CN104246574A - 变焦透镜 - Google Patents

Abstract

变焦透镜(10A)具备由SLM或者VFL当中的任一者构成的第一透镜部(12)、光学结合在第一透镜部与焦平面(F)之间并且由SLM或者VFL当中的任一者构成的第二透镜部(14)、以及控制第一、第二透镜部(12,14)的焦点距离的控制部(16)。第一透镜部(12)与第二透镜部(14)的距离以及第二透镜部(14)与焦平面(F)的距离均不变。控制部(16)通过变更第一、第二透镜部(12,14)的焦点距离来使变焦透镜10A的放大倍率发生变化。由此，实现可以简易地构成并且可以缩短变更放大倍率时的所需时间的变焦透镜。

Description

变焦透镜

技术领域

本发明涉及一种变焦透镜。

背景技术

变焦透镜是指可以一边将透镜系统整体的焦点位置保持一定一边连续性地使焦点距离发生变化的透镜。一般而言，为了构成变焦透镜，需要使最低2组透镜在光轴上相对移动。即，如果在由2组透镜构成的光学系统中仅使一组移动，则能够使合成焦点距离发生变化，但是焦点位置也发生变化。相对于此，通过使2组两者移动，从而能够不使焦点位置发生变化地使合成焦点距离发生变化(参照非专利文献1)。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：朝仓书店“最新光学技术指南”第IV部1.3.2节c

发明内容

发明所要解决的技术问题

如前述所述，在由多个透镜组构成的现有变焦透镜中，为了使放大倍率发生变化，需要使透镜组在光轴方向上机械移动。然而，为了提高使透镜移动时的位置精度，需要极复杂的机构。另外，由于对于透镜组的移动而言需要一定的时间，因此也难以缩短变更放大倍率时的所需时间。

本发明是有鉴于上述的技术问题点而做出的，其目的在于提供一种能够简易地构成并且可以缩短变更放大倍率时的所需时间的变焦透镜

解决技术问题的手段

为了解决上述技术问题，本发明所涉及的变焦透镜，其特征在于：具备：第一透镜部，其由空间光调制元件或者可变焦点透镜当中的任一者构成；第二透镜部，其光学结合在第一透镜部与该变焦透镜的焦平面之间，由空间光调制元件或者可变焦点透镜当中的任一者构成；控制部，其控制第一透镜部和第二透镜部的焦点距离，第一透镜部与第二透镜部的距离和第二透镜部与焦平面的距离均不变，控制部通过变更第一透镜部和第二透镜部的焦点距离来使该变焦透镜的放大倍率发生变化。控制部具体而言例如通过将透镜图案(pattern)赋给空间光调制元件，或者控制可变焦点透镜的焦点距离来控制第一透镜部和第二透镜部的焦点距离。

在该变焦透镜中，替代现有变焦透镜中的2个以上透镜组而配置有由空间光调制元件或者可变焦点透镜当中的任一者构成的第一透镜部和第二透镜部。空间光调制元件和可变焦点透镜是不变更光轴方向的位置而能够使焦点距离发生变化的光学部件。因此，在第一透镜部与第二透镜部的距离以及第二透镜部与焦平面的距离被固定的状态下，能够任意变更变焦透镜系统整体的焦点距离并使放大倍率发生变化。另外，这些光学部件按照来自控制部的电信号，能够以极短时间变更焦点距离。因此，根据上述变焦透镜，能够缩短变更放大倍率时的所需时间。另外，由于不需要用于使透镜组移动的复杂结构，因此能够简易地构成变焦透镜系统整体。

发明的效果

根据本发明所涉及的变焦透镜，可以简易地构成并且能够缩短变更放大倍率时的所需时间。

附图说明

图1是表示第1实施方式所涉及的变焦透镜的结构的示意图。

图2是表示第1实施方式所涉及的变焦透镜中的焦点距离的关系的示意图。

图3(a)是示意性地表示表2所示的对应于实例1的成像的状态的示意图，图3(b)是示意性地表示表2所示的对应于实例2的成像的状态的示意图，以及图3(c)是示意性地表示表2所示的对应于实例3的成像的状态的示意图。

