JP2004333640A

JP2004333640A - 可変光学素子、光学ユニット及び撮像装置

Info

Publication number: JP2004333640A
Application number: JP2003126550A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Nagaoka; 利之永岡; Tetsuei Takeyama; 哲英武山
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-05-01
Filing date: 2003-05-01
Publication date: 2004-11-25
Also published as: US20040218283A1; US6934090B2

Abstract

【課題】可変光学素子、光学ユニット及び撮像装置において重力の影響による波面収差を最小限に抑える。
【解決手段】第１の液体１１と該第１の液体１１と混合することのない第２の液体１３とを容器１２内に収容し、前記２種類の液体への印加電圧の変化に応じて、前記第１の液体１１と前記第２の液体１３の界面１２形状を変化させることにより光学特性を変化させる可変光学素子１０であって、前記可変光学素子１０は、所定の基準に対して、前記可変光学素子１０を位置決めするための指標１を有し、前記指標１は、所定の基準に対して前記可変光学素子１０が位置決めされた状態において、前記可変光学素子１０の波面収差が所定値以下あるいは最小となることを示すものであることを特徴とする可変光学素子１０を提供する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変光学素子、光学ユニット及び撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、焦点距離を可変させる光学素子としては、第１の液体及びこの第１の液体と混合することのない第２の液体を容器に密閉し、界面形状を変化させることによって焦点位置を可変させる素子が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１の装置に使用されている光学素子は、比重が等しい第１の液体と第２の液体とを容器内に密閉し、この容器に設けられている電極に電圧を印加する。このことにより、第１液体と第２液体との界面張力が変化する。そのため、第２の液体が作るレンズでは、レンズの底面の直径，厚み及び曲率半径が変化する。このようにして、上記光学素子は焦点距離を変化させるようになっている。
また、上記光学素子に関しては、重力の影響を受けるために、収差が発生することが開示されている。ただし、これは、２種類の液体に密度差が生じており、なお且つ、光学素子が光軸に対し略水平方向に配されているときである。（例えば、非特許文献１。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２４９２６１号公報
【非特許文献１】
ＣｕｒｒｅｎｔＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎＬｅｎｓＤｅｓｉｇｎａｎｄＯｐｔｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩＩＩ：ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＯＦＳＰＩＥ，Ｖｏｌ４７６７，８−９Ｊｕｌｙ２００２
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に示されるような光学素子では、実際には２種類の異なる液体の比重を完全に一致させることは極めて困難である。このため、上記光学素子が、光軸の方向が略水平である光路中に配置される場合には、２つの液体は重力による影響を受けることになる。その結果、２つの液体の界面が、光軸に対して回転非対称な形状となる。よって、光学素子を透過した光の波面には、波面収差が発生する。
【０００５】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、少なくとも２種類の液体を有する光学素子において、その配置状態に起因する光学性能の劣化を所定値以下、あるいは最小限に抑えた可変光学素子を提供することを目的とする。また、その可変光学素子を備える光学ユニット，撮像装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、第１の液体と該第１の液体と混合することのない第２の液体とを容器内に収容し、前記２種類の液体への印加電圧の変化に応じて、前記第１の液体と前記第２の液体の界面形状を変化させることにより光学特性を変化させる可変光学素子であって、前記可変光学素子は、所定の基準に対して、前記可変光学素子を位置決めするための指標を有し、前記指標は、所定の基準に対して前記可変光学素子が位置決めされた状態において、前記可変光学素子の波面収差が所定値以下あるいは最小となることを示すものであることを特徴とする。
