CN1788220A - 光学系统及摄像装置 - Google Patents

Abstract

一种摄像装置，包括：基板；设在基板上将会聚的光束变为电信号的摄像元件；用于将从被摄体发出的光会聚于摄像元件而设的摄影光学元件；遮蔽摄像元件和摄影光学元件的遮光部件；控制电信号输出及摄像元件的控制装置；折射作用可变光学要素，折射作用可变光学要素有：有第1折射率还有导电性的第1流体；有与第1折射率不同的第2折射率，有绝缘性且与第1流体有非溶合性，与第1流体是同密度的第2流体；由绝缘材料构成，第1和第2流体被密封充填，使光束通过第1和第2流体地设有开口部的外壳部件；与第1流体接触的第1电极；设在外壳部件上的第2电极；在第1和第2电极间施加电压，外壳部件的第2流体湿润性变化，使第2流体在外壳部件内的充填形状变化的电压施加装置。

Description

光学系统及摄像装置

技术领域

本发明涉及用于手机、个人电脑、PDA、监视摄像机、传感摄像机等的小型摄像装置及摄像光学系统。尤其涉及使用CCD型影像传感器或CMOS型影像传感器等固体摄像元件的小型摄像装置及摄像光学系统。

背景技术

以往的CCD(Charged Coupled Device电耦合器件)型影像传感器以及CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor互补型金属氧化物半导体)型影像传感器等的摄像元件(光电子变换元件)，这些和摄影透镜一体化的小型摄像装置已众所周知，用于手机和PDA(Personal Digital Assistance个人数字助理)等各种用途。这种摄像装置，特别是最近盛行用于手机，而且，用于其中的摄像元件的高像质化有显著进步。并且，希望在这些摄像装置上装载自动对焦机构的要求也越来越高。

一般使用的自动对焦机构是装载步进马达等的传动装置，对应被摄体的距离，移动全部或一部分摄像透镜，但是这种以往的机械式的驱动透镜的方法，恐怕已不能充分满足对装载于手机等中的摄像装置所强烈要求有的耐冲击性。

对此，以往提出了一种通过利用“电湿润现象”(也称电毛细管现象)，尽管是电但不采用马达等驱动手段，能将光学功能进行转换的光学要素。例如，日本专利公表2001-519539(WO99/18456、U.S.Patent No.6369954)和日本专利公表2002-540464(WO00/58763)中记载了有关这些技术。这些文献中，介绍了有关利用了上述「电湿润现象」的光学要素，特别是通过改变流体的形状来改变折射力，保持光轴中心的技术。

但是，对用于如上述述摄像装置的摄影光学系统中的光学要素，要求在摄像元件上聚光而不产生种种像差的光学特性，上述文献中，没有公开有关摄影光学系统中，作为光学要素而被要求有的光学特性。

也就是说，没有完全公开有关该光学要素适用于摄影光学系统，特别是如上所述的摄影透镜一体化的摄像装置时的问题及其解决对策等。对此，本发明者等经过检讨发现如下的课题。

(1)利用这种“电湿润现象”的折射作用可变光学要素，可以改变折射作用，但必须考虑在不施加电压状态下形成的折射面所有的像差。

(2)该折射作用可变光学要素，制造时个体差较大，有校准的必要。

(3)作为用于摄影光学系统的光学要素，光轴不吻合是最重要的问题，有必要靠移动来进行修正。

另外，利用「电湿润现象」的折射作用可变光学要素，单独不能构成合适的摄像透镜，大多数的场合是通过与多个的光学元件和光圈组合以后，才能成为能够自动对焦的摄像透镜。这里，与其他光学部件组合时，存在一个怎样抑制像差的问题。但是，上述文献中，在使用利用了“电湿润现象”的折射作用可变光学要素、去构成一个能够自动对焦的摄像光学系统的情况时，就有关怎样抑制光学系统整体的像差，即没有公开也没有暗示。

发明内容

本发明是鉴于上述课题的发明，根据本发明，能提供一种使用利用了电的湿润现象的光学要素的、能够进行恰当摄像的摄像装置。而且，能提供一种具有利用电的湿润现象的折射作用可变光学要素作为自动对焦方法，而且同时能够良好地进行像差修正的摄像光学系统(以下简称光学系统)及摄像装置。

本发明由以下结构达成。

本发明的第1结构是摄像装置，包括：基板和、设置在基板上的将会聚的光束转换成电信号的摄像元件和、将从被摄体发出的光束会聚于前述摄像元件的摄影光学元件和、将前述摄像元件及摄影光学元件一起遮蔽起来的遮光材料和、对前述电信号的输出及前述摄像元件进行控制的控制装置及、折射作用可变光学要素。

前述折射作用可变光学要素包括：具有第1折射率且具有导电性的第1流体和；与前述第1流体没有溶合性且具有与前述第1流体实质上相同密度的、具有与前述第1折射率不同的第2折射率、且具有绝缘性的第2流体和；由绝缘体构成的、前述第1流体及前述第2流体被密封充填的同时、具有可使光通过前述第1流体及前述第2流体之开口的外壳部件和；与前述流体接触的第1电极和；设置在前述外壳部件上的第2电极及；通过对前述第1电极及前述第2电极之间施加电压、使前述外壳部件的前述第2流体的湿润性变化、由此、使前述第2流体在前述外壳部件内的充填形状发生变化的电压施加装置。

由前述第1结构可知，通过由前述电压施加装置改变前述第2流体的充填形状，确保最合适的焦距和像差特性等，能在前述摄像元件的受光面上成更准确的光学像。

本发明的第2结构是光学系统，包括：用来限制光束通过量的光圈(也称孔径光圈)和折射作用可变光学要素。

前述折射作用可变光学要素包括：具有第1折射率且具有导电性的第1流体和；与前述第1流体没有溶合性，且具有与前述第1流体实质上相同密度的、具有与前述第1折射率不同的第2折射率、且具有绝缘性的第2流体和；由绝缘体构成的、前述第1流体及前述第2流体被密封充填的同时，具有可使光通过前述第1流体及前述第2流体之开口的外壳部件和；与前述流体接触的第1电极和；设置在前述外壳部件上的第2电极及；通过对前述第1电极及前述第2电极之间施加电压、使前述第1流体和前述第2流体之间的界面的形状发生变化的电压施加装置。前述光学系统是前述第1流体和前述第2流体之间的、前述界面的曲率半径的绝对值具有最小值时，界面顶点到曲率半径中心的方向与界面顶点到前述光圈的方向一致。

通过使用前述折射作用可变光学元件，因为实现了没有传动等可动部的自动对焦机构，所以，有利于结构的简单化、超寿命化、静音化等。可是，在使用上述折射作用可变光学要素构成光学系统的情况时，存在一个怎样控制像差的问题。

前述界面有最小曲率半径时，如果在界面顶点到曲率半径中心的方向上设置一光圈，则前述界面对光圈来说近似于同心的结构，所以，，能使前述界面的折射力的绝对值为最大时的轴外光线对前述界面的入射角(入射光线和界面的法线之间的夹角)变小，能更减低前述界面产生的轴外光线的像差。

