JP2003161873A - 光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】消費電力が小さく、音が静かで、応答時間が短
く、機械的構造が簡単でコストダウンに寄与する可変焦
点レンズ、可変形状鏡、可変プリズム等の光学特性可変
光学素子及びこれらの光学特性可変光学素子を含む光学
系を提供する。 【解決手段】可変形状鏡２を具備した光学系において、
ズーム状態と被写体までの距離とを入力情報とし、ズー
ム状態及び被写体までの距離に対応する、可変形状鏡２
へ印加する電圧の値を出力情報として格納した２次元ル
ックアップテーブル（ＬＵＴ）１０を有し、撮像時に、
２次元ＬＵＴ１０を順次走査し、得られた出力情報に基
づいて、可変形状鏡２へ印加する電圧の値を変化させ
て、結像画像の鮮鋭度を判定し、結像画像の鮮鋭度が最
良となるときの２次元ＬＵＴ１０の出力情報を、可変形
状鏡２へ印加する電圧の値として決定する。

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、
可変焦点回折光学素子、可変偏角プリズム、可変焦点ミ
ラー等の光学特性可変光学素子、及びこれらの光学特性
可変光学素子を含む光学系を備えた、例えば眼鏡、ビデ
オプロジェクター、デジタルカメラ、テレビカメラ、内
視鏡、望遠鏡、カメラのファインダー、光情報処理装置
等の光学装置に用いる光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来の
レンズは、ガラスを研磨して製造したレンズを用いてお
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、
変倍のためにレンズ群を光軸方向に移動させるために、
機械的構造が複雑になっている。そして、レンズ群の一
部を移動させるためにモーター等を用いていたため、消
費電力が大きい、音がうるさい、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、ブレ
防止を行なう場合でも、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、消費電力が大きい、機械的
構造が複雑でコストアップにつながる、等の欠点があっ
た。

【０００３】そこで、本発明はこれらの問題点に鑑み、
消費電力が小さく、音が静かで、応答時間が短く、機械
的構造が簡単でコストダウンに寄与する可変焦点レン
ズ、可変形状鏡、可変プリズム等の光学特性可変光学素
子及びこれらの光学特性可変光学素子を含む光学系を提
供することを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による光学系は、可変形状鏡を具備し、前記
可変形状鏡により光軸を折り曲げ、被写体像を撮像面に
結像させる光学系において、ズーム状態と被写体までの
距離とを入力情報とし、前記ズーム状態及び前記被写体
までの距離に対応する、前記可変形状鏡へ印加する電圧
又は供給する電流の値を出力情報として格納した２次元
ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を有し、撮像時に、前
記２次元ＬＵＴを順次走査し、得られた出力情報に基づ
いて、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流
の値を変化させて、結像画像の鮮鋭度を判定し、結像画
像の鮮鋭度が最良となるときの前記２次元ＬＵＴの出力
情報を、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電
流の値として決定するようにしたことを特徴とする。

【０００５】また、本発明による光学系は、撮像時に、
前記ズーム状態と前記被写体までの距離のうちいずれか
一方が検出可能な場合、検出された前記ズーム状態又は
前記被写体までの距離を固定して前記２次元ＬＵＴを順
次走査し、得られた出力情報に基づいて、前記可変形状
鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を変化させて、
結像画像の鮮鋭度を判定し、結像画像の鮮鋭度が最良と
なるときの前記２次元ＬＵＴの出力情報を、前記可変形
状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値として決定す
るようにするのが好ましい。

【０００６】また、本発明による光学系は、可変形状鏡
を具備し、前記可変形状鏡により光軸を折り曲げ、被写
体像を撮像面に結像させる光学系において、ズーム状態
と被写体までの距離とを入力情報とし、前記ズーム状態
及び前記被写体までの距離に対応する、前記可変形状鏡
へ印加する電圧又は供給する電流の値を出力情報として
格納した２次元ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を有
し、撮像時に、前記ズーム状態と前記被写体までの距離
のいずれもが検出可能な場合、前記ズーム状態と前記被
写体までの距離を固定して前記２次元ＬＵＴを入力し、
得られた出力情報を前記可変形状鏡へ印加する電圧又は
供給する電流の値として決定するようにしたことを特徴
とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。

【０００８】図１は本発明を適用する光学系の基本構成
の一例を示す概略構成図である。本発明が適用される光
学系は、光学素子１と可変形状鏡２を具備し、可変形状
鏡２により、被写体からの光軸を折り曲げ、撮像素子３
に結像させるように構成されている。また、光学素子１
において、レンズ群１ａはその構成する所定のレンズが
光軸に沿って移動可能に設けられている。そして、レン
ズ群１ａは、変倍を行なうバリエータの機能を有してい
る。なお、図１においては、便宜上、可変形状鏡２は反
射面のみ示してある。そして、この光学系では、レンズ
群１ａを構成する所定のレンズの移動と、可変形状鏡２
の反射面の形状変化（曲率変化）により、広角、標準、
望遠等のズーム状態の設定と、ピント調整を行うように
なっている。なお、可変形状鏡２の反射面の形状変化が
小さい場合には、レンズ群１ａを構成する所定のレンズ
の移動によりズーム状態を決定し、可変形状鏡２の反射
面の形状変化によりピント調整を行うと良い。なお、移
動するレンズ群は複数あってもよい。

【０００９】図２は図１の光学系に用いる可変形状鏡２
の一構成例を示す図、図３は図２の可変形状鏡をそれぞ
れの基板毎に示す図であり、(a)は枠材部の構成を示す
平面図、(b)は下部基板部の構成を示す平面図である。
また、図３(a)中、反射面は実線で、導電性部は破線で
示してある。可変形状鏡２は、枠材２ｅにおいて反射面
及び導電部２ａと可撓性を有する薄膜２ｂと、下部基板
２ｆにおいて可撓性薄膜２ｂに対向して配置された反射
面変形用の電極２ｃとから成る。図２及び図３の可変形
状鏡では、反射面と導電部とがアルミニウムなどの反射
率の高い金属薄膜で作ることで兼用されている。この導
電部２ａと電極２ｃとの間に外部リード電極２ｄから電
圧を印加又は電流を供給することにより、電極２ｃとの
間に働く静電気力により反射面が変形し、曲率が変化す
るようになっている。なお、図２及び図３では導電部２
ａおよび電極２ｃと外部リード電極２ｄとの接続を省略
している。

【００１０】なお、可変形状鏡２は、図４、５に示すよ
うに構成してもよい。図４の可変形状鏡は、変形用電極
２ｃ及び下部基板に設けられた外部リード電極２ｄを複
数に分割し、各々の電極に異なる電圧を印加又電流を供
給することができるようにしたものである。これにより
反射面と複数に分割された電極２ｃとの間に働く静電気
力に場所による分布を持たせることが可能になり、反射
面の変形形状をより厳密に最適化することができる。図
５の可変形状鏡は、導電性部を分割しており、効果は図
４に示したものと同様である。

【００１１】ところで、図１に示したような光学系で
は、ズーム状態と第１レンズ１₁の表面から被写体まで
の距離に応じて、ピント調整および収差補正に最適な可
変形状鏡２の反射面の形状が異なる。そのため、ズーム
状態と第１レンズ１₁の表面から被写体までの距離に応
じて、可変形状鏡２への印加電圧又は供給電流を最適化
して、それぞれの状態に応じた可変形状鏡２の反射面の
形状に変形する必要がある。

【００１２】そこで、本発明の光学系においては、ズー
ム状態と第１レンズの表面から被写体までの距離とに応
じて、可変形状鏡２への印加電圧又は供給電流を最適化
して、それぞれの状態に応じた反射面の形状にする場
合、最も簡単な方法として、ズーム状態と第１レンズの
表面から被写体までの距離とを入力情報とし、入力情報
に対応した可変形状鏡２への印加電圧または供給電流を
出力情報として格納した、２次元ルックアップテーブル
（ＬＵＴ）を図示省略したメモリに有している。なお、
本発明の以下の説明においては、第１レンズから被写体
までの距離を、単に被写体までの距離ということとす
る。

【００１３】ここで、本発明に用いるＬＵＴの例を示
す。表１は可変形状鏡の電極が単一の場合の２次元ＬＵ
Ｔの一構成例を示す表である。仮にズーム状態を広角、
標準、望遠の３状態、被写体までの距離を１０ｃｍ、１
ｍ、無限大の３状態とした場合、表１に示すような情報
が格納された２次元ＬＵＴを用いる。なお、ＬＵＴ中、
各要素のａ_mn（ｍ：被写体までの距離＝１〜３、ｎ：ズ
ーム状態＝１〜３）は各状態における最適な印加電圧の
情報を表している。