【０００７】
本発明は、第１の液体と該第１の液体と混合することのない第２の液体とを容器内に収容し、前記２種類の液体への印加電圧の変化に応じて、前記第１の液体と前記第２の液体の界面形状を変化させることにより光学特性を変化させる可変光学素子と、少なくとも一つの他の光学素子を有する光学ユニットであって、前記可変光学素子は、所定の基準に対して、前記可変光学素子を位置決めするための指標を有し、前記指標は、所定の基準に対して前記可変光学素子が位置決めされた状態において、前記光学ユニットの波面収差が所定値以下あるいは最小となることを示すものであることを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、上記に記載の光学素子を備える撮像装置を提供する。
また本発明は、上記に記載の光学ユニットを備える撮像装置を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態に係る可変光学素子について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る可変光学素子１０は、図１に示すように、第１の液体１１と、第２の液体１３と、これらの液体を収容する容器１４とから構成されている。ここで、第１の液体１１と第２の液体１３は、お互いが混合せず、両者の間に界面１２を形成する性質を有する。すなわち、両者は、１つの密閉された空間内において、互いに界面１２を境にして分離する性質を持っている。
容器１４は、２枚のカバーガラス１５，１６と、リング状の第１の電極１７及び第２の電極１８と、リング状のシール部材１９と、枠体２０とから構成されている。
カバーガラス１５と１６は、いずれも平行平面板である。両者は互いの面が平行となるように、所定の間隔で配置されている。カバーガラス１５と１６との間には、第１の電極１７、シール部材１９、第２の電極１８が配置されている。
第１の電極１７は外周面が円筒形状で、内周面が円錐形状になっている。そして、第１の電極１７の一方の端面が、カバーガラス１５と接するように配置されている。また、第１の電極１７の他方の端面は、シール部材１９と接している。このシール部材１９は、絶縁性を有している。
【００１０】
シール部材１９を挟んで第１の電極１７の反対側には、第２の電極１８が配置されている、第２の電極１８は、外周面も内周面も円筒形状である。第２の電極１８の一方の端面は、シール部材１９と接している。また、第２の電極１８の他方の端面は、カバーガラス１６と接している。
なお、２つのカバーガラス１５，１６、２つの電極１７，１８、シール部材１９の外径は、共に同じである。
また、枠体２０は外周面も内周面も円筒状である。そして、一方の端面に突起部が形成されている。枠体２０の内周面の内径は、上記の各部材（２つのカバーガラス１５，１６、２つの電極１７，１８、シール部材１９）の外径と略同じである。よって、上記の各部材を、枠体２０の内周面側に挿入することができる。
その際、枠体２０の突起部があるので、カバーガラス１５がこの突起部と接する。これにより、枠体２０内での上記の各部材の位置が決まる。更に、この突起部の反対側の内周面には、ネジ部が形成されている。一方、押さえ環２１には、その外周面にネジ部が形成されている。このネジ部の外径は、枠体２０のネジ部の内径と同じである。よって、この押さえ環２１により、カバーガラス１６側から、上記の各部材を押圧することができる。
【００１１】
第１の電極１７は、第１の液体１１と導通する位置に配置されている。また、第２の電極１８は、第２の液体１３と導通する位置に配置されている。そして、それぞれ別々に、電圧を印加できるようになっている。
また、枠体２０の外周面には、図１及び図３に示すように、例えば、刻印によるマーク（指標）１が設けられている。このマーク１は、以下のようにして付与されている。なお、図中、Ｂは鉛直方向（あるいは重力方向）を表している。また、水平方向は、鉛直方向と直交する方向である。
図１に示すように、光軸Ａが水平方向と平行になるように、可変光学素子１０を配置する。このとき、界面１２は重力の影響を受けて変形する。すなわち、界面１２の形状は、光軸Ａに対して回転非対称な形状となる。このため、可変光学素子１０を透過する光には、波面収差が発生することになる。
【００１２】
上記構成において、枠体２０と第１の液体１１は、互いが一体となって動くような関係にはなっていない。同様のことが、枠体２０と第２の液体１３においても言える。そこで、可変光学素子１０を、光軸Ａの回りに回転させたとする。この場合、枠体２０は回転するが、第１の液体１１及び第２の液体１３は回転しない。したがって、これらの液体を透過することによって生じる波面収差の方向は、回転に伴って変動することはない。
