JP2000081573A5 - - Google Patents
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Description
【特許請求の範囲】
【請求項1】 非回転対称面を有する光学素子と光学特性可変反射鏡と、撮像素子とを備え、前記反射鏡と前記撮像素子とが同一の基板上に配置され、前記反射鏡と前記非回転対称面を有する光学素子が光学系の全部又は一部を構成することを特徴とする撮像装置。
【請求項2】 非回転対称面を有する光学素子と光学特性可変反射鏡とを備え、前記反射鏡が前記光学素子のいずれかの面の近傍に配置されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項3】 前記非回転対称面を有する光学素子の少なくとも1面に光学特性可変反射鏡を又他の少なくとも1面に固体撮像素子を配設したことを特徴とする請求項2の撮像装置。
【請求項4】 前記非回転対称面が対称面を1面のみ有する面であることを特徴とする請求項1または2の撮像装置。
【請求項5】 光学特性可変反射鏡が入射光軸に垂直な面内で電気光学効果をもつ物質の方位がほぼ均一である物質よりなることを特徴とする請求項1または2の光学系。
【請求項6】 光学特性可変反射鏡が液晶素子を有し、前記液晶素子の光軸とほぼ直交する方向に電場を加えて光学特性を変化させることを特徴とする請求項1または2の光学系。
【請求項7】 光学特性可変反射鏡が屈折率異方性が負の電気光学効果又は磁気光学効果を持つ物質よりなり、この物質に電場又は磁場を加えることにより前記物質の屈折率を変化させて光学特性を変化させることを特徴とする請求項1または2の光学系。
【請求項8】 光学特性可変反射鏡が液晶素子よりなり、更に前記液晶素子の光軸とほぼ直交する方向に電場を加える部材を備え、前記部材による電場が時間と共に方向を変化させるようにしたことを特徴とする請求項1または2の光学系。
【請求項9】 光学特性可変反射鏡が液晶素子よりなり、更に前記液晶素子の光軸とほぼ平行な方向に電場を加える部材と、前記液晶素子の光軸とほぼ直交する方向に電場を加える部材とを備えたことを特徴とする請求項1または2の光学系。
【請求項10】 下記条件式(7−1)を満足することを特徴とする請求項6、8または9の光学系。
T≦10τ (7−1)
ただし、Tは前記電場を加える部材の電圧の切り換えの周期、τは液晶分子が自然にもとの配光になるまでの時間とする。
【請求項11】 光学特性可変反射鏡が液晶素子を有し、前記液晶素子に用いる液晶が螺旋状の配向の液晶であることを特徴とする請求項1または2の光学系。
【請求項12】 下記式(6)、(5−61)、(5−62)、(5−28)、(5−29)、(5−30)のいずれかを満足することを特徴とする請求項11の光学系。
P<λ (6)
P<20π・λ≒62.8λ (5−61)
P<20λ (5−62)
|Γ/2Φ|<1 (5−28)
|Γ/2Φ|<π/6 (5−29)
|Γ/2Φ|<π (5−30)
ただし、Pは液晶ピッチ、λは使用する光の波長であり、またΦおよびΓは夫々下記の式にて与えられる。
Φ=2πd/P
ここでdは液晶素子の厚さ、no,neは夫々液晶の常光線に対する屈折率および異常光線に対する屈折率である。
【請求項13】 光学特性可変反射鏡が液晶素子よりなり、高分子分散液晶を用いたことを特徴とする請求項1または2の光学系。
【請求項14】 下記式(8)、(9)のうちの少なくとも一つの式を満足することを特徴とする請求項1または2の光学系。
D<λ/5 (8)
0.5<ff<0.999 (9)
ただし、Dは液晶分子の平均径、λは使用する光の波長、ffは液晶の全体の体積に対する液晶分子の占める割合である。
【請求項15】 光学特性可変反射鏡が、液晶素子の温度を変化させることで特性を変えることを特徴とする請求項1または2の光学系。
【請求項16】 強度可変の磁場を加えて液晶の配向方向を制御することを特徴とする請求項14の光学系。
【請求項17】 光学特性可変反射鏡が液晶を有し、前記液晶に電場の強さあるいは周波数を変化させることによって液晶の配向方向を制御することを特徴とする請求項1または2の光学系。
【請求項18】 光学特性可変反射鏡が液晶素子を有し、前記液晶素子として電場の周波数によって誘電異方性が変化する液晶素子を用いたことを特徴とする請求項1または2の光学系。
【請求項19】 非回転対称面を有する光学素子と光学特性可変反射鏡とディスプレーとを備えた光学装置。
【請求項20】 非回転対称面を有する光学素子と光学特性可変反射鏡とを備えた観察装置。
【請求項21】 非回転対称面と光学特性可変光学素子とを備えた光学系。
【請求項22】 非回転対称面と光学特性可変光学素子とを備えた結像光学系。