【００１４】表２は可変形状鏡の電極が複数の場合の２
次元ＬＵＴの他の構成例を示す表である。仮にズーム状
態を広角、標準、望遠の３状態、被写体までの距離を１
０ｃｍ、１ｍ、無限大の３状態、電極数を３とした場
合、表２に示すような情報が格納された２次元ＬＵＴを
用いる。なお、ＬＵＴ中、各要素のａ_mno（ｍ：被写体
までの距離＝１〜３、ｎ：ズーム状態＝１〜３、ｏ：電
極＝１〜３）は各状態における最適な印加電圧の情報を
表している。

【００１５】そして、これらのような２次元ＬＵＴは、
例えば次のいずれかの方法で作成する。第１の作成方法
は、可変形状鏡へ電圧を印加又は電流を供給した際の反
射面の変形形状を非接触型の測定器により測定し、ズー
ム状態と被写体までの距離に対応した可変形状鏡の最適
形状の設計値と比較することによる方法である。即ち、
可変形状鏡２へ電圧を印加又は電流を供給した際の反射
面の変形形状を光プローブを用いる３次元形状測定器、
干渉計、シャックハルトマン測定器等の非接触型の測定
器により測定し、その変形形状の測定値をズーム状態と
被写体までの距離に対応した可変形状鏡２の最適形状の
設計値と比較しながら、該最適形状の光学設計値に一致
させるように可変形状鏡２へ印加する電圧又は供給する
電流の値を調整し、変形形状の測定値が最適形状の光学
設計値に一致したときの可変形状鏡２へ印加した電圧又
は供給した電流の値を、可変形状鏡２へ印加すべき最適
電圧値又は供給すべき最適電流値としてＬＵＴの出力情
報領域に格納する。

【００１６】第１の作成方法によれば、光学系に可変形
状鏡を組み込む前の可変形状鏡自体の変形形状を測定
し、可変形状鏡自体に印加する電圧又供給する電流を調
整して、反射面の変形形状を、光学設計により導かれた
反射面の最適形状に合わせ込むため、その他レンズ等の
光学素子を備えた光学系を必要としないで済む。また、
可変形状鏡自体の変形形状を測定するため、可変形状鏡
が電極を分割して構成されている場合、形状の変化と電
極の対応が取り易く、各電極に印加すべき電圧又は供給
すべき電流を直感的に（比較的容易に）決定することが
できる。また、光学系に組み込む前に可変形状鏡の変形
形状を測定して、個々の可変形状鏡ごとに光学設計によ
る最適形状に合うように調整した値の印加電圧又は供給
電流の値を決定するため、個々の可変形状鏡の製造時の
誤差による変形形状のバラツキをなくすことができる。

【００１７】第２の作成方法は、可変形状鏡を組み込ん
だ後の光学系による結像画像の鮮鋭度を評価し、ズーム
状態と被写体までの距離に応じて結像画像の鮮鋭度が最
良となる電圧を求めることによる方法である。即ち、光
学系に組み込んだ後の可変形状鏡２へ電圧を印加又は電
流を供給し、ズーム状態と被写体までの距離に対応した
光学系による結像画像の鮮鋭度を評価しながら、可変形
状鏡２へ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、
鮮鋭度が最良となるときの可変形状鏡２へ印加した電圧
又は供給した電流の値を、可変形状鏡２へ印加すべき最
適電圧値又は供給すべき最適電流値としてＬＵＴの出力
情報領域に格納する。

【００１８】ここで、鮮鋭度の評価の例を図６を用いて
説明する。なお、図６中、左側は、取得画像を示し、右
側は取得画像の注目エリアの画像情報をフーリエ変換し
たときの空間周波数成分を示すグラフである。例えば、
取得された画像の空間周波数成分を評価する。取得され
た画像の注目したいエリア（ここでは中央部とする）に
対してフーリエ変換し、閾値以上の周波数成分の積分値
（斜線で示す部分）を評価する。この閾値以上の周波数
成分の積分値を可変形状鏡に印加する電圧又は供給する
電流を変えながらその都度評価し、積分値が最も大きく
なる画像を鮮鋭度が最良の画像とする。

【００１９】この場合、取得画像に対応する物体として
は、三本線チャート、輝点、十字線などのマークを用い
るとよく、撮像範囲の複数ヵ所に上記のようなマークを
配置し、それらの像が適切に写るようにしたものを最良
の画像とすればよい。この第２の方法は、光学系全体が
組み上がった後に、最終的に得られる画像の鮮鋭度によ
り評価する方法であるため、光学系を構成する個々の光
学要素の組み込み誤差によるバラツキをなくすことがで
きる。また、結像画像が最適になるようにＬＵＴを作成
することができる。従って、ＬＵＴを作成するには、最
終的にはこの第２の方法により作成するのがより好まし
い。

【００２０】以上のことから、本発明の光学系に用いる
ＬＵＴは、光学系への組み込み前に第１の方法により大
まかな概要部分の入力情報（ズーム状態、被写体までの
距離）に対応した出力情報（印加電圧又は供給電流）の
データを作成し、組み込み後に第２の方法により最終的
な細部の入出力情報のデータを作成して完成するのが理
想的である。

【００２１】そこで、上記のような方法により作成され
たＬＵＴを用いて、可変形状鏡に印加する最適電圧値又
は供給する最適電流値を決定するための構成を本発明の
実施例として以下に説明する。なお、各実施例の説明で
は便宜上、可変形状鏡は電圧を印加されることにより反
射面を変形させるものとする。

【００２２】第１実施例 図７は本発明による光学系の第１実施例にかかる、上記
のような方法で作成した２次元ＬＵＴを参照して、可変
形状鏡に印加する電圧を決定する場合のブロック図であ
る。図７に示すように、２次元ＬＵＴ１０へズーム状態
と被写体までの距離情報とを入力し、それらに対応した
電圧情報を電圧制御装置１１へ入力する。電圧制御装置
１１は入力に対応した電圧を可変形状鏡２に印加する。
なお、図７においてＬＵＴ１０より右側の矢印が太線に
なっているのは、可変形状鏡２に設ける電極を分割した
場合、各々の電極に印加すべき電圧が異なるため、複数
の情報を持っていることを意味している。なお、この電
圧制御装置１１は本発明の光学系に備えられている。

【００２３】なお、撮像時にズーム状態および被写体ま
での距離がセンサー等により判明している場合には、上
記のようにＬＵＴ１０への入力をセンサー等の出力情報
により一意的に決定することができる。しかし、ズーム
状態と被写体までの距離のいずれか一方の情報が不明な
場合は、判明している情報に対して、ＬＵＴ１０への入
力を固定し、不明な情報に対しては何らかの方法でＬＵ
Ｔ１０への入力値を決定しなければならない。

【００２４】そこで、そのような場合には、不明な情報
に対してＬＵＴ１０への入力値を順次変化させて、可変
形状鏡２に印加する電圧を変化させ、その都度、結像画
像の鮮鋭度を評価し、結像画像の鮮鋭度が最も良くなる
測定点における情報をＬＵＴ１０の入力値とする。この
ようにすれば、可変形状鏡２に印加する電圧を決定する
ことができる。

【００２５】また、ズーム状態および被写体までの距離
のいずれもが不明な場合には、ＬＵＴ１０を順次入力
し、ＬＵＴ１０に記憶された全ての出力情報を求め、得
られた出力情報に基づいて、可変形状鏡２に印加する電
圧を順次変化させ、その都度結像画像の鮮鋭度を評価
し、結像画像の鮮鋭度が最も良くなる点をＬＵＴの入力
値とする。このようにすれば、可変形状鏡２に印加する
電圧を決定することができる。

【００２６】ところで、上記のようにしてＬＵＴに基づ
いて印加電圧を決定する場合、入力情報が離散的である
ため、得られる出力情報も離散的になる。つまり、ズー
ム状態をｎ通り、被写体までの距離をｍ通りとすると、
ｎ×ｍ通りについての出力情報を作ることになるが、こ
こでのズーム状態、被写体までの距離は、離散的である
ため、より精密に制御しようとするためには、ズーム状
態、被写体までの距離をより細分化することになり膨大
な検査工程が必要となり、作業コストが莫大なものとな
る。しかも、電極の分割数をｋとすると、その細分化し
た膨大なｎ×ｍをさらにｋ倍したｎ×ｍ×ｋのメモリ空
間が必要となる。