图4(a)是示意性地表示表2所示的对应于实例4的成像的状态的示意图，以及图4(b)是示意性地表示表2所示的对应于实例5的成像的状态的示意图。

图5是表示第1实施方式所涉及的变焦透镜的动作的例子的示意图。

图6是表示第2实施方式所涉及的变焦透镜的结构的示意图。

图7是表示作为第2实施方式一个变形例的变焦透镜的结构的示意图。

图8是表示作为第2实施方式别的变形例的变焦透镜的结构的示意图。

符号的说明：

10A,10B,10C…变焦透镜、12,22…第一透镜部、14,24…第二透镜部、16,26…控制部、28…激光光源、30…反射型空间光调制器、30a…光反射面、30b…第一透镜部、30c…第二透镜部、32…空间滤波器、34…准直透镜、36a～36e…反射镜、A,A1～A3…光轴、F…焦点面、f₁,f₂…焦点距离、f_c…合成焦点距离。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边详细说明本发明所涉及的变焦透镜的实施方式。另外，在附图说明中，对相同的要素赋予相同的符号，省略重复的说明。

(第1实施方式)

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的变焦透镜10A的结构的图。本实施方式的变焦透镜10A具备第一透镜部12、第二透镜部14和控制部16。第一透镜部12和第二透镜部14在沿着与变焦透镜10A的焦平面F交叉的规定的光轴A的方向上并列配置，第二透镜部14光学结合在第一透镜部12与焦平面F之间。

第一透镜部12由空间光调制元件(SLM；Spatial Light Modulator)或可变焦点透镜(VFL；Vari-Focal Lens)中的任一者构成。另外，第二透镜部14也同样地由空间光调制元件或可变焦点透镜中的任一者构成。即，作为第一透镜部12与第二透镜部14的组合，存在以下的4种模式。

[表1]

	第一透镜部	第二透镜部
			模式1	空间光调制元件	空间光调制元件
模式2	空间光调制元件	可变焦点透镜
			模式3	可变焦点透镜	空间光调制元件
模式4	可变焦点透镜	可变焦点透镜

在能够作为第一透镜部12或第二透镜部14使用的空间光调制元件中，有相位调制型的空间光调制元件例如折射率变化材料型SLM(例如在使用了液晶的物质中，LCOS(Liquid Crystal on Silicon)型、LCD(Liquid Crystal Display)等)、分块反射镜(Segment Mirror)型SLM、连续形状可变镜(Continuous Deformable Mirror)型SLM等。折射率变化材料型SLM、分块反射镜型SLM和连续形状可变镜型SLM通过电压、电流或写入光的施加赋予各种透镜图案，由此作为具有任意焦点距离的透镜发挥功能。

还有，在本实施方式中例示了透射型的空间光调制元件，但是空间光调制元件也可以是反射型的。另外，对于作为第一透镜部12或第二透镜部14的可变焦点透镜，适合使用例如像液晶、电光学结晶那样能够任意地使光路的折射率发生变化的透镜、能够使形状发生变化的透镜等。在这些可变焦点透镜中，通过电压、电流的施加来任意地控制焦点距离。

另外，与现有的变焦透镜不同，在本实施方式的变焦透镜10A中第一透镜部12与第二透镜部14的距离L₁以及第二透镜部14与焦平面F的距离L₂均不变，第一透镜部12和第二透镜部14的位置相对于焦平面F被相对固定。

控制部16控制第一透镜部12和第二透镜部14的焦点距离。在第一透镜部12(第二透镜部14)是空间光调制元件的情况下，控制部16将用于驱动空间光调制元件的各个像素的电信号(透镜图案)提供给第一透镜部12(第二透镜部14)。另外，在第一透镜部12(第二透镜部14)是可变焦点透镜的情况下，控制部16将用于控制该可变焦点透镜的焦点距离的电信号提供给第一透镜部12(第二透镜部14)。在变焦透镜10A中，通过这样控制部16变更第一透镜部12和第二透镜部14的焦点距离，从而放大倍率发生变化。还有，控制部16可以配置在容纳第一透镜部12和第二透镜部14的框体内，或者也可以配置在框体的外部。

例如，在第一透镜部12和第二透镜部14分别配置有空间光调制元件的情况下，控制部16使得在这些空间光调制元件中分别表示焦点距离f₁,f₂的透镜，并且在规定的焦平面F连结有焦点。现在，成为从第一透镜部12的前面(与第二透镜部14相对的面的相反侧的面)入射有准直光的结构。此时，例如如果令第一透镜部12的焦点距离f₁为无限大，令第二透镜部14的f₂等于距离L₂，则第一透镜部12和第二透镜部14的合成焦点距离f_c等于L₂。在该情况下，第一透镜部12不发挥作为透镜的功能而照原样地透过准直光。另外，例如如果令第一透镜部12的焦点距离f₁为从第一透镜部12到焦平面F的距离(L₁+L₂)，令第二透镜部14的f₂为无限大，则第一透镜部12和第二透镜部14的合成焦点距离f_c为(L₁+L₂)。虽然这些是特殊的例子，但是在本实施方式中控制部16是通过将第一透镜部12和第二透镜部14的焦点距离f₁和f₂设定成各种各样的长度，从而能够任意控制第一透镜部12和第二透镜部14的合成焦点距离。