附图说明

图1为第1实施状态下的摄像装置的剖面图；

图2为摄像装置的变形例的一部分剖面图；

图3(a)为保护层一体型的摄像装置的立体图及、图3(b)、图3(c)为剖面图；

图4为摄像装置的变形例的局部剖面图；

图5为第2实施状态下的摄像装置的剖面图；

图6为摄像装置的变形例的剖面图；

图7为第3实施状态的摄像装置的剖面图；

图8为第4实施状态的摄像装置的剖面图；

图9为第5实施状态的闪光发光装置的剖面图；

图10为第7实施状态的摄像装置的剖面图；

图11为本实施状态的摄像装置的概略构成图；

图12为折射作用可变光学元件QL及其驱动部的概略构成图；

图13(a)及图13(b)为实施例1的光学系统的剖面图；

图14(a)及图14(b)为实施例1的光学系统的像差图；

图15(a)及图15(b)为比较例的光学系统的剖面图；

图16(a)及图16(b)为比较例的光学系统的像差图；

图17(a)及图17(b)为实施例2的光学系统的剖面图；

图18(a)及图18(b)为实施例2的光学系统的像差图；

图19(a)及图19(b)为实施例3的光学系统的剖面图；

图20(a)及图20(b)为实施例3的光学系统的像差图；

图21(a)及图21(b)为与本实施有关的其他光学系统的剖面图。

具体实施方式

本发明的摄像装置，其中，前述折射可变光学要素还包括：为透光性的且至少在一个光学面上有非球面光学面的封闭部件，优选用前述封闭部件封闭前述开口。通过用具有透光性的非球面光学面的封闭部件封闭前述开口，再结合前述第2流体的形状变化，这样能更好地提高前述摄像元件的成像特性。

而且，优选将前述非球面用来作为消除光束通过前述第1流体及前述第2流体而产生之像差的光学面。

本发明的摄像装置，其中，，前述折射作用可变光学要素被配置在比前述摄影光学元件更靠近被摄体侧为优选形态之一。

本发明的摄像元件，其中，，前述摄影光学元件有最靠近被摄体侧的光学元件，前述光学元件是前述折射作用可变光学要素的前述摄像装置侧的封闭部件为优选形态之一。

本发明的摄像装置，其中，优选前述折射作用可变光学要素还具有遮挡红外线的IR截止滤光器，用前述IR截止滤光器封闭前述开口。

根据上述形态，通过由前述电压施加装置改变前述第2流体的充填形状，确保最合适的焦距和像差特性等，能使更适当的光学像成像在前述摄像元件的受光面上，并且，通过用IR截止滤光器封闭前述开口，抑制红外线的射入，能进一步使适当的光学像成像在前述摄像元件的受光面上。

另外，本发明的摄像元件，其中，前述折射作用可变光学要素，其特征在于，还包括：将该电压施加装置施加的电压值和此电压值相对应的前述第2流体的充填形状之关系记忆下来的记忆装置；根据用该记忆装置记忆的关系、控制前述电压施加装置作电压施加的控制方法。

根据上述形态，通过由前述电压施加装置改变前述第2流体的充填形状，确保最合适的焦距和像差特性等，能使更高画质的光学像成像在前述摄像元件的受光面上，更且，因为根据前述记忆装置记忆的关系，前述控制方法在前述电压装置上施加电压，所以，比如、近距离摄影模式中的第1电压、远距离物体摄影模式的第2电压，通过这样切换使用，能对准所望的风景进行摄影。

本发明的摄像装置，其中，优选用前述折射作用可变光学要素进行焦距调节。

同时，本发明的摄像装置，其中，优选用前述折射作用可变光学要素进行焦点调整。

本发明的摄像装置，其特征在于，根据前述电压施加装置施加的电压，使前述折射作用可变光学要素的光轴对前述摄影光学元件的光轴作位移调整。

本发明的摄像装置，其特征在于，根据前述电压施加装置施加的电压，使前述折射作用可变光学要素的光轴对前述摄影光学元件的光轴作倾斜调整。

本发明的光学系统，其中，优选前述界面的曲率半径的绝对值具有最小值时，前述折射作用可变光学要素的流体密封部件(外壳部件)的至少1面的曲率半径的符号与前述界面的曲率半径的符号是相同符号。

前述界面的曲率半径的绝对值具有最小值时，通过使密封前述流体的部件的至少1个面形成与前述界面的曲率半径的符号是相同符号的曲面，能减低前述界面的曲率半径的绝对值具有最小值时前述折射作用可变光学要素产生的像差。如果密封前述流体的部件曲面具有的折射力，与前述界面的曲率半径的绝对值具有最小值时具有的折射力为相同符号，则因为密封前述流体的部件曲面的折射力起到分担前述界面的折射力的作用，所以能减低前述光学系统整体产生的像差。另外，如果密封前述流体的部件曲面具有的折射力，与前述界面的曲率半径的绝对值具有最小值时的折射力为相异符号，则因为密封前述流体的部件曲面发生的像差起到抵消前述界面产生的像差的作用，所以能减低前述光学系统整体产生的像差。

本发明的光学系统，其中，优选以密封前述折射作用可变光学要素流体的部件为平行平板，将与前述平行平板接近或紧贴的光学元件的至少1个面形成与前述界面的曲率半径的绝对值持最小值时的前述界面的曲率半径的符号之相同符号的曲面。即，通过前述平行平板与前述光学元件的组合，能使其发挥与持有折射力的、密封前述流体的曲面部件之同样的功能。

本发明的光学系统，其中，优选前述至少1面具有与前述界面的曲率半径的绝对值持最小值时所具有的折射力为相异符号的折射力。

通过使前述至少1面具有与前述界面的曲率半径的绝对值持最小值时所具有的折射力为相异符号的折射力，能减低前述界面的曲率半径的绝对值持最小值时前述折射作用可变光学要素产生的像差。因为密封前述流体的部件曲面产生的像差有抵消有最小曲率半径的前述界面产生的像差之作用，所以，能减低前述折射作用可变光学要素产生的像差。

本发明记载的光学系统，其特征在于，将密封前述流体的2个部件与空气的交界面，形成与前述界面的曲率半径的绝对值持最小值时的曲率半径的符号为相同符号的曲面。

通过将密封前述流体的2个部件与空气的交界面，形成具有与前述界面的曲率半径的绝对值持最小值时的曲率半径的符号为相同符号的曲率半径之曲面，能减低前述界面的曲率半径的绝对值持最小值时，前述折射作用可变光学要素产生的像差。因为与前述界面的曲率半径的绝对值持最小值时所具有的折射力为相同符号的密封前述流体的部件曲面的折射力，起到分担前述界面的折射力的作用，所以能减低前述光学系统整体产生的像差。更且，因为具有与前述界面的曲率半径的绝对值持最小值时所具有的折射力为不同符号折射力的密封前述流体的另一个的部件曲面，这个曲面产生的像差起到抵消前述界面产生的像差的作用，所以能减低前述光学系统整体的像差。

本光学系统，其中，优选前述折射可变光学要素的流体的折射率，设离光学系统的孔径光圈近的依次为ni、no，设对远距离物体对焦时及近距离物体对焦时的前述界面的曲率半径分别为Rf、Rn时，

如果ni＞no，则满足|Rf|＞|Rn|         (1)

如果ni＜no，则满足|Rf|＜|Rn|         (2)。

根据本发明，特别当前述界面的曲率半径持最小值时，能减低前述界面产生的轴外光线的像差。满足(1)时，入射到前述界面的轴外光线的角度与在远距物体对焦时相比，前述界面的折射力成为最大的对近距离物体对焦时变小，特别能修正近物对焦时的轴外光线的像差。另一方面，满足(2)式时，与在近距物体对焦时相比，前述界面的折射力的绝对值为成为最大的远距物体对焦时变小，特别能修正远物对焦时的轴外光线的像差。

