JP2002303783A - 撮像装置の焦点調節ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】構成が簡単で、かつ、少ない消費電力で、音が
静かで、レンズを機械的に移動させることなく、短い応
答時間で、ズーム、焦点調節、ぶれ防止等を行うことが
可能な撮像装置の焦点調節ユニットを提供する。 【解決手段】撮影光学系５１’を通過した被写体光束を
用いて被写体までのピントずれ量を検出する測距手段
と、測距の為の光路内に配置され、被写体からの入射光
を偏向してから撮像素子７または測距センサー９に導く
１つ以上の光学素子２，３，４，２’と、上記光学素子
のうちの少なくとも１つを構成し、印加電圧に応じて光
の偏向の仕方を変化させる可変形状鏡４と、上記測距手
段の測距出力に応じて上記電圧を印加する、電圧印加手
段を具備し、上記測距手段による測距に先立ち、上記光
学特性可変光学素子の光偏向作用を所定の値に設定する
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、可変焦点レンズ、
可変焦点ミラー等の光学性可変光学素子を含む光学系を
備えた撮像装置の焦点調節ユニットに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、撮像装置のピント合わせや変倍手
段、さらには、ぶれ防止に用いられるレンズは、ガラス
を研磨して製造されており、レンズ自体で焦点距離を変
化させることができないため、例えばカメラのピント合
わせあるいはズーム、変倍等の為にはレンズ群を光軸方
向に移動させるための複雑な機械的構造が必要であっ
た。

【０００３】図５６は従来の焦点調節機構を備えたカメ
ラの概略構成図である。本従来例のカメラは、レンズ鏡
筒内に撮影レンズ系として構成されたレンズ群５１とを
備え、カメラ本体内に可動ミラー１０と、ペンタダハプ
リズム５と、接眼レンズ６と、サブミラー８と、測距セ
ンサ９と、撮像素子７を備えて構成されている。

【０００４】可動ミラー１０は、その一辺１０ａを軸と
して回動可能にカメラ本体内に取り付けられており、回
動することで、撮影レンズ５１と撮像素子７とを結ぶ光
路上に挿入又は離脱するようになっている。また、可動
ミラー１０は、光路上に挿入された状態において、撮影
レンズ系５１を通過した光が通るほぼ中央領域がハーフ
ミラー１０ｂで構成されており、撮影レンズ系５１を経
て入射した光のうちの半分の光を反射してペンタダハプ
リズム５へと導き、残りの半分の光を透過してサブミラ
ー８に導くようになっている。サブミラー８は、その一
辺８ａを可動ミラー１０の面に対し開閉可能に取り付け
られている。そして、サブミラー８は、図５６に示すよ
うに、可動ミラー１０が光路上に位置するときは開いて
おり、可動ミラー１０を透過した光を反射して測距セン
サ９に導くようになっている。また、サブミラー８は、
可動ミラーが光路から外れているときには折り畳まれ、
光路から外れるようになっている。

【０００５】ペンタダハプリズム５は可動ミラー１０で
反射した光を内部で3回反射し、接眼レンズ６を経て被
写体像を正立像として観察者の瞳に導くようにして設け
られている。そして、このような構成において、ピント
合わせあるいはズーム、変倍等を行う場合には、撮影レ
ンズ系５１を構成するレンズ群の少なくとも一部を光軸
方向に機械的に移動させてレンズ群を構成するレンズ間
の距離を変えて撮影レンズ系５１全体の焦点距離を変え
ることによって行うようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そして、このような従
来のカメラでは、焦点調節を行うレンズ群を移動させる
ためにモーター等を用いていたため、焦点調節の時の消
費電力が大きく、音がうるさかった。また、応答時間が
長く、レンズの移動に時間がかかる等の欠点があった。
また、カメラのぶれ防止を行なう場合においても、上述
と同様に、レンズをモータ、ソレノイド等で機械的に移
動させるため、消費電力が大きく、機械的に複雑でコス
トアップにつながる等の欠点があった。

【０００７】そこで、本発明は上記問題点に鑑み、構成
が簡単で、かつ、少ない消費電力で、音が静かで、レン
ズを機械的に移動させることなく、短い応答時間で、ズ
ーム、焦点調節、ぶれ防止等を行うことが可能な撮像装
置の焦点調節ユニットを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明による撮像装置の焦点調節ユニットは、例え
ば、撮影光学系を通過した被写体光束を用いて被写体ま
でのピントずれ量を検出する測距手段と、測距の為の光
路内に配置され、被写体からの入射光を偏向してから撮
像素子または測距センサーに導く１つ以上の光学素子
と、上記光学素子のうちの少なくとも１つを構成し、印
加電圧、または印加電流に応じて光の偏向の仕方を変化
させることが可能な光学特性可変光学素子と、上記測距
手段の測距出力に応じて上記電圧または電流を印加す
る、電圧印加手段または電流印加手段を具備しており、
上記測距手段による測距に先立ち、上記光学特性可変光
学素子の光偏向作用を所定の値に設定するようにしたこ
とを特徴とする。

【０００９】また、本発明は、撮影光学系を通過した被
写体光束を用いて被写体までのピントずれ量を検出する
測距手段と、測距の為の光路内に配置され、被写体から
の入射光を反射してから撮像素子または測距センサーに
導く１つ以上のミラーと、上記ミラーのうちの少なくと
も１つを構成し、印加電圧、または印加電流に応じて反
射面の形状を変化させることが可能な可変形状鏡と、上
記測距手段の測距出力に応じて、上記電圧または電流を
印加する電圧印加手段または電流印加手段を具備してお
り、上記測距手段による測距に先立ち、上記可変形状鏡
の反射面を所定の形状に設定するようにしたことを特徴
とする。

【００１０】また、本発明は、撮影光学系を通過した被
写体光束を用いて被写体までのピントずれ量を検出する
測距手段と、測距の為の光路内に配置され、被写体から
の入射光を屈折してから撮像素子または測距センサーに
導く１つ以上の光学素子と、上記光学素子のうちの少な
くとも１つを構成し、印加電圧、または印加電流に応じ
て屈折の仕方を変化させることが可能な可変焦点レンズ
と、上記測距手段の測距出力に応じて、上記電圧または
電流を印加する電圧印加手段または電流印加手段を具備
しており、上記測距手段による測距に先立ち、上記可変
焦点レンズの屈折作用を所定の値に設定するようにした
ことを特徴とする。

【００１１】

【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は本発明による焦点調節ユニッ
トの第１実施例を示す断面図である。本実施例の焦点調
節ユニットは、レンズ鏡筒内にレンズ１と、ミラー２，
３と、可変形状ミラー４と、ミラー２’と、レンズ１’
とを備えて構成された撮影レンズ５１’と、カメラ本体
内に可動ミラー１０と、ペンタダハプリズム５と、接眼
レンズ６と、サブミラー８と、測距センサ９と、撮像素
子７を備えて構成されている。