这里，在变焦透镜10A的光学系统中，由于第一透镜部12、第二透镜部14和焦平面F的相互间距离被固定，因此在焦点距离f₁和f₂、以及合成焦点距离f_c之间产生关系性。以下，就该关系性进行说明。

如图2所示，令第一透镜部12的焦点距离为f₁，令第二透镜部14的焦点距离为f₂。在光学系统中，求出为了不使焦平面F的位置发生变化地变更合成焦点距离f_c而焦点距离f₁和f₂要满足的条件。该光学系统的合成焦点距离f_c以如下数学式(1)表示。

[数学式1]

$f_c=\frac{f_1{f}_2}{f_1+f_2-L_1}...\left(1\right)$

另外，对于与焦平面F的位置有关系的距离L₂、焦点距离f₂和δ有如下关系。

[数学式2]

$\mathrm{\δ}=L_2-f_2=\frac{f_2^2}{L_1-f_1-f_2}...\left(2\right)$

如果将数学式(2)变形，就焦点距离f₂进行求解，则得到如下数学式(3)。

[数学式3]

$f_2=\frac{(f_1-L_1)L_2}{f_1-L_1-L_2}...\left(3\right)$

如果将数学式(3)代入到数学式(1)，就焦点距离f₁进行求解，则得到如下数学式(4)。

[数学式4]

$f_1=\frac{f_c{L}_1}{f_c-L_2}...\left(4\right)$

同样地，如果就合成焦点距离f_c进行求解，则得到如下数学式(5)。

[数学式5]

$f_c=\frac{f_1{L}_2}{f_1-L_1}...\left(5\right)$

如果将数学式(4)代入到数学式(3)，则得到如下数学式(6)。

[数学式6]

$f_2=\frac{L_1{L}_2}{L_1+L_2-f_c}...\left(6\right)$

从上述数学式(4)和(6)可知，如果赋予所期望的合成焦点距离f_c以及距离L₁和L₂，则能够算出焦点距离f₁和f₂。另外，可知可以使用数学式(5)来验算该算出结果。控制部16包含算出焦点距离的功能，并基于第一、第二透镜部12,14的合成焦点距离f_c、第一透镜部12与第二透镜部14的距离L₁、以及第二透镜部14与焦平面F的距离L₂，算出第一、第二透镜部12,14的焦点距离f₁,f₂。另外，控制部16以成为那些被算出的焦点距离f₁,f₂的方式进行变更第一、第二透镜部12,14各自的焦点距离的控制。另外，控制部16在焦点距离算出中也可以从所期望的放大倍率算出合成焦点距离f_c。还有，关于数学式(4)和(6)，在分母成为0的情况下值为不定，这些情况相当于前述的例子(第一透镜部12和第二透镜部14中的任一个的焦点距离为无限大的情况)。即，数学式(6)的分母为0是焦点距离f₁＝(L₁+L₂)且焦点距离f₂为无限大的情况，数学式(4)的分母为0是焦点距离f₁为无限大且焦点距离f₂＝L₂的情况。还有，第一透镜部12和第二透镜部14根据焦点距离f₁,f₂的长短来确定是凹透镜还是凸透镜。在焦点距离f₁,f₂的值为正的情况下为凸透镜，反之为负的情况下为凹透镜。

表2是表示焦点距离f₁和f₂的值与对应的合成焦点距离f_c的值的关系的表。另外，图3(_a)、图3(b)、图3(_c)、图4(_a)和图4(b)是示意性地表示表2所示的对应于5个实例1～5的成像的状态的图。

[表2]

	fc	f1	f2	倍率
					实例1	fc＞L1+L2	正	负	超低倍率
实例2	fc＝L1+L2	L1+L2	∞	低倍率
					实例3	L1+L2＞fc＞L2	正	正	中倍率
实例4	fc＝L2	∞	L2	高倍率
					实例5	L2＞fc＞0	负	正	超高倍率

实例1：如表2所示，在实例1中，焦点距离f₁为正，焦点距离f₂为负，合成焦点距离f_c大于(L₁+L₂)。在这样的情况下，如图3(a)所示由于第二透镜部14的数值孔径(NA)变为最小，因此放大倍率为“超低倍率”。

