JP2008276260A

JP2008276260A - 撮像装置

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Publication number: JP2008276260A
Application number: JP2008194366A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Sekiyama; 健太郎関山; Eiji Yasuda; 英治安田; Kimihiko Nishioka; 公彦西岡; Tetsuo Nagata; 哲生永田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2008-07-29
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2022-02-08
Also published as: JP4685907B2

Abstract

【課題】消費電力が小さく、音が静かで、応答時間が短く、機械的構造が簡単でコストダウンに寄与するとともに、外径が細く小型であるにもかかわらず、フォーカシング、及びズーミングが可能な光学系を提供する。
【解決手段】可変焦点レンズを有す山のぼり方式のオートフォーカスを行う撮像装置において、ピント合わせに必要な可変焦点レンズの変形量QRにくわえて、さらに少なくとも下記の式３７０で決まるSdの1/3だけピントを変化させるのに必要な変形量をQRの両端に有する可変焦点レンズを有する撮像装置。
Sd＝ｋ×Ｐ×Ｆｎｏ・・・式３７０
但し、
Ｐ＝√（Ｐｘ・Ｐｙ）
Ｐｘ：撮像素子の１画素のｘ方向の寸法
Ｐｙ：撮像素子の１画素のｙ方向の寸法
Ｆｎｏ：撮影光学系のＦナンバー
ｋ：定数（２〜３の間の値をとる）
である。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変焦点レンズ、可変焦点回折光学素子、可変偏角プリズム、可変焦点ミラー等の光学特性可変光学素子、及びこれらの光学特性可変光学素子を含む光学系を備えた、例えば、カメラやデジタルカメラやＴＶカメラのファインダー、望遠鏡や顕微鏡や双眼鏡等の観察光学系、眼鏡、ビデオプロジェクター、カメラ、デジタルカメラ、ＴＶカメラ、内視鏡、等の光学装置に関する。

従来のレンズは、ガラスを研磨して製造したレンズ、または成形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、ある光学系においてフォーカシングやズーミングを行うためには、レンズ群を光軸方向に移動させる必要があるので、機械的構造が複雑になっている。

特開２０００-１３１６１０号公報

特許文献１では、レンズ群の一部を移動させるためにモーター等を用いていたため、消費電力が大きい、音がうるさい、応答時間が長くレンズの移動に時間がかかる、等の欠点があった。

本発明は、従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、カメラやデジタルカメラやＴＶカメラや撮像機能付き携帯電話の撮像光学系、ファインダー、望遠鏡や双眼鏡や顕微鏡等の観察光学系、内視鏡や監視用カメラや小型のデジタルカメラの撮像光学系等、これらの光学系において、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とともに、外径が細く小型であるにもかかわらず、フォーカシング、及びズーミングが可能な光学系を提供することを目的とする。また、上記光学系以外にも、ロボットの目、撮像機能付き携帯電話、ドアスコープ用カメラ、車載カメラ、などにも利用できることは言うまでもない。

本発明の撮像装置は、例えば以下の内容のものである。
（１）可変ミラーと移動する光学素子群を有し、光学素子群が変倍機能を有し、可変ミラーがピント合わせ機能を有すズーム光学系。
（２）移動する光学素子群が負パワーを有す（１）に記載のズーム光学系。
（３）可変ミラーを有す山のぼり方式のオートフォーカスを行う撮像装置において、ピント合わせに必要な可変ミラーの変形量QRにくわえて、さらに少なくとも下記の式３７０で決まるSdの1/3だけピントを変化させるのに必要な変形量をQRの両端に有する可変ミラーを有す撮像装置。

Sd＝ｋ×Ｐ×Ｆｎｏ・・・式３７０
但し、
Ｐ＝√（Ｐｘ・Ｐｙ）
Ｐｘ：撮像素子の１画素のｘ方向の寸法
Ｐｙ：撮像素子の１画素のｙ方向の寸法
Ｆｎｏ：撮影光学系のＦナンバー
ｋ：定数（２〜３の間の値をとる）
である。
（４）可変ミラーと移動する光学素子群を有し、光学素子群が変倍機能を有し、可変ミラーがピント合わせ機能とコンペセータ機能を有すズーム光学系。
（５）第１光学素子群と、その後方に配置された可変ミラーまたは可変焦点レンズと、その後方に置かれた変倍光学素子群と、を有す（１）〜（４）に記載のズーム光学系。
（６）前から順に第１光学素子群と、可変ミラーまたは可変焦点レンズと、第２光学素子群または空気間隔と変倍光学素子群と光学素子群とからなる（１）〜（５）に記載のズーム光学系。
（７）ズーミング時またはフォーカシング時に、可変ミラーの変形とともに、ミラー反射面に対してほぼ垂直な方向への可変ミラー全体の平行移動も行うことも特徴とする、撮像光学系。
（８）ズーミング時またはフォーカシング時に、可変ミラーの変形とともに、可変ミラー全体をある方向に平行移動することを特徴とする撮像光学系。
（９）可変ミラー全体の最大の平行移動量をｘ、光学系の焦点距離をｆとしたときに、
０＜｜ｘ｜／ｆ＜１
を満たすことを特徴とする撮像光学系。
（１０）（７）又は（８）に従属する（９）に記載の撮像光学系。
（１１）移動するレンズ群が１つである（１）〜（１０）に記載の撮像光学系。
（１２）可変ミラーを備え、ある光学素子群の前後の２つの光学素子群が変倍のために常に同じ移動量で動き、その移動する２つの群は同じ符号のパワーを持ち、かつ前記、移動群に挟まれた群のパワーは逆符号であり、可変ミラーがフォーカス機能、あるいはコンペセータ機能を有するズーム光学系。
（１３）移動する２つの群のパワーが正である（１２）に記載のズーム光学系。
（１４）移動する２つの群のパワーが負である（１２）に記載のズーム光学系。
（１５）前方から順に負のパワーを有す群、可変ミラー、移動群のうちの前方、移動群に挟まれた群、移動群の後方を有す（１２）に記載のズーム光学系。
（１６）可変ミラーと変倍機能を有する変倍群を有し、可変ミラーがピント合わせ機能を有し、変倍群の前方に可変ミラーを配置したことを特徴とするズーム光学系。
（１７）可変ミラーと移動する光学素子群を有し、光学素子群が変倍機能を有する変倍群であり、可変ミラーがピント合わせ機能とコンペセータ機能を有し、変倍群の前方に可変ミラーを配置したことを特徴とするズーム光学系。
（１８）（７）〜（１５）に従属する（１６）〜（１７）に記載のズーム光学系。
（１９）回転対称レンズと可変ミラーを有す（１）〜（１８）に記載のズーム光学系。
（２０）回転対称レンズと可変ミラーとからなる（１）〜（１８）に記載のズーム光学系。
（２１）式３０１〜３０４を満たす（１）〜（２０）に記載のズーム光学系。
（２２）式３０５〜３０９を満たす（１）〜（２０）に記載のズーム光学系。
（２３）式３１１〜３１４を満たす（１）〜（２０）に記載のズーム光学系。
（２４）式３１６〜３２１を満たす（１）〜（２０）に記載のズーム光学系。
（２５）式３２２〜３２３を満たす（１）〜（２０）に記載のズーム光学系。
（２６）式３２４〜３２６を満たす（１）〜（２０）に記載のズーム光学系。
（２７）式３２７〜３２９を満たす（１）〜（２０）に記載のズーム光学系。
（２８）式３３０〜３３３を満たす（１）〜（２０）に記載のズーム光学系。
（２９）式３３５〜３３６を満たす（１）〜（２０）に記載のズーム光学系。
（３０）式３４０〜３４７を満たす（１）〜（２０）に記載のズーム光学系。
（３１）式３０１〜３４７の少なくとも２つ以上を満たす（１）〜（２０）に記載のズーム光学系。
（３２）式３４０〜３４７の少なくとも１つ以上と式３０１〜３３６の少なくとも１つ以上を満たす（１）〜（２０）に記載のズーム光学系。
（３３）明るさ絞りが可変ミラーの後方にあることを特徴とする（１）〜（２９）に記載のズーム光学系。
（３４）移動する光学素子群が正パワーを有す（１）〜（１６）に記載のズーム光学系。
（３４'）移動する光学素子群が負パワーを有す（１）〜（１６）に記載のズーム光学系。
（３５）静電気により駆動される可変ミラーを有し撮影時に、撮影する物体距離の範囲内で、可変ミラーの形状が凹面であることを特徴とする撮像装置。
（３６）物体に対するピントを変化させ、撮像した物体像の高周波成分を検出し、その高周波成分が最大になったところで、合焦状態と判断する山のぼり方式のオートフォーカスを有す撮像装置において、（３５）に記載の撮像装置。
（３７）（３６）においてオートフォーカスを行う場合に物体に対するピントを変化させるとき、可変ミラーの形状が平面になる状態を含む撮像装置。
（３８）可変ミラーを有す山のぼり方式のオートフォーカスを行う撮像装置において、ピント合わせに必要な可変ミラーの変形量QRにくわえて、さらに少なくとも式３７０で決まるSdだけピントを変化させるのに必要な変形量をQRの両端に有する可変ミラーを有す撮像装置。
（３９）可変ミラーを有すズーム光学系を有す山のぼり方式のオートフォーカスを行う撮像装置において、ピント合わせとコンペセータとして必要な可変ミラーの変形量QRにくわえて、さらに少なくとも式３７０で決まるSdだけピントを変化させるのに必要な変形量をQRの両端に有する可変ミラーを有す撮像装置。
（４０）可変ミラーを有すズーム光学系を有す山のぼり方式のオートフォーカスを行う撮像装置において、ピント合わせとコンペセータとして必要な可変ミラーの変形量QRにくわえて、さらに少なくとも式３７０で決まるSdの１／３だけピントを変化させるのに必要な変形量をQRの両端に有する可変ミラーを有す撮像装置。
（４１）（３５）に記載の特徴を有する（３）、（３８）〜（４０）に記載の撮像装置。
（４２）可変ミラーを備え、アクティブ方式のオートフォーカスを行う撮像装置。
（４３）可変ミラーと撮像素子を備え、アクティブ方式のオートフォーカスを行う電子撮像装置。
（４４）（１）〜（３４'）に記載の光学系を備えた（３５）〜（４３）に記載の撮像装置。
（４５）式１０２を満たす撮像装置。
（４６）撮像素子を備え、最も物体寄りの光学素子と撮像素子の位置関係が固定されていることを特徴とする（１）〜（３４'）に記載の光学系を備えた撮像装置。
（４７）撮像素子を備え、最も物体寄りの光学素子と撮像素子の位置関係が固定されていることを特徴とする（４４）に記載の撮像装置。
（４８）可変ミラーに代えて通常のミラーを用いたことを特徴とする（１）〜（４７）に記載の光学系又は撮像装置。
（４９）可変ミラーに代えて、可変焦点レンズを用いたことを特徴とする（１）〜（４７）に記載の光学系又は撮像装置。

形状可変ミラーとは、可変ミラーの一つであり、表面形状を凸面、平面、凹面に自由に変化させることで、光学パワー、又は収差を自由に変化させることができるミラーである。これによって、撮像系の物体距離が変化した場合でも、可変ミラーの形状を変化させるだけでピントを合わせることができる。このとき、可変ミラーの形状は、回転対称な曲面でもよいが、収差補正をより良く行うためには、回転非対称な面、あるいは自由曲面であることが望ましい。

その理由を以下に詳述する。まず、用いる座標系、回転非対称な面について説明する。軸上主光線が、光学系の第１面に交差するまでの直線によって定義される光軸をＺ軸とし、そのＺ軸と直交し、かつ、偏心光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、前記光軸と直交し、かつＹ軸と直交する軸をＸ軸とする。光線の追跡方向は、物体から像面に向かう順光線追跡で説明する。

一般に、球面レンズのみで構成された球面レンズ系では、球面により発生する球面収差と、コマ収差、像面湾曲等の収差をいくつかの面で互いに補正し合い、全体として収差を少なくする構成になっている。

一方、少ない面数で収差を良好に補正するためには、回転対称非球面等が用いられる。これは、球面で発生する各種収差自体を少なくするためである。
しかし、偏心した光学系においては、偏心により発生する回転非対称な収差を回転対称光学系で補正することは不可能である。この偏心により発生する回転非対称な収差は、歪曲収差、像面湾曲、さらに、軸上でも発生する非点収差、コマ収差がある。

まず、回転非対称な像面湾曲について説明する。例えば、無限遠の物点から偏心した凹面鏡に入射した光線は、凹面鏡に当たって反射結像されるが、光線が凹面鏡に当たって以降、像面までの後側焦点距離は、像界側が空気の場合、光線が当たった部分の曲率半径の半分になる。すると、図１４に示すように、軸上主光線に対して傾いた像面を形成する。このように、回転非対称な像面湾曲を補正するには回転対称な光学系では不可能である。

この傾いた像面湾曲をその発生源である凹面鏡Ｍ自身で補正するには、凹面鏡Ｍを回転非対称な面で構成し、この例ではＹ軸正の方向に対して曲率を強く（屈折力を強く）し、Ｙ軸負の方向に対して曲率を弱く（屈折力を弱く）すれば、補正することができる。また、上記構成と同様な効果を持つ回転非対称な面を、凹面鏡Ｍとは別に光学系中に配置することにより、少ない構成枚数でフラットな像面を得ることが可能となる。

また、回転非対称な面は、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対称面形状の面とすることが、自由度が増え収差補正上は好ましい。
次に、回転非対称な非点収差について説明する。上記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡Ｍでは、軸上光線に対しても図１５に示すような非点収差が発生する。この非点収差を補正するためには、上記説明と同様に、回転非対称面のＸ軸方向の曲率とＹ軸方向の曲率を適切に変えることによって可能となる。

次に、回転非対称なコマ収差について説明する。上記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡Ｍでは、軸上光線に対しても図１６に示すようなコマ収差が発生する。このコマ収差を補正するためには、回転非対称面のＸ軸の原点から離れるに従って面の傾きを変えると共に、Ｙ軸の正負によって面の傾きを適切に変えることによって可能となる。

また、本発明の偏心光学系では、前述の反射作用を有する少なくとも１つの面が軸上主光線に対し偏心し、回転非対称な面形状でパワーを有する構成も可能である。このような構成をとれば、その反射面にパワーを持たせることで発生する偏心収差をその面自体で補正することが可能となり、プリズムの屈折面のパワーを緩めることで、色収差の発生自体を小さくすることができる。

そして、本発明の偏心光学系の構成反射面の１つである形状可変ミラー、屈折率可変ミラーの面形状を回転非対称な面とすることが偏心収差を補正する上で望ましい。

以上説明したように、本発明によれば、形状可変ミラーを用いることにより、レンズ群を前後に駆動することなく、ミラーの表面形状を変化させるだけで、ズーミングやフォーカシングを行うことができる光学装置などを提供することができる。
なお、本発明で使用する自由曲面とは次の式(a)で定義されるものである。この定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。

Ｚ＝ｃｒ²／［１＋√｛１−（１＋ｋ）ｃ²ｒ²｝］
＋Σ_(j=2〜₆₆₎ＣjＸ^mＹⁿ ・・・(a)
ここで、上式(a)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
である。