【００１２】ミラー２，３、可変形状ミラー４、ミラー
２’は、撮影レンズ５１’の光路上に配置されていて、
図示省略した被写体からのレンズ１を経た光を複数回
（図においては４回）反射した後にレンズ１’に導きレ
ンズ１’を介して撮像媒体の一つである撮像素子７に導
くように構成されている。可動ミラー１０は、その一辺
１０ａを軸として回動可能にカメラ本体内に取り付けら
れており、回動することで、撮影レンズ系５１’と撮像
素子７とを結ぶ光路上に挿入又は離脱するようになって
いる。また、可動ミラー１０は、光路上に挿入された状
態において、撮影レンズ系５１’を通過した光が通るほ
ぼ中央領域がハーフミラー１０ｂで構成されており、撮
影レンズ系５１’を経て入射した光のうちの半分の光を
反射してペンタダハプリズム５へと導き、残りの半分の
光を透過してサブミラー８に導くようになっている。サ
ブミラー８は、その一辺を可動ミラー１０の面に対し開
閉可能に取り付けられている。そして、サブミラー８
は、図１に示すように、可動ミラー１０が光路上に位置
するときは開いており、可動ミラー１０を透過した光を
反射して測距センサ９に導くようになっている。また、
サブミラー８は、可動ミラーが光路から外れているとき
には折り畳まれ、光路から外れるようになっている。

【００１３】ペンタダハプリズム５は可動ミラー１０で
反射した光を内部で3回反射し、接眼レンズ６を経て被
写体像を正立像として観察者の瞳に導くようにして設け
られている。

【００１４】そして、本実施形態では、まず、撮像前の
測距時に、可動ミラー１０は、図１に示すように、撮影
レンズ系５１’と撮像素子７とを結ぶ光路上に挿入され
ていると共に、サブミラー８が、開いた状態となってい
る。そして、被写体からの光が、レンズ１を経た後、ミ
ラー２、ミラー３、可変形状ミラー４、ミラー２’で反
射して偏向させられた後、レンズ１’を経て可動ミラー
１０のハーフミラー部１０ｂに入射する。ハーフミラー
部に入射した光のうちの半分の光が反射し、さらにペン
タダハプリズム５で3回反射されて、正立像が形成され
る光束となって接眼レンズ６を経て観察者の瞳に結像す
る。残りの光は、ハーフミラー部１０ｂを透過し、サブ
ミラー８で反射して、測距センサ９の受光面に結像す
る。測距センサ９で得られた像信号に基づいて図におい
て省略した中央演算装置等にて公知の位相方式の測距演
算が行なわれ、撮影レンズのピントズレ量が検出され
る。なお、測距センサー９、撮像素子７はいずれも受光
素子の一つである。

【００１５】このようにして検出されたピントズレ量に
基づき、撮影処理時において、撮像レンズ系５１’で
は、測距センサ９を介して検出されたピントズレ量がゼ
ロになるように、可変形状ミラー４の反射面の形状が変
化する。

【００１６】その後、可動ミラー１０がペンタダハプリ
ズム５側に回動するとともにサブミラー８が可動ミラー
面に折り畳まれて、撮影レンズ系５１’の光路から外れ
る。これにより撮影レンズ系５１’からの光が撮像素子
７に導かれて撮像される。

【００１７】図２は本実施形態の焦点調節ユニットを適
用したカメラの回路構成を示すブロック図である。本実
施形態の焦点調節ユニットが適用されるカメラは、中央
演算装置２０に撮像素子７と、画像処理回路２２と、可
変形状鏡駆動回路２５と、測距回路２６と、測光回路２
７と、モード設定回路２８と、レリーズスイッチ入力回
路２９とＥＥＰＲＯＭ２３が接続されて構成されてい
る。ＥＥＰＲＯＭ２３には可変形状鏡４の位置合わせの
ための調整用データが記憶されている。

【００１８】図３は本実施形態の焦点調節ユニットに用
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
を行なう可変形状鏡の電源回路部（駆動回路２５）のブ
ロック図である。可変形状鏡４は、上部電極４ａと複数
に分割された下部電極４ｂと、上部電極４ａに備えられ
た可撓性のある反射面４ｃとを備え、下部電極４ｂに図
２に示す駆動回路２５が接続して構成されている。図３
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２５ａ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、駆動電圧源ＶＤは印加され電
圧制御回路部２５ａへ供給される。電圧制御回路部２５
ａには、高耐圧の電圧制御トランジスタ２５ｂと制御回
路２５ｃが形成されており、この電圧制御回路部２５ａ
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源Ｖｐを電圧制御し制御
電極である下部電極４ｂ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２５ａには、上述の高
耐圧の電圧制御トランジスタ２５ｂと制御回路２５ｃの
他にタイミング発生回路２５ｄと高耐圧のスイッチング
用トランジスタ２５ｅが形成されている。

【００１９】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４ｂ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２５ｂと制御回路２５ｃ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２５ｄ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２５ｅ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２５ｅをＯＦＦ状態にし、電圧制御トランジスタ
２５ｂ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２５ｅ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４に示す。図４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。

【００２０】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３においては、上部
電極４ａを1枚で構成し下部電極４ｂを複数枚で構成し
たが、これとは逆に、上部電極４ａ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４ｂ
を1枚の電極で構成し、下部電極４ｂが反射面４ｃを備
えるようにしてもよい。

【００２１】図５は本実施形態の焦点調節ユニットに用
いる可変形状鏡の電極部を示す説明図であり、(a)〜(e)
は、図３に示す上部電極４ａの変形状態を示す側面図、
(f)及び(g)は図３に示す下部電極４ｂ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４ｂは、図
５(f)に示すように、碁盤目状に分割されて構成しても
よく、または、図５(g)に示すように、同心円状に分割
されて構成してもよい。なお、本実施形態における可変
形状鏡の下部電極は、図５(f)よりさらに細分化された
碁盤目状に配列されている。また、上部電極４ａは、図
５(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５(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５(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。

【００２２】このように構成された本実施形態の自動焦
点ユニットを備えたカメラの動作シーケンスを示すフロ
ーチャートを図６〜９を用いて説明する。図６は本実施
形態の自動焦点ユニットを備えたカメラ全体のシーケン
スフローチャート、図７は本実施形態の自動焦点ユニッ
トを備えたカメラにおける撮影モード選択時のフローチ
ャート、図８は本実施形態の自動焦点ユニットを備えた
カメラにおける焦点調節サブルーチンのフローチャー
ト、図９は本実施形態の自動焦点ユニットを備えたカメ
ラにおける駆動電圧決定サブルーチンのフローチャー
ト、図１０は本実施形態の自動焦点ユニットを備えたカ
メラにおける調整モード選択時のフローチャートを示し
ている。

【００２３】まず、カメラの電源をＯＮすると、図２に
示すＥＥＰＲＯＭ２３に記憶されていた初期化の諸デー
タが読み出されてバッファ等に移されて各制御情報が初
期化される。その際、電圧制御回路部に電源が供給さ
れ、反射鏡の向き及び変形状態も初期状態になる。（ス
テップＳ１）。次いで、モード選択画面が例えばカメラ
のファインダー部に表示され、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
し（ステップＳ２）、撮影モードが選択された場合は、
撮影処理を行い（ステップＳ３）、調整モードが選択さ
れた場合は調整処理を行う（ステップＳ４）。なお、モ
ード選択には、撮影モード、調整モード以外に撮影画像
の再生モード、各種数値の設定モード等があるが、ここ
では説明の便宜上、撮影モード、調整モードを選択した
場合について説明する。

【００２４】撮影処理においては、図７に示すように、
先ず、レリーズ釦が半押しされているかどうかのチェッ
クを行う（ステップＳ４１）。レリーズ釦が押されてい
ない場合には、撮影処理を終了する。レリーズ釦が半押
しされている場合は、焦点調節処理を行う（ステップＳ
４２）。

【００２５】図８に示す焦点調節処理においては、ま
ず、初期化データに基づき電圧制御回路部２５ａに電源
を供給し、反射鏡の向き及び変形状態を初期状態にする
とともに可動ミラー１０及びサブミラー８を図１に示す
ように撮影レンズ系５１’の光路上にセットする。（ス
テップＳ４２１）。次いで、測距処理を行う（ステップ
Ｓ４２２）。