实例2：如表2所示，在实例2中，焦点距离f₁＝(L₁+L₂)，焦点距离f₂为无限大。在该情况下，合成焦点距离f_c＝(L₁+L₂)。在这样的情况下，如图3(b)所示由于第二透镜部14的数值孔径稍稍变小，因此放大倍率为“低倍率”。

实例3：如表2所示，在实例3中，焦点距离f₁和f₂均为正，合成焦点距离f_c大于L₂小于(L₁+L₂)。在这样的情况下，如图3(c)所示由于第二透镜部14的数值孔径具有某种程度的大小，因此放大倍率为“中倍率”。

实例4：如表2所示，在实例4中，焦点距离f₁为无限大，焦点距离f₂＝L₂。在该情况下，合成焦点距离f_c＝L₂。在这样的情况下，如图4(a)所示由于第二透镜部14的数值孔径变得更大，因此放大倍率为“高倍率”。

实例5：如表2所示，在实例5中，焦点距离f₁为负，焦点距离f₂为正，合成焦点距离f_c大于0小于L₂。在这样的情况下，如图4(b)所示由于第二透镜部14的数值孔径变为最大，因此放大倍率为“超高倍率”。

在以上所说明的本实施方式的变焦透镜10A中，替代现有变焦透镜中的2个以上的透镜组而配置有由空间光调制元件或者可变焦点透镜当中的任一者构成的第一透镜部12和第二透镜部14。如上述所述，空间光调制元件和可变焦点透镜是不变更光轴A的方向上的位置而能够使焦点距离f₁,f₂发生变化的光学部件。因此，在第一透镜部12与第二透镜部14的距离L₁、以及第二透镜部14与焦平面F的距离L₂被固定的状态下，能够任意变更变焦透镜系统整体的合成焦点距离f_c来使放大倍率发生变化。另外，这些光学部件能够按照来自控制部16的电信号以极短的时间变更焦点距离f₁,f₂。因此，根据本实施方式的变焦透镜10A，与现有的变焦透镜相比较能够大幅度地缩短变更放大倍率时的所需时间。另外，由于不需要用于使透镜组移动的复杂结构，因此能够简易地构成变焦透镜系统整体。

还有，在本实施方式的变焦透镜10A中，以下所说明的那样的动作也是可能的。

<衍射光栅图案的重叠>

在第一透镜部12和第二透镜部14当中的至少一者由空间光调制元件构成的情况下，控制部16将使各种各样的衍射光栅图案等相位图案重叠在对第一透镜部12和第二透镜部14两者或者任一者提供的透镜图案而成的重叠图案呈现在空间光调制元件。由此，例如如图5(a)所示在与光轴A不同的任意光轴A1上移动焦点位置的所谓光束操纵变得可能。这样的结构例如能够通过将包含输入到第一透镜部12的光的中心轴线的直线与包含从第二透镜部14输出的光的中心轴线的直线相互分开那样的透镜图案赋予空间光调制元件来实现。在这样的结构中，能够使在第一透镜部12与第二透镜部14之间行进的光P2的光轴倾斜，并且能够使在第二透镜部14与焦平面F之间行进的光P2的光轴A1与第一透镜部12和第二透镜部14的光轴A平行。

另外，控制部16通过将使规定的衍射光栅图案等相位图案重叠在透镜图案而成的重叠图案呈现在空间光调制元件，从而如图5(b)所示在第一透镜部12与第二透镜部14之间形成相对于光轴A在相互不同的方向上倾斜的多个(图中为2个)光轴，并且在与光轴A不同的多个光轴(例如图中的A2和A3)上移动焦点位置这样的光束操纵也是可能的。这样的结构例如能够通过将从第二透镜部14输出的光相对于输入到第一透镜部12的光分割成多个光路那样的透镜图案赋给空间光调制元件来实现。另外，例如通过将由基于不同的焦点距离的相位图案构成的重叠图案同时呈现在空间光调制元件，从而也可以使多个光轴(例如图中的A2和A3)上的在焦点位置的放大倍率不同。

还有，在如图5(b)所示的结构中也，可以在第二透镜部14与焦平面F之间配置物镜，使光P3,P4的聚光位置与物镜的后侧焦点一致。由此，能够在物镜通过后使2个光P3,P4相互干涉，并且利用干涉效应的微细加工变得可能。另外，这样的干涉效应通过变更物镜通过后的光P3,P4的光轴倾斜角或光P3,P4的数值孔径(NA)来任意控制。另外，使用数值孔径相互不同的多个光来进行多点加工也是可能的。

