JP2002221751A - 可変形状鏡を用いたカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電源系への負担を軽減して可変形状鏡の動作を
安定化させることが可能な可変形状鏡を用いたカメラを
提供する。 【解決手段】撮影レンズを通して結像された画像から画
像信号を得る撮像手段と、撮影条件に基づいた露光動作
により前記撮像手段の駆動制御を含む制御を行う露光制
御手段と、電気的な力により変形する反射面と、該反射
面の形状を制御する電極とを有してなる可変形状鏡と、
前記可変形状鏡を駆動するための電源を供給する電源供
給手段と、前記可変形状鏡を駆動する駆動手段と、前記
撮影レンズを駆動する手段と、を有し、前記撮影レンズ
が駆動されているか、または前記露光制御手段による露
光制御が行われているときには、前記駆動手段による前
記可変形状鏡の駆動を行わないように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可変形状鏡を用い
たカメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体プロセスを用いて、例えば
静電気等の電気的な力で鏡の反射面を変形させて所望の
光学特性を得ることのできる、小型の機器に適用可能な
可変形状鏡が提案されている。この可変形状鏡を用いれ
ば、省スペース化による小型化や簡単な構成で高速応答
できる可変形状鏡の特徴を生かした機器が提供できる可
能性がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、可変形状鏡の
駆動制御には高電圧を要するため、電池で駆動するカメ
ラ等の機器を構成する、例えば、ＡＦ（オートフォーカ
ス）構成部材などの光学部材に可変形状鏡を用いた場
合、電力消費が無視できない程大きくなる。このため、
例えば、レンズ駆動や露光制御等での電力の消費が大き
な動作を行なっているときに、同時に可変形状鏡の駆動
が行われると、全体の電源負荷が大きくなりすぎ、最悪
の場合には、可変形状鏡の動作保証ができなくなるとい
う問題点があった。

【０００４】そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、電
源系への負担を軽減して可変形状鏡の動作を安定化させ
ることが可能な可変形状鏡を用いたカメラを提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明による可変形状鏡を用いたカメラは、撮影レ
ンズを通して結像された画像から画像信号を得る撮像手
段と、撮影条件に基づいた露光動作により前記撮像手段
の駆動制御を含む制御を行う露光制御手段と、電気的な
力により変形する反射面と、該反射面の形状を制御する
電極とを有してなる可変形状鏡と、前記可変形状鏡を駆
動するための電源を供給する電源供給手段と、前記可変
形状鏡を駆動する駆動手段と、撮影レンズを駆動する手
段と、を有し、前記撮影レンズが駆動されているか、ま
たは前記露光制御手段による露光制御が行われていると
きには、前記駆動手段による前記可変形状鏡の駆動を行
わないようにしたことを特徴とする。

【０００６】また、本発明による可変形状鏡を用いたカ
メラは、好ましくは、被写体を照明するストロボの充放
電を制御するストロボ制御手段を更に有し、前記ストロ
ボが充放電制御されているときには、前記駆動手段によ
る前記可変形状鏡の駆動を行わないようにしたことを特
徴とする。

【０００７】また、本発明による可変形状鏡を用いたカ
メラは、好ましくは、前記撮像手段で得られた画像信号
に係るデータを記録する記録手段を更に有し、前記記録
手段でデータ記録をしているときには、前記駆動手段に
よる前記可変形状鏡の駆動を行わないようにしたことを
特徴とする。

【０００８】また、本発明による可変形状鏡を用いたカ
メラは、好ましくは、撮影モードを含む複数のモードを
設定するモード設定手段を更に有し、前記モード設定手
段で撮影モード以外のモードが設定されているときに
は、前記駆動手段による前記可変形状鏡の駆動を行わな
いようにしたことを特徴とする。

【０００９】

【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は本発明の一実施形態にかかる
可変形状鏡を用いたカメラのシステム概略構成図であ
る。本発明の可変形状鏡を備えたカメラは、未図示の絞
り及びメカシャッタを有する撮影レンズ系１と、該撮影
レンズ１の焦点位置を調整するためのモータとモータド
ライバーとを備えたレンズ駆動部２と、ＣＣＤイメージ
センサ等の撮像素子３と、撮像素子３を駆動して画像信
号を得る撮像回路４と、アナログ画像信号をデジタル画
像信号に変換するＡ／Ｄ変換器６と、画像信号を一時的
に蓄えておくためのバッファメモリ７と、ストロボ発光
回路８と、画像処理を行なうためのＤＳＰ（デジタル・
シグナル・プロセッサ）２０と、ＲＩＳＣ−マイクロプ
ロセッサ１９と、データ圧縮伸長回路１５と、カードス
ロットに装着された着脱式メモリカードとアクセスする
ためのＩ／Ｆ（インターフェース）１６と、デジタル画
像信号を画像表示したりビデオ出力端子からビデオ信号
を出力するための画像データを記憶するビデオメモリ１
８と、外部入出力端子を介して外部機器とデータ入出力
を行なうためのＩ／Ｆ１７などを備えている。

【００１０】更に、前記カメラは、撮影時に撮像素子３
の露出量を求めるためのＡＥ部５と、ストロボ発光回路
８と、動作モード等の撮影情報を表示するためのモード
ＬＣＤ９と、撮影、再生等に係る各種動作を行なうため
の操作部１０と、可変形状鏡ユニット１１と、カメラ各
部及び可変形状鏡１１に対して電源供給を行なうための
電源回路１２を備えている。そして、前記カメラの撮
影、再生等の動作に伴う各部の制御を行なうためのシス
テムコントローラ１３を備えている。操作部１０には、
撮影の開始及び記録を指示する未図示のレリーズ釦、モ
ード設定操作部等が設けられている。

【００１１】図２は本実施形態のカメラに用いる可変形
状鏡１１を構成する電極の配置関係及び電圧制御を行な
う回路部のブロック図である。可変形状鏡１１は、反射
面２３と上部電極２１とを備えた可撓性薄膜と、それに
対向して配置された制御電極である下部電極２２とその
制御回路からなる制御基板を備え、この制御基板と図１
に示す電源回路１２及びシステムコントローラ１３とが
接続されている。

【００１２】図２において、高圧電源Ｖｐは１００Ｖ程
度の定電圧源であり、リファレンス電圧Ｖｒｅｆは５Ｖ
程度の可変電圧である。また、駆動電圧ＶＤは電圧制御
回路部２４を駆動させるための電圧源である。これら高
電圧源Ｖｐ、リファレンス電圧Ｖｒｅｆ、駆動電圧ＶＤ
は印加され電圧制御回路部２４へ供給される。電圧制御
回路部２４には、高耐圧の電圧制御トランジスタ２５と
制御回路２６が形成されており、この電圧制御回路部２
４により低電圧であるリファレンス電圧Ｖｒｅｆに対応
した出力電圧になるように高電圧Ｖｐを電圧制御し制御
電極である下部電極２２へ印加する。また、クロック入
力端子ＣＫがリファレンス電圧Ｖｒｅｆの変化と同期し
たパルス電圧であるタイミングパルスを発するようにな
っている。また、電圧制御回路部２４には、上述の高耐
圧の電圧制御トランジスタ２５と制御回路２６の他にタ
イミング発生回路２７と高耐圧のスイッチング用トラン
ジスタ２８が形成されている。

