に適用可能な光学系の第１実施例のＹ−Ｚ断面図、図１０は第１実施例の物点距離無限遠における横収差図、図１１は第１実施例の物点距離１５０ｍｍにおける横収差図である。図９中の矢印は各光学部材の偏心の方向を示している。
第１実施例の光学系は、図９に示すように、形状可変ミラーＤＭと、形状可変ミラーから物体側に配置されていて、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズで構成された１群１枚の凹レンズ群Ｇ１と、形状可変ミラーから像側に配置された明るさ絞りＳと、さらに像側に配置されていて、両凸正レンズと、両凸正レンズと両凹負レンズとの接合レンズと、両凸正レンズとで構成された３群４枚の凸レンズ群Ｇ２と、その後方に配置されたローパスフィルター、赤外カットフィルターからなるフィルター群ＦＬと、撮像素子のカバーガラスＣＧとで構成されている。そして、形状可変ミラーＤＭの反射面を形成する薄膜が変形することで、無限遠から近点１５０ｍｍまでフォーカシングを行うことができるようになっている。
この光学系の構成は、図１に示した本発明の第１実施形態の撮像光学系３０１の構成に対応している。
第１実施例の光学系において、形状可変ミラーＤＭが平面から曲面に変形すると、ミラー面の反射によって偏心収差が発生し、特に形状可変ミラーＤＭの変形量が大きい近点合焦時に偏心収差は増大して発生するので、遠点から近点まで良好な光学性能を得るために、レンズ群あるいは撮像面にシフト及びティルトの偏心を加えて固定している。これにより、フォーカシング時の偏心収差の発生をバランスさせている。
【００４９】
また、第１実施例の光学系は、少なくとも１つの形状可変ミラーＤＭを有し、該形状可変ミラーの変形のみでフォーカシングが可能なように構成されている。
このように構成したので、フォーカシング時にレンズを駆動する必要がないので、消費電力が非常に小さく、動作音が静かで、機械的構造が簡単な、コンパクトかつ低コストの光学系及び光学装置を実現できる。
【００５０】
前記形状可変ミラーＤＭは、前記レンズ群あるいは撮像面に加えたシフト及びティルトの偏心によっても、フォーカシング時の偏心収差のバランスがとれないときに、偏心収差を低減するために所定の状態で回転非対称な形状に変形するように制御される。
この制御により、全てのフォーカシング領域で良好な結像性能を得ることができる。形状可変ミラーは、変形してパワーを持った際、反射面が入射光に対して偏心しているため、反射時に偏心収差が発生する。この偏心収差を補正するために前記レンズ群あるいは撮像面に加えるシフト及びティルトの偏心に加えて、形状可変ミラーは回転非対称な形状に変形することが望ましい。
なお、レンズ群あるいは撮像面にシフト及びティルトを加えて偏心するのではなく、形状可変ミラーＤＭが単独で偏心収差を補正するように、形状可変ミラーＤＭの反射面の形状を変形させるようにしてもよい。
【００５１】
また、第１実施例の光学系は、偏心収差を補正するために、少なくとも１つの回転対称なレンズ、あるいはレンズ群、あるいは撮像面が、Ｚ軸に対してシフト又はティルトの偏心をして配置されている。
このように配置すると、形状可変ミラーはそのパワーが強くなるにつれて偏心収差の残存量が増大するが、そのような場合でも、良好な光学性能を得ることが可能となる。なお、本発明の光学装置及び光学装置に適用する光学系における偏心とは、シフト及びティルトのことを指す。
【００５２】
また、第１実施例の光学系によれば、前記形状可変ミラーＤＭは、フォーカシングする物体距離が近くなるにつれて正のパワーが大きくなるように構成されている。
このように構成したので、遠点から近点までの広範囲で良好な光学性能を得ることができる。なお、本明細書において、パワーの符号は、収束作用を持つ場合をプラス、発散作用を持つ場合をマイナスとして定義する。つまり、形状可変ミラーでは凹面の変形量が大きいほど正のパワーを持つことになる。
【００５３】
また、前記形状可変ミラーＤＭは、正のパワーのみを持つことができるように構成されている。
このように構成したので、機械的構造や電気的構造が簡単になり、低コストの形状可変ミラーを提供することができる。
【００５４】
なお、前記形状可変ミラーＤＭは、変形により正のパワーと負のパワーの両方を持つことができるように構成してもよい。
このように構成すると、形状可変ミラーの偏心収差の発生を抑制し、且つ、良好な光学性能を得ることができる。即ち、形状可変ミラーは、パワーが増大するにつれて変形量が大きくなり、それにより偏心収差が発生し、光学性能が劣化してしまうが、形状可変ミラーが正のパワーと負のパワーの両方を持つことで変形量が抑えられて、偏心収差の発生を抑制し、且つ、良好な光学性能を得ることができる。
【００５５】
また、前記形状可変ミラーＤＭは、ミラー面の変形の際にミラー面を形成する薄膜の周辺部が輪帯状の部材の頂部に固定であるように構成されている。
【００５６】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、少なくとも１つ以上の接合レンズを有するように構成されている。
この構成により、各レンズ群で発生する色収差を良好に補正することができ、さらに光学系のコンパクト化にも寄与することができる。
【００５７】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーの最大変形量をｍｄ、光学系の焦点距離をｆとしたときに、所定の状態で次の条件式（３）を満足することを特徴としている。
０＜｜ｍｄ／ｆ｜＜０．１ …（３）
ただし、本発明では、光学系の焦点距離ｆは、形状可変ミラーが平面形状における光学系の焦点距離として定義する。
このように構成すれば、形状可変ミラーの変形量を適正な範囲に抑えることができる。即ち、上記条件式（３）の上限値を上回ると、形状可変ミラーの変形量が大きくなりすぎて偏心収差の発生量が増大し、所望の光学性能を満足することが難しくなる。さらに、製造上の難易度が高くなる。
【００５８】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で次の条件式（３’）を満足するのが好ましい。
０＜｜ｍｄ／ｆ｜＜０．０５ …（３’）
このように構成すれば、さらに偏心収差の発生量を抑えることができる。
【００５９】
さらに、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で次の条件式（３”）を満足するのが好ましい。
０＜｜ｍｄ／ｆ｜＜０．０３ …（３”）
このように構成すれば、さらに良好に偏心収差の発生量を抑えることができる。
【００６０】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーの最大変形量をｍｄ、形状可変ミラーにおける光学的に有効な反射面の面積をＳｍとしたときに、所定の状態で次の条件式（４）を満足することを特徴としている。
０＜ｍｄ^２／Ｓｍ＜５．０×１０^−４ …（４）
このように構成すれば、形状可変ミラーの変形量を適正な範囲に抑えることができる。
【００６１】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で次の条件式（４’）を満足するのが好ましい。
０＜ｍｄ^２／Ｓｍ＜１．０×１０^−４ …（４’）
このように構成すれば、さらに良好に形状可変ミラーの変形量を適正範囲に抑えることができる。
【００６２】
また、本発明の実施に適用可能な形状可変ミラーを含んだ光学系は、フォーカシングを行う際の形状可変ミラーの駆動方式が静電駆動方式であり、フォーカシング時に形状可変ミラーに印加する電圧をＶｍ（Ｖｏｌｔ）としたときに、所定の状態で次の条件式（５）を満足することを特徴としている。
０ ≦ ｜Ｖｍ｜＜５００ …（５）
このように構成すれば、空気放電の危険性を低減させ、且つ、形状可変ミラーの変形量を大きくすることができる。
【００６３】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーによってフォーカシングを行う際に、形状可変ミラーの駆動方式が静電駆動方式であり、フォーカシング時に形状可変ミラーに印加する電圧をＶｍ（Ｖｏｌｔ）としたときに、所定の状態で次の条件式（５’）を満足するのが好ましい。
０ ≦ ｜Ｖｍ｜＜３００ …（５’）
このように構成すれば、消費電力を低減させることができるので、さらに良い光学系及び光学装置を提供できる。
【００６４】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーのパワーに比例する量をφＤＭ、光学系の焦点距離をｆとしたときに、所定の状態で次の条件式（６）を満足することを特徴としている。
０ ≦ ｜φＤＭ×ｆ｜＜１．００ …（６）
ただし、前記形状可変ミラーのパワーに比例する量φＤＭは、前記形状可変ミラーの偏心方向（Ｙ方向）面内でのパワーに比例する量φＤＭｙと、それと直交する方向（Ｘ方向）面内でのパワーに比例する量φＤＭｘとの平均値であり、φＤＭ＝（φＤＭｘ＋φＤＭｙ）／２と定義される。なお、本願では、後述するパワー成分であるＣ４，Ｃ６を用いて、φＤＭｘ＝Ｃ４，φＤＭｙ＝Ｃ６で定義される。
このように構成すれば、形状可変ミラーのフォーカシング作用を満足に得ることができ、さらに形状可変ミラーで発生する偏心収差を適正な範囲で抑えることができる。
【００６５】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で次の条件式（６’）を満足するのが好ましい。
０ ≦ ｜φＤＭ×ｆ｜＜０．５０ …（６’）
このように構成すれば、さらに形状可変ミラーで発生する偏心収差を抑えることができる。
【００６６】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で次の条件式（６”）を満足するのが好ましい。
０ ≦ ｜φＤＭ×ｆ｜＜０．１０ …（６”）
このように構成すれば、さらに良好に形状可変ミラーで発生する偏心収差を抑えることができる。
【００６７】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、前記形状可変ミラーによって遠点にフォーカシングした際に、形状可変ミラーが、フォーカシングした状態のパワーよりも小さいパワーの状態に変形できることを特徴としている。
このように構成すれば、コントラスト方式のオートフォーカスを行うことが可能になる。即ち、形状可変ミラーが遠点合焦時よりも小さいパワーになることで、遠点における像のボケ具合を調節することができる。
【００６８】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、前記形状可変ミラーによって近点にフォーカシングした際に、形状可変ミラーがフォーカシングした状態のパワーよりも大きいパワーの状態に変形できることを特徴としている。
このように構成すれば、コントラスト方式のオートフォーカスを行うことが可能になる。即ち、形状可変ミラーが近点合焦時よりも大きいパワーになることで、近点における像のボケ具合を調節することができる。
【００６９】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、前記形状可変ミラーによって物体距離が無限大の物点にフォーカシングした際に、形状可変ミラーの形状が平面ではなく、ゼロよりも大きなパワーを持つ凹面形状に変形することを特徴としている。
【００７０】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーの物体側に負パワーのレンズ群を有し、該レンズ群の焦点距離をｆ１、光学系の焦点距離をｆとしたときに、次の条件式（７）を満足することを特徴としている。
−５．０＜ｆ１／ｆ＜ −０．２ …（７）
このように構成すれば、形状可変ミラーの小型化、低コスト化、及び良好な光学性能を得ることができる。即ち、条件式（７）の下限値を下回ると、負レンズ群のパワーが非常に弱くなり、広角端における形状可変ミラーの軸外光線高を小さくすることができず、形状可変ミラーの大型化につながり、コスト高を招く。また、条件式（７）の上限値を上回ると、負レンズ群のパワーが強くなりすぎ、そのレンズ群で発生するコマ収差や倍率の色収差を補正することが困難になる。
【００７１】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、次の条件式（７’）を満足するのが好ましい。
−２．５＜ｆ１／ｆ＜ −０．５ …（７’）
このように構成すれば、良好な光学性能を確保し、且つ、さらに形状可変ミラーの小型化を実現できる。
【００７２】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーの物体側に配置された負パワーのレンズ群が、１枚の凹レンズで構成されていることを特徴としている。
このように構成すれば、形状可変ミラーから物体側のレンズが１枚だけであるので、コンパクトで薄型の光学系を実現することができる。
【００７３】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーによる軸上主光線の折り曲げ角をθとしたときに、次の条件式（８）を満足することを特徴としている。
６０° ＜ θ ＜１２０° …（８）
条件式（８）の下限値を下回ると、形状可変ミラーの長手方向のサイズが大きくなってしまい、低コスト化が困難になる。また、条件式（８）の上限値を上回ると、ミラーのサイズは小さくなるが、形状可変ミラーの前後のレンズ群が干渉し、光学系の配置が難しくなる。軸上主光線とは、物体中心を出て絞り中心を通り、像中心に到達する光線のことを指す。通常、軸上主光線を光軸と呼ぶ。
【００７４】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、次の条件式（８’）を満足するのが好ましい。
７５° ＜ θ ＜１０５° …（８’）
このように構成すれば、さらに良い結果が得られる。
【００７５】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、前記形状可変ミラーよりも像側のレンズ群、すなわち前記形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率をβ１としたときに、次の条件式（９）を満足することを特徴としている。
０．３５＜｜β１｜＜１．５０ …（９）
条件式（９）の下限値を下回ると、形状可変ミラー以降のレンズ群の倍率が低すぎるので、形状可変ミラーにおけるフォーカス感度が低下し、フォーカシングに必要な形状可変ミラーの変形量が増大してしまう。一方、条件式（９）の上限値を上回ると、レンズ群の倍率が高すぎるので形状可変ミラーで発生する偏心収差が拡大され、満足な光学性能を得ることが難しくなる。
【００７６】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、次の条件式（９’）を満足するのが好ましい。
０．５０＜｜β１｜＜１．２０ …（９’）
このように構成すれば、光学性能を確保し、且つ、形状可変ミラーの変形量を適正な範囲で抑えられるので、さらに良い結果が得られる。
【００７７】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、光学系の全長をＣｊ、光学系の焦点距離をｆとしたときに、次の条件式（１０）を満足することを特徴としている。
１．０＜Ｃｊ／ｆ＜２０．０ …（１０）
条件式（１０）の上限値を上回ると、光学系の全長が長くなりすぎ、コンパクト化が困難になる。一方、条件式（１０）の下限値を下回ると、コンパクト化は達成できるが、レンズ群の配置が制限され、十分な光学性能を得ることができない。
【００７８】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、次の条件式（１０’）を満足するのが好ましい。
３．０＜Ｃｊ／ｆ＜１５．０ …（１０’）
このように構成すれば、コンパクトな光学系でありながら、より高い光学性能を得ることができる。
【００７９】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、次の条件式（１０”）を満足する好ましい。
５．０＜Ｃｊ／ｆ＜１０．０ …（１０”）
このように構成すれば、コンパクトな光学系でありながら、さらに良い光学性能を得ることができる。
【００８０】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズにシフトを加え、そのシフト量をδ、光学系の焦点距離をｆとしたときに、所定の状態で次の条件式（１１）を満足することを特徴としている。
０．０ ≦ ｜δ／ｆ｜＜１．００ …（１１）
このように構成すれば、レンズに加える偏心量を適正な範囲で抑えることができ、形状可変ミラーのパワーが弱い場合と強い場合の光学性能のバランスを取ることができる。ここでのシフト量δとは、シフトを加えたレンズの中心軸と光学系のＺ軸との距離として定義される量である。
【００８１】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で次の条件式（１１’）を満足するのが好ましい。
０．０ ≦ ｜δ／ｆ｜＜０．５０ …（１１’）
このように構成すれば、遠点合焦時と近点合焦時の性能をさらに良くすることができる。
【００８２】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で次の条件式（１１”）を満足するのが好ましい。
０．０ ≦ ｜δ／ｆ｜＜０．２５ …（１１”）
このように構成すれば、遠点合焦時と近点合焦時の性能をさらにより一層良くすることができる。
【００８３】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズあるいは撮像面にティルトを加え、そのティルト量をεとしたときに、所定の状態で次の条件式（１２）を満足することを特徴としている。
０．０° ≦ ｜ε｜＜１０．０° …（１２）
このように構成すれば、レンズに加える偏心量を適正な範囲で抑えることができ、形状可変ミラーのパワーが弱い場合と強い場合の光学性能のバランスを取ることができる。なお、ティルト量εとは、ティルトを加えたレンズあるいは撮像面の中心軸と光学系のＺ軸との傾き角として定義される量である。
【００８４】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で次の条件式（１２’）を満足するのが好ましい。
０．０° ≦ ｜ε｜＜７．０° …（１２’）
このように構成すれば、遠点合焦時と近点合焦時の性能をさらに良くすることができる。
【００８５】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で次の条件式（１２”）を満足するのが好ましい。
０．０° ≦ ｜ε｜＜５．５° …（１２”）
このように構成すれば、遠点合焦時と近点合焦時の性能をさらにより一層良くすることができる。
【００８６】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、それぞれのレンズあるいは撮像面に加えたティルト量の絶対値の中で、撮像面のティルト量の絶対値が最大であることを特徴としている。
【００８７】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、撮像面に加えたティルトの方向が、形状可変ミラーと平行に近づく方向であることを特徴としている。
【００８８】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーの変形によって発生する偏心収差を補正するために少なくとも１つのレンズあるいは撮像面にシフト及びティルトを加えた光学系において、それぞれのシフトがある一つの平面内で行われ、かつ、ティルトの回転軸がその平面に垂直であることを特徴としている。
【００８９】
また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、明るさ絞りが形状可変ミラーよりも像側に配置されていることを特徴としている。
【００９０】
次に、本発明の実施に適用可能な光学系の中の形状可変ミラーＤＭの反射面の形状、即ち、以下の式（ａ）で定義される自由曲面（ＦＦＳ）について述べることにする。この定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。

