JP2005084659A

JP2005084659A - 屈曲光学系用レンズ筐体の組立て治具

Info

Publication number: JP2005084659A
Application number: JP2003320294A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakane; 毅中根; Kimihiko Nishioka; 公彦西岡
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2005-03-31

Abstract

【課題】光学系の高い光学性能を保証し得る、屈曲光学系用レンズ筐体の組立て治具を提供する。
【解決手段】光軸に直交する方向に挿脱可能で且つ光軸に平行なガイドロッドＧＲの保持部を有するレンズ群組立て治具３，５と、屈曲光学系組立て治具１，６と、撮像素子用組立て治具７とを有し、前記をレンズ群組立て治具３，５を前記ガイドロッドＧＲに係合させることにより、各レンズ保持枠部Ｆ２，Ｆ３にレンズを組込むようになっている。
【選択図】図７

Description

本発明は、銀塩カメラ，ビデオカメラ，電子スチルカメラ等に用いられる屈曲光学系用レンズ筐体の組立て治具に関する。

従来、光学部材の全てが入射光軸に沿って一線上に配置されている真直光学系用筐体の組立て方法や、入射光軸をミラー等で折り曲げた屈曲光学系用筐体の組立て方法は、知られている（例えば、特許文献１乃至３参照）。
特開２００１−１０７５２８号公報特開２００１−１８３５６４号公報特開２００３−１０７３１０号公報

ところで、これら公知の組立て方法では、何れも、組立て治具を筐体に対し光軸方向に出し入れして、光学部材を順次組込んで行く方式である。このため、組立て工数がかかるばかりか、治具と治具とを連結する場合に精度が落ち、筐体をある程度大きくしなければならないという問題があった。
また、特に、屈曲光学系は、真直光学系に比して、光軸に対しての光学部材のシフト（以下、単にδという）及びティルト（以下、単にεという）の、光学性能に寄与する度合いが大きい。そのため、光軸に対して精度の高いδ，εを有する光学部材の配置を必要とするが、それらをレンズ枠等の部品の精度で保証することは難しい。
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、組立て治具とガイドロッドとスリーブとレンズの精度さえ保証されていれば、上記δ及びεの精度の高い配置を保証し得る、屈曲光学系用レンズ筐体の組立て治具を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明による屈曲光学系用レンズ筐体の組立て治具は、光軸に平行なガイドロッドの保持部を有する第１と第２のレンズ用保持治具と、屈曲光学系用保持治具と、撮像素子用保持治具とを有し、前記各保持部を前記ガイドロッドに係合させることにより、レンズ枠にレンズを組込むことができるようになっている。
これにより、各治具，ガイドロッド，スリーブ及びレンズの出来栄えのみによって高精度の光学性能が保証され、レンズ保持枠やミラー保持枠の精度を必要としないため、筐体の成形型の製作費や成形コストを低減させることができる。また、屈曲光学系用保持治具の活用によって、形状可変ミラーのAF（オートフォーカス）のための変形量の負担を低減させることができる。

本発明によれば、少なくとも１つのレンズ系のピント調整と、撮像素子の位置調整とが同時に行えるようになっている。
これにより、広角及び望遠時のピンと位置を合致させるためのズーミングピント移動調整、ピント位置を固体撮像素子の撮像面に合致させるためのFC調整及びシェーデング調整を、レンズ組立てと同時に行なうことができ、形状可変ミラーの負担を低減させることができる。ここで、シェーデング調整とは、製作、組立て誤差によって発生する中心と周辺の光量差を、撮像素子を光軸に対してティルトさせることによって撮像面全体で均一にすることである。

また、本発明によれば、前記レンズ保持治具は、光軸に対して直角方向に挿入可能で、且つ、光軸方向へ移動可能である。
これにより、レンズ群やレンズ枚数が多くなっても、筐体を比較的小さく構成することが可能となる。
また、本発明によれば、屈曲光学系は、光学特性可変光学素子またはミラーを含んでいる。
また、本発明によれば、上記光学特性可変光学素子は、可変ミラーまたは可変焦点レンズである。

本発明によれば、組立て治具とガイドロッド，スリーブ，レンズの製作精度さえ保証されていれば、レンズ等の入射光軸に対する偏心及び傾きの精度の高い配置を保証し得る、屈曲光学系用レンズ筐体の組立て治具を提供することができる。また、本発明によれば、優れた光学性能を有する高品質の筐体製品を、比較的廉価に且つ容易に量産することが出来る。

以下、本発明の実施の形態を説明するが、それに先立ち、本発明が関係する屈曲光学系の特徴について説明する。形状可変ミラーに対して軸上光線が斜入射する光学系では、形状可変ミラーの光偏向特性の変化によって生じる収査の変動を小さく抑える必要がある。このために、光学系を構成するレンズ等の光学素子あるいは撮像素子を、図１に矢印で示すように、軸上光線の進行方向に対して、直角にシフトさせたり、ティルトさせたりするが、製作誤差に敏感な光学系になることがある。つまり、製作誤差があると、結像性能が低下し易い光学系になることがあるか、或いは、上記収査の変動を小さく抑えるために、形状可変ミラーより像側の光学系の結像倍率の絶対値を上げる必要が生じる。

可変焦点レンズを用いた光学系においても、可変焦点レンズより像側の光学系の結像倍率を上げる方が収査変動が少ない場合があり、製作誤差に敏感な光学系になることがある。

図１は、形状可変ミラーＤＭを用いた３倍ズームの例であるが、Ｇ１〜Ｇ５の各レンズ群は、収差を補正するために、光軸に対してそれぞれ矢印の方向に偏心あるいは傾斜せしめられている。軸上光線とは、物体中心を出て絞り中心を通り、像中心に到達する光線のことを指す。通常、軸上主光線のことを光軸と呼ぶ。

ズーム時には、第２レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４とが独立して動き、ピント合わせを形状可変ミラーＤＭで行う。第４レンズ群Ｇ４は３つのレンズＬ６，Ｌ７，Ｌ８からなり、同一の保持枠で一体化されている。図２は第４レンズ群Ｇ４の詳細を示した図で、保持枠６００の中にレンズＬ６，Ｌ７，Ｌ８が入っており、光学設計上収差を良くするために、レンズＬ６とレンズＬ７及びＬ８の中心軸（二点鎖線図示）は、保持枠中心（光軸：一点鎖線）に対して、それぞれ距離Ｓ１，Ｓ２だけ偏心させてある。このため、保持枠６００は回転非対称になっている。
なお、偏心量Ｓ１，Ｓ２はシフト偏心の値を示しているが、ティルト偏心していても以下の調整方法、検査方法は適用できる。

保持枠６００の中に、レンズＬ７及びＬ８とレンズＬ６を順次挿入して接着していけば、レンズ群Ｇ４の組立てはできるのであるが、レンズ外径と保持枠内径の製作誤差のために、偏心量Ｓ１，Ｓ２が設計値通りにならない場合がある。そこで、生産時に、簡易的にレンズＬ６とレンズＬ７及びＬ８を許容値内におさえる調整方法と調整器について、以下に述べる。