【００１３】このように構成された可変形状鏡（電圧制
御回路部を含む）において、分割した制御電極である下
部電極２２のうちの任意の電極に印加する電圧に応じた
リファレンス電圧Ｖｒｅｆを入力し、電圧制御トランジ
スタ２５と制御回路２６により出力電圧を制御する。こ
れと同期してタイミングパルスを入力し、タイミング発
生回路２７の出力により該当制御電極に対応するスイッ
チング用トランジスタ２８をＯＮ状態にする。一定時間
を経過してから該当スイッチング用トランジスタ２８を
ＯＦＦ状態にし、電圧制御トランジスタ２５の出力と制
御電極の接続を断ち、制御電極へ印加した電圧を一定に
保つ。これにより該当制御電極に電圧制御された電圧が
印加される。このリファレンス電圧による電圧制御とタ
イミングパルスによるスイッチング用トランジスタ２８
のＯＮ−ＯＦＦを時系列に行うことで分割した全ての制
御電極に任意の電圧を印加することができる。なお、こ
の場合の電圧制御回路の各部のタイミングチャートを図
３に示す。図３においては、分割した電極のうちの任意
の２つの電極について示してある。

【００１４】ここで、可変形状鏡では負荷成分が対向電
極によるキャパシタンス成分であり、また対向電極に印
加する電圧は直流電圧であるため、分割した制御電極の
印加電圧を時系列に制御しても、各々の電極に印加され
る電圧を一定に保つことは容易にできる。これら電圧制
御回路を一体化することで、外部から電源と制御信号を
供給するだけで複数に分割した制御電極を有する可変形
状鏡を駆動することができ、また、制御電極の分割数を
増加してもそれに応じて制御回路を増やす必要は無く、
タイミング発生回路の簡単な変更とスイッチング用トラ
ンジスタの増設で電圧制御をすることができるため、省
スペース化することができ、小型化に適した可変形状鏡
を提供することができる。なお、図２においては、上部
電極２１を１枚で構成し下部電極２２を複数枚で構成し
たが、これとは逆に、上部電極２１を複数の電極に分割
しこれに図２に示すような回路を接続し、下部電極２２
を１枚の電極で構成し、下部電極２２が反射面２１を備
えるようにしてもよい。

【００１５】図４は本実施形態のカメラに用いる可変形
状鏡の電極部を示す説明図であり、(a)〜(e)は、図２に
示す上部電極２１の変形状態を示す側面図、(f)及び(g)
は図２に示す下部電極２２の配置構成を示す平面図であ
る。可変形状鏡の複数の下部電極２２は、図４(f)に示
すように、変形形状に応じて碁盤目状に分割されて構成
してもよく、または、図４(g)に示すように、同心円状
に分割されて構成してもよい。また、上部電極２１は、
図４(a)に示すように、全体が対向電極側に平行に引っ
張られるように駆動させてもよく、または、図４(b),
(c)に示すように片側部分が対向電極側に引っ張られる
ように駆動させてもよく、さらには、図４(d),(e)に示
すように、対向電極に対し、凹状または凸状に変形させ
てもよい。

【００１６】図５は本実施形態のカメラにおいて、可変
形状鏡を測距部に用いた例を示す説明図である。測距部
は、三角測距の原理により、所定の基線長だけ離れたレ
ンズを透過した光を内蔵したセンサーで検出することに
より被写体までの距離に相応する信号を検出することが
できるように構成されている。より具体的に説明する
と、赤外（ＩＲ）発光ダイオード３１からの赤外光を可
変形状鏡１１の反射面３２で反射させて、投光レンズ３
３、投光用窓３４を経て被写体（図において、矢印ａ，
ｂ，ｃの延長線上にあるため図示を省略してある）に照
射し、被写体で反射され、受光窓３５、受光レンズ３６
を経た光（矢印ａ’，ｂ’，ｃ’で示す）をＰＳＤなど
の受光器３７で受光し、その出力により被写体までの距
離を検出するように構成されている。このとき可変形状
鏡１１の下部電極２２を制御して反射面３２をａ，ｂ，
ｃの各方向へ投光されるように駆動する。なお、図５に
おいては、測定対象となる被写体を紙面において行方向
に走査した状態を示しているが、列方向に走査させるこ
とも勿論可能である。従って、可変形状鏡を用いること
で、撮影画面上で測定対象を走査してそれぞれの箇所で
の焦点距離を測定することができる。

【００１７】このような可変形状鏡を駆動させる場合、
上述のように高電圧を要するため、他の電力消費の大き
い動作と重なると、電源への負担が大きく駆動制御の動
作が不安定となるおそれがある。このため、カメラのそ
の他の電力消費の大きい動作と重ならないように、本実
施形態にかかる可変形状鏡を用いたカメラでは、駆動の
タイミングがコントロールされている。図６は本実施形
態の可変形状鏡を用いたカメラにおける撮影時の駆動制
御を示すフローチャートである。図６において、まず、
カメラのＥＥＰＲＯＭ１４に記憶されていた諸データを
読み出す（ステップＳ１）。次いで、モード選択画面が
例えば図１に示すカメラのモードＬＣＤ９に表示され、
撮影者はモード選択を行う。そこで、撮影者により選択
されたモードをチェックする（ステップＳ２）。撮影モ
ードが選択されない場合には、図１に示す電源回路１２
からの電源のうち駆動電源などの可変形状鏡の駆動部の
電源をＯＦＦにして図２に示す電圧制御回路部２４に電
源が供給されないようにし（ステップＳ３）、その後に
選択された各種モードの処理を行う（ステップＳ４）。
なお、モード選択には、撮影モード、撮影画像の再生モ
ード、各種数値の設定モード、及び外部との通信モード
等があるが、ここでは説明の便宜上、撮影モードを選択
した場合について説明する。

【００１８】撮影モードが選択された場合には、可変形
状鏡の駆動部の電源をＯＮにし、可変形状鏡を構成する
図２に示す各電極２２に対しＥＥＰＲＯＭ１４から予め
読み出しておいた所定の電圧値でもって、反射面２３の
向き及び変形状態を初期状態にし、その後電源をＯＦＦ
にする（ステップＳ５）。その後、ストロボ充電処理を
開始する（ステップＳ６）。次いで、レリーズ釦が半押
しされているか否かのチェックを行い、レリーズ釦が半
押しされるまでこの処理を繰りかえす（ステップＳ
７）。レリーズ釦が半押しされている場合には、測距処
理を行う（ステップＳ８）。

【００１９】図７は本実施形態の可変形状鏡を用いたカ
メラにおける測距処理のフローチャートである。測距処
理では、初期処理として測定位置カウンタｎに１をセッ
トする（ステップＳ８１）。次に、ストロボが充電中で
あるか否かのチェックを行い（ステップＳ８２）、充電
中の場合は充電が完了するまで待つ（ステップＳ８
３）。ストロボの充電が完了、またはストロボ充電動作
をしていない場合には、可変形状鏡の駆動部の電源をＯ
Ｎして、電圧制御回路部２４に電源を供給し、測定位置
カウンタｎに対応する位置（例えば、図５のａ，ｂ，ｃ
のいずれかの位置）の距離が計測できるように反射面２
３の形状を変化させるように各電極２２を駆動し、（ス
テップＳ８４）、該当位置での測定対象となる被写体の
測距を行う（ステップＳ８５）。そして図５に示す受光
器３７の出力信号に基づく測定値を読み出して（ステッ
プＳ８６）、図１に示すバッファメモリ７に一時的に格
納する（ステップＳ８７）。