ここで、上記（ａ）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＝√（Ｘ^２＋Ｙ^２）
Ｎ：２以上の自然数
ｍ：０以上の整数
ｎ：０以上の整数
である。
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。
【００９１】
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。
【００９２】
また、上記の回転非対称な曲面形状の面である自由曲面は、他の定義式として、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式により定義できる。この面の形状は以下の式（ｂ）により定義する。その定義式（ｂ）のＺ軸が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の高さの極座標で定義され、ＲはＸ−Ｙ面内のＺ軸からの距離、Ａ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。

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，Ｄ_５，Ｄ_６、Ｄ_１０，Ｄ_１１，Ｄ_１２，Ｄ_１３，Ｄ_１４，Ｄ_２０，Ｄ_２１，Ｄ_２２…を利用する。
【００９３】
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。
本発明の実施においては、前記（ａ）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。
【００９４】
なお、非球面形状は、光軸方向をＺ、光軸に直行する方向をＹにとり、円錐係数をｋ、非球面係数をａ、ｂ、ｃ、ｄとしたとき、次式（ｃ）で表される。
Ｚ＝（Ｙ^２／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）・（Ｙ／ｒ）^２｝^１／２］＋ａｙ^４＋ｂｙ^６＋ｃｙ^８＋ｄｙ^１０ …（ｃ）
なお、上記数値データに関する説明は、本発明の各実施の形態及び各実施例の数値データに共通である。
【００９５】
以下の各実施例中、“ＡＳＰ”は非球面、“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＤＭ”は形状可変ミラーを表す。データに記載されていない非球面、自由曲面等に関する項は０である。屈折率、アッベ数はともに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、角度の単位はｄｅｇである。また、各実施例では、最像面側に３枚または２枚の平行平板を挿入しているが、これは撮像素子のカバー用のカバーガラス、このカバーガラスの前方のローパスフィルター、さらに前方のＩＲカットフィルターを想定したものである。なお。ＩＲカットフィルターをローパスフィルターにコーティングして作製すると２枚の平行平板になる。
【００９６】
各実施例において、物体面における座標系のＺ軸は、物体中心を通り、物体面に垂直な直線で定義されている。このＺ軸と直交する方向をＹ軸とし、このＹ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸とする。また、光軸は物体面中心と絞り中心あるいは射出瞳を通る光線の通り道で定義する。従って、光軸は形状可変ミラーの変形と共に変化することになるが、その変化はわずかである場合が多い。従って、各実施例ではＺ軸と光軸が略一致している。
【００９７】
偏心面は、その座標系の原点から、その面の面頂位置のシフト（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面については、前記（ａ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とするティルト（それぞれα、β、γ（ｄｅｇ））で与えられる。偏心を行うときの座標系の原点は、偏心を行う面をｋ面としたとき、ｋ−１面の面頂位置からＺ軸方向に面間隔の分だけ移動した点とする。偏心の順序は、Ｘシフト、Ｙシフト、Ｚシフト、αティルト、βティルト、γティルトの順である。なお、その場合αとβの正は、Ｘ軸、Ｙ軸それぞれをマイナス側から見たときの反時計回り方向を、γの正はＺ軸をマイナス方向から見たときの時計回り方向で定義する。
【００９８】
なお、各実施例において、偏心はディセンタアンドリターン（以下ＤＡＲ）とディセンタオンリー（以下ＤＥＯ）の２種類がある。ＤＡＲによる偏心では、ｋ面が偏心していたとき、ｋ＋１面以降の座標系が、偏心前のｋ面の座標系と一致する。ｋ＋１面の面頂位置は、偏心前のｋ面の面頂位置からＺ軸方向に面間隔の分だけ移動した点として定義する。一方、ＤＥＯでは、ｋ面が偏心していたとき、ｋ＋１面以降の座標系は、偏心後のｋ面の座標系と一致する。ｋ＋１面の面頂位置は、偏心後のｋ面の面頂位置からＺ軸方向に面間隔の分だけ移動した点として定義する。
【００９９】
また、反射面の座標系のＺ軸正方向は、表面から裏面側に向かう方向になる。従って、反射面がＸＹ多項式で表される自由曲面形状に変形している場合、パワー成分であるＣ４、Ｃ６が正のとき、凸面ミラーになる。つまり、負のパワーを持つミラーになる。逆に、パワー成分であるＣ４、Ｃ６が負のとき、凹面ミラーになる。つまり、正のパワーを持つミラーになる。また、光線が反射面で反射された後の光学系の座標系は、反射前の座標系をＸ軸中心に１８０°回転させたものとして定義する。これによって、常に光学系のＺ軸正方向に沿って光線が進行することになる。
【０１００】
前記形状可変ミラーは、遠点から近点までフォーカシングするためにパワーを変えることができるが、コントラスト方式のオートフォーカスを行うために遠点合焦時よりも弱いパワーの状態、及び近点合焦時よりも強いパワーの状態を取れるように設計されている。以下の各実施例では、遠点合焦時よりも弱いパワーの状態を遠点余裕、近点合焦時よりも強いパワーの状態を近点余裕と定義している。つまり、形状可変ミラーは遠点余裕、遠点、近点、近点余裕の４状態が存在することになる。
【０１０１】
なお、以下の各数値実施例における形状可変ミラーは、実際の製作時の製造誤差による像面のＺ方向のずれ、及び温度変化による像面のＺ方向のずれを考慮して、フォーカス範囲の前後に変形量の余裕を持たせた設計になっている。
【０１０２】
上記のように、形状可変ミラーにフォーカシングの機能をもたせることにより、メカ的な駆動を行わずにフォーカシングできるので、鏡枠構造が簡単になり、小型化、低コスト化を実現することができる。さらに、フォーカシング時のモータの駆動音がなくなるメリットがある。
【０１０３】
図１２〜図１５は第１実施例の光学系により２倍の電子ズームを行った場合の物体−Ｙ方向９．６７°（物体の方向がＸ：０．０００°でＹ：−９．６７°のことをいう）の波動光学的ＭＴＦ（１４０本／ｍｍ）を示すグラフである。つまり、撮像素子の撮像面のサイズを２ｍｍ×１．５ｍｍと考えて、像の鮮鋭度がこの領域内で向上するように薄膜４０９ａの形状を最適化したときのＭＴＦを示したグラフが、図１２（物体距離∞）、図１３（物体距離１５ｃｍ）である。なお、撮像素子のピクセルサイズは２．５ミクロン、画素数Ｍ＝２００万である。電子ズーム倍率β_Ｅ＝２で式（１），（１’）を満足している。
比較用に薄膜４０９ａの形状を最適化しないときのＭＴＦを図１４（物体距離∞）、図１５（物体距離１５ｃｍ）に示した。つまり、電子ズームを行わないときの像中心部のＭＴＦと同じものである。
図１２及び図１３と、図１４及び図１５とを比較すると、撮像面サイズを２ｍｍ×１．５ｍｍに限定して薄膜４０９ａの形状を最適化した状態の方が、最適化しない場合、即ち撮像面サイズが４ｍｍ×３ｍｍである場合に比べてＭＴＦが向上していることがわかる。
【０１０４】
次に、第１実施例の光学系を構成する光学部材の数値データを示す

【０１０５】

【０１０６】

【０１０７】

【０１０８】

この状態では、ｍｄの値は偏心Ｚの値とは異なる。
他の面のデータは状態１〜４に共通である。
【０１０９】

この状態では、ｍｄの値は偏心Ｚの値とは異なる。
他の面のデータは状態１〜４に共通である。
【０１１０】
次に、第１実施例における条件式のパラメータ値を表１に示す。

【０１１１】
第２実施例
図１６〜図１８は本発明の光学装置に適用可能な光学系の第２実施例の概略構成を示すＹ−Ｚ断面図であり、図１６は広角端、図１７は標準、図１８は望遠端の状態を示している。
第２実施例の形状可変ミラーは、遠点から近点をフォーカシングするためにパワーを変えることができるが、コントラスト方式のオートフォーカスを行うために遠点合焦時よりも弱いパワーの状態、及び近点合焦時よりも強いパワーの状態を取れるように設計されている。第２実施例では、遠点合焦時よりも弱いパワーの状態を遠点余裕、近点合焦時よりも強いパワーの状態を近点余裕と定義している。つまり、形状可変ミラーは遠点余裕、遠点、近点、近点余裕の４状態それぞれに、変倍の広角端、中間状態、望遠端の３状態が存在するので、全部で１２状態が存在することになる。
なお、第２実施例における形状可変ミラーは、実際の製作時の製造誤差による像面のＺ方向のずれ、及び温度変化による像面のＺ方向のずれを考慮して、フォーカス範囲の前後に変形量の余裕を持たせた設計になっている。
【０１１２】
第２実施例の光学系は、物体側から順に、負のパワーを有する固定レンズ群Ｇ１’と、形状可変ミラーＤＭと、正のパワーを有する固定レンズ群Ｇ１５’と、正のパワーを有する移動レンズ群Ｇ２’と、絞りＳと、負のパワーを有する固定レンズ群Ｇ３’と、正のパワーを有する移動レンズ群Ｇ４’と、正のパワーを有する固定レンズ群Ｇ５’とを有して構成されている。図１６〜図１８中、符号ＦＬはフィルター群である。
固定レンズ群Ｇ１’は、両凹負レンズで構成されている。固定レンズ群Ｇ１５’は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズで構成されている。移動レンズ群Ｇ２’は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸正レンズとの接合レンズで構成されている。固定レンズ群Ｇ３’は、両凹負レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合レンズで構成されている。移動レンズ群Ｇ４’は、両凸正レンズと、両凸正レンズと両凹負レンズとの接合レンズとで構成されている。固定レンズ群Ｇ５’は、両凸正レンズで構成されている。
【０１１３】
また、第２実施例の光学系は、移動レンズ群Ｇ２’と移動レンズ群Ｇ４’とが移動することで、変倍作用を持たせている。また、形状可変ミラーＤＭの反射面を形成する薄膜が変形することで、無限遠から近点３００ｍｍまでフォーカシングを行うことができるようになっている。
【０１１４】
形状可変ミラーの薄膜が平面から曲面に変形すると、ミラー面の反射によって偏心収差が発生し、特に形状可変ミラーＤＭの変形量が大きい至近合焦時に偏心収差は増大して発生する。このため、第２実施例の光学系においても、遠点から近点まで良好な光学性能を得るために、レンズ群あるいは撮像面にシフト及びティルトの偏心を加えて、フォーカシング時の偏心収差の発生をバランスさせている。
【０１１５】
第１実施例及び第２実施例の光学系によれば、メカ的な駆動を行わずにフォーカシングできるので、鏡枠構造が簡単になり、小型化、低コスト化を実現することができる。さらに、フォーカシング時のモーターの駆動音がなくなるメリットがある。
なお、第１実施例において、光学系の中に可変ミラーを配置することにより、各種の作用効果を奏し得たが、第２実施例においても同様の作用効果を奏し得る。
【０１１６】
次に、第２実施例の光学系を構成する光学部材の数値データを示す。

【０１１７】

【０１１８】

ただし、第４面の座標系は第１面の座標系と同じである。また、第５面以後の座標系は第４面から順に定義していくものとする。
【０１１９】

【０１２０】
図１９は図１６〜図１８に示した第２実施例の光学系において、２倍電子ズームを行ったときの波動光学的ＭＴＦ（１４０ｍｍ／本）を示すグラフである。光学系は望遠状態、物点距離∞である。図１９の上部に示した物体位置５箇所についてＭＴＦのグラフを重ね書きしてある。
図２０は図１６〜図１８に示した第２実施例の光学系において、可変ミラーの形状を電子ズームを行うときに利用する画像の部分だけに対して最適化したときのＭＴＦを示すグラフである。ＭＴＦの計算条件は図１９と同じである。
図１９に比べて図２０のＭＴＦが向上していることがわかる。
【０１２１】
次に、第２実施例の光学系を構成する光学部材における図２０に示した状態のときの数値データを示す。なお、ここでは第８面のデータのみ示してある。他の面の数値データは上記第２実施例における数値データの第６状態と同じである。

