JP4307783B2 - レンズ鏡胴 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばレンズ鏡胴に関し、詳しくはミラーを介して光路が屈曲された屈曲光学系のレンズ鏡胴において、例えば、該ミラーの反射面を静電力によって凹面変形させ、該ミラーの屈折力を変化させることによりＡＦ（オートフォーカス機能を達成させるなど、該ミラーによってＡＦ（オートフォーカス）を機能させるズームレンズあるいは単焦点光学系の鏡胴等に関する。さらに詳しくは、可変焦点レンズ、可変焦点回折光学素子、可変偏角プリズム、可変焦点ミラー等の光学特性可変光学素子、及びこれらの光学特性可変光学素子を含む光学系を備えた、例えば眼鏡、ビデオプロジェクター、デジタルカメラ、テレビカメラ、内視鏡、望遠鏡、カメラのファインダー、光情報処理装置等の光学装置に用いるズームレンズ、あるいは単焦点光学系の鏡胴等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の屈曲光学系においては、ズームに寄与する光学系保持鏡枠に、絞り、シャッタ開閉駆動部及びそれらを駆動させる駆動源を有する駆動部を共に保持する構造になっていたため、駆動源を有する駆動部からの電気信号等を不図示のカメラ電装本体部に送るためには、駆動源を有する駆動部と、不図示のカメラ本体電装部とを可撓性があり折れ曲がり可能なＦＰＣ等の電気回線で接続する必要があった。
また、従来のズーム光学保持鏡枠構造として、ズーム光学系保持鏡枠に、駆動源を有する駆動部と、光軸移動させるズーム駆動部とを搭載した構造が知られている。そして、ズーム駆動部と不図示のカメラ本体電装部との電気回線の接続は上記と同様に可撓性があり折れ曲がり可能なＦＰＣ等を用いた接続方法が採用されている。
【０００３】
また、従来の光学系保持鏡枠は、駆動源を有するズーム、シャッタ及び絞りの駆動部、検出部が、固定枠部、ズーム光学系保持部にそれぞれ分離されて配置される構造になっていた。
【０００４】
また、従来の可変ミラーを用いて光路を屈曲させた屈曲光学系では、シャッタ及び絞りを可変ミラーに隣接しかつ対面する位置に配置する構造に関し、光学系が屈曲するためのスペース上の制約から、絞り開閉機構は、ターレットタイプを採用している。また、従来の絞り機構として２枚羽根を採用したものも知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の屈曲光学系においては、ズーム光学系保持鏡枠部に搭載されたズーム、シャッタ及び絞りの駆動部（駆動源を有する駆動部と開閉駆動部。以下、同じ。）とカメラ本体電装部をフレキ等の伸縮自在の部材で連結する必要があったため、ズーム光学系を含む全体の鏡枠部、シャッタ及び絞り開閉駆動部、ズーム、シャッタ及び絞りの駆動源を有する駆動部を個別に組み立てることができず、スペース上、組み立てコスト面での不具合が大きかった。
また、鏡枠組み立て時に上記開閉駆動部、駆動源を有する駆動部を鏡枠部に組み込むため、組み込みの際の変形や位置ずれ等によって光学系の品質を損ないやすいという不具合があった。また、ズーム、シャッタ及び絞りの駆動源を有する駆動部を個別管理できず、組みあがり時の品質のみがチェック品質になるため、歩留まりが悪いという不具合があった。
【０００６】
