JP2005266128A - 光学系及びそれを備えた光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変倍比が大きく、結像性能が良く、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ミラー、可変焦点レンズ等の光学特性可変光学素子を含む光学系及びそれを備えた光学装置を提供する。
【解決手段】複数の回転対称な光学面と、反射型の光学特性可変光学素子４０９とからなり、反射型の光学特性可変光学素子４０９が２つの前記回転対称な光学面の間の光路に配置され、反射型の光学特性可変光学素子４０９による光軸の偏向角θが次の式(1)を満足することを特徴としている。
１０° ＜ θ ＜ ６７° …(1)
但し、ｎｐｒは反射型の光学特性可変光学素子に対向する光学面を有する光学素子の屈折率である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、可変ミラー、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、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、デジタルカメラ、テレビカメラ、内視鏡、眼鏡、ビデオプロジェクター、望遠鏡、カメラのファインダー、携帯電話の撮像装置（携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ）、光情報処理装置、光インターコネクション装置等の各種光学装置に関するものである。

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、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。

これらの課題を解決するために、例えば、次の特許文献１〜４に可変ミラーを用いたレンズが、提案されている。
特開２０００−２９８２３７号公報 特開２００２−１８９１７３号公報 特開２００３−２９１５０号公報 特開２００３−３０２５７８号公報

しかし、特許文献１〜４に記載の可変ミラーを用いたレンズでは、変倍光学系として構成した場合、変倍比が小さい、可変ミラーの変形に伴う収差変動が残る、具体性に欠ける、製造しにくい等の欠点があった．

本発明は例えばこれらの問題点に鑑みてなされたものであり、変倍比が大きく、結像性能が良く、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ミラー、可変焦点レンズ等の光学特性可変光学素子を含む光学系及びそれを備えた光学装置等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明による光学系は、複数の回転対称な光学面と、１つあるいは複数の反射型の光学特性可変光学素子とからなり、前記反射型の光学特性可変光学素子が２つの前記回転対称な光学面の間の光路に配置され、前記反射型の光学特性可変光学素子による光軸の偏向角θが次の式(1)又は式(2)を満足することを特徴としている。
１０° ＜ θ ＜ ６７° …(1)
１０° ＜ θ／ｎｐｒ ＜ ６７° …(2)
但し、ｎｐｒは反射型の光学特性可変光学素子に対向する光学面を有する光学素子の屈折率である。

また、本発明による光学系は、複数の回転対称な透過型光学面と、反射型の光学特性可変光学素子を備え、前記反射型の光学特性可変光学素子が２つの前記回転対称な透過型光学面の間の光路に配置され、次の式(11")を満足することを特徴としている。
０．７＜ ｜Ｌ／ｆｗ｜ ＜ ５０ …(11")
但し、Ｌ＝Ｌ₁＋Ｌ₂＋・・・Ｌ_n・・・＋Ｌ_Bであり、前記光学特性可変光学素子を挟んで前後に位置する面であり、かつ、同一の透過面を構成しない２つの前記回転対称な透過型光学面の間の光路内において、Ｌ₁は物体側から第１番目の反射面と該第１番目の反射面から物体側に最も近い透過型光学面までの距離、Ｌ₂は第１番目の反射面から第２番目の反射面までの距離、Ｌ_nは第ｎ−１番目の反射面から第ｎ番目の反射面までの距離、Ｌ_Bは最も後方の反射面と該最も後方の反射面から像側に最も近い透過型光学面までの距離である。但し、該像側に最も近い透過型光学面が移動する場合には該光学面が前記光学特性可変光学素子に最も近付いたときの距離である。ｆｗは光学系の焦点距離であり、焦点距離の変化する光学系の場合には最も短い状態（焦点距離の絶対値の小さい状態）の焦点距離である。

また、本発明による光学系は、回転非対称な光学面を含む複数の光学面と、反射型の光学特性可変光学素子を備え、前記反射型の光学特性可変光学素子が２つの前記光学面の間の光路に配置され、前記反射型の光学特性可変光学素子による光軸の偏向角θが次の式(1)を満足することを特徴としている。
１０° ＜ θ ＜ ６７° …(1)

また、本発明による光学系は、回転非対称な光学面を含む複数の光学面と、反射型の光学特性可変光学素子を備え、前記反射型の光学特性可変光学素子が２つの前記回転対称な光学面の間の光路に配置され、次の式(11")を満足することを特徴としている。
０．７＜ ｜Ｌ／ｆｗ｜ ＜ ５０ …(11")
但し、Ｌ＝Ｌ₁＋Ｌ₂＋・・・Ｌ_n・・・＋Ｌ_Bであり、前記光学特性可変光学素子を挟んで前後に位置する面であり、かつ、同一の透過面を構成しない２つの前記透過型光学面の間の光路内において、Ｌ₁は物体側から第１番目の反射面と該第１番目の反射面から物体側に最も近い透過型光学面までの距離、Ｌ₂は第１番目の反射面から第２番目の反射面までの距離、Ｌ_nは第ｎ−１番目の反射面から第ｎ番目の反射面までの距離、Ｌ_Bは最も後方の反射面と該最も後方の反射面から像側に最も近い透過型光学面までの距離である。但し、該像側に最も近い透過型光学面が移動する場合には該光学面が前記光学特性可変光学素子に最も近付いたときの距離である。ｆｗは光学系の焦点距離であり、焦点距離の変化する光学系の場合には最も短い状態（焦点距離の絶対値の小さい状態）の焦点距離である。

また、本発明による光学装置は、上記本発明のいずれかの光学系を含むことを特徴としている。

本発明によれば、変倍比が大きく、結像性能が良く、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ミラー、可変焦点レンズ等の光学特性可変光学素子を含む光学系及びそれを備えた光学装置が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる可変ミラー４０９を用いたズーム撮像光学系の概略構成図である。
本実施形態のズーム撮像光学系８０９は、物体側から順に、凹レンズ８０１と、ミラー８０２と、反射型の光学特性可変光学素子としての可変ミラー４０９と、レンズ系８０３と、撮像素子４０８とで構成されている。
凹レンズ８０１、ミラー８０２、レンズ系８０３は、回転対称な光学面を備えて構成されている。
本実施形態のズーム撮像光学系８０９では、物体側から入射した光軸８００上の光（つまり軸上主光線）は、凹レンズ８０１を経てミラー８０２でφだけ偏向されて可変ミラー４０９に入射する。
可変ミラー４０９によって光軸８００はθだけ偏向されて後群のレンズ系８０３へ入射する。
レンズ系８０３は、レンズ群８０４と、レンズ群８０５と、レンズ群８０６と、レンズ群８０７と、フィルター群８０８とで構成され、レンズ群８０４とレンズ群８０６が、独立して光軸方向（つまり、図の左右方向）に移動可能であり、これにより変倍（ズーミング）が行われるようになっている。また、光軸は、可変ミラー４０９とミラー８０２の２つの反射面により折り曲げられ交叉している。
なお、ミラー８０２は、可変ミラーで構成してもよい。
８１０は明るさ絞りである。

また、ズーム撮像光学系８０９は、可変ミラー４０９の変形のみでフォーカシングが可能なように構成されている。
このように構成したので、フォーカシング時にレンズを駆動する必要がないので、消費電力が非常に小さく、動作音が静かで、機械的構造が簡単な、コンパクトかつ低コストの光学系及び光学装置を実現できる。

なお、可変ミラー４０９の反射面の形状は、自由曲面にするのがよい。自由曲面にすれば、収差補正が容易にでき有利である。

図１のズーム撮像光学系８０９において、可変ミラー４０９が平面から曲面に変形すると、ミラー面の反射によって偏心収差が発生し、特に、可変ミラー４０９の変形量が大きい近点合焦時に偏心収差は増大して発生するので、遠点から近点まで良好な光学性能を得るために、レンズあるいは撮像面（撮像素子４０８の表面）に、シフトあるいはティルトの偏心を加えて固定している。これにより、フォーカシング時の偏心収差の発生をバランスさせている。

また、図１のズーム撮像光学系８０９は、偏心収差を補正するために、少なくとも１つの回転対称なレンズ、あるいはレンズ群、あるいは撮像面が、Ｚ軸に対してシフト又はティルトの偏心をして配置されている。
このように配置すると、形状可変ミラーはそのパワーが強くなるにつれて偏心収差の残存量が増大するが、そのような場合でも、良好な光学性能を得ることが可能となる。なお、本発明の光学装置及び光学装置に適用する光学系における偏心とは、シフト及びティルトのことを指す。

可変ミラー４０９は、前記レンズ群あるいは撮像面に加えたシフト及びティルトの偏心と合わせて、フォーカシング時の収差のバランスが良くなるように、回転非対称な形状に変形するように制御される。
なお、レンズ群あるいは撮像面にシフト及びティルトを加えるのではなく、可変ミラー４０９が単独で偏心収差を補正するように、可変ミラー４０９の反射面の形状を変形させるようにしてもよい。

また、図１のズーム撮像光学系８０９によれば、可変ミラー４０９は、フォーカシングする物体距離が近くなるにつれて正のパワーが大きくなるように構成されている。
このように構成したので、遠点から近点までの広範囲で良好にフォーカスすることができる。なお、本明細書において、パワーの符号は、収束作用を持つ場合をプラス、発散作用を持つ場合をマイナスとして定義する。つまり、形状可変ミラーでは凹面の変形量が大きいほど正のパワーを持つことになる。

また、可変ミラー４０９は、正のパワーのみを持つことができるように構成しても良い。
このように構成すれば、機械的構造や電気的構造が簡単になり、低コストの形状可変ミラーを提供することができる。

なお、可変ミラー４０９は、変形により正のパワーと負のパワーの両方を持つことができるように構成してもよい。
このように構成すると、形状可変ミラーの偏心収差の発生を抑制し、且つ、良好な光学性能を得ることができる。即ち、形状可変ミラーは、パワーが増大するにつれて変形量が大きくなり、それにより偏心収差が発生し、光学性能が劣化してしまうが、形状可変ミラーが正のパワーと負のパワーの両方を持つことで変形量が抑えられて、偏心収差の発生を抑制し、且つ、良好な光学性能を得ることができる。

また、可変ミラー４０９は、ミラー面の変形の際にミラー面を形成する薄膜の周辺部が輪帯状の部材に固定されるように構成すると良い。
そして、ミラー面の中央付近が変位するように構成するとよい。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、少なくとも１つ以上の接合レンズを有するように構成されている。即ち、図１の実施形態の光学系８０９では、レンズ群８０４，８０５はそれぞれ接合レンズで構成され、レンズ群８０６は接合レンズを有している。
このように構成すれば、各レンズ群で発生する色収差を良好に補正することができ、さらに光学系のコンパクト化にも寄与することができる。

さらに、可変ミラー４０９には、フォーカスだけでなく、手ブレ補正、製造誤差の補正、変倍等の機能を合わせて持たせても良い。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、可変ミラーによる軸上主光線の折り曲げ角をθとしたときに、ある状態で次の条件式(1)を満足することが望ましい。
１０° ＜ θ ＜ ６７° …(1)
条件式(1)の下限値を下回ると、折り曲げられた光束同士が干渉して、光学設計が困難になる。一方、条件式(1)の上限値を上回ると、偏心収差が大きくなり結像性能が低下する。
なお、軸上主光線とは、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、軸上主光線を光軸と呼ぶ。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、ある状態で次の条件式(1')を満足するのが好ましい。
１５° ＜ θ ＜ ５６° …(1')
このように構成すれば、光学設計や結像性能に関しより良い結果が得られる。