【００２７】そこで、本発明において、ズーム状態と被
写体までの距離のうちのいずれか一方を離散的に検査す
るとともに、他方についてはこの離散的情報に基づき近
似曲線を求めて、擬似的に情報を連続化すれば、精密な
制御をすることができ、かつ、メモリ空間を減少するこ
とが可能となる。

【００２８】ここで、近似曲線の求めかたについて図８
を用いて説明する。図８は本発明の光学系に用いる離散
データを近似曲線化したときの一例であって、被写体ま
での距離に対する印加電圧の近似曲線を示すグラフであ
る。仮に、最適形状となる印加電圧において、各ズーム
状態（広角、標準、望遠）と各被写体までの距離（無限
大、１ｍ、１０ｃｍ）に対して図に示す測定結果を得た
とする（各測定点はそれぞれ□、△、○で示されてい
る）。この測定点の上を通る連続した曲線の近似式を求
める。

【００２９】仮に、各測定点が図８に示すような２次曲
線の近似式で近似されたものと仮定する。そして、各曲
線の係数ａ₁，ｂ₁，ｃ₁（望遠時）、ａ₂，ｂ₂，ｃ₂、
（標準時）ａ₃，ｂ₃，ｃ₃（広角時）を図９に示す後述
の近似曲線記憶装置１２へ予め記憶させておく。なお、
この近似曲線記憶装置１２は本発明の光学系に備えられ
ている。

【００３０】このように各曲線の係数を格納した近似曲
線記憶装置を用いて実際の撮像を行う場合について説明
する。まず、ズーム状態の情報に基づき、近似曲線記憶
装置を介してそれに対応した係数が選択される。例え
ば、ズーム状態が広角の場合、近似曲線記憶装置に記憶
された係数ａ₁、ｂ₁、ｃ₁が選択される。さらに被写体
までの距離により変数Ｘ（図ではＸ₁又はＸ₂）が決定さ
れる。これらの情報が図９に示す演算装置１３で計算さ
れ、最終的に印加電圧Ｖが決定される。このようにした
場合には、各ズーム状態は離散的であるが、被写体まで
の距離は連続的に扱うことが可能となる。なお、演算装
置１３は本発明の光学系に備えられている。また、被写
体までの距離が不明な場合には、変数Ｘを変化させて、
その都度結像画像の鮮鋭度を評価し、最も鮮鋭度が高い
ときの変数Ｘを求め、この変数Ｘをズーム状態に対応す
る変数とともに演算装置で計算することで、最適な印加
電圧を決定することができる。

【００３１】このように近似曲線化して最適な印加電圧
を求める場合の構成を、本発明による光学系の第２及び
第３実施例にかかる、可変形状鏡に印加する電圧を決定
する場合のブロック図として図９および図１０に示す。

【００３２】第２実施例 図９に示す近似曲線記憶装置１２には、ズーム状態の近
似曲線情報が記憶されており、ズーム状態を入力するこ
とで、被写体までの距離を変数とした一つの近似曲線が
選択される。さらに、被写体までの距離と近似曲線情報
を演算装置１３に入力することで、一意的に最適な印加
電圧の情報が決定される。従って、第２実施例によれ
ば、ズーム状態は離散的であるが、被写体までの距離は
連続的に扱うことができる。

【００３３】第３実施例 図１０に示す近似曲線記憶装置１２には、被写体までの
距離の近似曲線情報が記憶されており、被写体までの距
離を入力することで、ズーム状態を変数とした一つの近
似曲線が選択される。さらに、ズーム状態と近似曲線情
報を演算装置１３に入力することで、一意的に最適な印
加電圧の情報を決定することができる。従って、第３実
施例によれば、被写体までの距離は離散的であるが、ズ
ーム状態は連続的に扱うことができる。

【００３４】さらに、これを応用して、ズーム状態と被
写体までの距離との両方を近似曲面で表した場合の構成
を、本発明による光学系の第４実施例にかかる、可変形
状鏡に印加する電圧を決定する場合のブロック図として
図１１に示す。

【００３５】第４実施例 図１１に示す近似曲面記憶装置１２’には、被写体まで
の距離の近似曲線情報とズーム状態の近似曲線情報とで
形成される近似曲面情報が記憶されており、ズーム状態
及び被写体までの距離を変数とした一つの近似曲面情報
が選択される。さらに、この近似曲面情報を演算装置１
３に入力することで、一意的に最適な印加電圧の情報を
決定することができる。従って、第４実施例によれば、
ズーム状態および被写体までの距離情報を共に連続的に
扱うことができる。

【００３６】なお、以上の実施例では、ズーム光学系に
ついて説明したが、単焦点光学系においても、本発明に
おける可変形状鏡を駆動する印加電圧を決定するための
構成は、適用可能である。

【００３７】その場合、ＬＵＴは、入力情報が被写体ま
での距離で、出力情報がそれに対応した印加電圧値又は
供給電流値となり、表３又は表４に示すように、１次元
のデータ構成となる。本発明では、この場合のＬＵＴを
１次元ＬＵＴということとする。

【００３８】そして、１次元ＬＵＴを参照して、可変形
状鏡に電圧を印加する場合は、図１２に示すように、１
次元ＬＵＴ１０へ被写体までの距離情報を入力し、それ
に対応した電圧情報を電圧制御装置１１へ入力する。電
圧制御装置１１は入力に対応した電圧を可変形状鏡２に
印加する。また、近似曲線化して最適な印加電圧を求め
る場合は、図１３に示すように、近似曲線記憶装置１２
には、被写体までの距離を変数とした一つの近似曲線が
選択される。さらに、被写体までの距離と近似曲線情報
を演算装置１３に入力することで、一意的に最適な印加
電圧の情報が決定されるようにする。なお、１次元ＬＵ
Ｔのキーは、物体距離の変化あるいはズーミングによっ
て生ずるピントのずれ量をキーとしてもよい。このよう
なキーの１次元ＬＵＴは、物体距離とズーム状態をキー
とする２次元ＬＵＴに比べ、メモリーを節約でき、高速
に可変形状鏡の制御ができるメリットがある。

【００３９】以上の実施例においては、電圧を印加して
駆動する可変形状鏡を用いた光学系について説明した
が、電流を供給して駆動する可変形状鏡を用いた光学系
についても、同様に、ＬＵＴ１０を介して、又は近似曲
線記憶装置１２及び演算装置１３を介して、或いは近似
曲面記憶装置１２’及び演算装置１２を介して一意的に
最適な供給電流の情報を決定することができる。また、
以上の実施例では、主に可変形状鏡を１枚用いた光学系
の場合について説明したが、可変形状鏡が複数枚含まれ
る光学系についても本発明に適用することができる。つ
まり、個々の可変形状鏡について、それぞれのＬＵＴを
用いて制御すればよい。また、形状の変化しないタイプ
の可変ミラーについても本発明に同様に適用することが
できる。なお、本願では、可変形状鏡に、形状の変化し
ないタイプの可変ミラーも含めるものとする。

【００４０】また、以上の実施例では可変形状鏡を有す
る光学系について説明したが、可変焦点レンズを有する
光学系においても、本発明における可変形状鏡を駆動す
る印加電圧又は供給電流を決定するため構成を、同様
に、可変焦点レンズを駆動する印加電圧又は供給電流を
決定するための構成に適用することができる。

【００４１】次に、本発明の光学系に適用可能な可変ミ
ラー、可変焦点レンズの構成例について説明する。

【００４２】図１４は本発明の光学系に用いる可変ミラ
ーとして光学特性可変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。本実施例
の構成は、もちろん、銀塩フィルムカメラにも使うこと
ができる。まず、光学特性可変形状鏡４０９について説
明する。

【００４３】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。

【００４４】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。
なお、可変形状鏡の面形状は、自由曲面になる状態を含
むようにすると収差補正上有利である。

【００４５】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１６、１７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。

【００４６】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１４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。

【００４７】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。なお、可変形状鏡４０
９はリソグラフィーを用いて作ると加工精度が良く、品
質の良いものが得られるのでよい。

【００４８】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。図１４の例では反射面と変形する電極を兼用してい
るが、別々にしてもよい。つまり、変形する基板の電極
４０９ｂに近い側に変形する電極を設けて、変形する基
板を反射面と変形する電極とで挟んで一体化してもよ
い。このようにすると、製造プロセスを選択できるメリ
ットがある。

【００４９】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。

【００５０】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容易に
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。