図３は、レンズ群Ｇ４のレンズＬ６とレンズＬ７及びＬ８を調整するための偏心調整器の概略図である。図中、光源６０１から出た光は、ピンホール６０２を通り、輝点を形成する。この光は、偏心調整器のレンズ６０３を通り、第４レンズ群Ｇ４に入る。そして、第４レンズ群Ｇ４に対応して作られた治具レンズ６０４を通り、更にレンズ６０５を通り、テレビカメラ６０６に点像を結像する。テレビカメラ６０６からのビデオ信号は、点像の形および位置を検出する画像処理機能を備えたコンピュータ６０７を介して、テレビモニター６０８で観測することができる。治具レンズ６０４は、１つまたは複数のレンズ６０４a，６０４b，６０４cからなっており、それらの中心軸（一点鎖線）は少なくとも一つが偏心している。

上記偏心調整器において、第４レンズ群Ｇ４が設計通り作られているときは、輝点の形が最も小さく、ボケることなく、しかもテレビモニター６０８上の所定位置に輝点が来るように、レンズ６０４a，６０４b，６０４cは設計され、配置されている。従って、テレビモニター６０８上の点像の形状を観測しながら、調整棒６００aまたは６００bで、レンズＬ６またはレンズＬ７及びＬ８を突いて、テレビモニター６０８上の点像が最も小さくなるように、或いは、所定の位置に来るように調整してから、接着剤でレンズＬ６，レンズＬ７及びＬ８を保持枠６００に固定すれば、設計値の偏心量Ｓ１，Ｓ２に近い値をもつ第４レンズ群Ｇ４が作られる。

調整用治具レンズ６０４のレンズ系は、第４レンズ群Ｇ４の設計が変わる毎に、それに対応して設計するのが最良の方法であるが、一つの調整用治具レンズ６０４を、その位置あるいは調整用治具レンズ６０４全体の偏心状態を変えることで、異なる設計の第４レンズ群Ｇ４のために用いるようにしてもよい。調整用治具レンズ６０４の設計は、光学シミュレーションソフト等で調整用治具レンズ６０４に合わせて行うことができる。あるいは、調整用治具レンズ６０４のレンズ系を回転対称なレンズ系とし、つまり共軸系とし、調整用治具レンズ６０４のレンズ系全体をシフト偏心、ティルト偏心させて用いても良い。

なお、この偏心調整器の調整方法は、形状可変ミラーを用いた光学装置に限らず、設計上レンズ系が偏心している光学系を含む光学装置の調整に広く用いることができる。調整用治具レンズ６０４の構成レンズ６０４a，６０４b，６０４cとして球面レンズを用いれば、調整用治具レンズ６０４の製作が早くできてよい。

また、上記説明では、ピンホールで作られた輝点を調整用のテスト物体としたが、これに限らずテストチャート等を用いてもよい。また、上記説明では、テレビモニター上の点像を目視で観測して調整する例を示したが、パソコン６０７で点像を画像処理して良し悪しを判断し、調整するようにしてもよい。或いは、テレビカメラ６０６，パソコン６０７及びテレビモニター６０８を用いずに、点像の形または位置をルーペまたは顕微鏡で拡大して観察し、第４レンズ群Ｇ４の評価を行なってもよい。また、調整に限らず、第４レンズ群Ｇ４の検査をするのに偏心調整器を用いてもよい。

図４は、別の偏心調整器（または検査器）の例で、フィゾー型の干渉計６０９を用いて、調整用治具レンズ６０４及び被検レンズである第４レンズ群Ｇ４等を通過した光の波面の形を観測し、第４レンズ群Ｇ４等を調整あるいは検査する装置である。干渉計６０９を出た光は、調整用治具レンズ６０４及び被検レンズである第４レンズ群Ｇ４等を通過し、ミラー６１０で反射され、逆の光路を辿って干渉計６０９に入る。波面の形をパソコン６０７で解析し、被検レンズを評価することができる。この偏心調整器は、図３に示した偏心調整器に比べて、高精度な調整ができる点で、優れている。

なお、偏心量Ｓ１，Ｓ２は、以下の条件を満たすと良い。
０．０００１≦｜Ｓ１／ｆ｜≦１０００
０．０００１≦｜Ｓ２／ｆ｜≦１０００
ここで、ｆは第４レンズ群Ｇ４の焦点距離である。
上限を上回るとレンズ系の設計性能が低下し、下限を下回ると偏心の効果がなくなる。
第４レンズ群Ｇ４のレンズのティルト偏心をＴとすれば、同様の理由で、
０．００１°≦｜Ｔ｜≦ ２０°
を満たすと良い。

この場合、例えば、被検レンズである第４レンズ群Ｇ４等が設計値通りにできあがった場合、干渉計６０９で観測される波面が略ヌルフリンジになるように、調整用治具レンズ６０４は設計・製作されている。そうすると、テレビモニター６０８上の干渉縞を目視でみながら、ヌルフリンジに近付くよう調整棒（６００a），６００bを動かして調整すればよいので、調整が容易である。

なお、図４で調整用治具レンズ６０４を無しにして、被検レンズである第４レンズ群Ｇ４等を通過した光の波面の干渉縞を観測し、それが設計上定まる波面形状にどれだけ近いかを、パソコン６０７で波面を解析し、調整棒６００a，６００bで調整し、または検査を行なっても良い。

図４では、フィゾー型干渉計を用いた例を示したが、それに替えて、マッハツェンダー型，トワイマングリーン型等の干渉計を用いてもよく、それらの場合、干渉計のアームの一方に第４レンズ群Ｇ４等の設計値に極く近い基準レンズを置き、もう一方のアームに被検レンズである第４レンズ群Ｇ４等を置けばよい。

図５は、トワイマングリーン型の干渉計を用いた場合の例を示している。図中、６１１はレーザ光源、６１２はハーフミラー、６１３は設計通りに作られた基準レンズ、６１４はミラー、６１５はCCDテレビカメラである。この場合も、図４に関連して説明したのと同様にして、被検レンズである第４レンズ群Ｇ４等の調整または検査が行なわれる。

以上の説明では、形状可変ミラーDMを有する光学装置の中の一部の偏心した光学系の調整について述べたが、これに限らず、可変焦点レンズを有する光学装置あるいは光学特性可変素子を有しない光学装置においても、偏心光学系を含む場合には、その光学系の調整，検査，測定に上記の各種方法は用いることができる。

以下、本発明の実施例を説明する。
図６は図１のレンズ構成に対応した本発明にかかる屈曲光学系用レンズ筐体の一部を破断して示す概略平面図、図７は本発明による組立て治具が非組付け位置にある場合の全体配置を示す平面図、図８は図７に示す組立て治具が各光学部材を組付けた状態にある場合の平面図である。