【００２０】その後、測定位置カウンタｎに１をプラス
し（ステップＳ８８）、測定対象となる被写体について
の撮影画面内の全領域の測距が終了するまで（図におい
てはｎが３に達するまで）、該当位置の測距を行い、そ
の測定値をバッファメモリ７に格納するまでの処理を繰
り返す（ステップＳ８９）。なお、撮影画面内の領域の
走査は、行及び列の2次元で行なってもよい。また、
ａ，ｂ，ｃの各位置のうち、ａの位置は初期状態の位置
としてもよく、この場合は残りのｂ，ｃの位置に対する
変位を行なえばよいので、位置の設定回数を減らすこと
もできる。

【００２１】次に、得られた各測距値より図１に示す撮
影レンズ系１を介して所望位置の被写体が撮像素子に結
像するように駆動すべき撮像レンズ系１を構成する所定
のレンズの駆動量を算出し（ステップＳ９０）、その
後、可変形状鏡１１の駆動部の電源をＯＦＦにする（ス
テップＳ９１）。これにより測距処理（ステップＳ８）
が終了する。

【００２２】なお、上記ストロボ充電チェックに際し、
ストロボ充電中の場合は、ストロボ充電を一時停止させ
て、可変形状鏡の駆動以降の処理を優先し、反射面２３
の形状を変化させた後、該当位置の測距を行い、その測
定値をバッファメモリに格納する処理を行い、得られた
測定値より撮像レンズ系１を構成する所定のレンズの駆
動量を算出し（ステップＳ８４〜ステップＳ８９）、可
変形状鏡の駆動部の電源をＯＦＦにした（ステップＳ９
１）後にストロボ充電を再開するようにしてもよい。

【００２３】測距処理（ステップＳ８）を終了後、図６
に示すように、測光処理（ステップＳ９）を行う。その
後、ストロボ撮影の場合にはストロボが充電中であるか
否かのチェックを行い（ステップＳ１０）、充電中の場
合は充電が完了するまで待つ（ステップＳ１１）。スト
ロボ充電が完了しているとき、又は完了したときは、レ
リーズ釦が全押しされるまで処理を待つ（ステップＳ１
２）。また、その間に、測距処理で得られた演算値よ
り、所望の位置の被写体が撮影レンズ系１を介して撮像
素子３に結像するように、図１に示すレンズ駆動部２が
撮影レンズ系１を駆動させる。なお、レンズ駆動部２
は、上記駆動のほかに、撮影レンズ系１を変倍駆動、さ
らには、沈胴、沈胴位置から撮影位置への撮像レンズ系
１を構成するレンズの駆動も行なう。

【００２４】レリーズ釦が全押しされた場合には、露光
処理を行う（ステップＳ１３）。露光処理では、測光処
理で得られた値に応じて決定した絞りの開口及びシャッ
タースピードに基づいて、メカシャッタ駆動、撮像素子
３の制御、ストロボ発光等の露光動作を行ない、得られ
た画像信号に基づいて画像処理を行なう（ステップＳ１
４）。その後、撮像された画像を画像表示し（ステップ
Ｓ１５）、必要に応じて撮影者の操作によりメモリカー
ド等の記録媒体に記録する（ステップＳ１６）。この
間、可変形状鏡１１の駆動部の電源は、ＯＦＦ状態を保
持している。そして、画像情報の記録が終了した（ステ
ップＳ１７）後に、可変形状鏡１１の駆動部の電源をＯ
Ｎして可変形状鏡１１を構成する電極により反射面の向
きや変形状態を初期化し（ステップＳ１８）、その後、
可変形状鏡１１の駆動部の電源をＯＦＦにして一駒の撮
影処理が終了する。

【００２５】このように、本実施形態の可変形状鏡を用
いたカメラによれば、レンズ駆動中及び露光動作中に、
可変形状鏡への電源供給及び可変形状鏡の駆動を行わな
いため、電源系への負担が小さく安定した動作を行なう
ことができる。また、ストロボ充電中に可変形状鏡への
電源供給可変形状鏡の駆動を行わないため、ストロボ使
用するときでも電源系への負担が小さくて済む。さら
に、撮像データ記録中に、可変形状鏡への電源供給可変
形状鏡の駆動を行わないため、データ記録動作に悪影響
を与えることがない。さらにまた、撮影モード以外の処
理において、可変形状鏡への電源供給可変形状鏡の駆動
を行わないため、その分省電できる。

【００２６】なお、本発明の可変形状鏡を用いたカメラ
は、図５の実施形態のように可変形状鏡を測距部に設け
る構成以外に、可変形状鏡を撮像部に用いた構成にも適
用可能である。図８、９は本実施形態のカメラにおい
て、可変形状鏡を撮像部に用いた例を示す概略構成図で
ある。

【００２７】図８の例では、撮像素子の前に配置する撮
像レンズ系１が、レンズ４１と、可変形状鏡４２と、レ
ンズ群４３と、赤外カットフィルター４４と、ローパス
フィルター４５とで構成されている。そして、可変形状
鏡４２の反射面の形状を測距部を介して得られた被写体
までの距離に応じた電圧を可変形状鏡４２に備えられた
電極に印加して凹状に変形させることで、反射面のパワ
ーを変えて撮像系の焦点距離を変化させて、オートフォ
ーカスを行うことができる。また、図９の例では、撮像
素子の前に配置する撮像レンズ系１が、レンズ５１と、
傾き可変な可変形状鏡５２と、レンズ群５３と、赤外カ
ットフィルター５４と、ローパスフィルター５５とで構
成されている。そして、図９の例では、傾き可変な可変
形状鏡５２の反射面を、ヨー方向、ピッチ方向の角速度
を夫々検出する２つの角速度センサを介して得られた手
ブレ量に応じて電圧を傾き可変な可変形状鏡５２に備え
られた電極に印加して、傾けることによって手ブレ量を
補正することもできる。このように構成すれば、撮像レ
ンズ系１を構成するレンズ群４３，５３を移動させるこ
となく所望の焦点位置に調整することができ、その分レ
ンズ駆動部材等を省くことができ撮影レンズ構成を簡単
にすることができる。

【００２８】そして、図８、９の例のように、可変形状
鏡を撮像部に用いる場合も、可変形状鏡の駆動電源部の
制御は測距部に用いた場合とほぼ同様に、メカシャッタ
駆動や、ＣＣＤ蓄積読み出しや、ストロボ発光等の露光
動作及び露光処理後撮像された画像の画像表示及びメモ
リカード等への記録中においては、撮像部に用いた可変
形状鏡の駆動を行なわないようにシーケンス制御すれば
よい。さらに、図８の例の場合は、測距処理中において
も、撮像部に用いた可変形状鏡の駆動を行なわないよう
にシーケンス制御すればよい。

【００２９】なお、本発明に用いる可変形状鏡は、静電
引力で駆動する構成の他に、例えば、電磁気力で駆動す
る構成や、圧電効果を用いて構成したものなど、電気的
な力を用いて反射面を駆動させることができるものを用
いても勿論よい。

【００３０】また、本発明におけるシーケンス制御は、
撮像系の一部を構成するレンズに可変焦点レンズを設
け、電気的な力により変形してレンズ系の焦点位置を変
えるように構成された可変焦点レンズを用いたカメラの
シーケンス制御にも適用できる。