【００５１】なお、図１４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。

【００５２】図１５は本発明にかかる可変ミラーとして
用いる可変形状鏡４０９の他の実施例を示す概略構成図
である。本実施例の可変形状鏡は、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１６に示
すように、同心分割であってもよいし、図１７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１５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４０
９ｂ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４
１７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４０
９ａ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。

【００５３】図１８は本発明にかかる可変ミラーとして
用いる可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略
構成図である。本実施例の可変形状鏡は、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１５に示された
実施例の可変形状鏡とは異なる。すなわち、圧電素子４
０９ｃ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４０９ａを変
形させる力が図１５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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】なお、図１５、１９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。

【００５７】図１９は本発明にかかる可変ミラーとして
用いる可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略
構成図である。本実施例の可変形状鏡は、圧電素子４０
９ｃ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、本実施例では、薄膜４
０９ａは電極４０９ｄとの間に印加される電圧と電極４
０９ｂ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。

【００５８】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１９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。

【００５９】図２０は本発明にかかる可変ミラーとして
用いる可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略
構成図である。本実施例の可変形状鏡は、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４０
９ｅ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４０
９ａ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。

【００６０】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。

【００６１】この場合、薄膜コイル４２７の巻密度を、
図２１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。

【００６２】図２２は本発明にかかる可変ミラーとして
用いる可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略
構成図である。本実施例の可変形状鏡では、基板４０９
ｅ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２３は本実施例におけるコイル４２
７の配置を示し、図２４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２０に示した実施例
にも適用することができる。なお、図２５は、図２０に
示した実施例において、コイル４２７の配置を図２４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２５に示すように、永久磁石
４２６を放射状に配置すれば、図２０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
２０及び図２２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。

【００６３】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１９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。

【００６４】図２６は本発明のさらに他の実施例に係
る、光学装置に適用可能な可変ミラーとして可変形状鏡
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。

【００６５】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２６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。

【００６６】図２７は本発明の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、ミラー面を変形させる可変ミラーとして用い
る可変形状鏡１８８の概略構成図である。本実施例によ
れば、ミラー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。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。

【００６７】図２８は本発明の光学系に用いる可変ミラ
ー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２８では静電気力により振動する例を示してお
り、図２８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１
８１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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】図２９は本発明にかかる光学系に用いる可
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５
０８ａ，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５１２
ａ，５１２ｂを経て収束させるものである。透明電極５
１３ａ，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。

【００７１】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。

【００７２】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３０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。

【００７３】ここで、図２９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３１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。

【００７４】なお、高分子分散液晶層５１４に印加する
電圧は、例えば、図３２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。

【００７５】ここで、図２９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３０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。

【００７６】したがって、図３２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。

【００７７】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３１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
１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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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２９の状態と図３１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。

【００８３】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２９の状態でも、図
３１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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】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２９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。

【００８７】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。

【００８８】図３３は図３２に示す可変焦点レンズ５１
１を用いた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３３では、液晶分
子の図示を省略してある。

【００８９】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。

【００９０】図３４は本発明にかかる光学系に適用可能
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５
３２，５３３間には、図２９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５１
４を設け、透明電極５１３ａ，５１３ｂをスイッチ５１
５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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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３５および図３６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。

【００９６】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３６に示すようにホメオトロピック配向と
なり、図３５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。

【００９７】ここで、図３５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３５
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。

【００９８】図３７(a)は、本発明にかかる光学系に適
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５６２
ａ，５６２ｂ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２９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５１
４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３７(a)では、透明基板５６２の内面５６
２ｂをフレネル状に形成したが、例えば、図３７(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３４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。

【００９９】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３８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３７および図３
８では、液晶分子の図示を省略してある。

【０１００】図３９は本発明にかかる光学系に用いる可
変焦点レンズを応用した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５６
６ａ，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）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，５１３
ｂ間には、図２９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，５１３ｂ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３９では、液晶分子の
図示を省略してある。

【０１０１】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３４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。

【０１０２】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３７(a)における透明基板５６３、図３
７(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。なお、本願で
は図３９のような、形状の変化しない可変焦点ミラー
も、可変形状鏡の中に含めるものとする。

【０１０３】図４０は本発明の光学系に用いる可変焦点
レンズのさらに他の実施例に係る、可変焦点レンズ１４
０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
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１４
１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１
４３とで、光を透過する流体あるいはゼリー状物質１４
４を挟んで構成されている。

【０１０４】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。

【０１０５】なお、図４０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。

【０１０６】なお、図４０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４１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４２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４１、４２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。

【０１０７】図４０、４１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１４３
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。

【０１０８】図４３は本発明の光学系に用いる可変焦点
レンズのさらに他の実施例に係る、マイクロポンプ１６
０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１６７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４３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。

【０１０９】そして、図２８で示したようなマイクロポ
ンプ１８０を、例えば、図４３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。

【０１１０】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。

【０１１１】図４４は本発明にかかる光学系に適用可能
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
４４において凸レンズとしての作用を持っている。

【０１１２】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４５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。

【０１１３】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４３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。

【０１１４】図４６は本発明にかかる光学系に適用可能
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４６
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。

【０１１５】なお、図４４〜図４６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。

【０１１６】図４７は本発明にかかる光学系に用いる可
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４７に示すように、凸レンズとして作
用し、電圧を上げると、図４８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。

【０１１７】図４９は本発明にかかる光学系に適用可能
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
ォトメカ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
を経由して光が照射されるようになっている。図４９
中、２１２，２１３はそれぞれ中心波長がλ₁，λ₂の例
えばＬＥＤ、半導体レーザー等の光源である。

【０１１８】本実施例において、中心波長がλ₁の光が
図５０(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５０(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の光がシス型のアゾベンゼン２１
０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
面で光が全反射するので外部に光がもれず、効率がよ
い。なお、レンズとして利用する光の波長は可視光に限
らず赤外光等でもよい。また、アゾベンゼン２１０とし
ては、アゾベンゼンと他の液体の混合物を用いてもよ
い。

【０１１９】図５１は本発明にかかる光学系に可変ミラ
ーとして用いる可変形状鏡のさらに他の実施例を示す概
略構成図である。本実施例では、デジタルカメラに用い
られるものとして説明する。なお、図５１中、４１１は
可変抵抗器、４１４は演算装置、４１５は温度センサ
ー、４１６は湿度センサー、４１７は距離センサー、４
２４は振れセンサーである。本実施例の可変形状鏡４５
は、アクリルエラストマー等の有機材料からなる電歪材
料４５３と間を隔てて分割電極４０９ｂを設け、電歪材
料４５３の上に順に電極４５２、変形可能な基板４５１
を設け、さらにその上に入射光を反射するアルミニウム
等の金属からなる反射膜４５０を設けて構成されてい
る。このように構成すると、分割電極４０９ｂを電歪材
料４５３と一体化した場合に比べて、反射膜４５０の面
形状が滑らかになり、光学的に収差を発生させにくくな
るというメリットがある。なお、変形可能な基板４５１
と電極４５２の配置は逆でも良い。また、図５１中、４
４９は光学系の変倍、あるいはズームを行なう釦であ
り、可変形状鏡４５は、釦４４９を使用者が押すことで
反射膜４５０の形を変形させて、変倍あるいは、ズーム
をすることができるように演算装置４１４を介して制御
されている。なお、アクリルエラストマー等の有機材料
からなる電歪材料のかわりに既に述べたチタン酸バリウ
ム等の圧電材料を用いてもよい。

【０１２０】最後に、本発明で用いる用語の定義を述べ
ておく。

【０１２１】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。

【０１２２】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。

【０１２３】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。

【０１２４】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。

【０１２５】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。

【０１２６】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。

【０１２７】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。

【０１２８】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。

【０１２９】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。

【０１３０】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。

【０１３１】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。

【０１３２】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。

【０１３３】以上説明したように、本発明の光学系は、
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。

【０１３４】（１）前記光学系に組み込む前の前記可変
形状鏡へ電圧を印加又は電流を供給したときの反射面の
変形形状を非接触型の測定器により測定し、該変形形状
の測定値を前記ズーム状態と前記被写体までの距離に対
応した前記可変形状鏡の最適形状の光学設計値と比較し
ながら、該最適形状の光学設計値に一致させるように前
記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を調
整し、前記変形形状の測定値が前記最適形状の光学設計
値に一致したときの前記可変形状鏡へ印加した電圧又電
流の値を、前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧値又は
供給すべき最適電流値として出力情報に格納することに
より、前記２次元ＬＵＴが作成されていることを特徴と
する請求項１〜３のいずれかに記載の光学系。