本发明的光学系统，其中，优选前述摄影透镜具有：从物体侧起依次为，前述折射作用可变光学要素、主透镜，在前述光学系统的对焦可能物距范围内，设前述折射作用可变光学要素的焦距的绝对值变为最大时的值为|f′|、主透镜的焦距为f时，满足

|f′|/f＞5                                 (3)。

通过满足(3)，能减低前述折射作用可变光学要素的各个面从光轴偏心时产生的光学性能劣化。且|f′|/f′＞10更优选，若|f′|/f′为∞，则最优选。另外，通过将前述折射可变光学要素配置在比主透镜更靠近物体侧，能简单地从光学系统中将前述折射作用可变光学要素拿掉或装上。另外，本发明的光学系统，其中，优选将前述光圈放在前述折射可变光学要素与前述主透镜之间。

本发明的光学系统中，使密封前述折射可变光学要素的流体的部件上带有红外线截止功能，就不必要另外设置红外线截止滤光器，从提供了小型的光学系统来说是优选的。

而且，因为本发明的摄影装置有上述光学系统，所以能得到摄影更高性能的图像的摄影装置。

以下，根据附图对有关本发明的实施状态进行详细的说明，但本发明并不只限于此实施状态。

(第1实施形态)

用图1对本发明的一例作说明。1为摄影光学元件和摄像元件一体化的摄像装置。这里考虑到制造时的次序和调整的麻烦，折射作用可变光学要素2(后述)配置在被摄体一则，但从小型化及性能上来说，优选放置在光圈位置上。

S为摄像元件，具有将会聚在摄像面上的光束变换成电信号的功能。可以采用众所周知的CCD或CMOS传感器。这是在基板B上贴上热固性的银膏，所谓安装裸体芯片。

L为摄影光学元件(也称物镜)，具有将被摄体图像会聚于摄像元件S的摄像面(也称受光面)上之功能(对被摄体发出的光聚光)。这个例子中采用的是塑料的非球面透镜，另外，为了调整焦点位置，将凸缘部沿光轴方向延伸，使其与摄像元件S为碰接的结构。由于这样的构造，装配时不需要调整焦点。

另外，不仅仅限于如此单个的摄影光学元件L，也可以构成由多个球面透镜、非球面透镜组合成的光学系统，也可以在这些元件之间设置各种滤光器和光圈。而且，也可以是不让凸缘部碰接摄像元件的结构。

C为遮光部件，是由散布了炭黑等遮光材料的塑料树脂构成的外壳。遮光部件C由粘接剂粘贴在基板上。另外，摄影光学元件L的凸缘部位成D切割形状，与遮光部件C镶嵌合，防止绕光轴转动。而且，此凸缘部由金属弹簧构成的弹性部件Sp固定，因此，摄影光学元件L在光轴方向的位置被固定。

E为电气部品，构成有助于摄像信号、控制信号的输出输入、动力电源的输出输入等的控制方法。这些可以根据需要，设置在基板B的正面和反面。

CN为连接器，从这里通过柔性的基板等，向个人电脑、PDA、手机等器具侧的CPU处连接，可以传达电信号。

2是所谓利用了「电湿润现象」的折射作用可变光学要素。因为这个和日本专利公表2001-519539(WO99/18456、U.S.Patent No.6369954)中详细叙述的内容基本上是相同结构的，所以省略说明。

CH为外壳部件，由绝缘体形成。另外，用P1表示的电极部件配置在外壳部件CH的内部。即多个电极部件P1通过一定的间隙被排列在光轴方向及周围的方向上。由此可以控制复杂的流体形状。一方面，P2是被突出地设置在外壳CH的密封充填部上与第1流体LQ1接触的电极。且电极P2为绝缘性通过流体密封性部件被装在外壳部件CH上。

LQ1为第1流体，具有导电性，另外具有第1折射率。这里采用食盐水。LQ2为具有绝缘性的第2流体，具有大于第1折射率的第2折射率。这里采用油，因此和第1流体的溶合性极低，能不发生混合地保持2层状态。这里，取第2流体LQ2为凸透镜形状，取第1流体LQ2为凹透镜形状。这2种流体LQ1、LQ2被密封充填在外壳部件CH中，通过开口HO光学像可以通过。

PL1为封闭外壳部件CH的开口HO侧(下侧)构成第1封闭部件的塑料平板，也有用于靠压前述弹性部件Sp的固定部件的功能。另外，也可将此封闭板PL1也可作为IR截止滤光器和光圈。

PL2为封闭外壳部件CH的开口HO的反对侧(上侧)的第2封闭部件，这也是塑料制的，与第1流体LQ1接触的一面为平面，但反对侧的一面则是由非球面构成的光学功能面。

这里对摄像装置1和折射作用可变光学要素2一体化了的例子进行了公开，但是，将摄像装置部分和折射作用可变光学要素分别制作、接近设置也可以。

以V来模式表示的电压施加装置，接在电极P1、电极P2上，根据需要施加电压，使产生电场。由此产生“电湿润现象”，第2流体LQ2的形状发生变化，折射作用发生变化。

另外，因为电压施加装置V输入比较高的电压，所以需要升压电路。在此，和图中没有图示的闪光发光装置组合构成，利用闪光发光装置中含有的升压电路，可以采用作为高电压施加的结构。

而且，这个例子中设置多个电极部件P1，根据必要产生各种电场，以此可以对电湿润现象进行多种的控制。但是不限于此例，当然也可以根据目的进一步限定电极的设置位置、个数。更进一步的说，这里是通过形成电场使湿润作用发生变化，也可以采用例如象喷墨式的一种方式的泡沫喷气式方法那样，使发热产生气泡而引起容积变化，由此使第2流体LQ2的形状发生变化引起折射率变化之方法。

如前所述，由各流体LQ1、LQ2形成的折射面，单体时并非不无像差而是处于存在各种像差的状态。在此，本实施形态中，通过将第2封闭部件PL2做成非球面塑料透镜，来解决这个问题。

因此，在不施加电压的状态下也可以作为无像差光学要素使用，另外，通过对非球面形状进一步化一些功夫，不管施加电压状态还是未施加电压状态，可以作为修正流体的折射面所产生的像差的光学面。

更进一步，在这个第1封闭部件PL1及/或第2封闭部件PL2上，也可以设置衍射构造。图2显示了在第2封闭部件PL2的下面上设置衍射构造D的例子。

外壳部件CH的开口HO的形状也可以不成正圆形。如后所述，对修正对象为AS(像散)等非轴对象进行修正时，优选取容易产生它们的开口形状。这种情况下，可以用椭圆形和矩形的形状。

尤其，因为摄像元件S通常为矩形，所以，从聚光效率这一点来说，优选用与它相吻合的开口形状。

另外，模式示意的记忆装置M记忆了电压施加装置V上施加的电压值和、据此、由流体LQ2形成的折射面之折射作用之间的对应关系LUT。由记忆了预先设计的、经实验得出的数值之ROM部分和、记忆了为消除每个个体差而进行的校准的校正值之RAM部分组成。

同样，模式示意的控制方法CTR，根据没有图示的主机侧CPU(没有图示)发出的指示，根据应该形成的所希望的折射面、折射作用，从记忆装置M中读出电压值，指示电压施加装置V。