【００２６】測距処理においては、公知の位相差方式を
用いて撮影レンズのピントズレ量を検出することで測距
処理が終了する。あるいは、カメラ本体に設けられてい
る図示省略したレーザ等の測距用光源から被写体へ向け
て投射し、被写体で反射した光を、レンズ１を経た後、
ミラー２，３、可変形状ミラー４、ミラー２’で反射し
て偏向し、レンズ１’を経て可動ミラー１０のハーフミ
ラー部１０ｂに入射させ、その透過光を、サブミラー８
で反射して、測距センサ９に導いて受光させる。これに
より、被写体の距離が検出され、測距処理が終了する。
このような測距方法を用いてもよい。

【００２７】測距処理が終了の後に、図８に示すよう
に、可変形状鏡の駆動電圧決定処理を行う（ステップＳ
４２３）。駆動電圧処理決定処理では、図９に示すよう
に、得られたピントずれ量を算出し、そのピントずれ量
から初期データである可変形状鏡の駆動電圧テーブルを
参照し（ステップＳ４２３１）、無限焦点位置調整値、
ピッチ方向調整値、ヨー方向調整値で補正した電圧値で
可変形状鏡の碁盤目状に分割された各電極部に供給する
電圧を決定する（ステップＳ４２３２〜Ｓ４２３４）。

【００２８】駆動電圧を決定した後、可変形状鏡の駆動
部の電源回路へ駆動電圧を印加して、（ステップＳ４２
４）、被写体の像が撮像素子７上で結像されるように、
反射面を所望の形状に変形させる。これにより、焦点調
節処理が終了する。

【００２９】焦点調節処理終了後、図７に示すように、
測光処理を行う（ステップＳ４３）。その後、レリーズ
釦が全押しされているかどうかのチェックを行なう（ス
テップＳ４４）。レリーズ釦が全押しされていない場合
には、レリーズ釦の半押し状態が保持されているかどう
かのチェックを行う（ステップＳ４５）。レリーズ釦が
半押しされた状態が保持されている場合には、再びレリ
ーズ釦が全押しされるかどうかのチェック処理に戻る。
レリーズ釦の半押し状態が解除されているときは、撮影
処理を終了する。

【００３０】レリーズ釦が全押しされたときは、図１に
示す可動ミラー１０がペンタダハプリズム５側に回動す
るとともにサブミラー８が可動ミラー面に折り畳まれ
て、撮影レンズ系からの光の光路から外れる。これによ
り被写体からの光がレンズ１を経てミラー２，３で反射
した後、反射面が所定の形状に変形した可変形状鏡４で
反射し、さらにミラー２’で反射した後、レンズ１’を
経て撮影レンズ系５１’を出射し、撮影レンズ系５１’
からの光が撮像素子７に導かれて撮像される（ステップ
Ｓ４６）。その後、可変形状鏡４の電極部への駆動電圧
の印加を解除し（ステップＳ４７）、１駒の撮影処理が
終了する。

【００３１】撮影処理終了後、図６に示すように、メイ
ンスイッチがＯＮ−ＯＦＦのいずれになっているかのチ
ェックを行う（ステップＳ５）。別途、操作者が省エネ
ルギーモードの設定の有無および設定開始までの時間を
任意で設定できるようになっており、省エネルギーモー
ドが設定された場合には、所定時間操作が行われないと
きに、メインスイッチがＯＦＦになるように制御されて
いる。なお、無操作の状態で所定時間経過していないと
き、又は省エネルギーモードが選択されていないとき、
さらには、操作者より何らかの操作がなされた場合に
は、メインスイッチはＯＮ状態のまま保持される。メイ
ンスイッチがＯＦＦのときは、例えば、メモリのデータ
格納状態を保持するため,及び中央処理演算部駆動用等
の必要最低限の電源のみＯＮとし、その他の電源をＯＦ
Ｆにして、操作者からの次のモード選択操作を待つ。メ
インスイッチがＯＮのときには、諸電源がＯＮ状態のま
ま操作者からの次のモード選択操作を待つ。

【００３２】図６において、調整モードが選択された場
合の調整処理では、図１０に示すように、まず、無限焦
点距離と等価的な位置の被写体を上述と同様のシーケン
ス制御でもって測距する（ステップＳ３１）。そして、
同時に可動ミラー１０のハーフミラー部１０ｂで反射し
た光をペンタダハプリズム５、接眼レンズ６を介して被
写体を観察しながら操作者が可変形状鏡の駆動部への供
給する電圧を調整して、ピント調整をおこなう。このと
きの測距センサを介して得られた距離より算出した可変
形状鏡の駆動電圧と実際に接眼レンズ６を介して被写体
を観察しながら可変形状鏡の駆動電圧を調整したときの
そのずれ量（ピントずれ量）を無限焦点位置調整値とし
てメモリに格納する（ステップＳ３２）。

【００３３】次に、サブミラー８を折り畳んで撮影レン
ズ系５１’の光路から外し、ピッチ方向の標準パターン
を撮像するとともに（ステップＳ３３）、ペンタダハプ
リズム５、接眼レンズ６を介して被写体である標準パタ
ーンを観察しながら可変形状鏡の電圧値を調整して、標
準パターン撮影画面の中央に位置するように、ピッチ方
向のずれを調整する（ステップＳ３４）。そしてそのと
きの印加電圧をピッチ方向調整値としてメモリに格納す
る（ステップＳ３５）。

【００３４】次に、ヨー方向の標準パターンを撮像する
とともに（ステップＳ３６）、ペンタダハプリズム５、
接眼レンズ６を介して被写体である標準パターンを観察
しながら可変形状鏡の電圧値を調整して、標準パターン
撮影画面の中央に位置するように、ヨー方向のずれを調
整する（ステップＳ３７）。そしてそのときの印加電圧
をヨー方向調整値としてメモリに格納する（ステップＳ
３８）。これにより、調整処理が終了する。なお、この
調整値はＥＥＲＲＯＭ２０３に記憶され、以後の可変形
状鏡の駆動部で電圧を供給するような場合にイニシャル
処理時において、この補正電圧値でもって可変形状鏡へ
供給される電圧が調整される。

【００３５】このように本実施例の焦点調節ユニットに
よれば、撮影レンズ系の可変形状ミラーの形状を変化さ
せるだけで、ピント合わせ、或いはズーム、変倍を行う
ことができるので、従来のカメラのようにレンズを移動
させるための複雑な機械的構造が不要となり、また、レ
ンズを移動させるためのモーターが不要となるので、構
成部材も簡単になりコストダウンを図れる上に、消費電
力が少なくて済み、モーター等によるレンズの移動音も
せず静かになり、応答時間も早くなる。また、本実施例
の焦点調節ユニットでは、可変形状鏡の調整処理を備え
ることで、可変形状鏡の製造誤差や、可変形状鏡を焦点
調節ユニットに組み込んだときの誤差、さらには、焦点
調節ユニットを備えた撮影レンズ鏡筒部と１眼レフボデ
ィ部との組み込み誤差を調整することができる。それに
よって、撮影レンズ５１、ミラー部２，２’，３、可変
形状鏡部４の組み付け位置ズレによる撮像素子７への光
軸ズレや光のケラレを製品個々に補正することができ
る。