【００３１】次に、本発明のカメラに適用可能な可変形
状鏡、可変焦点レンズの構成例について説明する。

【００３２】まず、本発明のカメラに適用可能な可変形
状鏡について説明する。図１０は本発明のカメラの他の
実施例にかかる、光学特性ミラーを用いたデジタルカメ
ラのケプラー式ファインダーの概略構成図である。もち
ろん、銀塩フィルムカメラにも使える。まず、光学特性
可変形状鏡４０９について説明する。

【００３３】光学特性可変形状鏡４０９は、アルミコー
ティングされた薄膜（反射面）４０９ａと複数の電極４
０９ｂからなる光学特性可変形状鏡（以下、単に可変形
状鏡と言う。）であり、４１１は各電極４０９ｂにそれ
ぞれ接続された複数の可変抵抗器、４１２は可変抵抗器
４１１と電源スイッチ４１３を介して薄膜４０９ａと電
極４０９ｂ間に接続された電源、４１４は複数の可変抵
抗器４１１の抵抗値を制御するための演算装置、４１
５，４１６及び４１７はそれぞれ演算装置４１４に接続
された温度センサー、湿度センサー及び距離センサー
で、これらは図示のように配設されて１つの光学装置を
構成している。

【００３４】なお、対物レンズ９０２、接眼レンズ９０
１、及び、プリズム４０４、二等辺直角プリズム４０
５、ミラー４０６及び可変形状鏡の各面は、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、いかなる形状をしていてもよく、さらに、反
射面でも屈折面でも光に何らかの影響を与え得る面なら
ばよい。以下、これらの面を総称して拡張曲面という。

【００３５】また、薄膜４０９ａは、例えば、P.Rai-ch
oudhury編、Handbook of Michrolithography, Michroma
chining and Michrofabrication, Volume 2:Michromach
ining and Michrofabrication,P495,Fig.8.58, SPIE PR
ESS刊やOptics Communication, 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
ようになっており、これにより、観察者の視度に合わせ
たピント調整ができるだけでなく、さらに、レンズ９０
１，９０２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
が抑制され、常に適正にピント調整並びにピント調整で
生じた収差の補正が行われ得る。なお、電極４０９ｂの
形は、例えば図１２、１３に示すように、薄膜４０９ａ
の変形のさせ方に応じて選べばよい。

【００３６】本実施例によれば、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
屈折され、可変形状鏡４０９で反射され、プリズム４０
４を透過して、二等辺直角プリズム４０５でさらに反射
され（図１０中、光路中の＋印は、紙面の裏側へ向かっ
て光線が進むことを示している。）、ミラー４０６で反
射され、接眼レンズ９０１を介して眼に入射するように
なっている。このように、レンズ９０１，９０２、プリ
ズム４０４，４０５、及び、可変形状鏡４０９によっ
て、本実施例のカメラの観察光学系を構成しており、こ
れらの各光学素子の面形状と肉厚を最適化することによ
り、物体面の収差を最小にすることができるようになっ
ている。

【００３７】すなわち、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４１１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
と物体までの距離による結像性能の低下を補償すべく、
薄膜４０９ａの形状が決定されるような電圧を電極４０
９ｂに印加するように、可変抵抗器４１１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４０９
ａは電極４０９ｂに印加される電圧すなわち静電気力で
変形させられるため、その形状は状況により非球面を含
む様々な形状をとり、印加される電圧の極性を変えれば
凸面とすることもできる。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、デジタルカ
メラの撮像レンズ４０３を動かし、その位置から逆に物
体距離を算出し、可変形状鏡を変形させて観察者の眼に
ピントが合うようにすればよい。

【００３８】また、薄膜４０９ａをポリイミド等の合成
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。なお、プリズム４０４と可変形状鏡
４０９を一体的に形成してユニット化することができ
る。

【００３９】また、図示を省略したが、可変形状鏡４０
９の基板上に固体撮像素子４０８をリソグラフィープロ
セスにより一体的に形成してもよい。

【００４０】また、レンズ９０１，９０２、プリズム４
０４，４０５、ミラー４０６は、プラスチックモールド
等で形成することにより任意の所望形状の曲面を用意に
形成することができ、製作も簡単である。なお、本実施
例の撮像装置では、レンズ９０１、９０２がプリズム４
０４から離れて形成されているが、レンズ９０１，９０
２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、可変形状鏡４
０９を設計すれば、プリズム４０４，４０５、可変形状
鏡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４０４，４
０５、ミラー４０６の一部あるいは全部をガラスで作製
してもよく、このように構成すれば、さらに精度の良い
撮像装置が得られる。

【００４１】なお、図１０の例では、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
形状鏡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４１
５、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形状鏡４０９で補正するよ
うにしてもよい。

【００４２】次に、可変形状鏡４０９の別の構成につい
て述べる。

【００４３】図１１は本発明のカメラに適用可能な可変
形状鏡４０９の他の実施例を示しており、この実施例で
は、薄膜４０９ａと電極４０９ｂとの間に圧電素子４０
９ｃ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４０９
ｃ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４０
９ｂの形は、図１２に示すように、同心分割であっても
よいし、図１３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１１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。

【００４４】図１４は本発明のカメラに適用可能な可変
形状鏡４０９のさらに他の実施例を示している。この実
施例は、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’で構成されている点
で、図１１に示された実施例とは異なる。すなわち、圧
電素子４０９ｃと４０９ｃ’が強誘電性結晶で作られて
いるとすれば、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４０９
ａを変形させる力が図１９に示した実施例の場合よりも
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。

【００４５】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、ＰｂＺ
ｒＯ₃とＰｂＴｉＯ₃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、上記実施例において薄膜４０９ａの
形状を適切に変形させることも可能である。

【００４６】また、圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’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形状鏡面の大きな変形が実現でき
てよい。

【００４７】なお、図１１、１５の圧電素子４０９ｃに
電歪材料、例えば、アクリルエラストマー、シリコンゴ
ム等を用いる場合には、圧電素子４０９ｃを別の基板４
０９ｃ−１と電歪材料４０９ｃ−２を貼り合わせた構造
にしてもよい。

【００４８】図１５は本発明のカメラに適用可能な可変
形状鏡４０９のさらに他の実施例を示している。この実
施例では、圧電素子４０９ｃが薄膜４０９ａと電極４０
９ｄとにより挟持され、薄膜４０９ａと電極４０９ｄ間
に演算装置４１４により制御される駆動回路４２５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４２５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、この実施例では、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。

【００４９】そして、薄膜４０９ａ、電極４０９ｄ間の
電圧の符号を変えれば、可変形状鏡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４
０９ｄ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１５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。

【００５０】図１６は本発明のカメラに適用可能な可変
形状鏡４０９のさらに他の実施例を示している。この実
施例は、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、可変形状
鏡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４２
７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４１５，４１
６，４１７，４２４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４
１４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及び薄膜４０９ａを変形
させる。

【００５１】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４０
９ｅ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４２
７には強磁性体よりなる鉄心を入れるようにしてもよ
い。

【００５２】この場合、薄膜コイル４２７の巻密度を、
図１７に示すように、場所によって変化させることによ
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。

【００５３】図１８は本発明のカメラに適用可能な可変
形状鏡４０９のさらに他の実施例を示している。この実
施例では、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、薄膜コイルを設けなくてもすむ
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を切換え兼電源開閉用ス
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１９はこの実施例
におけるコイル４２７の配置を示し、図２０はコイル４
２７の他の配置例を示しているが、これらの配置は、図
１６に示した実施例にも適用することができる。なお、
図２１は、図１６に示した実施例において、コイル４２
７の配置を図２０に示したようにした場合に適する永久
磁石４２６の配置を示している。すなわち、図２１に示
すように、永久磁石４２６を放射状に配置すれば、図１
６に示した実施例に比べて、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１０及び図１８の実施例）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。