【０１３５】（２）前記光学系に組み込んだ後の前記可
変形状鏡へ電圧を印加又は電流を供給し、前記ズーム状
態と前記被写体までの距離に対応した前記光学系による
結像画像の鮮鋭度を評価しながら、前記可変形状鏡へ印
加する電圧又は供給する電流の値を調整し、鮮鋭度が最
良となるときの前記可変形状鏡へ印加した電圧又は供給
した電流の値を、前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧
値又は供給すべき最適電流値として出力情報に格納する
ことにより、前記２次元ＬＵＴが作成されていることを
特徴とする請求項１〜３、上記（１）のいずれかに記載
の光学系。

【０１３６】（３）各ズーム状態における被写体までの
距離に対応した、前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧
又は最適電流の近似曲線のテーブルを有し、撮像時にズ
ーム状態と被写体までの距離情報とに基づいて、前記近
似曲線のテーブルより得られた近似式でもって前記可変
形状鏡へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流
値を演算し、該演算により得られた最適値の電圧又は電
流を前記可変形状鏡へ印加又は供給するようにしたこと
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学系。

【０１３７】（４）各被写体までの距離におけるズーム
状態に対応した、前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧
又は最適電流の近似曲線のテーブルを有し、撮像時にズ
ーム状態と被写体までの距離情報とに基づいて、前記近
似曲線のテーブルより得られた近似式でもって前記可変
形状鏡へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流
値を演算し、該演算により得られた最適値の電圧又は電
流を前記可変形状鏡へ印加又は供給するようにしたこと
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学系。

【０１３８】（５）ズーム状態及び被写体までの距離に
対応した、前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧又は最
適電流の近似曲面のテーブルを有し、撮像時にズーム状
態と被写体までの距離情報とに基づいて、前記近似曲面
のテーブルより得られた近似式でもって前記可変形状鏡
へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値を演
算し、該演算により得られた最適値の電圧又は電流を前
記可変形状鏡へ印加又は供給するようにしたことを特徴
とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学系。

【０１３９】（６）請求項１〜３のいずれかに記載の光
学系に用いる２次元ＬＵＴの作成方法において、前記光
学系に組み込む前の前記可変形状鏡へ電圧を印加又は電
流を供給したときの反射面の変形形状を非接触型の測定
器により測定し、該変形形状の測定値を前記ズーム状態
と前記被写体までの距離に対応した前記可変形状鏡の最
適形状の光学設計値と比較しながら、該最適形状の光学
設計値に一致させるように前記可変形状鏡へ印加する電
圧又は供給する電流の値を調整し、前記変形形状の測定
値が前記最適形状の光学設計値に一致したときの前記可
変形状鏡へ印加した電圧又は供給した電流の値を、前記
可変形状鏡へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適
電流値として出力情報に格納することを特徴とする２次
元ＬＵＴの作成方法。

【０１４０】（７）請求項１〜３のいずれかに記載の光
学系に用いる２次元ＬＵＴの作成方法又は上記（６）に
記載の２次元ＬＵＴの作成方法において、前記光学系に
組み込んだ後の前記可変形状鏡へ電圧を印加又は電流を
供給し、前記ズーム状態と前記被写体までの距離に対応
した前記光学系による結像画像の鮮鋭度を評価しなが
ら、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の
値を調整し、鮮鋭度が最良となるときの前記可変形状鏡
へ印加した電圧又は供給した電流の値を、前記可変形状
鏡へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値と
して出力情報に格納することを特徴とする２次元ＬＵＴ
の作成方法。

【０１４１】（８）光学素子と可変形状鏡を具備し、前
記可変形状鏡により光軸を折り曲げ、被写体像を撮像面
に結像させる光学系において、被写体までの距離を入力
情報とし、前記被写体までの距離に対応する、前記可変
形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を出力情報
として格納した１次元ルックアップテーブル（ＬＵＴ）
を有し、撮像時に、前記１次元ＬＵＴを順次走査し、得
られた出力情報に基づいて、前記可変形状鏡へ印加する
電圧又は供給する電流の値を変化させて、結像画像の鮮
鋭度を判定し、結像画像の鮮鋭度が最良となるときの前
記１次元ＬＵＴの出力情報を、前記可変形状鏡へ印加す
る電圧又は供給する電流の値として決定するようにした
ことを特徴とする光学系。

【０１４２】（９）撮像時に、前記被写体までの距離が
検出不可能な場合、前記１次元ＬＵＴを順次走査し、得
られた出力情報に基づいて、前記可変形状鏡へ印加する
電圧又は供給する電流の値を変化させて、結像画像の鮮
鋭度を判定し、結像画像の鮮鋭度が最良となるときの前
記１次元ＬＵＴの出力情報を、前記可変形状鏡へ印加す
る電圧又は供給する電流の値として決定するようにした
ことを特徴とする上記（８）に記載の光学系。

【０１４３】（１０）光学素子と可変形状鏡を具備し、
前記可変形状鏡により光軸を折り曲げ、被写体像を撮像
面に結像させる光学系において、被写体までの距離を入
力情報とし、前記被写体までの距離に対応する、前記可
変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を出力情
報として格納した１次元ルックアップテーブル（ＬＵ
Ｔ）を有し、撮像時に、前記被写体までの距離が検出可
能な場合、前記被写体までの距離をキーとして前記１次
元ＬＵＴを入力し、得られた出力情報を前記可変形状鏡
へ印加する電圧又は供給する電流の値として決定するよ
うにしたことを特徴とする光学系。

【０１４４】（１１）前記光学系に組み込む前の前記可
変形状鏡へ電圧を印加又は電流を供給したときの反射面
の変形形状を非接触型の測定器により測定し、該変形形
状の測定値を、前記被写体までの距離に対応した前記可
変形状鏡の最適形状の光学設計値と比較しながら、該最
適形状の光学設計値に一致させるように前記可変形状鏡
へ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、前記変
形形状の測定値が前記最適形状の光学設計値に一致した
ときの前記可変形状鏡へ印加した電圧又電流の値を、前
記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最
適電流値として出力情報に格納することにより、前記１
次元ＬＵＴが作成されていることを特徴とする上記
（８）〜（１０）のいずれかに記載の光学系。

【０１４５】（１２）前記光学系に組み込んだ後の前記
可変形状鏡へ電圧を印加又は電流を供給し、前記被写体
までの距離に対応した前記光学系による結像画像の鮮鋭
度を評価しながら、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は
供給する電流の値を調整し、鮮鋭度が最良となるときの
前記可変形状鏡へ印加した電圧又は供給した電流の値
を、前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧値又は供給す
べき最適電流値として出力情報に格納することにより、
前記１次元ＬＵＴが作成されていることを特徴とする上
記（８）〜（１１）のいずれかに記載の光学系。

【０１４６】（１３）被写体までの距離に対応した、前
記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧又は最適電流の近似
曲線のテーブルを有し、撮像時に被写体までの距離情報
に基づいて、前記近似曲線のテーブルより得られた近似
式でもって前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧値又は
供給すべき最適電流値を演算し、該演算により得られた
最適値の電圧又は電流を前記可変形状鏡へ印加又は供給
するようにしたことを特徴とする上記（８）〜（１０）
のいずれかに記載の光学系。

【０１４７】（１４）上記（８）〜（１０）のいずれか
に記載の光学系に用いる１次元ＬＵＴの作成方法におい
て、前記光学系に組み込む前の前記可変形状鏡へ電圧を
印加又は電流を供給したときの反射面の変形形状を非接
触型の測定器により測定し、該変形形状の測定値を前記
被写体までの距離に対応した前記可変形状鏡の最適形状
の光学設計値と比較しながら、該最適形状の光学設計値
に一致させるように前記可変形状鏡へ印加する電圧又は
供給する電流の値を調整し、前記変形形状の測定値が前
記最適形状の光学設計値に一致したときの前記可変形状
鏡へ印加した電圧又は供給した電流の値を、前記可変形
状鏡へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値
として出力情報に格納することを特徴とする１次元ＬＵ
Ｔの作成方法。

【０１４８】（１５）上記（８）〜（１０）のいずれか
に記載の光学系に用いる１次元ＬＵＴの作成方法又は上
記（１４）に記載の１次元ＬＵＴの作成方法において、
前記光学系に組み込んだ後の前記可変形状鏡へ電圧を印
加又は電流を供給し、前記被写体までの距離に対応した
前記光学系による結像画像の鮮鋭度を評価しながら、前
記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を調
整し、鮮鋭度が最良となるときの前記可変形状鏡へ印加
した電圧又は供給した電流の値を、前記可変形状鏡へ印
加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値として出
力情報に格納することを特徴とする１次元ＬＵＴの作成
方法。