【０１２２】
なお、以下の条件式は図１６〜図１８に示した第２実施例の光学系においても第１実施例の光学系と同様にあてはまる。これらの条件式は、少なくとも一つのズーム状態において満たされていればよい。
条件式（１），（１’），（２），（３），（３’），（３”），（４），（４’），（５），（５’），（６），（６’），（６”），（７），（７’），（８），（８’），（９），（９’），（１０），（１０’），（１０”），（１１），（１１’），（１１”），（１２），（１２’），（１２”）
【０１２３】
第２実施例において、条件式（３），（３’），（３’）の焦点距離ｆの値は、数値データに記載の通り、４．４ｍｍ（広角）〜１３．２ｍｍ（望遠）、７．６ｍｍ（標準）である。
可変ミラーの最大変形量ｍｄの値（ｍｍ）は、第８面の偏心量Ｚの値に等しい。
条件式（４），（４”）の形状可変ミラーにおける光学的に有効な反射面の面積Ｓｍの値は、６９．０８ｍｍ^２である。
条件式（５），（５’）の形状可変ミラーに印加する電圧Ｖｍの値は、状態によって変化するが、０〜２００Ｖである。
条件式（６），（６’），（６”）の形状可変ミラーのパワーΦＤＭの値は、ΦＤＭ＝１／２（Ｃ４＋Ｃ６）である。また、φＤＭｘ＝Ｃ４，φＤＭｙ＝Ｃ６である。
条件式（７），（７’）の可変ミラーの物体側に配置された負パワーのレンズ群の焦点距離ｆ１の値は、−８．００３である。
条件式（８），（８’）の可変ミラーにおける軸上主光線の折り曲げ角θの値は、９０．６°である。
条件式（９），（９’）の可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率β１は、広角−０．５５０、標準−０．９５０、望遠−１．６４９である。
条件式（１０），（１０’），（１０”）の光学系の全長Ｃｊは、５６．７８ｍｍである。
なお、上述のように、本発明の各条件式は、光学系の少なくとも一つの状態で満たされていればよい。
【０１２４】
次に、第２実施例における条件式（３），（４），（６），（７），（９），（１０）のパラメータ値を表２〜表６に、条件式（１１），（１２）のパラメータ値を表７〜表１０に示す。