【００５４】以上いくつかの可変形状鏡の実施例を述べ
たが、ミラーの形を変形させるのに、図１５の例に示す
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
いて可変形状鏡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。

【００５５】図２２は本発明のさらに他の実施例に係
る、カメラに適用可能な可変形状鏡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、可変形状鏡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９０２では、レンズ１０２を通った物体から
の光は可変形状鏡４０９で集光され、固体撮像素子４０
８の上に結像する。可変形状鏡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。

【００５６】本実施例によれば、物体距離が変わっても
可変形状鏡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、可変形状鏡４
０９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２２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。昇圧回路は本発明のすべての電
気を用いる可変形状鏡、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
形状鏡、可変焦点レンズに有用である。

【００５７】図２３は本発明のカメラに適用可能な可変
形状鏡のさらに他の実施例に係る、マイクロポンプ１８
０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。本実施例によれ
ば、レンズ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。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。流体１６１は、透明基板
１６３と、弾性体１６４との間に挟まれている。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。

【００５８】図２４は本発明のカメラに適用可能なマイ
クロポンプの一実施例を示す概略構成図である。本実施
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２４では静
電気力により振動する例を示しており、図２４中、１８
２，１８３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。

【００５９】本実施例の可変形状鏡１８８では、反射膜
１８９が流体１６１の量に応じて凹凸に変形すること
で、可変形状鏡として機能する。可変形状鏡１８８は流
体１６１で駆動されている。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。

【００６０】なお、静電気力、圧電効果を用いた可変形
状鏡、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２２
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、反射用の
薄膜４０９ａは、変形しない部分にも設けておくと、可
変形状鏡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。

【００６１】次に、本発明のカメラに適用可能な可変焦
点レンズについて説明する。図２５は本発明のカメラに
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。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５０９
ａ，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とを有し、入射光を第１，第２
のレンズ５１２ａ，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５
１４に交流電界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５
１８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。

【００６２】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 …（1） 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５１
１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５
１８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。

【００６３】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２６に示すような形状となり、 ｎ_ox＝ｎ_oy＝ｎ_o …(2) 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。

【００６４】ここで、図２５に示すように、スイッチ５
１５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２７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に交流電界を印加すると、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。

【００６５】なお、高分子分散液晶層５１４に印加する
電圧は、例えば、図２８に示すように、可変抵抗器５１
９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。

【００６６】ここで、図２５に示す状態、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の、液晶
分子５１７の平均屈折率ｎ_LC’は、図２６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’ …(3) となる。また、上記(2)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 …(4) 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 …(5) で与えられる。

【００６７】したがって、図２８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Ｒ₁およ
びＲ₂とすると、可変焦点レンズ５１１の焦点距離ｆ
₁は、 １／ｆ₁＝（ｎ_A−１）（１／Ｒ₁−１／Ｒ₂） …(6) で与えられる。なお、Ｒ₁およびＲ₂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のみによるレンズの焦点距離
が、(6)式で与えられる。

【００６８】また、常光線の平均屈折率を、 （ｎ_ox＋ｎ_oy）／２＝ｎ_o’ …(7) とすれば、図２７に示す状態、すなわち高分子分散液晶
層５１４に電界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 …(8) で与えられるので、この場合の高分子分散液晶層５１４
のみによるレンズの焦点距離ｆ₂は、 １／ｆ₂＝（ｎ_B−１）（１／Ｒ₁−１／Ｒ₂） …(9) で与えられる。なお、高分子分散液晶層５１４に、図２
７におけるよりも低い電圧を印加する場合の焦点距離
は、(6)式で与えられる焦点距離ｆ₁と、(9)式で与えら
れる焦点距離ｆ₂との間の値となる。

【００６９】上記(6)および(9)式から、高分子分散液晶
層５１４による焦点距離の変化率は、 ｜（ｆ₂−ｆ₁）／ｆ₂｜＝｜（ｎ_B−ｎ_A）／（ｎ_B−１）｜ …(10) 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’） …(11) 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 …(12) とすれば、ｆｆ＝０．５のとき、高分子分散液晶層５１
４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。

【００７０】次に、上記(1)式の上限値の根拠について
説明する。「Solar Energy Materials and Solar Cell
s」31巻,Wilson and Eck,1993, Eleevier Science Publ
ishersB.v.発行の第197 〜214 頁、「Transmission var
iation using scattering/transparent switching film
s 」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。

【００７１】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・１
５μｍ）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。

【００７２】これらの結果から、 Ｄ・ｔ≦λ・１５μｍ …(13) 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。

【００７３】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５
１４の透過率は悪くなる。図２５の状態と図２７の状態
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 …(14) を満足するときである。

【００７４】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２５の状態でも、図
２７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’ …(15) とすればよい。

【００７５】上記(14)式を満足すれば、上記(13)式は、
さらに緩和され、 Ｄ・ｔ≦λ・６０μｍ …(16) 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。

【００７６】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 …(17) 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。

【００７７】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、ｆ
ｆ＝１では、高分子の体積がゼロとなり、高分子セル５
１８を形成できなくなるので、 ０．１≦ｆｆ≦０．９９９ …(18) とする。一方、ｆｆは、小さいほどτは向上するので、
上記(17)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…(19) とする。なお、ｔの下限値は、図２５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。

【００７８】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 …(20) とする。

【００７９】図２９は、図２８に示す可変焦点レンズ５
１１を用いるデジタルカメラ用の撮像光学系の構成を示
すものである。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３７では、液晶
分子の図示を省略してある。

【００８０】かかる撮像光学系によれば、可変抵抗器５
１９により可変焦点レンズ５１１の高分子分散液晶層５
１４に印加する交流電圧を調整して、可変焦点レンズ５
１１の焦点距離を変えることより、可変焦点レンズ５１
１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。

【００８１】図３０は本発明のカメラに適用可能な可変
焦点回折光学素子の一例の構成を示す図である。この可
変焦点回折光学素子５３１は、平行な第１，第２の面５
３２ａ，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５３
２，５３３間には、図２５で説明したと同様に、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５
１４に交流電界を印加するようにする。

【００８２】かかる構成において、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 …(21) 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ｎ₃₃とし、ｋを整数と
すると、 ｈ（ｎ_A−ｎ₃₃）＝ｍλ …(22) ｈ（ｎ_B−ｎ₃₃）＝ｋλ …(23) 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。

【００８３】ここで、上記(22)および(23)式の両辺の差
を求めると、 ｈ（ｎ_A−ｎ_B）＝（ｍ−ｋ）λ …(24) 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ｎ₃₃は、上
記(22)式から、ｎ₃₃＝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。

【００８４】かかる、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。

【００８５】なお、この実施形態において、上記(22)〜
(24)式は、実用上、 ０．７ｍλ≦ｈ（ｎ_A−ｎ₃₃）≦１．４ｍλ …(25) ０．７ｋλ≦ｈ（ｎ_B−ｎ₃₃）≦１．４ｋλ …(26) ０．７（ｍ−ｋ）λ≦ｈ（ｎ_A−ｎ_B）≦１．４（ｍ−ｋ）λ …(27) を満たせば良い。

【００８６】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３１および図３２は、この場
合の可変焦点眼鏡５５０の構成を示すものであり、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，５１
３ｂ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
とを有して構成し、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に交流電界を印加する
ようにする。