自由曲面項は、
Σ_(j=2〜₆₆₎ＣjＸ^mＹⁿ
＝Ｃ₂Ｘ＋Ｃ₃Ｙ＋
＋Ｃ₄Ｘ²＋Ｃ₅ＸＹ＋Ｃ₆Ｙ²
＋Ｃ₇Ｘ³＋Ｃ₈Ｘ²Ｙ＋Ｃ₉ＸＹ²＋Ｃ₁₀Ｙ³
＋Ｃ₁₁Ｘ⁴＋Ｃ₁₂Ｘ³Ｙ＋Ｃ₁₃Ｘ²Ｙ²＋Ｃ₁₄ＸＹ³＋Ｃ₁₅Ｙ⁴
＋Ｃ₁₆Ｘ⁵＋Ｃ₁₇Ｘ⁴Ｙ＋Ｃ₁₈Ｘ³Ｙ²＋Ｃ₁₉Ｘ²Ｙ³＋Ｃ₂₀ＸＹ⁴＋Ｃ₂₁Ｙ⁵
＋Ｃ₂₂Ｘ⁶＋Ｃ₂₃Ｘ⁵Ｙ＋Ｃ₂₄Ｘ⁴Ｙ²＋Ｃ₂₅Ｘ³Ｙ³＋Ｃ₂₆Ｘ²Ｙ⁴＋Ｃ₂₇ＸＹ⁵＋
Ｃ₂₈Ｙ⁶
＋Ｃ₂₉Ｘ⁷＋Ｃ₃₀Ｘ⁶Ｙ＋Ｃ₃₁Ｘ⁵Ｙ²＋Ｃ₃₂Ｘ⁴Ｙ³＋Ｃ₃₃Ｘ³Ｙ⁴＋Ｃ₃₄Ｘ²Ｙ⁵
＋Ｃ₃₅ＸＹ⁶＋Ｃ₃₆Ｙ⁷・・・
ただし、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の他の定義式として、Zernike多項式により定義できる。この面の形状は次式(b)により定義する。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の軸の高さの極座標で定義され、ＡはＸ−Ｙ面内のＺ軸からの距離、Ｒ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)＋Ｄ₁₆Ｒ⁴si
n(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)
ただし、Ｄm（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。

本発明においては、(a)式中のxの奇数次の項を全て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。
また、偏心面については、光学系の基準面の中心からその面の面頂位置の偏心量（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、上記(a)式のＺ軸を中心とする傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。

また、偏心の順序は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の偏心が行われた後、α、β、γの順で座標系を回転させる。その座標系がミラー面のローカル座標となる。その後、反射された光線の座標系を定義するために、再びα、β、γの順で座標系を回転させて、定義座標系を定義する。

また、反射面の傾きだけを示す場合も、偏心量としてその面の中心軸の傾き角が与えられている。
また、非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向を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、本発明の各実施例の数値データに共通である。

以上の説明から明らかなように、本発明の撮像装置によれば、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
とともに、外径が細く小型であるにもかかわらず、フォーカシング、及びズーミ
ングが可能な撮像装置を提供することが出来る。

図８は本発明の一例（後述の実施例８）で、可変ミラー３０１を用いたデジタルカメラ、ＴＶカメラ等の電子撮像系に用いられる１．８倍のズーム光学系の例３０２である。

凸レンズ３０３、凹レンズ３０４とからなる第1群３０５、その後方に置かれた３０１、凸パワーのレンズ群３０６、凹パワーを持つバリエータ（変倍群）３０７凸レンズ３０８、３０９凹レンズ３１０からなる第4群３１１とからなる。３０７は直線上をＺ軸に平行に移動し、変倍が行なわれる。この時ピント移動が生じるが、３０１を変形させることで補償している。つまり３０１はコンペンセータの機能を有する。また物体距離が変わった時３０１を変形させることで４０８上に結像させることができる。つまりピント合わせを行なう場合、必ずしもレンズの移動を行なわせなくてもよい。３０１はコンペンセータとフォーカスの二つの機能を有するのである。

凹レンズで変倍を行なうと凸レンズの移動で変倍を行なう場合に比べ少ない移動量で同じ変倍比が得られるメリットがある。より高性能のズーム光学系を得るために、以下の条件式の少なくとも一つ以上を、少なくともあるズーム状態で満たすことが望ましい。

βｖをバリエータの倍率とすると
０．３＜｜βｖ｜＜６・・・式３０１
を満たすと光学系の全長が短くできてよい。なぜなら、レンズ系の物体〜像距離Ｉｏは式３０６に示すように倍率が−１倍の時に最小となるからである。つまりバリエータの倍率の絶対値が１になるズーム状態を含むようにすると良い。

０．５＜｜βｖ｜＜４．０・・・式３０２
であれば、より小型のズーム光学系が得られる。
０．６＜｜βｖ｜＜２．５・・・式３０３
とすれば、さらに小型化が可能である。特にバリエータが凹パワーの場合
０．７＜βｖ＜３．０・・・式３０４
であれば、より小型化が可能である。

広角端のバリエータ倍率をβｖｗ、望遠端のバリエータ倍率をβｖＴとすると
βｖｗ・βｖT＜５・・・式３０５
を満たすとよい。なぜなら同じズーム比を実現する場合、βｖｗ・βｖT＝１の時、バリエータの物体〜像距離Ｉｏを最小にできるからである。物体〜像距離Ｉｏは
Ｉｏ＝ｆｖ（−βｖ−１／βｖ＋２）・・・式３０６
で与えられるので、上記の結論が得られるのである。但し、ｆｖはバリエータの焦点距離である。

またさらに
０．３＜βｖｗ・βｖT＜３・・・式３０７
とすればさらに小型化できる。但し、βｖはバリエータの倍率である。また、βｖ＝−１の近傍でコンペンセータとしての可変ミラーの変形量は小さくなるので収差も良くできる。

０．５＜βｖｗ・βｖT＜２・・・式３０８
とすればなお良い。バリエータが正パワーを持つ場合は、
０．８＜βｖｗ・βｖT＜１．６・・・式３０９
とすればさらに小型のズームレンズが得られる。収差も式３０７、３０８と同じ理由で良くなる。

バリエータの焦点距離ｆｖは、次式３１１を満たすことが望ましい。ｆは３０２全体の焦点距離である。なおｆは可変ミラーが自由曲面形状になった場合、方位角によって変わるが、本発明ではＹ−Ｚ平面内近軸光線によって計算された焦点距離をｆと定義する。ｆの計算では、可変ミラーのパワーは無視してある。

−３＜ｆｖ／ｆ＜１５・・・式３１１
ｆｖ／ｆの値が下限を下回ると凹パワーによる変倍効率が小さくなりズームレンズとしての効果が薄れてくる。ｆｖ／ｆの値が上限を上回ると式３０６よりＩｏがのびるためレンズ全長が大きくなり好ましくない。

−２＜ｆｖ／ｆ＜５・・・式３１２
とすれば、さらにレンズの小型化で有利になる。また式３０６より、｜ｆｖ｜が小さいほどコンペンセータとしての可変ミラーの変形量が減るので収差的にも有利になる。

０．５＜ｆｖ／ｆ＜５・・・式３１３
とすればバリエータのパワーが正になり、広角時、主光線の光線高を下げやすいので有利である。

−３＜ｆｖ／ｆ＜−０．２・・・式３１４
とすれば、バリエータのパワーが負になり少ないレンズの移動量で倍率を大きく変えることができ有利である。

また第1群の焦点距離ｆ１は次式３１６を満たすことが望ましい。
ｆ１／ｆ＜０・・・式３１６
これは第1群を凹パワーにすることでレトロフォーカスタイプとし広角レンズにするのに有利だからである。また次に示す式３１８の下限は第4群の倍率β４の絶対値が小さくなりすぎないためにも必要である。なぜなら、可変ミラーのパワーが小さい場合これを無視すると
ｆ＝ｆ１・β２・βｖ・β４・・・式３１７
となるが、｜β２｜≒１、｜βｖ｜≒１と仮定すれば、ｆを固定した時ｆ１β４は逆比例の関係になるからである。但し、β２は可変ミラーとバリエータに挟まれた光学系の倍率である。その光学系が空気間隔の場合はβ２＝１である。

−２０＜ｆ１／ｆ＜−０．２・・・式３１８
とすれば、｜β４｜が小さくなることで４群より前のレンズ系で発生する収差の発生も抑えられてよい。式３１９の上限をｆ１／ｆが上回るとペッツバール和がマイナスになりすぎ像面湾曲収差が発生し不利となる。

−１２＜ｆ１／ｆ＜−０．６・・・式３１９
とすれば収差的にさらに有利である。バリエータが凸パワーなら
−５＜ｆ１／ｆ＜−０．６・・・式３２０
とすれば、広角化及び収差的にさらに有利である。バリエータが凹パワーなら
−２０＜ｆ１／ｆ＜−１・・・式３２１
とすれば、第1群での光線高も抑えられレンズの小型化で有利である。

バリエータより後群で像面までの光学系を第4群と呼ぶことにする。第4群の倍率をβ４としたとき、
０．１＜｜β４｜＜１．３・・・式３２２
であることが望ましい。｜β４｜が下限を下回ると第4群で発生する収差が増える。｜β４｜が上限を上回ると、式３１７より｜ｆ１｜が小さくなりすぎペッツバール和がマイナスになりすぎる。

０．２＜｜β４｜＜０．９・・・式３２３
とすれば収差的になお良い。

バリエータと第２群を合わせた光学系の前側焦点位置をＨｖ（符号は、光線の進む方向を正にとり、第２群の最前面の面頂を原点として測る。第２群とは可変ミラーとバリエータの間の光学系のことで、空気間隔でもよい）とすれば、
−０．２＜−Ｈｖ／ｆｖ・・・式３２４
であることが望ましい。これは、バリエータの前方に可変ミラーを置くためのスペースが必要なためバリエータを前方に出すことができず、このためバリエータの変倍範囲が制限されるのを防ぐためである。

−０．０７＜−Ｈｖ／ｆｖ＜３０・・・式３２５
とすればなおよい。
バリエータが凸パワーの場合は
０≦−Ｈｖ／ｆｖ＜２・・・式３２６
とすればバリエータが強いテレタイプにならず収差的に有利である。

Ｄｋｖを、可変ミラーからバリエータまでの空気換算長とすると（符号の取り方は、光線の進む方向を正とする）バリエータが凸パワーの場合
０≦｜（Ｄｋｖ＋Ｈｖ）／ｆｖ｜＜３・・・式３２７
であることが望ましい。Ｄｋｖ＋Ｈｖは、バリエータ＋第２群の光学系の主点位置が、可変ミラーに対してどれだけ"ずれ"ているかを示す量であり、この"ずれ"が小さいほど可変ミラーの変形量を小さくでき、収差の発生が少なくなり有利である。

０≦｜（Ｄｋｖ＋Ｈｖ）／ｆｖ｜＜２・・・式３２８
であればなお良い。
バリエータが凹パワーの場合は、
｜（Ｄｋｖ＋Ｈｖ）／ｆｖ｜＜５００・・・式３２９
であればよい。｜（Ｄｋｖ＋Ｈｖ）／ｆｖ｜の値が上限値を超えると、やはり収差の補正が困難となる。

Ｄｏｋを、第１群の最終面から可変ミラーまでの距離、Ｆｂｏを第１群の最終面から測った第１群の後側焦点位置とする。Ｄｏｋ、Ｆｂｏはともに光線の進む方向を正にとるものとする。バリエータが正パワーの場合
０＜（Ｄｏｋ−Ｆｂｏ）／ｆｖ＜５・・・式３３０
を満たすとよい。Ｄｏｋ−Ｆｂｏは可変ミラーから見た第１群の像までの距離を与えるが、バリエータ倍率は−１近傍であるからバリエータ主点が可変ミラー近傍にあれば
（Ｄｏｋ−Ｆｂｏ）／ｆｖ≒２
となり、この時可変ミラーの変形量は最も小さくでき収差も減るのである。したがって式３３０の上限、下限いずれを外れても収差が増加する。

０．３＜（Ｄｏｋ−Ｆｂｏ）／ｆｖ＜３．５・・・式３３１
であればなお良い。バリエータが凹パワーの場合は
−６０＜（Ｄｏｋ−Ｆｂｏ）／ｆｖ＜−３・・・式３３２
であれば、第１群より後の光学系に対する物点は充分遠方となり収差が減るので良い。但し、式３３２の下限を（Ｄｏｋ−Ｆｂｏ）／ｆｖが下回ると第１群が大きく前に出っ張り、レンズ系が大きくなるか｜ｆ１｜が大きくなり広角化が困難になるので好ましくない。上限を上回ると、第１群より後の光学系に対する物点が近くなり収差が増える。

−３０＜（Ｄｏｋ−Ｆｂｏ）／ｆｖ＜−５・・・式３３３
であればなお良い。
第４群が固定群の場合、その中に非球面を設けると良い。なぜなら、近距離物体の場合に生じる像面湾曲の倒れ（光線の進む方向と逆方向への像面の曲がり）が少ないからである。

可変ミラーへの軸上光線の入射角Φは
３９°＜Φ＜５５° ・・・式３３５
であるのが、ＴＶカメラ、デジタルカメラ等直方体のボディの場合にはデザイン上、機械設計上、加工上、組立て上、有利である。

４０°＜Φ＜５０° ・・・式３３６
であればなお良い。
なお、可変ミラーの代わりに可変焦点レンズを用いてもよい。上記の式は近軸理論に基づくものが大部分なので、それらについては可変焦点レンズについても成り立つのである。

また本発明の光学系に共通して言えることであるが、明るさ絞りは可変ミラーの後方に配置するのが良い。なぜなら可変ミラーの前方に配置すると、絞りから可変ミラー後群までの距離が長くなりすぎ、主光線の高さが絞り後群で高くなりすぎ、軸外の収差補正が困難になるからである。

図１７は可変ミラーの変形量（凹み量）と、撮像系の動作を示したものである。撮像装置の光学系は、ズーム光学系でも単焦点光学系でも良い。撮影する時点では可変ミラーの形状は図のＱ〜Ｒにある。撮影する前のオートフォーカス動作時にはＰ２〜Ｒ２の間の形状をとる。Ｐ〜Ｐ２、Ｒ２〜Ｓは製造誤差のバラツキを吸収するための余裕であるが、Ｐ２はＰと一致していても良く、R2はSと一致していても良い。

Ｐ２Ｑ及びＲＲ２の凹みの変化量は、撮像系の焦点深度Sd：
Sd＝ｋ×Ｐ×Ｆｎｏ・・・式３７０
分だけピントを変化させるのに必要な凹み量より大きい方がよい。これは、オートフォーカスでピントを探すときある程度大きく物体像をぼかした方がピント位置を検出しやすいからである。但し、
Ｐｘ：撮像素子の１画素のｘ方向の寸法
Ｐｙ：撮像素子の１画素のｙ方向の寸法
Ｐ＝√（Ｐｘ・Ｐｙ）
Ｆｎｏ：撮影光学系のＦナンバー
ｋ：定数（２〜３の間の値をとる）
である。

さらに、Ｐ２Ｑ及びＲＲ２の凹み量の変化としてはＳｄの２倍以上のピント変化に対応する量とすればオートフォーカスの精度が上がるのでなお良い。Sdの４倍以上のピント変化に対応する量とすればさらに良い。

なお可変ミラーの変形量が大きく取れない場合には、Ｐ2Ｑ、およびRR2の凹み量の変化としてはSdの１／３程度あれば良い。なぜならコントラストの低い被写体を除き、大体の被写体に対してはオートフォーカス可能だからである。

以上の議論では可変ミラーが凹む変形を行う場合について述べたが、これに限らず可変ミラ−の凸変形、凹変形いずれの場合についても、式３７０並びに、Ｐ2Ｑ、およびRR2の変形量の変化に対する条件は以下の議論含めて適用できるのは言うまでもない。