本発明の実施に適用可能であって、より高精度な用途の光学系及びそれを用いた光学装置では、ある状態で次の条件式(1")を満足するのが好ましい。
２０° ＜ θ ＜ ４７° …(1")
このように構成すれば、光学設計や結像性能に関しさらに良い結果が得られる。

なお、図２、図３に示すように可変ミラ−に対向するプリズム面あるいは光学素子面がある場合には、式(1)、式(1')、式(1")の代わりに次式(2),(2')，(2")を満足するようにしても良い。
１０° ＜ θ／ｎｐｒ ＜ ６７° …(2)
１５° ＜ θ／ｎｐｒ ＜ ５６° …(2')
２０° ＜ θ／ｎｐｒ ＜ ４７° …(2")
但し、ｎｐｒは可変ミラーに対向するプリズム（図２の実施形態ではプリズム８２０、図３の実施形態ではプリズム８３０，８３１）あるいはその他の光学素子の屈折率である。

図２は本発明の他の実施形態にかかる可変ミラーを用いた撮像光学系の概略構成図、図３は本発明のさらに他の実施形態にかかる可変ミラーを用いた撮像光学系の概略構成図である。
図２の撮像光学系８１８は、凹レンズ８０１と、曲面プリズム８２０と、可変ミラー４０９−１と、レンズ群８０４と、接合レンズを備えたレンズ群８０５と、可変ミラー４０９−２と曲面ミラー８２３とレンズ群８０７と、撮像素子４０８とで構成されている。
図３の撮像光学系は、曲面プリズム８３０と、可変ミラー４０９−１と、曲面プリズム８３１と、可変ミラー４０９−２と、撮像素子４０８とを有して構成されている。なお、図３中、８４６は電子回路、４１１は可変ミラー４０９−１，４０９−２に備わる電極に印加する電圧を変化させる可変抵抗器を備えた駆動回路、４２４は振れセンサーである。
図２の光学系において、曲面プリズム８２０、曲面ミラー８２３は、すべての光学面が回転対称な面で構成されている。また、曲面プリズム８２０は、反射面８２４を有している。但し、８２０の光学面は回転対称な面、又は自由曲面を含んでいてもよい。
また、図３の光学系において、曲面プリズム８３０，８３１は、その光学面が回転非対称な面、又は自由曲面を含んでいる。また、曲面プリズム８３０，８３１は、それぞれ反射面８３４−１，８３４−２を有している。
なお、回転対称な面には平面を含むものとする。

光軸折り曲げ部が２つの反射面で構成される場合、可変ミラーによる軸上主光線の折り曲げ角θ，もう一つの反射面による光軸の偏向角φの値は、機械設計上、次式を満足することが望ましい。図１、図２、図３の実施形態の光学系のように折り曲げられた光軸が交叉する場合は、
４５° ≦ θ／ｎｐｒ ＋ φ ≦ １３０° …(3)
を満足することが望ましい。
６０° ≦ θ／ｎｐｒ ＋ φ ≦ １１５° …(3')
を満足すれば、なお良い。なお、可変ミラー４０９に対向するプリズムあるいは光学素子がない時はｎｐｒ＝１とする。

折り曲げられた光軸が図３のように交叉しない場合は、同様の理由で、
９０° ≦ θ／ｎｐｒ ＋ φ ≦ ２２０° …(4)
を満足することが望ましい。
７５° ≦ θ／ｎｐｒ ＋ φ ≦ ２０５° …(4')
を満足すれば、なお良い。

図４は本発明のさらに他の実施形態にかかる可変ミラーを用いた表示光学系の概略構成図である。
図４の表示光学系は、表示素子８６４と、プリズム８６２と、可変ミラー４０９−２と、接合レンズを備えたレンズ群８０５と、レンズ群８０４と、プリズム８６１，８６０と可変ミラー４０９−１と、凹レンズ８０１を有して構成されている。プリズム８６０とプリズム８６１とは、低屈折率の接着剤で接合されている。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置においては、光束同士の干渉を避けるため、機械設計上、可変ミラーでない反射面による光軸の偏向角φは次式を満足すると良い。
光軸が交叉しない場合は、
２５° ≦ φ ≦ ７５° …(5)
を満足することが望ましい。
また、式(5)の代わりに
３０° ≦ φ ≦ ６０° …(5')
を満足すれば、なお良い。

光軸が交叉する場合は、
１０５° ≦ φ ≦ １５５° …(6)
を満足することが望ましい。
また、式(6)の代わりに
１２０° ≦ φ ≦ １５０° …(6')
を満足すれば、なお良い。

また、図１の光学系のように２つの反射面で光軸折曲部が形成されている場合は、
３９° ≦ θ ≦ ４６° …(7)
３９° ≦ φ ≦ ４６° …(8)
を満足するように、θ、φを選べば、機械設計的に特に有利な光学系となる。
式(7)，(8)の代わりに
３０° ≦ θ ≦ ６０° …(7')
３０° ≦ φ ≦ ６０° …(8')
を満足するようにしてもかなりの効果がある。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、可変ミラーよりも像側のレンズ群、すなわち前記可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率をβ１としたときに、ある状態で次の条件式(9)を満足することが望ましい。但し、図１のような変倍光学系の場合にはβ１の絶対値が最も小さい状態におけるβ１の値が下記式(9)を満足すればよい。
０．０５ ＜ ｜β１｜ ＜ １．１ …(9)
条件式(9)の下限値を下回ると、可変ミラー以降のレンズ群の倍率が低すぎるので、可変ミラーにおけるフォーカス感度が低下し、フォーカシングに必要な可変ミラーの変形量が増大してしまう。一方、条件式(9)の上限値を上回ると、レンズ群の倍率が高すぎるので可変ミラーで発生する偏心収差が拡大され、満足な光学性能を得ることが難しくなる。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、ある状態で次の条件式(9')を満足するのが好ましい。
０．１ ＜ ｜β１｜ ＜ ０．８ …(9')
このように構成すれば、光学性能を確保し、且つ、可変ミラーの変形量を適正な範囲で抑えられるので、より良い結果が得られる。

さらに高精度な光学系では、ある状態で次の条件式(9")を満足するのが好ましい。
０．１７ ＜ ｜β１｜ ＜ ０．５ …(9")
このように構成すれば、さらに光学性能を確保し、且つ、可変ミラーの変形量をより適正な範囲で抑えられるので、さらに良い結果が得られる。
さらに、
０．２ ＜ ｜β１｜ ＜ ０．３５ …(9"')
とすれば、なお一層よい。

第１の反射面（例えば、図１の実施形態ではミラー８０２）から、物体側の最も近い透過型の光学面（図１の実施形態では凹レンズ８０１の像側の面）までの長さをＬ₁とする。
第１の反射面から第２の反射面（図１の実施形態では可変ミラー４０９の反射面）までの長さをＬ₂とする。
最も後方の反射面（図１の実施形態では可変ミラー４０９）からその反射面に最も近い後群の透過型の光学面（図１の実施形態ではレンズ群８０４の物体側の面）までの長さをＬ_Bとする。
なお、図１の実施形態のような変倍光学系の場合は、レンズ群８０４は動くため、最も可変ミラー４０９に近付いたときのレンズ群８０４の位置でもって長さＬ_Bを決めるものとする。そして、これらの長さＬを、
Ｌ ＝ Ｌ₁＋Ｌ₂＋Ｌ₃＋…＋Ｌ_B …(10)
とする。

なお、レンズ群（図１の実施形態ではレンズ群８０１）と、レンズ群（図１の実施形態ではレンズ群８０４）との間に挟まれた反射面の数が２より大きい場合でも、長さＬは、次式(10)によって定義される。
また、反射面が１つの場合でも、式(10)及び以下の式(11)、式(11')、式(11")は、本発明において適用できる。
このとき、次式(11)を満足することが望ましい。
２ ＜ ｜Ｌ／ｆｗ｜ ＜ ２５ …(11)
ここで、ｆｗは光学系の焦点距離であり、例えば図１の実施形態のような変倍光学系８０９の場合は広角状態（つまり最も焦点距離の絶対値の小さい状態）での焦点距離である。なお、ｆｗを計算する場合、反射型の光学特性可変素子の面形状は平面とみなして計算するものとする。

｜Ｌ／ｆｗ｜の値が式(11)の下限値を下回ると、光束のケラレなどのために、反射面を配置することが困難になる。一方、｜Ｌ／ｆｗ｜の値が式(11)の上限値を上回ると、レンズ全体の寸法が増える、収差の補正が困難になる、等の問題が生ずる。

なお、
４ ＜ ｜Ｌ／ｆｗ｜ ＜ １５ …(11')
とすれば、さらに良い。
また、Ｆｎｏが暗い光学系の場合は、
０．７＜ ｜Ｌ／ｆｗ｜ ＜ ５０ …(11")
を満たせば、実用上良い。

なお、図２の実施形態のような光学系８１８の場合、Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ_Bは、図示した部分の長さを示すものとする。
光学系８１８には、光軸折り曲げ部が２つ、８２１と８２２とあるが、それぞれについて長さＬ₁，Ｌ₂，Ｌ_Bは定義される。
また、本発明では、長さＬ₁，Ｌ₂，・・・，Ｌ_Bを計るとき、曲面プリズム８２０の可変ミラー４０９と対向する面８２５は、曲面、平面の如何を問わず本発明でいうところの透過型の光学面とは見なさないものとする。すなわち、本発明では、光路上、可変ミラーに前後する透過型の光学面であっても同一の透過面を構成する面についは、上記長さの基準から除いている。
また、図２の実施形態では、面８２５は回転対称面で構成されている。

また、図３の実施形態のように、２つの自由曲面プリズム８３０，８３１を含む光学系の場合は、図３に示したように長さＬ₁，Ｌ₂，Ｌ_Bを定義する。
即ち、面８２５を除き、自由曲面プリズム８３０，８３１の曲面をレンズ面と見なして、長さＬ₁，Ｌ₂，Ｌ_Bを計るものとする。
なお、図３の実施形態は、携帯電話用のデジタルカメラ光学系の構成例である。
また、図４の実施形態は、光軸折り曲げ部を２つ有する表示光学系の構成例である。低屈折率の接着剤の面８６３は、透過と全反射の２つの機能を有している。