図２は、その様子を模式的に示した図である。図２において、図２（ａ）は、波面収差がない状態を示している。ここでは、可変光学素１０で収束光に変換された波面（球面波の波面）を、平面波と干渉させた時の様子である。波面収差がない状態では、各円の中心は一致している。よって、干渉縞の間隔は等間隔になっている。一方、図２（ｂ）は、液体を透過することによって、波面収差が生じている状態である。この状態では、各円の中心が下方にずれている。その結果、干渉縞の間隔は不等間隔になっている。ただし、図２（ｂ）では、可変光学素子１０が回転しても、各円のずれる方向は常に下方である。すなわち、波面収差の方向は変動しない。
一方、カバーガラス１５，１６では、その製造誤差等のために波面収差が生じる場合がある。よって、このような場合、カバーガラス１５，１６を透過する光には、波面収差が発生することになる。なお、θは回転方向における初期位置を示す任意の角度である。
上記構成において、カバーガラス１５，１６は、枠体２０に固定されている。そこで、可変光学素子１０を、光軸Ａ回りに回転させたとする。この場合、枠体２０の回転に伴って、カバーガラス１５，１６も回転する。したがって、カバーガラス１５，１６を透過することによって生じる波面収差の方向は、回転に伴って変動する。図２（ｃ）は、カバーガラスを透過することによって生じる波面収差である。図２（ｃ）では、各円のずれる方向が異なっている。この図からわかるように、カバーガラス１５，１６が回転すると、各円のずれる方向も変化している。すなわち、波面収差の方向が変動している。
このように、可変光学素子１０を光軸Ａの回りに回転させると、可変光学素子１０で発生する波面収差の方向は、光軸Ａ回りの回転位置に応じて変動する。なお、可変光学素子１０が所定の角度で回転した時の位置を、回転位置と呼ぶ。
【００１３】
上述のように、可変光学素子１０で発生する波面収差は、界面１２の変形による波面収差と、カバーガラス１５，１６により生じる波面収差とが重なったものである。そして、波面収差の発生源である界面１２と、カバーガラス１５，１６は、回転に対して異なる動きをする。そこで、本実施形態では、この点に着目して、以下のように可変光学素子１０を構成している。
まず、可変光学素子１０を、その光軸Ａが水平方向と平行になるように、適宜配置する。この位置を初期位置とする。そして、界面１２が所定の曲率半径となるように、第１の電極１７及び第２の電極１８に電圧を印加する。続いて、可変光学素子１０に平行光を入射させる。そうすると、可変光学素子１０を透過した光は、界面１２の曲率半径に応じた焦点位置に集光させられる。この状態で、光の透過波面を計測する。このようにして、初期位置における波面収差の値が求まる。
次いで、光軸Ａの回りに所定の角度だけ、可変光学素子１０を回転させる。そして、その状態での波面収差の値を求める。以降、回転位置を徐々に変化させながら、初期位置に戻るまで、この回転と波面収差の値の測定を繰り返し行なう。
上記のようにすると、可変光学素子１０が３６０°回転して初期位置に戻った時には、各回転位置での波面収差の値が全て求まっている。よって、その測定結果から、波面収差の値が最小になる回転位置を、求めることができる。
次に、この回転位置において、可変光学素子１０を基準となる位置から見る。ここで、基準となる位置とは、本実施形態では、カバーガラス１５を正面（光軸Ａの方向）から見た時の位置である。そして、この基準となる位置から見て、枠体２０の最も高い位置に、マーク１を設ける。
なお、マーク１を設ける基準としては、さまざまのものがある。例えば、仮想面として、光軸Ａと、光軸Ａと直交する鉛直方向の線を含む面（Ｙ−Ｚ面）を考える。この仮想面を基準と考えると、マーク１は、この基準面内に設けられていることになる。あるいは、仮想面として、光軸Ａと、光軸Ａと直交する水平方向の線を含む面（Ｘ−Ｚ面）を考える。この仮想面を基準と考えると、マーク１は、この基準面から、反時計回りに９０°の位置に設けられていることになる。
【００１４】
このように構成された可変光学素子１０において、マーク１の作用について、以下に説明する。
例えば、可変光学素子１０を使って、物体の像を形成することを考える。物体は、水平方向の遠方に位置しているとする。この場合、可変光学素子１０は、その光軸Ａが水平方向と平行になるように配置される。その際、基準となる位置から見て、枠体２０の最も高い位置にマーク１が一致するように、可変光学素子１０を配置する。あるいは、適当に配置した後、枠体２０の最も高い位置にマーク１が位置するまで、可変光学素子１０を光軸Ａの回りに回転させる。なお、ここでの基準となる位置は、マーク１を設けた時と同じである。すなわち、可変光学素子１０を配置する際に、カバーガラス１５を正面（光軸Ａの方向）から見た時の位置である。