【０１４９】（１６）可変焦点レンズを具備し、被写体
像を撮像面に結像させる光学系において、前記光学素子
の移動によるズーム状態と被写体までの距離とを入力情
報とし、前記ズーム状態及び前記被写体までの距離に対
応する、前記可変焦点レンズへ印加する電圧又は供給す
る電流の値を出力情報として格納した２次元ルックアッ
プテーブル（ＬＵＴ）を有し、撮像時に、前記２次元Ｌ
ＵＴを順次走査し、得られた出力情報に基づいて、前記
可変焦点レンズへ印加する電圧又は供給する電流の値を
変化させて、結像画像の鮮鋭度を判定し、結像画像の鮮
鋭度が最良となるときの前記２次元ＬＵＴの出力情報
を、前記可変焦点レンズへ印加する電圧又は供給する電
流の値として決定するようにしたことを特徴とする光学
系。

【０１５０】（１７）撮像時に、前記ズーム状態と前記
被写体までの距離のうちいずれか一方が検出可能な場
合、検出された前記ズーム状態又は前記被写体までの距
離を固定して前記２次元ＬＵＴを順次走査し、得られた
出力情報に基づいて、前記可変焦点レンズへ印加する電
圧又は供給する電流の値を変化させて、結像画像の鮮鋭
度を判定し、結像画像の鮮鋭度が最良となるときの前記
２次元ＬＵＴの出力情報を、前記可変焦点レンズへ印加
する電圧又は供給する電流の値として決定するようにし
たことを特徴とする上記（１６）に記載の光学系。

【０１５１】（１８）可変焦点レンズを具備し、被写体
像を撮像面に結像させる光学系において、前記光学素子
の移動によるズーム状態と被写体までの距離とを入力情
報とし、前記ズーム状態及び前記被写体までの距離に対
応する、前記可変焦点レンズへ印加する電圧又は供給す
る電流の値を出力情報として格納した２次元ルックアッ
プテーブル（ＬＵＴ）を有し、撮像時に、前記ズーム状
態と前記被写体までの距離のいずれもが検出可能な場
合、前記ズーム状態と前記被写体までの距離を固定して
前記２次元ＬＵＴを入力し、得られた出力情報を前記可
変焦点レンズへ印加する電圧又は供給する電流の値とし
て決定するようにしたことを特徴とする光学系。

【０１５２】（１９）前記光学系に組み込む前の前記可
変焦点レンズへ電圧を印加又は電流を供給したときのレ
ンズ面の変形形状を非接触型の３次元形状測定器により
測定し、該変形形状の測定値を、前記ズーム状態と前記
被写体までの距離に対応した前記可変焦点レンズの最適
形状の光学設計値と比較しながら、該最適形状の光学設
計値に一致させるように前記可変焦点レンズへ印加する
電圧又は供給する電流の値を調整し、前記変形形状の測
定値が前記最適形状の光学設計値に一致したときの前記
可変焦点レンズへ印加した電圧又電流の値を、前記可変
焦点レンズへ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適
電流値として出力情報に格納することにより、前記２次
元ＬＵＴが作成されていることを特徴とする上記（１
６）〜（１８）のいずれかに記載の光学系。

【０１５３】（２０）前記光学系に組み込んだ後の前記
可変焦点レンズへ電圧を印加又は電流を供給し、前記ズ
ーム状態と前記被写体までの距離に対応した前記光学系
による結像画像の鮮鋭度を評価しながら、前記可変焦点
レンズへ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、
鮮鋭度が最良となるときの前記可変焦点レンズへ印加し
た電圧又は供給した電流の値を、前記可変焦点レンズへ
印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値として
出力情報に格納することにより、前記２次元ＬＵＴが作
成されていることを特徴とする上記（１６）〜（１９）
のいずれかに記載の光学系。

【０１５４】（２１）各ズーム状態における被写体まで
の距離に対応した、前記可変焦点レンズへ印加すべき最
適電圧又は最適電流の近似曲線のテーブルを有し、撮像
時にズーム状態と被写体までの距離情報とに基づいて、
前記近似曲線のテーブルより得られた近似式でもって前
記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧値又は供給すべ
き最適電流値を演算し、該演算により得られた最適値の
電圧又は電流を前記可変焦点レンズへ印加又は供給する
ようにしたことを特徴とする上記（１６）〜（１８）の
いずれかに記載の光学系。

【０１５５】（２２）各被写体までの距離におけるズー
ム状態に対応した、前記可変焦点レンズへ印加すべき最
適電圧又は最適電流の近似曲線のテーブルを有し、撮像
時にズーム状態と被写体までの距離情報とに基づいて、
前記近似曲線のテーブルより得られた近似式でもって前
記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧値又は供給すべ
き最適電流値を演算し、該演算により得られた最適値の
電圧又は電流を前記可変焦点レンズへ印加又は供給する
ようにしたことを特徴とする上記（１６）〜（１８）の
いずれかに記載の光学系。

【０１５６】（２３）ズーム状態及び被写体までの距離
に対応した、前記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧
又は最適電流の近似曲面のテーブルを有し、撮像時にズ
ーム状態と被写体までの距離情報とに基づいて、前記近
似曲面のテーブルより得られた近似式でもって前記可変
焦点レンズへ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適
電流値を演算し、該演算により得られた最適値の電圧又
は電流を前記可変焦点レンズへ印加又は供給するように
したことを特徴とする上記（１６）〜（１８）のいずれ
かに記載の光学系。

【０１５７】（２４）上記（１６）〜（１８）のいずれ
かに記載の光学系に用いる２次元ＬＵＴの作成方法にお
いて、前記光学系に組み込む前の前記可変焦点レンズへ
電圧を印加又は電流を供給したときのレンズ面の変形形
状を非接触型の３次元形状測定器により測定し、該変形
形状の測定値を前記ズーム状態と前記被写体までの距離
に対応した前記可変焦点レンズの最適形状の光学設計値
と比較しながら、該最適形状の光学設計値に一致させる
ように前記可変焦点レンズへ印加する電圧又は供給する
電流の値を調整し、前記変形形状の測定値が前記最適形
状の光学設計値に一致したときの前記可変焦点レンズへ
印加した電圧又は供給した電流の値を、前記可変焦点レ
ンズへ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値
として出力情報に格納することを特徴とする２次元ＬＵ
Ｔの作成方法。

【０１５８】（２５）上記（１６）〜（１８）のいずれ
かに記載の光学系に用いる２次元ＬＵＴの作成方法又は
上記（２４）に記載の２次元ＬＵＴの作成方法におい
て、前記光学系に組み込んだ後の前記可変焦点レンズへ
電圧を印加又は電流を供給し、前記ズーム状態と前記被
写体までの距離に対応した前記光学系による結像画像の
鮮鋭度を評価しながら、前記可変焦点レンズへ印加する
電圧又は供給する電流の値を調整し、鮮鋭度が最良とな
るときの前記可変焦点レンズへ印加した電圧又は供給し
た電流の値を、前記可変焦点レンズへ印加すべき最適電
圧値又は供給すべき最適電流値として出力情報に格納す
ることを特徴とする２次元ＬＵＴの作成方法。

【０１５９】（２６）光学素子と可変焦点レンズを具備
し、前記可変焦点レンズにより被写体像を撮像面に結像
させる光学系において、被写体までの距離を入力情報と
し、前記被写体までの距離に対応する、前記可変焦点レ
ンズへ印加する電圧又は供給する電流の値を出力情報と
して格納した１次元ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を
有し、撮像時に、前記１次元ＬＵＴを順次走査し、得ら
れた出力情報に基づいて、前記可変焦点レンズへ印加す
る電圧又は供給する電流の値を変化させて、結像画像の
鮮鋭度を判定し、結像画像の鮮鋭度が最良となるときの
前記１次元ＬＵＴの出力情報を、前記可変焦点レンズへ
印加する電圧又は供給する電流の値として決定するよう
にしたことを特徴とする光学系。

【０１６０】（２７）撮像時に、前記被写体までの距離
が検出不可能な場合、前記１次元ＬＵＴを順次走査し、
得られた出力情報に基づいて、前記可変焦点レンズへ印
加する電圧又は供給する電流の値を変化させて、結像画
像の鮮鋭度を判定し、結像画像の鮮鋭度が最良となると
きの前記１次元ＬＵＴの出力情報を、前記可変焦点レン
ズへ印加する電圧又は供給する電流の値として決定する
ようにしたことを特徴とする上記（２６）に記載の光学
系。