ズーム光学系を有する撮像装置の場合にはＱＲにはズーミングに伴うコンペンセータとしての変形量を含んでいてもよい。もちろん可変ミラーにコンペンセータの機能を持たせない場合にはＱＲとしてはピント調整分だけを含めておけばよい。

オートフォーカス方式として赤外光等を被写体に投射し、反射光強度から測距を行なうアクティブ方式の場合にはＰ２Ｑ、ＲＲ２に相当する変形は不要であり、可変ミラーの変形量が少なくてすむため撮像光学系の収差が減ってよい。

なお本発明の実施例の光学系は、山登り方式、アクティブ方式いずれのオートフォーカス方式とも組み合わせることができるのは言うまでもない。あるいは両方式を併用するオートフォーカスと組み合わせてもよい。

後述の実施例４は上記のコントラスト方式のオートフォーカスを用いた例であり、ｋ＝２、Ｐ＝２．５μmである。

本発明に共通して言えることであるが、光学系全体の焦点距離をｆで表している。ｆは、可変ミラーが凹面又は凸面の状態でも平面と見なして計算した焦点距離、つまり可変ミラーを除いた系の焦点距離である。

又、可変ミラーは変倍を主に行うレンズ群の前方に配置するのが望ましい。なぜなら可変ミラーがピント合わせ機能を有する場合、物体距離の変化とともに可変ミラーのパワーを変化させることになるが、変倍群が可変ミラーの後方にあれば変倍群の倍率に関係なく物体距離に応じて可変ミラーのパワーを変化させてフォーカスを行えば良く、光学設計上、可変ミラーの制御上、考え方がシンプルになり撮像系を設計しやすいからである。そしてこのメリットは、可変ミラーがコンペセータ機能を有する場合でも、有しない場合でも言える。

以下、実施例を掲げるが、バリエータを除くレンズと撮像素子は鏡枠等に固定されている。可変ミラーはその中心部が固定されている実施例と、その周辺部が固定されている実施例とがある。
以下、図面を参照して本発明の撮像装置の実施例を説明する。

実施例１〜１３の断面図をそれぞれ図１〜１３に示す。
実施例１〜１３のレンズデータ中、"ASP"は非球面、"FFS"は自由曲面、"DM"は形状可変ミラー、"OB"は物体距離を示す。屈折率、アッベ数はd線（587.56nm）のものである。長さの単位はmmである。可変の間隔Ｄi（i＝１、２、…）は、実施例１〜８及び１３では順に広角端〜標準〜望遠端での値を表し、実施例９〜１２では順に望遠端〜標準〜広角端での値を表す。物体距離が異なっても、ズーム状態の表記（"広角"、"標準"、"望遠"）が同じであれば、間隔Diは同じ値である。また各実施例とも最も像面側に２枚の平行平板が挿入されているが、これは撮像素子のカバーガラス、ＩＲカットフィルタ、ローパスフィルタを想定したものである。

データの記載されていない自由曲面、非球面等に関する項は０である。
又、各実施例の条件式の値を図１８の表に示す。

（実施例１）
物体距離ズーム焦点距離対角画角
状態１ ∞ 広角 4.125 62.44°
状態２ ∞ 標準 5.775 46.82°
状態３ ∞ 望遠 7.425 37.22°
状態４ 300mm 広角
状態５ 300mm 標準
状態６ 300mm 望遠
Fno.：2.84〜3.50
撮像面サイズ：4.4mm×3.3mm

面番号曲率半径面間隔偏心屈折率アッベ数
物体面 ∞ （物体距離）
1 -20.37 1.00 1.6346 52.3
2 ASP[1] 8.53
3 ∞ 0.00
4 FFS[1] （DM） 0.00 偏心[1]
5 ∞ -4.50
6 -6.53 -1.50 1.6575 33.0
7 -4.97 -0.31
8 -5.73 -2.46 1.7440 44.8
9 -6.93 D1＝-5.38〜-2.61〜-0.70
10 絞り面 -0.30
11 ASP[2] -1.65 1.5891 61.1
12 42.39 -1.13
13 -5.33 -2.23 1.4875 70.4
14 6.58 -0.87
15 5.84 -1.16 1.7545 28.2
16 -3.91 D2＝-1.36〜-4.13〜-6.04
17 -9.07 -1.69 1.6167 60.5
18 ASP[3] -0.61
19 ∞ -1.44 1.5477 62.8
20 ∞ -0.80
21 ∞ -0.60 1.5163 64.1
22 ∞ -0.30
像面 ∞
ASP[1]
曲率半径 10.74、k 0.0000
a -3.1561×10^-4、b 7.4345×10^-6、c -2.9402×10^-7、d 3.8352×10^-9
ASP[2]
曲率半径 -7.58、k 0.0000
a 7.2406×10^-4、b 3.3243×10^-5、c -2.1395×10^-6、d 6.9150×10^-7
ASP[3]
曲率半径 6.09、k 0.0000
a -3.0714×10^-3、b 1.1814×10^-4、c -4.5515×10^-6、d 6.6703×10^-8
FFS[1]
状態１状態２状態３状態４状態５状態６
Ｃ4 -3.9028×10^-4 0.0000 -2.1318×10^-4 -7.1316×10^-4 -2.7737×10^-4
-5.3988×10^-4
Ｃ6 -2.0669×10^-4 0.0000 -1.1191×10^-4 -3.8008×10^-4 -1.4380×10^-4
-2.7559×10^-4
Ｃ8 -1.1153×10^-5 0.0000 -1.1113×10^-6 -1.1264×10^-5 -1.0592×10^-6
-5.0322×10^-6
Ｃ10 -4.8904×10^-6 0.0000 -2.1291×10^-6 -6.9295×10^-6 -1.7984×10^-6
-4.2218×10^-6
Ｃ11 1.2709×10^-5 0.0000 -1.4733×10^-6 1.5502×10^-5 3.1151×10^-7 -
1.0475×10^-6
Ｃ13 1.3639×10^-5 0.0000 -5.5535×10^-7 1.6105×10^-5 1.7493×10^-6 9
.5344×10^-7
Ｃ15 3.2175×10^-6 0.0000 -2.1544×10^-7 3.7671×10^-6 -1.5870×10^-7
-3.8757×10^-7
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ decy Ｚ decz
α 45.00 β 0.00 γ 0.00
状態１状態２状態３状態４状態５状態６
decy 0.003 0 0.003 0.007 0.004 0.005
decz 0.003 0 0.003 0.007 0.004 0.005

実施例１は、図１に示すように、可変ミラーを用いたデジタルカメラ用の撮像装置１００の例である。

この実施例は、４つのレンズ群と１つの可変ミラー、平行平板、固体撮像素子から構成されている。可変ミラー１０２は、負のパワーを持つ第１レンズ群１０１とメニスカス状の正のパワーを持つ第２レンズ群１０３の間に配置されている。第３レンズ群１０４は正のパワーを持つバリエータ−で、光学系の画角を変えるために光軸と平行方向に移動する。第４レンズ群１０５は、固体撮像素子１０７の手前に配置された、正のパワーを持つレンズ群である。平行平板１０６は、赤外カットフィルタ、ローパスフィルタ、撮像素子のカバーガラス等を表したものである。

この実施例では、第３レンズ群１０４がバリエータとして機能し、可変ミラーがコンペンセータ及び、物体距離が変化したときのピント合わせ用として機能することで、ズーム比１．８倍の変倍が可能な光学系となっている。

（実施例２）↓
物体距離ズーム焦点距離対角画角
状態１ ∞ 広角 4.2 61.53°
状態２ ∞ 標準 6.3 43.29°
状態３ ∞ 望遠 8.4 33.15°
状態４ 300mm 広角
状態５ 300mm 標準
状態６ 300mm 望遠
Fno.：2.84〜3.49
撮像面サイズ：4.4mm×3.3mm

面番号曲率半径面間隔偏心屈折率アッベ数
物体面 ∞ （物体距離）
1 -16.83 1.01 偏心[1] 1.7748 50.1
2 ASP[1] 6.51 偏心[1]
3 ∞ 0.00
4 FFS[1] （DM） 0.00 偏心[3]
5 ∞ -4.00
6 -7.66 -1.37 1.7359 31.0
7 -6.63 -0.16
8 -11.46 -1.20 1.7850 45.2
9 -26.59 D1＝-8.05〜-3.73〜-0.10
10 絞り面 -0.10
11 ASP[2] -2.50 偏心[4] 1.5764 60.3
12 -43.52 -1.38 偏心[4]
13 -5.62 -2.53 偏心[5] 1.4900 70.0
14 6.86 -0.87 偏心[5]
15 5.31 -1.00 偏心[6] 1.7625 28.2
16 ASP[3] D2＝-0.62〜-4.95〜-8.58
偏心[6]
17 -7.77 -2.75 1.5111 67.0
18 6.00 -0.18
19 5.46 -1.47 1.7441 42.1
20 ASP[4] -0.46
21 ∞ -1.44 1.5477 62.8
22 ∞ -0.80
23 ∞ -0.60 1.5163 64.1
24 ∞ -0.50
像面 ∞ 0.00 偏心[7]
ASP[1]
曲率半径 8.84、k 0.0000
a -7.3333×10^-4、b 2.0902×10^-5、c -1.4698×10^-6、d 3.8957×10^-8
ASP[2]
曲率半径 -6.92、k 0.0000
a 3.4834×10^-4、b 1.2367×10^-5、c 6.8848×10^-7、d 7.0789×10^-8
ASP[3]
曲率半径 -5.12、k 0.0000
a -1.5211×10^-3、b 5.1273×10^-5、c -1.1665×10^-5、d 6.4114×10^-7
ASP[4]
曲率半径 5.65、k 0.0000
a -2.5044×10^-3、b 1.0252×10^-4、c -4.3124×10^-6、d 8.6293×10^-8
FFS[1]
状態１状態２状態３状態４状態５状態６
Ｃ4 -7.7351×10^-4 0.0000 -3.6890×10^-4 -1.0612×10^-3 -2.8544×10^-4
-6.5807×10^-4
Ｃ6 -3.8970×10^-4 0.0000 -1.8472×10^-4 -5.3605×10^-4 -1.4050×10^-4
-3.3171×10^-4
Ｃ8 -1.7161×10^-5 0.0000 -1.0527×10^-5 -2.1366×10^-5 -8.9812×10^-6
-1.6304×10^-5
Ｃ10 -8.1320×10^-6 0.0000 -5.5679×10^-6 -1.0448×10^-5 -3.9280×10^-6
-1.0714×10^-5
Ｃ11 1.2801×10^-5 0.0000 -3.3904×10^-7 1.5724×10^-5 4.9259×10^-7 -
1.4891×10^-6
Ｃ13 1.3267×10^-5 0.0000 -8.2321×10^-7 1.5533×10^-5 1.8986×10^-6 -
8.0202×10^-7
Ｃ15 2.9429×10^-6 0.0000 -2.2205×10^-7 3.3239×10^-6 -2.2832×10^-7
-7.4651×10^-7
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.12 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ decy Ｚ decz
α 45 β 0.00 γ 0.00
状態１状態２状態３状態４状態５状態６
decy 0.005 0 0.003 0.007 0.004 0.005
decz 0.005 0 0.003 0.007 0.004 0.005
偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ -0.07 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ -0.05 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
Ｘ 0.00 Ｙ -0.04 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
Ｘ 0.00 Ｙ -0.03 Ｚ 0.00
α -1.74 β 0.00 γ 0.00

実施例２は、図２に示すように、可変ミラーを用いたデジタルカメラ用の撮像装置１０８の例である。

この実施例は、上記の実施例１と構成はほぼ同じであるが、第４レンズ群を２枚レンズとしたことで、倍率色収差等の諸収差を抑え、さらにズーム比２．０倍の変倍が可能な光学系となっている。

この実施例では、第１レンズ群１０９と第３レンズ群１１２のそれぞれのレンズと固体撮像素子の撮像面に、z軸に対して垂直方向（図２の矢印の方向）に偏心を加えている。さらに、固体撮像素子の撮像面にはＸ軸を回転中心とするティルトも加えてある。可変ミラー１１０は自由曲面形状に変形することで反射による偏心収差を抑えているが、それでも残存する偏心収差に対して、レンズの偏心や撮像面のティルトが有効である。

図２の矢印の方向に偏心を加えることで、屈曲光学系に特有な台形ディストーションを抑える効果がある。
それぞれのレンズに加えた偏心量をΔ、光学系の焦点距離をｆとしたとき、
０＜｜Δ｜／ｆ＜０．２・・・式１０１
となることが望ましい。

式１０１の範囲でレンズを偏心させることで、台形ディストーション等の収差を効果的に抑えることができる。上限である０．２を超えると、偏心量が大きくなりすぎてしまい、周辺光線の収差が大きくなってくるのでバランスの良い収差補正が困難になってしまう。

また、固体撮像素子の撮像面に加えたティルト量をC（deg）としたとき、
０＜｜C｜＜１５・・・式１０２
となることが望ましい。

式１０２の範囲でレンズを偏心させることで、非対称成分を含む収差を効果的に抑えることができる。上限である１０を超えると、像面の両端における入射光の主光線傾角の差が大きくなりすぎてしまい、シェーディング等によって像面の両端での明るさが変わってきてしまう。

０＜｜C｜＜８・・・式１０３
とすればシェーディングの点ではなお良い。
０＜｜C｜＜３・・・式１０３−２
とすればさらに良い。

（実施例３）
物体距離ズーム焦点距離対角画角
状態１ ∞ 広角 4.2 61.53°
状態２ ∞ 標準 6.3 43.29°
状態３ ∞ 望遠 8.4 33.15°
状態４ 150mm 広角
状態５ 150mm 標準
状態６ 250mm 望遠
Fno.：2.84〜3.49
撮像面サイズ：4.4mm×3.3mm