また、ズーム、シャッタ及び絞りの駆動部、それらの検出部が分離搭載される構造になっていて、電装部の集中実装ができないため、電気系としてまとめてチェックできないという品質管理上の不具合があり、更にスペース上も個別配置になることによる制約を受けやすく不利であった。
【０００７】
更に、屈曲光学系のズームに寄与する光学系保持鏡枠部の可変ミラーに隣接しかつ対面する位置にシャッタ及び絞りを配置する構成において、スペース上の制約から絞り開閉機構として構成されたターレットタイプや２枚羽根機構では、絞り口径の無段階化や絞り口径の高精度化を達成することができなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ズーム光学系を含む全体の鏡枠部、シャッタ及び絞り開閉駆動部、ズーム、シャッタ及び絞りの駆動源を有する駆動部を個別に組み立てることができ、スペース上、組み立てコスト面で有利とすることができ、また、電装部の集中実装ができ、スペース上、品質管理上有利とすることができ、更に、絞り口径の無段階化や絞り口径の高精度化を達成することができるレンズ鏡胴を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本第１の発明によるレンズ鏡胴は、ミラーを介して光路が被写体側と撮像素子側とに分離された屈曲光学系のレンズ鏡胴において、絞り羽根と絞り駆動部材を有する絞りと、シャッタ羽根とシャッタ駆動部材を有するシャッタと、前記屈曲光学系のうちの一部の光学系を駆動する光学系駆動部材を有し、前記一部の光学系は、前記ミラーと前記撮像素子の間に配置され、前記絞り羽根及び前記シャッタ羽根は、前記一部の光学系に配置され、前記一部の光学系、前記シャッタ羽根及び前記絞り羽根を駆動させる各駆動源を有する駆動部を、一つのユニットとして固定部に配置し、前記駆動部は、前記ミラーを挟んで前記一部の光学系と対向する位置に配置され、前記絞り羽根、前記シャッタ羽根及び前記一部の光学系は、前記各駆動部材を介して前記各駆動源と接続されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本第２の発明によるレンズ鏡胴は、前記一部の光学系を保持する鏡枠と、前記シャッタ羽根及び前記絞り羽根を保持するシャッタ絞り基板を有し、前記鏡枠と前記シャッタ絞り基板を、前記各駆動部材を介して前記固定部に対して機械的に接続させるように構成したことを特徴とする。
【００１１】
また、本第３の発明によるレンズ鏡胴は、前記シャッタ羽根は虹彩タイプであり、前記シャッタ絞り基板を、前記一部の光学系を構成するレンズのうち前記ミラーに最も近接するレンズの前記ミラーに対面する位置に配置したことを特徴とする。
【００１２】
また、本第４の発明によるズームレンズ鏡胴は、前記ミラーが可変ミラーであることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施形態の説明に先立ち、本発明の作用効果を説明する。
本発明のレンズ鏡胴によれば、駆動源を有するズーム、シャッタ、絞りの駆動部とその検出部を一つのユニットとして固定部に配置したので、固定部上で該駆動部、検出部を電気回線で結合させるだけで足り、従来のように光軸を移動させるズーム光学系保持部材や折り曲げ可能なＦＰＣ等で結線する必要がなく、駆動部と被駆動部とを機械的に接続させるだけで、個別に組み立て及び管理することができ、従来のようなスペース上、組み立てコスト面での不具合を解消でき、歩留まりが向上する。
【００１４】