【請求項23】 非回転対称面と光学特性可変光学素子とを備えた光学装置。
【請求項24】 非回転対称面と光学特性可変光学素子とを備えた観察装置。
【請求項25】 自由曲面と可変焦点レンズと反射型の光学特性可変光学素子を有する光学系。
【請求項26】 複数の光学特性可変光学素子と非回転対称面を有する光学系。
【請求項1】 非回転対称面を有する光学素子と光学特性可変反射鏡と、撮像素子とを備え、前記反射鏡と前記撮像素子とが同一の基板上に配置され、前記反射鏡と前記非回転対称面を有する光学素子が光学系の全部又は一部を構成することを特徴とする撮像装置。
【請求項2】 非回転対称面を有する光学素子と光学特性可変反射鏡とを備え、前記反射鏡が前記光学素子のいずれかの面の近傍に配置されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項3】 前記非回転対称面を有する光学素子の少なくとも1面に光学特性可変反射鏡を又他の少なくとも1面に固体撮像素子を配設したことを特徴とする請求項2の撮像装置。
【請求項4】 前記非回転対称面が対称面を1面のみ有する面であることを特徴とする請求項1または2の撮像装置。
【請求項5】 光学特性可変反射鏡が入射光軸に垂直な面内で電気光学効果をもつ物質の方位がほぼ均一である物質よりなることを特徴とする請求項1または2の光学系。
【請求項6】 光学特性可変反射鏡が液晶素子を有し、前記液晶素子の光軸とほぼ直交する方向に電場を加えて光学特性を変化させることを特徴とする請求項1または2の光学系。
【請求項7】 光学特性可変反射鏡が屈折率異方性が負の電気光学効果又は磁気光学効果を持つ物質よりなり、この物質に電場又は磁場を加えることにより前記物質の屈折率を変化させて光学特性を変化させることを特徴とする請求項1または2の光学系。
【請求項8】 光学特性可変反射鏡が液晶素子よりなり、更に前記液晶素子の光軸とほぼ直交する方向に電場を加える部材を備え、前記部材による電場が時間と共に方向を変化させるようにしたことを特徴とする請求項1または2の光学系。
【請求項9】 光学特性可変反射鏡が液晶素子よりなり、更に前記液晶素子の光軸とほぼ平行な方向に電場を加える部材と、前記液晶素子の光軸とほぼ直交する方向に電場を加える部材とを備えたことを特徴とする請求項1または2の光学系。
【請求項10】 下記条件式(7−1)を満足することを特徴とする請求項6、8または9の光学系。
T≦10τ (7−1)
ただし、Tは前記電場を加える部材の電圧の切り換えの周期、τは液晶分子が自然にもとの配光になるまでの時間とする。
【請求項11】 光学特性可変反射鏡が液晶素子を有し、前記液晶素子に用いる液晶が螺旋状の配向の液晶であることを特徴とする請求項1または2の光学系。
【請求項12】 下記式(6)、(5−61)、(5−62)、(5−28)、(5−29)、(5−30)のいずれかを満足することを特徴とする請求項11の光学系。
P<λ (6)
P<20π・λ≒62.8λ (5−61)
P<20λ (5−62)
|Γ/2Φ|<1 (5−28)
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ただし、Pは液晶ピッチ、λは使用する光の波長であり、またΦおよびΓは夫々下記の式にて与えられる。
Φ=2πd/P
ここでdは液晶素子の厚さ、no,neは夫々液晶の常光線に対する屈折率および異常光線に対する屈折率である。
【請求項13】 光学特性可変反射鏡が液晶素子よりなり、高分子分散液晶を用いたことを特徴とする請求項1または2の光学系。
【請求項14】 下記式(8)、(9)のうちの少なくとも一つの式を満足することを特徴とする請求項1または2の光学系。
D<λ/5 (8)
0.5<ff<0.999 (9)
ただし、Dは液晶分子の平均径、λは使用する光の波長、ffは液晶の全体の体積に対する液晶分子の占める割合である。
【請求項15】 光学特性可変反射鏡が、液晶素子の温度を変化させることで特性を変えることを特徴とする請求項1または2の光学系。
【請求項16】 強度可変の磁場を加えて液晶の配向方向を制御することを特徴とする請求項14の光学系。
【請求項17】 光学特性可変反射鏡が液晶を有し、前記液晶に電場の強さあるいは周波数を変化させることによって液晶の配向方向を制御することを特徴とする請求項1または2の光学系。
【請求項18】 光学特性可変反射鏡が液晶素子を有し、前記液晶素子として電場の周波数によって誘電異方性が変化する液晶素子を用いたことを特徴とする請求項1または2の光学系。
【請求項19】 非回転対称面を有する光学素子と光学特性可変反射鏡とディスプレーとを備えた光学装置。