【００３６】なお、本実施形態の焦点調節ユニットにお
いては、可変形状鏡を１箇所に設けたが全てのミラーあ
るいは複数のミラーを可変形状鏡で構成してももちろん
よい。また、本実施形態においては、電気的な力で変形
する可変形状光学素子として可変形状鏡を用いたが可変
形状鏡の反射面を設けずにある透明流体を透明皮膜で覆
って可撓性透明部材を形成し、その可撓性透明部材を変
形させることで、焦点位置が変わるように構成された可
変焦点レンズ等を用いてもよい。

【００３７】また、測距処理及び焦点調節処理の内容に
ついては、上述した方式以外に、次のような方法も可能
である。撮像光学系で撮像した被写体像を撮像素子上に
結像させ、可変形状鏡あるいは可変焦点レンズの焦点距
離を変化させつつ、被写体像の高周波成分が最大になる
ような状態をみつける。これをもって、測距処理及び焦
点調節処理を終了する。この方式は、測距センサー、サ
ブミラーが必要ない１眼レフに適した方式である。ま
た、測距用の光学系と受光素子を別途設け、測距を行な
い、測距処理としてももちろん良い。この方式は、２眼
レフに適した方式である。また、図６〜９に示すような
制御プロセスは、デジタルカメラ等の撮像装置以外にも
望遠鏡、双眼鏡等の観察装置等にも応用でき、広く光学
装置全般に応用可能である。

【００３８】図１１は本発明の可変焦点ユニットの他の
実施形態を示す概略構成図である。本実施例では、レン
ズ鏡筒内の撮影レンズ系が、レンズ１１,１１’と、そ
れらの間に印加される電圧に応じてその厚み及び形状を
変化させることができるように構成された可変焦点レン
ズ１２が設けられて構成されている。その他の構成及び
作用効果は図１の実施形態とほぼ同じである。さらに、
本実施形態によれば、前後のレンズ間に可変焦点レンズ
を一つ設ければよいので、図１の実施形態に比べて構成
がより簡単になる。

【００３９】図１２は本発明の可変焦点ユニットのさら
に他の実施形態を示す概略構成図である。本実施形態で
は、レンズ鏡筒部はレンズ１３，１４，１５が設けられ
て構成されているとともに、カメラ本体内に可変焦点レ
ンズ１６が設けられて撮影レンズ系が構成されている。
本実施形態によれば、レンズ交換式の１眼レフ用のレン
ズをカメラ本体に着脱してズーミング効果を得ることが
できる。その他の構成及び作用効果は、図１の実施形態
とほぼ同じである。

【００４０】図１３は本発明の可変焦点ユニットのさら
に他の実施形態を示す概略構成図である。なお、図１３
中、５’はダハプリズムである。本実施形態では、レン
ズ鏡筒部は通常のレンズ１７，１８で構成するととも
に、カメラ本体内にミラー１９と、可変形状鏡３０と、
ミラー１９’とを備えて撮影レンズ系が構成されてお
り、撮影レンズ系からの光が裏像状態で撮像素子に結像
されるようになっており、撮像後の画像データを図１に
示す画像処理回路を介してもって反転させて正像として
表示させることができるように制御されている。その他
の構成及び作用効果は図１の実施形態をほぼ同じであ
る。本実施形態によれば、可変焦点レンズを用いた場合
と比べて撮影レンズ系の光路を折り曲げた分、光路長を
とることができ、その分レンズ鏡筒の長さをコンパクト
化することができ、しかも、図１の実施形態に比べて部
品点数を少なくすることができる。

【００４１】さらに、本実施形態の焦点調節ユニット
は、上記実施形態における可変形状鏡又は可変焦点レン
ズの位置に、２つの電極のうちの一方の電極に設けられ
る可撓性薄膜部分を板バネ状に構成した板バネアクチュ
エータに反射鏡又は透明部材を備えた光学ユニットを用
いてもよい。図１４は本発明の焦点調節ユニットに適用
可能な板バネアクチュエータの基本構成を示す図であ
り、(a)は分解斜視図、(b)は板バネ部の平面図、(c)は
板バネ部の変形状態を示す状態説明図である。板バネア
クチュエータ３１は、可動電極を有する基板３２と、固
定電極を有する基板３３とを貼り合わせて構成されてい
る。

【００４２】基板３２は、枠部材３２ａと、薄板状部材
３２ｂと、および両者を連結するクランク状の４つの梁
部材３２ｃとで構成されている。薄板状部材３２ｂと梁
部材３２ｃは、導電性物質からなり可動電極を構成して
いる。梁部材３２ｃは、薄板状部材３２ｂの４隅に接続
し、薄板状部材３２ｂを取り囲むようにクランク状の形
状をしており、これによって小さな専有面積で梁の長さ
を大きくすることができるので小さなバネ定数が得ら
れ、より小さな静電気力で薄板状部材３２ｂを、例えば
図１４(c)に示すように、変位させることができるよう
になっている。なお、図１４では、梁部材はL字形状に
形成されているが、コの字形状や、円弧状形状に形成さ
れていてもよい。

【００４３】基板３３には、図１４(a)に示すように４
つに分割された制御電極３４が固定されている。各電極
は基板３２の各梁部材３２ｃの直下に対応する領域と、
薄板状部材３２ｂの直下に対応する領域とを有して構成
されている。

【００４４】そして、可動電極を接地して、基板３３で
図中の所望の制御電極３４に高電圧を印加すると、薄板
状部材３２ｂの制御電極３４に対応する部位及びそこに
連結された梁部材３２ｃにおいて静電引力が作用する。
ここで、基板３３の他の３つの電極を接地すると、基板
３２の他の領域では静電引力が発生しないので、結果と
して薄板状部材３２ｂが当該領域で基板３３側に引き寄
せられて、基板３３に対して傾くと共に、薄板状部材３
２ｂの中心部においても基板３３との距離が小さくな
る。また、基板３２を接地して基板３３の４つの電極３
４に等しい電圧を印加した場合は、薄板状部材３２ｂと
４つの梁部材３２ｃに等しい静電気力が作用するので、
薄板状部材３２ｂは基板３３に向かって平行移動する。

【００４５】このようにして、板バネアクチュエータ３
１は、固定電極を有する基板３３の４つの電極３４に印
加する電圧を制御することによって、薄板状部材３２ｂ
の傾きと鉛直方向の変位を自由に制御できるように構成
されている。

【００４６】また、基板３２，３３の中央部にはそれぞ
れ穴３５，３６が設けられており、基板３２の穴３５に
レンズ等の光学素子を取りつけたときに、光学素子を変
位させて穴３５，３６を通る光の焦点距離等の緒条件を
変化させることができるようになっている。なお、基板
３２の薄板状部材３２ｂは、光学素子支持部を兼ねてい
る。

【００４７】このように、本発明に用いる板バネアクチ
ュエータは、少なくとも１つの固定電極を有する基板と
少なくとも１つの可動な板バネ状の電極（可動電極）を
有する基板とを備えている。なお、固定電極を有する基
板と可動電極を有する基板を備えて構成されたものであ
れば、２つの固定電極を有する基板が、可動電極を有す
る基板を挟んで配置した構成であってもよく、夫々の基
板の数は限定されるものではない。また、静電気力を用
いる代わりに２つの電極をコイル、例えば薄膜コイルで
置きかえ、電磁気力で板バネを変形させてもよい。ある
いは、一方の電極を永久磁石とするとともに、もう一方
の電極をコイルとし、電磁気力で板バネを変形させる板
バネアクチュエータとして構成してもよい。それらのよ
うに構成した場合には、電流の極性を変えるだけで変形
方向を変えることができるというメリットがある。な
お、本願では、コイルは電極に含めるものとする。