面番号曲率半径面間隔偏心屈折率アッベ数
物体面 ∞ （物体距離）
1 -19.22 1.00 偏心[1] 1.7800 50.0
2 ASP[1] 6.57 偏心[1]
3 ∞ 0.00
4 FFS[1] （DM） 0.00 偏心[3]
5 ∞ -4.00
6 -7.55 -1.45 1.7742 26.1
7 -6.44 -0.20
8 -10.73 -1.29 1.7888 43.6
9 -24.90 D1＝-8.53〜-3.97〜-0.20
10 絞り面 -0.10
11 ASP[2] -2.35 偏心[4] 1.5755 60.3
12 -55.56 -1.34 偏心[4]
13 -5.75 -2.61 偏心[5] 1.4900 70.0
14 6.87 -0.83 偏心[5]
15 5.53 -1.00 偏心[6] 1.7646 28.8
16 ASP[3] D2＝-0.62〜-5.18〜-8.95
偏心[6]
17 -7.35 -2.80 1.4900 70.0
18 6.58 -0.21
19 6.00 -2.02 1.6773 45.5
20 ASP[4] -0.30
21 ∞ -1.44 1.5477 62.8
22 ∞ -0.80
23 ∞ -0.60 1.5163 64.1
24 ∞ -0.50
像面 ∞ 0.00 偏心[7]
ASP[1]
曲率半径 7.89、k 0.0000
a -7.8557×10^-4、b 2.1256×10^-5、c -1.5582×10^-6、d 4.1906×10^-8
ASP[2]
曲率半径 -7.08、k 0.0000
a 3.2960×10^-4、b 1.0965×10^-5、c 5.8519×10^-7、d 9.2692×10^-8
ASP[3]
曲率半径 -5.09、k 0.0000
a -1.5174×10^-3、b 5.8085×10^-5、c -1.6827×10^-5、d 1.3452×10^-6
ASP[4]
曲率半径 5.70、k 0.0000
a -2.9815×10^-3、b 1.1211×10^-4、c -3.8893×10^-6、d 5.0634×10^-8
FFS[1]
状態１状態２状態３状態４状態５状態６
Ｃ4 -7.2761×10^-4 0.0000 -4.1810×10^-4 -1.2865×10^-3 -5.5229×10^-4
-7.5325×10^-4
Ｃ6 -3.6010×10^-4 0.0000 -2.0911×10^-4 -6.5292×10^-4 -2.7621×10^-4
-3.7969×10^-4
Ｃ8 -1.2874×10^-5 0.0000 -1.1582×10^-5 -2.3385×10^-5 -1.1856×10^-5
-1.9045×10^-5
Ｃ10 -6.2363×10^-6 0.0000 -5.7799×10^-6 -1.2413×10^-5 -6.6142×10^-6
-1.2098×10^-5
Ｃ11 8.5992×10^-6 0.0000 -1.2374×10^-6 1.3026×10^-5 4.8420×10^-7 -
2.8955×10^-6
Ｃ13 8.0045×10^-6 0.0000 -1.7717×10^-6 1.2539×10^-5 2.4473×10^-6 -
2.3267×10^-6
Ｃ15 1.8452×10^-6 0.0000 -4.6466×10^-7 2.5536×10^-6 -3.7355×10^-7
-1.1379×10^-6
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.17 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ decy Ｚ decz
α 45 β 0.00 γ 0.00
状態１状態２状態３状態４状態５状態６
decy 0.005 0 0.004 0.007 0.004 0.006
decz 0.005 0 0.004 0.007 0.004 0.006

偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ -0.09 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ -0.07 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
Ｘ 0.00 Ｙ -0.06 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
Ｘ 0.00 Ｙ -0.05 Ｚ 0.00
α -2.16 β 0.00 γ 0.00

実施例３は、図３に示すように、可変ミラーを用いたデジタルカメラ用の撮像装置１１６の例である。

この実施例は、上記の実施例２と構成はほぼ同じであるが、それぞれのレンズの偏心と、撮像素子のティルトを大きくして、近点１５０ｍｍまでのフォーカシングが可能な光学系となっている。ズーム比は２．０倍である。

（実施例４）
物体距離ズーム Fno. 焦点距離
状態１ ∞ 広角 2.8449 4.22127
状態２ ∞ 標準 3.1912 5.75071
状態３ ∞ 望遠 3.4907 8.08140
状態５ 300mm 標準 3.1912 5.75071
撮像面サイズ：X 4mm×Y 3mm
Px＝Py＝2.5μm

面番号曲率半径面間隔偏心屈折率アッベ数
物体面 ∞ （物体距離）
1 39.4929 1.0000 1.78472 25.68
2 474.3906 7.2046
3 -42.6405 0.5000 1.88300 40.76
4 ASP[1] 8.0018
5 FFS[1] （DM） -0.0018 偏心[1]
6 999.0000 -0.3000
7 999.0000 -0.2307
8 999.0000 -0.5000
9 999.0000 D1＝-10.3161〜-7.2986〜-3.0040
10 絞り面 -0.0027
11 ASP[2] -1.5000 1.58913 61.14
12 35.8649 -0.3000
13 -5.1025 -1.9963 1.49700 81.54
14 7.2438 -0.2906
15 -8.7222 -1.0482 1.51633 64.14
16 -6.4397 -0.6000
17 8.8339 -0.3631 1.78472 25.68
18 ASP[3] D2＝-0.8526〜-3.8655〜-8.1673
19 -5.6538 -2.0000 1.58913 61.14
20 ASP[4] -0.7069
21 ∞ -1.4400 1.54771 62.84
22 ∞ -0.1000
23 ∞ -0.6000 1.51633 64.14
24 ∞ -0.1000
像面 ∞
ASP[1]
曲率半径 12.5383、k 0
a -3.7625×10^-4、b 1.6313×10^-5、c -5.6290×10^-7、d 6.9835×10^-9
ASP[2]
曲率半径 -10.8213、k 0
a 1.3870×10^-3、b 3.0924×10^-5、c 7.9884×10^-6、d -8.1500×10^-7
ASP[3]
曲率半径 -3.1489、k 0
a -7.5029×10^-9、b -8.0505×10^-9、c -1.2342×10^-5、d -1.9009×10^-5
ASP[4]
曲率半径 4.6193、k 0
a -8.9627×10^-3、b 4.0263×10^-4、c -1.2792×10^-5、d 2.4193×10^-11
FFS[1]
曲率半径 ∞、k 0
状態１状態２状態３状態５
Ｃ4 -2.7980×10^-3 -1.0000×10^-3 -1.4138×10^-3 -1.7067×10^-3
Ｃ6 -1.2465×10^-3 -7.0000×10^-4 -6.7280×10^-4 -7.8841×10^-4
Ｃ8 -1.2017×10^-5 0.0000 2.7504×10^-5 3.1915×10^-5
Ｃ10 -8.9620×10^-6 0.0000 -1.2445×10^-5 2.7793×10^-6
Ｃ11 3.7102×10^-5 0.0000 3.3091×10^-5 -1.7423×10^-7
Ｃ13 1.9287×10^-5 0.0000 2.5108×10^-5 -3.3681×10^-6
Ｃ15 4.3329×10^-6 0.0000 7.7926×10^-6 -2.4196×10^-6
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α -45.00 β 0.00 γ 0.00

図４に実施例４の断面図を示す。デジタルカメラ、ＴＶカメラ等に用いられる、２倍ズームのレンズの例である。座標系の原点は第１面の中心である。５面は可変ミラーであり、すべての状態で凹面である。６〜９面は仮想面である。６面以後座標系のＺが逆向きになる。このためＲ、Ｄ、非球面係数の符号が実際とは逆になっている。

可変ミラーは反射面の中心が固定されたまま変形するが、反射面の周辺が固定されたまま変形させても良い。
光軸は可変ミラーとの交点で９０度曲がる。光軸と可変ミラーの交点が可変ミラーの面形状の原点である。

図４に座標軸の方向を示した。１〜４面と５面と６面以後とで方向が異なるので注意を要する。撮像素子の撮像面は図に示すごとく、２３分傾斜している。これは、可変ミラーの変形に伴って像面の傾きが変化するがその時に最良の解像を得るために行なったものである。

可変ミラーは、レンズ群を移動して変倍する時に生ずる、ピント移動を補償するため、および物体距離が変化したとき、ピントを合わせるために変形する。
１１〜１８面が変倍レンズで、光軸に沿って移動する。

本実施例では静電駆動可変ミラーを用いるが、静電駆動可変ミラーは変形が凹面側に限られる。このため、物体無限遠でも標準状態の可変ミラーの形状が平面でないのは、レンズ部品、枠部品、組み立て誤差等の製造誤差のために、ピント位置が設計位置からずれるが、そのときでも可変ミラーの形状を平面に近づけてピントが合わせられるようにするためである。

また、コントラスト検出方式（山登り方式）のオートフォーカスを行う場合に、可変ミラーを変形させてピント位置を動かし、被写体像の高周波成分を検出して被写体像の高周波成分が最大になったところで合焦と判断するが、無限遠よりさらに遠方にピント位置を動かす為にもすべての状態で可変ミラーの形状を凹面にしておく必要がある。

（実施例５）
物体距離ズーム Fno. 焦点距離対角画角
状態１ ∞ 広角 3.022 4.801 61.2°
状態２ ∞ 標準 3.411 5.756 49.84°
状態３ ∞ 望遠 3.740 6.726 42.2°
状態４ 300mm 広角 3.001 4.801
状態５ 300mm 標準 3.392 5.756
状態６ 300mm 望遠 3.721 6.726
撮像面サイズ：4mm×3mm

面番号曲率半径面間隔偏心屈折率アッベ数
物体面 ∞ （物体距離）
1 -24.306 1.2 1.71297 31.69
2 ASP[1] 2.2345
3 73.3434 2 1.50461 66.38
4 -70.0057 7.0688
5 FFS[1] （DM） -4.2914 偏心[1]
6 -6.4021 -1.0841 1.71164 50.41
7 -5.1257 -0.3865
8 -5.6419 -2.3267 1.89494 24.58
9 -5.7514 D1＝-4.29597〜-2.53996〜-0.99848
10 絞り面 -0.835
11 ASP[2] -2.0224 1.58913 61.14
12 17.503 -1.0067
13 -6.0673 -2.153 1.497 81.54
14 8.6875 -0.8413
15 14.8278 -1.0216 1.84666 23.78
16 -3.8628 D2＝-1.71739〜-3.47341〜-5.01488
17 -16.9294 -2.0604 1.58913 61.14
18 ASP[3] -1.2241
19 ∞ -1.44 1.54771 62.84
20 ∞ -0.8
21 ∞ -0.6 1.51633 64.14
22 ∞ -0.5
像面 ∞

ASP[1]
曲率半径 9.4392、ｋ 0.0000
a -2.0683×10^-4、b 1.1006×10^-6、c -8.0740×10^-8、d 5.4537×10^-10
ASP[2]
曲率半径 -8.9634、ｋ 0.0000
a 8.1855×10^-4、b 2.9005×10^-5、c -2.9963×10^-6、d 3.7358×10^-7
ASP[3]
曲率半径6.9002、ｋ 0.0000
a -1.0905×10^-3、b 7.2538×10^-5、c -7.1600×10^-6、d 3.4177×10^-7
偏心[1]
X 0 Y 0 Z 0
α -45 β 0 γ 0
FFS[1]
状態１状態２状態３状態４状態５状態６
C4 -2.2433×10^-4 0.0000 -9.3831×10^-5 -5.0582×10^-4 -2.6002×10^-4
-3.8015×10^-4
C6 -1.1925×10^-4 0.0000 -5.1098×10^-5 -2.5619×10^-4 -1.2941×10^-4
-1.8895×10^-4
C8 -2.8598×10^-6 0.0000 -1.6606×10^-7 -4.9422×10^-6 -1.1846×10^-6
-1.0426×10^-6
C10 -1.6824×10^-6 0.0000 -8.8244×10^-7 -2.9138×10^-6 -1.4327×10^-6
-2.9231×10^-6
C11 6.7042×10^-6 0.0000 -2.1354×10^-6 8.3102×10^-6 1.1080×10^-6 -5
.1439×10^-7
C13 6.9240×10^-6 0.0000 -1.9547×10^-6 8.3939×10^-6 8.3965×10^-7 -8
.9360×10^-7
C15 1.7668×10^-6 0.0000 -4.1945×10^-7 1.9693×10^-6 1.2489×10^-7 -3
.5666×10^-7

実施例５は、図５に示すような、デジタルカメラ、テレビカメラ等の用いられる１．４倍ズーム撮像光学系である。

凹群２１１、可変ミラー２１２、凸群２１３、明るさ絞り２１４、凸群２１５、凸群２１６、赤外カットフィルター及びモアレ除去フィルター２１７で構成されており、全体でレトロフォーカスタイプの光学系となっている。凸群２１５は、バリエータであり、光軸方向（図のｚ軸方向）に移動することによって変倍を行う。

可変ミラー２１２は、コンペンセータ及びフォーカシングレンズの機能をもっており、変倍に伴うピント位置のずれ及び物体距離の変化に伴うピントずれを補償するために変形する。形状は、物体距離∞かつズーム標準状態のときに平面であり、それ以外の状態では自由曲面形状である。

凹群２１１は、凹レンズ２１８と凸レンズ２１９の2枚構成となっている。これによって、凹レンズ２１８で発生する強い負の歪曲収差を緩和する効果がある他、凹レンズ２１８における光線高を低くする効果がある。さらに前記２つの効果の結果として、光学系内に用いている非球面レンズの収差補正の負担を減らすことができるため、非球面量を緩和することができ、より製造しやすくなる。

図５の光線図は、代表的なものとして物体距離∞かつズーム状態が広角及び標準及び望遠のときのものである。また図５に示した座標系は、各状態共通である。ただし、可変ミラー２１２より物体側、可変ミラー２１２、可変ミラー２１２より像面側では、それぞれ異なる座標系を用いているため注意を要する。

（実施例６）
物体距離ズーム Fno. 焦点距離対角画角
状態１ ∞ 広角 3.980 4.652 57.1°
状態２ ∞ 標準 4.477 5.453 49.2°
状態３ ∞ 望遠 5.149 6.701 40.5°
状態４ 300mm 広角 3.961 4.652
状態５ 300mm 標準 4.459 5.453
状態６ 300mm 望遠 5.133 6.701
撮像面サイズ 4mm×3mm

面番号曲率半径面間隔偏心屈折率アッベ数
物体面 ∞ （物体距離）
1 -38.5523 2.045 1.744 44.78
2 ASP[1] 3.1074
3 63.3299 3.3731 1.51633 64.14
4 -55.7768 10.5953
5 FFS[1] （DM） -4.5963 偏心[1]
6 -106.8041 -2.0514 1.92286 18.9
7 -4240.8114 D1＝-6.80213〜-4.23488〜-0.76948
８絞り面 -0.0787
9 ASP[2] -6.2388 1.5725 57.74
10 23.4652 -1.2298
11 -8.3423 -2.3156 1.52249 59.84
12 11.2443 -0.8167
13 10.9717 -1.0734 1.84666 23.78
14 -4.447 D2＝-0.68903〜-3.25628〜-6.72167
15 -9.0599 -3.7612 1.5725 57.74
16 ASP[3] -1.5817
17 ∞ -1.44 1.54771 62.84
18 ∞ -0.8
19 ∞ -0.6 1.51633 64.14
20 ∞ -0.5
像面 ∞
ASP[1]
曲率半径 8.6410、ｋ 0.0000
A -4.5614×10^-4、B 2.9660×10^-6、C -1.3571×10^-7、D 1.5429×10^-9
ASP[2]
曲率半径 -9.4088、ｋ 0.0000
a 2.6088×10^-4、b 5.8088×10^-6、c -2.4412×10^-7、d 2.0243×10^-8
ASP[3]
曲率半径9.0075、ｋ 0.0000
a -1.3159×10^-3、b 6.5552×10^-5、c -5.2821×10^-6、d 2.0025×10^-7
FFS[1]
状態１状態２状態３状態４状態５状態６
C4 -2.4155×10^-4 0.0000 2.7301×10^-5 -4.2833×10^-4 -1.7222×10^-4 -
1.5675×10^-4
C6 -1.1909×10^-4 0.0000 1.5481×10^-5 -2.1381×10^-4 -9.1215×10^-5 -
7.6576×10^-5
C8 -3.5587×10^-6 0.0000 3.8957×10^-8 -2.8029×10^-6 8.3713×10^-7 5.
9061×10^-7
C10 -1.6571×10^-6 0.0000 -6.1292×10^-8 -1.8332×10^-6 -6.6528×10^-7
-1.6575×10^-6
C11 9.5081×10^-6 0.0000 -3.0453×10^-6 8.4450×10^-6 -1.5904×10^-6 -
4.5466×10^-6
C13 8.9905×10^-6 0.0000 -3.2328×10^-6 8.0447×10^-6 -1.2389×10^-6 -
4.7765×10^-6
C15 2.3001×10^-6 0.0000 -8.8762×10^-7 1.9921×10^-6 -2.5879×10^-7 -
1.2345×10^-6
偏心[1]
X 0 Y 0 Z 0
α -45 β 0 γ 0