このように配置すれば、可変光学素子１０で発生する波面収差の値を、最小限に抑えることができる。
【００１５】
なお、本実施形態においては、マーク１の付与方法として枠体２０の一部に刻印によりマーク１を設けたが、これに限定されない。例えば、シール材の一部を貼り付ける方法やペン，鉛筆によりマーク１を付与しても良い。なお、マーク１を設ける位置としては、図４（ａ）に示すような、光の入射面あるいは出射面側であっても良い。
また、可変光学素子１０を配置する際に、指標として認識できる位置であれば、マーク１の位置は最下位や真横であっても構わない。例えば、図３では、マーク１の位置を、枠体２０の最も高い位置とした。しかしながら、水平使用時の光軸Ａ回りの回転位置を指示できるところであれば、これに限定されるものではない。すなわち、枠体２０の最も低い位置に下位に、マーク１を設けてもよい。その場合、使用時には、マーク１が最下位になるように、可変光学素子１０を配置すれば良い。
なお、マーク１の形状としては、直線に代えて、図４（ｂ）に示すような、例えば、Ｖ字であっても良い。また、マーク１を設ける位置は、可変光学素子１０を透過する光束を遮らない位置が望ましい。
また、本実施形態では、波面収差が最小値となる回転位置で、マーク１を設けた。しかしながら、厳密に最小値を求める必要はない。よって、波面収差の値が、所定値以下となったときに、マーク１を設けてもよい。
また、各回転位置における波面収差の値を測定するにあたっては、可変光学素子１０を連続的に回転させても良い。そして、測定も連続的に行なっても良い。このようにすれば、より正確に、マーク１を設ける位置を得ることができる。
【００１６】
また、図５に示すように、入射あるいは出射端側のカバーガラス１５，１６の一方または両方に代えて、パワーを有するレンズ２２を採用しても良い。なお、レンズ２２の面２２ａは、球面，非球面，回折光学面及び自由曲面で構成することが可能である。また、レンズ２２の素材としてはガラスやプラスチックで構成することが可能である。
また、図６に示すように、枠体２０を延長させ、可変光学素子１０とは別の光学素子を一体的に固定し、光学ユニット３０を構成させてもよい。そして、光学ユニット３０を回転させ、全体の波面収差の値が最小値、あるいは所定値以下となる角度位置ようにマーク１を設けても良い。
【００１７】
次に、本発明の第２実施形態に係る撮像装置４０について、図７を参照して説明する。なお、撮像装置４０の説明において、上述した可変光学素子１０と構成を共通とする箇所には同一の符号を付して、説明を省略することにする。
本実施形態に係る撮像装置４０は、図７に示されるように、光を集光させる光学ユニット５０と、撮像素子４１とを備えている。撮像素子４１は、光学ユニット５０の焦点位置近傍に配置されている。
光学ユニット５０には、可変光学素子１０及び光学系３１が、それぞれ別の枠体２０，３２により支持されている。そして、これら枠体２０，３２は、光軸Ａが一致するように、嵌合可能に構成されている。
光学系３１は、凹レンズ３３、凸レンズ３４，３５から構成されている。これらのレンズは、可変光学素子１０とは別の光学素子である
撮像素子４１は、被写体光を光電変換するＣＣＤである。この撮像素子４１は光学ユニット５０によって形成された像位置に配置されている。
【００１８】
また、光学ユニット５０には、図８に示すように、例えば、刻印によるマーク２，３（指標）が設けられている。マーク２は、枠体２０の外周面に設けられている。また、マーク３は、枠体３２の光入射端面側に設けられている。
これらのマーク２、３は以下のようにして設けられる。
第１の設定方法について説明する。まず、光軸Ａが水平方向と平行になるように、可変光学素子１０を配置する。そして第１の実施形態で説明したように、可変光学素子１０単体で、波面収差がの値が最小になる回転位置を得る。そして、その位置で、枠体２０にマーク２を設ける。
次に、可変光学素子１０に光学系３１を嵌合させる。そして、可変光学素子１０を固定したまま、光学系３１を光軸Ａの回りに回転させる。このとき、各回転位置において、光学ユニット５０全体の波面収差の値を計測する。測定結果から、波面収差の値が最小になる回転位置を得る。そして、その回転位置となるように、光学系３１を回転させる。最後に、その回転位置で、枠体２０と枠体３２を、接着剤等で固定する。
なお、枠体２０と枠体３２を固定しない場合は、この回転位置で、枠体３２にマーク３を設ける。このとき、マーク３の一部がマーク２の一部と繋がるように、マーク３を設ける。このようにしておけば、可変光学素子１０と光学系３１を別々に配置する時に便利である。
この第１の設定方法は、光学系３１で発生する波面収差の値が、カバーガラス１５，１６や界面１２で発生する波面収差の値に比べて小さい場合に有効である。