另外，为了校正温度变化，记忆装置M也可以记忆，对检出的温度，改变折射作用，来进行校正的LUT。

以下，对使用了利用电湿润现象的折射作用可变光学要素2的控制的例子进行说明。

(1)进行焦距调节的例子

通过摄影光学元件L和折射作用可变光学要素2组合，使没有施加电压状态和施加电压状态时，焦距发生变化。此时，因为不能带有精密的对焦作用，所以为全焦点摄影状态，但是，因为能改变焦距，所以增加了摄影的自由度。

进行焦点调整的例子

通过施加电压，使折射作用发生变化，来进行焦点调整。由此，对各种距离的被摄体，可以进行对焦摄影。而且，特别是即便摄影光学元件L的位移调整及性能不充足，由于使用折射作用可变光学要素2，可以得到充分的焦点性能。

特写摄影时

进行近距离摄影时，通常是将摄影透镜的全组稍微伸出或将摄影透镜的一部分稍微伸出。这里不采用这种伸出机构，而是以稍微改变折射作用来取代对应。另外，使折射状态在非施加电压状态是通常摄影和施加电压状态是特写摄影，这样，从耗电这一点来说也是优选的。

进行像差修正时

通过对电压施加换一些功夫，使折射面成非球面。由此不单是修正色差、场曲和彗差等各种像差。另外，设置温度传感器，也可以修正由于温度差引起折射率变化时产生的球差。

进行位移调整时

为得到高画质的图像，摄影光学系统被要求的一个特征，即：使各光学要素的光轴一致。因此，摄影光学元件L和折射作用可变光学要素2的光轴有偏差时，通过对施加电压的程度进行考虑，使流体的光轴移动，结果使其与摄影光学元件的光轴成为一致。用同样的想法，也可作偏心校正。

进行倾斜调整时

和上述情况相样，光轴相互倾斜时也必须校正。另外，也有故意使光轴倾斜来进行摄影的情况。因此，通过对施加电压进行考虑，使流体的光轴倾斜，成为所期望的轴角度。

对手抖动进行校正时

用手拿着含有摄像装置的摄影仪器进行摄影时，有一个手抖动的问题。这里，组装一个振动传感器，根据从它得到的信息，进行上述位移调整和倾斜调整，来校正手的抖动。此时，优选以减慢快门速度，以防止干扰增大的现象。

进行像散修正校正时

对光轴(Z轴)来说，某一直角方向上的(X轴)和与此轴垂直的方向(Y方向)上光线有像差时，为了修正它们，通过对施加电压进行考虑，使X轴和Y轴方向的曲率不同，来修正像散。如上所述，此时优选将开口部HO的形状做成不是正圆形形状。

使用保护套一体化的摄像元件的情况

有关这个例子，用图3来进行说明。图3(a)所表示的摄像元件SPK不是如上所说的裸体芯片，而是有保护套CV的封装化的元件，被较多地使用于VTR摄像机和数字式照相机等。图3(b)为剖面图。

这样的摄像元件SPK上设置了由玻璃或塑料构成的保护套CV，如图3(c)所示，由于制造装配时的误差，此保护套CV装配时和摄像面之间常常有稍微的倾斜，可是，若任其此状态的话，，即便完善其它光学要素的精度，也不能解除因为保护套倾斜而引起的误差，产生所谓“单方迟钝”。

对此，本实施形态中，根据摄像元件SPK输出的信号，通过进行和上述同样的位移调整，可以解除因保护套装配误差而引起的性能不良。另外，不单是位移调整，同时也可以校正倾斜。

形成衍射面时

有关这个例子，图4中用模式图来表示。通过从电压施加装置V输入高频电压，在大致正弦曲线形状上引起波动的面，而形成模拟衍射面。通过控制施加的电压和频率，控制衍射面的深度D和间隔P。另外，根据频率重叠，可以自由地控制非球面和衍射面的组合。由此，可以自由地修正色差、球差等像差。

接下去对流体进行说明。充填的流体作为光学要素材料，因为优选分散小的，从这点出发，希望阿贝数是比较小的材料。另外，有关流体，可以采用现有技术中有的东西，但是，为此也可以进行一些如下的考虑。

(1)在流体中散布一些微粉末，调整折射率。例如，即便是使用水或油作为流体，折射率和修正功能的关系有不匹配的情况。这里，通过在不降低透过率的程度上，散布粉末，来调整折射率。

(2)通过对流体着色，成为浓度可变的ND过滤器。第1流体、第2流体的哪一方都行，也可以双方都着色。

(3)特别通过对凹透镜形状的第1流体着色，故意使周边的光量降低，使其带有与切趾法(アポタイゼ一シヨンフイルタ)同样的功能。

(4)流体是采用有IR截止过滤功能的物体。因此，作为密封板和其他的光学元件中，就不必要再组装具有IR截止过滤功能的东西，有助于小型化。

(5)通过在流体中使用液晶成分，通过施加电压不仅改变形状，偏振光状态也发生变化而进行偏振光校正。

(第2实施形态)

有关这个例子，用图5来进行说明。这是将多个折射作用可变的光学要素2连续设置在光轴方向上。省略和第1实施形态相同部分的说明。

图5的构成原理上和将2组折射透镜分别配置为沿光轴方向可以移动的一样，可以实现与变焦透镜系统在功能上是一样的光学系统。另外，如图6所示，也可以将折射作用可变光学要素2相反向地组合配置。

另外，当然也可以将3个以上的折射作用可变光学要素2组合，此时能实现更加丰富的光学功能。并且，第1实施形态述说的校正功能也同时可以适用。

另外，这个例子中，为了缩短光轴方向，兼用了密封部件PL。由此，使制造时定位容易，同时，还有不易发生光轴倾斜之利点。

另外，由施加电压产生电场，出现电的湿润现象时，若2个外壳部件接近，则可能会产生干涉作用。因此，优选对电极的配置进行考虑或将遮蔽电场的部件SH配置在折射作用可变光学要素2之间。这个部件SH也可用作光圈。

(第3实施形态)

这个例子用图7来进行说明。这是与第1实施形态相比，实现光轴方向更小型化，摄影光学元件被埋设在流体内部的情况。省略说明与第1实施形态相同部分。

此时，为了定出光轴方向的位置，在封闭部件PL1下方设置突出的部件T1，使其与摄像元件S的上面碰接。另外，为了使流体和流体之间的界面部不发生错乱，从摄像光学元件L的凸缘向下方突出的部件T2不接触第2流体LQ2，但碰接封闭部件PL1。因为有这样的结构，可以实现光轴方向小型的摄像装置。

(第4实施形态)

用图8对第4实施形态进行说明。上述各实施例是将光学要素配置在摄影光学系统的光路中的例子，而在这个例子中，对应于摄像元件的各个像素或几个像素，设置了由于电湿润现象而变动的微小的光学要素。

图8中的SLQ2是摄像元件S的相当于1个像素区域的正上方被配置的第2流体。且图8为模式图，实际上因为是由从数万到数百万的像素构成的摄像元件，所以实际上配列的SLQ2比这个模式图所表示的要多。在制作上，通过采用喷墨式技术，由喷射第2流体SLQ2的微小的液滴能形成微细的液滴。这里，可以将第2流体SLQ2的液滴配置在摄像元件S的正上方，也可以加一透明外套，且对这个外套加工，以防止第2流体SLQ2在这个外套上有不必要的湿透扩大为理想。此时也可以不用外套，通过将透明并且薄型的玻璃基板、塑料基板等紧贴在摄像元件上的方法也可以实现。