另外，控制部16也可以通过将使规定的衍射光栅等相位图案重叠在透镜图案而成的重叠图案呈现在空间光调制元件，从而如图5(c)所示将第一透镜部12分割成多个(图中为2个)区域，并且在这些区域的各个与第二透镜部14之间形成相对于光轴A倾斜的(或者平行的)光轴。根据图5(c)所示的结构，与图5(b)的结构相比较能够减小第一透镜部12的衍射角，并且能够减少第一透镜部12的负担。这里，就第一透镜部12的负担作如下说明。在第一透镜部12是由空间光调制元件(SLM)构成的情况下，要显示在该SLM的透镜图案为被称为菲涅尔透镜图案的相位图案。该图案由如下数学式(7)导出

[数7]

$\mathrm{\&phi;}\left(r\right)=\mathrm{mod}(-\frac{{\mathrm{\&pi;r}}^2}{\mathrm{\&lambda;f}},2\mathrm{\&pi;})...\left(7\right)$

在数学式(7)中，r为与透镜图案的中心点的距离，λ为入射的光束的波长，f为透镜的焦点距离。另外，该数学式(7)表示在可以表现直至相位差2π(rad)的SLM中为了表示菲涅耳透镜图案而使用了以2π(rad)折返相位的方法(称为相位折叠)的情况。如从该数学式(7)可知，随着远离透镜图案的中心点，相位变得陡峭。因此，在透镜图案的周边部，相位折返频繁发生。而且，如果相位折返的间隔比SLM的像素间距的2倍要短，则已经不能再表现菲涅耳透镜图案。为了避免这样的现象，在NA变得过大的情况下，可以使用图5(c)所示的结构来限制NA，并且通过将光分割成多个区域来有效地使用光。

如图5(a)～图5(c)所示,根据本实施方式的变焦透镜10A，除了焦点距离变更之外，焦平面F上的焦点位置的变更或焦点的分割的这样的在现有光学透镜不可能的控制变得可能。

<全息图案的重叠>

在第一透镜部12和第二透镜部14当中的至少一者由空间光调制元件构成的情况下，控制部16能够使使用计算机由GS法等迭代傅立叶变换法等运算方法设计的各种全息图案(相位图案)重叠在对第一透镜部12和第二透镜部14两者或者任一者提供的透镜图案。由此，可以将多个图像在相互不同的位置同时成像。

<像差修正图案的重叠>

在第一透镜部12和第二透镜部14当中的至少一者由空间光调制元件构成的情况下，控制部16能够使用于修正由光学系统所包含的失真或可变焦点透镜产生的像差的相位图案重叠在对第一透镜部12和第二透镜部14两者或者任一者提供的透镜图案。

第一透镜部12与第二透镜部14分别配置的透镜、或作为第一透镜部12和第二透镜部14使用的可变焦点透镜有时稍微具有失真。为了高精度地进行相位调制，期望修正由这样的失真引起的像差。因此，可以在赋给第一透镜部12和/或第二透镜部14的透镜图案重叠用于修正像差的图案。由此，可以以高精度构成光学系统。另外，根据本实施方式的变焦透镜10A，由于这样在修正像差时也不需要复杂的透镜成形，因此能够简易地构成透镜系统整体。

以上所说明的本实施方式所涉及的变焦透镜10A也可以用于傅立叶变换全息图再生光学系统。在该情况下，能够将第一透镜部12和第二透镜部14中的任一者作为全息图呈现元件来兼用。如果像现有那样使用固定透镜作为傅立叶变换透镜，则再生图像的大小被固定，但是通过使用本实施方式所涉及的变焦透镜10A，从而能够使再生图像的大小发生变化。

另外，本实施方式所涉及的变焦透镜10A也可以用于无透镜光学相关器。在现有的无透镜光学相关器中，其焦点距离依赖于呈现输入图案的空间光调制元件与呈现滤波图案的空间光调制元件之间的距离，因而不能改变焦点距离，不能切换单个光相关器与并列光相关器。根据本实施方式的变焦透镜10A，可以不变更第一透镜部12和第二透镜部14这样的光学部件的配置来进行单个光相关器与并列光相关器的切换。即，通过将从控制部16提供给第一透镜部12和第二透镜部14的透镜图案作为透镜阵列图案，从而能够简易地实现并列进行光相关运算的并列光相关器。