図７及び８において、Aは後述する各治具ブロックを保持する一対の基板を結合してなる組立て台、１は組立て台Aに取付けられた治具ブロック１a上に矢印方向（光軸方向）へ摺動可能に取付けられていてレンズ枠１bを有する１群治具、２は組立て台Aに取付けられていて位置決め治具２aを有する治具ブロック２b上に矢印方向（光軸方向及び光軸と直交する方向）へ摺動可能に取付けられレンズ枠２cを有する２群治具、３は組立て台A上に矢印方向（光軸方向）へ摺動・固定可能に取付けられていてレンズ枠３aを有する３群治具、４は組立て台Aに取付けられていて位置決め治具４aを有する治具ブロック４b上に矢印方向（光軸方向及び光軸と直交する方向）へ摺動可能に取付けられレンズ枠４cを有する４群治具、５は３群冶具３上に矢印方向（光軸方向）へ摺動・固定可能に取付けられていてレンズ枠５aを有する５群治具、６は組立て台A上に取付けられていてミラー枠６aを有するたミラー治具、７は組立て台Aに取付けられた治具ブロック７a上に矢印方向（光軸方向）へ摺動可能に取付けられていてID枠７bを有するID治具である。上記各冶具は高精度で製作されており、そのレンズ枠は形状とレンズ胴付け面の寸法が高精度で製作されており、また、各摺動部は極めて円滑に摺動が行われ得るように製作されている。

次に、上記組立て冶具を用いて、筐体Ｆへの各光学部材の組付けについて説明する。図７の状態において、先ず、その長手方向中心線と平行に延びた一対のガイドロッドGDを組み込んで予め準備された屈曲筐体Ｆを、ミラー枠装着用凹部Ｆ１が、形状可変ミラーＤＭを仮保持したミラー冶具６のミラー枠６aと整合するような姿勢で、上方より３群及び５群冶具３及び５の上方に位置させ、次に、第３群レンズ群Ｇ３を仮嵌めした３群冶具３のレンズ枠３aが、筐体Ｆの３群保持枠部Ｆ２に隣接する所定位置（図９参照）に、また、第５レンズ群Ｇ５を仮嵌めした５群冶具５のレンズ枠５aが、筐体Ｆの５群保持枠部Ｆ３に隣接する所定位置（図１２参照）に、それぞれ来るように、３群冶具３及び５群冶具５の位置を調整して固定する。これにより、筐体Ｆは、組立て台Ａの上方所定位置に正しく定置される。

このとき、３群冶具３のレンズ枠３aに形成された一対の段部３a'はガイドロッドＧＲに当接し（図１０参照）、この段部３a'と協働してガイドロッドＧＲを挟持する斜面３b'を有する固定板３bを、固定ビス３cにより、３群冶具３に固定することにより、ガイドロッドＧＲは光軸と平行になるように保持され、レンズ枠３aに保持された第３レンズ群Ｇ３は、３群保持枠部Ｆ２に隣接した光軸上の位置に正しく位置せしめられる（図１０及び１１参照）。この場合、図９に示された如く、第３群レンズＧ３の一部Ｇ３−２の胴付け面と３群保持枠部Ｆ２の内周面との間には、僅かな隙間が形成されるように設計されている。

また、５群冶具５のレンズ枠５aに形成された一対の段部５a'はガイドロッドＧＲに当接し（図１３参照）、この段部５a'と協働してガイドロッドＧＲを挟持する斜面５b'を有する固定板５bを、固定ビス５cにより、５群冶具５に固定することにより、ガイドロッドＧＲは光軸と平行になるように保持され、レンズ枠５aに保持された第５レンズ群Ｇ５は、光軸上に正しく位置せしめられる（図１４参照）。

この場合、レンズ枠５aのレンズ保持胴部は、図１３に示すように、円周に沿って３等分割されているため、これと相補的に円周に沿って３等分割されている５群保持枠部Ｆ３のレンズ保持胴部に進入して組み合わされる（図１３参照）ため、レンズ枠５aに保持された第４レンズ群Ｇ４は、光軸上に正しく位置せしめられる。なお、この状態で、図１２に示した如く、第５群レンズＧ５の一部Ｇ５−１の表面とこれに対応する５群保持枠部Ｆ３の受け面との間、及び第５群レンズＧ５のたの一部Ｇ５−２の表面とこれに対応する５群保持枠部Ｆ３の受け面との間には、それぞれ僅かな隙間が存在するように設計されている。

この状態で、レンズ枠１aに第１レンズ群Ｇ１を仮嵌めして、１群冶具１を図７において矢印方向へ摺動させ、第１群レンズＧ１を筐体Ｆの１群保持枠部Ｆ４へ挿入する（図１５参照）。

次に、図７に示す位置で、２群冶具２のレンズ枠２cに第２群レンズＧ２を仮嵌めした後、２群冶具２を矢印ｙ方向へ所定量摺動させ、次にこれを２群位置決め冶具２aに当接するまで矢印ｘ方向へ摺動させる。このとき、２群冶具２のレンズ枠２cに形成された一対の段部２c'はガイドロッドＧＲに当接し（図１６及び１７参照）、この段部２c'と協働してガイドロッドＧＲを挟持する斜面２d'を有する固定板２dを、固定ビス２eにより２群冶具２に固定することにより、２群冶具２は、ガイドロッドＧＲを衝にして正しい位置に保持される。その結果、レンズ枠２cに保持された第２レンズ群Ｇ２は、光軸上に正しく位置せしめられ、予め筐体Ｆ内に組み込まれている図示しないカム環により光軸に沿って移動せしめられるズーミング用カムフォロア８の２群保持枠８aに隣接せしめられる（図１８参照）。

この場合、図１８に示した如く、第２群レンズＧ２の一部Ｇ２−２の胴付け面と２群保持枠８aの内周面との間、及び第２群レンズＧ２の一部Ｇ２−２の表面とこれに対応する第２群保持枠８aの受け面との間には、僅かな隙間が存在するように設計されている。

次に、図７に示す位置で、４群冶具４のレンズ枠４cに第４群レンズＧ４を仮嵌めした後、４群冶具４を矢印ｘ方向へ所定量摺動させ、次にこれを位置決め冶具４aに当接するまで矢印ｙ方向へ摺動させる。このとき、４群冶具４のレンズ枠４cに形成された一対の斜面４c'はガイドロッドＧＲに当接し（図１９及び２０参照）、この斜面４c'と協働してガイドロッドＧＲを挟持する段部４d'を有する一対の固定片４dを、固定ビス４eによりレンズ枠４cに固定することにより、４群冶具４は、ガイドロッドＧＲを衝にして正しい組込み位置に持ち来たされる。
この場合、レンズ枠４cのレンズ保持胴部は、円周に沿って３等分割されているため、これと相補的に円周に沿って３等分割されている第４群レンズ保持枠９のレンズ保持胴部に進入して組み合わされる（図１９参照）ため、レンズ枠４cに保持された第４レンズ群Ｇ４は、光軸上に正しく位置せしめられる。なお、この状態で、図２１に示した如く、第４群レンズＧ４の胴付け面と第４群レンズ保持枠９のレンズ保持胴部の内周面との間、及び第４群レンズＧ４の表面とこれに対応する第４群レンズ保持枠９の受け面との間には、僅かな隙間が存在するように設計されている。

最後に、図７に示す位置で、ＩＤ冶具７のＩＤ枠７bの胴付部７b'に固体撮像素子ＩＤを保持するＩＤ保持枠１０を仮嵌めした後、ＩＤ冶具４７を矢印方向へ所定量摺動させ、筐体Ｆの所定位置に位置せしめる（図２２〜２４参照）ことにより、各光学部材の筐体内への組込みを完了する（図８参照）。この場合、ＩＤ保持枠１０の胴付部７b'による保持は、図２３に示す如く、対向する二つのコーナ部でのみ行うように設計されている。