【００１９】
第２の設定方法について説明する。光学ユニット５０を適宜配置する。次に、光学系３１を固定する。そして、可変光学素子１０だけを、光軸Ａの回りに回転させる。このとき、可変光学素子１０を回転させながら、各回転位置において、光学ユニット５０全体の波面収差の値を計測する。そして、光学ユニット５０全体の波面収差の値が最小値となる回転位置を得る。
この状態で、枠体２０と枠体３２を、接着剤等で固定する。そして、光学ユニット５０全体を回転させる。このとき、各回転位置において、光学ユニット５０全体の波面収差の値を計測する。測定結果から、波面収差の値が最小になる回転位置を得る。そして、その回転位置となるように、光学ユニット５０を回転させる。そして、その回転位置で、枠体２０にマーク２を設ける。あるいは、枠体３２にマーク３を設ける。
なお、枠体２０と枠体３２を固定しない場合は、この回転位置で、枠体３２にマーク３を設ける。このとき、マーク３の一部がマーク２の一部と繋がるように、マーク３を設ける。このようにしておけば、可変光学素子１０と光学系３１を別々に配置する時に便利である。
この第２の設定方法は、界面１２で発生する波面収差の値が、カバーガラス１５，１６や光学系３１で発生する波面収差の値に比べて小さい場合に有効である。なお、上記説明では、光学系３１を固定して可変光学素子１０を回転させたが、逆であっても良い。
【００２０】
第３の設定方法について説明する。光学ユニット５０を適宜配置する。次に、可変光学素子１０を固定する。そして、光学系３１だけを、光軸Ａの回りに回転させる。このとき、光学系３１を回転させながら、各回転位置において、光学ユニット５０全体の波面収差の値を計測する。そして、光学ユニット５０全体の波面収差の値が最小値となる回転位置を得る。そして、波面収差が最小値になる回転位置で、枠体３２にマーク３を設ける。
続いて、可変光学素子１０を、光軸Ａの回りに回転させる。このとき、可変光学素子１０を回転させながら、各回転位置において、光学ユニット５０全体の波面収差の値を計測する。そして、光学ユニット５０全体の波面収差の値が最小値となる回転位置を得る。最後に、その回転位置で、枠体２０と枠体３２を、接着剤等で固定する。
なお、枠体２０と枠体３２を固定しない場合は、この回転位置で、枠体２０にマーク２を設ける。このとき、マーク２の一部がマーク３の一部と繋がるように、マーク２を設ける。このようにしておけば、可変光学素子１０と光学系３１を別々に配置する時に便利である。
この第３の設定方法は、カバーガラス１５，１６で発生する波面収差の値が、界面１２や光学系３１で発生する波面収差の値に比べて小さい場合に有効である。
なお、界面１２、カバーガラス１５，１６、光学系３１の波面収差の大小関係は不明な場合が多い。よって、上記の各方法を行なって、最も波面収差の値が小さくなるようにするのが好ましい。
【００２１】
このように構成された撮像装置４０において、マーク２，３の作用について、以下に説明する。
例えば、撮像装置４０を使って、物体を撮像することを考える。物体は、水平方向の遠方に位置しているとする。この場合、撮像装置４０は、光学ユニット５０の光軸Ａが水平方向と平行になるように配置される。その際、基準となる位置から見て、枠体２０及び枠体３２の最も高い位置にマーク２，３が一致するように、撮像装置４０を配置する。あるいは、適当に配置した後、枠体２０及び枠体３２の最も高い位置にマーク２，３が位置するまで、撮像装置４０を光軸Ａの回りに回転させる。
このように配置すれば、光学ユニット５０で発生する波面収差の値を、最小限に抑えることができる。よって、波面収差を最小限に抑えた画像を撮影することができる。
【００２２】
なお、本実施形態においては、光学系３１を１つ用いて説明したが、２つ以上の光学系３１を用いてもよい。その場合は、それぞれを相対的に回転可能に組み合せておく。そして、波面収差の値が所定値以下となる回転位置を得る。そして、その回転位置で、適当な位置にマークを付与しても良い。なお、可変光学素子１０と、光学系３１の固定方法は、接着固定に限られない。例えば、ねじ留めであっても良い。なお、撮像素子４１は、ＣＣＤに限らず、例えば、ＣＭＯＳであっても良い。
【００２３】
次に、本発明の第３実施形態に係る撮像装置４２について、図９を参照して説明する。なお、撮像装置４２の説明において、上述した可変光学素子１０と構成を共通とする箇所には同一の符号を付して、説明を省略することにする。
撮像装置４２は、図９に示すように、光学系６０と、プリズム（反射部材）７０と、プリズム７０からの光を集光させる可変光学素子１０と、撮像素子４１とを備えている。ここで、プリズム７０は、光学系６０からの光を偏向させるために用いられる。また、可変光学素子１０は、プリズム７０からの光を集光させるために用いられる。撮像素子４１は、光学系６０と可変光学素子１０で形成される像位置に配置されている。