【００４８】板バネアクチュエータを用いれば、半導体
の製造技術を用いて製作できるので、微小化、特にバネ
部材の低剛性化に有利になる。また、板バネアクチュエ
ータを用いれば、反射鏡の全領域に力（静電気力）が作
用するので、反射鏡変位時における歪みを小さくするこ
とができ、あるいは反射鏡を薄く構成することができる
ので、慣性質量が小さくなり光学ユニットの応答性を向
上させることができる。また、板バネアクチュエータで
光学ユニットを構成した場合も部品点数が少なくて済
み、コストを低減させることができる。

【００４９】また、本発明に用いる可変形状鏡又は可変
焦点レンズは、静電気力の以外に電磁気力で変形するよ
うに構成してもよく、あるいは、圧電材料を電極を備え
た基板に含んで構成してもよい。可変形状鏡のかわり
に、液晶等を用いた形状の変わらない可変焦点ミラーを
用いてもよい。本願では、このような可変焦点ミラーも
可変形状鏡に含めるものとする。また、可変形状鏡又は
可変焦点レンズの変形する電極部分を反射鏡で兼ねるよ
うに構成してもよい。また、可変形状鏡又は可変焦点レ
ンズの変形のために電圧を印加する代わりに電流を印加
するように可変形状鏡又は可変焦点レンズの駆動回路を
構成し、上記調整モードが選択された場合の調整処理に
おいて、可変形状鏡又は可変焦点レンズの無限焦点位
置、ピッチ方向及びヨー方向のずれの調整を電流を印加
して行うようにしてもよい。さらに、本発明において上
記可変形状鏡、可変焦点レンズのかわりに上記のような
電気的な力により回折面が変形する回折素子を撮影レン
ズ系に設けて、回折方向を変化させることで、撮影レン
ズの焦点調節を行うようにしてもよい。以下に述べる可
変形状鏡、可変焦点レンズの例はいずれも本発明に用い
ることができる。

【００５０】次に、本発明の焦点調節ユニットに適用可
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。

【００５１】まず、本発明の焦点調節ユニットに適用可
能な可変形状鏡について説明する。図１５は本発明の焦
点調節ユニットを適用した光学装置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４
０９について説明する。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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１７、１８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。

【００５５】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１５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、本実施例の光学装置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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。また、可変形状鏡４０９をリソグ
ラフィーを用いて作れば、高精度に加工でき、品質の良
い可変ミラーが得られる。

【００６０】なお、図１５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。

【００６１】次に、可変形状鏡４０９の別の構成につい
て述べる。

【００６２】図１６は本発明の焦点調節ユニットに適用
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４０９ｃが介装されていて、これらが支持台４２
３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４０９ｃ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４０９ｂの形は、図１７に示すように、同心分
割であってもよいし、図１８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１６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。

【００６３】図１９は本発明の焦点調節ユニットに適用
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１６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４
０９ｃ’は電圧が印加されると逆方向に伸縮するので、
薄膜４０９ａを変形させる力が図１６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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】なお、図１６、２０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。

【００６７】図２０は本発明の焦点調節ユニットに適用
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４０９ｄ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４
０９ｂにも演算装置４１４により制御される駆動回路４
２５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４０
９ｄ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。

【００６８】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２０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。

【００６９】図２１は本発明の焦点調節ユニットに適用
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４２７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
４１５，４１６，４１７，４２４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４１４からの出力信号により、各駆動回路４
２８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４
０９ａを変形させる。

【００７０】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。

【００７１】この場合、薄膜コイル４２７の巻密度を、
図２２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。

【００７２】図２３は本発明の焦点調節ユニットに適用
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２４は
この実施例におけるコイル４２７の配置を示し、図２５
はコイル４２７の他の配置例を示しているが、これらの
配置は、図２１に示した実施例にも適用することができ
る。なお、図２６は、図２１に示した実施例において、
コイル４２７の配置を図２５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２６に示すように、永久磁石４２６を放射状に配置す
れば、図２１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２１及び図２３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。

【００７３】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２０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。

【００７４】図２７は本発明のさらに他の実施例に係
る、焦点調節ユニット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１
０３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１０４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４０８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。

【００７５】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２７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。

【００７６】図２８は本発明の焦点調節ユニットに適用
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。

【００７７】図２９は本発明の焦点調節ユニットに適用
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１８
１は静電気力、圧電効果等の電気力により振動する。図
２９では静電気力により振動する例を示しており、図２
９中、１８２，１８３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１６
１を右から左へ送るようになっている。

【００７８】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。

【００７９】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２６
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。

【００８０】次に、本発明の焦点調節ユニットに適用可
能な可変焦点レンズについて説明する。図３０は本発明
の焦点調節ユニット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５０９ａ，５０９ｂを有する第２のレンズ５
１２ｂと、これらレンズ間に透明電極５１３ａ，５１３
ｂ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５１４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５１８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。

【００８１】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。

【００８２】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３１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。

【００８３】ここで、図３０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３２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。

【００８４】なお、高分子分散液晶層５１４に印加する
電圧は、例えば、図３３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。

【００８５】ここで、図３０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３１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。

【００８６】したがって、図３３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。

【００８７】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３２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３
２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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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３０の状態と図３２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。

【００９３】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３０の状態でも、図
３２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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】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３０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。

【００９７】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。

【００９８】図３４は、図３３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３４では、液晶
分子の図示を省略してある。

【００９９】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。

【０１００】図３５は本発明の焦点調節ユニットに適用
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５３２ａ，５３２ｂを有する第１の透明基板５
３２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５３
３とを有し、入射光を第１，第２の透明基板５３２，５
３３を経て出射させるものである。第１，第２の透明基
板５３２，５３３間には、図３０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５１４に交流電界を印加するようにする。

【０１０１】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。

【０１０２】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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】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３６および図３７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。

【０１０６】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３７に示すようにホメオトロピック配向と
なり、図３６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。

【０１０７】ここで、図３６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３６
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。

【０１０８】図３８(a)は、本発明の焦点調節ユニット
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５
６２ａ，５６２ｂを有する入射側の第１の透明基板５６
２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３０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５
１４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３８(a)では、透明基板５６２の内面５
６２ｂをフレネル状に形成したが、例えば、図３８(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３５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。

【０１０９】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３９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３８および図３
９では、液晶分子の図示を省略してある。

【０１１０】図４０は本発明の焦点調節ユニットに適用
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５６６ａ，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５６７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）５
６６ｂに透明電極５１３ａを設け、第２の透明基板５６
７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５６
８上に透明電極５１３ｂを設ける。透明電極５１３ａ，
５１３ｂ間には、図３０で説明したと同様に、高分子分
散液晶層５１４を設け、これら透明電極５１３ａ，５１
３ｂをスイッチ５１５および可変抵抗器５１９を経て交
流電源５１６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４０では、液晶
分子の図示を省略してある。

【０１１１】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３５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。

【０１１２】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３８(a)における透明基板５６３、図３
８(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。

【０１１３】図４１は本発明の焦点調節ユニットに適用
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１４１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１
４０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１
４２と圧電性のある合成樹脂等の柔らかい透明物質１４
３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。

【０１１４】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。

【０１１５】なお、図４１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。

【０１１６】なお、図４１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４２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４３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４２、４３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。

【０１１７】図４１、図４２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。

【０１１８】図４４は本発明の焦点調節ユニットに適用
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４４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。

【０１１９】そして、図２９で示したようなマイクロポ
ンプ１８０を、例えば、図４４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。