【００８７】かかる構成において、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３２に示すようにホメオトロピック配向と
なり、図３１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５
５４の屈折率は小さくなり、焦点距離が長くなる。

【００８８】ここで、図３１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 …(28) とする。なお、この条件の下限値は、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３１
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り、この上限値の条
件を満たさないと、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、これがため二重
像が形成されてぼけた像しか得られなくなる。

【００８９】図３３(a)は、本発明のカメラに適用可能
な可変偏角プリズムの構成を示すものである。この可変
偏角プリズム５６１は、第１，第２の面５６２ａ，５６
２ｂ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２５で説明したと同様に、透明電極５１３
ａ，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に交流電界を印加して、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３３(a)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３３(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
ともできるし、あるいは図３０に示した回折格子状に形
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(21)〜(27)式が同様にあてはまる。

【００９０】かかる構成の可変偏角プリズム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３４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３３および図３
４では、液晶分子の図示を省略してある。

【００９１】図３５は本発明のカメラに適用可能な可変
焦点レンズとしての可変焦点ミラーを示すものである。
この可変焦点ミラー５６５は、第１，第２の面５６６
ａ，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５
６７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２５で説明したと同様に、高分子分散液晶層５
１４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５１
６に接続して、高分子分散液晶層５１４に交流電界を印
加するようにする。なお、図３５では、液晶分子の図示
を省略してある。

【００９２】かかる構成によれば、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３０に示したように回折格子状にして、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。

【００９３】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
交流電界を印加するようにしたが、直流電源を用いて液
晶に直流電界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。以上に示した実施形態に
おいて、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５５２，５
５３の一方、図３３(a)における透明基板５６３、図３
３(b)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。

【００９４】図３６は本発明のカメラに適用可能なさら
に他の実施例に係る、可変焦点レンズ１４０を用いた撮
像ユニット１４１の概略構成図である。撮像ユニット１
４１は本発明の撮像系として用いることができる。本実
施例では、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
固体撮像素子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。

【００９５】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１４
５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１
４３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、本実施例によれば、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。

【００９６】なお、図３６中、１４５は透明電極、１４
６は流体をためるシリンダーである。また、透明物質１
４３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。

【００９７】なお、図３６の例で、可変焦点レンズ１４
０は、シリンンダー１４６を設けるかわりに、図３７に
示すように、支援部材１４７を設けてシリンダー１４６
を省略した構造にしてもよい。支援部材１４７は、間に
透明電極１４５を挟んで、透明物質１４３の一部の周辺
部分を固定している。本実施例によれば、透明物質１４
３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３８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３７、３８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。

【００９８】図３６、図３７に示す実施例では、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１４
３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。

【００９９】図３９は本発明のカメラに適用可能な可変
焦点レンズのさらに他の実施例に係る、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の概略構成図である。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３９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。

【０１００】そして、図２４で示したようなマイクロポ
ンプ１８０を、例えば、図３９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。

【０１０１】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にできてよい。

【０１０２】図４０は本発明のカメラに適用可能な光学
特性可変光学素子の他の実施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２０
２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。本実施例におい
ては、２つの透明電極５９を介して電圧を圧電材料２０
０に加えることで圧電材料２００は変形し、図４０にお
いて凸レンズとしての作用を持っている。

【０１０３】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４１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１
６８が不要になるというメリットがある。

【０１０４】本実施例では、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３９の実
施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。

【０１０５】図４２は本発明のカメラに適用可能な光学
特性可変光学素子のさらに他の実施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。本実施例の可変焦点レン
ズは、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４２中、２０
４はレンズ形状の透明基板である。本実施例において
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。

【０１０６】なお、図４０〜図４２の実施例において、
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。

【０１０７】図４３は本発明のカメラに適用可能な可変
焦点レンズのさらに他の実施例を示す概略構成図であ
る。本実施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。本実施例の構成によれば、電圧が
低いときには、図４３に示すように、凸レンズとして作
用し、電圧を上げると、図４４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。
本実施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。

【０１０８】図４５は本発明のカメラに適用可能な光学
特性可変光学素子のさらに他の実施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構成図である。
本実施例の可変焦点レンズ２１４は、透明弾性体２０
８，２０９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４５中、２
１２，２１３はそれぞれ中心波長がλ₁，λ₂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。

【０１０９】本実施例において、中心波長がλ₁の紫外
光が図４６(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４６(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の形状はうすくなり、凸レンズ作用が減少す
る。一方、中心波長がλ₂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、本実施例の光学素子
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。

【０１１０】以上述べた各実施例の可変焦点レンズにお
いては、透明電極１４５，５９，５０８ａ，５０９ａ，
５１３ａ，５１３ｂ等は複数に分割されていてもよい。
そして、分割された透明電極のそれぞれに異なる電圧を
加えることによって、光学装置のピント合わせ、ズー
ム、変倍のみならず、振れ補正、製造誤差による光学性
能の低下の補償、収差の補正等が可能になる。

【０１１１】次に、本発明のカメラに適用可能な可変焦
点レンズに用いる透明電極の分割例を図４７〜５０を用
いて説明する。図４７の例は、透明電極６００を同心状
に分割した例を示している。周辺部にいくほど輪帯の幅
が狭くなっている。これは収差を補正しやすくするため
である。

【０１１２】図４８の例は、輪帯をさらに分割したもの
で、電極の境界線が３つずつ一点に集まるように分けて
ある部分を含んでいる。このようにすると、圧電材料２
００の形状が滑らかに変化するので収差の少ないレンズ
が得られる。

【０１１３】図４９の例は、透明電極６００を６角形に
分割したもので、上記と同様の理由により電極の境界線
が３つずつ一点で集まるように分けてある部分を含んで
いる。

【０１１４】なお、図４８、４９の例においてそれぞれ
分割された一つ一つの電極６００Ａ、６００Ｂ、６００
Ｃ……は、ほぼ同じ面積にした方が収差補正上有利であ
る。このため、分割された電極のうち最も面積の大きい
電極と最も面積の小さい電極との面積比は１００：１以
内に抑えるのがよい。また、電極分割の配列は、図４
７、４８、４９の例のように、対称の中心の電極６００
Ａを包むようにすると円形レンズの場合、特に収差補正
上有利となる。また、一点に集まる透明電極の境界線が
相互になす角が９０°よりも大きくなるようにしてもよ
い。また、図５０の例に示すように、電極の分割は格子
状にしてもよい。このような分割形態にすれば、簡単に
製作できるというメリットがある。

【０１１５】また、光学系の収差或いは振れを充分に補
正するには、透明分割電極６００の個数は多い方が良
く、２次収差を補正するためには最低７個の分割電極、
３次収差を補正するためには最低９個の分割電極、４次
収差を補正するためには最低１３個の分割電極、５次収
差を補正するためには最低１６個の分割電極、７次収差
を補正するためには最低２５個の分割電極が必要とな
る。なお、２次収差とは、ティルト、非点収差、コマ収
差のｘ方向，ｙ方向の２方向の成分である。ただし、低
コストの商品では最低でも３つの分割電極があれば、大
きな収差又は大きな振れは補正できる。

【０１１６】最後に、本発明で用いる用語の定義を述べ
ておく。

【０１１７】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。

【０１１８】光学装置には、撮像装置、観察装置、表示
装置、照明装置、信号処理装置等が含まれる。

【０１１９】撮像装置の例としては、フィルムカメラ、
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、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、動画記録カメラなどはいずれも電子撮像
装置の一例である。