【請求項20】 非回転対称面を有する光学素子と光学特性可変反射鏡とを備えた観察装置。
【請求項21】 非回転対称面と光学特性可変光学素子とを備えた光学系。
【請求項22】 非回転対称面と光学特性可変光学素子とを備えた結像光学系。
【請求項23】 非回転対称面と光学特性可変光学素子とを備えた光学装置。
【請求項24】 非回転対称面と光学特性可変光学素子とを備えた観察装置。
【請求項25】 自由曲面と可変焦点レンズと反射型の光学特性可変光学素子を有する光学系。
【請求項26】 複数の光学特性可変光学素子と非回転対称面を有する光学系。
【0010】
【発明の実施の形態】
次に本発明の光学特性可変光学素子の実施の形態について述べる。
【発明の実施の形態】
次に本発明の光学特性可変光学素子の実施の形態について述べる。
このような屈折率の異方性が負の液晶よりなる可変焦点光学素子は、電圧が印加されない場合、液晶1の分子のz方向が光軸の方向つまりZ方向を向くように配向膜2が形成されている。
このパターンは、配向膜2ではなく、透明基板4又は5の表面に形成してもよい。この場合、配向膜2は省略し得ることもある。又微細な溝12はへこみでなく逆に出っ張っていてもよい。
図11は、図8、図9、図10に示す第2の実施の形態の変形例であって、これらと電極19の配置位置と形状が異なる変形例である。尚図11において(A)は+z方向から見た図、(B)は−x方向から見た図である。つまり図11(B)に示す透明基板4又は5のうちの少なくとも一方の外周部に図11(A)のように透明電極3とは絶縁された状態で電極19を設けたもので、図10に示すものとほぼ同様の効果が得られる。
コロナ社発行の吉野勝美、尾崎雅則共著「液晶とディスプレイ応用の基礎」の85頁〜92頁に示される式によれば、絶対的な位相の変化exp(−iα)を含めた時、図12に示した厚さdのネマテック液晶に対するジョーンズの行列Wtは下記の式(5−3)にて与えられる。
使用する磁気光学効果をもつ物質46としては、鉛ガラス、水晶、液晶等がある。配向膜48は液晶の場合は設けた方が良い。
図12において、絞り26の後方に可変焦点液晶レンズ21と凹面を含むレンズ28と凸レンズ29と液晶レンズ部25とにて構成された光学系が配置されている。凸レンズ29は、固体撮像素子30に対して主光線が垂直又はほぼ垂直例えば固体撮像素子の受光面に対して主光線の角度が90°±20°で入射するようにするために設けてある。又、凹レンズ28はペッツバール和を改善して像面湾曲を補正するために設けてある。又絞り26側(入射側)の凸レンズ27は、物体側の面が凸面であり、これにより球面収差を良好に補正するようにしている。又液晶レンズ25は、色収差を補正するために凹レンズの形状にしてある。又、レンズ27、28、29のレンズ面のうちのいずれかの面を非球面にすることにより収差を一層良好に補正することが可能になり好ましい。又液晶レンズ25は絞り26の近傍に位置させることが液晶レンズ25の有効径を小さくすることができ、その厚さを減少させ得るため好ましい。
次に、図29は、本発明の光学特性可変光学素子を電子内視鏡の観察系の対物光学系120に組み込んだ構成の概念図を示す。この例の場合も、観察系の対物光学系120は、ズーミングフォーカシングを行なう反射型光学特性可変光学素子128を備えた結像光学系を用いている。この電子内視鏡は、図29(A)に示すように、電子内視鏡111と、照明光を供給する光源装置112と、その電子内視鏡111に対応する信号処理を行なうビデオプロセッサ113と、このビデオプロセッサ113から出力される映像信号を表示するモニター114と、このビデオプロセッサ113と接続され映像信号等に記録するVTRデッキ115、および、ビデオディスク116と、映像信号を映像としてプリントアウトするビデオプリンタ117と共に構成されており、電子内視鏡111の挿入部118の先端部119は、図29(B)に示すように構成されている。光源装置112から照明された光束は、ライトガイドファイバー束126を通って照明用対物光学系127により、観察部位を照明する。そして、この観察部位からの光が、カバー部材124を介して、観察用対物光学系125によって物体像として形成される。この物体像は、ローパスフーフィルター、赤外カットフィルター等のフィルター121を介してCCD122の撮像面123上に形成される。さらに、この物体像は、CCD122によって映像信号に変換され、その映像信号は、図29(A)に示すビデオプロセッサ113により、モニター114上に直接表示されると共に、VTRデッキ115、ビデオディスク116中に記録され、また、ビデオプリンタ117から映像としてプリントアウトされる。
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