光学系６０は、凹レンズ６１と、凸レンズ６２とから構成されている。そして、光軸Ａが水平方向と平行になるように、光学系６０は配置されている。
プリズム７０は、光を反射して偏向させるものである。プリズム７０は、入射面及び出射面がそれぞれ平面となっている。また、プリズム７０の反射面７０ａは、Ｙ−Ｚ平面内において４５°の角度をなしている。そのため、光軸Ａは９０°折り曲げられ、鉛直方向に平行な光軸Ａ’になっている。そして、可変光学素子１０は、その光軸Ａ’上に配置されている。
本実施形態では、可変光学素子１０は、鉛直方向に平行な光軸Ａ’上に配置されている。この場合、界面１２には、全面にわたって重力がかかる。よって、重力が原因で、界面１２が局所的に変形することはない。しかしながら、電極１７、１８、シール部材１９の製作誤差により、僅かに界面１２が局所的に変形する。その結果、界面１２において波面収差が発生する。よって、本実施形態においても、枠体２０の外周面にマーク４（指標）が設けられている。
このマーク４の位置は、光学系６０、プリズム７０との組み合わせにおいて、波面収差が最小になった時の位置を示している。
【００２４】
このように構成された撮像装置４２において、マーク４の作用について、以下に説明する。
撮像装置４２では、光学系は互いに直交する光軸Ａ及びＡ’を有する。したがって、これまでの実施形態のように、光学系全体が光軸の回りに回転することはない。よって、マーク４は、撮像装置４２の光学系を組み立てる際に利用することになる。
図９では、光学系６０及びプリズム７０は、枠体６３で保持されている。そうすると、この枠体６３は、図７における枠体３２と同様に、枠体２０と接続される。この場合、枠体６３に対して、枠体２０は回転可能になっている。したがって、枠体６３に設けられたマーク５（指標）と、枠体２０に設けられたマーク４を一致させる。そして、両者を固定すれば、波面収差の値が最小になる光学系を、容易に組み立てることができる。
【００２５】
なお、本実施形態において、プリズム７０の入射面及び出射面を、屈折力を有する面としても良い。また、反射部材としてプリズム７０を用いたが、図１０に示すように、ミラー７１を用いても良い。なお、光学系６０で発生する波面収差を２λ以下にすることが望ましい。また、１００万画素以上の画素数を有する撮像素子４１を用いる場合、光学系６０で発生する波面収差は１λ以下にすることが望ましい。ここで、λはｄ線の波長である。なお、光学系６０のバックフォーカスを十分にとることが必要である。そこで、光学系６０としては負のパワーが先行するレトロフォーカスタイプとすることが望ましい。
【００２６】
次に、応用例を示す。図１１は、上述した撮像装置４２を、携帯電話４３に用いた例である。この場合、第１の電極１７及び第２の電極１８に印加する電圧により、可変光学素子１０の界面１２を変化させることができる。これにより、オートフォーカスやズーミングを行うことが可能となっている。
図１１に示すように、撮影の際には、通常、筐体４４の長手方向を上下方向に配置して撮影する。そのため、可変光学素子１０の光軸Ａは、鉛直方向と平行になる。よって、図９や図１０の撮像装置４２を用いれば、波面収差が最小限に抑えられた画像を得ることができる。
【００２７】
なお、図１２に示すように、撮像装置４２を、携帯端末装置４５に用いることもできる。携帯端末装置４５は、携帯できるサイズのパソコンや情報入力装置である。あるいは、図１３に示すように、撮像装置４２を、デジタルカメラ４６に用いることも可能である。なお、図１１や図１２の構成において、上述した可変光学素子１０、あるいは光学ユニット３０を用いた撮像装置、あるいは撮像装置４０を用いても良い。
図１４は、撮像装置に電力を供給する場合の構成例である。ここでは、制御部４７を介して、同一の電源部４８から、可変光学素子１０と撮像素子４１とに電源を供給している。このようにすれば、コンパクトな撮像光学系を構成することが可能となる。なお、この構成例は、上記の携帯電話４３、携帯端末装置４５及びデジタルカメラ４６において、利用することができる。
また、図１５に示すように、内視鏡４９の対物光学系７２に、本発明を用いることもできる。ここで、対物光学系７２は内視鏡４９の先端部にあり、可変光学素子１０を含んでいる。これは、使用時の向きを指定できる場合、マーク２，３が所定の位置に配置されるように光軸Ａ回りの回転角度を調節することで、波面収差の量を所定値以下にすることができる。
また、上記実施形態では、可変光学素子１０は、その光軸が鉛直方向あるいは水平方向と平行になるように配置されている。しかしながら、これに限定されるわけではない。例えば、図１６に示すように、光軸の傾きが、鉛直方向と水平方向との間になるように、可変光学素子１０を配置することもできる。図１６において、レンズ８１，８２とからなる光学系８０、８３はミラーである。