また、駆動源を有するズーム、シャッタ及び絞りの駆動部とそれらの検出部とを一つのユニットとして基盤にまとめて配置することにより、電気系としてまとめてチェックでき品質管理しやすくなり、更に、スペース上の制約を受けににくくすることができる。
【００１５】
また、屈曲光学系の可変ミラーに隣接したスペースにシャッタ及び絞りを配置し、絞り羽根を３枚以上にすることにより、従来のターレット絞り機構タイプと比べて絞り口径を無段階化でき、また、２枚羽根のものに比べて口径の精度を向上させることができる。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１、図２は本発明の一実施形態にかかるレンズ鏡胴におけるレンズ群を構成する光学部材の配置を示す構成図であり、図１は望遠（長焦点）時、図２は広角（短焦点）時の状態を示している。
本実施形態のレンズ鏡胴に用いるズーム光学系は、被写体側より順に、レンズＬ１を備えた第１群Ｇ１と、可変ミラーＭと、レンズＬ２〜Ｌ５を備えた第２群Ｇ２と、レンズＬ６とフィルタＦ１〜Ｆ３とを備えた第３群Ｇ３と、撮像素子として用いたＣＣＤとを有して構成されている。なお、図１、２中、Ｃ１1はＣＣＤ面である。また、図１、２では、可変ミラーＭは反射面Ｍ１1を備える可変ミラー構成部材Ｍ１のみ示し、その他の可変ミラー構成部材は省略して示すこととする。
そして、本実施形態のズーム光学系では、第１群Ｇ１を経た被写体側光路からの光が可変ミラーＭの反射面Ｍ１1で反射して、撮像素子側光路に屈曲され、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３を経てＣＣＤ面Ｃ１1で結像するようになっている。また、第２群Ｇ２が、光軸に沿って移動することによりズームを行なうように構成されている。
【００１７】
また、本実施形態のズーム光学系では、可変ミラーＭの反射面Ｍ１1の形状を変形させることで物体距離が変った場合のピント合わせとズームに伴うピント移動を補償するように構成されており、モータでピント合わせを行なう場合より消費電力を小さくできるメリットがある。また、可変ミラーＭの反射面Ｍ１1の形状は自由曲面にすると光学系の収差補正上有利である。また、第１群Ｇ１は凹レンズを含んでおり、凹作用を持っている。第２群Ｇ２は凸レンズを含んでおり、凸作用を持っている。
【００１８】
さらに、本実施例のズームレンズ鏡胴では、第２群のレンズＬ２と可変ミラーＭに対面する位置にシャッタ羽根ＳＨ１及び絞り羽根ＳＥ１が配置されている。
【００１９】
図３は本実施形態のレンズ鏡胴の各構成部材を組み込んだ状態の全体構成を示す正面図、図４は図３のレンズ鏡胴を上方からみた図であり、それぞれ、シャッタ駆動部材とシャッタ被駆動部材との係合状態、絞り駆動部材と絞り被駆動部材との係合状態、及びシャッタ、絞りが開閉したときの状態を示している。なお、ここでは、概略構成を述べ、詳細については後述することとする。
本実施形態のレンズ鏡胴では、鏡枠基盤Ｋ４に、可変ミラー構成部材Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３と、１群枠Ｋ１とを具備するとともに、ロッドＫ５を介して、２群枠Ｋ２と、３群枠Ｋ３と、ＣＣＤ枠Ｃ２と、ＣＣＤ保持枠Ｃ１2を保持して鏡枠部組構造が構成されている。
【００２０】