【０１６１】（２８）光学素子と可変焦点レンズを具備
し、前記可変焦点レンズにより被写体像を撮像面に結像
させる光学系において、被写体までの距離を入力情報と
し、前記被写体までの距離に対応する、前記可変焦点レ
ンズへ印加する電圧又は供給する電流の値を出力情報と
して格納した１次元ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を
有し、撮像時に、前記被写体までの距離が検出可能な場
合、前記被写体までの距離をキーとして前記１次元ＬＵ
Ｔを入力し、得られた出力情報を前記可変焦点レンズへ
印加する電圧又は供給する電流の値として決定するよう
にしたことを特徴とする光学系。

【０１６２】（２９）前記光学系に組み込む前の前記可
変焦点レンズへ電圧を印加又は電流を供給したときのレ
ンズ面の変形形状を非接触型の３次元形状測定器により
測定し、該変形形状の測定値を、前記被写体までの距離
に対応した前記可変焦点レンズの最適形状の光学設計値
と比較しながら、該最適形状の光学設計値に一致させる
ように前記可変焦点レンズへ印加する電圧又は供給する
電流の値を調整し、前記変形形状の測定値が前記最適形
状の光学設計値に一致したときの前記可変焦点レンズへ
印加した電圧又電流の値を、前記可変焦点レンズへ印加
すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値として出力
情報に格納することにより、前記１次元ＬＵＴが作成さ
れていることを特徴とする上記（２６）〜（２８）のい
ずれかに記載の光学系。

【０１６３】（３０）前記光学系に組み込んだ後の前記
可変焦点レンズへ電圧を印加又は電流を供給し、前記被
写体までの距離に対応した前記光学系による結像画像の
鮮鋭度を評価しながら、前記可変焦点レンズへ印加する
電圧又は供給する電流の値を調整し、鮮鋭度が最良とな
るときの前記可変焦点レンズへ印加した電圧又は供給し
た電流の値を、前記可変焦点レンズへ印加すべき最適電
圧値又は供給すべき最適電流値として出力情報に格納す
ることにより、前記１次元ＬＵＴが作成されていること
を特徴とする上記（２６）〜（２９）のいずれかに記載
の光学系。

【０１６４】（３１）被写体までの距離に対応した、前
記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧又は最適電流の
近似曲線のテーブルを有し、撮像時に被写体までの距離
情報に基づいて、前記近似曲線のテーブルより得られた
近似式でもって前記可変焦点レンズへ印加すべき最適電
圧値又は供給すべき最適電流値を演算し、該演算により
得られた最適値の電圧又は電流を前記可変焦点レンズへ
印加又は供給するようにしたことを特徴とする上記（２
６）〜（２８）のいずれかに記載の光学系。

【０１６５】（３２）上記（２６）〜（２８）のいずれ
かに記載の光学系に用いる１次元ＬＵＴの作成方法にお
いて、前記光学系に組み込む前の前記可変焦点レンズへ
電圧を印加又は電流を供給したときのレンズ面の変形形
状を非接触型の３次元形状測定器により測定し、該変形
形状の測定値を前記被写体までの距離に対応した前記可
変焦点レンズの最適形状の光学設計値と比較しながら、
該最適形状の光学設計値に一致させるように前記可変焦
点レンズへ印加する電圧又は供給する電流の値を調整
し、前記変形形状の測定値が前記最適形状の光学設計値
に一致したときの前記可変焦点レンズへ印加した電圧又
は供給した電流の値を、前記可変焦点レンズへ印加すべ
き最適電圧値又は供給すべき最適電流値として出力情報
に格納することを特徴とする１次元ＬＵＴの作成方法。

【０１６６】（３３）上記（２６）〜（２８）のいずれ
かに記載の光学系に用いる１次元ＬＵＴの作成方法又は
上記（３２）に記載の１次元ＬＵＴの作成方法におい
て、前記光学系に組み込んだ後の前記可変焦点レンズへ
電圧を印加又は電流を供給し、前記被写体までの距離に
対応した前記光学系による結像画像の鮮鋭度を評価しな
がら、前記可変焦点レンズへ印加する電圧又は供給する
電流の値を調整し、鮮鋭度が最良となるときの前記可変
焦点レンズへ印加した電圧又は供給した電流の値を、前
記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧値又は供給すべ
き最適電流値として出力情報に格納することを特徴とす
る１次元ＬＵＴの作成方法。

【０１６７】（３４）光学素子と可変形状鏡を具備し、
前記可変形状鏡により光軸を折り曲げ、被写体像を撮像
面に結像させる光学系において、前記光学素子の移動に
よるズーム状態と被写体までの距離とを入力情報とし、
前記ズーム状態及び前記被写体までの距離に対応する、
前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を
出力情報として格納した２次元ルックアップテーブル
（ＬＵＴ）を有し、撮像時に、前記２次元ＬＵＴを順次
走査し、得られた出力情報に基づいて、前記可変形状鏡
へ印加する電圧又は供給する電流の値を変化させて、結
像画像の鮮鋭度を判定し、結像画像の鮮鋭度が最良とな
るときの前記２次元ＬＵＴの出力情報を、前記可変形状
鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値として決定する
ようにしたことを特徴とする光学系。

【０１６８】（３５）撮像時に、前記ズーム状態と前記
被写体までの距離のうちいずれか一方が検出可能な場
合、検出された前記ズーム状態又は前記被写体までの距
離を固定して前記２次元ＬＵＴを順次走査し、得られた
出力情報に基づいて、前記可変形状鏡へ印加する電圧又
は供給する電流の値を変化させて、結像画像の鮮鋭度を
判定し、結像画像の鮮鋭度が最良となるときの前記２次
元ＬＵＴの出力情報を、前記可変形状鏡へ印加する電圧
又は供給する電流の値として決定するようにしたことを
特徴とする上記（３４）に記載の光学系。

【０１６９】（３６）光学素子と可変形状鏡を具備し、
前記可変形状鏡により光軸を折り曲げ、被写体像を撮像
面に結像させる光学系において、前記光学素子の移動に
よるズーム状態と被写体までの距離とを入力情報とし、
前記ズーム状態及び前記被写体までの距離に対応する、
前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を
出力情報として格納した２次元ルックアップテーブル
（ＬＵＴ）を有し、撮像時に、前記ズーム状態と前記被
写体までの距離のいずれもが検出可能な場合、前記ズー
ム状態と前記被写体までの距離を固定して前記２次元Ｌ
ＵＴを入力し、得られた出力情報を前記可変形状鏡へ印
加する電圧又は供給する電流の値として決定するように
したことを特徴とする光学系。

【０１７０】（３７）可変形状鏡の変形する反射部材が
有機材料を用いてなることを特徴とする請求項１〜３、
上記（１）〜（１５）のいずれかに記載の光学系。

【０１７１】（３８）可変形状鏡の変形する反射面の形
状が自由曲面である状態を含むことを特徴とする請求項
１〜３、上記（１）〜（１５）、（３４）〜（３７）の
いずれかに記載の光学系。

【０１７２】（３９）複数の可変形状鏡を備えたことを
特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（１５）、（３
４）〜（３７）のいずれかに記載の光学系。

【０１７３】（４０）移動するレンズ群を含むことを特
徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（１５）、（３
４）〜（３６）、（３９）のいずれかに記載の光学系。

【０１７４】（４１）複数の移動するレンズ群を含むこ
とを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（１５）、
（４０）のいずれかに記載の光学系。

【０１７５】（４２）複数のマークを被写体として用い
ることを特徴とする上記（２）又は（１５）に記載のＬ
ＵＴの作成方法。

【０１７６】（４３）物体距離の変化、あるいはズーミ
ングによって生ずるピントのずれ量をキーとして作成さ
れた１次元ＬＵＴを走査し、画像の鮮鋭度が最大になる
状態をもって可変形状鏡又は可変焦点レンズの形を決定
するようにしたことを特徴とする光学系。

【０１７７】（４４）物体距離の変化、あるいはズーミ
ングによって生ずるピントのずれ量をキーとして作成さ
れた１次元ＬＵＴを走査し、画像の鮮鋭度が最大になる
状態をもって可変形状鏡の形を決定し、かつ可変形状鏡
の反射面の形状が自由曲面になる状態を含むことを特徴
とする光学系。

【０１７８】（４５）可変形状鏡がリソグラフィーを用
いて製作されたことを特徴とする請求項１〜３、上記
（１）〜（１５）、（３４）〜（４１）、（４３）、
（４４）のいずれかに記載の光学系。