【０１２０】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。

【０１２１】図４５は本発明の焦点調節ユニットに適用
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２０２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２００に加えることで圧電材料２００は変形し、
図４５において凸レンズとしての作用を持っている。

【０１２２】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４６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。

【０１２３】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４４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。

【０１２４】図４７は本発明の焦点調節ユニットに適用
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４
７中、２０４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。

【０１２５】なお、図４５〜図４７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。

【０１２６】図４８は本発明の焦点調節ユニットに適用
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２
０６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４８に示すように、凸レン
ズとして作用し、電圧を上げると、図４９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。

【０１２７】図５０は本発明の焦点調節ユニットに適用
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２０８，２０９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５
０中、２１２，２１３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。

【０１２８】本実施例において、中心波長がλ₁の紫外
光が図５１(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５１(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。

【０１２９】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。

【０１３０】次に、本発明の焦点調節ユニットに適用可
能な可変焦点レンズに用いる透明電極の分割例を図５２
〜５５を用いて説明する。図５２の例は、透明電極６０
０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。

【０１３１】図５３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。

【０１３２】図５４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。

【０１３３】なお、図５３、５４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５
２、５３、５４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５５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。

【０１３４】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。

【０１３５】なお、本発明の焦点調節ユニットは、デジ
タルカメラ、カムコーダ、テレビカメラ等のいずれの電
子カメラ、撮像装置一般、光学装置一般にも適用可能で
ある。また、本発明の実施形態においては電子カメラに
応用した場合を示したが、銀塩フィルムに被写体像を露
光する従来のカメラ等にも応用できることはもちろんで
ある。

【０１３６】最後に、本発明で用いる用語の定義を述べ
ておく。

【０１３７】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。

【０１３８】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。

【０１３９】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。

【０１４０】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。

【０１４１】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。

【０１４２】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。

【０１４３】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。

【０１４４】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。

【０１４５】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。

【０１４６】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。

【０１４７】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。

【０１４８】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。

【０１４９】以上説明したように、本発明の光学装置の
焦点調節ユニットは、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。

【０１５０】（１）撮影光学系を通過した被写体光束を
用いて被写体までのピントずれ量を検出する測距手段
と、上記撮影光学系の光路内に配置され、被写体からの
入射光を反射してから撮像素子に導く１つ以上のミラー
と、上記ミラーのうちの少なくとも１つを構成し、印加
電圧、または印加電流に応じて反射面の形状を変化させ
ることが可能な可変形状鏡と、上記測距手段の測距出力
に応じて、上記電圧を印加する電圧印加手段または電流
印加手段を具備しており、上記測距手段による測距に先
立ち、上記可変形状鏡の反射面を所定の形状に設定する
ようにしたことを特徴とする撮像装置の焦点調節ユニッ
ト。

【０１５１】（２）上記可変形状鏡を所定の形状にする
ための記憶装置を有する請求項２または上記（１）に記
載の撮像装置の焦点調節ユニット。

【０１５２】（３）レンズ交換式１眼レフ用に構成され
た請求項２または上記（１）に記載の焦点調節ユニッ
ト。

【０１５３】（４）レンズ交換式１眼レフのボディ側に
可変形状鏡を用いた請求項２または上記（１）に記載の
焦点調節ユニット。

【０１５４】（５）上記可変焦点レンズを所定の屈折力
にするための記憶装置を有する請求項３に記載の撮像装
置の焦点調節ユニット。

【０１５５】（６）レンズ交換式１眼レフ用に構成され
た請求項３に記載の焦点調節ユニット。

【０１５６】（７）レンズ交換式１眼レフのボディ側に
可変焦点レンズを用いた請求項３に記載の焦点調節ユニ
ット。

【０１５７】（８）撮影光学系の光路内に被写体光束を
屈折または反射する光学素子を１つ以上設け、そのうち
の少なくとも１つを印加電圧または電流に応じて光線の
偏向方向が変化する光学特性可変光学素子として構成
し、この光学特性可変光学素子の光線の偏向方向の変化
によって上記撮影光学系の焦点調節を行うようにした撮
像装置の焦点調節ユニットにおいて、上記光学特性可変
光学素子の無限遠位置調整値又は傾き調整値の少なくと
も一方を記憶する記憶手段を設け、上記撮影光学系の焦
点調節の際に上記記憶手段に記憶された各調整値でもっ
て上記撮影光学系の焦点調節量を補正するようにしたこ
とを特徴とする撮像装置の焦点調節ユニット。

【０１５８】（９）撮影光学系の光路内に被写体光束を
反射するミラーを１つ以上設け、そのうちの少なくとも
１つを印加電圧または電流に応じて反射面の形状が変化
する可変形状鏡として構成し、この可変形状鏡の形状変
化によって上記撮影レンズの焦点調節を行うようにした
撮像装置の焦点調節ユニットにおいて、上記可変形状鏡
の無限遠位置調整値又は傾き調整値の少なくとも一方を
記憶する記憶手段を設け、上記撮影光学系の焦点調節の
際に上記記憶手段に記憶された各調整値でもって上記撮
影光学系の焦点調節量を補正するようにしたことを特徴
とする撮像装置の焦点調節ユニット。

【０１５９】（１０）撮影光学系の光路内に被写体光束
を複数回反射する複数のミラーを設け、そのうちの少な
くとも１つを印加電圧に応じて反射面の形状が変化する
可変形状鏡として構成し、この可変形状鏡の形状変化に
よって上記撮影光学系の焦点調節を行うようにした撮像
装置の焦点調節ユニットにおいて、上記可変形状鏡の無
限遠位置調整値又は傾き調整値の少なくとも一方を記憶
する記憶手段を設け、上記撮影光学系の焦点調節の際に
上記記憶手段に記憶された各調整値でもって上記撮影光
学系の焦点調節量を補正するようにしたことを特徴とす
る撮像装置の焦点調節ユニット。

【０１６０】（１１）撮影光学系の光路内に被写体光束
を屈折する光学素子を１つ以上設け、そのうちの少なく
とも１つを印加電圧または電流に応じて屈折力が変化す
る可変焦点レンズとして構成し、この可変焦点レンズの
形状変化によって上記撮影光学系の焦点調節を行うよう
にした撮像装置の焦点調節ユニットにおいて、上記可変
焦点レンズの無限遠位置調整値と傾き調整値の少なくと
も一方を記憶する記憶手段を設け、上記撮影光学系の焦
点調節の際に上記記憶手段に記憶された各調整値でもっ
て上記撮影光学系の焦点調節量を補正するようにしたこ
とを特徴とする撮像装置の焦点調節ユニット。

【０１６１】（１２）１眼レフ用に構成された上記
（８）〜（１１）のいずれかに記載の焦点調節ユニッ
ト。

【０１６２】（１３）レンズ交換式１眼レフ用に構成さ
れた上記（８）〜（１１）のいずれかに記載の焦点調節
ユニット。

【０１６３】（１４）撮影レンズを通過した被写体光束
を用いて被写体までのピントずれ量を検出する測距手段
と、上記撮影レンズの光路内に配置され、被写体からの
入射光を複数回反射してから撮像媒体に導く複数のミラ
ーと、上記複数のミラーのうちの少なくとも１つを構成
し、印加電圧に応じて反射面の曲率を変化させることが
可能な可変形状ミラーと、上記測距手段の測距出力に応
じて、上記電圧を印加する電圧印加手段と、を具備して
おり、上記測距手段による測距に先だって、上記可変形
状ミラーの反射面を所定の曲率に設定するようにしたこ
とを特徴とするカメラの焦点調節ユニット。