【０１２０】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。

【０１２１】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（ｈｅａｄ ｍｏ
ｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）、ＰＤＡ（携帯
情報端末）、携帯電話等がある。

【０１２２】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。

【０１２３】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等がある。

【０１２４】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。

【０１２５】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。

【０１２６】光学特性可変光学素子とは、可変焦点レン
ズ、可変形状鏡、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。

【０１２７】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。可変形状鏡についても同様である。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。

【０１２８】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。

【０１２９】以上説明したように、本発明の可変形状鏡
を用いたカメラは、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。

【０１３０】（１）撮影レンズを通して結像された画像
から画像信号を得る撮像手段と、撮影条件に基づいた露
光動作により前記撮像手段の駆動制御を含む制御を行う
露光制御手段と、静電引力により変形する反射面と、該
反射面の形状を制御する電極とを有してなる可変形状鏡
と、前記可変形状鏡を駆動するための電源を供給する電
源供給手段と、前記可変形状鏡を駆動する駆動手段と、
前記撮影レンズを駆動する手段と、を有し、前記撮影レ
ンズが駆動されているか、または前記露光制御手段によ
る露光制御が行われているときには、前記駆動手段によ
る前記可変形状鏡の駆動を行わないようにしたことを特
徴とする可変形状鏡を用いたカメラ。

【０１３１】（２）撮影レンズを通して結像された画像
から画像信号を得る撮像手段と、撮影条件に基づいた露
光動作により前記撮像手段の駆動制御を含む制御を行う
露光制御手段と、電磁気力により変形する反射面と、該
反射面の形状を制御する電極とを有してなる可変形状鏡
と、前記可変形状鏡を駆動するための電源を供給する電
源供給手段と、前記可変形状鏡を駆動する駆動手段と、
前記撮影レンズを駆動する手段と、を有し、前記撮影レ
ンズが駆動されているか、または前記露光制御手段によ
る露光制御が行われているときには、前記駆動手段によ
る前記可変形状鏡の駆動を行わないようにしたことを特
徴とする可変形状鏡を用いたカメラ。

【０１３２】（３）撮影レンズを通して結像された画像
から画像信号を得る撮像手段と、撮影条件に基づいた露
光動作により前記撮像手段の駆動制御を含む制御を行う
露光制御手段と、圧電効果により変形する反射面と、該
反射面の形状を制御する電極とを有してなる可変形状鏡
と、前記可変形状鏡を駆動するための電源を供給する電
源供給手段と、前記可変形状鏡を駆動する駆動手段と、
前記撮影レンズを駆動する手段と、を有し、前記撮影レ
ンズが駆動されているか、または前記露光制御手段によ
る露光制御が行われているときには、前記駆動手段によ
る前記可変形状鏡の駆動を行わないようにしたことを特
徴とする可変形状鏡を用いたカメラ。

【０１３３】（４）前記可変形状鏡を、被写体の距離を
測定する測距部の測距用の光を投光する光路中に設けた
ことを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（３）の
いずれかに記載の可変形状鏡を用いたカメラ。

【０１３４】（５）前記可変形状鏡を、撮影レンズとと
もに構成された撮影レンズ系に設けたことを特徴とする
請求項１〜４、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の
可変形状鏡を用いたカメラ。

【０１３５】（６）被写体の距離を測定する測距部によ
る測距処理中においても、前記電源供給手段による電源
供給または前記駆動手段による駆動を行わないようにな
されたことを特徴とする上記（５）に記載の可変形状鏡
を用いたカメラ。

【０１３６】

【発明の効果】本発明によれば、レンズ駆動中及び露光
動作中に、可変形状鏡の駆動を行わないため、電源系へ
負担がかからない。また、ストロボ充電中に、可変形状
鏡の駆動を行わないため、ストロボ使用するときでも電
源系へ負担がかからない。さらに、撮像データ記録中
に、可変形状鏡の駆動を行わないため、データ記録動作
に悪影響を与えることがない。さらにまた、撮影モード
以外の処理において、可変形状鏡の駆動を行わないた
め、その分省電動作をすることができる。従って、本発
明によれば、可変形状鏡をカメラに適用した場合でも電
源系への負担を軽減させて動作を安定化させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる可変形状鏡を用い
たカメラのシステム概略構成図である。

【図２】本実施形態のカメラに用いる可変形状鏡を構成
する電極の配置関係及び電圧制御を行なう電源回路部の
ブロック図である。

【図３】本実施形態のカメラに用いる可変形状鏡の複数
に分割された電極を駆動するときのタイミングチャート
である。

【図４】本実施形態のカメラに用いる可変形状鏡の電極
部を示す説明図であり、(a)〜(e)は、図２に示す上部電
極２０１の変形状態を示す側面図、(f)及び(g)は図２に
示す下部電極２０２の配置構成を示す平面図である。

【図５】本実施形態のカメラにおいて、可変形状鏡を測
距部に用いた例を示す説明図である。

【図６】本実施形態の可変形状鏡を用いたカメラにおけ
る撮影時の駆動制御を示すフローチャートである。

【図７】本実施形態の可変形状鏡を用いたカメラにおけ
る測距処理のフローチャートである。

【図８】本実施形態のカメラにおいて、可変形状鏡を撮
像部に用いた一例を示す概略構成図である。

【図９】本実施形態のカメラにおいて、可変形状鏡を撮
像部に用いた他の例を示す概略構成図である。

【図１０】本発明のカメラの他の実施例にかかる、光学
特性ミラーを用いたデジタルカメラのケプラー式ファイ
ンダーの概略構成図である。

【図１１】本発明のカメラに適用可能な可変形状鏡４０
９の他の実施例を示す概略構成図である。

【図１２】図１１の実施例の可変形状鏡に用いる電極の
一形態を示す説明図である。

【図１３】図１１の実施例の可変形状鏡に用いる電極の
他の形態を示す説明図である。

【図１４】本発明のカメラに適用可能な可変形状鏡４０
９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。

【図１５】本発明のカメラに適用可能な可変形状鏡４０
９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。

【図１６】本発明のカメラに適用可能な可変形状鏡４０
９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。

【図１７】図１６の実施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１８】本発明のカメラに適用可能な可変形状鏡４０
９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。

【図１９】図１８の実施例におけるコイル４２７の一配
置例を示す説明図である。

【図２０】図１８の実施例におけるコイル４２７の他の
配置例を示す説明図である。

【図２１】図１６に示した実施例において、コイル４２
７の配置を図２０に示したようにした場合に適する永久
磁石４２６の配置を示す説明図である。

【図２２】本発明のさらに他の実施例に係る、カメラに
適用可能な可変形状鏡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。

【図２３】本発明のカメラに適用可能な可変形状鏡のさ
らに他の実施例に係る、マイクロポンプ１８０で流体１
６１を出し入れし、レンズ面を変形させる可変形状鏡１
８８の概略構成図である。

【図２４】本発明のカメラに適用可能なマイクロポンプ
の一実施例を示す概略構成図である。

【図２５】本発明のカメラ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２６】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２７】図２５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２８】図２５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例の構成を示す図である。

【図２９】本発明のカメラに適用可能な可変焦点レンズ
を用いるデジタルカメラ用の撮像光学系の一例の構成を
示す図である。

【図３０】本発明のカメラに適用可能な可変焦点回折光
学素子の一例の構成を示す図である。

【図３１】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を示す図である。

【図３２】図３１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３３】本発明のカメラに適用可能な可変偏角プリズ
ムの二つの例の構成を示す図である。