【０１７９】（４６）可変形状鏡あるいは可変焦点レン
ズが静電気力、電磁気力、圧電効果、電歪、流体のいず
れかによって駆動されることを特徴とする請求項１〜
３、上記（１）〜（４４）のいずれかに記載の光学系。

【０１８０】

【発明の効果】本発明の光学系によれば、消費電力が小
さく、音が静かで、応答時間が短くなり、機械的構造が
簡単となり、コストダウンに寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する光学系の基本構成の一例を示
す概略構成図である。

【図２】図１の光学系に用いる可変形状鏡２の一構成例
を示す図である。

【図３】図２の可変形状鏡をそれぞれの基板毎に示す図
であり、(a)は枠材部の構成を示す平面図、(b)は下部基
板部の構成を示す平面図である。

【図４】図１の光学系に用いる可変形状鏡２の他の構成
例を示す図である。

【図５】図１の光学系に用いる可変形状鏡２のさらに他
の構成例を示す図である。

【図６】本発明の光学系において用いる鮮鋭度の評価例
を示す図であり、図中、左側は、取得画像を示す説明
図、右側は取得画像の注目エリアの画像情報をフーリエ
変換したときの空間周波数成分を示すグラフである。

【図７】本発明による光学系の第１実施例にかかる、可
変形状鏡に印加する電圧を決定する場合のブロック図で
ある。

【図８】本発明の光学系に用いる離散データを近似曲線
化したときの一例であって、被写体までの距離に対する
印加電圧の近似曲線を示すグラフである。

【図９】本発明による光学系の第２実施例にかかる、可
変形状鏡に印加する電圧を決定する場合のブロック図で
ある。

【図１０】本発明による光学系の第３実施例にかかる、
可変形状鏡に印加する電圧を決定する場合のブロック図
である。

【図１１】本発明による光学系の第４実施例にかかる、
可変形状鏡に印加する電圧を決定する場合のブロック図
である。

【図１２】本発明による光学素子がズーム駆動しない構
成の光学系における、可変形状鏡に電圧を印加する場合
の一実施例を示すブロック図である。

【図１３】本発明による光学素子がズーム駆動しない構
成の光学系における、可変形状鏡に電圧を印加する場合
の他の実施例を示すブロック図である。

【図１４】本発明の光学系に用いる可変ミラーとして光
学特性可変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１５】本発明にかかる可変ミラーとして用いる可変
形状鏡４０９の他の実施例を示す概略構成図である。

【図１６】図１５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１７】図１５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１８】本発明にかかる可変ミラーとして用いる可変
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１９】本発明にかかる可変ミラーとして用いる可変
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】本発明にかかる可変ミラーとして用いる可変
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】図２０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２２】本発明にかかる可変ミラーとして用いる可変
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２３】図２２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２４】図２２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２５】図２０に示した実施例において、コイル４２
７の配置を図２４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２６】本発明のさらに他の実施例に係る、光学装置
に適用可能な可変ミラーとして可変形状鏡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、ＰＤ
Ａ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２７】本発明の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、
ミラー面を変形させる可変ミラーとして用いる可変形状
鏡１８８の概略構成図である。

【図２８】本発明の光学系に用いる可変ミラーに適用可
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２９】本発明にかかる光学系に用いる可変焦点レン
ズの原理的構成を示す図である。

【図３０】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３１】図２７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３２】図２９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３３】図３２に示す可変焦点レンズ５１１を用いた
デジタルカメラ用の撮像光学系の構成を示す図である。

【図３４】本発明にかかる光学系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３５】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３６】図３５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３７】本発明にかかる光学系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３８】図３７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３９】本発明にかかる光学系に用いる可変焦点レン
ズを応用した可変焦点ミラーを示す図である。

【図４０】本発明の光学系に用いる可変焦点レンズのさ
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４１】図４０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４２】図４１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４３】本発明の光学系に用いる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１
６１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４４】本発明にかかる光学系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４５】図４４の変形例に係る可変焦点レンズの状態
説明図である。

【図４６】本発明にかかる光学系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４７】本発明にかかる光学系に用いる可変焦点レン
ズのさらに他の実施例を示す概略構成図である。

【図４８】図４７の実施例に係る可変焦点レンズの状態
説明図である。

【図４９】本発明にかかる光学系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メカニ
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５０】図４９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５１】本発明にかかる光学系に可変ミラーとして用
いる可変形状鏡のさらに他の実施例を示す概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１ 光学素子 １ａ レンズ群 １₁ 第１レンズ ２ 可変形状鏡 ２ａ 薄膜状の反射面兼導電部 ２ｂ 可撓性薄膜 ２ｃ 電極 ２ｄ 外部リード電極 ２ｅ 枠材 ２ｆ 下部基板 ３ 撮像素子 １０ ＬＵＴ（ルックアップテーブル） １１ 電圧制御装置 １２，１２’ 近似曲線記憶装置 １３ 演算装置 ４５，１８８ 可変形状鏡 １４０，１６７，２０１，２０７，２１４，５１１，５
５１ 可変焦点レンズ １６１ 流体 １６３，１６５，２０４，５３２，５３３，５６２，５
６３，５６６，５６７透明基板 ５９，１４５，５１３ａ，５１３ｂ 透明電極 １０２，５１２ａ，５１２ｂ，５２２，５５２，５５３
レンズ １０３ 制御系 １０３’ 回路 １０４，１４１ 撮像ユニット 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 １６４ 弾性体 １６８ 液溜 １８１ 振動板 １８２，１８３，４０９ｂ，４０９ｄ，４５２
電極 １８４，１８５ 弁 １８９，４５０ 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 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 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 ４４９ 釦 ４５１ 変形可能な基板 ４５３ 電歪材料 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 絞り ５３１ 可変焦点回折光学素子 ５３９ａ，５３９ｂ 配向膜 ５５０ 可変焦点眼鏡 ５５４ ツイストネマティック液晶層 ５５５ 液晶分子 ５６１ 可変偏角プリズム ５６５ 可変焦点ミラー ５６８ 反射膜 ９０１ 接眼レンズ ９０２ 対物レンズ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H042 DD11 DD12 DD13 DE00 2H044 DA01 DA02 DA04 DB04 DC01 2H087 KA00 KA03 KA06 KA09 KA10 KA13 KA14 KA15 KA20 KA23 MA00 NA07 NA08 NA09 NA10 RA27 RA28 RA41 RA46 TA01 TA03 TA06 UA01 UA09 5C022 AB21 AB66 AC42 AC54

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可変形状鏡を具備し、前記可変形状鏡に
   より光軸を折り曲げ、被写体像を撮像面に結像させる光
   学系において、 ズーム状態と被写体までの距離とを入力情報とし、前記
   ズーム状態及び前記被写体までの距離に対応する、前記
   可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を出力
   情報として格納した２次元ルックアップテーブル（ＬＵ
   Ｔ）を有し、 撮像時に、前記２次元ＬＵＴを順次走査し、得られた出
   力情報に基づいて、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は
   供給する電流の値を変化させて、結像画像の鮮鋭度を判
   定し、結像画像の鮮鋭度が最良となるときの前記２次元
   ＬＵＴの出力情報を、前記可変形状鏡へ印加する電圧又
   は供給する電流の値として決定するようにしたことを特
   徴とする光学系。
2. 【請求項２】 撮像時に、前記ズーム状態と前記被写体
   までの距離のうちいずれか一方が検出可能な場合、検出
   された前記ズーム状態又は前記被写体までの距離を固定
   して前記２次元ＬＵＴを順次走査し、得られた出力情報
   に基づいて、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給す
   る電流の値を変化させて、結像画像の鮮鋭度を判定し、
   結像画像の鮮鋭度が最良となるときの前記２次元ＬＵＴ
   の出力情報を、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給
   する電流の値として決定するようにしたことを特徴とす
   る請求項１に記載の光学系。
3. 【請求項３】 可変形状鏡を具備し、前記可変形状鏡に
   より光軸を折り曲げ、被写体像を撮像面に結像させる光
   学系において、 ズーム状態と被写体までの距離とを入力情報とし、前記
   ズーム状態及び前記被写体までの距離に対応する、前記
   可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を出力
   情報として格納した２次元ルックアップテーブル（ＬＵ
   Ｔ）を有し、 撮像時に、前記ズーム状態と前記被写体までの距離のい
   ずれもが検出可能な場合、前記ズーム状態と前記被写体
   までの距離を固定して前記２次元ＬＵＴを入力し、得ら
   れた出力情報を前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給
   する電流の値として決定するようにしたことを特徴とす
   る光学系。