この組込み状態で、前述の如き各光学部材の偏心及び傾き調整、ズーミングによる広角及び望遠撮影時でのピント位置のズレをなくすためのズーミングピント調整等を行うことを可能にするため、各冶具は、図２５に例示すようにレンズを偏心させた状態で組付けたり、図２６に例示するようにレンズ等を傾けて組付けたりすることが出来るように、必要に応じ６軸（ｘ,ｙ及びｚ方向の移動と回転）調整可能に構成されている。

本実施例においては、第１レンズ群Ｇ１と固体撮像素子ＩＤが光軸に対して所定量傾き、また、第５レンズ群Ｇ５が光軸に対して所定量偏心するように設計されているが、上記の組込み状態で、既述の測定方法等を用いてモニタしながら、最良の光学性能が得られるようにすると共に、固体撮像素子の出力を検出できる図示しないＭＴＦ検査機や、撮像面でのピント位置を検出できる図示しないコリメータ等を用いて、ズーミングピント調整やＦＣ調整，シェーディング補正を行いながら、冶具を動かして各光学要素の位置を微調整し、最良の光学性能が得られるようにして、その位置で、各光学要素とその保持枠との間に設けた上記隙間に接着剤を注入して、光学要素をその保持枠に固着することにより、筐体への各光学要素の組み込みを完了する。また、このときの各冶具の最終調整位置は、適宜の方法で記憶される。

このようにして、筐体Ｆ内の所定位置に各光学要素を固定した後、上記の組込み手順と全く逆の順序と方法により、各冶具を図７の位置に戻した後、筐体Ｆを持上げれば、製品として取り出すことが出来る。この場合、各冶具のレンズ枠等には、レンズ等が仮嵌めされているだけであるから、この仮嵌め状態は容易に外され得る。

以上説明したような冶具の組込み及び取出し動作を繰返すことにより、筐体自身は高精度で製作されていなくても、治具とガイドロッド，スリーブ，光学要素さえ高精度で製作してあれば、優れた光学性能を有する高品質のレンズ筐体製品を、比較的廉価に且つ容易に量産することが出来る。

上記のような方法は、特に小型の光学系、例えば、PDA，携帯電話等の撮像系で有利である。また、これまで形状可変ミラーを用いた例について述べてきたが、可変焦点レンズ、通常のミラーを用いた光学系にも本発明は適用できる。

次に、本発明にかかるる光学系に適用可能な形状可変ミラー、可変焦点レンズ等、光学特性可変光学素子の構成例について説明する。
図２７は上記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として形状可変ミラーの一構成例を示す概略図である。
この構成例では、形状可変ミラー４０９は、変形する基板４０９ｊの上に形成されたアルミコーティング等で作られた薄膜（反射面）４０９aと、基板４０９ｊの下側に設けられた電極４０９ｋとの３層構造の周辺部が輪帯状の支持台４２３に支持されるとともに、電極４０９ｋとは間隔を設けて支持台４２３に取付けられた複数の電極４０９ｂと、各電極４０９ｂにそれぞれ接続されて駆動回路として機能する複数の可変抵抗器４１１ａと、可変抵抗器４１１ｂと電源スイッチ４１３を介して電極４０９ｋと電極４０９ｂ間に接続された電源４１２と、複数の可変抵抗器４１１ａの抵抗値を制御するための演算装置４１４とで構成されており、演算装置４１４には、さらに温度センサー４１５、湿度センサー４１６及び距離センサー４１７が接続されて、これらは図示のように１つの光学装置の一部を構成している。なお、変形する基板４０９ｊは、薄膜でもよいし、板状でもよい。

形状可変ミラーの反射面は、演算装置４１４による制御により、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、いかなる形状にも制御される。以下、これらの面を総称して拡張曲面という。薄膜４０９ａで形成される反射面により光線は矢印のように反射される。

前記薄膜４０９ａは、例えば、P.Rai-choudhury編、Handbook of Michrolithography, Michromachining and Michrofabrication, Volume 2:Michromachining and Michrofabrication,P495,Fig.8.58, SPIE PRESS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と電極４０９ｋ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いる。
なお、電極４０９ｂの形は、例えば図２９、図３０に示すように、薄膜４０９ａの変形のさせ方に応じて、同心分割、矩形分割にして、選べばよい。

上記のように、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４１１ａ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及び距離センサー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、あるいは電子ズームのための画像処理装置３０３からの指令に基づき、薄膜４０９ａの形状が決定されるような電圧を電極４０９ｂに印加するように、各変抵抗器４１１ａ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４０９ａ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、その形状は状況により非球面を含む様々な拡張曲面の形状をとる。なお、距離センサー４１７はなくてもよく、その場合、例えば不図示の固体撮像素子４０８からの像の信号の高周波成分が略最大になるように物体距離を算出し、形状可変ミラーを変形させるようにすればよい。形状可変ミラー４０９はリソグラフィーを用いて作ると加工精度がよく、良い品質のものが得られやすく、良い。

また、変形する基板４０９ｊをポリイミドあるいは商品名サイトップ（旭硝子（株）製）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。
図２７の構成例では変形する基板４０９ｊをはさんで反射面としての薄膜４０９ａと変形する電極４０９ｋを別に設けて一体化しているので、製造法がいくつか選べるメリットがある。また反射面としての薄膜４０９ａを導電性の薄膜としてもよい。このようにすると、変形する電極４０９ｋを兼ねることができ、両者が１つになるので、構造が簡単になるメリットがある。
形状可変ミラーの反射面の形状は自由曲面にするのが良い。なぜなら収差補正が容易にでき、有利だからである。

また、図２７の構成例では、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形状可変ミラー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、温度センサー４１５、湿度センサー４１６、距離センサー４１７を省いても良い。

図２８は形状可変ミラー４０９の他の構成例を示す概略図である。
本構成例の形状可変ミラーは、反射面としての薄膜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２９に示すように、同心分割であってもよいし、図３０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２８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、例えばこの構成例の光学装置をデジタルカメラに用いる場合には、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及び可変抵抗器を内蔵した駆動回路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。
なお、駆動回路４１１は、電極４０９ｂの数に対応して複数配置する構成に限らず、１つの駆動回路でもって複数の電極４０９ｂを制御する構成にしてもよい。

図３１は形状可変ミラー４０９のさらに他の構成例を示す概略構成図である。
本構成例の形状可変ミラーは、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。すなわち、圧電素子４０９ｃと４０９ｃ’が強誘電性結晶で作られ、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２８に示した１層構造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。

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、ＰｂＺｒＯ₃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、上記構成例において薄膜４０９ａの形状を適切に変形させることも可能である。

また、圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’の材料としては、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形状可変ミラー面の大きな変形が実現できてよい。

なお、図２８、図３２に示す圧電素子４０９ｃに、例えば、アクリルエラストマー、シリコンゴム等の電歪材料を用いる場合には、１層構造の圧電素子４０９ｃを別の基板４０９ｃ−１と電歪材料４０９ｃ−２とを貼り合わせた２層構造にしてもよい。