另外，本实施方式所涉及的变焦透镜10A也可以用于显微镜。在该情况下，可以容易且短时间地变更观察倍率。例如，在扫描激光显微镜中，将由物镜等聚光的激光在对象物上光栅扫描并使用由被照射的激光从对象物产生的发光(例如荧光、反射光或者散射光等)来进行成像，但是通过使用本实施方式所涉及的变焦透镜10A，从而能够容易且短时间地变更聚光后的激光的直径。因此，能够容易地控制扫描次数，并且能够根据需要切换比较粗略且短时间测定对象物整体的方式和耗费时间详细地测定仅对象物一部分的方式。另外，根据本实施方式的变焦透镜10A，由于能够容易地移动焦点位置(例如参照图5(a)～图5(c))，因此能够容易地变更观察位置，并且与如现有那样的切换倍率不同的物镜的结构相比较，处理变得特别容易。另外，通过将变焦透镜10A用于显微镜的成像光学系统，从而能够不使光轴方向上的成像位置发生变化地任意变更视野和分辨率。

另外，本实施方式所涉及的变焦透镜10A也可以用于激光加工。在该情况下，由于能够容易且短时间地变更聚光点的纵向或横向的直径，因此能够容易改变加工痕迹的形状。另外，利用小的聚光点的微细加工变得可能，或者能够通过扩大聚光点来谋求加工的高速化。

(第2实施方式)

图6是表示本发明的第2实施方式所涉及的变焦透镜10B结构的图。本实施方式的变焦透镜10B具备第一透镜部22、第二透镜部24和控制部26。第一透镜部22和第二透镜部24由反射型空间光调制元件构成，并且分别具有光反射面22a和24a。另外，如图6所示变焦透镜10B还具备激光光源28、空间滤波器32、准直透镜34、反射元件即反射镜36a～36e。

在本实施方式中，通过以下所述的构造，第二透镜部24光学结合在第一透镜部22与焦平面F之间。即，第二透镜部24的光反射面24a经由多个反射元件即反射镜36d和36c而与第一透镜部22的光反射面22a光学结合，同时经由反射镜36e而与焦平面F光学结合。另外，在第一透镜部22的光反射面22a，经由反射镜36b和36a而入射有准直光P1。准直光P1例如通过如下方式适当生成：从激光源28出射的激光通过空间滤波器32的聚光透镜32a和针孔32b而除去波前噪声或失真之后，通过准直透镜34而被平行化。

同样在本实施方式的变焦透镜10B中，第一透镜部22与第二透镜部24的光学距离(即从第一透镜部22经过反射镜36c,36d而到达第二透镜部24的距离)以及第二透镜部24与焦平面F的光学距离(即从第二透镜部24经过反射镜36e而到达焦平面F的距离)均不变，第一透镜部22和第二透镜部24的位置相对于焦平面F而被相对固定。

控制部26控制第一透镜部22和第二透镜部24的焦点距离。控制部26通过将用于驱动空间光调制元件的各个像素的电信号(透镜图案)提供给第一透镜22和第二透镜部24，从而在这些空间光调制元件中表示各个焦点距离f₁,f₂的透镜，并且在规定的焦平面F上连结有焦点。在变焦透镜10B中，通过这样控制部26变更第一透镜部22和第二透镜部24的焦点距离，从而放大倍率发生变化。还有，控制部26可以配置在容纳第一透镜部22和第二透镜部24的框体内，或者也可以配置在框体的外部。

如本实施方式所述，第一透镜部和第二透镜部也可以由反射型空间光调制元件构成。在这样的情况下也能够起到与前述的第1实施方式同样的效果。

(变形例)

图7是表示作为第2实施方式一个变形例的变焦透镜10C结构的图。本变形例所涉及的变焦透镜10C与第2实施方式的不同点在于第一透镜部和第二透镜部的结构。即，在本变形例中，变焦透镜10C具备一个反射型空间光调制元件30，第一透镜部和第二透镜部由单个反射型空间光调制元件30构成，其光反射面30a当中的一部分区域(第一区域)作为第一透镜部30b使用，另一部分区域(第二区域)作为第二透镜部30c使用。在本变形例中，第二透镜部30c经由反射镜36d和36c而与第一透镜部30b光学结合，同时经由反射镜36e而与焦平面F光学结合。另外，在第一透镜部30b，经由反射镜36b和36a入射有准直光P1。

同样在本变形例的变焦透镜10C中，第一透镜部30b与第二透镜部30c的光学距离以及第二透镜部30c与焦平面F的光学距离均不变，第一透镜部30b和第二透镜部30c的位置相对于焦平面F被相对固定。

控制部26控制第一透镜部30b和第二透镜部30c的焦点距离。控制部26通过将用于驱动空间光调制元件30的各个像素的电信号(透镜图案)提供给空间光调制元件30，从而在第一透镜部30b和第二透镜部30c表示各个焦点距离f₁,f₂的透镜，并且在规定的焦平面F上连结有焦点。在变焦透镜10C中，通过这样控制部26变更第一透镜部30b和第二透镜部30c的焦点距离，从而放大倍率发生变化。