这样第2流体SLQ2的液滴被配置在摄像元件S上以后，将第1流体LQ1充填到外壳部件CH内，用透明的部件PL2封闭上。

采用如此利用电湿润现象的光学要素时，优选外壳部件CH上设置多个电极。具体的说是在光轴方向及周围方向上设置多个电极，并且通过控制通电状况，能使所产生的电场的组合丰富多样化，由此可以控制各第2流体SQL2液滴的形状。

也就是说，通过使用第2流体SQL2，因为可以控制摄像元件S的各像素相对应的微透镜的形状，所以，能控制曝光、遮光校正等。

(第5实施形态)

这不是摄影光学系统，而是应用于闪光发光装置中的例子。用图9来进行说明。如上所述，因为是可以使折射作用发生变化的光学要素，所以，氙管和白色LED等发光部件F与被摄物(照射对象)之间，放置折射作用可变的光学要素2，可以使照射时的角度等成为可变的。

例如，通过改变摄影较近距离物体和摄影远距离物体时的配光，可以对应于状况进行适当地照射。另外，通过使上述衍射面化，可以使流体在菲涅耳板上变形，从而可以得到发散光。此时有被摄体上不易发生影子之利点。

(第6实施状态)

这个例子，参考图10来进行说明。这个实施形态中对于摄像元件S备有2个光学部件，由它们对从被摄体发出的光束进行聚光。图1中所示的第1实施形态中，是通过将封闭部件2的PL2作成非球面，来校正折射作用可变光学要素2所具有的像差，在这个例中，PL2′为有透光性的平板。

因为依照折射作用可变光学要素2本身的调整和性能，则它所具有的像差有时并不成为问题，所以这种情况下不必要将平板PL2′做成非球面。另外，为了小型化，也可以使物方光学元件L带有校正折射作用可变光学要素2的像差的功能。此时，优选物方光学元件由多个构成。

(第7实施形态)

上述实施例中，为了解除制造上的个体差，对进行校正、测定折射作用变化的程度、测定对非电压施加状态的折射作用、定出基准的技术进行了说明，但是，优选能减少这样的测定和设定基准等的麻烦。

这里，不仅仅限于上述实施形态，在制造本发明中涉及到的利用「电湿润现象」的折射作用可变光学要素2时，可以采用喷墨技术。根据喷墨技术，因为可以喷射液滴的微小量，所以可以高精度地控制第2流体的液量。另外，作为高精度液体供给技术，也可以采用分配器。

并且，为了限制第2流体在外壳部件内部湿透扩展或为了使其润滑，优选对该部位进行表面加工。可以用硅系树脂等有机化合物进行表面涂层，也可以采用如近年被开发、提案的在大气压下用等离子体改变表面性质之方法。

然后，将第2流体配置在开口处后，在第1流体充填之前，优选对第1流体进行排气、排泡处理。为了排气、排泡，将第1流体装进所定的容器中后，通过施加超音波振动，能有效地将不要的气体排除。此时，通过重叠地施加频率不同的超音波，能使排气·排泡的效果更好。

在充填第1流体时，可以采用先充填密度小的流体，进行微小的位置调整之后，再将第1流体灌进之方法。此时，因为第1流体的密度大(＝比重大)，自然地将最初灌进的流体排出而与第2流体替换。

图11是，本发明实施状态下含光学体统的摄像装置的光轴方向的剖面图，但省略了折射作用可变光学要素QL的驱动部分及其他电路。图11中，光学体统是从物体侧起依次包括：折射作用可变光学要素QL和、主透镜L1和、孔径光圈S和、主透镜L2和主透镜L3，由这个光学系统和影像传感器CMOS构成摄像装置。且图11中简略表示了折射作用可变光学要素QL。

图12是折射作用可变光学要素QL和其驱动部的概略结构图。QL表示本实施形态中的折射作用可变光学要素。40是由非导体形成的下容器。这个下容器40的底面(图中为右内侧面)的内周边部上形成了第1凹部41，同时，比此更靠内径侧(中心侧)上形成了支撑第1封闭板2的第2凹部42。第1封闭板(密封流体的部件)2是由透明丙烯或玻璃形成。

在此下容器40的周边壁部的内侧全周上设置了第2电极环43，在第2电极环43的表面，形成了密贴着的盖住电极端面43a的由炳烯树脂等制的绝缘层44。

这里，下容器40的周边壁部相对光轴X是图中右端侧比左端侧倾斜地靠近X轴。因此，第1电极环43和绝缘层44都相对光轴X倾斜。

另外，绝缘层44的厚度在图中是向右慢慢地增加。而且，在绝缘层44的内面全周的下侧上涂有防水处理剂而形成了防水膜11。更且，在绝缘层44的内面全周的左侧上涂有溶水处理剂形成了溶水膜12。

50是由非导体形成的上容器，由其内径侧支撑着由透明丙烯或玻璃形成的第2封闭板(封闭流体的部件)6。另外，上容器50的周边部右端面上，形成了密贴着的片状的第1电极环51。

这个第1电极环51的表面上，形成了密贴着的绝缘层52，如后所述，象与第1流体21接触、并且用于对第1流体21施加电压而配备的露头部51a那样，绝缘层52形成为只盖住第1电极环51的外缘侧。

而且，通过将下容器40的周边壁部和上容器50密封液体，由此，形成了一个由下容器40、上容器50、第1封闭板2及第2封闭板6围起的一定体积的具有液体室的作为筐体的容器。

这个容器，对光轴X来说，形成轴对称的形状。而且，液体室中，如下述那样，充填有2种液体。

首先，在装有第1封闭板2的下容器40的光轴X向垂直方向的状态下，为液体室底面的第1封闭板2的上面及下容器40的周边侧的底面(它们相当于界面的相对面)上，滴下第2流体，使其液柱的高度成为周边壁部的防水膜11的中间高度的液量。

第2流体为无色透明，比重为1.06，使用室温下折射率为1.45的硅油。接下去，液体室内剩余的空间中充填第1流体21。第1流体21是水和乙醇按一定比率混合，且加入一定量的食盐，比重为1.06，室温下的折射率为1.35的电解液(有导电性或是有极性的流体)。

也就是说，选第1及第2流体21、22是比重相同，折射率不同，并且相互不产生混合(不溶)的流体。并且，两流体21、22形成界面24，不发生混合地分别独立存在。

这个界面24的形状是由液体室(容器)的内面、第1流体21及第2流体22的3种物质的交叉点，即界面24的外缘部上作用的3个界面张力的均衡来决定的。之后，通过将装有第2封闭板6的上容器50装到下容器40上，2种流体被封闭。

31是接在第1电极环25和第2电极环3上的供电回路。

供电回路31的2个增幅器(没有图示)分别被连接在从第1电极环51及第2电极环43、并且沿上容器50的右端面向光轴垂直方向被拉出的端子部51b、43b上。

在以上结构中，介于第1电极环51及第2电极环43对第1流体21施加电压，由于所谓电湿润效果，使界面24发生变形。

接下去，就有关折射作用可变光学要素QL中的界面24的变形和由这个变形引起的光学作用进行说明。

首先，第1流体21上没有施加电压时，如图12所示那样，界面24的形状由两流体21、22之间的表面张力、第1流体21与绝缘层44上的防水膜11或溶水膜12之间的表面张力、第2流体22与绝缘层44上的防水膜11或溶水膜12之间的表面张力及第2流体22的体积来决定的。

另外，若由供电回路31对第1流体21上施加电压，则由于电湿润效果，第1流体21和溶水膜12之间的表面张力减少，第1流体21跨过溶水膜12与防水膜11之间的交界，进入到防水膜11上。结果使第2流体22在光轴上的高度增加。