また、上記実施形態では、可変光学素子１０の中心軸は、光軸と一致している。しかしながら、中心軸が光軸に対して偏心（シフト、ティルト）していても良い。これは、積極的に界面１２で波面収差を発生させ、これを光学系全体の波面収差の最小化に利用するという考えである。
【００２８】
なお、本発明には、以下のものが含まれる。
【付記】
（付記項１）第１の液体と該第１の液体と混合することのない第２の液体とを容器内に収容し、前記２種類の液体への印加電圧の変化に応じて、前記第１の液体と前記第２の液体の界面形状を変化させることにより光学特性を変化させる可変光学素子であって、光軸が略水平方向に配されたときの波面収差が所定値以下となるように水平使用時の光軸回りの角度位置を指示する指標を有する可変光学素子。
この構成によれば、指標が所定の位置に配置されるように、可変光学素子の光軸回りの回転角度を調節することにより、略水平に光軸を配置して使用しても波面収差を所定値以下にすることが可能となる。
（付記項２）第１の液体と該第１の液体と混合することのない第２の液体とを容器内に収容し、前記２種類の液体への印加電圧の変化に応じて、前記第１の液体と前記第２の液体の界面形状を変化させることにより光学特性を変化させる可変光学素子と、少なくとも一つの他の光学素子を有する光学系とを組合せた光学ユニットであって、光軸が略水平方向に配されたときの波面収差が所定値以下となるように可変光学素子における水平使用時の光軸回りの角度位置を指示する指標を有する光学ユニット。
この構成によれば、指標が所定の位置に配置されるように、光学ユニットの光軸回りの回転角度を調節することにより、略水平に光軸を配置して使用しても光学ユニット全体の波面収差を所定値以下にすることが可能となる。
（付記項３）前記可変光学素子と、前記光学系とが光軸回りに相対回転可能に組合せられ、光軸が略水平に配されたときの波面収差が所定値以下となるように、水平使用時の光軸回りの可変光学素子と光学系との相対角度位置とを指示する相対角度指標を有する付記項２に記載の光学ユニット。
この構成によれば、可変光学素子と光学系とを相対回転させて、相対角度指標が所定の位置に配置されるように、光学ユニットの光軸回りの回転角度を調節することにより、略水平に光軸を配置しても光学ユニット全体の波面収差をさらに低減することができる。
（付記項４）第１の液体と該第１の液体と混合することのない第２の液体とを容器内に収容し、前記２種類の液体への印加電圧の変化に応じて、前記第１の液体と前記第２の液体の界面形状を変化させることにより光学特性を変化させる可変光学素子と、該可変光学素子の光軸を該光軸に交差する方向に曲げる少なくとも一つの反射部材とを備え、前記可変光学素子がその光軸の略鉛直に配置されている光学ユニット。
この構成によれば、可変光学素子の光軸を略鉛直に配置させることにより、重力の影響による波面収差を抑えることができるとともに、反射部材を用いて、鉛直方向に交差する方向の光軸を有する光学ユニットを構成することができる。
（付記項５）付記項１に記載の可変光学素子を備える撮像装置。
この構成によれば、波面収差の量を所定値以下となる可変光学素子または光学ユニットを撮像装置に組み込むことにより、波面収差を最小限に抑えた画像を撮影することができる。
（付記項６）付記項２から付記項４のいずれか１項に記載の光学ユニットを備える撮像装置。
この構成によれば、波面収差の量を所定値以下となる可変光学素子または光学ユニットを撮像装置に組み込むことにより、波面収差を最小限に抑えた画像を撮影することができる。
（付記項７）２種類の液体が収容されている容器の一部に光軸回りの角度位置を指示する指標が設けられている付記項１から付記項３に記載の撮像装置。
（付記項８）２種類の液体が収容されている容器を保持する枠体を有し、前記枠体の一部に光軸回りの角度位置を指示する指標が設けられている付記項１から付記項３に記載の撮像装置。
（付記項９）可変光学素子の他に用いている光学素子を保持する枠体を有し、前記枠体の一部に光軸回りの角度位置を指示する指標が設けられている付記項１から付記項３に記載の撮像装置。
（付記項１０）可変光学素子の光軸回りの角度位置を指示する指標として、マークが施されている付記項１から付記項３に記載の撮像装置。
（付記項１１）可変光学素子の光軸回りの角度位置を指示する指標として、枠体の形状が光軸に対して回転非対称である付記項１から付記項３に記載の撮像装置。
（付記項１２）波面収差が所定値以下となる角度位置を指示する指標を設けられている付記項１から付記項３に記載の撮像装置。
（付記項１３）波面収差が最小値となる角度位置を指示する指標を設けられている付記項１から付記項３に記載の撮像装置。
（付記項１４）波面収差を求める際に透過波面を測定する付記項１から付記項３に記載の撮像装置。