如本变形例所述，第一透镜部和第二透镜部也可以由相互共有的单个空间光调制元件构成。在这样的情况下也能够起到与前述的第1实施方式同样的效果。

本发明所涉及的变焦透镜并不限于上述的实施方式和变形例，可以进行其他各种变形。例如，在图1中作为变焦透镜10A的结构仅表示了第一透镜部12和第二透镜部14，但是变焦透镜除了第一透镜部和第二透镜部之外还可以具备固定透镜等光学部件。例如，在使用空间光调制元件作为第一透镜部和第二透镜部的情况下，其焦点距离有下限。因此，在变焦透镜的焦点距离的可变范围内也产生限制。在那样情况下，通过在光轴上适当插入固定透镜，从而可以超出其限制使焦点距离发生变化。

另外，在上述的实施方式和变形例中，例示了入射到第一透镜部的光为平行光的情况，但是入射到第一透镜部的光并不限于平行光，能够适用各种各样的光。

另外，在第2实施方式或变形例中，作为将光入射出射于第一透镜部和第二透镜部的光学系统，除了图6或图7所示的结构之外各种各样的形态也是可能的。例如，可以替代空间滤波器32和准直透镜34而设置扩展器，也可以将反射镜36a～36e置换成例如三角棱镜这样的其他光反射光学部件。另外，如图8所示，不使用反射镜的结构也是可能的。另外，在图8的结构中，构成第一透镜部22的反射型空间光调制元件与构成第二透镜部24的反射型空间光调制元件优选以它们的光反射面22a,24a相互平行的方式配置。在该情况下，能够使入射光与出射光大致平行，并且能够使装置比较小型。

在上述实施方式所涉及的变焦透镜中，成为如下结构，即，具备：第一透镜部，其由空间光调制元件或可变焦点透镜当中的任一者构成；第二透镜部，其光学结合在第一透镜部与该变焦透镜的焦平面之间，并且由空间光调制元件或可变焦点透镜当中的任一者构成；控制部，其通过将透镜图案赋给空间光调制元件，或者控制可变焦点透镜的焦点距离来控制第一透镜部和第二透镜部的焦点距离，第一透镜部与第二透镜部的距离以及第二透镜部与焦平面的距离均不变，控制部通过变更第一透镜部和第二透镜部的焦点距离来使该变焦透镜的放大倍率发生变化。

另外，变焦透镜可以成为如下结构：第一透镜部和第二透镜部当中的至少一者由空间光调制元件构成。由此，除了焦点距离的变更之外，焦平面上的焦点位置的变更或焦点的分割这样的在现有的光学透镜中不可能的控制变得可能。这样的控制例如通过控制部在赋给空间光调制元件的透镜图案重叠衍射光栅或者全息图案来实现。

另外，在第一透镜部和第二透镜部当中的至少一者由空间光调制元件构成的情况下，控制部也可以在赋给空间光调制元件的透镜图案重叠用于修正在该变焦透镜中产生的像差的图案。如此，根据上述变焦透镜，能够在修正像差时不需要复杂的透镜成形而简易地构成系统整体。

另外，在上述实施方式所涉及的变焦透镜中，成为如下结构，即，具备：第一透镜部，其由空间光调制元件或可变焦点透镜当中的任一者构成；第二透镜部，其光学结合在第一透镜部与该变焦透镜的焦平面之间，并且由空间光调制元件或可变焦点透镜当中的任一者构成；控制部，其控制第一透镜部和第二透镜部的焦点距离，第一透镜部与第二透镜部的距离以及第二透镜部与焦平面的距离均不变，控制部通过变更第一透镜部和第二透镜部的焦点距离来使该变焦透镜的放大倍率发生变化。

这里，控制部具体而言例如在透镜部(第一透镜部或者第二透镜部)由空间光调制元件构成的情况下，通过将透镜图案赋给该空间光调制元件来控制透镜部的焦点距离。另外，控制部在透镜部由可变焦点透镜构成的情况下，通过控制该可变焦点透镜的焦点距离来控制透镜部的焦点距离。

另外，在上述的结构中，变焦透镜可以成为如下结构：第一透镜部和第二透镜部当中的至少一者由空间光调制元件构成，控制部将透镜图案赋给空间光调制元件。

另外，变焦透镜可以成为如下结构：第一透镜部和第二透镜部分别由反射型空间光调制元件构成。另外，在该情况下，可以成为如下结构：构成第一透镜部的反射型空间光调制元件和构成第二透镜部的反射型空间光调制元件以它们的光反射面相互平行的方式配置。