また、可変ミラーＭの背部（入射側とは反対側）には、ズームモータＺＭ１、シャッタモータＳＨＭ１及び絞りモータＳＥＭ１が配置され、それぞれギアトレイン部及びモータ部をまとめてモータカバー及びギアカバー（図３において不図示）に収納されており、これらモータカバー及びギアカバーが駆動基板ＫＢ１に搭載されており、これらのモータＺＭ１，ＳＨＭ１，ＳＥＭ１と駆動基板ＫＢ１及びそれらのギアトレイン部とで、駆動部を有する駆動部ユニットを構成している。駆動部ユニットは、駆動基板ＫＢ１を介して鏡枠基盤Ｋ４に固定されている。
【００２１】
また、図４に示すように、シャッタ・絞り基盤ＳＥ５には、シャッタ部材（シャッタ駆動部材ＳＨ５、シャッタ被駆動部材ＳＨ２）及び絞り部材（絞り駆動部材ＳＥ４、絞り被駆動部材ＳＥ３）が搭載されている。そして、これらでシャッタ羽根ＳＨ１、絞り羽根ＳＥ１の開閉駆動部を収納したユニットを構成している。このシャッタ及び絞りユニットは、シャッタ・絞り基盤ＳＥ５を介して２群枠Ｋ２に固定されている。
【００２２】
以下、図３，４で示した各構成部材の詳細な構成について説明する。
図５〜図１１は本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれているシャッタ駆動機構を示す図であり、図５は望遠（長焦点）時におけるシャッタが開いた状態を図３と同じ側からみた図、図６は広角（短焦点）時におけるシャッタが閉じた状態を図３と同じ側からみた図、図７は図５の右側面図、図８はシャッタが開いたときのシャッタ羽根部の状態を示す上面図、図９は図８の主にシャッタ羽根を示す図、図１０は図８の下面図、図１１はシャッタが閉じたときのシャッタ羽根部の状態を示す上面図である。
【００２３】
本実施形態のシャッタ駆動機構では、図５〜図７に示すように、シャッタモータＳＨＭ１が、ギアトレインＳＨＭ１1，ＳＨＭ２1，ＳＨＭ３1，ＳＨＭ３2を介してシャッタ駆動部材ＳＨ５のラックギア係合部ＳＨ５1に係合している。
シャッタ駆動部材ＳＨ５には、ガイド穴ＳＨ５2が設けられている。そして、シャッタ駆動部材ＳＨ５は、駆動基板ＫＢ１に固定された２つのガイドピンＧＫ１1を介してガイド穴ＳＨ５2の長手方向に沿って往復移動可能に構成されている。
【００２４】
シャッタ被駆動部材ＳＨ２は、図７に示すように、シャッタ基盤ＳＨ３の突起嵌合部ＳＨ３01に回動可能に嵌合されている。また、ワッシャＳＨ２01がシャッタ被駆動部材ＳＨ２が突起嵌合部ＳＨ３01から外れないように突起嵌合部に取り付けられている。
そして、シャッタ羽根部は、シャッタ基盤ＳＨ３の突起嵌合部ＳＨ３01に回動可能に嵌合されたシャッタ被駆動部材ＳＨ２が突起嵌合部ＳＨ３01の周囲を回動することによってシャッタ羽根ＳＨ１を光軸に対し垂直方向に回動させることによってシャッタを開閉させるようになっている。
また、シャッタ被駆動部材ＳＨ２は、シャッタばねＳＨ３1によって閉じ方向に付勢され、シャッタ被駆動部材係合部ＳＨ２1が、シャッタ駆動部材ＳＨ５のシャッタ駆動部材係合部ＳＨ５3と係合している。
【００２５】
シャッタ羽根ＳＨ１は、２枚設けられており、それぞれシャッタ羽根穴ＳＨ１1を介してシャッタ基盤ＳＨ３のシャッタ羽根突起嵌合部ＳＨ３2に回動可能に嵌合されている。また、シャッタ羽根カム穴ＳＨ１2２が、シャッタ被駆動部材ＳＨ２のシャッタ羽根係合突起ＳＨ２2と係合している。
また、シャッタカバーＳＨ４が、シャッタ羽根ＳＨ１をシャッタ基盤ＳＨ３とで挟むようにしてシャッタ・絞りユニット固定ビスＳＥ５2を介してシャッタ基盤ＳＨ３に固着されており、シャッタ羽根ＳＨ１をシャッタ羽根突起嵌合部ＳＨ３2から外れないように抑えている。