这种由通过第1及第2电极环51、43对第1流体21施加电压，使2种流体表面张力的均衡发生变化，两流体21、22间的界面24的形状发生变化。这样，通过控制供电回路31的电压，可以实现自由自在地改变界面24的形状的光学元件。

另外，因为第1及第2流体21、22有不同的折射率，付与了作为光学透镜的光学能力(1/f∶f为焦距)，即折射作用可变光学要素QL是由界面24的形状变化而引起焦距变化。

图12所示装置中假设是自动对焦，则供电回路31是求出从没有图示的测距传感器到被摄体之间的距离，从预先记忆了各倍率时折射作用可变光学要素QL上施加的电压的数据表中求出与被摄体距离对应的施加电压，并且施加在折射作用可变光学要素QL上。通过这样的控制，能够符合希望地改变折射作用可变光学要素QL的光学能力。而且，更优选光光学能力的变化为多梯度为，能连续变化则更为理想。

由通过如此焦距调整的焦距可变光学系统而在摄像面上成的光学像是由影像传感器CMOS转换成电信号，再经过一定的处理，被转换成图像信号。

实施例

以下显示了适合于述摄像装置中的光学系统的实施例。各实施例中使用的记号如下。另外，在本说明书中(包括表中的数据)，10的次方数(例如2.5×10^-3)用E(例如2.5×E-3)来表示。

    f_total：整个光学系统的焦距

    f′   ：折射作用可变光学要素的焦距

    f     ：主透镜的焦距

    fB    ：后焦点

    F     ：F数

    T  ：物距

    2Y ：固体摄像元件的摄像面对角线长

    R  ：曲率半径

    D  ：轴上面间隔

    Nd ：透镜材料对d线的折射率

    νd：透镜材料的阿贝数

各实施例中非球面的形状是以面的顶点作为原点，光轴方向作X轴，和光轴垂直方向的高度为h，用以下“数1”表示。

(式1)

$X=\frac{h^2/R}{1+\sqrt{1-(1+k)h^2/R^2}}\mathrm{\Σ}{A}_i{h}^i$

但是，

    Ai：i次的非球面系数

    R ：曲率半径

    K ：圆锥常数

而且，以下实施例的数据中，当折射作用可变光学要素的界面曲率半径发生变化时，各流体的中心厚度为一定，但是，这只是为了表示发明效果的近似情况，实际上界面曲率半径发生变化时，使各流体的体积不变而各流体的中心厚度发生变化。

(实施例1)

有关实施例1中的光学系统，其透镜数据在表1、表2中表示，且摄影无限远处物体时的光学系统的剖面图用图13(a)表示，此时的像差图用图14(a)表示，另外，摄影物距5cm的物体时(折射作用可变光学要素QL的界面B的曲率半径的绝对值具有最小值)的光学系统的剖面图用图13(b)表示，此时的像差用图14(b)表示。

(表1)

(实施例)

F＝2.88  2Y＝5.00mm

面编号	R(mm)	D(mm)	Nd	d
					1	∞	0.20	1.51633	64.1
2	∞	0.40	1.33300	55.0
					3	可変	0.40	1.51510	41.5
4	∞	0.20	1.51633	64.1
					5	∞	0.50
6	1.818	1.00	1.53180	56.0
					7	3.713	0.25
光圈	∞	0.62
					8	-1.687	1.22	1.53180	56.0
9	-0.900	0.10
					10	6.800	0.78	1.58300	30.0
11	1.534

非球面系数
		第6面	K＝9.15720×E-01
A4＝-3.85700×E-03
	A6＝1.19250×E-03
			A8＝1.54340×E-03
	A10＝-1.05850×E-03
		第7面	K＝1.90040×E+01
A4＝1.42930×E-03
	A6＝6.64670×E-02
			A8＝-1.05450×E-01
	A10＝-2.10100×E-02
		第8面	K＝-1.94220×E-01
A4＝-2.56700×E-02
	A6＝-2.35200×E-01
			A8＝3.40250×E-01
	A10＝-7.14810×E-02
		第9面	K＝-2.82330×E+00
A4＝-2.17930×E-01
	A6＝1.31190×E-01
A8＝-8.59110×E-02
		A10＝2.63410×E-02
A12＝6.50500×E-04
		第10面	K＝-9.76570×E+01
A4＝-6.25440×E-02
	A6＝3.00290×E-02
A8＝-4.57290×E-03
		A10＝-2.41900×E-04
A12＝5.36600×E-05
		第11面	K＝-1.09320×E+01

	A4＝-6.92620×E-02
		A6＝1.64970×E-02
	A8＝-1.80070×E-03
		A10＝-1.61900×E-05
	A12＝1.13470×E-06

(表2)

T(mm)	R3(mm)	f′(mm)	f(mm)	ftatol(mm)	fB(mm)
						∞	∞	∞	3.812	3.812	1.646
50	9.170	50.357	3.688

另一方面，比较例中的光学系统，其透镜数据用表3、4表示，且摄影无限远处物体时的光学系统的剖面图在图15(a)表示，此时的像差图在图16(a)中表示，另外，摄影物距5cm的物体时(折射作用可变光学要素QL的界面B具有最小的曲率半径)的光学系统的剖面图用图15(b)表示，此时的像差用图16(b)来表示。

(表3)

(比较例)

F＝2.88  2Y＝5.00mm

面编号	R(mm)	D(mm)	Nd	d
					1	∞	0.20	1.51633	64.1
2	∞	0.40	1.51510	41.5
					3	可变	0.40	1.33300	55.0
4	∞	0.20	1.51633	64.1
					5	∞	0.50
6	1.818	1.00	1.53180	56.0
					7	3.713	0.25
光圈	∞	0.62
					8	-1.687	1.22	1.53180	56.0
9	-0.900	0.10
					10	6.800	0.78	1.58300	30.0
11	1.534

非球面系数
		第6面	K＝9.15720×E-01
A4＝-3.85700×E-03
	A6＝1.19250×E-03
			A8＝1.54340×E-03
	A10＝-1.05850×E-03
		第7面	K＝1.90040×E+01
A4＝1.42930×E-03
	A6＝6.64670×E-02
			A8＝-1.05450×E-01
	A10＝-2.10100×E-02
		第8面	K＝-1.94220×E-01
A4＝-2.56700×E-02
	A6＝-2.35200×E-01
			A8＝3.40250×E-01
	A10＝-7.14810×E-02
		第9面	K＝-2.82330×E+00
A4＝-2.17930×E-01
	A6＝1.31190×E-01
A8＝-8.59110×E-02
		A10＝2.63410×E-02
A12＝6.50500×E-04
		第10面	K＝-9.76570×E+01
A4＝-6.25440×E-02
	A6＝3.00290×E-02
			A8＝-4.57290×E-03
	A10＝-2.41900×E-04

	A12＝5.36600×E-05
		第11面	K＝-1.09320×E+01
A4＝-6.92620×E-02
	A6＝1.64970×E-02
A8＝-1.80070×E-03
		A10＝-1.61900×E-05
A12＝1.13470×E-06

(表4)

T(mm)	R3(mm)	f′(mm)	f(mm)	ftatol(mm)	fB(mm)
						∞	∞	∞	3.812	3.812	1.646
50	-9.170	50.357	3.688