図５は本発明の更に他の実施形態にかかるレンズ後方に光軸折り曲げ部を持つズーム撮像光学系の概略構成図である。
図５の実施形態の撮像光学系は、凹レンズ８０１と、レンズ群８０４と、差都合レンズを備えたレンズ群８０５と、レンズ群８０６と、可変ミラー４０９と、ミラー８７０と、レンズ８７１と、ローパスフィルターや赤外カットフィルターなどのフィルター群８７２と、撮像素子４０８とで構成されている。図５の光学系において、凹レンズ８０１、レンズ群８０４，８０５，８０６、ミラー８７０，レンズ８７１、フィルター群８７２は、すべての光学面が回転対称な面で構成されている。
なお、凹レンズ８０１、レンズ群８０４〜８０６の鏡枠を沈胴式（スライド式）にすれば、撮像光学系を利用しない時に全長を小さくすることができ便利である。
図１、図２、図３、図５の例では、いずれも反射型の光学特性可変素子と結像面の位置関係が固定されているのが特徴である。このようにすると、光学系が製作し易くて良い。
また、図１、図２、図３の例では、結像面と最も物体側の光学素子の位置関係が固定されている。このようにすると、光学装置が強固になるのでよい。
なお、いずれかの光学素子の位置関係が結像素子に対して固定されていても同様の効果がある。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、可変ミラーの物体側に負パワーのレンズ群を有し、該レンズ群の焦点距離をｆ１、光学系の焦点距離をｆとしたときに、ある状態で、次の条件式(12)を満足することが望ましい。
−１０．０ ＜ ｆ１／ｆ ＜ −０．１５ …(12)
このように構成すれば、形状可変ミラーの小型化、低コスト化、及び良好な光学性能を得ることができる。即ち、条件式(12)の下限値を下回ると、負レンズ群の負パワーが非常に弱くなり、広角端における形状可変ミラーの軸外光線高を小さくすることができず、形状可変ミラーの大型化につながり、コスト高を招く。一方、条件式(12)の上限値を上回ると、負レンズ群の負パワーが強くなりすぎ、そのレンズ群で発生するコマ収差や倍率の色収差を補正することが困難になる。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、ある状態で次の条件式(12')を満足するのが好ましい。
−４．５ ＜ ｆ１／ｆ ＜ −０．４ …(12')
このように構成すれば、良好な光学性能を確保し、且つ、さらに形状可変ミラーの小型化を実現できる。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーの最大変形量をｍｄ、光学系の焦点距離をｆとしたときに、所定の状態で次の条件式(13)を満足することを特徴としている。
０ ＜ ｜ｍｄ／ｆ｜ ＜ ０．３ …(13)
但し、本発明では、光学系の焦点距離ｆは、形状可変ミラーの反射面が平面形状である場合における光学系の焦点距離として定義する。
このように構成すれば、形状可変ミラーの変形量を適正な範囲に抑えることができる。即ち、上記条件式(13)の上限値を上回ると、形状可変ミラーの変形量が大きくなりすぎて偏心収差の発生量が増大し、所望の光学性能を満足することが難しくなる。さらに、製造上の難易度が高くなる。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で次の条件式(13')を満足するのが好ましい。
０ ＜ ｜ｍｄ／ｆ｜ ＜ ０．１ …(13')
このように構成すれば、さらに偏心収差の発生量を抑えることができる。

さらに、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で次の条件式(13")を満足するのが好ましい。
０ ＜ ｜ｍｄ／ｆ｜ ＜ ０．０３ …(13")
このように構成すれば、さらに良好に偏心収差の発生量を抑えることができる。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーの最大変形量をｍｄ、形状可変ミラーにおける光学的に有効な反射面の面積をＳｍとしたときに、所定の状態で次の条件式(14)を満足することを特徴としている。
０ ＜ ｍｄ²／Ｓｍ ＜ ５．０×１０^-4 …(14)
このように構成すれば、形状可変ミラーの変形量を適正な範囲に抑えることができる。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で次の条件式(14')を満足するのが好ましい。
０ ＜ ｍｄ²／Ｓｍ ＜ １．０×１０^-4 …(14')
このように構成すれば、さらに良好に形状可変ミラーの変形量を適正範囲に抑えることができる。

また、本発明の実施に適用可能な可変ミラーを含んだ光学系は、可変ミラーの駆動方式が電圧駆動方式（例えば、静電駆動、圧電効果の利用など）の場合は、可変ミラーの焦点距離を変える時に可変ミラーに印加する電圧をＶｍ（Ｖｏｌｔ）としたときに、所定の状態で次の条件式(15)を満足することが望ましい。
０ ≦ ｜Ｖｍ｜ ＜ ５００ …(15)
このように構成すれば、空気放電の危険性を低減させ、且つ、形状可変ミラーの変形量を大きくすることができる。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、可変ミラーによって焦点距離を変える際に、可変ミラーの駆動方式が電圧駆動方式の場合は、可変ミラーに印加する電圧をＶｍ（Ｖｏｌｔ）としたときに、所定の状態で次の条件式(15')を満足するのが好ましい。
０ ≦ ｜Ｖｍ｜ ＜ ３００ …(15')
このように構成すれば、消費電力を低減させることができるので、さらに良い光学系及び光学装置を提供できる。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーのパワーに比例する量をφＤＭ、光学系の焦点距離をｆとしたときに、所定の状態で次の条件式(16)を満足することが望ましい。
０ ≦ ｜φＤＭ×ｆ｜ ＜ １．００ …(16)
但し、前記形状可変ミラーのパワーに比例する量φＤＭは、前記形状可変ミラーの偏心方向（Ｙ方向）面内でのパワーに比例する量φＤＭｙと、それと直交する方向（Ｘ方向）面内でのパワーに比例する量φＤＭｘとの平均値であり、φＤＭ=（φＤＭｘ＋φＤＭｙ）／２と定義される。なお、本願では、後述するパワー成分であるＣ４，Ｃ６を用いて、φＤＭｘ＝Ｃ４，φＤＭｙ＝Ｃ６で定義される。
このように構成すれば、形状可変ミラーのフォーカシング作用を満足に得ることができ、さらに形状可変ミラーで発生する偏心収差を適正な範囲で抑えることができる。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で次の条件式(16')を満足するのが好ましい。
０ ≦ ｜φＤＭ×ｆ｜ ＜ ０．５０ …(16')
このように構成すれば、さらに形状可変ミラーで発生する偏心収差を抑えることができる。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で次の条件式(16")を満足するのが好ましい。
０ ≦ ｜φＤＭ×ｆ｜ ＜ ０．１０ …(16")
このように構成すれば、さらに良好に形状可変ミラーで発生する偏心収差を抑えることができる。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、前記可変ミラーによって遠点にフォーカシングした際に、可変ミラーが、フォーカシングした状態のパワーよりもさらに小さいパワーの状態に変形できることが望ましい。
このように構成すれば、コントラスト方式のオートフォーカスを行うことが可能になる。即ち、可変ミラーが遠点合焦時よりも小さいパワーになることで、合焦位置検出時の遠点における像のボケ具合を調節することができる。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、前記可変ミラーによって近点にフォーカシングした際に、可変ミラーが、フォーカシングした状態のパワーよりもさらに大きいパワーの状態に変形できることが望ましい。
このように構成すれば、コントラスト方式のオートフォーカスを行うことが可能になる。即ち、可変ミラーが近点合焦時よりも大きいパワーになることで、合焦位置検出時の近点における像のボケ具合を調節することができる。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、前記可変ミラーによって物体距離が無限大の物点にフォーカシングした際に、可変ミラーの形状が平面ではなく、ゼロよりも大きなパワーを持つ凹面形状に変形することが望ましい。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、可変ミラーの物体側に配置された負パワーのレンズ群が、１枚の凹レンズで構成されていることが望ましい。
このように構成すれば、可変ミラーから物体側のレンズが１枚だけとなるので、コンパクトで薄型の光学系を実現することができる。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、光学系の全長をＣｊ、光学系の焦点距離をｆとしたときに、ある状態で次の条件式(17)を満足することが望ましい。
１．０ ＜ Ｃｊ／ｆ ＜ ６０．０ …(17)
条件式(17)の上限値を上回ると、光学系の全長が長くなりすぎ、コンパクト化が困難になる。一方、条件式(17)の下限値を下回ると、コンパクト化は達成できるが、レンズ群の配置が制限され、十分な光学性能を得ることができない。
なお、ＣＪは折り曲げられた光軸を伸ばして計った最も物体側の光学素子から結像面までの距離である。表示装置の場合は表示素子から最も像寄りの光学素子面までの距離である。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、ある状態で次の条件式(17')を満足するのが好ましい。
３．０ ＜ Ｃｊ／ｆ ＜ ４０．０ …(17')
このように構成すれば、コンパクトな光学系でありながら、より高い光学性能を得ることができる。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、ある状態で次の条件式(17")を満足するのが好ましい。
５．０ ＜ Ｃｊ／ｆ ＜ ２３．０ …(17")
このように構成すれば、コンパクトな光学系でありながら、さらに良い光学性能を得ることができる。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズにシフトを加え、そのシフト量をδ、光学系の焦点距離をｆとしたときに、所定の状態で次の条件式(18)を満足することが望ましい。
０．０ ≦ ｜δ／ｆ｜ ＜ １．００ …(18)
このように構成すれば、レンズに加える偏心量を適正な範囲で抑えることができ、可変ミラーのパワーが弱い場合と強い場合の光学性能のバランスを取ることができる。ここでのシフト量δとは、シフトを加えたレンズの中心軸と光学系のＺ軸との距離として定義される量である。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で次の条件式(18')を満足するのが好ましい。
０．０ ≦ ｜δ／ｆ｜ ＜ ０．５０ …(18')
このように構成すれば、遠点合焦時と近点合焦時の性能をさらに良くすることができる。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で次の条件式(18")を満足するのが好ましい。
０．０ ≦ ｜δ／ｆ｜ ＜ ０．２５ …(18")
このように構成すれば、遠点合焦時と近点合焦時の性能をさらにより一層良くすることができる。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズあるいは撮像面にティルトを加え、そのティルト量をεとしたときに、所定の状態で次の条件式(19)を満足することが望ましい。
０．０° ≦ ｜ε｜ ＜ ２０° …(19)
このように構成すれば、レンズに加える偏心量を適正な範囲で抑えることができ、形状可変ミラーのパワーが弱い場合と強い場合の光学性能のバランスを取ることができる。なお、ティルト量εとは、ティルトを加えたレンズあるいは撮像面の中心軸と光学系のＺ軸との傾き角として定義される量である。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で次の条件式(19')を満足するのが好ましい。
０．０° ≦ ｜ε｜ ＜ １０° …(19')
このように構成すれば、遠点合焦時と近点合焦時の性能をさらに良くすることができる。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で次の条件式(19")を満足するのが好ましい。
０．０° ≦ ｜ε｜ ＜ ５．５° …(19")
このように構成すれば、遠点合焦時と近点合焦時の性能をさらにより一層良くすることができる。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、それぞれのレンズあるいは撮像面に加えたティルト量の絶対値の中で、撮像面のティルト量の絶対値が最大となるようにすることが望ましい。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、撮像面に加えたティルトの方向が、可変ミラーと平行に近づく方向であることが望ましい。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーの変形によって発生する偏心収差を補正するために少なくとも１つのレンズあるいは撮像面にシフト及びティルトを加えた光学系において、それぞれのシフトがある一つの平面内で行われ、かつ、ティルトの回転軸がその平面に垂直であることが望ましい。

また、本発明の実施に適用可能な光学系及びそれを用いた光学装置は、明るさ絞りが可変ミラーよりも像側に配置されていることが望ましい。

また、本発明の光学系及びそれを用いた光学系は、可変ミラーより後方に凹レンズを１枚以上有するのが望ましい。
このように構成すれば、軸上の色収差、倍率の色収差を良好に補正することができる。
また、可変ミラーより後方の凹レンズの枚数を２枚あるいは３枚以上とすれば、なお良い。

ここで、本願における座標系、面形状について定義する。
軸上主光線とは、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、軸上主光線を光軸と呼ぶ。

次に、本発明の実施に適用可能な光学系の中の形状可変ミラーの反射面の形状、即ち、以下の式（ａ）で定義される自由曲面（ＦＦＳ）について述べることにする。この定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。

ここで、上記（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。
球面項中、
ｃ：頂点の曲率
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ²＋Ｙ²）
N：２以上の自然数
m：０以上の整数
n：０以上の整数
である。

自由曲面項は、
但し、Ｃj（ｊは２以上の整数）は係数である。

上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、Ｘの奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。また、Ｙの奇数次項を全て０にすることによって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。