そして、２枚のシャッタ羽根ＳＨ１は、シャッタ基盤ＳＨ３のシャッタ羽根突起嵌合部ＳＨ３2に嵌合したシャッタ羽根穴ＳＨ１1を中心として回動させられたときに、シャッタ被駆動部材ＳＨ２のシャッタ羽根係合突起ＳＨ２2とシャッタ羽根カム穴ＳＨ１2にガイドされて、光軸に対し垂直方向に回動して光路を開き（図８、９）、あるいは閉じる（図１１）ようになっている。
【００２６】
そして、このように構成された本実施形態のシャッタ駆動機構では、シャッタ駆動部材ＳＨ５が、シャッタモータＳＨＭ１の回動によってガイド穴ＳＨ５2の長手方向に往復移動し、シャッタ駆動部材係合部ＳＨ５3を介してシャッタ被駆動部材係合部ＳＨ２1との係合状態を変化させて図７に示すシャッタ被駆動部材ＳＨ２を駆動させることによって図９、１１に示すシャッタ羽根ＳＨ１を光軸に対し垂直方向に回動させてシャッタを開閉する。なお、図５のシャッタ駆動部材ＳＨ５及びシャッタ被駆動部材係合部ＳＨ２1はシャッタが開いたときの位置、図６のシャッタ駆動部材ＳＨ５はシャッタが閉じたときの位置にある。
【００２７】
図１２〜図１８は本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれている絞り機構を示す図であり、図１２は望遠（長焦点）時における絞り状態を図３と同じ側からみた図、図１３は広角（短焦点）時における絞り状態を図３と同じ側からみた図、図１４は図１２の絞り部を主に示す右側面図、図１５は絞りを開いたときの絞り羽根部の状態を示す上面図、図１６は絞りを閉じたときの絞り羽根部の状態を示す上面図、図１７は絞りを開いたときの絞り羽根部の状態を示す下面図、図１８は絞りを閉じたときの絞り羽根部の状態を示す下面図である。
【００２８】
本実施形態の絞り駆動機構では、図１２〜図１４に示すように、絞りモータＳＥＭ１が、ギアトレインＳＥＭ１1，ＳＥＭ２1，ＳＥＭ２2，ＳＥＭ３1を介して絞り駆動部材ＳＥ４のラックギア係合部ＳＥ４1に係合している。
絞り駆動部材ＳＥ４には、ガイド穴ＳＥ４2が設けられている。そして、絞り駆動部材ＳＥ４は、駆動基板ＫＢ１に固定された２つのガイドピンＧＫ１2を介してガイド穴ＳＥ４2の長手方向に沿って往復移動可能に構成されている。
【００２９】
図１４に示すように、絞りモータＳＥＭ１には、回転方向に放射状に細分化された切り欠き部（不図示）を有する絞り検出板ＳＥＭ１21が設けられている。また、絞りモータＳＥＭ１には、絞り検出板ＳＥ１21の軌道上に、絞り検出部としてフォトインタラプタＳＥＭ４が搭載されており、絞りモータＳＥＭ１の回転を検出制御することで細分化された絞り口径を制御することができるようになっている。
【００３０】
絞り基盤ＳＥ２は、２群枠Ｋ２に固着されたシャッタ・絞り基盤ＳＥ５に搭載されている。
絞り基盤ＳＥ２の内周には、絞り被駆動部材ＳＥ３が回動可能に嵌合されている。絞り被駆動部材ＳＥ３には、図１８に示すように、パッチン部材ＳＥ３4が絞り基盤ＳＥ２の内周に設けられた溝ＳＥ２2に嵌合されている。パッチン部材ＳＥ３4は、パッチン回転止めＳＥ３41を介して絞り基盤ＳＥ２に対し固定されている。また、絞り被駆動部材ＳＥ３には、パッチンバネ受けＳＥ３５がパッチン部材ＳＥ３4を抑えるようにしてカシメ固着されている。