【図３４】図３３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３５】本発明のカメラに適用可能な可変焦点レンズ
としての可変焦点ミラーの一例の構成を示す図である。

【図３６】本発明のカメラに適用可能なさらに他の実施
例に係る、可変焦点レンズ１４０を用いた撮像ユニット
１４１の概略構成図である。

【図３７】図３６の実施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３８】図３５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３９】本発明のカメラに適用可能な可変焦点レンズ
のさらに他の実施例に係る、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の概略構成図である。

【図４０】本発明のカメラに適用可能な光学特性可変光
学素子の他の実施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。

【図４１】図４０の変形例に係る可変焦点レンズの状態
説明図である。

【図４２】本発明のカメラに適用可能な光学特性可変光
学素子のさらに他の実施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。

【図４３】本発明のカメラに適用可能な可変焦点レンズ
のさらに他の実施例を示す概略構成図である。

【図４４】図４３の実施例に係る可変焦点レンズの状態
説明図である。

【図４５】本発明のカメラに適用可能な光学特性可変光
学素子のさらに他の実施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構成図である。

【図４６】図４５の実施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４７】本発明のカメラに適用可能な可変焦点レンズ
に用いる透明電極の一分割例を示す説明図である。

【図４８】本発明のカメラに適用可能な可変焦点レンズ
に用いる透明電極の他の分割例を示す説明図である。

【図４９】本発明のカメラに適用可能な可変焦点レンズ
に用いる透明電極のさらに他の分割例を示す説明図であ
る。

【図５０】本発明のカメラに適用可能な可変焦点レンズ
に用いる透明電極のさらに他の分割例を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 撮像レンズ系 ２ レンズ駆動部 ３ 撮像素子 ４ 撮像回路 ５ 測光回路 ６ Ａ／Ｄ変換器 ７ バッファメモリ ８ ストロボ発光回路 ９ モードＬＣＤ １０ 操作スイッチ １１，４２，１８８ 可変形状鏡 １２ 可変形状鏡の駆動電源部（電源回路） １３ システムコントローラ １４ ＥＥＰＲＯＭ １５ データ圧縮／伸張回路 １６ １／Ｆ １７ 外部１／Ｆ １８ ビデオメモリ １９ ＲＩＳＣ型マイクロチップ ２０ ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッ
サ） ２１ 上部電極 ２２ 下部電極 ２３ 反射面 ２４ 電圧制御回路部 ２５ 電圧制御トランジスタ ２６ 制御回路 ２７ タイミング発生回路 ２８ スイッチング用トランジスタ ３１ 赤外発光ダイオード ３２ 反射鏡 ３３ 投光レンズ ３４ 投光用窓 ３５ 受光窓 ３６ 受光レンズ ３７ 受光器 ４１，５１，１０２，５１２ａ，５１２ｂ，５２２，５
３７，５３８レンズ ４３，５３ レンズ群 ４４，５４ 赤外カットフィルター ４５，５５ ローパスフィルター ４６，４０８，５２３，５２９ 固体撮像素子 ５２ 傾き可変な可変形状鏡 ５９，１４５，５１３ａ，５１３ｂ，６００
透明電極 １０３ 制御系 １０３’ 回路 １０４，１４１ 撮像ユニット １４０，１６２，２０１，２０７，２１４，５１１，５
２７可変焦点レンズ １４２ 透明部材 １４３ 圧電性のある透明物質 １４４ 流体あるいはゼリー状物質 １４６ シリンダー １４７ 支援部材 １４８ 変形可能な部材 １６０，１８０ マイクロポンプ １６１ 流体 １６３，１６５，２０４，５３２，５３３，５６２，５
６３，５６６，５６７透明基板 １６４ 弾性体 １６８ 液溜 １８１ 振動板 １８２，１８３，４０９ｂ，４０９ｄ 電極 １８４，１８５ 弁 １８９ 反射膜 ２００ 圧電材料 ２００Ａ，２００Ｂ 薄板 ２０２ 透明で柔らかい基板 ２０６，４０９ｃ−２ 電歪材料 ２０８，２０９ 透明弾性体 ２１０ アゾベンゼン ２１１ スペーサー ２１２，２１３ 紫外光源 ４０３ 撮像レンズ ４０４ プリズム ４０５ 二等辺直角プリズム ４０６ ミラー ４０９ 光学特性可変形状鏡 ４０９ａ 薄膜 ４０９ｃ，４０９ｃ’ 圧電素子 ４０９ｃ−１，４０９ｅ 基板 ４１１ 可変抵抗器 ４１２ 電源 ４１３ 電源スイッチ ４１４ 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 ４２５，４２８ 駆動回路 ４２６ 永久磁石 ４２７ コイル 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 ５２１，５２６ 絞り ５２５ 前方レンズ ５２８ 後方レンズ ５３１ 可変焦点回折光学素子 ５３５ 可変焦点眼鏡 ５３５ａ フレーム ５３６ 可変焦点回折光学素子 ５３９ａ，５３９ｂ 配向膜 ５４５ 物体 ５４６ 測距センサ ５６１ 可変偏角プリズム ５６５ 可変焦点ミラー ５６８ 反射膜 ６００Ａ，６００Ｂ，６００Ｃ 分割された一
つ一つの電極 ９０１ 接眼レンズ ９０２ 対物レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｄ Ｆターム(参考） 2H041 AA11 AB14 AC02 AC06 AC07 AC08 AZ01 AZ05 AZ08 2H042 DB08 DD04 DD13 DE09 2H100 CC00 DD15 FF01 2H101 DD16 DD21 DD23 DD24 FF00 5C022 AB15 AB27 AB40 AB67 AC42 AC51 AC54 AC55

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮影レンズを通して結像された画像から
   画像信号を得る撮像手段と、 撮影条件に基づいた露光動作により前記撮像手段の駆動
   制御を含む制御を行う露光制御手段と、 電気的な力により変形する反射面と、該反射面の形状を
   制御する電極とを有してなる可変形状鏡と、 前記可変形状鏡を駆動するための電源を供給する電源供
   給手段と、 前記可変形状鏡を駆動する駆動手段と、 前記撮影レンズを駆動する手段と、を有し、 前記撮影レンズが駆動されているか、または前記露光制
   御手段による露光制御が行われているときには、前記駆
   動手段による前記可変形状鏡の駆動を行わないようにし
   たことを特徴とする可変形状鏡を用いたカメラ。
2. 【請求項２】 被写体を照明するストロボの充放電を制
   御するストロボ制御手段を更に有し、 前記ストロボが充放電制御されているときには、前記駆
   動手段による前記可変形状鏡の駆動を行わないようにし
   たことを特徴とする請求項１に記載の可変形状鏡を用い
   たカメラ。
3. 【請求項３】 前記撮像手段で得られた画像信号に係る
   データを記録する記録手段を更に有し、 前記記録手段でデータ記録をしているときには、前記駆
   動手段による前記可変形状鏡の駆動を行わないようにし
   たことを特徴とする請求項１に記載の可変形状鏡を用い
   たカメラ。
4. 【請求項４】 撮影モードを含む複数のモードを設定す
   るモード設定手段を更に有し、 前記モード設定手段で撮影モード以外のモードが設定さ
   れているときには、前記駆動手段による前記可変形状鏡
   の駆動を行わないようにしたことを特徴とする請求項１
   に記載の可変形状鏡を用いたカメラ。