实施例1和比较例的差异仅仅是折射作用可变光学要素QL装成与光轴方向相反，摄影无限远物体时控制成界面与光轴成正交。

比较图14(a)、图14(b)与图16(a)、图16(b)的像散图可以知道，实施例1在轴外的像平面弯曲及像散有所减低。而且，畸变也被抑制减小。通过这样使折射作用可变光学要素的流体界面B的曲率半径的绝对值持最小值时的从界面顶点到曲率半径中心的方向和从界面顶点到前述孔径光圈的方向一致，可以减小轴外光线的像差。

(实施例2)

实施例2中的光学系统，透镜数据在表5、表6中表示。且摄影无限远处物体时的光学系统的剖面图用图17(a)表示，此时的像差图用图18(a)表示，另外，摄影物距5cm的物体时(折射作用可变光学要素QL的界面B的曲率半径的绝对值具有最小值)的光学系统的剖面图用图17(b)表示，此时的像差用图18(b)来表示。实施例2中，使折射作用可变光学要素QL的封闭板2、6上带有折射力。

(表5)

(实施例2)

非球面系数

F＝2.88  2Y＝5.00mm

面编号	R(mm)	D(mm)	Nd	d
					1	19.865	0.50	1.51633	64.1
2	∞	0.40	1.33300	55.0
					3	可变	0.40	1.51510	41.5
4	∞	0.40	1.51633	64.1
					5	12.776	0.30
6	1.818	1.00	1.53180	56.0
					7	3.713	0.25
光圈	∞	0.62
					8	-1.687	1.22	1.53180	56.0
9	-0.900	0.10
					10	6.800	0.78	1.58300	30.0
11	1.534

非球面系数
		第6面	K＝9.15720×E-01
A4＝-3.85700×E-03
	A6＝1.19250×E-03
			A8＝1.54340×E-03
	A10＝-1.05850×E-03
		第7面	K＝1.90040×E+01
A4＝1.42930×E-03
	A6＝6.64670×E-02
			A8＝-1.05450×E-01
	A10＝-2.10100×E-02
		第8面	K＝-1.94220×E-01
A4＝-2.56700×E-02
			A6＝-2.35200×E-01

	A8＝3.40250×E-01
		A10＝-7.14810×E-02
	第9面		K＝-2.82330×E+00
A4＝-2.17930×E-01
		A6＝1.31190×E-01
A8＝-8.59110×E-02
	A10＝2.63410×E-02
A12＝6.50500×E-04
	第10面		K＝-9.76570×E+01
A4＝-6.25440×E-02
		A6＝3.00290×E-02
A8＝-4.57290×E-03
	A10＝-2.41900×E-04
A12＝5.36600×E-05
	第11面		K＝-1.09320×E+01
A4＝-6.92620×E-02
		A6＝1.64970×E-02
A8＝-1.80070×E-03
	A10＝-1.61900×E-05
A12＝1.13470×E-06

(表6)

T(mm)	R3(mm)	f′(mm)	f(mm)	ftatol(mm)	fB(mm)
						∞	16.653	-450.091	3.812	3.974	1.680
50	5.813	54.747	3.829

比较图18(a)、图18(b)(实施例2)与图14(a)、图14(b)(比较例)的像散图可以知道，实施例2的在轴外的像散有所减低。通过这样将密封折射作用可变光学要素QL的部件(封闭板2、6)的面形成和随物距变化的界面B的曲率半径的绝对值为最小值时的曲率半径的符号有相同符号的曲面，特别可减小轴外光线的像差。

(实施例3)

实施例3中的光学系统，透镜数据在表7、表8中表示。且摄影无限远处物体时(折射作用可变光学要素QL的界面B的曲率半径的绝对值具有最小值)的光学系统的剖面图用图19(a)表示，此时的像差图用图20(a)表示，另外，摄影物距5cm的物体时的光学系统的剖面图用图19(b)表示，此时的像差用图20(b)来表示。实施例3中，也使折射作用可变光学要素QL的封闭板2、6上带有折射力。

(表7)

(实施例)

F＝2.88  2Y＝5.00mm

面编号	R(mm)	D(mm)	Nd	d
					1	10.403	0.50	1.51633	64.1
2	∞	0.40	1.51510	41.5
					3	7.173	0.40	1.33300	55.0
4	∞	0.40	1.51633	64.1
					5	16.310	0.30
6	1.818	1.00	1.53180	56.0
					7	3.713	0.25
光圈	∞	0.62
					8	-1.687	1.22	1.53180	56.0
9	-0.900	0.10
					10	6.800	0.78	1.58300	30.0
11	1.534

非球面系数
		第1面	K＝6.97017×E-01
A4＝-1.03035×E-04
			A6＝1.63059×E-04

	A8＝-3.72850×E-05
		A10＝2.83449×E-06
	第6面		K＝9.15720×E-01
A4＝-3.85700×E-03
		A6＝1.19250×E-03
			A8＝1.54340×E-03
	A10＝-1.05850×E-03
		第7面	K＝1.90040×E+01
A4＝1.42930×E-03
	A6＝6.64670×E-02
			A8＝-1.05450×E-01
	A10＝-2.10100×E-02
		第8面	K＝-1.94220×E-01
A4＝-2.56700×E-02
	A6＝-2.35200×E-01
			A8＝3.40250×E-01
	A10＝-7.14810×E-02
		第9面	K＝-2.82330×E+00
A4＝-2.17930×E-01
	A6＝1.31190×E-01
A8＝-8.59110×E-02
		A10＝2.63410×E-02
A12＝6.50500×E-04
		第10面	K＝-9.76570×E+01
A4＝-6.25440×E-02
	A6＝3.00290×E-02
A8＝-4.57290×E-03
		A10＝-2.41900×E-04
A12＝5.36600×E-05

第11面	K＝-1.09320×E+01
		A4＝-6.92620×E-02
	A6＝1.64970×E-02
		A8＝-1.80070×E-03
A10＝-1.61900×E-05
		A12＝1.13470×E-06

(表8)

T(mm)	R3(mm)	f′(mm)	f(mm)	ftato(mm)	fB(mm)
						∞	7.173	-189.32	3.812	4.036	1.728
50	41.305	64.761	3.889

比较图20(a)、图20(b)(实施例3)与图14(a)、图14(b)(比较例)的像散图可以知道，实施例3的在轴外的像散有所减低。通过这样将密封折射作用可变光学要素QL的部件(封闭板2、6)的面形成和随物距变化的界面B的曲率半径为最小值时的曲率半径的符号有相同符号的曲面，特别可减低轴外光线的像差。

这里，实施例1～3是构成主透镜的3个透镜L1～L3是塑料材料形成的例子。因此，即便物距固定，而当周围的温度变化时，可能会产生由于塑料材料的折射率变化和热膨胀等原因而引起的光学系统整体的像点位置的变动，即便在这样的情况下，也能通过根据温度而调整折射作用可变光学要素的折射力，以得到对焦的图像。

另外，实施例2中的密封部件曲面是球面形状，但是即使是非球面形状，也有同样效果，而且，流体和密封部件的交界面是球面或非球面都可以。而且，比较优选的是，若封闭板2、6与空气的交界面侧有防止反射的表面涂层，可以提高光学系统整体的透过率。另外，优选的是，若密封部件的至少一方是由具有吸收红外线特性的材料形成，则没有必要另设红外线截止滤光器。

另外，作为本发明的另一个形态，举出图21(a)及图21(b)中所示的光学系统。此形态特征在于：折射作用可变光学要素QL和光圈被邻接配置。图21(a)表示物距为无限远时的光学系统的状态，图21(b)表示物距为短距离时的光学系统的状态。与上述图面中相同的附图标记指的是相同的部件，在此省略说明。通过这样将光圈配置在接近折射作用可变光学要素QL的位置上，可以使折射作用可变光学要素QL的外径减小，使制造容易。