実施例６は、図６に示すような、デジタルカメラ、テレビカメラ等の用いられる１．４倍ズーム撮像光学系である。

凹群２２１、可変ミラー２２２、凸群２２３、明るさ絞り２２４、凸群２２５、凸群２２６、赤外カットフィルター及びモアレ除去フィルター２２７で構成されており、全体でレトロフォーカスタイプの光学系となっている。凸群２２５は、バリエータであり、光軸方向（図のｚ軸方向）に移動することによって変倍を行う。

可変ミラー２２２は、コンペンセータ及びフォーカシングレンズの機能をもっており、変倍に伴うピント位置のずれ及び物体距離の変化に伴うピントずれを補償するために変形する。形状は、物体距離∞かつズーム標準状態のときに平面であり、それ以外の状態では自由曲面形状である。

本実施例は、凸群２２３が1枚構成であり、実施例５の凸群２１３よりも、レンズ枚数が少ない。したがって、より低コストにすることができる。
図６の光線図は、代表的なものとして物体距離∞かつズーム状態が広角及び標準及び望遠のときのものである。また図６に示した座標系は、各状態共通である。ただし、可変ミラー２２２より物体側、可変ミラー２２２、可変ミラー２２２より像面側では、それぞれ異なる座標系を用いているため注意を要する。

（実施例７）
物体距離ズーム Fno. 焦点距離対角画角
状態１ ∞ 広角 3.416 4.613 57.7°
状態２ ∞ 標準 3.859 5.452 48.8°
状態３ ∞ 望遠 4.415 6.703 39.8°
状態４ 300mm 広角 3.393 4.613
状態５ 300mm 標準 3.839 5.452
状態６ 300mm 望遠 4.394 6.703
撮像面サイズ 4mm×3mm

面番号曲率半径面間隔偏心屈折率アッベ数
物体面 ∞ （物体距離）
1 -28.7616 1.6339 1.72916 54.68
2 ASP[1] 5.017
3 54.6152 2.9255 1.497 81.54
4 -49.9256 4.5
5 FFS[1] （DM） D1＝-12.1381〜-10.03316〜-7.33504
偏心[1]
6 絞り面 -0.1297
7 ASP[2] -5.2993 1.58313 59.38
8 22.9382 -1.1742
9 -6.7237 -2.2996 1.456 90.33
10 9.6725 -0.8548
11 9.7133 -1.0241 1.72151 29.23
12 -3.9774 D2＝-1.10099〜-3.20589〜-5.90401
13 -11.478 -2.244 1.603 65.44
14 ASP[3] -1.4865
15 ∞ -1.44 1.54771 62.84
16 ∞ -0.8
17 ∞ -0.6 1.51633 64.14
18 ∞ -0.5
像面 ∞
ASP[1]
曲率半径 10.0576、ｋ 0.0000
a -4.0835×10^-4、b 4.3979×10^-6、c -1.5633×10^-7、d 1.9974×10^-9
ASP[2]
曲率半径 -9.1682、ｋ 0.0000
a 3.4194×10^-4、b 2.4869×10^-9、c 9.8662×10^-7、d -5.8064×10^-8
ASP[3]
曲率半径7.7704、ｋ 0.0000
a -1.5911×10^-3、b 8.6440×10^-5、c -7.3116×10^-6、d 2.9293×10^-7
FFS[1]
状態１状態２状態３状態４状態５状態６
C4 -3.2829×10^-4 0.0000 -2.6321×10^-6 -6.0794×10^-4 -2.5035×10^-4
-2.8099×10^-4
C6 -1.6462×10^-4 0.0000 -5.8132×10^-6 -3.0603×10^-4 -1.2764×10^-4
-1.4301×10^-4
C8 -8.0161×10^-6 0.0000 1.3356×10^-6 -5.9070×10^-6 2.6211×10^-6 3.
7096×10^-6
C10 -3.1928×10^-6 0.0000 1.6332×10^-7 -2.6085×10^-6 2.7854×10^-7 -
8.1693×10^-7
C11 1.1826×10^-5 0.0000 -4.6352×10^-6 1.1156×10^-5 -1.8158×10^-6 -
6.0249×10^-6
C13 1.1056×10^-5 0.0000 -4.1022×10^-6 1.0686×10^-5 -1.3540×10^-6 -
5.7482×10^-6
C15 2.8228×10^-6 0.0000 -1.0533×10^-6 2.5287×10^-6 -5.8769×10^-7 -
1.5497×10^-6
偏心[1]
X 0 Y 0 Z 0
α -45 β 0 γ 0

実施例７は、図７に示すような、デジタルカメラ、テレビカメラ等の用いられる１．４倍ズーム撮像光学系である。

凹群２３１、可変ミラー２３２、明るさ絞り２３３、凸群２３４、凸群２３５、赤外カットフィルター及びモアレ除去フィルター２３６で構成されており、全体でレトロフォーカスタイプの光学系となっている。凸群２３４はバリエータであり、光軸方向（図のｚ軸方向）に移動することによって変倍を行う。

可変ミラー２３２は、コンペンセータ及びフォーカシングレンズの機能を持っており、変倍に伴うピント位置のずれ及び物体距離の変化に伴うピントずれを補償するために変形する。形状は、物体距離∞かつズーム標準状態のときに平面であり、それ以外の状態では自由曲面形状である。

本実施例は、実施例５の凸群２１３及び実施例６の凸群２２３に相当する凸群がない。これによって、レンズ枚数が少なくなりより低コストにすることができ、又バリエータである凸群２３４の移動範囲を拡大することができよりズーム比の高い光学系にすることが容易になる、という効果がある。

図７の光線図は、代表的なものとして物体距離∞かつズーム状態が広角及び標準及び望遠のときのものである。また図７に示した座標系は、各状態共通である。ただし、可変ミラー２３２より物体側、可変ミラー２３２、可変ミラー２３２より像面側では、それぞれ異なる座標系を用いているため注意を要する。

（実施例８）
物体距離ズーム Fno. 焦点距離
状態１ ∞ 広角 5.0000 9.04749
状態２ ∞ 標準 3.8000 7.01436
状態３ ∞ 望遠 2.8000 5.08010
撮像面サイズ X 4mm×Y 3mm
Px＝Py＝5μm

面番号曲率半径面間隔偏心屈折率アッベ数
物体面 ∞ （物体距離）
1 ∞ 0.0000
2 35.1214 1.0000 1.78472 25.68
3 167.8232 1.0000
4 130.3582 0.2969 1.51633 64.14
5 ASP[1] 18.7302
6 FFS[1] （DM） -4.3019 偏心[1]
7 ∞ 0.0000
8 -7.7555 -2.3000 1.58913 61.14
9 32.1532（絞り面） -0.1123
10 1000.0000 -0.1000
11 1000.0000 D1＝-4.25292〜-2.62378〜-1.01260
12 ∞ -0.7833
13 ASP[2] -0.1000
14 1000.0000 -0.1000
15 5.7308 -0.6694 1.84666 23.78
16 -15.1681 -0.2586
17 1000.0000 -0.1000
18 ASP[3] D2＝0.24107〜-1.36283〜-2.96276
19 -15.3016 -2.0000 1.69680 55.53
20 13.8966 -0.3000
21 -8.9786 -5.3922 1.58913 61.14
22 ASP[4] -0.6387
23 49.9212 -1.0000 1.51633 64.14
24 -69.5147 -1.1964
25 ∞ -1.4400 1.54771 62.84
26 ∞ -0.1000
27 ∞ -0.6000 1.51633 64.14
28 ∞ -2.1000
像面 ∞
ASP[1]
曲率半径 11.4689、 k 0
a -1.4142×10^-4、b 1.4501×10^-7、c 1.0445×10^-8、d -4.0703×10^-13
ASP[2]
曲率半径1000.0000、k 0
ASP[3]
曲率半径1000.0000、k 0
ASP[4]
曲率半径 11.0623、k 0
a -2.8728×10^-3、b 1.4022×10^-4、c -3.9838×10^-6、d 3.4424×10^-10
FFS[1]
曲率半径 ∞、k 0
状態１状態２状態３
Ｃ4 1.6713×10^-3 0.0000 -7.2848×10^-4
Ｃ6 1.0083×10^-3 0.0000 -8.1095×10^-4
Ｃ8 -1.1132×10^-4 0.0000 3.4637×10^-5
Ｃ10 -1.8948×10^-5 0.0000 2.3972×10^-6
Ｃ11 8.9426×10^-5 0.0000 -4.4633×10^-5
Ｃ13 3.1405×10^-5 0.0000 4.9175×10^-5
Ｃ15 1.8300×10^-5 0.0000 -9.5845×10^-6
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α -45.00 β 0.00 γ 0.00

図８に実施例８の断面図を示す。１５〜１６面の凹レンズを動かして変倍を行う１．８倍ズームの例である。６面は可変ミラーで、変倍に伴うピント移動、物体距離変化に伴うピント移動を面形状を変化させることで行う。凹レンズで変倍を行うことで、凸レンズで変倍を行う場合に比べて少ないレンズの移動量で、大きな変倍を行うことができるメリットがある。

（実施例９）
物体距離ズーム Fno. 焦点距離
状態１ ∞ 望遠 5.0000 8.15692
状態２ ∞ 標準 3.8000 6.89107
状態３ ∞ 広角 2.8000 4.52486
状態５ 300mm 標準 3.8000 6.89107
撮像面サイズ X 4mm×Y 3mm
Px＝Py＝5μm

面番号曲率半径面間隔偏心屈折率アッベ数
物体面 ∞ （物体距離）
1 ∞ 0.0000
2 -303.0641 0.7000 1.51633 64.14
3 9.2736 1.0000
4 20.6261 1.2000 1.78472 25.68
5 ASP[1] 7.0000
6 FFS[1] （DM） -7.2293 偏心[1]
7 ∞ 0.0000
8 -6.7720 -2.3000 1.58913 61.14
9 70.7255（絞り面）-0.0225
10 ∞ -0.1000
11 ∞ D1＝-2.74171〜-1.85566〜0.13614
12 ∞ -0.7833
13 ASP[2] -1.0000 1.69680 55.53
14 189.1667 -0.4000
15 4.6448 -1.2571 1.84666 23.78
16 -22.3831 -0.1403
17 ∞ -0.1000
18 ASP[3] D2＝-0.29533〜-1.23656〜-3.19451
19 -14.4658 -2.0000 1.69680 55.53
20 9.9717 -0.3000
21 -9.2901 -3.5540 1.58913 61.14
22 ASP[4] -0.3626
23 107.3171 -0.8865 1.51633 64.14
24 -291.5336 -0.6489
25 ∞ -1.4400 1.54771 62.84
26 ∞ -0.1000
27 ∞ -0.6000 1.51633 64.14
28 ∞ -2.1000
像面 ∞
ASP[1]
曲率半径 342.4201、k 0
a -9.1895×10^-5、b 5.4102×10^-7、c -2.4185×10^-8、d -2.3500×10^-11
ASP[2]
曲率半径 -186.8247、k 0
ASP[3]
曲率半径 ∞、k 0
ASP[4]
曲率半径 9.1729、k 0
a -3.2236×10^-3、b 1.6799×10^-4、c -5.5687×10^-6、d 5.0927×10^-10
FFS[1]
曲率半径 ∞、k 0
状態１状態２状態３状態５
Ｃ4 2.2386×10^-3 1.5000×10^-3 5.5152×10^-4 4.7137×10^-4
Ｃ6 1.4954×10^-3 1.0000×10^-3 3.2716×10^-4 3.3428×10^-4
Ｃ8 -5.4914×10^-5 0.0000 -7.2448×10^-6 2.5619×10^-5
Ｃ10 -8.2461×10^-7 0.0000 1.7986×10^-6 6.2461×10^-6
Ｃ11 1.0352×10^-5 0.0000 1.1053×10^-7 -2.7914×10^-5
Ｃ13 -3.9167×10^-5 0.0000 -5.9980×10^-6 1.2558×10^-5
Ｃ15 -1.2899×10^-7 0.0000 -3.8539×10^-7 -1.2580×10^-5
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α -45.00 β 0.00 γ 0.00

図９に実施例９の断面図を示す。１３〜１６面の凹レンズ群を移動して変倍を行う１．８倍ズームレンズの例である。変倍レンズは凹凸の２枚構成で、収差の向上を実現している。

第1、第２レンズを凹、凸の構成にすることで可変ミラー６面までの距離を短くし、これにより実施例８より厚さの薄い光学系を実現することができた。
６面は可変ミラーで、変倍に伴うピント移動、物体距離変化に伴うピント移動を面形状を変化させることで行う。凹レンズで変倍を行うことで、少ないレンズの移動量で、凸レンズで変倍を行う場合に比べて大きな変倍を行うことができるメリットがある。

又、上記実施例８、９は凹変倍群の設計であるが、この場合、第１群〜形状可変ミラー〜第２群の系が全体として正パワーを有しており、負パワーの変倍群に対して虚物点を作るように構成されている。このようにすることで負パワーの変倍群で効果的に変倍を行なうことができる。

（実施例１０）
物体距離ズーム Fno. 焦点距離
状態１ ∞ 望遠 3.9000 8.23940
状態２ ∞ 標準 3.2000 6.41384
状態３ ∞ 広角 2.8000 5.47790
状態５ 300mm 標準 3.2000 6.41384
撮像面サイズ X 4mm×Y 3mm
Px＝Py＝2.5μm、k＝2.0

面番号曲率半径面間隔偏心屈折率アッベ数
物体面 ∞ （物体距離）
1 ∞ 0.0000
2 -504.0444 0.7000 1.51633 64.14
3 8.6811 1.0000
4 20.3265 1.2000 1.78472 25.68
5 ASP[1] 7.0000
6 FFS[1] （DM） -4.0000 偏心[1]
7 ∞ -2.2293
8 ∞ D1＝1.20003〜0.21911〜-0.43913
9 ∞ -1.0000
10 -9.4331 -2.3000 1.58913 61.14
11 222.2495（絞り面） -1.0000
12 ∞ D2＝-1.20003〜-0.21911〜0.43913
13 ∞ -0.6475
14 ∞ -1.0000
15 ASP[2] -1.0000 1.69680 55.53
16 2905.0515 -0.4000
17 4.9561 -0.1711 1.84666 23.78
18 -32.876 -0.0972
19 ∞ -0.3953
20 ASP[3] D3＝1.20003〜0.21911〜-0.43913
21 ∞ -1.0000
22 -11.9555 -2.0000 1.69680 55.53
23 11.2189 -0.3000
24 -6.4379 -4.2823 1.58913 61.14
25 ASP[4] -1.5598
26 ∞ D4＝-1.20003〜-0.21911〜0.43913
27 ∞ -0.9296
28 ∞ -1.4400 1.54771 62.84
29 ∞ -0.1000
30 ∞ -0.6000 1.51633 64.14
31 ∞ -2.1000
像面 ∞
ASP[1]
曲率半径 419.2460、k 0
a -9.4595×10^-5、b 7.2229×10^-7、c -2.5763×10^-8、d -1.0490×10^-10
ASP[2]
曲率半径 -1848.9723、k 0
ASP[3]
曲率半径 ∞、k 0
ASP[4]
曲率半径 23.0340、k 0
a -2.5469×10^-3、b 3.9717×10^-5、c -4.6619×10^-6、d 1.1907×10^-8
FFS[1]
曲率半径 ∞、k 0
状態１状態２状態３状態5
Ｃ4 2.2824×10^-3 1.5000×10^-3 1.9335×10^-4 1.1794×10^-3
Ｃ6 1.0312×10^-3 1.0000×10^-3 1.0345×10^-4 6.0055×10^-4
Ｃ8 9.4653×10^-6 0.0000 7.2377×10^-6 -2.1271×10^-5
Ｃ10 -1.2969×10^-5 0.0000 2.2733×10^-7 -6.3319×10^-6
Ｃ11 -2.6948×10^-5 0.0000 -4.0076×10^-6 -6.459×10^-6
Ｃ13 7.0776×10^-6 0.0000 -5.7967×10^-7 5.0297×10^-6
Ｃ15 -1.0268×10^-6 0.0000 -9.5026×10^-7 -2.6466×10^-6
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α -45.00 β 0.00 γ 0.00