【０１２５】

【０１２６】

【０１２７】

【０１２８】

【０１２９】

【０１３０】

【０１３１】

【０１３２】

【０１３３】
以上の第１実施例及び第２実施例では、形状可変ミラーを用いた光学系について述べた。しかしながら、形状可変ミラーの代わりに形状が変わらない平面ミラーあるいは曲面ミラーを用いた光学系の場合でも、特に支障をきたさない限り前述の条件式及び制限等を適用してよい。なぜならばミラーを用いた屈曲光学系における小型化のメリットはそのまま保たれるからである。
【０１３４】
また、第１実施例及び第２実施例における光学系では、レンズ群中に反射面を有する構成の光学系について説明したが、反射面を有しない光学系についても光学特性可変光学素子、例えば、可変焦点レンズ等を用いて構成すれば、小型化、低コスト化、省電力化、作動音の静音化等の効果を得ることが可能である。さらに、可変形状面を有しない可変焦点ミラーを以上の実施例に用いても良い。なお、可変焦点ミラーは可変ミラーの一種である。可変焦点ミラーについては、その一例を図４６を用いて後述する。
【０１３５】
上記光学系は、フィルムカメラ、デジタルカメラ、テレビカメラ、携帯端末用のカメラ、携帯電話の撮像装置、監視カメラ、ロボットの眼、電子内視鏡等に適用可能である。
なお、以上の説明では、光学系として撮像光学系を想定しているが、物体面と像面を入れ替えた構成とすることにより、プロジェクター等の投影光学系として使用することができ、この投影光学系を用いた光学装置を作製することができる。
【０１３６】
次に、上記本発明の光学装置に用いる光学系に適用可能な形状可変ミラー、可変焦点レンズ等、光学特性可変光学素子の構成例について説明する。
図２１は上記本発明の光学装置に用いる光学系に適用可能な光学特性可変光学素子として形状可変ミラーの一構成例を示す概略図である。
図２１の構成例では、形状可変ミラー４０９は、変形する基板４０９ｊの上に形成されたアルミコーティング等で作られた薄膜（反射面）４０９ａと、基板４０９ｊの下側に設けられた電極４０９ｋとの３層構造の周辺部が輪帯状の支持台４２３に支持されるとともに、電極４０９ｋとは間隔を設けて支持台４２３に取付けられた複数の電極４０９ｂと、各電極４０９ｂにそれぞれ接続されて駆動回路として機能する複数の可変抵抗器４１１ａと、可変抵抗器４１１ｂと電源スイッチ４１３を介して電極４０９ｋと電極４０９ｂ間に接続された電源４１２と、複数の可変抵抗器４１１ａの抵抗値を制御するための演算装置４１４とで構成されており、演算装置４１４には、さらに温度センサー４１５、湿度センサー４１６及び距離センサー４１７が接続されて、これらは図示のように１つの光学装置を構成している。なお、変形する基板４０９ｊは、薄膜でもよいし、板状でもよい。
【０１３７】
可変ミラーの反射面は、演算装置４１４による制御により、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、いかなる形状にも制御される。以下、これらの面を総称して拡張曲面という。薄膜４０９ａで形成される反射面により光線は矢印のように反射される。
【０１３８】
前記薄膜４０９ａは、例えば、Ｐ．Ｒａｉ−ｃｈｏｕｄｈｕｒｙ編、ＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＭｉｃｈｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，ＭｉｃｈｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇａｎｄＭｉｃｈｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，Ｖｏｌｕｍｅ２：ＭｉｃｈｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇａｎｄＭｉｃｈｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，Ｐ４９５，Ｆｉｇ．８．５８，ＳＰＩＥＰＲＥＳＳ刊やＯｐｔｉｃｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，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と電極４０９ｋ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いる。
なお、電極４０９ｂの形は、例えば図２３、図２４に示すように、薄膜４０９ａの変形のさせ方に応じて、同心分割、矩形分割にして、選べばよい。
【０１３９】
上記のように、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４１１ａ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および電子ズームのための画像処理装置３０３からの指令に基づき、薄膜４０９ａの形状が決定されるような電圧を電極４０９ｂに印加するように、各変抵抗器４１１ａ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４０９ａ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、その形状は状況により非球面を含む様々な拡張曲面の形状をとる。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物体距離を算出し、可変ミラーを変形させるようにすればよい。可変ミラー４０９はリソグラフィーを用いて作ると加工精度がよく、良い品質のものが得られやすく、良い。
【０１４０】
また、変形する基板４０９ｊをポリイミドあるいは商品名サイトップ（旭硝子（株）製）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。
図２１の構成例では変形する基板４０９ｊをはさんで反射面としての薄膜４０９ａと変形する電極４０９ｋを別に設けて一体化しているので、製造法がいくつか選べるメリットがある。また反射面としての薄膜４０９ａを導電性の薄膜としてもよい。このようにすると、変形する電極４０９ｋを兼ねることができ、両者が１つになるので、構造が簡単になるメリットがある。
可変ミラーの反射面の形状は自由曲面にするのが良い。なぜなら収差補正が容易にでき、有利だからである。
【０１４１】
また、図２１の構成例では、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ミラー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４１５、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ミラー４０９で補正するようにしてもよい。
【０１４２】
図２２は可変ミラー４０９の他の構成例を示す概略図である。
本構成例の可変ミラーは、反射面としての薄膜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２３に示すように、同心分割であってもよいし、図２４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２２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、例えばこの構成例の光学装置をデジタルカメラに用いる場合には、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及び可変抵抗器を内蔵した駆動回路４１１を介して電極４０９ｂ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４１７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４０９ａ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。
なお、駆動回路４１１は、電極４０９ｂの数に対応して複数配置する構成に限らず、図１に示した駆動回路３０４のように、１つの駆動回路でもって複数の電極４０９ｂを制御する構成にしてもよい。
【０１４３】
図２５は可変ミラー４０９のさらに他の構成例を示す概略構成図である。
本構成例の可変ミラーは、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。すなわち、圧電素子４０９ｃと４０９ｃ’が強誘電性結晶で作られ、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２２に示した１層構造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。
【０１４４】
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、ＰｂＺｒＯ_３とＰｂＴｉＯ_３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、上記構成例において薄膜４０９ａの形状を適切に変形させることも可能である。
【０１４５】
また、圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’の材料としては、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ミラー面の大きな変形が実現できてよい。
【０１４６】
なお、図２２、図２６に示す圧電素子４０９ｃに、例えば、アクリルエラストマー、シリコンゴム等の電歪材料を用いる場合には、１層構造の圧電素子４０９ｃを別の基板４０９ｃ−１と電歪材料４０９ｃ−２とを貼り合わせた２層構造にしてもよい。
【０１４７】
図２６は可変ミラー４０９のさらに他の構成例を示す概略図である。
本構成例の可変ミラーは、圧電素子４０９ｃが薄膜４０９ａと電極４０９ｄとにより挟持され、薄膜４０９ａと電極４０９ｄとの間に演算装置４１４により制御される駆動回路４２５ａ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４２５ｂ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、本構成例では、薄膜４０９ａは電極４０９ｄとの間に印加される電圧と電極４０９ｂ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。
【０１４８】
そして、薄膜４０９ａ、電極４０９ｄ間の電圧の符号を変えれば、可変ミラー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４０９ｄ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２６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。
【０１４９】
図２７は可変ミラー４０９のさらに他の構成例を示す概略図である。
本構成例の可変ミラーは、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４０９ｅ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４０９ａが付設されていて、可変ミラー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および電子ズームのための画像処理装置３０３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及び反射面として機能する薄膜４０９ａを変形させる。
【０１５０】
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４０９ｅ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４２７には強磁性体よりなる鉄心を入れるようにしてもよい。
【０１５１】
この場合、薄膜コイル４２７の巻密度を、図２８に示すように、場所によって変化させたコイル４２８’とすることにより、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。
【０１５２】
図２９は可変ミラー４０９のさらに他の構成例を示す概略図である。
本構成例の可変ミラーでは、基板４０９ｅ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４０９ａ側にコイルを設けなくても、磁力によって薄膜４０９ａを変形させることができるから、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、電流の流れる方向を切換え可能にする切換え兼用の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３０は本構成例におけるコイル４２７の一配置例を示し、図３１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２７に示した構成例にも適用することができる。なお、図３２はコイル４２７の配置を図３１に示したように放射状とした場合に適する永久磁石４２６の一配置例を示している。図３２に示すように、棒状の永久磁石４２６を放射状に配置すれば、図２７に示した構成例に比べて、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２７及び図２９の構成例）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。
【０１５３】
以上いくつかの可変ミラーの構成例を述べたが、薄膜４０９ａで変形されるミラーの形を変形させるのに、図２６の構成例に示すように、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反射面を形成する薄膜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。
【０１５４】