また、上記の回転非対称な曲面形状の面である自由曲面は、他の定義式として、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式により定義できる。この面の形状は以下の式（ｂ）により定義する。その定義式（ｂ）のＺ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。回転非対称面の定義は、Ｘ−Ｙ面に対するＺの高さの極座標で定義され、ＲはＸ−Ｙ面内のＺ軸からの距離、ＡはＺ軸回りの方位角で、Ｚ軸から測った回転角で表せられる。
Ｘ＝Ｒ×cos(A)
Ｙ＝Ｒ×sin(A)
Ｚ＝Ｄ₂
＋Ｄ₃Ｒcos(A)＋Ｄ₄Ｒsin(A)
＋Ｄ₅Ｒ²cos(2A)＋Ｄ₆（Ｒ²−１）＋Ｄ₇Ｒ²sin(2A)
＋Ｄ₈Ｒ³cos(3A)＋Ｄ₉（３Ｒ³−２Ｒ）cos(A)＋Ｄ₁₀（３Ｒ³−２Ｒ）sin(A)
＋Ｄ₁₁Ｒ³sin(3A)＋Ｄ₁₂Ｒ⁴cos(4A)＋Ｄ₁₃（４Ｒ⁴−３Ｒ²）cos(2A)
＋Ｄ₁₄（６Ｒ⁴−６Ｒ²＋１）＋Ｄ₁₅（４Ｒ⁴−３Ｒ²）sin(2A)＋Ｄ₁₆Ｒ⁴sin(4A)
＋Ｄ₁₇Ｒ⁵cos(5A)＋Ｄ₁₈（５Ｒ⁵−４Ｒ³）cos(3A)
＋Ｄ₁₉（１０Ｒ⁵−１２Ｒ³＋３Ｒ）cos(A)
＋Ｄ₂₀（１０Ｒ⁵−１２Ｒ³＋３Ｒ）sin(A)
＋Ｄ₂₁（５Ｒ⁵−４Ｒ³）sin(3A) ＋Ｄ₂₂Ｒ⁵sin(5A)
＋Ｄ₂₃Ｒ⁶cos(6A)＋Ｄ₂₄（６Ｒ⁶−５Ｒ⁴）cos(4A)
＋Ｄ₂₅（１５Ｒ⁶−２０Ｒ⁴＋６Ｒ²）cos(2A)
＋Ｄ₂₆（２０Ｒ⁶−３０Ｒ⁴＋１２Ｒ²−１）
＋Ｄ²⁷（１５Ｒ⁶−２０Ｒ⁴＋６Ｒ²）sin(2A)
＋Ｄ₂₈（６Ｒ⁶−５Ｒ⁴）sin(4A)＋Ｄ₂₉Ｒ⁶sin(6A)・・・・・・
・・・（ｂ）
但し、Ｄ_m（ｍは２以上の整数）は係数である。なお、Ｘ軸方向に対称な光
学系として設計するには、Ｄ₄，Ｄ₅，Ｄ₆，Ｄ₁₀，Ｄ₁₁，Ｄ₁₂，Ｄ₁₃，Ｄ₁₄，Ｄ₂₀，Ｄ₂₁，Ｄ₂₂…を利用する。

上記定義式は、回転非対称な曲面形状の面の例示のために示したものであり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。数学的に同値ならば他の定義で曲面形状を表してもよい。
本発明の実施においては、前記（ａ）式の中のＸの奇数時の項を全て０とすることで、Ｙ-Ｚ面と平行な対称面を持つ自由曲面としている。

なお、非球面形状は、光軸方向をＺ、光軸に直行する方向をＹにとり、円錐係数をｋ、非球面係数をａ、ｂ、ｃ、ｄとしたとき、次式（ｃ）で表される。
Ｚ＝（Ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）・（Ｙ／ｒ）²｝^1/2］
＋ａｙ⁴＋ｂｙ⁶＋ｃｙ⁸＋ｄｙ¹⁰・・・ ・・・（ｃ）
なお、上記数値データに関する説明は、本発明の各実施の形態及び各実施例の数値データに共通である。

以下の各実施例中、“ＡＳＰ”は非球面、“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＤＭ”は形状可変ミラーを表す。データに記載されていない非球面、自由曲面等に関する項は０である。屈折率、アッベ数はともにｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍ、角度の単位はｄｅｇである。また、各実施例では、最像面側に３枚又は２枚の平行平板を挿入しているが、これは撮像素子のカバー用のカバーガラス、このカバーガラスの前方のローパスフィルター、さらに前方のＩＲカットフィルターを想定したものである。なお。ＩＲカットフィルターをローパスフィルターにコーティングして作製すると２枚の平行平板になる。

各実施例において、物体面における座標系のＺ軸は、物体中心を通り、物体面に垂直な直線で定義されている。このＺ軸と直交する方向をＹ軸とし、このＹ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸とする。また、光軸は物体面中心と絞り中心あるいは射出瞳を通る光線の通り道で定義する。従って、光軸は形状可変ミラーの変形と共に変化することになるが、その変化はわずかである場合が多い。従って、各実施例ではＺ軸と光軸が略一致している。

偏心面は、その座標系の原点から、その面の面頂位置のシフト（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面については、前記（ａ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とするティルト（それぞれα、β、γ（deg））で与えられる。偏心を行うときの座標系の原点は、偏心を行う面をｋ面としたとき、ｋ−１面の面頂位置からＺ軸方向に面間隔の分だけ移動した点とする。偏心の順序は、Ｘシフト、Ｙシフト、Ｚシフト、αティルト、βティルト、γティルトの順である。なお、その場合αとβの正は、Ｘ軸、Ｙ軸それぞれをマイナス側から見たときの反時計回り方向を、γの正はＺ軸をマイナス方向から見たときの時計回り方向で定義する。

なお、各実施例において、偏心はディセンタアンドリターン（以下ＤＡＲ）とディセンタオンリー（以下ＤＥＯ）の２種類がある。ＤＡＲによる偏心では、ｋ面が偏心していたとき、ｋ＋１面以降の座標系が、偏心前のｋ面の座標系と一致する。ｋ＋１面の面頂位置は、偏心前のｋ面の面頂位置からＺ軸方向に面間隔の分だけ移動した点として定義する。一方、ＤＥＯでは、ｋ面が偏心していたとき、ｋ＋１面以降の座標系は、偏心後のｋ面の座標系と一致する。ｋ＋１面の面頂位置は、偏心後のｋ面の面頂位置からＺ軸方向に面間隔の分だけ移動した点として定義する。

また、反射面の座標系のＺ軸正方向は、表面から裏面側に向かう方向になる。
従って、反射面がＸＹ多項式で表される自由曲面形状に変形している場合、パワー成分に対応するＣ４、Ｃ６が正のとき、凸面ミラーになる。つまり、負のパワーを持つミラーになる。逆に、パワー成分に対応するＣ４、Ｃ６が負のとき、凹面ミラーになる。つまり、正のパワーを持つミラーになる。
また、光線が反射面で反射された後の光学系の座標系は、反射前の座標系をＸ軸中心に１８０°回転させたものとして定義する。これによって、常に光学系のＺ軸正方向に沿って光線が進行することになる。

前記形状可変ミラーは、遠点から近点までフォーカシングするためにパワーを変えることができるが、コントラスト方式のオートフォーカスを行うために遠点合焦時よりも弱いパワーの状態、及び近点合焦時よりも強いパワーの状態を取れるように設計されている。以下の各実施例では、遠点合焦時よりも弱いパワーの状態を遠点余裕、近点合焦時よりも強いパワーの状態を近点余裕と定義している。つまり、形状可変ミラーは遠点余裕、遠点、近点、近点余裕の４状態が存在することになる。

なお、以下の各数値実施例における形状可変ミラーは、実際の製作時の製造誤差による像面のＺ方向のずれ、及び温度変化による像面のＺ方向のずれを考慮して、フォーカス範囲の前後に変形量の余裕を持たせた設計になっている。

上記のように、形状可変ミラーにフォーカシングの機能をもたせることにより、メカ的な駆動を行わずにフォーカシングできるので、鏡枠構造が簡単になり、小型化、低コスト化を実現することができる。さらに、フォーカシング時のモータの駆動音がなくなるメリットがある。

図６〜図８は本発明の光学装置に適用可能な光学系の実施例１の概略構成を示すＹ−Ｚ断面図であり、図６は広角端、図７は標準、図８は望遠端の状態を示している。
なお、図６〜図８では便宜上、普通の平面ミラーによる光路の折り曲げを省略して示してあるが、実施例１の光学系では、図１に示した実施形態の光学系のように普通の平面ミラーで４５度、可変ミラーで４５度光路を折り曲げている。
また、後述するレンズデータにおいても、普通の平面ミラーを省略して示してあるが、実際には、平面ミラーは、可変ミラ−の前方８．２５ｍｍの位置に設けられている。
また、実施例１の形状可変ミラーは、遠点から近点をフォーカシングするためにパワーを変えることができるが、コントラスト方式のオートフォーカスを行うために遠点合焦時よりも弱いパワーの状態、及び近点合焦時よりも強いパワーの状態を取ることができるように設計されている。実施例１においては、遠点合焦時よりも弱いパワーの状態を遠点余裕、近点合焦時よりも強いパワーの状態を近点余裕と定義している。
つまり、実施例１における形状可変ミラーは、遠点余裕、遠点、近点、近点余裕の４状態それぞれに、変倍の広角端、中間状態、望遠端の３状態が存在するので、全部で１２状態が存在することになる。
遠点余裕、遠点、近点、近点余裕の４状態では、物体距離、撮像面位置が異なる。
なお、実施例１における形状可変ミラーは、実際の製作時の製造誤差による像面のＺ方向のずれ、及び温度変化による像面のＺ方向のずれを考慮して、フォーカス範囲の前後に変形量の余裕を持たせた設計になっている。
また、図６〜図８における形状可変ミラーは、便宜上、ミラー面のみを図示してある。

実施例１の光学系は、物体側から順に、負のパワーを有する固定レンズ群Ｇ１と、形状可変ミラーＤＭと、正のパワーを有する移動レンズ群Ｇ２と、絞りＳと、負のパワーを有する固定レンズ群Ｇ３と、正のパワーを有する移動レンズ群Ｇ４と、正のパワーを有する固定レンズ群Ｇ５とを有して構成されている。図６〜図８中、符号ＦＬはフィルター群、Ｉは像面である。なお、フィルター、撮像素子のカバーガラス等も光学素子の一種である。
固定レンズ群Ｇ１は、メニスカス凹レンズＬ１で構成されている。移動レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２１と両凸レンズＬ２２との接合レンズで構成されている。固定レンズ群Ｇ３は、メニスカス凹レンズＬ３１と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３２との接合レンズで構成されている。移動レンズ群Ｇ４は、両凸レンズＬ４１と、両凸レンズＬ４２と両凹レンズＬ４３との接合レンズと、両凹レンズＬ４４とで構成されている。固定レンズ群Ｇ５は、両凸レンズＬ５で構成されている。

また、実施例１の光学系は、移動レンズ群Ｇ２と移動レンズ群Ｇ４とが移動することで、変倍作用を持たせている。また、形状可変ミラーＤＭの反射面を形成する薄膜が変形することで、無限遠から近点３００ｍｍまでフォーカシングを行うことができるようになっている。