図３２は形状可変ミラー４０９のさらに他の構成例を示す概略図である。
本構成例の形状可変ミラーは、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との間に演算装置４１４により制御される駆動回路４２５ａ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４２５ｂ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、本構成例では、薄膜４０９ａは電極４０９ｄとの間に印加される電圧と電極４０９ｂに印加される電圧による静電気力とにより二重に変形され得、上記実施例に示した何れのものよりもより多くの変形パターンが可能であり、かつ、応答性も速いという利点がある。

そして、薄膜４０９ａ、電極４０９ｄ間の電圧の符号を変えれば、形状可変ミラー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４０９ｄ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２６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。

図３３は形状可変ミラー４０９のさらに他の構成例を示す概略図である。
本構成例の形状可変ミラーは、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、形状可変ミラー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およびその他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は反発又は吸引または吸着され、基板４０９ｅ及び反射面として機能する薄膜４０９ａを変形させる。

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４０９ｅ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４２７には強磁性体よりなる鉄心を入れるようにしてもよい。

この場合、薄膜コイル４２７の巻密度を、図３４に示すように、場所によって変化させたコイル４２８’とすることにより、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。

図３５は形状可変ミラー４０９のさらに他の構成例を示す概略図である。
本構成例の形状可変ミラーでは、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４０９ａ側にコイルを設けなくても、磁力によって薄膜４０９ａを変形させることができるから、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、各コイル４２７の電流の流れる方向を切換え可能にする切換え兼用の電源開閉用スイッチで置換すれば、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３６は本構成例におけるコイル４２７の一配置例を示し、図３７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３３に示した構成例にも適用することができる。なお、図３８はコイル４２７の配置を図３７に示したように放射状とした場合に適する永久磁石４２６の一配置例を示している。図３８に示すように、棒状の永久磁石４２６を放射状に配置すれば、図３３に示した構成例に比べて、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３３及び図３５の構成例）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。

以上いくつかの形状可変ミラーの構成例を述べたが、薄膜４０９ａで変形されるミラーの形を変形させるのに、図３２の構成例に示すように、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反射面を形成する薄膜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。

図３９は本発明かかる光学系に適用可能な形状可変ミラー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、形状可変ミラー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形状可変ミラー４０９で集光され、固体撮像素子４０８の上に結像する。形状可変ミラー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。

本実施例によれば、物体距離が変わっても形状可変ミラー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、形状可変ミラー４０９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３９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。昇圧回路は電気を用いる形状可変ミラー、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形状可変ミラー、可変焦点レンズに有用である。なお、形状可変ミラー４０９でピント合わせを行うためには、たとえば固体撮像素子４０８に物体像を結像させ形状可変ミラー４０９の焦点距離を変化させつつ物体像の高周波成分が最大になる状態を見つければよい。高周波成分を検出するには、たとえば固体撮像素子４０８にマイクロコンピュータ等を含む処理装置を接続し、その中で高周波成分を検出すればよい。
なお、レンズ９０２を後述の可変焦点レンズで置き換えても良い。
同様に上記の効果が得られる。この場合、形状可変ミラー４０９は通常のミラーでも良い。またレンズ９０２と可変焦点レンズを併用しても良い。

図４０は形状可変ミラーのさらに他の構成例を示し、マイクロポンプ１８０で流体１６１を出し入れし、支持台１８９ａの上部に張った膜で形成されるミラー面を変形させる形状可変ミラー１８８の概略図である。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。図中、１６８は支持台１８９ａ内の流体１６１の量を、マイクロポンプ１８０とともに制御する制御装置であり、この制御装置１６８とマイクロポンプ１８０は、膜１８９の変形を制御するので、実施の形態の駆動回路３０４に相当する構成となる。
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。

図４１は図４０に示したマイクロポンプ１８０の構成例を示す概略図である。本構成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４１では静電気力により振動する例を示しており、図４１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１６１を右から左へ送るようになっている。

図４０で示した形状可変ミラー１８８では、反射面を構成する膜１８９が流体１６１の量に応じて凹凸に変形することで、形状可変ミラーとして機能する。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。

なお、静電気力、圧電効果を用いた形状可変ミラー、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３９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、反射面を形成する薄膜４０９ａ又は膜１８９は、支持台４２３あるいは支持台１８９ａなどの輪帯状部分の上部などの変形しない部分に設けておくと、形状可変ミラーの反射面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。

図４２は各実施の形態で述べた本発明の光学装置に適用可能な光学系を構成するレンズ、あるいはレンズ群の一部を、可変焦点レンズに置き換えて構成することにより、前記レンズあるいはレンズ群を光軸方向にズーミングしなくて済む構成とす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とで構成される第３のレンズ５１２ｃとを有し、入射光を第１，第３，第２のレンズ５１２ａ，５１２ｃ，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に交流電圧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。

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５１１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５１８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。

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４３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。

ここで、図４２に示すように、スイッチ５１５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４４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に交流電圧を印加すると、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。

なお、高分子分散液晶層５１４に印加する電圧は、例えば、図４５に示すように、可変抵抗器５１９を用いること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。

ここで、図４２に示す状態、すなわち高分子分散液晶層５１４に電圧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４３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。

したがって、図４５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、高分子分散液晶層で構成される第３のレンズ５１２ｃの焦点距離ｆ₁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５１２ｃの焦点距離が、(6)式で与えられる。

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４４に示す状態、すなわち高分子分散液晶層５１４に電圧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５１２ｃ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４４に示す状態における電圧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。

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_A−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５１４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。

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 Cells」31巻,Wilson and Eck,1993, Eleevier Science Publishers B.v.発行の第197 〜214 頁、「Transmission variation using scattering/transparent switching films 」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。

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・１５μｍ）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。

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。

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５１４の透過率は悪くなる。図４２に示した状態と図４４に示した状態とで、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。

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４２の状態でも、図４４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。

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。

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。

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、ｆｆ＝１では、高分子の体積がゼロとなり、高分子セル５１８を形成できなくなるので、
０．１≦ｆｆ≦０．９９９ …(18)
とする。一方、ｆｆは、小さいほど透過率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４２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。

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。

図４６は、図４５に示す可変焦点レンズ５１１を、本発明の実施の形態にかかる光学装置の中で、明るさ絞り５２１と撮像素子との間に用いた撮像光学系、例えば一例として、デジタルカメラ用の撮像光学系に用いた例を示す図である。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４６では、液晶分子の図示を省略してある。

このように構成された撮像光学系によれば、可変抵抗器５１９により可変焦点レンズ５１１の高分子分散液晶層５１４に印加する交流電圧を調整して、可変焦点レンズ５１１の焦点距離を変えることより、可変焦点レンズ５１１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。

図４７は図４５に示した可変焦点レンズと同様に、本発明の実施の形態にかかる光学装置の中で、撮像光学系の焦点距離を可変にするように用いられる可変焦点回折光学素子の一構成例を示す図である。
本構成例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５３２，５３３間には、図４２に示した構成例において説明したのと同様に、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に交流電圧を印加するようにする。

このような構成において、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。

ここで、上記(22)式および(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。

このように構成された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。

なお、この実施形態において、上記(42)〜(44)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。

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４８および図４９はこの場合の可変焦点眼鏡５５０の構成を示す図である。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，５１３ｂ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とを有して構成されており、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に交流電圧を印加するようにして構成されている。