図３３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、可変ミラー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ミラー４０９で集光され、固体撮像素子４０８の上に結像する。可変ミラー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。
【０１５５】
本実施例によれば、物体距離が変わっても可変ミラー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、可変ミラー４０９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３３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。昇圧回路は電気を用いる可変ミラー、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ミラー、可変焦点レンズに有用である。なお可変ミラー４０９でピント合わせを行うためには、たとえば固体撮像素子４０８に物体像を結像させ可変ミラー４０９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よい。高周波成分を検出するには、たとえば固体撮像素子４０８にマイクロコンピュータ等を含む処理装置を接続し、その中で高周波成分を検出すればよい。
【０１５６】
図３４は可変ミラーのさらに他の構成例を示し、マイクロポンプ１８０で流体１６１を出し入れし、支持台１８９ａの上部に張った膜で形成されるミラー面を変形させる可変ミラー１８８の概略図である。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。図中、１６８は支持台１８９ａ内の流体１６１の量を、マイクロポンプ１８０とともに制御する制御装置であり、この制御装置１６８とマイクロポンプ１８０は、膜１８９の変形を制御するので、実施の形態の駆動回路３０４に相当する構成となる。
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。
【０１５７】
図３５は図３４に示したマイクロポンプ１８０の構成例を示す概略図である。本構成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３５では静電気力により振動する例を示しており、図３５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。
【０１５８】
図３４で示した可変ミラー１８８では、反射面を構成する膜１８９が流体１６１の量に応じて凹凸に変形することで、可変ミラーとして機能する。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。
【０１５９】
なお、静電気力、圧電効果を用いた可変ミラー、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３３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、反射面を形成する薄膜４０９ａ又は膜１８９は、支持台４２３あるいは支持台１８９ａなどの輪帯状部分の上部などの変形しない部分に設けておくと、可変ミラーの反射面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。
【０１６０】
図３６は各実施の形態で述べた本発明の光学装置に適用可能な光学系を構成するレンズ、あるいはレンズ群の一部を、可変焦点レンズに置き換えて構成することにより、前記レンズあるいはレンズ群を光軸方向にズーミングしなくて済む構成とす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とで構成される第３のレンズ５１２ｃとを有し、入射光を第１，第３，第２のレンズ５１２ａ，５１２ｃ，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に交流電圧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。
【０１６１】
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 …（２１）
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５１１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５１８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。
【０１６２】
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３７に示すような形状となり、
ｎ_ｏｘ＝ｎ_ｏｙ＝ｎ_ｏ …（２２）
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。
【０１６３】
ここで、図３６に示すように、スイッチ５１５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３８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に交流電圧を印加すると、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。
【０１６４】
なお、高分子分散液晶層５１４に印加する電圧は、例えば、図３９に示すように、可変抵抗器５１９を用いること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。
【０１６５】
ここで、図３６に示す状態、すなわち高分子分散液晶層５１４に電圧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３７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’ …（２３）
となる。また、上記（２２）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 …（２４）
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 …（２５）
で与えられる。
【０１６６】
したがって、図３９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Ｒ_１およびＲ_２とすると、高分子分散液晶層で構成される第３のレンズ５１２ｃの焦点距離ｆ_１は、
１／ｆ_１＝（ｎ_Ａ−１）（１／Ｒ_１−１／Ｒ_２） …（２６）
で与えられる。なお、Ｒ_１およびＲ_２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５１２ｃの焦点距離が、（２６）式で与えられる。
【０１６７】
また、常光線の平均屈折率を、
（ｎ_ｏｘ＋ｎ_ｏｙ）／２＝ｎ_ｏ’ …（２７）
とすれば、図３８に示す状態、すなわち高分子分散液晶層５１４に電圧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 …（２８）
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５１２ｃの焦点距離ｆ_２は、
１／ｆ_２＝（ｎ_Ｂ−１）（１／Ｒ_１−１／Ｒ_２） …（２９）
で与えられる。なお、高分子分散液晶層５１４に、図３８に示す状態における電圧よりも低い電圧を印加する場合の焦点距離は、（２６）式で与えられる焦点距離ｆ_１と、（２９）式で与えられる焦点距離ｆ_２との間の値となる。
【０１６８】
上記（２６）および（２９）式から、高分子分散液晶層５１４による焦点距離の変化率は、
｜（ｆ_２−ｆ_１）／ｆ_２｜＝｜（ｎ_Ｂ−ｎ_Ａ）／（ｎ_Ａ−１）｜ …（３０）
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’） …（３１）
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 …（３２）
とすれば、ｆｆ＝０．５のとき、高分子分散液晶層５１４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。
【０１６９】
次に、上記（２１）式の上限値の根拠について説明する。「ＳｏｌａｒＥｎｅｒｇｙＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＳｏｌａｒＣｅｌｌｓ」３１巻，ＷｉｌｓｏｎａｎｄＥｃｋ，１９９３，ＥｌｅｅｖｉｅｒＳｃｉｅｎｃｅＰｕｂｌｉｓｈｅｒｓＢ．ｖ．発行の第１９７〜２１４頁、「Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｖａｒｉａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ／ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔｓｗｉｔｃｈｉｎｇｆｉｌｍｓ」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。
【０１７０】
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・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。
【０１７１】
これらの結果から、
Ｄ・ｔ≦λ・１５μｍ …（３３）
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。
【０１７２】
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５１４の透過率は悪くなる。図３６に示した状態と図３８に示した状態とで、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 …（３４）
を満足するときである。
【０１７３】
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３６の状態でも、図３８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’ …（３５）
とすればよい。
【０１７４】
上記（３４）式を満足すれば、上記（３３）式は、さらに緩和され、
Ｄ・ｔ≦λ・６０μｍ …（３６）
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。
【０１７５】
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 …（３７）
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。
【０１７６】
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、ｆｆ＝１では、高分子の体積がゼロとなり、高分子セル５１８を形成できなくなるので、
０．１≦ｆｆ≦０．９９９ …（３８）
とする。一方、ｆｆは、小さいほどτは向上するので、上記（３７）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…（３９）
とする。なお、ｔの下限値は、図３６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。
【０１７７】
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 …（４０）
とする。
【０１７８】
図４０は、図３９に示す可変焦点レンズ５１１を、本発明の実施の形態にかかる光学装置の中で、明るさ絞り５２１と撮像素子との間に用いた撮像光学系、例えば一例として、デジタルカメラ用の撮像光学系に用いた例を示す図である。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４０では、液晶分子の図示を省略してある。
【０１７９】
このように構成された撮像光学系によれば、可変抵抗器５１９により可変焦点レンズ５１１の高分子分散液晶層５１４に印加する交流電圧を調整して、可変焦点レンズ５１１の焦点距離を変えることより、可変焦点レンズ５１１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。
【０１８０】
図４１は図３９に示した可変焦点レンズと同様に、本発明の実施の形態にかかる光学装置の中で、撮像光学系の焦点距離を可変にするように用いられる可変焦点回折光学素子の一構成例を示す図である。
本構成例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５３２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５３３とを有し、入射光を第１，第２の透明基板５３２，５３３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３６に示した構成例において説明したのと同様に、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に交流電圧を印加するようにする。
【０１８１】
このような構成において、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 …（４１）
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ｎ_３３とし、ｋを整数とすると、
ｈ（ｎ_Ａ−ｎ_３３）＝ｍλ …（４２）
ｈ（ｎ_Ｂ−ｎ_３３）＝ｋλ …（４３）
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。
【０１８２】
ここで、上記（４２）式および（４３）式の両辺の差を求めると、
ｈ（ｎ_Ａ−ｎ_Ｂ）＝（ｍ−ｋ）λ …（４４）
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ｎ_３３は、上記（４２）式から、ｎ_３３＝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。