形状可変ミラーの薄膜が平面から曲面に変形すると、ミラー面の反射によって偏心収差が発生し、特に形状可変ミラーＤＭの変形量が大きい至近合焦時に偏心収差は増大して発生する。このため、実施例１の光学系において遠点から近点まで良好な光学性能を得るために、レンズ群あるいは撮像面にシフト及びティルトの偏心を加えて、フォーカシング時の偏心収差の発生をバランスさせている。図８に偏心の方向を矢印で示した。

実施例１の光学系によれば、メカ的な駆動を行わずにフォーカシングできるので、鏡枠構造が簡単になり、小型化、低コスト化を実現することができる。さらに、フォーカシング時のモーターの駆動音がなくなるメリットがある。

次に、実施例１の光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
数値データ１
焦点距離 ： 4.4mm（広角）〜13.2mm（望遠），7.6ｍｍ（標準）
開放Ｆナンバー ： ２．８(広角)〜３．３（標準）〜５．１（望遠）
撮像面のサイズ ： 4.0mm×3.0mm（Ｘ方向×Ｙ方向）
動くレンズ間隔は （広角）−（標準）−（望遠）の順である。

普通の平面ミラーのデータは省略してあるが、平面ミラーの位置は可変ミラ−の前方8.25ｍｍのところである。普通の平面ミラーによる光軸の折り曲げ角は45度である。

面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ Ｄ０
1（仮想面） ∞ 0.00 偏心(1)
2 25.67 1.00 偏心(2) 1.7804 49.4
3 ASP[1] 0.00
4（仮想面） ∞ 21.40
5 ∞ 0.00
6 ∞ 0.00
7 ∞ 0.00 偏心(3)
8（ＤＭ） FFS[1] 0.00 偏心(4)
9 ∞ 0.00 偏心(3)
10 ∞ 12.10
11 ∞ 0.00 偏心(5)
12 ∞ 0.00 偏心(5)
13 ∞ Ｄ１３
14 ASP[2] 0.85 偏心(6) 1.6575 33.3
15 11.71 1.92 偏心(6) 1.6499 55.3
16（絞り面） ASP[3] Ｄ１６ 偏心(6)
17 107.24 1.00 偏心(7) 1.7929 41.2
18 7.42 1.56 偏心(7) 1.8491 24.0
19 14.93 0.43 偏心(7)
20 ∞ Ｄ２０ 偏心(5)
21 ASP[4] 2.36 偏心(8) 1.4900 70.0
22 ASP[5] 0.89 偏心(8)
23 14.22 2.34 偏心(8) 1.5213 65.7
24 -12.93 6.96 偏心(8) 1.6812 30.1
25 13.00 1.22 偏心(8)
26 -6.56 0.68 偏心(8) 1.8299 27.9
27 ASP[6] Ｄ２７ 偏心(8)
28 ∞ 0.00 偏心(5)
29 9.33 2.30 偏心(9) 1.4908 69.2
30 ASP[7] 1.11 偏心(9)
31 ∞ 1.44 1.5477 62.8
32 ∞ 0.10
33 ∞ 0.60 1.5163 64.1
34 ∞ Ｄ３４
35 ∞ 0.00
像 面（ＣＣＤ）∞ 0.00 偏心(10)

非球面係数
非球面[1]
曲率半径 7.97
k＝ 0
a＝-3.7265×10^-5 b＝-3.7143×10^-6 c＝ 9.6404×10^-8
d＝-1.7897×10^-9

非球面[2]
曲率半径 30.43
k＝ 0
a＝ 1.5944×10^-7 b＝-1.4815×10^-7 c＝-2.3155×10^-9
d＝ 1.2125×10^-11 f＝ 6.5516×10^-13 g＝-1.2053×10^-14
h＝ 3.1653×10^-16

非球面[3]
曲率半径 -43.58
k＝ 0
a＝-2.2905×10^-6 b＝ 4.2783×10^-7 c＝-5.0313×10^-8
d＝ 1.5611×10^-9

非球面[4]
曲率半径 7.13
k＝ 0
a＝-2.7501×10^-4 b＝ 1.4112×10^-5 c＝-1.3354×10^-6
d＝ 4.7311×10^-8

非球面[5]
曲率半径 -27.43
k＝ 0
a＝-6.0572×10^-6 b＝ 2.0804×10^-5 c＝-1.7300×10^-6
d＝ 6.5271×10^-8

非球面[6]
曲率半径 20.39
k＝ 0
a＝ 4.5682×10^-4 b＝ 4.0088×10^-4 c＝-1.0421×10^-4
d＝ 1.0827×10^-5 e＝-6.0757×10-²⁰ f＝-4.7038×10^-22
g＝-3.6419×10^-24 h＝-2.8197×10^-26

非球面[7]
曲率半径 -8.48
k＝ 0
a＝ 5.4589×10^-4 b＝-6.3342×10^-5 c＝ 6.8699×10^-6
d＝-2.7683×10^-7 e＝ 8.4003×10^-10 f＝ 1.2201×10^-10
g＝ 4.3140×10^-13 h＝-3.7503×10^-19

FFS[1]
状態１：広角 遠点余裕（∞）
状態２：標準 遠点余裕（∞）
状態３：望遠 遠点余裕（∞）
以上３状態ではＣ４〜Ｃ21はすべて0
Ｙ＝0 Ｚ＝0

状態４：広角 遠点（∞）
Ｃ４＝-2.4991×10^-4 Ｃ６＝-2.4856×10^-4 Ｃ８＝ 0
Ｃ10＝ 2.1950×10^-6 Ｃ11＝ 3.7858×10^-7 Ｃ13＝ 1.8474×10^-6
Ｃ15＝ 7.7107×10^-7 Ｃ17＝ 7.4499×10^-8 Ｃ19＝-5.0041×10^-8
Ｃ21＝-7.2560×10^-8
Ｙ＝0 Ｚ＝0.00701

状態５：標準 遠点（∞）
Ｃ４＝-7.7223×10^-5 Ｃ６＝-6.4819×10^-5 Ｃ８＝ 0
Ｃ10＝-5.5783×10^-8 Ｃ11＝-1.3297×10^-6 Ｃ13＝-3.0304×10^-6
Ｃ15＝-1.3026×10^-6 Ｃ17＝-1.1664×10^-8 Ｃ19＝-9.8164×10^-8
Ｃ21＝ 1.8441×10^-9
Ｙ＝0 Ｚ＝0.00335

状態６：望遠 遠点（∞）
Ｃ４＝-3.3000×10^-5 Ｃ６＝-2.7793×10^-5 Ｃ８＝ 0
Ｃ10＝ 2.0771×10^-7 Ｃ11＝-9.6247×10^-7 Ｃ13＝-1.6125×10^-6
Ｃ15＝-7.5417×10^-7 Ｃ17＝-1.5207×10^-9 Ｃ19＝-3.2815×10^-8
Ｃ21＝-1.7174×10^-8
Ｙ＝0 Ｚ＝0.00168

状態７：広角 近点（300ｍｍ）
Ｃ４＝-4.0436×10^-4 Ｃ６＝-3.8705×10^-4 Ｃ８＝ 0
Ｃ10＝-1.9545×10^-6 Ｃ11＝ 5.0250×10^-7 Ｃ13＝ 3.3615×10^-6
Ｃ15＝ 3.6734×10^-7 Ｃ17＝ 4.0646×10^-8 Ｃ19＝-2.3559×10^-8
Ｃ21＝ 6.4612×10^-8
Ｙ＝0 Ｚ＝0.01157

状態８：標準 近点（300ｍｍ）
Ｃ４＝-2.3916×10^-4 Ｃ６＝-1.9966×10^-4 Ｃ８＝ 0
Ｃ10＝-1.0627×10^-6 Ｃ11＝-6.0727×10^-7 Ｃ13＝-2.6157×10^-6
Ｃ15＝-1.4758×10^-6 Ｃ17＝-6.7566×10^-8 Ｃ19＝-1.3145×10^-7
Ｃ21＝ 3.5131×10^-8
Ｙ＝0 Ｚ＝0.00759

状態９：望遠 近点（300ｍｍ）
Ｃ４＝-1.9462×10^-4 Ｃ６＝-1.6127×10^-4 Ｃ８＝ 0
Ｃ10＝-2.1866×10^-6 Ｃ11＝-2.0560×10^-7 Ｃ13＝-1.4147×10^-6
Ｃ15＝-8.7102×10^-7 Ｃ17＝-1.3124×10^-7 Ｃ19＝-1.1803×10^-7
Ｃ21＝ 7.2285×10^-8
Ｙ＝0 Ｚ＝0.00588

状態１０：広角 近点余裕（300ｍｍ）
Ｃ４＝-6.9241×10^-4 Ｃ６＝-5.8388×10^-4 Ｃ８＝-5.9904×10^-6
Ｃ10＝-5.8969×10^-6 Ｃ11＝ 1.8998×10^-6 Ｃ13＝ 2.9095×10^-6
Ｃ15＝-1.2509×10^-6 Ｃ17＝6.1178×10^-6 Ｃ19＝ 4.5179×10^-7
Ｃ21＝ 1.9494×10^-7
Ｙ＝0 Ｚ＝0.01901

状態１１：標準 近点余裕（300ｍｍ）
Ｃ４＝-3.4651×10^-4 Ｃ６＝-2.8937×10^-4 Ｃ８＝-3.5487×10^-6
Ｃ10＝-3.5184×10^-6 Ｃ11＝ 1.4147×10^-6 Ｃ13＝-1.0992×10^-7
Ｃ15＝-3.7014×10^-8 Ｃ17＝ 9.6527×10^-8 Ｃ19＝-3.1169×10^-8
Ｃ21＝ 1.1631×10^-7
Ｙ＝0 Ｚ＝0.00899

状態１２：望遠 近点余裕（300ｍｍ）
Ｃ４＝-2.4485×10^-4 Ｃ６＝-2.0300×10^-4 Ｃ８＝-2.2660×10^-6
Ｃ10＝-3.2087×10^-6 Ｃ11＝ 2.4419×10^-7 Ｃ13＝-1.1076×10^-6
Ｃ15＝-7.0219×10^-7 Ｃ17＝ 1.4929×10^-8 Ｃ19＝-6.1649×10^-9
Ｃ21＝ 1.0607×10^-7
Ｙ＝0 Ｚ＝0.00698

偏心量
偏心[1] （ＤＥＯ）
状態１：広角 遠点余裕（∞）
状態２：標準 遠点余裕（∞）
Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00
α＝ 0.07 β＝ 0.00 γ＝ 0.00
（状態１、２に共通）

状態３：望遠 遠点余裕（∞）
Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00
α＝ 0.11 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

状態４：広角 遠点（∞）
Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00
α＝ 0.08402 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

状態５：標準 遠点（∞）
Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00
α＝ 0.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

状態６：望遠 遠点（∞）
Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00
α＝ 0.09 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

状態７：広角 近点（300ｍｍ）
Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00
α＝ 0.01 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

状態８：標準 近点（300ｍｍ）
Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00
α＝ 0.04 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

状態９：望遠 近点（300ｍｍ）
Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00
α＝ 0.03 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

状態１０：広角 近点余裕（300ｍｍ）
Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00
α＝ 0.05 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

状態１１：標準 近点余裕（300ｍｍ）
Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00
α＝ 0.06 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

状態１２：望遠 近点余裕（300ｍｍ）
Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00
α＝ 0.10 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

偏心[2] （ＤＥＯ）
Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00
α＝ -0.112485 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

偏心[3] （ＤＥＯ）
Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00
α＝ 22.50 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