図１０に実施例１０の断面図を示す。固定された１５面から１８面までの３群の前後の２群（１０〜１１面）と４群（２２〜２５面）が変倍のために常に同じ移動量で動く。つまり２群と４群とは機械的に一体化されていると思えば良い。そして２群と４群とは同じ符号のパワーを持ち、かつ３群とはパワーの符号が異なる。つまり３群が負パワーなら２，４群は正パワーである。３群が正パワーなら２，４群は負パワーである。

そして固体撮像素子のように撮像光学系から出射される主光線がテレセントリックであることを要求する用途では、３群が負パワーで２，４群が正パワーの構成にするのが良い。なぜなら４群が正パワーなら主光線をテレセントリックにしやすいからである。このようなズームレンズの形式は光学補正式ズームと呼ばれているものに似ているが、本実施例ではレンズ群の移動に伴うピント移動、並びに物体距離変化に伴うピント移動を可変ミラーで補正している。もちろん、いずれか一方を補正するのでもよい。

２つのレンズ群が同じ動きをするので、カムが不要で、コストが安いこと、パワー配分を選べば変倍時のピント移動が少ないので、可変ミラーの変形量が小さくできるメリットがある。

なお、３群は動いても良い。可変ミラーは１群と２群の間に配置されているが４群の後、等に配置しても良い。
このタイプの光学系では、バリエータとは、変倍時に動く光学素子群のうちで倍率の変化の比率の最も高い群を指すことにする。実施例１０で言えば４群である。４群は望遠端から広角端までで-0.976倍から-0.78倍に変わるが２群は望遠端から広角端までで、-0.325倍から-0.314倍に変わるだけである。従って４群の定義は前述の定義に加えて、４群はバリエータ自体でも良い。

このタイプの光学系にもこれまでに述べた条件式は適用されるが、式３２４〜３２９に対してはバリエータとは変倍時動くレンズ群のうち可変ミラーに近いレンズ群を指すものとする。

本発明のすべてに言えることであるが、光学素子群とは１つ以上の光学素子からなるブロックである。
次の条件式を満たすと良い。

０．３＜｜ｆ２／ｆ｜＜１０・・・式３４０
但し、ｆ２は移動する光学素子群のうち前方の光学素子群の焦点距離である。

｜ｆ２／ｆ｜が下限を下回ると収差が増え、上限を上回ると変倍作用、あるいは
コンペセータとしての機能が不足する。あるいは
０．６＜｜ｆ２／ｆ｜＜５・・・式３４１
とすればなお良い。

１．１＜｜ｆ２／ｆ｜＜５・・・式３４１−２
とすればさらに良い。
又、次の条件式を満たすと良い。

０．１５＜｜ｆ３／ｆ｜＜６・・・式３４２
但し、ｆ３は移動する光学素子群に挟まれた光学素子群の焦点距離である。

｜ｆ3／ｆ｜が下限を下回ると収差が増え、上限を上回ると移動する光学素子群と合わせた変倍作用、あるいはコンペセータとしての作用が不足する。

０．２５＜｜ｆ３／ｆ｜＜３・・・式３４３
とすればなお良い。
０．３５＜｜ｆ３／ｆ｜＜２．２・・・式３４３−２
とすればさらに良い。

又、次の条件式を満たすと良い。
０．１５＜｜ｆ4／ｆ｜＜７・・・式３４４
但し、ｆ４は移動する光学素子群のうち後方の光学素子群の焦点距離である。

｜ｆ4／ｆ｜が下限を下回ると収差が増え、上限を上回ると変倍作用、あるいはコンペセータとしての機能が不足する。

０．２５＜｜ｆ4／ｆ｜＜３・・・式３４４−２
とすればなお良い。
０．４＜｜ｆ4／ｆ｜＜２・・・式３４５
とすればさらに良い。式３４０〜３４５は本発明の他の実施例に対しても支障がない限り適用してよい。

（実施例１１）
物体距離ズーム Fno. 焦点距離
状態１ ∞ 望遠 4.5000 8.74026
状態２ ∞ 標準 3.2000 6.42951
状態３ ∞ 広角 2.8000 4.79958
状態５ 300mm 標準 3.2000 6.42951
撮像面サイズ X 4mm×Y 3mm
Px＝Py＝2.5μm、k＝2.1

面番号曲率半径面間隔偏心屈折率アッベ数
物体面 ∞ （物体距離）
1 ∞ 0.0000
2 -964.7304 0.7000 1.51633 64.14
3 9.5889 1.0000
4 17.7453 1.2000 1.78472 25.68
5 ASP[1] 7.0000
6 FFS[1] （DM） -4.0000 偏心[1]
7 ∞ -0.5000
8 ∞ D1＝1.68135〜0.59966〜-0.57528
9 ∞ -1.0000
10 -10.4257 -1.3000 1.58913 61.14
11 388.0611 -1.0000
12 ∞ D2＝-1.68135〜-0.59966〜0.57528
13 ∞ 0.0000
14 絞り面 -1.0000
15 ASP[2] -1.0000 1.69680 55.53
16 14410 -0.4000
17 4.1865 -0.1711 1.84666 23.78
18 -34.6352 -0.0967
19 ∞ -1.3953
20 ASP[3] D3＝1.68135〜0.59966〜-0.57528
21 ∞ -1.0000
22 -15.1800 -2.0000 1.69680 55.53
23 9.5514 -0.3000
24 -6.4630 -4.8432 1.58913 61.14
25 ASP[4] -1.2137
26 ∞ D4＝-1.68135〜-0.59966〜0.57528
27 ∞ -0.7234
28 ∞ -1.4400 1.54771 62.84
29 ∞ -0.1000
30 ∞ -0.6000 1.51633 64.14
31 ∞ -2.1000
像面 ∞
ASP[1]
曲率半径 559.6254、k 0
a -1.1630×10^-4、b 8.6486×10^-7、c -1.4621×10^-8、d -1.0484×10^-10
ASP[2]
曲率半径 -9397.6126、k 0
ASP[3]
曲率半径 ∞、k 0
ASP[4]
曲率半径 16.8496、k 0
a -3.0683×10^-3、b 7.9412×10^-5、c -6.1481×10^-6、d 7.1383×10^-10
FFS[1]
曲率半径 ∞、k 0
状態１状態２状態３状態5
Ｃ4 -5.0000×10^-4 -6.2241×10^-4 -5.0000×10^-3 -1.7652×10^-3
Ｃ6 -1.5288×10^-4 -3.4826×10^-4 -2.2850×10^-3 -8.0538×10^-4
Ｃ8 2.1605×10^-5 4.2421×10^-11 5.9732×10^-5 4.6464×10^-5
Ｃ10 -1.4053×10^-6 3.0300×10^-12 4.4807×10^-5 1.5296×10^-5
Ｃ11 2.7287×10^-6 2.1366×10^-10 3.8387×10^-5 8.945×10^-6
Ｃ13 9.4480×10^-7 7.2849×10^-11 2.0863×10^-5 9.2071×10^-6
Ｃ15 -1.5247×10^-6 9.1322×10^-12 1.6418×10^-6 -1.7323×10^-6
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α -45.00 β 0.00 γ 0.00

図１１に実施例１１の断面図を示す。この実施例は実施例１０と同タイプの構成である。絞りは凹パワーの固定群近傍に固定されている。このため、変倍時の光線高の変動が少ないメリットがある。

各条件式は実施例１０と同様に満たす。
可変ミラーはすべての撮影状態で凹面であり、静電駆動可変ミラーに適した設計となっている。そして可変ミラーの形状のうち、平面から撮影状態の凹面までの範囲はコントラスト方式のオートフォーカスの為の余裕である。つまり図１７のＰ２Ｑに相当する。

同様に、近点でのオートフォーカスのために、近点３００ｍｍの可変ミラーの形状より、さらに深い凹面に可変ミラーは変形する。つまり近点でのオートフォーカスのための余裕である。これは図１７のRR2に相当する。

また本発明に共通して言えることであるが、画角の比較的狭いズームレンズの場合には、式３１６を次式３４７で置き換えてもよい。
ｆ１／ｆ＜０またはｆ１／ｆ＞５・・・式３４７
これは、画角が狭い場合、レトロフォーカスタイプでなくても光学系の中の光線高を低く抑えられるからである。

（実施例１２）
物体距離ズーム Fno. 焦点距離
状態１ ∞ 望遠 4.5000 8.73317
状態２ ∞ 標準 3.2000 6.27299
状態３ ∞ 広角 2.8000 4.29905
状態５ 300mm 標準 3.2000 6.27299
撮像面サイズ X 4mm×Y 3mm
Px＝Py＝2.5μm、k＝2.5

面番号曲率半径面間隔偏心屈折率アッベ数
物体面 ∞ （物体距離）
1 ∞ 0.0000
2 -482.8203 0.7000 1.51633 64.14
3 6.3094 1.0000
4 27.9840 1.2000 1.78472 25.68
5 ASP[1] 5.0000
6 FFS[1] （DM） -4.0000 偏心[1]
7 ∞ -0.5000
8 ∞ D1＝2.93012〜1.71055〜0.01162
9 ∞ -1.0000
10 -9.1491 -1.3000 1.58913 61.14
11 1065.1375 -1.0000
12 ∞ D2＝-2.93012〜-1.71055〜-0.01162
13 ∞ 0.5000
14 絞り面 -1.0000
15 ASP[2] -1.0000 1.69680 55.53
16 290700 -0.4000
17 5.8684 -0.1711 1.84666 23.78
18 -80.3252 -0.2000
19 ∞ -1.8953
20 ASP[3] D3＝2.93012〜1.71055〜0.01162
21 ∞ -1.0000
22 -15.1465 -2.0000 1.69680 55.53
23 10.5668 -0.3000
24 -8.2373 -4.3398 1.58913 61.14
25 ASP[4] -2.0230
26 ∞ D4＝-2.93012〜-1.71055〜-0.01162
27 ∞ -1.2057
28 ∞ -1.4400 1.54771 62.84
29 ∞ -0.1000
30 ∞ -0.6000 1.51633 64.14
31 ∞ -2.1000
像面 ∞
ASP[1]
曲率半径 322.8961、k 0
a -1.8286×10^-4、b -4.7666×10^-6、c -3.6610×10^-8、d -1.0357×10^-9
ASP[2]
曲率半径 -125200、k 0
ASP[3]
曲率半径 ∞、k 0
ASP[4]
曲率半径 53.5355、k 0
a -2.0411×10^-3、b 1.8960×10^-4、c -2.1343×10^-5、d 7.5729×10^-7
FFS[1]
曲率半径 ∞、k 0
状態１状態２状態３状態５
Ｃ4 -1.0000×10^-3 8.0649×10^-4 -1.0000×10^-3 2.6458×10^-4
Ｃ6 -3.8000×10^-4 4.0553×10^-4 -3.5320×10^-4 1.0179×10^-4
Ｃ8 -6.5634×10^-7 9.6342×10^-6 8.1981×10^-6 8.9472×10^-6
Ｃ10 -3.2350×10^-6 6.8916×10^-6 1.4590×10^-5 3.6633×10^-6
Ｃ11 -8.6083×10^-6 -2.7438×10^-5 3.6593×10^-6 -2.4821×10^-5
Ｃ13 -9.4944×10^-6 -9.8705×10^-6 -1.0661×10^-6 -9.8971×10^-7
Ｃ15 -8.2680×10^-6 -8.2617×10^-6 -1.2234×10^-5 -6.6129×10^-6
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α -45.00 β 0.00 γ 0.00

図１２に実施例１２の断面図を示す。この例も実施例１０、１１と同タイプであるが、可変ミラーの変形量を減らすために、凹、凸両側に変形するように設計してある。

また、第１群の負パワーを強くし、広角にしてある。可変ミラーから第1レンズまでの距離が小さく、小型のデジタルカメラ、カード型デジタルカメラに向く。

（実施例１３）
物体距離ズーム焦点距離対角画角
状態１ ∞ 広角 4.2 61.53°
状態２ ∞ 標準 6.3 43.29°
状態３ ∞ 望遠 8.4 33.15°
状態４ 300mm 広角
状態５ 300mm 標準
状態６ 300mm 望遠
Fno.：2.82〜3.52
撮像面サイズ：4.4mm×3.3mm

面番号曲率半径面間隔偏心屈折率アッベ数
物体面 ∞ （物体距離）
1 -14.36 1.00 偏心[1] 1.7291 45.7
2 ASP[1] 6.45 偏心[1]
3 ∞ 0.00
4 FFS[1] （DM） 0.00 偏心[3]
5 ∞ -3.80
6 -7.65 -2.19 1.6831 31.6
7 -6.02 -0.14
8 -8.31 -2.00 1.7453 41.7
9 -16.30 D1＝-7.11〜-3.37〜-0.12
10 絞り面 -0.10
11 ASP[2] -2.69 偏心[4] 1.5821 62.5
12 -31.78 -1.38 偏心[4]
13 -5.27 -2.44 偏心[5] 1.4875 70.4
14 6.74 -0.96 偏心[5]
15 4.81 -0.80 偏心[6] 1.7551 27.6
16 ASP[3] D2＝-0.58〜-4.32〜-7.57
偏心[6]
17 -9.41 -2.61 1.6001 61.4
18 6.52 -0.20
19 5.89 -1.54 1.7444 43.9
20 ASP[4] -0.10
21 ∞ -1.44 1.5477 62.8
22 ∞ -0.80
23 ∞ -0.60 1.5163 64.1
24 ∞ -0.50
像面 ∞ 0.00 偏心[7]
ASP[1]
曲率半径 9.74、k 0.0000
a -6.2519×10^-4、b 1.2541×10^-5、c -7.6432×10^-7、d 1.7319×10^-8
ASP[2]
曲率半径 -6.60、k 0.0000
a 4.2068×10^-4、b 2.6754×10^-5、c -3.3993×10^-6、d 5.4375×10^-7
ASP[3]
曲率半径 -5.34、k 0.0000
a -1.4669×10^-3、b -2.5868×10^-5、c 2.4908×10^-5、d -3.9721×10^-6
ASP[4]
曲率半径 5.62、k 0.0000
a -2.9782×10^-3、b 1.2391×10^-4、c -4.8542×10^-6、d 7.6341×10^-8
FFS[1]
状態１状態２状態３状態４状態５状態６
Ｃ4 -7.5312×10^-4 0.0000 -3.4212×10^-4 -1.0695×10^-3 -3.0806×10^-4
-6.5191×10^-4
Ｃ6 -3.7728×10^-4 0.0000 -1.7218×10^-4 -5.4546×10^-4 -1.5079×10^-4
-3.2651×10^-4
Ｃ8 -1.3987×10^-5 0.0000 -7.6019×10^-6 -1.5925×10^-5 -6.6752×10^-6
-1.7035×10^-5
Ｃ10 -5.6901×10^-6 0.0000 -3.6267×10^-6 -8.3321×10^-6 -2.9455×10^-6
-7.9035×10^-6
Ｃ11 1.0628×10^-5 0.0000 9.5627×10^-7 1.4199×10^-5 1.1005×10^-6 4.
3390×10^-7
Ｃ13 1.0528×10^-5 0.0000 8.5460×10^-7 1.3836×10^-5 2.1106×10^-6 1.
0298×10^-6
Ｃ15 2.4609×10^-6 0.0000 2.2087×10^-7 2.9930×10^-6 -5.0391×10^-8 -
1.4066×10^-7
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.10 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ decy Ｚ decz
α 45 β 0.00 γ 0.00
状態１状態２状態３状態４状態５状態６
decy 0.009 0 0 0.008 0.002 0.001
decz 0.009 0 0 0.008 0.002 0.001
偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ -0.02 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ -0.01 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α -1.86 β 0.00 γ 0.00