また、絞り被駆動部材ＳＥ３には、図１４に示すように、絞り被駆動ピンＳＥ３1が嵌合穴ＳＥ３0に挿入固着されて設けられており、絞り被駆動ピンＳＥ３1は、図１５に示すように、絞り駆動部材ＳＥ４の絞り駆動部材係合部ＳＥ４3と係合している。また、絞り被駆動部材ＳＥ３は、図１３、１７に示すように、絞りばね受けＳＥ３2と絞りばねＳＥ３3とパッチンバネ受けＳＥ３5とを介して、絞り羽根ＳＥ１を閉じる方向（図１５、１６において左回転方向）に付勢されている。
【００３１】
絞り羽根ＳＥ１は、図１５、図１６に示すように、３枚設けられており、それぞれ絞り羽根穴ＳＥ１1を介して絞り基盤ＳＥ２の絞り羽根突起嵌合部ＳＥ２1に回動可能に嵌合されている。また、絞り羽根カム穴ＳＥ１2が、絞り被駆動部材ＳＥ３の絞り羽根係合突起ＳＥ３01と係合している。
そして、３枚の絞り羽根ＳＥ１は、絞り基盤ＳＥ２の絞り羽根突起嵌合部ＳＥ２1に嵌合した絞り羽根穴ＳＥ１1を中心として回動させられたときに、絞り被駆動部材ＳＥ３の絞り羽根係合突起ＳＥ３01と絞り羽根カム穴ＳＥ１2にガイドされて、光軸に対し垂直方向に回動して光路を開き（図１５）、あるいは閉じる（図１６）ようになっている。
【００３２】
そして、このように構成された本実施形態の絞り駆動機構では、絞り駆動部材ＳＥ４が、絞りモータＳＥＭ１の回動によってガイド穴ＳＥ４2の長手方向に往復移動し、絞り駆動部材係合部ＳＥ４3を介して絞り被駆動ピンＳＥ３1との係合状態を変化させて絞り被駆動部材ＳＥ３を光軸を中心に回動させることによって絞り羽根ＳＥ１を光軸に対し垂直方向に回動させて絞りを開閉する。
【００３３】
図１９〜図２２は本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれているズーム駆動機構を示す図であり、図１９は望遠（長焦点）時におけるズーム駆動状態を図３と同じ側からみた図、図２０は広角（短焦点）時におけるズーム駆動状態を図３と同じ側からみた図、図２１は図１９の右側面図、図２２はズーム駆動機構の下面図である。
【００３４】
本実施形態のズーム駆動機構では、図１９〜図２１に示すように、ズームモータＺＭ１が、ギアトレインＺＭ１1，ＺＭ２1，ＺＭ２2，ＺＭ３1，ＺＭ３2，ＺＭ４1を介してズーム駆動部材Ｚ１のラックギア係合部Ｚ１1に係合している。
ズーム駆動部材Ｚ１には、ズーム駆動部材ラック穴Ｚ１12が可変ミラーＭの反射面Ｍ１1〜第３群Ｇ３を通る光軸に沿う方向に細長く設けられている。そして、ズーム駆動部材Ｚ１は、駆動基板ＫＢ１に固定された２つのガイドピンＧＫ１3を介してズーム駆動部材ラック穴Ｚ１12に嵌合され、その長手方向に沿って往復移動可能に構成されている。
また、ズーム駆動部材Ｚ１には、ズーム駆動部材組み立て穴Ｚ１3及びズーム駆動部材カム穴Ｚ１2が設けられている。ズーム駆動部材カム穴Ｚ１2には、ズーム駆動部材組み立て穴Ｚ１3から挿し込み、図２１、２２に示す２群枠穴Ｋ２01に固着されたズーム被駆動部材である２群枠被駆動ピンＫ２1が嵌合している。そして、２群枠被駆動ピンＫ２1を介して、ズーム駆動部材Ｚ１の光軸に沿う方向への移動に２群枠Ｋ２が連動するように構成されている。
【００３５】
ズームモータＺＭ１には、図２１に示すように、回転方向に細分化された切り欠き部（不図示）を有するズーム検出板ＺＭ１21が設けられている。
また、ズームモータＺＭ１には、ズーム検出板ＺＭ１21の軌道上に、ズーム検出フォトインタラプタＺＭ５が備えられており、ズームモータＺＭ１の回転を検出制御することで焦点位置を制御することができるようになっている。