このような構成において、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４９に示すように、ホメオトロピック配向となり、図４８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５５４の屈折率は小さくなり、焦点距離が長くなる。

ここで、図４８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、この条件式の下限値は、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４８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る。また、この条件式の上限値を満たさないと、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、そのために二重像が形成されてぼけた像しか得られなくなる。但し、それほど高精度を要求しない場合には式(28)の上限値は３λとして良い。
さらに精度を要求しない用途では上限値を５λとして良い。

図５０(a)は本発明の実施の形態にかかる光学装置に用いる光学系に配置可能な可変偏角プリズムの一構成例を示す図である。この可変偏角プリズム５６１は、第１，第２の面５６２ａ，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４２に示した構成例において説明したのと同様に、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に交流電圧を印加して、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５０(a)に示す構成例では、透明基板５６２の内面５６２ｂをフレネル状に形成したが、例えば、図５０(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、あるいは図４７に示した構成例のような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)式〜(27)式が同様にあてはまる。

このように構成された可変偏角プリズム５６１は、例えば、ＴＶカメラ、デジタルカメラ、フィルムカメラ、双眼鏡等の光学系の中に用いることにより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５１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５０および図５１に示す構成例では、液晶分子の図示を省略してある。

図５２は本発明にかかる光学系の中で、形状可変ミラー４０９の替わりに用いる可変焦点ミラー、すなわち、可変焦点レンズの一方のレンズ面に反射膜を設けて形成した可変焦点ミラーの構成例を示す図である。
本構成例の可変焦点ミラー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）５６６ｂに透明電極５１３ａを設け、第２の透明基板５６７は、内面（第３の面）５６７ａを凹面状に形成して、該凹面上に反射膜５６８を施し、さらにこの反射膜５６８上に透明電極５１３ｂを設ける。透明電極５１３ａ，５１３ｂ間には、図４２に示した構成例において説明したのと同様に、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に交流電圧を印加するようにする。なお、図５２では、液晶分子の図示を省略してある。

このような構成によれば、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４７に示した構成例のような回折格子状にして、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。

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、液晶に交流電圧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圧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。以上に説明した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５５２，５５３の一方、図５０(a)の構成例における透明基板５６３、図５０(b)の構成例における透明基板５６２，５６３の一方、透明基板５６６，５６７の一方はなくてもよい。
以上、図４２から図５２の構成例で述べたような、媒質の屈折率が変化することで光学素子の焦点距離等が変化するタイプの光学素子は、形状が変化しないため機械設計が容易である、機械的構造が簡単になる等のメリットがある。

図５３は可変焦点レンズ１４０を、本発明の実施の形態にかかる光学装置の中で、撮像素子４０８の前方に用いた撮像光学系の一構成例を示す図である。撮像光学系は撮像ユニット１４１として用いることができる。
本構成例では、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、この撮像レンズと撮像素子４０８とで撮像ユニット１４１を構成している。可変焦点レンズ１４０は、透明部材１４２と一対の電極１４５との間に密閉された圧電性のある合成樹脂等の柔らかい透明物質１４３とで、光を透過する流体あるいはゼリー状物質１４４を挟んで構成されている。

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１４５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１４３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、本構成例によれば、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。

なお、図５３中、１４５は透明電極、１４６は流体をためるシリンダーである。また、透明物質１４３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。

なお、図５３の構成例において、可変焦点レンズ１４０は、シリンンダー１４６を設けるかわりに、図５４に示すように、透明部材１４２に対して平行な位置にリング状の支援部材１４７を設け、透明部材１４２と支援部材１４７との距離を維持した状態としてシリンダー１４６を省略した構造にしてもよい。
図５４の構成例では、支援部材１４７と透明部材１４２との間には、一対の電極１４５間に密閉された透明物質１４３と、外周側が変形可能な部材１４８で覆われた流体あるいはゼリー状物質４４とが介挿されており、透明物質１４３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５５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５４、図５５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。

図５３、図５４に示す構成例では、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。

図５６は本発明にかかる光学系の中に挿入可能な可変焦点レンズのさらに他の構成例に係る、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５６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。

そして、図４１で示したようなマイクロポンプ１８０を、例えば、図５６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。

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化できてよい。

図５７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構成例であって、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。
本構成例においては、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５７に示す状態においては凸レンズとしての作用を持っている。

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５８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１６８が不要になるというメリットがある。

本構成例では、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５６に示した構成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。

図５９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構成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。
本構成例の可変焦点レンズによれば、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５９中、２０４はレンズ形状の透明基板である。
本構成例においても、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。

なお、図５７〜図５９の構成例において、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。

図６０は本発明の実施の形態にかかる光学装置の光学系に適用可能な可変焦点レンズのさらに他の構成例を示す概略構成図である。
本構成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。
このように構成された可変焦点レンズ２０７は、電圧が低いときには、図６０に示すように、凸レンズとして作用し、電圧を上げると、図６１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。
従って、本構成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。
以上述べた図５３〜図６１に示した可変焦点レンズに共通して言えるのは、レンズとして作用する媒質の形状が変化することで、可変焦点を実現していることである。屈折率が変化する可変焦点レンズに比べて、焦点距離変化の範囲が自由に選べる、大きさが自由に選べる、等のメリットがある。

図６２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構成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。
本構成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５６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。

本構成例において、中心波長がλ₁の紫外光が図６３(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６３(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の形状は薄くなり、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、本構成例の光学素子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。

図６４は本発明にかかる光学系に適用可能な形状可変ミラーのさらに他の構成例を示す概略構成図である。本構成例では、デジタルカメラの撮像光学系に用いられるものとして説明する。なお、図６４中、４１１は可変抵抗器を内蔵した駆動回路、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、４２４は振れセンサーである。
本構成例の形状可変ミラー４５は、支持台４２３で外周側が支持された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の薄膜からなる反射膜４５０を設けた４層構造として構成されている。
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６４中、４４９は光学系の変倍、あるいはズームを行なう釦であり、形状可変ミラー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。

なお、以上述べた形状可変ミラーに共通して言えることであるが、反射面の変形する部分を反射面に垂直な方向から見た時の形は、軸上光線の入射面の方向に長い形状、たとえば楕円、卵形、多角形、等にするのが良い。なぜなら、図３９に示した構成例のように、形状可変ミラーは斜入射で用いる場合が多いが、このとき発生する収差を抑えるためには、反射面の形状は回転楕円面、回転放物面、回転双曲面に近い形が良く、そのように形状可変ミラーを変形させる為には、反射面の変形する部分を反射面に垂直な方向から見た時の形を、軸上光線の入射面の方向に長い形状にしておくのが良いからである。

図６５(a)，(b)は本発明にかかる光学系に適用可能な電磁駆動型の形状可変ミラーの構造を示した図である。
図６５(b)は反射膜の反対側から見た図であり、変形部材にコイル（電極）が設けられて駆動回路から電流を流すことで永久磁石の磁場とで電磁力を生じ、ミラー形状が変化するようになっている。
コイルは薄膜コイル等を用いると製作が容易で、かつ、剛性を下げられるのでミラーが変形し易くて良い。