【０１６４】（１５）撮影レンズの光路内に被写体光束
を複数回反射する複数のミラーを設け、そのうちの少な
くとも１つを印加電圧に応じて反射面の曲率が変化する
可変形状ミラーとして構成し、この可変形状ミラーの曲
率変化によって上記撮影レンズの焦点調節を行うように
したカメラの焦点調節ユニットにおいて、上記可変形状
ミラーの無限焦点位置調整値又は傾き値の少なくとも一
方を記憶する記憶手段を設け、上記撮影レンズの焦点調
節の際に上記記憶手段に記憶された各調整値でもって上
記撮影レンズの焦点調節量を補正するようにしたことを
特徴とするカメラの焦点調節ユニット。

【０１６５】（１６）撮影光学系を通過した被写体光束
を用いて被写体までのピントずれ量を検出する測距手段
と、測距の為の光路内に配置され、被写体からの入射光
を回折してから撮像素子または測距センサーに導く１つ
以上の光学素子と、上記光学素子のうちの少なくとも１
つを構成し、印加電圧、または印加電流に応じて回折の
仕方を変化させることが可能な光学特性可変光学素子
と、上記測距手段の測距出力に応じて上記電圧または電
流を印加する、電圧印加手段または電流印加手段を具備
しており、上記測距手段による測距に先立ち、上記光学
特性可変光学素子の回折作用を所定の値に設定するよう
にしたことを特徴とする撮像装置の焦点調節ユニット。

【０１６６】（１７）上記光学特性可変光学素子を所定
の形状にするための記憶装置を有する上記（１６）に記
載の撮像装置の焦点調節ユニット。

【０１６７】（１８）レンズ交換式１眼レフ用に構成さ
れた上記（１６）に記載の焦点調節ユニット。

【０１６８】（１９）レンズ交換式１眼レフのボディ側
に光学特性可変光学素子を用いた上記（１）に記載の焦
点調節ユニット。

【０１６９】（２０）光学系の光路内に被写体光束を屈
折または反射する光学素子を１つ以上設け、そのうちの
少なくとも１つを印加電圧または電流に応じて光線の偏
向方向が変化する光学特性可変光学素子として構成し、
この光学特性可変光学素子の光線の偏向方向の変化によ
って上記光学系の焦点調節を行うようにした光学装置の
焦点調節ユニットにおいて、上記光学特性可変光学素子
の無限遠位置調整値又は傾き調整値の少なくとも一方を
記憶する記憶手段を設け、上記光学系の焦点調節の際に
上記記憶手段に記憶された各調整値でもって上記光学系
の焦点調節量を補正するようにしたことを特徴とする光
学装置の焦点調節ユニット。

【０１７０】（２１）光学系を通過した被写体光束を用
いて被写体までのピントずれ量を検出する測距手段と、
測距の為の光路内に配置され、被写体からの入射光を偏
向してから受光素子に導く１つ以上の光学素子と、上記
光学素子のうちの少なくとも１つを構成し、印加電圧、
または印加電流に応じて光の偏向の仕方を変化させるこ
とが可能な光学特性可変光学素子と、上記測距手段の測
距出力に応じて上記電圧または電流を印加する、電圧印
加手段または電流印加手段を具備しており、上記測距手
段による測距に先立ち、上記光学特性可変光学素子の光
偏向作用を所定の値に設定するようにしたことを特徴と
する光学装置の焦点調節ユニット。

【０１７１】（２２）撮影光学系を通過した被写体光束
を用いて被写体までのピントずれ量を検出する測距手段
と、測距の為の光路内に配置され、被写体からの入射光
を偏向してから受光素子に導く１つ以上の光学素子と、
上記光学素子のうちの少なくとも１つを構成し、印加電
圧、または印加電流に応じて光の偏向の仕方を変化させ
ることが可能な光学特性可変光学素子と、上記測距手段
の測距出力に応じて上記電圧または電流を印加する、電
圧印加手段または電流印加手段を具備しており、上記測
距手段による測距に先立ち、上記光学特性可変光学素子
の光偏向作用を所定の値に設定するようにしたことを特
徴とする撮像装置の焦点調節ユニット。

【０１７２】（２３）図６〜１０のいずれかに記載の制
御プロセスを１つ以上有する焦点調節ユニット。

【０１７３】（２４）光学系の光路内に被写体光束を屈
折または反射する光学素子を１つ以上設け、そのうちの
少なくとも１つを印加電圧または電流に応じて光線の偏
向方向が変化する板ばねアクチュエータを有する光学ユ
ニットとして構成し、この光学ユニットの光線の偏向方
向の変化によって上記光学系の焦点調節を行うようにし
た光学装置の焦点調節ユニットにおいて、上記光学ユニ
ットの無限遠位置調整値又は傾き調整値の少なくとも一
方を記憶する記憶手段を設け、上記光学系の焦点調節の
際に上記記憶手段に記憶された各調整値でもって上記光
学系の焦点調節量を補正するようにしたことを特徴とす
る光学装置の焦点調節ユニット。

【０１７４】（２５）光学系を通過した被写体光束を用
いて被写体までのピントずれ量を検出する測距手段と、
測距の為の光路内に配置され、被写体からの入射光を偏
向してから受光素子に導く１つ以上の光学素子と、上記
光学素子のうちの少なくとも１つを構成し、印加電圧、
または印加電流に応じて光の偏向の仕方を変化させるこ
とが可能な板ばねアクチュエータを有する光学ユニット
と、上記測距手段の測距出力に応じて上記電圧または電
流を印加する、電圧印加手段または電流印加手段を具備
しており、上記測距手段による測距に先立ち、上記光学
ユニットの光偏向作用を所定の値に設定するようにした
ことを特徴とする光学装置の焦点調節ユニット。

【０１７５】

【発明の効果】本発明の焦点調節ユニットによれば、可
変形状鏡の反射面を変形させるだけで撮影レンズのピン
ト合わせ、或いはズーム、変倍を行うことができるの
で、従来のカメラのようにレンズを移動させるための複
雑な機械的構造が不要となり、また、レンズを移動させ
るためのモーターが不要となることで、消費電力を小さ
くすることができ、音も静かになり、応答時間も早くな
る。また、本実施例の焦点調節ユニットでは、可変形状
鏡等の調整処理を備えたことにより、可変形状鏡等の製
造誤差や、可変形状鏡等を焦点調節ユニットに組み込ん
だときの誤差、さらには、焦点調節ユニットを備えた撮
影レンズ鏡筒部と１眼レフボディ部との組み込み誤差を
調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による焦点調節ユニットの第１実施例を
示す断面図である。

【図２】本実施形態の焦点調節ユニットを適用したカメ
ラの回路構成を示すブロック図である。

【図３】本実施形態の焦点調節ユニットに用いる可変形
状鏡を構成する電極の配置関係及び電圧制御を行なう可
変形状鏡の電源回路部（駆動回路２０５）のブロック図
である。

【図４】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５】本実施形態の焦点調節ユニットに用いる可変形
状鏡の電極部を示す説明図であり、(a)〜(e)は、図３に
示す上部電極１０４ａの変形状態を示す側面図、(f)及
び(g)は図３に示す下部電極１０４ｂの配置構成を示す
平面図である。