【０１８３】
このように構成された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。
【０１８４】
なお、この実施形態において、上記（４２）〜（４４）式は、実用上、
０．７ｍλ≦ｈ（ｎ_Ａ−ｎ_３３）≦１．４ｍλ …（４５）
０．７ｋλ≦ｈ（ｎ_Ｂ−ｎ_３３）≦１．４ｋλ …（４６）
０．７（ｍ−ｋ）λ≦ｈ（ｎ_Ａ−ｎ_Ｂ）≦１．４（ｍ−ｋ）λ …（４７）
を満たせば良い。
【０１８５】
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４２および図４３はこの場合の可変焦点眼鏡５５０の構成を示す図である。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，５１３ｂ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とを有して構成されており、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に交流電圧を印加するようにして構成されている。
【０１８６】
このような構成において、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４３に示すように、ホメオトロピック配向となり、図４２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５５４の屈折率は小さくなり、焦点距離が長くなる。
【０１８７】
ここで、図４２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 …（４８）
とする。なお、この条件式の下限値は、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４２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る。また、この条件式の上限値を満たさないと、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、そのために二重像が形成されてぼけた像しか得られなくなる。
【０１８８】
図４４（ａ）は本発明の実施の形態にかかる光学装置に用いる光学系に配置可能な可変偏角プリズムの一構成例を示す図である。この可変偏角プリズム５６１は、第１，第２の面５６２ａ，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３６に示した構成例において説明したのと同様に、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に交流電圧を印加して、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４４（ａ）に示す構成例では、透明基板５６２の内面５６２ｂをフレネル状に形成したが、例えば、図４４（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、あるいは図４１に示した構成例のような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（４１）式〜（４７）式が同様にあてはまる。
【０１８９】
このように構成された可変偏角プリズム５６１は、例えば、ＴＶカメラ、デジタルカメラ、フィルムカメラ、双眼鏡等の光学系の中に用いることにより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４５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４４および図４５に示す構成例では、液晶分子の図示を省略してある。
【０１９０】
図４６は本発明の実施の形態にかかる光学装置の光学系の中で、可変ミラー４０９の替わりに用いる可変焦点ミラー、すなわち、可変焦点レンズの一方のレンズ面に反射膜を設けて形成した可変焦点ミラーの構成例を示す図である。
本構成例の可変焦点ミラー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）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，５１３ｂ間には、図３６に示した構成例において説明したのと同様に、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に交流電圧を印加するようにする。なお、図４６では、液晶分子の図示を省略してある。
【０１９１】
このような構成によれば、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４１に示した構成例のような回折格子状にして、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。
【０１９２】
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、液晶に交流電圧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圧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。以上に説明した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５５２，５５３の一方、図４４（ａ）の構成例における透明基板５６３、図４４（ｂ）の構成例における透明基板５６２，５６３の一方、透明基板５６６，５６７の一方はなくてもよい。
以上、図３６から図４６の構成例で述べたような、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は、形状が変化しないため機械設計が容易である、機械的構造が簡単になる等のメリットがある。
【０１９３】
図４７は可変焦点レンズ１４０を、本発明の実施の形態にかかる光学装置の中で、撮像素子４０８の前方に用いた撮像光学系の一構成例を示す図である。撮像光学系は撮像ユニット１４１として用いることができる。
本構成例では、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と一対の電極１４５との間に密閉された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。
【０１９４】
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１４５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１４３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、本構成例によれば、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。
【０１９５】
なお、図４７中、１４５は透明電極、１４６は流体をためるシリンダーである。また、透明物質１４３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。
【０１９６】
なお、図４７の構成例において、可変焦点レンズ１４０は、シリンンダー１４６を設けるかわりに、図４８に示すように、透明部材１４２に対して平行な位置にリング状の支援部材１４７を設け、透明部材１４２と支援部材１４７との距離を維持した状態としてシリンダー１４６を省略した構造にしてもよい。
図４８の構成例では、支援部材１４７と透明部材１４２との間には、一対の電極１４５間に密閉された透明物質１４３と、外周側が変形可能な部材１４８で覆われた流体あるいはゼリー状物質４４とが介挿されており、透明物質１４３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４９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４８、図４９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。
【０１９７】
図４７、図４８に示す構成例では、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。
【０１９８】
図５０は本発明の実施の形態にかかる光学装置の撮像光学系の中に挿入可能な可変焦点レンズのさらに他の構成例に係る、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５０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。
【０１９９】
そして、図３５で示したようなマイクロポンプ１８０を、例えば、図５０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。
【０２００】
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化できてよい。
【０２０１】
図５１は本発明の実施の形態にかかる光学装置の光学系に適用可能な光学特性可変光学素子の他の構成例であって、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。
本構成例においては、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５１に示す状態においては凸レンズとしての作用を持っている。
【０２０２】
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５２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１６８が不要になるというメリットがある。
【０２０３】
本構成例では、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５０に示した構成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。
【０２０４】
図５３は本発明の実施の形態にかかる光学装置の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構成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。
本構成例の可変焦点レンズによれば、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５３中、２０４はレンズ形状の透明基板である。
本構成例においても、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。
【０２０５】
なお、図５１〜図５３の構成例において、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。
【０２０６】
図５４は本発明の実施の形態にかかる光学装置の光学系に適用可能な可変焦点レンズのさらに他の構成例を示す概略構成図である。
本構成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。
このように構成された可変焦点レンズ２０７は、電圧が低いときには、図５４に示すように、凸レンズとして作用し、電圧を上げると、図５５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。
従って、本構成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。
以上述べた図４７〜図５５に示した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る、大きさが自由に選べる、等のメリットがある。
【０２０７】
図５６は本発明の実施の形態にかかる光学装置の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構成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。
本構成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２１１を経由して紫外光が照射されるようになっている。
図５６中、２１２，２１３はそれぞれ中心波長がλ_１，λ_２の例えば紫外ＬＥＤ、紫外半導体レーザー等の紫外光源である。
【０２０８】
本構成例において、中心波長がλ_１の紫外光が図５７（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５７（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の形状は薄くなり、凸レンズ作用が減少する。
一方、中心波長がλ_２の紫外光がシス型のアゾベンゼン２１０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、本構成例の光学素子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紫外光が全反射するので外部に光がもれず、効率がよい。
【０２０９】
図５８は本発明の実施の形態にかかる光学装置の光学系に適用可能な可変ミラーのさらに他の構成例を示す概略構成図である。本構成例では、デジタルカメラの撮像光学系に用いられるものとして説明する。なお、図５８中、４１１は可変抵抗器を内蔵した駆動回路、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。
本構成例の可変ミラー４５は、支持台４２３で外周側が支持された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の薄膜からなる反射膜４５０を設けた４層構造として構成されている。
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５８中、４４９は光学系の変倍、あるいはズームを行なう釦であり、可変ミラー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。