最後に、以上の説明で用いた用語の定義を述べておく。

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。

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、光情報処理装置等が含まれる。

撮像装置の例としては、フィルムカメラ、デジタルカメラ、ＰＤＡ用デジタルカメラ、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、携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ、電子内視鏡、カプセル内視鏡、車載カメラ、人工衛星のカメラ、惑星探査機のカメラ、宇宙探査機のカメラ、各種センサーの眼等がある。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、携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ、車載カメラ、人工衛星のカメラ、惑星探査機のカメラ、宇宙探査機のカメラ、録音措置のデジタルカメラ等はいずれも電子撮像装置の一例である。
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。

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（ｈｅａｄｍｏｕｎｔｅｄｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話等がある。

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。

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、光インターコネクション装置、光情報処理装置、PDA等がある。

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。

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。

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。

光学特性可変光学素子とは、可変焦点レンズ、可変ミラー、面形状の変わる偏向プリズム、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。

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。可変ミラーには、可変焦点ミラー、焦点距離が変化せず収差量が変化するようなミラー、可変焦点レンズに反射面を設けたミラー、形状の変わらない可変焦点ミラー、形状の変わる形状可変ミラー等を含むものとする。
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。

以上説明したように、本発明は、特許請求の範囲に記載した特徴のほかに下記の特徴を有している。

（１）偏心した光学系の調整装置であって、調整用のテスト物体、被調整レンズ、治具レンズを備え、該治具レンズは偏心した光学系であり、前記調整用のテスト物体から出た光が、前記被調整レンズと治具レンズを通り、結像した検査用のテスト物体の像で被調整レンズの評価をして調整を行なうようにした調整装置。

（２）偏心した光学系の検査装置であって、検査用のテスト物体、被調整レンズ、治具レンズを備え、該治具レンズは偏心した光学系であり、前記検査用のテスト物体から出た光が、前記被検査レンズと治具レンズを通り、結像した検査用のテスト物体の像で被検査レンズの評価を行なうようにした検査装置。

（３）偏心した光学系の調整装置であって、光源、被調整レンズ、治具レンズを備え、該治具レンズは偏心した光学系であり、前記光源から出た光が、被調整レンズと治具レンズを通り、出射した光の波面の形で前記被調整レンズの評価をして調整を行なうようにした調整装置。

（４）偏心した光学系の検査装置であって、光源、被検査レンズ、治具レンズを備え、該治具レンズは偏心した光学系であり、前記光源から出た光が、被検査レンズと治具レンズを通り、出射した光の波面の形で前記被検査レンズの評価を行なうようにした検査装置。

（５）前記治具レンズが球面レンズを含んでいる、上記（１）または（３）に記載の調整装置。

（６）前記治具レンズが球面レンズを含んでいる、上記（２）または（４）に記載の検査装置。

（７）偏心した光学系の調整装置であって、干渉計、被調整レンズを備え、前記干渉計からでた光が、前記被調整レンズを通り、出射した光の波面の形を、前記被調整レンズの設計値から予想される波面と比較して、前記被調整レンズの評価をして調整を行なうようにした調整装置。

（８）偏心した光学系の検査装置であって、干渉計、被検査レンズを備え、前記干渉計からでた光が、前記被検査レンズを通り、出射した光の波面の形を、前記被検査レンズの設計値から予想される波面と比較して、前記被検査レンズの評価を行なうようにした検査装置。

（９）前記偏心した光学系が、光学特性可変光学素子を含んでいる上記（１）、（３）（５）または（７）に記載の調整装置。

（１０）前記光学特性可変光学素子が可変ミラーであることを特徴とする上記（９）に記載の調整装置。

（１１）前記光学特性可変光学素子が可変焦点レンズであることを特徴とする上記（９）に記載の調整装置。

（１２）前記偏心した光学系が、光学特性可変光学素子を含んでいる上記（２），（４），（６）または（８）に記載の検査装置。

（１３）前記光学特性可変光学素子が可変ミラーであることを特徴とする上記（１２）に記載の検査装置。

（１４）前記光学特性可変光学素子が可変焦点レンズであることを特徴とする上記（１２）に記載の検査装置。

屈曲光学系の特徴を説明するための光学配置図である。レンズの偏心の状態を示す説明図である。レンズの偏心量を調整するための装置の一例を示す図である。レンズの偏心量を調整するための装置の他の例を示す図である。レンズの偏心量を調整するための装置の更に他の例を示す図である。本発明にかかる屈曲光学系用レンズ筐体の概略構成図である。本発明による組立て治具の作業前の状態を示す全体平面図である。図７の組立て治具の組込み作業完了時の状態を示す全体平面図である。本発明の治具による第３群レンズの組込み状態を示す部分拡大図である。図９の左側面図である。図１０に対応する組立て治具部分の全体配置図である。本発明の治具による第５群レンズの組込み状態を示す部分拡大図である。図１２の左側面図である。図１３に対応する組立て治具部分の全体配置図である。本発明の治具による第１群レンズの組込み状態を示す全体配置図である。本発明の治具による第２群レンズの組込み状態を示す部分拡大図である。図１６に対応する組立て治具部分の全体配置図である。本発明の治具による第２群レンズの組込み状態を示す説明図である。本発明の治具による第４群レンズの組込み状態を示す部分拡大図である。図１９に対応する組立て治具部分の全体配置図である。本発明の治具による第４群レンズの組込み状態を示す説明図である。本発明の治具による固体撮像素子の組込み状態を示す部分拡大図である。図２２の右側面図である。図２２に対応する組立て治具部分の全体配置図である。レンズ等に偏心量を与えて組込む本発明による治具の一例を示す全体配置図である。レンズ等に傾き量を与えて組込む本発明による治具の一例を示す全体配置図である。本発明にかかる屈曲筐体に組込まれる形状可変ミラーの一構成例を示す概略図である。本発明にかかる屈曲筐体に組込まれる形状可変ミラーの他の構成例を示す概略図である。図２７及び図２８の形状可変ミラーに用いる電極の一形態を示す説明図である。図２７及び図２８の形状可変ミラーに用いる電極の他の形態を示す説明図である。本発明にかかる屈曲筐体に組込まれる形状可変ミラーの更に他の構成例を示す概略図である。本発明にかかる屈曲筐体に組込まれる形状可変ミラーの更に他の構成例を示す概略図である。本発明にかかる屈曲筐体に組込まれる形状可変ミラーの更に他の構成例を示す概略図である。図３３の構成例における薄膜コイルの巻き密度の状態を示す説明図である。本発明にかかる屈曲筐体に組込まれる形状可変ミラーの更に他の構成例を示す概略図である。図３５に構成例におけるコイルの一配置例を示す説明図である。図３５に構成例におけるコイルの他の配置例を示す説明図である。図３３に示した構成例においてコイルの配置を図３７に示した構成例のようにした場合に好適な永久磁石の配置例を示す説明図である。本発明にかかる屈曲筐体に組込まれる形状可変ミラーの更に他の構成例を示す概略図である。本発明にかかる屈曲筐体に組込まれる形状可変ミラーの更に他の構成例を示す概略図である。マイクロポンプの一構成例を示す概略構成図である。本発明にかかる屈曲筐体に組込まれる光学系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。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４２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４２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構成例を示す図である。可変焦点レンズを用いたデジタルカメラ用の撮像光学系の一構成例を示す図である。本発明にかかる屈曲筐体に組込まれる光学系に適用可能な可変焦点回折光学素子の一構成例を示す図である。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例を示す図である。図４８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。本発明にかかる屈曲筐体に組込まれる光学系に適用可能な可変偏角プリズムの二つの構成例を示す図である。図５０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。本発明にかかる屈曲筐体に組込まれる光学系に適用可能な可変焦点レンズとして機能できる可変焦点ミラーの一構成例を示す図である。本発明にかかる屈曲筐体に組込まれる光学系に他の構成例の可変焦点レンズを用いた撮像光学系の概略構成図である。図５３の構成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５４の可変焦点レンズが変形した状態を示す説明図である。本発明にかかる屈曲筐体に組込まれる光学系に適用可能な可変焦点レンズのさらに他の構成例に係る、マイクロポンプで流体を出し入れし、レンズ面を変形させる可変焦点レンズの概略図である。本発明にかかる屈曲筐体に組込まれる光学系に適用可能な圧電材料を用いた可変焦点レンズの概略図である。図５７の変形例に係る可変焦点レンズの状態説明図である。本発明にかかる屈曲筐体に組込まれる光学系に適用可能な圧電材料からなる２枚の薄板を用いた可変焦点レンズの概略図である。本発明にかかる屈曲筐体に組込まれる光学系に適用可能な可変焦点レンズの更に他の構成例を示す概略図である。図６０の構成例に係る可変焦点レンズの状態説明図である。本発明にかかる屈曲筐体に組込まれる光学系に適用可能な光学特性可変光学素子の更に他の構成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図である。図６２の構成例にかか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。本発明にかかる屈曲筐体に組込まれる光学系に適用可能な形状可変ミラーの更に他の構成例を示す概略図である。本発明にかかる屈曲筐体に組込まれる光学系に適用可能な電磁駆動型の形状可変ミラーの構造を示した図であり、(a)は側面図、(b)は反射膜の反対側から見た図である。