偏心[4] （ＤＡＲ）
状態１：広角 遠点余裕（∞）
状態２：標準 遠点余裕（∞）
Ｘ＝ 0.00 Ｙ（FFS[1]に記載） Ｚ（FFS[1]に記載）
α＝ -0.030508 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

偏心[5] （ＤＡＲ）
Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00
α＝ 0.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

偏心[6] （ＤＡＲ）
Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ -0.005637 Ｚ＝ 0.00
α＝ 0.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

偏心[7] （ＤＡＲ）
Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.027831 Ｚ＝ 0.00
α＝ 0.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

偏心[8] （ＤＡＲ）
Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ -0.000581 Ｚ＝ 0.00
α＝ 0.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

偏心[9] （ＤＡＲ）
Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.002028 Ｚ＝ 0.00
α＝ 0.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

偏心[10] （ＤＡＲ）
Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00
α＝ 0.575351 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

但し、第４面の座標系は第１面の座標系と同じである。また、第５面以後の座標系は第４面から順に定義していくものとする。

物体距離
遠点余裕 遠点 近点 近点余裕
Ｄ０ ∞ ∞ 300.00 300.00

像面距離
状態 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２
Ｄ３４ 0.60 0.62 0.68 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.40 0.38 0.32

ズーム間隔
広角 標準 望遠
Ｄ１３ 10.19 0.00 0.00
Ｄ１６ 0.20 10.39 10.39
Ｄ２０ 8.79 6.77 0.10
Ｄ２７ 0.11 2.13 8.80

なお、以下の条件式は図６〜図８に示した実施例１の光学系にあてはまる。これらの条件式は、少なくとも一つの状態において満たされていればよい。
条件式(1)，(1')，(1")，(2)，(2')，(2")，(9)，(9')，(9")，(12)，(12')，(10)，(11)，(11')，(11")，(3)，(3')，(4)，(4')、(5)，(5')，(6)，(6')，(7)，(8)，(7')，(8')、(13)，(13')，(13")，(14)，(14')，(15)，(15')，(16)，(16')，(16")，(17)，(17')，(17")，(18)，(18')，(18")，(19)，(19')，(19")

実施例１において、焦点距離ｆの値は、数値データに記載の通り、４．４ｍｍ（広角）〜１３．２ｍｍ（望遠）、７．６ｍｍ（標準）である。
可変ミラーの最大変形量ｍｄの値（ｍｍ）は、第８面の偏心量Ｚの値に等しい。
条件式(14)，(14')の形状可変ミラーにおける光学的に有効な反射面の面積Ｓｍの値は、８５ｍｍ² （半径5.2ｍｍのほぼ円形）である。
条件式(15)，(15')の形状可変ミラーに印加する電圧Ｖｍの値は、状態によって変化するが、０〜２００Ｖである。
条件式(16)，(16')，(16")の形状可変ミラーΦＤＭの値は、ΦＤＭ＝（１／２）＊（Ｃ４＋Ｃ６）である。また、φＤＭｘ＝Ｃ４，φＤＭｙ＝Ｃ６である。
条件式(12)，(12')の可変ミラーの物体側に配置された負パワーのレンズ群の焦点距離ｆ１の値は、−15.1768である。
可変ミラーにおける軸上主光線の折り曲げ角θの値は、４５°である。
条件式(9)〜(9")の可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率β１は、広角−０．２９、標準−０．５１、望遠−０．８７である。
条件式(17)〜(17")の光学系の全長Ｃｊ（折り曲げた光路を伸ばした長さ）は、７９．０４５ｍｍである。
なお、上述のように、本発明の各条件式は、光学系の少なくとも一つの状態で満たされていればよい。

次に、実施例１における条件式のパラメータ値を示す。
Ｌ₁＝１２．１５
Ｌ₂＝８．２５
Ｌ_B＝１１．０
Ｌ＝３２．４
ｆｗ＝４．４０１
Ｌ／ｆｗ＝７．３６
θ ＝ ４５°
φ ＝ ４５°
ｎｐｒ＝１
θ／ｎｐｒ＋φ ＝９０°
ｆ１／ｆ＝ −３．４５ （広角）
＝ −２．０ （標準）
＝ −１．１５ （望遠）
ｍｄ＝１９ミクロン（広角近点余裕）
９ミクロン（標準近点余裕）
７ミクロン（望遠近点余裕）
ｍｄ／ｆ＝０．００４３（広角近点余裕）
ｍｄ²／Ｓｍ＝０．０００００４２５（広角近点余裕）
Ｃｊ／ｆ＝１７．９６（広角）
以上の実施例に示したように、撮像素子を除けば光学素子のシフト量δ、ティルト量εの値は小さいので、これらを０として製作しても実用上は問題にならない場合もある。

以上の実施例１では、形状可変ミラーを用いた光学系について述べた。しかしながら、形状可変ミラーの代わりに形状が変わらない平面ミラーあるいは曲面ミラーを用いた光学系の場合でも、特に支障をきたさない限り前述の条件式及び制限等を適用してよい。なぜならばミラーを用いた屈曲光学系における小型化のメリットはそのまま保たれるからである。

また、実施例１における光学系では、レンズ群中に反射面を有する構成の光学系について説明したが、反射型光学特性可変光学素子のかわりに屈折型の光学特性可変光学素子、例えば、可変焦点レンズ等を用いて構成しても、小型化、低コスト化、省電力化、作動音の静音化等の効果を得ることが可能である。各種条件式も近軸理論が多いのでほぼ可変焦点レンズの場合でも成り立つ。さらに、可変形状面を有しない可変焦点ミラーを以上の実施例に用いても良い。なお、可変焦点ミラーは可変ミラーの一種である。可変焦点ミラーについては、その一例を図３４を用いて後述する。

上記光学系は、フィルムカメラ、デジタルカメラ、テレビカメラ、携帯端末用のカメラ、携帯電話の撮像装置、監視カメラ、ロボットの眼、電子内視鏡等に適用可能である。
なお、以上の説明では、光学系として撮像光学系を想定しているが、物体面と像面を入れ替えた構成とすることにより、プロジェクター等の投影光学系として使用することができ、この投影光学系を用いた光学装置を作製することができる。

次に、上記本発明の光学装置に用いる光学系に適用可能な可変ミラー、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９は上記本発明の光学装置に用い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。
図９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。

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１１、図１２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、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、可変ミラーを変形させるようにすればよい。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９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。
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９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１０は可変ミラー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１１に示すように、同心分割であってもよいし、図１２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１０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１３は可変ミラー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と圧電素子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と圧電素子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１０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可変ミラー面の大きな変形が実現できてよい。

なお、図１０、図１４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１４は可変ミラー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、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１４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１５は可変ミラー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、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１６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１７は可変ミラー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１８は本構成例におけるコイル４２７の一配置例を示し、図１９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１５に示した構成例にも適用することができる。なお、図２０はコイル４２７の配置を図１９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２０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１５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１５及び図１７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１４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２１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。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、可変ミラー４０９を複数用いることで変倍の撮像系、光学系を作ることができる。
なお、図２１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可変ミラー、可変焦点レンズに有用である。なお可変ミラー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、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２２は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２３は図２２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２３では静電気力により振動する例を示しており、図２３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２２で示した可変ミラー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、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２１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、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２４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 …(20)
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２５に示すような形状となり、
ｎ_ox＝ｎ_oy＝ｎ_o …(21)
である。但し、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２４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２６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２７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２４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２５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' …(22)
となる。また、上記(21)式が成り立つときの平均屈折率ｎLCは、ｎzを異常光線の屈折率ｎ_eと表して、
（２_no＋ｎ_e）／３≡ｎ_LC …(23)
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 …(24)
で与えられる。

したがって、図２７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） …(25)
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、(25)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' …(26)
とすれば、図２６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 …(27)
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） …(28)
で与えられる。なお、高分子分散液晶層５１４に、図２６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、(25)式で与えられる焦点距離ｆ₁と、(28)式で与えられる焦点距離ｆ₂との間の値となる。

上記(25)および(28)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）｜ …(29)
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'） …(30)
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 …(31)
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を超えることはできない。

次に、上記(21)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（但し、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 …(32)
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２４に示した状態と図２６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 …(33)
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２４の状態でも、図２６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' …(34)
とすればよい。

上記(33)式を満足すれば、上記(32)式は、さらに緩和され、
Ｄ・ｔ≦λ・６０μｍ …(35)
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 …(36)
であればよい。但し、（ｎ_u−ｎ_P）²は、（ｎ_LC'−ｎ_P）²と、（ｎ_o'−ｎ_P）²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 …(37)
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(36)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 …(38)
とする。なお、ｔの下限値は、図２４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 …(39)
とする。

図２８は、図２７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２８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２９は図２７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２４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 …(40)
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 …(41)
ｈ（ｎ_B−ｎ₃₃）＝ｋλ …(42)
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(41)式および(42)式の両辺の差を求めると、
ｈ（ｎ_A−ｎ_B）＝（ｍ−ｋ）λ …(43)
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(41)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、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(41)〜(43)式は、実用上、
０．７ｍλ≦ｈ（ｎ_A−ｎ₃₃）≦１．４ｍλ …(44)
０．７ｋλ≦ｈ（ｎ_B−ｎ₃₃）≦１．４ｋλ …(45)
０．７（ｍ−ｋ）λ≦ｈ（ｎ_A−ｎ_B）≦１．４（ｍ−ｋ）λ …(46)
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３０および図３１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３１に示すように、ホメオトロピック配向となり、図３０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３０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 …(47)
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３０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(47)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３２(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２４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３２(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３２(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２９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(40)式〜(46)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３３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３２および図３３に示す構成例では、液晶分子の図示を省略してある。

図３４は本発明の実施の形態にかかる光学装置の光学系の中で、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２４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３４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２９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３２(a)の構成例における透明基板５６３、図３２(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２４から図３４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３５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３５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３５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３６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３６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１４４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３７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３６、図３７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３５、図３６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３８は本発明の実施の形態にかかる光学装置の撮像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３８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２３で示したようなマイクロポンプ１８０を、例えば、図３８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３９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３９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４０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３８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４１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４１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３９〜図４１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４２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４２に示すように、凸レンズとして作用し、電圧を上げると、図４３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３５〜図４３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４４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４４中、２１２，２１３はそれぞれ中心波長がλ1，λ2の例えばＬＥＤ、半導体レーザ等の光源である。

本構成例において、中心波長がλ1の紫外光が図４５(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４５(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の可視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光が全反射するので外部に光がもれず、効率がよい。

図４６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４６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４６中、４４９は光学系の変倍を行なう釦であり、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、本発明の光学装置に適用可能な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２１に示した構成例のように、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４７(a)，(b)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電磁駆動型の可変ミラーの構造を示した図である。
図４７(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、本発明で用いる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、監視装置のカメラ、各種センサーの眼、録音装置のデジタルカメラ、人工視覚、レーザ走査型顕微鏡等がある。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、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、録音装置のデジタルカメラなど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、コンタクトレンズ、眼内レンズ、人工視覚等がある。

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（ｈｅａｄ ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話、人工視覚等がある。

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、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、本発明の光学系及びそれを用いた光学装置は、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。