【００３６】
そして、このように構成された本実施形態のズーム駆動機構では、２群枠Ｋ２が、ズームモータＺＭ１の回動によって、ズーム駆動部材Ｚ１に設けられたズーム駆動部材組み立て穴Ｚ１3に係合する２群枠被駆動ピンＫ２を介して２群枠Ｋ２を光軸方向に沿って往復移動させ、その際にズーム検出フォトインタラプタＺＭ５を介して所望のズーム位置に第２群枠Ｋ２内のレンズＬ２〜Ｌ５を移動制御する。
なお、本実施形態においては、第２群Ｇ２をモータを用いて動かす構成としたが、モータでなく手動で動かしてもよい。手動にした場合には、消費電力を小さくすることができるというメリットがある。
【００３７】
図２３、２４は本実施形態のレンズ鏡胴におけるレンズ枠の位置関係を示す図であり、図２３は望遠（長焦点）時におけるレンズ枠の位置関係を図３と同じ側からみた図、図２４は広角（短焦点）時におけるレンズ枠の位置関係を図３と同じ側からみた図である。図２５は１群枠Ｋ１の鏡枠基盤Ｋ４への固定状態を示す右側面図である。図２６は鏡枠基盤Ｋ４と２群枠Ｋ２に対するロッドＫ５、スリーブＫ２2の位置関係を示す下面図である。
【００３８】
鏡枠基盤Ｋ４には、ロッド受けＫ４1がカシメ固着されている。ロッド受けＫ４1には、ロッドＫ５が嵌め込まれ、その一端部Ｋ５1が固着されている。
２群枠Ｋ２には、スリーブＫ２2が固着されている。ロッドＫ５は、スリーブＫ２2に精密嵌合されており、２群枠Ｋ２が光軸方向に沿って移動可能に構成されている。
また、ロッドＫ５の他端部Ｋ５2は、３群枠Ｋ３の嵌合穴Ｋ３1に固着され、さらにその先端がＣＣＤ枠Ｃ２のロッド受けＣ２1に固着されている。
ＣＣＤ枠Ｃ２には、３群枠Ｋ３とＣＣＤ保持枠Ｃ１2が嵌合固定されている。
そして、２群枠Ｋ２は、図１９〜２１に示すズームモータＺＭ１の回動によって、ズーム駆動部材Ｚ１に設けられたズーム駆動部材組み立て穴Ｚ１3に係合する２群枠被駆動ピンＫ２1を介して光軸方向への力が加えられたときに、ロッドＫ５に沿って往復移動する。
すなわち、本実施形態のレンズ鏡胴では、ズームを第２群Ｇ２の移動のみにより行っている。
なお、本実施形態とは異なり、ズームのために第２群Ｇ２を手動で動かすように構成する場合には、第２群Ｇ２を構成するレンズの位置を検出するためのエンコーダを設けるとよい。エンコーダで検出した第２群Ｇ２を構成するレンズの位置を基にして可変ミラーＭを最適な形状に変形させることでズーム状態の収差とピント移動を補償することができる。
また、本実施形態のように、第２群Ｇ２を電動で動かすように構成する場合でも、同様に第２群Ｇ２を構成するレンズの位置を検出するためのエンコーダを設け、可変ミラーＭを最適な形状にすればよい。
【００３９】
なお、１群枠Ｋ１は、図２３、２５に示すように、鏡枠基板Ｋ４に、固定ビスＫ１1を介して取り付けられている。
【００４０】
図２７〜図３０は本実施形態のズームレンズ鏡胴におけるズームモータＺＭ１、シャッタモータＳＨＭ１及び絞りモータＳＥＭ１のギアトレイン部を収納し、駆動基板ＫＢ１に固定するギアカバーの構造を示す図であり、図２７は図３と同じ側からみた図、図２８は図２７の右側面図、図２９は図２７の上面図、図３０は図２７の左側面図である。