実施例１３は、図１３に示すように、可変ミラーを用いたデジタルカメラ用の撮像装置１０１の例である。

この実施例は、レンズと撮像素子に偏心を加えている点で、前記の実施例２および実施例３と構成がほぼ同じであるが、可変ミラーの変形時に、ミラー反射面に対して垂直な方向への可変ミラー全体の平行移動も同時に行っている。これによって、可変ミラーによって発生する偏心収差を抑えている。

この実施例では、ズーミング時やフォーカシング時に可変ミラー表面の変形とともに、可変ミラー全体の平行移動も行っている。これによって、ミラー表面の変形だけでは補正しきれない収差を、適正な範囲で抑えることができる。

可変ミラー全体の最大の平行移動量をｘ、光学系の焦点距離をｆとしたときに、
０＜｜ｘ｜／ｆ＜１
を満たすことが望ましい。上限を超えると、ミラーを平行移動するためのスペースを確保することが困難になる。また、光学系をコンパクトにすることが難しくなる。

本発明に共通して言えることであるが、ズーム光学系の場合、本発明の各条件式に対して少なくとも一つのズーム状態においてその条件式を満たしていればよい。又ズーム光学系の場合、変倍群が正パワーを持てばレンズ構成はレトロフォーカスタイプを取りやすく広角化が容易でよい。変倍群が負パワーを持てば変倍群の少ない移動量で大きな変倍が実現できてよい。

最後に各実施例における座標系の定義について述べておく。
（実施例１〜３、１３）
物体中心を出てかつ物体面に垂直な直線をｚ軸とする。光学系に入射する光線の進行方向をZ軸正方向とし、このZ軸と像面中心を含む平面をY‐Z平面とし、原点を通りY‐Z平面に直交し、紙面の手前から裏面側に向かう方向をX軸正方向とし、X軸、Z軸と右手直交座標系を構成する軸をY軸とする。

これらの実施例では、このY‐Z平面内で各面の偏心を行っており、また、各回転非対称自由曲面の唯一の対称面をY‐Z面としている。
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。

偏心面については、対応する座標系の原点から、その面の面頂位置の偏心量（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傾き角（それぞれα、β、γ（°））とが与えられている。なお、その場合、αとβの符号はそれぞれＸ軸、Ｙ軸の正方向に対して反時計回り正とし、γの符号はＺ軸の正方向に対して時計回りを正とする。

偏心はディセンタアンドリターンで行われる。つまり、ｋ面が偏心していたときに、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する。

偏心の順序は、その面の面頂位置をX軸方向、Y軸方向、Z軸方向にそれぞれX、Y、Zだけ偏心させた後、その面のX軸を中心とする回転角α、Y軸を中心とする回転角β、Z軸を中心とする回転角γ、の順にティルトが行われる。

また、反射面の偏心の表現は、以下のようになる。偏心は全てY‐Z面内で行われるので、反射面の回転角をX軸中心の回転角αだけで表現できる。β、γは常に０となる。そして、反射面をαだけ回転させたとき、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２αだけ回転させたものとして定義する。このとき、反射前と反射後で、軸上主光線の進行方向と光学系のZ軸正方向が逆になるので注意が必要である。

また、ミラー面の変形の符号については、ミラー面が自由曲面形状に変形しているとき、パワー成分である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、パワー成分である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。
（実施例４〜１２）
α、β、γの符号について、それぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の正方向に対して時計回りを正とする点以外は上記と同様である。

以上の説明では、すべて可変ミラーを用いた光学系について述べてきた。しかしながら、可変ミラーの代わりに通常の（形状の変わらない）ミラーを用いた場合にも、特に支障を来さない限り前述の条件式・制限等を適用してよい。なぜならミラーを用いた折り曲げ光学系の小型化のメリットはそのまま保たれるからである。また可変ミラーのパワーは弱いので、通常のミラーに置き換えることも技術的に容易である。
以上のような本発明によるズーム光学系は、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、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。

また、上述のズーム光学系では、レンズ群中に反射面を有する構成のズーム光学系について説明したが、反射面を有しない構成のズーム光学系についても可変形状面を備えた光学素子、例えば、可変焦点レンズ等を用いて構成すれば、小型化、低コスト化、省電力化、作動音の静音化等の効果を達成することが可能である。更に、可変形状面を有しない可変焦点ミラーを前記実施例に用いても良い。なお、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。

次に、本発明の光学系あるいは撮像装置に適用可能な形状可変ミラーの構成例について説明する。
図１９は本発明のズーム光学系に適用可能な可変ミラーとして光学特性可変ミラーを用いたデジタルカメラのケプラー式ファインダーの概略構成図である。本例の構成は、もちろん銀塩フィルムカメラにも使うことができる。まず、光学特性可変形状鏡４０９について説明する。

光学特性可変形状鏡４０９は、アルミコーティングされた薄膜（反射面）４０９ａと複数の電極４０９ｂからなる光学特性可変形状鏡（以下、単に可変形状鏡と言う。）であり、４１１は各電極４０９ｂにそれぞれ接続された複数の可変抵抗器、４１２は可変抵抗器４１１と電源スイッチ４１３を介して薄膜４０９ａと電極４０９ｂ間に接続された電源、４１４は複数の可変抵抗器４１１の抵抗値を制御するための演算装置、４１５，４１６及び４１７はそれぞれ演算装置４１４に接続された温度センサー、湿度センサー及び距離センサーで、これらは図示のように配設されて１つの光学装置を構成している。

なお、対物レンズ９０２、接眼レンズ９０１、及び、プリズム４０４、二等辺直角プリズム４０５、ミラー４０６及び可変形状鏡の各面は、平面でなくてもよく、球面、回転対称非球面の他、光軸に対して偏心した球面、平面、回転対称非球面、あるいは、対称面を有する非球面、対称面を１つだけ有する非球面、対称面のない非球面、自由曲面、微分不可能な点又は線を有する面等、いかなる形状をしていてもよく、さらに、反射面でも屈折面でも光に何らかの影響を与え得る面ならばよい。以下、これらの面を総称して拡張曲面という。

また、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との間に電圧が印加されると、静電気力により薄膜４０９ａが変形してその面形状が変化するようになっており、これにより、観察者の視度に合わせたピント調整ができるだけでなく、さらに、レンズ９０１，９０２及び／又はプリズム４０４、二等辺直角プリズム４０５、ミラー４０６の温度や湿度変化による変形や屈折率の変化、あるいは、レンズ枠の伸縮や変形及び光学素子、枠等の部品の組立誤差による結像性能の低下が抑制され、常に適正にピント調整並びにピント調整で生じた収差の補正が行われ得る。

なお、電極４０９ｂの形は、例えば図２１、図２２に示すように、薄膜４０９ａの変形のさせ方に応じて選べばよい。
本例によれば、物体からの光は、対物レンズ９０２及びプリズム４０４の各入射面と射出面で屈折され、可変形状鏡４０９で反射され、プリズム４０４を透過して、二等辺直角プリズム４０５でさらに反射され（図１９中、光路中の＋印は、紙面の裏側へ向かって光線が進むことを示している）、ミラー４０６で反射され、接眼レンズ９０１を介して眼に入射するようになっている。このように、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、及び、可変形状鏡４０９によって、本例の光学装置の観察光学系を構成しており、これらの各光学素子の面形状と肉厚を最適化することにより、物体面の収差を最小にすることができるようになっている。

すなわち、反射面としての薄膜４０９ａの形状は、結像性能が最適になるように演算装置４１４からの信号により各可変抵抗器４１１の抵抗値を変化させることにより制御される。すなわち、演算装置４１４へ、温度センサー４１５、湿度センサー４１６及び距離サンサー４１７から周囲温度及び湿度並びに物体までの距離に応じた大きさの信号が入力され、演算装置４１４は、これらの入力信号に基づき周囲の温度及び湿度条件と物体までの距離による結像性能の低下を補償すべく、薄膜４０９ａの形状が決定されるような電圧を電極４０９ｂに印加するように、可変抵抗器４１１の抵抗値を決定するための信号を出力する。このように、薄膜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るため、その形状は状況により非球面を含む様々な形状をとる。

なお、距離センサー４１７はなくてもよく、その場合、固体撮像素子４０８からの像の信号の高周波成分が略最大になるように、デジタルカメラの撮像レンズ４０３を動かし、その位置から逆に物体距離を算出し、可変形状鏡を変形させて観察者の眼にピントが合うようにすればよい。

また、薄膜４０９ａをポリイミド等の合成樹脂で製作すれば、低電圧でも大きな変形が可能であるので好都合である。なお、プリズム４０４と可変形状鏡４０９を一体的に形成してユニット化することができる。また、図示を省略したが、可変形状鏡４０９の基板上に固体撮像素子４０８をリソグラフィープロセスにより一体的に形成してもよい。

また、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、ミラー４０６は、プラスチックモールド等で形成することにより任意の所望形状の曲面を容易に形成することができ、製作も簡単である。なお、本例の撮像装置では、レンズ９０１，９０２がプリズム４０４から離れて形成されているが、レンズ９０１，９０２を設けることなく収差を除去することができるようにプリズム４０４，４０５、ミラー４０６、可変形状鏡４０９を設計すれば、プリズム４０４，４０５、可変形状鏡４０９は１つの光学ブロックとなり、組立が容易となる。また、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、ミラー４０６の一部あるいは全部をガラスで作製してもよく、このように構成すれば、さらに精度の良い撮像装置が得られる。

なお、図１９の例では、演算装置４１４、温度センサー４１５、湿度センサー４１６、距離センサー４１７を設け、温湿度変化、物体距離の変化等も可変形状鏡４０９で補償するようにしたが、そうではなくてもよい。つまり、演算装置４１４、温度センサー４１５、湿度センサー４１６、距離センサー４１７を省き、観察者の視度変化のみを可変形状鏡４０９で補正するようにしてもよい。

図２０は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９の他の例を示す概略構成図である。
本例の可変形状鏡は、薄膜４０９ａと電極４０９ｂとの間に圧電素子４０９ｃが介装されていて、これらが支持台４２３上に設けられている。そして、圧電素子４０９ｃに加わる電圧を各電極４０９ｂ毎に変えることにより、圧電素子４０９ｃに部分的に異なる伸縮を生じさせて、薄膜４０９ａの形状を変えることができるようになっている。電極４０９ｂの形は、図２１に示すように同心分割であってもよいし、図２２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２０中、４２４は演算装置４１４に接続された振れ（ブレ）センサーであって、例えばデジタルカメラの振れを検知し、振れによる像の乱れを補償するように薄膜４０９ａを変形させるべく、演算装置４１４及び可変抵抗器４１１を介して電極４０９ｂに印加される電圧を変化させる。このとき、温度センサー４１５、湿度センサー４１６及び距離センサー４１７からの信号も同時に考慮され、ピント合わせ、温湿度補償等が行われる。この場合、薄膜４０９ａには圧電素子４０９ｃの変形に伴う応力が加わるので、薄膜４０９ａの厚さはある程度厚めに作られて相応の強度を持たせるようにするのがよい。

図２３は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。本例の可変形状鏡は、薄膜４０９ａと電極４０９ｂの間に介置される圧電素子が逆方向の圧電特性を持つ材料で作られた２枚の圧電素子４０９ｃ及び４０９ｃ'で構成されている点で図２０に示された実施例の可変形状鏡とは異なる。すなわち、圧電素子４０９ｃと４０９ｃ'が強誘電性結晶で作られているとすれば、結晶軸の向きが互いに逆になるように配置される。この場合、圧電素子４０９ｃと４０９ｃ'は電圧が印加されると逆方向に伸縮するので、薄膜４０９ａを変形させる力が図２０に示した実施例の場合よりも強くなり、結果的にミラー表面の形を大きく変えることができるという利点がある。

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'の材質としては、ポリウレタン、シリコンゴム、アクリルエラストマー、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分子圧電体、シアン化ビニリデン共重合体、ビニリデンフルオライドとトリフルオロエチレンの共重合体等が用いられる。圧電性を有する有機材料や、圧電性を有する合成樹脂、圧電性を有するエラストマー等を用いると可変形状鏡面の大きな変形が実現できてよい。

なお、図２０、図２４の圧電素子４０９ｃに電歪材料、例えば、アクリルエラストマー、シリコンゴム等を用いる場合には、圧電素子４０９ｃを別の基板４０９ｃ−１と電歪材料４０９ｃ−２を貼り合わせた構造にしてもよい。

図２４は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
本例の可変形状鏡は、圧電素子４０９ｃが薄膜４０９ａと電極４０９ｄとにより挟持され、薄膜４０９ａと電極４０９ｄ間に演算装置４１４により制御される駆動回路４２５を介して電圧が印加されるようになっており、さらにこれとは別に、支持台４２３上に設けられた電極４０９ｂにも演算装置４１４により制御される駆動回路４２５を介して電圧が印加されるように構成されている。したがって、本例では、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、可変形状鏡を凸面にも凹面にも変形させることができる。その場合、大きな変形を圧電効果で行ない、微細な形状変化を静電気力で行なってもよい。また、凸面の変形には圧電効果を主に用い、凹面の変形には静電気力を主に用いてもよい。なお、電極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２４に示した。なお、本発明では、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２５は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
本例の可変形状鏡は、電磁気力を利用して反射面の形状を変化させ得るようにしたもので、支持台４２３の内部底面上には永久磁石４２６が、頂面上には窒化シリコン又はポリイミド等からなる基板４０９ｅの周縁部が載置固定されており、基板４０９ｅの表面にはアルミニウム等の金属コートで作られた薄膜４０９ａが付設されていて、可変形状鏡４０９を構成している。

基板４０９ｅの下面には複数のコイル４２７が配設されており、これらのコイル４２７はそれぞれ駆動回路４２８を介して演算装置４１４に接続されている。したがって、各センサー４１５，４１６，４１７，４２４からの信号によって演算装置４１４において求められる光学系の変化に対応した演算装置４１４からの出力信号により、各駆動回路４２８から各コイル４２７にそれぞれ適当な電流が供給されると、永久磁石４２６との間に働く電磁気力で各コイル４２７は反発又は吸着され、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａを変形させる。

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２６に示すように、場所によって変化させることにより、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａに所望の変形を与えるようにすることもできる。また、コイル４２７は１個でもよいし、また、これらのコイル４２７には強磁性体よりなる鉄心を挿入してもよい。