（付記項１５）撮像素子を備えた付記項１から付記項３に記載の撮像装置。
（付記項１６）光学系が負の屈折力を有する第１群と正の屈折力を有する第２群以降のいわゆるレトロフォーカスタイプで構成された付記項４に記載の撮像装置。
（付記項１７）反射部材がミラーで構成された付記項４に記載の撮像装置。
（付記項１８）反射部材がプリズムで構成された付記項４に記載の撮像装置。
（付記項１９）撮像素子と電源供給手段を備え、同一の電源供給部にて撮像作用と可変光学作用とを同一の電源供給手段によって行う付記項１から付記項４に記載の撮像装置。
（付記項２０）２種類の液体の屈折率が異なる付記項１から付記項４に記載の撮像装置。
（付記項２１）携帯電話に用いた付記項１から付記項４に記載の撮像装置。
（付記項２２）デジタルカメラに用いた付記項１から付記項４に記載の撮像装置。
（付記項２３）顕微鏡に用いた特許請求の範囲の付記項１から付記項４に記載の撮像装置。
（付記項２４）測定器に用いた付記項１から付記項４に記載の撮像装置。
（付記項２５）内視鏡に用いた付記項１から付記項４に記載の撮像装置。
（付記項２６）携帯端末に用いた付記項１から付記項４に記載の撮像装置。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る可変光学素子，光学ユニットは、指示手段及び相対角度指示手段を有することにより、重力の影響を受けて生じる波面収差を所定値以下にすることができる。また、これらを撮像装置に用いることにより、波面収差を最小限に抑えた画像を撮影することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る可変光学素子の断面図である。
【図２】可変光学素子を光軸回りに回転させたときの波面収差の方向を示す模式図であり、（ａ）は波面収差が発生していない状態を示し、（ｂ）は液体を透過することによって生じる波面収差の方向を示し、（ｃ）はカバーガラスを透過することによって生じる波面収差の方向を示す。
【図３】図２の可変光学素子に付与されているマークの位置を示す斜視図である。
【図４】図３の可変光学素子に付与されているマークの他の例を示す図であり、（ａ）はマークの他の位置を示し、（ｂ）はマークの他の形状の例を示す図である。
【図５】図２の可変光学素子の変形例でる。
【図６】図２の可変光学素子を用いた光学ユニットの例である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る撮像装置の断面図である。
【図８】図７の光学ユニットに付与されているマークの位置を示す斜視図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る撮像装置の断面図である。
【図１０】図９の撮像装置の変形例である。
【図１１】本発明を携帯電話に用いた例であり、（ａ）は全体図を示し、（ｂ）は内蔵されている光学系を示す。
【図１２】本発明を携帯端末装置に用いた例であり、（ａ）は全体図を示し、（ｂ）は内蔵されている光学系を示す。
【図１３】本発明をデジタルカメラに用いた例であり、（ａ）は全体図を示し、（ｂ）は内蔵されている光学系を示す。
【図１４】本発明の可変光学素子と、撮像素子との電源部を示す概略図である。
【図１５】本発明を内視鏡に用いた例である。
【図１６】撮像装置の変形例である。
【符号の説明】
１，２，３，４，５マーク（指標）
１０可変光学素子
１１第１の液体
１２界面
１３第２の液体
３０，５０光学ユニット
４０，４２撮像装置

Claims

第１の液体と該第１の液体と混合することのない第２の液体とを容器内に収容し、前記２種類の液体への印加電圧の変化に応じて、前記第１の液体と前記第２の液体の界面形状を変化させることにより光学特性を変化させる可変光学素子であって、
前記可変光学素子は、所定の基準に対して、前記可変光学素子を位置決めするための指標を有し、
前記指標は、所定の基準に対して前記可変光学素子が位置決めされた状態において、前記可変光学素子の波面収差が所定値以下あるいは最小となることを示すものであることを特徴とする可変光学素子。
第１の液体と該第１の液体と混合することのない第２の液体とを容器内に収容し、前記２種類の液体への印加電圧の変化に応じて、前記第１の液体と前記第２の液体の界面形状を変化させることにより光学特性を変化させる可変光学素子と、少なくとも一つの他の光学素子を有する光学ユニットであって、
前記可変光学素子は、所定の基準に対して、前記可変光学素子を位置決めするための指標を有し、
前記指標は、所定の基準に対して前記可変光学素子が位置決めされた状態において、前記光学ユニットの波面収差が所定値以下あるいは最小となることを示すものであることを特徴とする光学ユニット。
請求項１に記載の可変光学素子を備える撮像装置。
請求項２に記載の光学ユニットを備える撮像装置。