【０２１０】
なお、本発明の光学装置に適用可能な可変ミラーに共通して言えることであるが、反射面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、たとえば楕円、卵形、多角形、等にするのが良い。なぜなら、図３３に示した構成例のように、可変ミラーは斜入射で用いる場合が多いが、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、そのように可変ミラーを変形させる為には、反射面の変形する部分を反射面に垂直な方向から見た時の形を、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。
【０２１１】
図５９（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態にかかる光学装置の光学系に適用可能な電磁駆動型の可変ミラーの構造を示した図である。
図５９（ｂ）は反射膜の反対側から見た図であり、変形部材にコイル（電極）が設けられて駆動回路から電流を流すことで永久磁石の磁場とで電磁力を生じ、ミラー形状が変化するようになっている。
コイルは薄膜コイル等を用いると製作が容易で、かつ、剛性を下げられるのでミラーが変形し易くて良い。
【０２１２】
図６０はニュートン式反射望遠鏡の従来例を示す概略構成図である。
本従来例の望遠鏡３４５では、対物面鏡３４４で反射された光は、斜鏡３１７で折り曲げられ、低倍接眼レンズ３１８の視野絞り３１９の位置に実像が結像し、利用者の眼３２０で観察することができるようになっている。低倍接眼レンズ３１８のかわりに高倍接眼レンズ３２１を用いれば、視野中央付近の高倍観察ができる。図中、３２２は高倍接眼レンズ３２１の視野絞りで、その大きさは、低倍接眼レンズ３１８の視野絞り３１９よりも小さい。
【０２１３】
低倍接眼レンズ３１８は光軸上では高倍観察に適している。
しかしながら、低倍接眼レンズ３１８を用いた場合には、視野周辺部で強いコマ収差が発生し、観察画像の鮮鋭度が低下する欠点があった。
そこで、図６１に示すように、本発明の一実施形態にかかる光学装置として形状可変ミラー４０９を用いた反射望遠鏡３２８では、斜鏡３１７のかわりに形状可変ミラー４０９を用いることで上記欠点を解決している。
なお、形状可変ミラー４０９としては、電磁駆動型あるいは圧電駆動型の可変ミラーが凹凸両方に変形できるので適しているが、他の駆動方式のものでもよい。
【０２１４】
本実施形態の反射望遠鏡３２８によれば、低倍接眼レンズ３１８を用いた場合、薄膜４０９ａの形は画像周辺部のコマ収差が減るように変形する。視野中心部の画像の鮮鋭度は低下するが、低倍のため目立たず、視野全面にわたり良好な画像が得られる。
一方、高倍率望遠鏡３２１を用いた場合には、薄膜４０９ａは平面になり、視野中心では収差のない鮮鋭度の高い画像が図６０に示した従来例の望遠鏡３４５の場合と同様に観察できる。
【０２１５】
形状可変ミラー４０９は、接眼レンズの交換に伴って収差が変化するように形状が変わるように、駆動回路３０４によって駆動される。
本実施形態の反射望遠鏡３２８のように、形状可変ミラー４０９を用いると、変倍機能のある観察装置でも利用者の使用する画像範囲について像の鮮鋭度を向上させることができる。
なお、形状可変ミラー４０９のかわりに可変焦点レンズ等を用いても良い。
【０２１６】
図６２は本発明のさらに他の実施形態にかかる光学装置として可変焦点レンズ２０１を用いた顕微鏡３２９の概略構成図である。
本実施形態の顕微鏡３２９では、物体３１４の像は高倍対物レンズ３３２によって拡大されて鏡筒レンズ３３４で結像され視野絞り３３５上に実像を作る。その実像を、観察者が接眼レンズ３３６で拡大して観察するようになっている。
高倍対物レンズ３３２は、レボルバー３３７により切り換えられて低倍対物レンズ３３８にすることもできる。
【０２１７】
従来の顕微鏡では、鏡筒レンズ３３４が通常のレンズで構成されていたため、対物レンズの交換に伴って生ずる対物レンズと鏡筒レンズとの組合せて生ずる収差が、対物レンズ変更時に変動し、必ずしも最良の結像状態とはならなかった。
そこで、本実施形態の顕微鏡３２９は、対物レンズの変更に連携して、可変焦点レンズ２０１の光線の屈折作用を変え、対物レンズと鏡筒レンズとを組合せた収差が最良になるように構成されている。
つまり、本実施形態の顕微鏡３２９では、観察される物体の範囲が変化したとき、その範囲の像の鮮鋭度が最良になるように、可変焦点レンズ２０１の収差が変わるように、可変焦点レンズ２０１を駆動するように演算装置４１４を介して駆動回路３４１が駆動制御されている。
【０２１８】
上記説明では、対物レンズと鏡筒レンズとを組合せた収差を最適化したが、対物レンズと、鏡筒レンズ３３４と、接眼レンズ３３６とを組合せた収差を各組合せに対して可変焦点レンズ２０１を変化させて最適化するように駆動制御してももちろん良い。
【０２１９】
また、以上においては、肉眼観察の場合について説明したが、フィルムカメラ、あるいは電子カメラ、ＴＶカメラ等を顕微鏡に組合せる場合においても同様に収差を最適化できる。
図６２に示した実施形態の顕微鏡３２９では、光路切換ミラー３３９を図において左側に退避することでＴＶカメラ３４２で撮影することができるようになっている。。
このとき、ＴＶカメラのレンズ３４３と、鏡筒レンズ３３４と、対物レンズとの組合せで生ずる収差を可変焦点レンズ２０１によって最適化することで、より良い撮影ができる。
このように、複数の対物レンズ、接眼レンズ、鏡筒レンズ等の光学ユニットを組合せて使用する光学装置の場合、各種組合せで変動する収差を可変焦点レンズ２０１のような光学特性可変光学素子を変化させて最適化することで、像の鮮鋭度を上げることができる。
なお、本実施形態においても、可変焦点レンズ２０１のかわりに形状可変ミラー４０９を用いてももちろん良い。
【０２２０】
最後に、本発明で用いる用語の定義を述べておく。
【０２２１】
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。
【０２２２】
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、光情報処理装置等が含まれる。
【０２２３】
撮像装置の例としては、フィルムカメラ、デジタルカメラ、ＰＤＡ用デジタルカメラ、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、携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ、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、携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ、などはいずれも電子撮像装置の一例である。
【０２２４】
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。
【０２２５】
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（ｈｅａｄｍｏｕｎｔｅｄｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話等がある。
【０２２６】
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。
【０２２７】
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、光インターコネクション装置、光情報処理装置等がある。
【０２２８】
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。
【０２２９】
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。
【０２３０】
光学特性可変光学素子とは、可変焦点レンズ、可変ミラー、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。
【０２３１】
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。可変ミラーには、焦点距離が変化せず、収差量が変化するようなミラー、可変焦点レンズに反射面を設けたミラー、形状の変わらない可変焦点ミラー、形状の変わる形状可変ミラー等を含むものとする。
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うるものを光学特性可変光学素子と呼ぶ。
本発明では、光学特性可変光学素子の拡張曲面となる光学面、すなわち、光偏光作用を有する光学面は、物体の光束に対し、光線通過位置の違いによる光束の分割を行わない大きさ（寸法）で形成されている。
【０２３２】
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。
【０２３３】
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発明の他に、次に示すような特徴も備えている。
【０２３４】
（１）光学特性可変光学素子を備えた光学系を有する変倍可能な光学装置において、変倍に伴って前記光学特性可変光学素子の光線偏向作用を変化させることにより、変倍に伴って変化する光学系の収差を最適化するようにしたことを特徴とする光学装置。
【０２３５】
（２）複数の光学ユニットを組合せて用いる光学装置において、いずれかのユニットが光学特性可変光学素子を備え、組合せの変更と共に前記光学特性可変光学素子の光線偏向作用を変化させることにより、変更に伴って変化する光学系の収差を最適化するようにしたことを特徴とする光学装置。
【０２３６】
（３）複数の光学ユニットを含む光学装置において、いずれかのユニットが光学特性可変光学素子を備え、変倍と共に前記光学特性可変光学素子の光線偏向作用を変化させることによって、変倍に伴って変化する光学系の収差を最適化するようにしたことを特徴とする光学装置。
【０２３７】
（４）前記光学装置が観察装置である請求項１、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の光学装置。
【０２３８】
（５）前記光学装置が望遠鏡である請求項１、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の光学装置。
【０２３９】
（６）前記光学装置が顕微鏡である請求項１、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の光学装置。
【０２４０】
（７）前記光学特性可変光学素子が可変焦点レンズであることを特徴とする請求項１、上記（１）〜（６）のいずれかに記載の光学装置。
【０２４１】
（８）前記光学特性可変光学素子が可変ミラーであることを特徴とする請求項１、上記（１）〜（６）のいずれかに記載の光学装置。
【０２４２】
（９）電子ズーム機能を備えた光学装置において、電子ズーム時に、光学系のある部分を変更することによって、電子ズーム時に利用される像領域の像の鮮鋭度を向上させるようにしたことを特徴とする光学装置。
【０２４３】
（１０）光学特性可変光学素子と、光学特性可変光学素子を駆動する駆動回路と、電子ズーム機能を備えた光学装置において、電子ズームを行う時に、光学特性可変光学素子を含む光学系の電子ズームで拡大する領域の像の鮮鋭度が最良になるように、光学特性可変光学素子を駆動するようにしたことを特徴とする光学装置。
【０２４４】
（１１）光学特性可変光学素子と、光学特性可変光学素子を駆動する駆動回路と、電子ズーム機能を備えた光学装置において、電子ズームを行う時に、光学特性可変光学素子を含む光学系の電子ズームで拡大する領域の像の鮮鋭度が物体距離の変化、温度、湿度、製造誤差、経時変化、振れ、光学的変倍のいずれか１つ以上で生ずる結像状態の変化も考慮して最良になるように、光学特性可変光学素子を駆動するようにしたことを特徴とする光学装置。
【０２４５】
（１２）光学特性可変光学素子と、光学特性可変光学素子を駆動する駆動回路と、電子ズーム機能を備えた光学装置において、電子ズームを行う時に、光学特性可変光学素子を含む光学系の電子ズームで拡大する領域の像の鮮鋭度が光学装置の製造誤差も含めて最良になるように、光学特性可変光学素子を駆動するようにしたことを特徴とする光学装置。
【０２４６】
（１３）光学特性可変光学素子と、光学特性可変光学素子を駆動する駆動回路と、駆動情報と、撮像素子と、電子ズーム機能を備えた光学装置において、電子ズームを用いて撮像を行う時に、光学特性可変光学素子を含む光学系の電子ズームで拡大する領域の像の収差が低減するように、光学特性可変光学素子を駆動するようにしたことを特徴とする光学装置。
【０２４７】
（１４）前記光学特性可変光学素子を含む光学系が単焦点光学系であることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
【０２４８】
（１５）前記光学特性可変光学素子を含む光学系がズーム光学系であることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
【０２４９】
（１６）オートフォーカス機能を備えた請求項２に記載の光学装置。
【０２５０】
（１７）前記光学特性可変光学素子に加わる駆動情報を変えつつ撮像を行い、撮像した画像のピントあるいはコントラストがほぼ最良になる駆動情報を求め、その駆動情報で可変ミラーを駆動し、撮像を行うようにしたことを特徴とする上記（１６）に記載の光学装置。
【０２５１】
（１８）像の振れ補正機能を備えた請求項２に記載の光学装置。
【０２５２】
（１９）光学特性可変光学素子と、光学特性可変光学素子を駆動する駆動回路と、少なくとも１つの光学素子群と、電子ズーム機能を備え、前記光学特性可変光学素子と、前記光学素子群とを電子ズーム時に連携して駆動することにより、電子ズーム時に利用される画像領域の鮮鋭度を向上させるようにしたことを特徴とする光学装置。
【０２５３】
（２０）電子ズームを行うのと同時に絞りを開くようにしたことを特徴とする請求項２、上記（９）〜（１９）のいずれかに記載の光学装置。
【０２５４】
（２１）電子ズームの倍率が、ある状態で次の式（１）を満足することを特徴とする請求項２、上記（９）〜（２０）のいずれかに記載の光学装置。