図２７は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
本例の可変形状鏡では、基板４０９ｅは鉄等の強磁性体で作られており、反射膜としての薄膜４０９ａはアルミニウム等からなっている。この場合、薄膜コイルを設けなくてもすむから、構造が簡単で、製造コストを低減することができる。また、電源スイッチ４１３を切換え兼電源開閉用スイッチに置換すれば、コイル４２７に流れる電流の方向を変えることができ、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａの形状を自由に変えることができる。

図２８は本例におけるコイル４２７の配置を示し、図２９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２５に示した実施例にも適用することができる。なお、図３０は、図２５に示した例において、コイル４２７を図３３のように配置した場合に適する永久磁石４２６の配置を示している。すなわち、図３０に示すように永久磁石４２６を放射状に配置すれば、図２５に示した例に比べて、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２５及び図２７の例）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形状鏡の例を述べたが、ミラーの形を変形させるのに、図２４の例に示すように、２種類以上の力を用いてもよい。つまり静電気力、電磁力、圧電効果、磁歪、流体の圧力、電場、磁場、温度変化、電磁波等のうちから２つ以上を同時に用いて可変形状鏡を変形させてもよい。つまり２つ以上の異なる駆動方法を用いて光学特性可変光学素子を作れば、大きな変形と微細な変形とを同時に実現でき、精度の良い鏡面が実現できる。

また、形状可変ミラーの変形する部分の外形は、軸上光線の入射面に平行な方向に長い形状とするのが好ましく、このように構成すれば、収差補正に有利な楕円面に近い形状に変形させやすいという利点がある。前記入射面に平行な方向に長い形状としては、トラック形状、多角形、楕円等が利用できる。

図３１は本発明のズーム光学系を用いた撮像装置に適用可能な形状可変ミラーとして可変形状鏡４０９を用いた撮像系、例えば携帯電話のデジタルカメラ、カプセル内視鏡、電子内視鏡、パソコン用デジタルカメラ、ＰＤＡ用デジタルカメラ等に用いられる撮像系の概略構成図である。

本例の撮像系は、可変形状鏡４０９と、レンズ９０２と、固体撮像素子４０８と、制御系１０３とで一つの撮像ユニット１０４を構成している。本例の撮像ユニット１０４では、レンズ１０２を通った物体からの光は可変形状鏡４０９で集光され、固体撮像素子４０８の上に結像する。可変形状鏡４０９は、光学特性可変光学素子の一種であり、可変焦点ミラーとも呼ばれている。

本例によれば、物体距離が変わっても可変形状鏡４０９を変形させることでピント合わせをすることができ、レンズをモータ等で駆動する必要がなく、小型化、軽量化、低消費電力化の点で優れている。また、撮像ユニット１０４は本発明の撮像系としてすべての実施例で用いることができる。また、可変形状鏡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３１では、制御系１０３にコイルを用いたトランスの昇圧回路を含む制御系の構成例を示している。特に積層型圧電トランスを用いると、小型化できてよい。昇圧回路は本発明のすべての電気を用いる可変形状鏡、可変焦点レンズに用いることができるが、特に静電気力、圧電効果を用いる場合の可変形状鏡、可変焦点レンズに有用である。

図３２は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能なさらに他の例に係る、マイクロポンプ１８０で流体１６１を出し入れしミラー面を変形させる可変形状鏡１８８の概略構成図である。本例によれば、ミラー面を大きく変形させることが可能になるというメリットがある。マイクロポンプ１８０は、例えば、マイクロマシンの技術で作られた小型のポンプで、電力で動くように構成されている。マイクロマシンの技術で作られたポンプの例としては、熱変形を利用したもの、圧電材料を用いたもの、静電気力を用いたものなどがある。

図３３は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーに適用可能なマイクロポンプの一例を示す概略構成図である。本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３３では静電気力により振動する例を示しており、図３３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。

本例の可変形状鏡１８８では、反射膜１８９が流体１６１の量に応じて凹凸に変形することで、可変形状鏡として機能する。可変形状鏡１８８は流体１６１で駆動されている。流体としては、シリコンオイル、空気、水、ゼリー、等の有機物、無機物を用いることができる。

なお、静電気力、圧電効果を用いた可変形状鏡、可変焦点レンズなどにおいては、駆動用に高電圧が必要になる場合がある。その場合には、例えば図３１に示すように、昇圧用のトランス、あるいは圧電トランス等を用いて制御系を構成するとよい。

また、反射用の薄膜４０９ａは、変形しない部分にも設けておくと、可変形状鏡の形状を干渉計等で測定する場合に、基準面として使うことができ便利である。

図３４は本発明のズーム光学系に適用可能な、可変焦点レンズを応用した可変焦点ミラーを示すものである。この可変焦点ミラー５６５は、第１，第２の面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間には高分子分散液晶層５１４を設け、これら透明電極５１３ａ，５１３ｂをスイッチ５１５および可変抵抗器５１９を経て交流電源５１６に接続して、高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加するようにする。なお、図３４では液晶分子の図示を省略してある。513a、514、513ｂからなる可変焦点レンズと、567、568からなる凹面鏡を組み合わせた構造になっている。

かかる構成によれば、透明基板５６６側から入射する光線は、反射膜５６８により高分子分散液晶層５１４を折り返す光路となるので、高分子分散液晶層５１４の作用を２回もたせることができると共に、高分子分散液晶層５１４への印加電圧を変えることにより、反射光の焦点位置を変えることができる。この場合、可変焦点ミラー５６５に入射した光線は、高分子分散液晶層５１４を２回透過するので、高分子分散液晶層５１４の厚さの２倍をｔとすれば、上記の各式を同様に用いることができる。なお、透明基板５６６または５６７の内面を回折格子状にして、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。

以上の説明では、液晶の劣化を防止するため、電源として交流電源５１６を用いて、液晶に交流電界を印加するようにしたが、直流電源を用いて液晶に直流電界を印加するようにすることもできる。また、液晶分子の方向を変える方法としては、電圧を変化させること以外に、液晶にかける電場の周波数、液晶にかける磁場の強さ・周波数、あるいは液晶の温度等を変化させることによってもよい。なお、本発明では図３４のような形状の変化しない可変焦点ミラーも、可変形状鏡の中に含めるものとする。

図３５は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡のさらに他の例を示す概略構成図である。本例では、デジタルカメラに用いられるものとして説明する。図３５中、４１１は可変抵抗器、４１４は演算装置、４１５は温度センサー、４１６は湿度センサー、４１７は距離センサー、４２４は振れセンサーである。

本例の可変形状鏡４５は、アクリルエラストマー等の有機材料からなる電歪材料４５３と間を隔てて分割電極４０９ｂを設け、電歪材料４５３の上に順に電極４５２、変形可能な基板４５１を設け、さらにその上に入射光を反射するアルミニウム等の金属からなる反射膜４５０を設けて構成されている。このように構成すると、分割電極４０９ｂを電歪材料４５３と一体化した場合に比べて、反射膜４５０の面形状が滑らかになり、光学的に収差を発生させにくくなるというメリットがある。なお、変形可能な基板４５１と電極４５２の配置は逆でも良い。

また、図３５中、４４９は光学系の変倍、あるいはズームを行なう釦であり、可変形状鏡４５は、釦４４９を使用者が押すことで反射膜４５０の形を変形させて、変倍あるいは、ズームをすることができるように演算装置４１４を介して制御されている。

なお、アクリルエラストマー等の有機材料からなる電歪材料の代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。
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、ロボットの眼、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラ、テレビカメラ、動画記録装置、電子動画記録装置、カムコーダ、ＶＴＲカメラ、電子内視鏡等がある。デジカメ、カード型デジカメ、テレビカメラ、ＶＴＲカメラ、動画記録カメラなどはいずれも電子撮像装置の一例である。

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（head mounted display：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等がある。

なお、本発明の光学系は小型軽量なので、電子撮像装置、信号処理装置、特に、デジタルカメラ、携帯電話の撮像系に用いると効果がある。
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、微分不可能な点や線を有する面等、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、可変形状鏡、面形状の変わる偏光プリズム、頂角可変プリズム、光偏向作用の変わる可変回折光学素子、つまり可変ＨＯＥ，可変ＤＯＥ等を含む。可変焦点レンズには、焦点距離が変化せず、収差量が変化するような可変レンズも含むものとする。可変形状鏡についても同様である。要するに、光学素子で、光の反射、屈折、回折等の光偏向作用が変化しうるものを光学特性可変光学素子と呼ぶ。

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。

以上説明したように、本発明による撮像装置あるいは光学系は、例えば下記に示す特徴を備える。
（１）可変ミラーと移動する光学素子群を有し、光学素子群が変倍機能を有し、可変ミラーがピント合わせ機能を有すズーム光学系。
（２）移動する光学素子群が負パワーを有す（１）に記載のズーム光学系。
（３）可変ミラーを有す山のぼり方式のオートフォーカスを行う撮像装置において、ピント合わせに必要な可変ミラーの変形量QRにくわえて、さらに少なくとも下記の式３７０で決まるSdの１／３だけピントを変化させるのに必要な変形量をQRの両端に有する可変ミラーを有す撮像装置。

本発明の実施例１の断面図である。本発明の実施例２の断面図である。本発明の実施例３の断面図である。本発明の実施例４の断面図である。本発明の実施例５の断面図である。本発明の実施例６の断面図である。本発明の実施例７の断面図である。本発明の実施例８の断面図である。本発明の実施例９の断面図である。本発明の実施例１０の断面図である。本発明の実施例１１の断面図である。本発明の実施例１２の断面図である。本発明の実施例１３の断面図である。回転非対称な像面湾曲の説明図である。回転非対称な非点収差の説明図である。回転非対称なコマ収差の説明図である。可変ミラーの変形量と撮像系の動作を示す図である。各実施例の条件式の値を示す表である。本発明に適用可能な形状可変ミラーとしての光学特性可変ミラーを用いたデジタルカメラのケプラー式ファインダーの概略構成図である。本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９の他の例を示す概略構成図である。図２０の例の可変形状鏡に用いる電極の一形態を示す説明図である。図２０の例の可変形状鏡に用いる電極の他の形態を示す説明図である。本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。図２５の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。本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。図２７の例におけるコイル４２７の一配置例を示す説明図である。図２７の例におけるコイル４２７の他の配置例を示す説明図である。図２５に示した例において、コイル４２７を図２９のように配置した場合に適する永久磁石４２６の配置を示す説明図である。本発明のズーム光学系を用いた撮像装置に適用可能な形状可変ミラーとしての可変形状鏡４０９を用いた撮像系の概略構成図である。本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能なさらに他の例の可変形状鏡１８８の概略構成図である。本発明に用いる形状可変ミラーに適用可能なマイクロポンプの一例を示す概略構成図である。本発明に適用可能な、可変焦点レンズを応用した可変焦点ミラーを示す図である。本発明に用いる形状可変ミラーに適用可能な可変形状鏡のさらに他の例を示す概略構成図である。

符号の説明

１００撮像装置
１０１第１レンズ群
１０２可変ミラー
１０３第２レンズ群
１０４第３レンズ群
１０５第４レンズ群
１０６平行平板
１０７固体撮像素子

Claims

可変焦点レンズを有す山のぼり方式のオートフォーカスを行う撮像装置において、
ピント合わせに必要な可変焦点レンズの変形量QRにくわえて、
さらに少なくとも下記の式３７０で決まるSdの1/3だけピントを変化させるのに必要な変形量をQRの両端に有する可変焦点レンズを有する撮像装置。
Sd＝ｋ×Ｐ×Ｆｎｏ・・・式３７０
但し、
Ｐ＝√（Ｐｘ・Ｐｙ）
Ｐｘ：撮像素子の１画素のｘ方向の寸法
Ｐｙ：撮像素子の１画素のｙ方向の寸法
Ｆｎｏ：撮影光学系のＦナンバー
ｋ：定数（２〜３の間の値をとる）
である。
可変ミラーを有す山のぼり方式のオートフォーカスを行う撮像装置において、
ピント合わせに必要な可変ミラーの変形量QRにくわえて、
さらに少なくとも下記の式３７０で決まるSdの1/3だけピントを変化させるのに必要な変形量をQRの両端に有する可変ミラーを有する撮像装置。
Sd＝ｋ×Ｐ×Ｆｎｏ・・・式３７０
但し、
Ｐ＝√（Ｐｘ・Ｐｙ）
Ｐｘ：撮像素子の１画素のｘ方向の寸法
Ｐｙ：撮像素子の１画素のｙ方向の寸法
Ｆｎｏ：撮影光学系のＦナンバー
ｋ：定数（２〜３の間の値をとる）
である。
光学特性可変光学素子を有す山のぼり方式のオートフォーカスを行う撮像装置において、
ピント合わせに必要な光学特性可変光学素子の変形量QRにくわえて、
さらに少なくとも下記の式３７０で決まるSdの1/3だけピントを変化させるのに必要な変形量をQRの両端に有する光学特性可変光学素子を有す撮像装置。
Sd＝ｋ×Ｐ×Ｆｎｏ・・・式３７０
但し、
Ｐ＝√（Ｐｘ・Ｐｙ）
Ｐｘ：撮像素子の１画素のｘ方向の寸法
Ｐｙ：撮像素子の１画素のｙ方向の寸法
Ｆｎｏ：撮影光学系のＦナンバー
ｋ：定数（２〜３の間の値をとる）
である。
可変焦点レンズを有すズーム光学系を有す山のぼり方式のオートフォーカスを行う撮像装置において、
ピント合わせとコンペセータとして必要な可変焦点レンズの変形量QRにくわえて、
さらに少なくとも下記の式３７０で決まるSdの1/3だけピントを変化させるのに必要な変形量をQRの両端に有する可変焦点レンズを有する撮像装置。
Sd＝ｋ×Ｐ×Ｆｎｏ・・・式３７０
但し、
Ｐ＝√（Ｐｘ・Ｐｙ）
Ｐｘ：撮像素子の１画素のｘ方向の寸法
Ｐｙ：撮像素子の１画素のｙ方向の寸法
Ｆｎｏ：撮影光学系のＦナンバー
ｋ：定数（２〜３の間の値をとる）
である。
可変ミラーを有すズーム光学系を有す山のぼり方式のオートフォーカスを行う撮像装置において、
ピント合わせとコンペセータとして必要な可変ミラーの変形量QRにくわえて、
さらに少なくとも下記の式３７０で決まるSdの1/3だけピントを変化させるのに必要な変形量をQRの両端に有する可変ミラーを有する撮像装置。
Sd＝ｋ×Ｐ×Ｆｎｏ・・・式３７０
但し、
Ｐ＝√（Ｐｘ・Ｐｙ）
Ｐｘ：撮像素子の１画素のｘ方向の寸法
Ｐｙ：撮像素子の１画素のｙ方向の寸法
Ｆｎｏ：撮影光学系のＦナンバー
ｋ：定数（２〜３の間の値をとる）
である。
光学特性可変光学素子を有すズーム光学系を有す山のぼり方式のオートフォーカスを行う撮像装置において、
ピント合わせとコンペセータとして必要な光学特性可変光学素子の変形量QRにくわえて、
さらに少なくとも下記の式３７０で決まるSdの1/3だけピントを変化させるのに必要な変形量をQRの両端に有する光学特性可変光学素子を有す撮像装置。
Sd＝ｋ×Ｐ×Ｆｎｏ・・・式３７０
但し、
Ｐ＝√（Ｐｘ・Ｐｙ）
Ｐｘ：撮像素子の１画素のｘ方向の寸法
Ｐｙ：撮像素子の１画素のｙ方向の寸法
Ｆｎｏ：撮影光学系のＦナンバー
ｋ：定数（２〜３の間の値をとる）
である。