另外，变焦透镜可以成为如下结构：第一透镜部和第二透镜部由单个反射型空间光调制元件构成，并且其光反射面当中的一部分区域作为第一透镜部使用，另一部分区域作为第二透镜部使用。

另外，变焦透镜可以成为如下结构：具备多个反射元件，第二透镜部经由多个反射元件而与第一透镜部光学结合。

另外，变焦透镜可以成为如下结构：空间光调制元件是透射型空间光调制元件。

另外，变焦透镜可以成为如下结构：控制部将包含输入到第一透镜部的光的中心轴线的直线与包含从第二透镜部输出的光的中心轴线的直线相互分离那样的透镜图案赋给空间光调制元件。

另外，变焦透镜可以成为如下结构：控制部将从第二透镜部输出的光相对于输入到第一透镜部的光分割成多条光路那样的透镜图案赋给空间光调制元件。

另外，变焦透镜可以成为如下结构：控制部在赋给空间光调制元件的透镜图案重叠用于修正在该变焦透镜上产生的像差的图案。

另外，变焦透镜可以成为如下结构：控制部基于第一透镜部和第二透镜部的合成焦点距离、第一透镜部与第二透镜部的距离、以及第二透镜部与焦平面的距离算出第一透镜部的焦点距离和第二透镜部的焦点距离，并且以成为那些被算出的焦点距离的方式变更第一透镜部和第二透镜部的焦点距离。

产业上的可利用性

本发明可以作为可以简易地构成并且可以缩短变更放大倍率时的所需时间的变焦透镜来利用。

Claims (11)

1.一种变焦透镜，其特征在于：

具备：

第一透镜部，其由空间光调制元件或者可变焦点透镜当中的任一者构成；

第二透镜部，其光学结合在所述第一透镜部与该变焦透镜的焦平面之间，并且由空间光调制元件或者可变焦点透镜当中的任一者构成；以及

控制部，其控制所述第一透镜部和所述第二透镜部的焦点距离；

所述第一透镜部与所述第二透镜部的距离、以及所述第二透镜部与所述焦平面的距离均不变，

所述控制部通过变更所述第一透镜部和所述第二透镜部的焦点距离来使该变焦透镜的放大倍率变化。

2.如权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于：

所述第一透镜部和所述第二透镜部当中的至少一者由空间光调制元件构成，所述控制部将透镜图案赋给所述空间光调制元件。

3.如权利要求2所述的变焦透镜，其特征在于：

所述第一透镜部和所述第二透镜部分别由反射型空间光调制元件构成。

4.如权利要求3所述的变焦透镜，其特征在于：

构成所述第一透镜部的所述反射型空间光调制元件与构成所述第二透镜部的所述反射型空间光调制元件以它们的光反射面相互平行的方式配置。

5.如权利要求2所述的变焦透镜，其特征在于：

所述第一透镜部和所述第二透镜部由单个反射型空间光调制元件构成，并且其光反射面当中的一部分区域作为所述第一透镜部使用，另一部分区域作为所述第二透镜部使用。

6.如权利要求3～5中的任一项所述的变焦透镜，其特征在于：

具备多个反射元件，并且所述第二透镜部经由所述多个反射元件而与所述第一透镜部光学结合。

7.如权利要求2所述的变焦透镜，其特征在于：

所述空间光调制元件是透射型空间光调制元件。

8.如权利要求2～7中的任一项所述的变焦透镜，其特征在于：

所述控制部将包含输入到所述第一透镜部的光的中心轴线的直线与包含从所述第二透镜部输出的光的中心轴线的直线相互分离的所述透镜图案赋给所述空间光调制元件。

9.如权利要求2～8中的任一项所述的变焦透镜，其特征在于：

所述控制部将从所述第二透镜部输出的光相对于输入到所述第一透镜部的光分割成多条光路的所述透镜图案赋给所述空间光调制元件。

10.如权利要求2～9中的任一项所述的变焦透镜，其特征在于：

所述控制部在赋给所述空间光调制元件的所述透镜图案重叠用于修正在该变焦透镜中产生的像差的图案。

11.如权利要求1～10中的任一项所述的变焦透镜，其特征在于：

所述控制部基于所述第一透镜部和所述第二透镜部的合成焦点距离、所述第一透镜部与所述第二透镜部的距离、以及所述第二透镜部与所述焦平面的距离算出所述第一透镜部的焦点距离和所述第二透镜部的焦点距离，并且以成为那些被算出的焦点距离的方式变更所述第一透镜部和所述第二透镜部的焦点距离。