１．０５＜ β_Ｅ＜３０×√（Ｍ／１０^６） …（１）
ただし、β_Ｅは電子ズーム倍率、Ｍは撮像素子の画素数である。
【０２５５】
（２２）電子ズームの倍率が、ある状態で式（２）を満足することを特徴とする請求項２、上記（９）〜（２１）のいずれかに記載の光学装置。
Ｍ ≧ ２０万 …（２）
ただし、β_Ｅは電子ズーム倍率、Ｍは撮像素子の画素数である。
【０２５６】
（２３）前記光学装置が電話機能を備えたことを特徴とする請求項２、上記（９）〜（２２）のいずれかに記載の光学装置。
【０２５７】
（２４）前記光学装置が携帯電話である上記（２３）に記載の光学装置。
【０２５８】
（２５）前記光学装置が画像表示機能を備えたことを特徴とする請求項２、上記（９）〜（２３）のいずれかに記載の光学装置。
【０２５９】
（２６）前記光学装置が内視鏡である請求項２、上記（９）〜（２３）のいずれかに記載の光学装置。
【０２６０】
（２７）前記光学特性可変光学素子が可変ミラーであることを特徴とする請求項１、２、上記（１）〜（２６）のいずれかに記載の光学装置。
【０２６１】
（２８）電子ズーム時に前記光学素子群の少なくとも１つを移動させることにより、像の利用する部分の鮮鋭度を向上させるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
【０２６２】
（２９）電子ズーム時に絞りを開くことを特徴とする、撮像素子を備えた電子撮像装置。
【０２６３】
【発明の効果】
本発明によれば、小型で、変倍でき、変倍比を大きくしても画像の鮮鋭度が高い光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学装置の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】光学装置における撮像素子の撮像面と撮像される画像との関係を示す説明図である。
【図３】ＬＵＴにおけるデータの一構成例を示す説明図である。
【図４】光学装置における撮像素子の撮像面と撮像される画像との関係を示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態の光学装置を示す概略構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態の光学装置を示す概略構成図である。
【図７】本発明の第４実施形態の光学装置を示す概略構成図である。
【図８】本発明の第５実施形態の光学装置を示す概略構成図である。
【図９】本発明の光学装置に適用可能な光学系の第１実施例のＹ−Ｚ断面図である。
【図１０】第１実施例の物点距離無限遠における横収差図である。
【図１１】第１実施例の物点距離１５０ｍｍにおける横収差図である。
【図１２】第１実施例の光学系により２倍の電子ズームを行った場合の物体−Ｙ方向９．６７°（物体の方向がＸ：０．０００°でＹ：−９．６７°のことをいう）の波動光学的ＭＴＦ（１４０本／ｍｍ）を示すグラフであり、撮像素子の撮像面のサイズを２ｍｍ×１．５ｍｍと考えて、物体距離無限遠において像の鮮鋭度がこの領域内で向上するように薄膜４０９ａの形状を最適化したときのＭＴＦを示している。
【図１３】第１実施例の光学系により２倍の電子ズームを行った場合の物体−Ｙ方向９．６７°（物体の方向がＸ：０．０００°でＹ：−９．６７°のことをいう）の波動光学的ＭＴＦ（１４０本／ｍｍ）を示すグラフであり、撮像素子の撮像面のサイズを２ｍｍ×１．５ｍｍと考えて、物体距離１５ｃｍにおいて像の鮮鋭度がこの領域内で向上するように薄膜４０９ａの形状を最適化したときのＭＴＦを示している。
【図１４】第１実施例の光学系において薄膜４０９ａの形状を最適化しないときのＭＴＦを示すグラフであり、撮像面サイズが４ｍｍ×３ｍｍである場合の物体距離無限遠における薄膜４０９ａの形状を最適化しないときのＭＴＦを示している。
【図１５】第１実施例の光学系において薄膜４０９ａの形状を最適化しないときのＭＴＦを示すグラフであり、撮像面サイズが４ｍｍ×３ｍｍである場合の物体距離１５ｃｍにおける薄膜４０９ａの形状を最適化しないときのＭＴＦを示している。
【図１６】本発明の光学装置に適用可能な光学系の第２実施例の概略構成を示すＹ−Ｚ断面図であり、広角端の状態を示している。
【図１７】本発明の光学装置に適用可能な光学系の第２実施例の概略構成を示すＹ−Ｚ断面図であり、標準の状態を示している。
【図１８】本発明の光学装置に適用可能な光学系の第２実施例の概略構成を示すＹ−Ｚ断面図であり、望遠端の状態を示している。
【図１９】図１６〜図１８に示した第２実施例の光学系において、２倍電子ズームを行ったときのＭＴＦを示すグラフである。
【図２０】図１６〜図１８に示した第２実施例の光学系において、可変ミラーの形状を電子ズームを行うときに利用する画像の部分だけに対して最適化したときのＭＴＦを示すグラフである。
【図２１】本発明の光学装置に用いる光学系に適用可能な光学特性可変光学素子として形状可変ミラーの一構成例を示す概略図である。
【図２２】可変ミラー４０９の他の構成例を示す概略図である。
【図２３】図２１及び図２２の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２４】図２１及び図２２の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２５】可変ミラー４０９のさらに他の構成例を示す概略図である。
【図２６】可変ミラー４０９のさらに他の構成例を示す概略図である。
【図２７】可変ミラー４０９のさらに他の構成例を示す概略図である。
【図２８】図２７の構成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２９】可変ミラー４０９のさらに他の構成例を示す概略図である。
【図３０】図２９の構成例におけるコイル４２７の一配置例を示す説明図である。
【図３１】図２９の構成例におけるコイル４２７の他の配置例を示す説明図である。
【図３２】図２７に示した構成例において、コイル４２７の配置を図３１に示した構成例のようにした場合に好適な永久磁石４２６の配置を示す説明図である。
【図３３】本発明の光学装置の光学系に適用可能な可変ミラー４０９の概略構成図である。
【図３４】可変ミラーのさらに他の構成例に係る、マイクロポンプ１８０で流体１６１を出し入れし、レンズ面を変形させる可変形状鏡１８８の概略構成図である。
【図３５】マイクロポンプの一構成例を示す概略構成図である。
【図３６】本発明の光学装置の光学系に適用可能な可変焦点レンズの原理的構成を示す図である。
【図３７】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３８】図３６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３９】図３６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構成例を示す図である。
【図４０】本発明の光学装置に可変焦点レンズを用いたデジタルカメラ用の撮像光学系の一構成例を示す図である。
【図４１】本発明の光学装置の光学系に適用可能な可変焦点回折光学素子の一構成例を示す図である。
【図４２】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例を示す図である。
【図４３】図４２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４４】本発明の光学装置の光学系に適用可能な可変偏角プリズムの二つの構成例を示す図である。
【図４５】図４４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４６】本発明の光学装置の光学系に適用可能な可変焦点レンズとして機能できる可変焦点ミラーの一構成例を示す図である。
【図４７】本発明の光学装置の光学系に他の構成例の可変焦点レンズ１４０を用いた撮像光学系の概略構成図である。
【図４８】図４７の構成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４９】図４８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５０】本発明の光学装置の光学系に適用可能な可変焦点レンズのさらに他の構成例に係る、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の概略図である。
【図５１】本発明の光学装置の光学系に適用可能な光学特性可変光学素子の他の構成例であって圧電材料２００を用いた可変焦点レンズ２０１の概略図である。
【図５２】図５１の変形例に係る可変焦点レンズの状態説明図である。
【図５３】本発明の光学装置の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構成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図である。
【図５４】本発明の光学装置の光学系に適用可能な可変焦点レンズのさらに他の構成例を示す概略図である。
【図５５】図５４の構成例に係る可変焦点レンズの状態説明図である。
【図５６】本発明の光学装置の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構成例であってフォトニカル効果を用いた可変焦点レンズの概略図である。
【図５７】図５６の構成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５８】本発明の光学装置の光学系に適用可能な可変ミラーのさらに他の構成例を示す概略図である。
【図５９】本発明の実施の形態にかかる光学装置の光学系に適用可能な電磁駆動型の可変ミラーの構造を示した図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は反射膜の反対側から見た図である。
【図６０】ニュートン式反射望遠鏡の従来例を示す概略構成図である。
【図６１】本発明の一実施形態にかかる光学装置として形状可変ミラー４０９を用いた反射望遠鏡３２８の概略構成図である。
【図６２】本発明のさらに他の実施形態にかかる光学装置として、可変焦点レンズ２０１を用いた顕微鏡３２９の概略構成図である。
【符号の説明】
４５可変ミラー
５９透明電極
１０２レンズ
１０３制御系
１０３’ 回路
１０４，１４１撮像ユニット
１４０可変焦点レンズ
１４２透明部材
１４３透明物質
１４４流体あるいはゼリー状物質
１４５電極
１４６シリンダー
１４７支援部材
１４８外周側が変形可能な部材
１６０マイクロポンプ
１６１流体
１６２可変焦点レンズ
１６３透明基板
１６４弾性体
１６５透明基板
１６８制御装置（液溜）
１８０マイクロポンプ
１８１振動板
１８２，１８３電極
１８４，１８５弁
１８８可変ミラー
１８９膜
１８９ａ支持台
２００圧電材料
２００Ａ，２００Ｂ薄板
２０１可変焦点レンズ
２０２基板
２０６電歪材料
２０７可変焦点レンズ
２０８，２０９透明弾性体
２１０アゾベンゼン
２１１透明なスペーサー
２１２，２１３紫外光源
２１４可変焦点レンズ
３０１撮像光学系
３０１ａフィルター
３０２光学装置
３０３画像処理装置
３０４，３０４ｂ駆動回路
３０５記憶装置
３０６表示装置
３０７プリンター
３０８情報処理回路
３０９凹レンズ
３１０凸レンズ
３１１撮像素子の撮像面
３１２撮像面の中心部分
３１３ＬＵＴ（ルックアップテーブル）格納部
３１４物体（被写体，テストチャート）
３１５撮像面を４分割した一部分
３１６電話機能
３１７斜鏡
３１８低倍接眼レンズ
３１９低倍接眼レンズの視野絞り
３２０利用者の眼
３２１高倍接眼レンズ
３２２高倍接眼レンズの視野絞り
３２３，３２４，３２５，３２６レンズ群
３２７駆動装置
３２８反射望遠鏡
３２９顕微鏡
３３０形状の変らないミラー
３３１光学装置
３３２レンズ群（又は高倍対物レンズ）
３３４鏡筒レンズ
３３５視野絞り
３３６レンズ群（又は接眼レンズ）
３３７レボルバー
３３８低倍対物レンズ
３３９光路切換ミラー
３４１駆動回路
３４２ＴＶカメラ
３４３ＴＶカメラのレンズ
３４４対物面鏡
３４５望遠鏡
４０３撮像光学系
４０３ａ，４０３ｂ，４０３ｅレンズ
４０３ｃ絞り
４０３ｄ可変焦点レンズ
４０４プリズム
４０５二等辺三角プリズム
４０６ミラー
４０８撮像素子
４０９可変ミラー
４０９ａ薄膜
４０９ｂ，４０９ｄ，４０９ｋ電極
４０９ｃ，４０９ｃ’ 圧電素子
４０９ｃ−１，４０９ｅ，４０９ｊ基板
４０９ｃ−２電歪材料
４１１，４２５ａ，４２５ｂ駆動回路
４１１ａ，４１１ｂ可変抵抗器
４１２電源
４１３電源スイッチ
４１４演算回路（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
４２５ａ，４２５ｂ，４２８駆動回路
４２６永久磁石
４２７，４２８’ コイル
４４９釦
４５０反射膜
４５１変形可能な基板
４５２電極
４５３電歪材料
５１１，５５１可変焦点レンズ
５３２，５３３，５６２，５６３，５６６，５６７透明基板
５１３ａ，５１３ｂ透明電極
５１２ａ，５１２ｂ，５２２，５５２，５５３レンズ
５２３固体撮像素子
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
９００観察光学系
９０１接眼レンズ
９０２対物レンズ
ＣＧカバーガラス
ＤＭ形状可変ミラー
Ｇ１凹レンズ群
Ｇ１’ 負のパワーを有する固定レンズ群
Ｇ１５’ 正のパワーを有する固定レンズ群
Ｇ２凸レンズ群
Ｇ２’ 正のパワーを有する移動レンズ群
Ｇ３’ 負のパワーを有する固定レンズ群
Ｇ４’ 正のパワーを有する移動レンズ群
Ｇ５’ 正のパワーを有する固定レンズ群
ＦＬフィルター群
Ｓ絞り

Claims

光学特性可変光学素子を備えた光学系を有する光学装置において、利用する像に対応する物体範囲の変更と共に前記光学特性可変光学素子の光線偏向作用を変化させて、前記光学系の収差を最適化するようにしたことを特徴とする光学装置。
光学特性可変光学素子と、光学特性可変光学素子を駆動する駆動回路と、電子ズーム機能を備えたことを特徴とする光学装置。
少なくとも２群以上の光学素子群を有し、電子ズーム時に前記光学素子群の少なくとも１つに変更を与えることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。