（１）複数の回転対称な透過型光学面と、反射型の光学特性可変光学素子を備え、前記反射型の光学特性可変光学素子が２つの前記回転対称な透過型光学面の間の光路に配置され、次の式(11")を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
０．７＜ ｜Ｌ／ｆｗ｜ ＜ ５０ …(11")
但し、Ｌ＝Ｌ₁＋Ｌ₂＋・・・Ｌ_n・・・＋Ｌ_Bであり、前記光学特性可変光学素子を挟んで前後に位置する面であり、かつ、同一の透過面を構成しない２つの前記回転対称な透過型光学面の間の光路内において、Ｌ₁は物体側から第１番目の反射面と該第１番目の反射面から物体側に最も近い透過型光学面までの距離、Ｌ₂は第１番目の反射面から第２番目の反射面までの距離、Ｌ_nは第ｎ−１番目の反射面から第ｎ番目の反射面までの距離、Ｌ_Bは最も後方の反射面と該最も後方の反射面から像側に最も近い透過型光学面までの距離である。但し、該像側に最も近い透過型光学面が移動する場合には該光学面が前記光学特性可変光学素子に最も近付いたときの距離である。ｆｗは光学系の焦点距離であり、焦点距離の変化する光学系の場合には最も短い状態（焦点距離の絶対値の小さい状態）の焦点距離である。

（２）反射面の総数が２以上であることを特徴とする請求項１又は上記（１）に記載の光学系。

（３）２つ以上の反射面が連続して存在することを特徴とする請求項１、上記（１）、（２）のいずれかに記載の光学系。

（４）光軸が交叉することを特徴とする請求項１、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の光学系。

（５）光軸が交叉しないことを特徴とする請求項１、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の光学系。

（６）反射面の総数が２以上であることを特徴とする請求項２に記載の光学系。

（７）２つ以上の反射面が連続して存在することを特徴とする請求項２又は上記（６）に記載の光学系。

（８）光軸が交叉することを特徴とする請求項２、上記（６）、（７）のいずれかに記載の光学系。

（９）光軸が交叉しないことを特徴とする請求項２、上記（６）、（７）のいずれかに記載の光学系。

（１０）前記反射型の光学特性可変光学素子の直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率β１が次の式(9)を満足することを特徴とする請求項１、２、上記（１）〜（９）のいずれかに記載の光学系。
０．０５ ＜ ｜β１｜ ＜ １．１ …(9)

（１１）前記反射型の光学特性可変光学素子の物体側に負パワーのレンズ群を有し、該負パワーのレンズ群の焦点距離をｆ１、光学系の焦点距離をｆとしたとき、次の式(12)を満足することを特徴とする請求項１、２、上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の光学系。
−１０．０ ＜ ｆ１／ｆ ＜ −０．１５ …(12)

（１２）前記反射型の光学特性可変光学素子によって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズにシフトを加え、又は、少なくとも１つのレンズあるいは撮像面にティルトを加え、そのシフト量をδ、又は、そのティルト量をεとし、光学系の焦点距離をｆとしたとき、次の式(18)又は式(19)を満足することを特徴とする請求項１、２、上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の光学系。
０．０ ≦ ｜δ／ｆ｜ ＜ １．００ …(18)
０．０° ≦ ｜ε｜ ＜ ２０° …(19)

（１３）回転非対称な光学面を含む複数の光学面と、反射型の光学特性可変光学素子を備え、前記反射型の光学特性可変光学素子が２つの前記光学面の間の光路に配置されるとともに、前記反射型の光学特性可変光学素子と対向する光学面を有し、前記反射型の光学特性可変光学素子による光軸の偏向角θが次の式(1)又は式(2)を満足することを特徴とする光学系。
１０° ＜ θ ＜ ６７° …(1)
１０° ＜ θ／ｎｐｒ ＜ ６７° …(2)
但し、ｎｐｒは反射型の光学特性可変光学素子に対向する光学面を有する光学素子の屈折率である。

（１４）前記反射型の光学特性可変光学素子が２つの透過型光学面の間の光路に配置され、次の式(11")を満足することを特徴とする請求項３又は上記（１３）に記載の光学系。
０．７＜ ｜Ｌ／ｆｗ｜ ＜ ５０ …(11")
但し、Ｌ＝Ｌ₁＋Ｌ₂＋・・・Ｌ_n・・・＋Ｌ_Bであり、前記光学特性可変光学素子を挟んで前後に位置する面であり、かつ、同一の透過面を構成しない２つの前記透過型光学面の間の光路内において、Ｌ₁は物体側から第１番目の反射面と該第１番目の反射面から物体側に最も近い透過型光学面までの距離、Ｌ₂は第１番目の反射面から第２番目の反射面までの距離、Ｌ_nは第ｎ−１番目の反射面から第ｎ番目の反射面までの距離、Ｌ_Bは最も後方の反射面と該最も後方の反射面から像側に最も近い透過型光学面までの距離である。但し、該像側に最も近い透過型光学面が移動する場合には該光学面が前記光学特性可変光学素子に最も近付いたときの距離である。ｆｗは光学系の焦点距離であり、焦点距離の変化する光学系の場合には最も短い状態（焦点距離の絶対値の小さい状態）の焦点距離である。

（１５）反射面の総数が２以上であることを特徴とする請求項３又は上記（１３）に記載の光学系。

（１６）２つ以上の反射面が連続して存在することを特徴とする請求項３、上記（１３）〜（１５）のいずれかに記載の光学系。

（１７）光軸が交叉することを特徴とする請求項３、上記（１３）〜（１６）のいずれかに記載の光学系。

（１８）光軸が交叉しないことを特徴とする請求項３、上記（１３）〜（１６）のいずれかに記載の光学系。

（１９）反射面の総数が２以上であることを特徴とする請求項４に記載の光学系。

（２０）２つ以上の反射面が連続して存在することを特徴とする請求項４又は上記（１９）に記載の光学系。

（２１）光軸が交叉することを特徴とする請求項４、上記（１９）、（２０）のいずれかに記載の光学系。

（２２）光軸が交叉しないことを特徴とする請求項４、上記（１９）、（２０）のいずれかに記載の光学系。

（２３）前記反射型の光学特性可変光学素子の直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率β１が次の式(9)を満足することを特徴とする請求項３、上記（１３）〜（２２）のいずれかに記載の光学系。
０．０５ ＜ ｜β１｜ ＜ １．１ …(9)

（２４）前記反射型の光学特性可変光学素子の物体側に負パワーのレンズ群を有し、該負パワーのレンズ群の焦点距離をｆ１、光学系の焦点距離をｆとしたとき、次の式(12)を満足することを特徴とする請求項３、上記（１３）〜（２２）のいずれかに記載の光学系。
−１０．０ ＜ ｆ１／ｆ ＜ −０．１５ …(12)

（２５）前記反射型の光学特性可変光学素子がその間に配置される、２つの前記光学面は、いずれも回転対称な曲面であり、反射型の光学特性可変光学素子の前後の光路に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光学系。

（２６）２つの光学面の光路間に挟まれた反射面を２面有し、そのうちの一方の反射面が反射型の光学特性可変光学素子であり、他方の反射面による光軸の偏向角をφとしたとき、次の式(3)又は式(4)を満足することを特徴とする光学系。
４５° ≦ θ／ｎｐｒ ＋ φ ≦ １３０° …(3)
９０° ≦ θ／ｎｐｒ ＋ φ ≦ ２２０° …(4)
但し、θは前記反射型の光学特性可変光学素子による光軸の偏向角、ｎｐｒは反射型の光学特性可変光学素子に対向する光学面を有する光学素子の屈折率である。

（２７）２つの光学面の光路間に挟まれた反射面を２面有し、そのうちの一方の反射面が反射型の光学特性可変光学素子であり、他方の反射面による光軸の偏向角をφとしたとき、次の式(3)又は式(4)を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学系。
４５° ≦ θ／ｎｐｒ ＋ φ ≦ １３０° …(3)
９０° ≦ θ／ｎｐｒ ＋ φ ≦ ２２０° …(4)
但し、θは前記反射型の光学特性可変光学素子による光軸の偏向角、ｎｐｒは反射型の光学特性可変光学素子に対向する光学面を有する光学素子の屈折率である。

（２８）２つの光学面の光路間に挟まれた反射面を２面有し、そのうちの一方の反射面が反射型の光学特性可変光学素子であり、他方の反射面による光軸の偏向角をφとしたき、次の式(5)又は式(6)を満足することを特徴とする光学系。
２５° ≦ φ ≦ ７５° …(5)
１０５° ≦ φ ≦ １５５° …(6)

（２９）２つの光学面の光路間に挟まれた反射面を２面有し、そのうちの一方の反射面が反射型の光学特性可変光学素子であり、他方の反射面による光軸の偏向角をφとしたとき、次の式(5)又は式(6)を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学系。
２５° ≦ φ ≦ ７５° …(5)
１０５° ≦ φ ≦ １５５° …(6)

（３０）前記反射型の光学特性可変光学素子の光学面の周辺部が固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学系。

（３１）変倍光学系であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学系。

（３２）前記反射型の光学特性可変光学素子よりも後方のレンズ群に凹レンズが２枚以上備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学系。

（３３）ある状態で、次の式(12)、式(13)、式(14)、式(15)、式(16)、式(17)のいずれかを満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学系。
−１０．０ ＜ ｆ１／ｆ ＜ −０．１５ …(12)
０ ＜ ｜ｍｄ／ｆ｜ ＜ ０．３ …(13)
０ ＜ ｍｄ²／Ｓｍ ＜ ５．０×１０^-4 …(14)
０ ≦ ｜Ｖｍ｜ ＜ ５００ …(15)
０ ≦ ｜φＤＭ×ｆ｜ ＜ １．００ …(16)
１．０ ＜ Ｃｊ／ｆ ＜ ６０．０ …(17)
但し、ｆ１は前記反射型の光学特性可変光学素子の物体側に負パワーのレンズ群を有する場合における該負パワーのレンズ群の焦点距離、ｆは前記反射型の光学特性可変光学素子の反射面が平面形状である場合における光学系の焦点距離、ｍｄは前記反射型の光学特性可変光学素子の最大変形量、Ｓｍは前記反射型の光学特性可変光学素子における光学的に有効な反射面の面積、Ｖｍは前記反射型の光学特性可変光学素子における駆動方式が電圧駆動方式の場合において焦点距離を変える時に該反射型の光学特性可変光学素子に印加する電圧、φＤＭは前記反射型の光学特性可変光学素子のパワーに比例する量、Ｃｊは光学系の全長である。

（３４）光軸折り曲げ部が光路上に少なくとも２箇所備えられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学系。

（３５）２つの反射面からなる光軸折り曲げ部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学系。

（３６）２つの反射面からなる光軸折り曲げ部が光路上に少なくとも２箇所備えられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学系。

（３７）次の式(7')及び式(8')を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学系。
３０° ≦ θ ≦ ６０° …(7')
３０° ≦ φ ≦ ６０° …(8')
但し、θは前記反射型の光学特性可変光学素子による軸上主光線の折り曲げ角、φは２つの光学面の光路間に挟まれた反射面を２面有し、そのうちの一方の反射面が反射型の光学特性可変光学素子である場合における、他方の反射面による光軸の偏向角である。

（３８）上記（１）〜（３７）のいずれかに記載の光学系を含むことを特徴とする光学装置。

（３９）回転対称な光学面を含む複数の光学面と、反射型の光学特性可変光学素子を備え、前記反射型の光学特性可変光学素子が２つの前記光学面の間の光路に配置され、前記反射型の光学特性可変光学素子による光軸の偏向角θが次の式(1)を満足することを特徴とする光学系。
１０° ＜ θ ＜ ６７° …(1)

（４０）回転対称な曲面の光学面が、反射型の光学特性可変光学素子の後方にある請求項３に記載の光学系を備え、前記反射型の光学特性可変光学素子が２つの前記光学面の間の光路に配置され、前記反射型の光学特性可変光学素子による光軸の偏向角θが次の式(1)を満足することを特徴とする光学系。
１０° ＜ θ ＜ ６７° …(1)