以上，参考实施形态，对本发明作了说明，但本发明不该解释为仅限于上述实施形态，当然可以有适当的变更、改良。本发明的摄像装置装载于小型数字式照相机、手机、PDA等携带终端是理想的，但也可用于个人电脑等其他用途。

如上所述，通过摄像装置和由电可以使折射作用变换的光学用要素的组合，可以得到小型且在各种用途可以进行各种修正和调整的摄像装置。

根据本发明，具有使用电毛细管现象的焦点可变透镜作为自动对焦手段，同时，能提供了较好地修正了像差的光学系统及摄像装置。

Claims (23)

1.一种摄像装置，包括：基板和、设置在前述基板上的将会聚的光束变换为电信号的摄像元件和、用于将从被摄体发出的光束会聚于前述摄像元件而被配置的摄影光学元件和、遮蔽前述摄像元件和摄影光学元件的遮光部件和、用来控制前述电信号的输出及前述摄像元件的控制装置及、折射作用可变光学要素，其特征在于，前述折射作用可变光学要素包括：具有第1折射率的同时具有导电性的第1流体和；具有与第1折射率不同的第2折射率、具有绝缘性且与前述第1流体具有非溶合性的同时、与前述第1流体实质上是同密度的第2流体和；由绝缘性材料构成的、前述第1流体和前述第2流体被密封充填的同时、能使光束通过前述第1流体和前述第2流体地设有开口部的外壳部件和；与前述第1流体接触的第1电极和；设置在前述外壳部件上的第2电极；以及通过在前述第1电极和第2电极间施加电压、使前述外壳部件的前述第2流体的湿润性发生变化、从而使前述第2流体在前述外壳部件内的充填形状发生变化的电压施加装置。

2.如权利要求1记载的摄像装置，其特征在于，前述折射作用可变光学要素还包括：封闭前述外壳部件的前述开口部的封闭部件，前述封闭部件具有透光性，同时，前述封闭部件在至少一个面上有非球面光学面。

3.如权利要求2记载的摄像装置，其特征在于，前述非球面光学面作为消除前述光束通过前述第1流体及第2流体而产生的像差的光学面。

4.如权利要求1所记载的摄像装置，其特征在于，前述折射作用可变光学要素配置在比前述摄影光学元件靠近被摄体的一侧。

5.如权利要求4记载的摄像装置，其特征在于，前述折射作用可变光学要素在摄像装置一侧有前述封闭部件，前述摄影光学元件至少有配置在最靠近被摄体一侧的光学元件，同时，前述封闭部件和前述配置在最靠近被摄体一侧的光学元件是通用的元件。

6.如权利要求1记载的摄像装置，其特征在于，前述折射作用可变光学要素在遮断红外线的同时，还包括封闭前述开口部的IR截止滤光器。

7.如权利要求1记载的摄像装置，其特征在于，前述折射作用可变光学要素还包括：记忆前述电压施加装置施加的电压值和与此相对应的前述第2流体的充填形状之关系的记忆装置及；根据由前述记忆装置记忆的关系来控制由前述电压施加装置施加的电压之电压控制装置。

8.如权利要求1记载的摄像装置，其特征在于，前述折射作用可变光学要素根据前述电压施加装置施加的电压进行焦距调节。

9.如权利要求1记载的摄像装置，其特征在于，前述折射作用可变光学要素根据前述电压施加装置施加的电压进行焦点调整。

10.如权利要求1记载的摄像装置，其特征在于，前述折射作用可变光学要素根据前述电压施加装置施加的电压，使前述折射作用可变光学要素的光轴与前述摄影光学元件的光轴一致而作位移调整。

11.如权利要求1记载的摄像装置，其特征在于，前述折射作用可变光学要素根据前述电压施加装置施加的电压，使前述折射作用可变光学要素的光轴与前述摄影光学元件的光轴一致而作倾斜调整。

12.一种光学系统，包括：限制透光量的光圈及折射作用可变光学要素，其特征在于，前述折射作用可变光学要素包括：具有第1折射率的同时具有导电性的第1流体和；具有与第1折射率不同的第2折射率、还具有绝缘性且与前述第1流体具有非溶合性的同时、与前述第1流体实质上是同密度的第2流体和；由绝缘性材料构成的、前述第1流体和前述第2流体被密封充填的同时、能使光束通过前述第1流体和前述第2流体地设有开口部的外壳部件和；与前述第1流体接触的第1电极和；设置在前述外壳部件上的第2电极；以及通过在前述第1电极和第2电极间施加电压、使所述第1流体和所述第2流体的界面的形状发生变化的电压施加装置，前述界面的曲率半径的绝对值具有最小值时、前述界面顶点到前述界面的曲率半径中心的方向与前述界面顶点到前述光圈的方向为一致。

13.如权利要求12记载的光学系统，其特征在于，前述外壳部件的前述光束的光路上的光学面中至少有一个光学面为曲面，同时，前述界面的曲率半径的绝对值具有最小值时，前述曲面的曲率半径的符号与前述第1流体和前述第2流体的界面的曲率半径的符号为一致。

14.如权利要求12记载的光学系统，其特征在于，前述光学系统还具有与前述折射作用可变光学要素接近或接触的光学元件；前述外壳部件的前述光束的光路上的2个光学部件为平行平板，前述界面的曲率半径的绝对值具有最小值时，前述光学元件的至少一个的光学面的曲率半径的符号与前述界面的曲率半径的符号为一致。

15.如权利要求13记载的光学系统，其特征在于，前述界面的曲率半径的绝对值具有最小值时，前述外壳部件的曲面的折射力与前述界面的折射力有相异符号。

16.如权利要求14记载的光学系统，其特征在于，前述界面的曲率半径的绝对值具有最小值时，前述光学元件的一个的光学面的折射力与前述界面的折射力具有相异符号。

17.如权利要求14记载的光学系统，其特征在于，前述外壳部件的前述光束的光路上，且作为与空气交界面的2个面分别为曲面，前述界面的曲率半径的绝对值具有最小值时，前述2个曲面的曲率半径的符号与前述界面的曲率半径的符号为一致。

18.如权利要求12记载的光学系统，其特征在于，前述第1流体及前述第2流体中，设前述光圈近侧的流体的折射率为ni、前述光圈远侧的流体的折射率为no、远距离物体对焦时的前述界面的曲率半径为Rf、近距离物体对焦时的前述界面的曲率半径为Rn时，

如果ni＞no，则满足|Rf|＞|Rn|               (1)

如果ni＜no，则满足|Rf|＜|Rn|               (2)

19.如权利要求12记载的光学系统，其特征在于，前述光学系统还具有主透镜，其比前述折射作用可变光学要素远离物体侧。

20.如权利要求19记载的光学系统，其特征在于，前述光圈被配置在与前述折射作用可变光学要素邻接的位置。

21.如权利要求19记载的光学系统，其特征在于，在前述光学系统的对焦可能物距范围中，设前述折射作用可变光学要素的焦距的绝对值变为最大时的值为|f′|、前述主透镜的焦距为f时，满足

|f′|/f＞5                           (3)

22.如权利要求12记载的光学系统，其特征在于，使前述外壳部件带有红外线截止功能。

23.一种摄像装置，其特征在于，包括：如权利要求12记载的光学系统以及将由前述光学系统会聚的光束变换成电信号的摄像元件。

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