符号の説明

１１群治具
１a レンズ枠
１b 治具ブロック
２２群治具
２a 位置決め治具
２b 治具ブロック
２c レンズ枠
２c' 段部
２d 固定板
２d' 斜面
２e 固定ビス
３３群治具
３a レンズ枠
３a' 段部
３b 固定板
３b' 斜面
３c 固定ビス
４４群治具
４a 位置決め治具
４b 治具ブロック
４c レンズ枠
４c' 斜面
４d 固定板
４d' 段部
５５群治具
５a レンズ枠
５a' 段部
５b 固定片
５b' 斜面
５c 固定ビス
６ミラー治具
６a ミラー枠
７ＩＤ治具
７a 治具ブロック
７b ＩＤ枠
７b' 胴付部
８ズーミング用カムフォロア
８a ２群レンズ保持枠
９従動部材
９a ４群レンズ保持枠
１０ＩＤ保持枠
４５形状可変ミラー
５９透明電極
１０２レンズ
１０３制御系
１０３’ 回路
１０４，１４１撮像ユニット
１４０可変焦点レンズ
１４２透明部材
１４３透明物質
１４４流体あるいはゼリー状物質
１４５電極
１４６シリンダー
１４７支援部材
１４８外周側が変形可能な部材
１６０マイクロポンプ
１６１流体
１６２可変焦点レンズ
１６３透明基板
１６４弾性体
１６５透明基板
１６８制御装置（液溜）
１８０マイクロポンプ
１８１振動板
１８２，１８３電極
１８４，１８５弁
１８８形状可変ミラー
１８９膜
１８９ａ支持台
２００圧電材料
２００Ａ，２００Ｂ薄板
２０１可変焦点レンズ
２０２基板
２０６電歪材料
２０７可変焦点レンズ
２０８，２０９透明弾性体
２１０アゾベンゼン
２１１透明なスペーサー
２１２，２１３紫外光源
２１４可変焦点レンズ
４０３撮像光学系
４０３ａ，４０３ｂ，４０３ｅレンズ
４０３ｃ絞り
４０３ｄ可変焦点レンズ
４０４プリズム
４０５二等辺三角プリズム
４０６ミラー
４０８撮像素子
４０９形状可変ミラー
４０９ａ薄膜
４０９ｂ，４０９ｄ，４０９ｋ電極
４０９ｃ，４０９ｃ’ 圧電素子
４０９ｃ−１，４０９ｅ，４０９ｊ基板
４０９ｃ−２電歪材料
４１１，４２５ａ，４２５ｂ駆動回路
４１１ａ，４１１ｂ可変抵抗器
４１２電源
４１３電源スイッチ
４１４演算回路（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
４２５ａ，４２５ｂ，４２８駆動回路
４２６永久磁石
４２７，４２８’ コイル
４４９釦
４５０反射膜
４５１変形可能な基板
４５２電極
４５３電歪材料
５１１，５５１可変焦点レンズ
５３２，５３３，５６２，５６３，５６６，５６７透明基板
５１３ａ，５１３ｂ透明電極
５１２ａ，５１２ｂ，５２２，５５２，５５３レンズ
５２３固体撮像素子
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
６００保持枠
６００a,６００b 調整棒
６０１光源
６０２ピンホール
６０３偏心調整器のレンズ
６０４調整用治具レンズ
６０４a〜６０４c，６０５レンズ
６０６テレビカメラ
６０７コンピュタ
６０８テレビモニター
６０９干渉計
６１０，６１４ミラー
６１１レーザ光源
６１２ハーフミラー
６１３基準レンズ
６１５ＣＣＤテレビカメラ
９００観察光学系
９０１接眼レンズ
９０２対物レンズ
ＤＭ形状可変ミラー
Ａ組立て台
Ｆ屈曲筐体
Ｆ１ミラー枠装着用凹部
Ｆ２３群保持枠部
Ｆ３５群保持枠部
Ｆ４１群保持枠部
Ｇ１第１レンズ群
Ｇ２第２レンズ群
Ｇ３第３レンズ群
Ｇ４第４レンズ群
Ｇ５第５レンズ群
ＩＤ固体撮像素子

Claims

光軸に平行なガイドロッドの保持部を有する第１と第２のレンズ保持治具と、屈曲光学系保持治具と、撮像素子用保持治具とを有し、前記各保持部を前記ガイドロッドに係合させることにより、レンズ枠にレンズを組込むようにした屈曲光学系用レンズ筐体の組立て治具。
少なくとも１つのレンズ系のピント調整と、撮像素子の位置調整とを同時に行えるようにした、請求項１に記載の屈曲光学系用レンズ筐体の組立て治具。
前記レンズ保持治具は、光軸に対して直角方向に挿入可能で、且つ、光軸方向へ移動可能である、請求項１または２に記載の屈曲光学系用レンズ筐体の組立て治具。
屈曲光学系は光学特性可変光学素子を含んでいることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の屈曲光学系用レンズ筐体の組立て治具。
前記光学特性可変光学素子は可変ミラーであることを特徴とする請求項４に記載の屈曲光学系用レンズ筐体の組立て治具。
前記光学特性可変光学素子は可変焦点レンズであることを特徴とする請求項４に記載の屈曲光学系用レンズ筐体の組立て治具。
屈曲光学系はミラーを含んでいることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の屈曲光学系用レンズ筐体の組立て治具。