（４１）前記反射型の光学特性可変光学素子の後方に配置された回転対称な透過型光学面が曲面である請求項２又は４に記載の光学系。

（４２）回転対称な光学面と反射型の光学特性可変光学素子とからなる請求項２又は４に記載の光学系。

（４３）回転対称な反射面を有する請求項４に記載の光学系。

（４４）回転非対称な光学面を２面以上有する請求項４に記載の光学系。

（４５）結像面と反射型光学特性可変光学素子の位置関係が固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学系。

（４６）結像面と、いずれかの光学素子の位置関係が固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学系。

（４７）結像面と最も物体寄りの光学素子の位置関係が固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学系。

（４８）一部の光学素子が移動することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学系。

（４９）光学素子のシフト偏心、ティルト偏心が０であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学系。

（５０）撮像素子を備え、該撮像素子のティルト偏心が０でないことを特徴とする請求項１〜４、上記（４９）のいずれかに記載の光学系。

（５１）反射型光学特性可変素子を光学特性可変素子で置き換えた請求項１〜４、上記（１）〜（５０）のいずれかに記載の光学系。

（５２）反射型光学特性可変素子を反射型の光学素子で置き換えた請求項１〜４、上記（１）〜（５０）のいずれかに記載の光学系。

（５３）上記（３９）〜（５２）のいずれかに記載の光学系を備えた光学装置。

本発明の一実施形態にかかる可変ミラー４０９を用いたズーム撮像光学系の概略構成図である。 本発明の他の実施形態にかかる可変ミラーを用いた撮像光学系の概略構成図である。 本発明のさらに他の実施形態にかかる可変ミラーを用いた撮像光学系の概略構成図である。 本発明のさらに他の実施形態にかかる可変ミラーを用いた表示光学系の概略構成図である。 本発明の更に他の実施形態にかかるレンズ後方に光軸折り曲げ部を持つズーム撮像光学系の概略構成図である。 本発明の光学装置に適用可能な光学系の実施例１の概略構成を示すＹ−Ｚ断面図であり、広角端の状態を示している。 本発明の光学装置に適用可能な光学系の実施例１の概略構成を示すＹ−Ｚ断面図であり、標準の状態を示している。 本発明の光学装置に適用可能な光学系の実施例１の概略構成を示すＹ−Ｚ断面図であり、望遠端の状態を示している。 本発明の光学装置に用い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。 可変ミラー４０９の他の構成例を示す概略図である。 図９及び図１０の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９及び図１０の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。 可変ミラー４０９のさらに他の構成例を示す概略図である。 可変ミラー４０９のさらに他の構成例を示す概略図である。 可変ミラー４０９のさらに他の構成例を示す概略図である。 図１５の構成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。 可変ミラー４０９のさらに他の構成例を示す概略図である。 図１７の構成例におけるコイル４２７の一配置例を示す説明図である。 図１７の構成例におけるコイル４２７の他の配置例を示す説明図である。 図１５に示した構成例において、コイル４２７の配置を図１９に示した構成例のようにした場合に好適な永久磁石４２６の配置を示す説明図である。 本発明の光学装置の光学系に適用可能な可変ミラー４０９の概略構成図である。 可変ミラーのさらに他の構成例に係る、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。 マイクロポンプの一構成例を示す概略構成図である。 本発明の光学装置の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２４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２４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。 本発明の光学装置に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。 本発明の光学装置の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３０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。 本発明の光学装置の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３２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。 本発明の光学装置の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。 本発明の光学装置の光学系に他の構成例の可変焦点レンズ１４０を用いた撮像光学系の概略構成図である。 図３５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３６の可変焦点レンズが変形した状態を示す説明図である。 本発明の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。 本発明の光学装置の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の概略図である。 図３９の変形例に係る可変焦点レンズの状態説明図である。 本発明の光学装置の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図である。 本発明の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図である。 図４２の構成例に係る可変焦点レンズの状態説明図である。 本発明の光学装置の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ニカル効果を用いた可変焦点レンズの概略図である。 図４４の構成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。 本発明の光学装置の光学系に適用可能な可変ミラーのさらに他の構成例を示す概略図である。 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電磁駆動型の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

４５、１８８、４０９、４０９−１、４０９−２ 可変ミラー
５９、１４５、５１３ａ、５１３ｂ 透明電極
１０２、５１２ａ、５１２ｂ、５１２ｃ、５２２、５５２，５５３、８７１、９０２ レンズ
１０３ 制御系
１０４，１４１ 撮像ユニット
１４０、１６２、２０１、２０７、２１４、５１１、５５１ 可変焦点レンズ
１４２ 透明部材
１４３ 透明物質
１４４ ゼリー状物質
１４６ シリンダー
１４７ 支援部材
１６０、１８０ マイクロポンプ
１６１ 流体
１６３、１６５、２０２、２０４、５３２、５３３、５６２、５６３、５６６、５６７ 透明基板
１６４ 弾性体
１６８ 制御装置
１８１ 振動板
１８２、１８２、４０９ｂ、４０９ｋ、４５２ 電極
１８４、１８５ 弁
１８９ 膜
１８９ａ、４２３ 支持台
２００ 圧電材料
２００Ａ、２００Ｂ 薄板
２０８、２０９ 透明弾性体
２１０ アゾベンゼン
２１１ スペーサー
２０６、４０９ｃ−２，４５３ 電歪材料
３０３ 画像処理装置
３０４、４１１、４２５、４２５ｂ、４２８、８４６ 駆動回路
４０８、５２２ 固体撮像素子
４０９ａ 薄膜
４０９ｃ、４０９ｃ’ 圧電素子
４０９ｃ−１、４０９ｅ、４０９ｊ、４５１ 基板
４１１ａ、４１１ｂ、５１９ 可変抵抗器
４１２，５１６ 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
４２４ 振れセンサー
４２６ 永久磁石
４２７、４２８’ コイル
４４９ 釦
４５０、５６８ 反射膜
５０８ａ、５０８ｂ、５０９ａ、５０９ｂ レンズ面
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
５２１ 明るさ絞り
５３１ 可変焦点回折光学素子
５３１ａ、５３１ｂ、５３３ａ、５３３ｂ、５６２ａ、５６２ｂ、５６３ａ、５６３ｂ、５６６ａ、５６６ｂ、５６７ａ、５６７ｂ 面
５３９ａ、５３９ｂ 配向膜
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
５６２ｂ 透明基板５６２の内面
５６５ 可変焦点ミラー
５６６ｂ 透明基板５６６の内面
５６７ａ 透明基板５６７の内面
８００ 光軸
８０１ 凹レンズ
８０２、８７０ ミラー
８０３ レンズ系
８０４、８０５、８０６、８０７ レンズ群
８０８、８７２、ＦＬ フィルター群
８０９ ズーム撮像光学系
８２０，８３０、８３１ 曲面プリズム
８２３ 曲面ミラー
８２４、８３４−１、８３４−２ 反射面
８２５ 曲面プリズム８２０の可変ミラー４０９と対向する面
８６０、８６１ プリズム
８６３ 低屈折率の接着剤の面
ＤＭ 形状可変ミラー
ＦＬ フィルター群
Ｇ１、Ｇ３ 負のパワーを有する固定レンズ群
Ｇ２、Ｇ４ 正のパワーを有する移動レンズ群
Ｇ５ 正のパワーを有する固定レンズ群
Ｉ 像面
Ｌ１ メニスカス凹レンズ
Ｌ２１ 物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ２２、Ｌ４１、Ｌ４２、Ｌ５ 両凸レンズ
Ｌ３１ メニスカス凹レンズ
Ｌ３２ 物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ４３、Ｌ４４ 両凹レンズ
Ｓ 絞り

Claims (5)

1. 複数の回転対称な光学面と、１つあるいは複数の反射型の光学特性可変光学素子とからなり、前記反射型の光学特性可変光学素子が２つの前記回転対称な光学面の間の光路に配置され、前記反射型の光学特性可変光学素子による光軸の偏向角θが次の式(1)又は式(2)を満足することを特徴とする光学系。
   １０° ＜ θ ＜ ６７° …(1)
   １０° ＜ θ／ｎｐｒ ＜ ６７° …(2)
   但し、ｎｐｒは反射型の光学特性可変光学素子に対向する光学面を有する光学素子の屈折率である。
2. 複数の回転対称な透過型光学面と、反射型の光学特性可変光学素子を備え、前記反射型の光学特性可変光学素子が２つの前記回転対称な透過型光学面の間の光路に配置され、次の式(11")を満足することを特徴とする光学系。
   ０．７＜ ｜Ｌ／ｆｗ｜ ＜ ５０ …(11")
   但し、Ｌ＝Ｌ₁＋Ｌ₂＋・・・Ｌ_n・・・＋Ｌ_Bであり、前記光学特性可変光学素子を挟んで前後に位置する面であり、かつ、同一の透過面を構成しない２つの前記回転対称な透過型光学面の間の光路内において、Ｌ₁は物体側から第１番目の反射面と該第１番目の反射面から物体側に最も近い透過型光学面までの距離、Ｌ₂は第１番目の反射面から第２番目の反射面までの距離、Ｌ_nは第ｎ−１番目の反射面から第ｎ番目の反射面までの距離、Ｌ_Bは最も後方の反射面と該最も後方の反射面から像側に最も近い透過型光学面までの距離である。但し、該像側に最も近い透過型光学面が移動する場合には該光学面が前記光学特性可変光学素子に最も近付いたときの距離である。ｆｗは光学系の焦点距離であり、焦点距離の変化する光学系の場合には最も短い状態（焦点距離の絶対値の小さい状態）の焦点距離である。
3. 回転非対称な光学面を含む複数の光学面と、反射型の光学特性可変光学素子を備え、前記反射型の光学特性可変光学素子が２つの前記光学面の間の光路に配置され、前記反射型の光学特性可変光学素子による光軸の偏向角θが次の式(1)を満足することを特徴とする光学系。
   １０° ＜ θ ＜ ６７° …(1)
4. 回転非対称な光学面を含み、複数の透過型の光学面を有し、反射型の光学特性可変光学素子を備え、前記反射型の光学特性可変光学素子が２つの前記光学面の間の光路に配置され、次の式(11")を満足することを特徴とする光学系。
   ０．７＜ ｜Ｌ／ｆｗ｜ ＜ ５０ …(11")
   但し、Ｌ＝Ｌ₁＋Ｌ₂＋・・・Ｌ_n・・・＋Ｌ_Bであり、前記光学特性可変光学素子を挟んで前後に位置する面であり、かつ、同一の透過面を構成しない２つの前記透過型光学面の間の光路内において、Ｌ₁は物体側から第１番目の反射面と該第１番目の反射面から物体側に最も近い透過型光学面までの距離、Ｌ₂は第１番目の反射面から第２番目の反射面までの距離、Ｌ_nは第ｎ−１番目の反射面から第ｎ番目の反射面までの距離、Ｌ_Bは最も後方の反射面と該最も後方の反射面から像側に最も近い透過型光学面までの距離である。但し、該像側に最も近い透過型光学面が移動する場合には該光学面が前記光学特性可変光学素子に最も近付いたときの距離である。ｆｗは光学系の焦点距離であり、焦点距離の変化する光学系の場合には最も短い状態（焦点距離の絶対値の小さい状態）の焦点距離である。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の光学系を含むことを特徴とする光学装置。