【図６】本実施形態の自動焦点ユニットを備えたカメラ
全体のシーケンスフローチャートである。

【図７】本実施形態の自動焦点ユニットを備えたカメラ
における撮影モード選択時のフローチャートである。

【図８】本実施形態の自動焦点ユニットを備えたカメラ
における焦点調節サブルーチンのフローチャートであ
る。

【図９】本実施形態の自動焦点ユニットを備えたカメラ
における駆動電圧決定サブルーチンのフローチャートで
ある。

【図１０】本実施形態の自動焦点ユニットを備えたカメ
ラにおける調整モード選択時のフローチャートである。

【図１１】本発明の可変焦点ユニットの他の実施形態を
示す概略構成図である。

【図１２】本発明の可変焦点ユニットのさらに他の実施
形態を示す概略構成図である。

【図１３】本発明の可変焦点ユニットのさらに他の実施
形態を示す概略構成図である。

【図１４】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な板バ
ネアクチュエータの基本構成を示す図であり、(a)は分
解斜視図、(b)は板バネ部の平面図、(c)は板バネ部の変
形状態を示す状態説明図である。

【図１５】本発明の焦点調節ユニットを適用した光学装
置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１６】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な可変
形状鏡４０９の他の実施例を示す概略構成図である。

【図１７】図１６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１８】図１６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１９】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な可変
形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図であ
る。

【図２０】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な可変
形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図であ
る。

【図２１】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な可変
形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図であ
る。

【図２２】図２１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２３】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な可変
形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図であ
る。

【図２４】図２３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２５】図２３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２６】図２１に示した実施例において、コイル４２
７の配置を図２５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２７】本発明のさらに他の実施例に係る、焦点調節
ユニット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２８】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な可変
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。

【図２９】本発明の焦点調節ユニットに適用可能なマイ
クロポンプの一実施例を示す概略構成図である。

【図３０】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な可変
焦点レンズの原理的構成を示す図である。

【図３１】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３２】図３０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３３】図３０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３４】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な可変
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３５】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な可変
焦点回折光学素子の一例の構成を示す図である。

【図３６】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３７】図３６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３８】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な可変
偏角プリズムの二つの例の構成を示す図である。

【図３９】図３８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４０】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な可変
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４１】本発明の焦点調節ユニットに適用可能なさら
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４２】図４１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４３】図４２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４４】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な可変
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４５】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な光学
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４６】図４５の変形例に係る可変焦点レンズの状態
説明図である。

【図４７】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な光学
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４８】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な可変
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４９】図４８の実施例に係る可変焦点レンズの状態
説明図である。

【図５０】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な光学
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５１】図５０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５２】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な可変
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５３】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な可変
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５４】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な可変
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５５】本発明の焦点調節ユニットに適用可能な可変
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５６】従来の焦点調節機構を備えたカメラの概略構
成図である。

【符号の説明】

１，１’，１１，１１’，１３，１４，１５，１７，１
８ レンズ ２，２’，３，１９，１９’ ミラー ４，３０，１８８ 可変形状鏡 ４ａ 上部電極 ４ｂ 下部電極 ４ｃ 反射面 ５ ペンタダハプリズム ５’ ダハプリズム ６ 接眼レンズ ７ 撮像素子 ８ サブミラー ８ａ サブミラーの一辺 ９ 測距センサ １０ 可動ミラー １０ａ 可動ミラーの一辺 １０ｂ ハーフミラー部 １２，１６ 可変焦点レンズ ２０ 中央演算装置 ２２ 画像処理回路 ２３ ＥＥＰＲＯＭ ２５ 可変形状鏡駆動回路 ２５ａ 電圧制御回路部 ２５ｂ 電圧制御トランジスタ ２５ｃ 制御回路 ２５ｄ タイミング発生回路 ２５ｅ スイッチング用トランジスタ ２６ 測距回路 ２７ 測光回路 ２８ モード設定回路 ２９ レリーズスイッチ入力回路 ３１ 板バネアクチュエータ ３２ 可動電極を有する基板 ３２ａ 枠部材 ３２ｂ 薄板状部材 ３２ｃ 梁部材 ３３ 固定電極を有する基板 ３４ 制御電極 ３５，３６ 穴 ５１，５１’ 撮影レンズ系 １０２，５１２ａ，５１２ｂ，５２２，５３７，５３８
レンズ 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 １４５，５１３ａ，５１３ｂ，６００ 透明電
極 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 ４０８，５２３，５２９ 固体撮像素子 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） Ｇ０２Ｃ 7/02 Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５ ５Ｃ０２２ Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５ Ｈ０４Ｎ 5/232 Ｈ Ｇ０３Ｂ 3/04 Ｇ０２Ｂ 7/11 Ｎ 13/32 Ｚ 13/36 Ｇ０３Ｂ 3/00 Ａ Ｈ０４Ｎ 5/232 3/04 (72)発明者 西岡 公彦 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H011 AA03 BB01 CA12 CA14 CA15 CA21 2H042 DA02 DA11 DA21 DD11 DD12 DD13 DE00 2H051 AA00 CB11 GB01 GB02 GB15 2H087 KA01 KA03 KA10 KA14 KA15 LA00 MA00 NA07 RA27 RA28 RA41 RA46 TA00 TA01 TA02 TA03 TA05 2H088 EA31 EA42 GA06 GA10 JA01 JA03 JA11 5C022 AA13 AB27 AB28 AB40 AB55 AB67 AC02 AC32 AC42 AC73 AC74

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮影光学系を通過した被写体光束を用い
   て被写体までのピントずれ量を検出する測距手段と、 測距の為の光路内に配置され、被写体からの入射光を偏
   向してから撮像素子または測距センサーに導く１つ以上
   の光学素子と、 上記光学素子のうちの少なくとも１つを構成し、印加電
   圧、または印加電流に応じて光の偏向の仕方を変化させ
   ることが可能な光学特性可変光学素子と、 上記測距手段の測距出力に応じて上記電圧または電流を
   印加する、電圧印加手段または電流印加手段を具備して
   おり、 上記測距手段による測距に先立ち、上記光学特性可変光
   学素子の光偏向作用を所定の値に設定するようにしたこ
   とを特徴とする撮像装置の焦点調節ユニット。
2. 【請求項２】 撮影光学系を通過した被写体光束を用い
   て被写体までのピントずれ量を検出する測距手段と、 測距の為の光路内に配置され、被写体からの入射光を反
   射してから撮像素子または測距センサーに導く１つ以上
   のミラーと、 上記ミラーのうちの少なくとも１つを構成し、印加電
   圧、または印加電流に応じて反射面の形状を変化させる
   ことが可能な可変形状鏡と、 上記測距手段の測距出力に応じて、上記電圧または電流
   を印加する電圧印加手段または電流印加手段を具備して
   おり、 上記測距手段による測距に先立ち、上記可変形状鏡の反
   射面を所定の形状に設定するようにしたことを特徴とす
   る撮像装置の焦点調節ユニット。
3. 【請求項３】 撮影光学系を通過した被写体光束を用い
   て被写体までのピントずれ量を検出する測距手段と、 測距の為の光路内に配置され、被写体からの入射光を屈
   折してから撮像素子または測距センサーに導く１つ以上
   の光学素子と、 上記光学素子のうちの少なくとも１つを構成し、印加電
   圧、または印加電流に応じて屈折の仕方を変化させるこ
   とが可能な可変焦点レンズと、 上記測距手段の測距出力に応じて、上記電圧または電流
   を印加する電圧印加手段または電流印加手段を具備して
   おり、 上記測距手段による測距に先立ち、上記可変焦点レンズ
   の屈折作用を所定の値に設定するようにしたことを特徴
   とする撮像装置の焦点調節ユニット。