ズームモータＺＭ１のギアトレインＳＨＭ１1，ＳＨＭ２1，ＳＨＭ３1，ＳＨＭ３2、シャッタモータＳＨＭ１のギアトレインＳＥＭ１1，ＳＥＭ２1，ＳＥＭ２2，ＳＥＭ３1及び絞りモータＳＥＭ１のギアトレインギアトレインＺＭ１1，ＺＭ２1，ＺＭ２2，ＺＭ３1，ＺＭ３2，ＺＭ４1を構成するそれぞれのギアＳＨＭ１1，ＳＨＭ２，ＳＨＭ３，ＳＥＭ１1，ＳＥＭ２，ＳＥＭ３，ＺＭ１1，ＺＭ２，ＺＭ３，ＺＭ４は、それぞれの中心を通る軸の一端を駆動基板ＫＢ１の所定位置にそれぞれ設けられた穴に嵌め込み、他端をギアカバーＺＫ１の所定位置にそれぞれ設けられた穴に嵌め込み、さらに、ギアカバーＺＫ１をギアカバー固定ビスＫＢ１2を介して駆動基板ＫＢ１に固定することで、ギアカバーＺＫ１に収納され、かつ、駆動基板ＫＢ１に対して回動可能に位置が固定されている。また、駆動基板ＫＢ１は、駆動基板固定ビスＫＢ１4を介して鏡枠基盤Ｋ４に固定されている。
【００４１】
図３１〜図３３は本実施形態のズームレンズ鏡胴におけるモータ部を収納し、駆動基板ＫＢ１に固定する構造を示す図であり、図３１は図３と同じ側からみた図、図３２は図３１の右側面図、図３３は図３１の左側面図である。
ズームモータＺＭ１、シャッタモータＳＨＭ１及び絞りモータＳＥＭ１は、それぞれモータカバーＺＫ２の所定箇所に収納され、さらに、モータカバーＺＫ２を２つのモータカバー固定ビスＫＢ１3を介して駆動基板ＫＢ１に固定することで、駆動基板ＫＢ１に対して位置が固定されている。
また、絞りモータＳＥＭ１のフォトインタラプタＳＥＭ４は、２つの取り付け穴ＳＥＭ４1をモータカバーＺＫ２に設けられた２つのモータカバーボスＺＫ２1に嵌合してモータカバーＺＫ２に固着されている。
また、ズームモータＺＭ１のフォトインタラプタＺＭ５は２つの取り付け穴ＺＭ５1をモータカバーＺＫ２に設けられた２つのモータカバーボスＺＫ２2に嵌合してモータカバーＺＫ２に固着されている。
【００４２】
図３４〜図４３は本実施形態のレンズ鏡胴に用いる可変ミラー構成部材Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３をユニットとして可変ミラー保持部Ｍ４に保持する構造と該可変ミラー保持部Ｍ４及びミラーケースＭ５を鏡枠基盤Ｋ４に保持する構造を示す図であり、図３４は可変ミラー保持部Ｍ４を図３と同じ側から見た図、図３５は図３４の右側面図、図３６は図３４の上面図、図３７は図３４の左側面図、図３８は図３４の下面図、図３９は可変ミラー保持部Ｍ４に取り付けたミラーケースＭ５を図３と同じ側から見た図、図４０は図３９の右側面図、図４１は図３９の上面図、図４２は図３９の左側面図、図４３は図３９の下面図である。
可変ミラー構成部材Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を可変ミラー保持部Ｍ４に収納し、次いで、可変ミラー保持部Ｍ４に設けられた４つの取り付け穴Ｍ４1，Ｍ４2にミラーケースＭ５に設けられた４つのミラーケースボスＭ５1，Ｍ５2を挿入し固着することよって、可変ミラーＭをミラーケースに収納した一つのユニットが構成されている。
また、可変ミラー保持部Ｍ４が、上端部が２つのミラーケース固定ビスＫ４2を介して鏡枠基盤Ｋ４に固着されるとともに、下端部に形成された２つのミラー保持部ボスＭ４3が鏡枠基板Ｋ４の取り付け穴Ｋ４3に挿入、固着されており、可変ミラーユニットは、鏡枠基板Ｋ４に固定されている。
【００４３】
図４４〜４７は本実施形態のズームレンズ鏡胴におけるシャッタ・絞りユニットを示す図であり、図４４はシャッタ・絞りユニットを固定する構造と２群枠Ｋ２への固着構造を示す図３と同じ側から見た図、図４５はシャッタ・絞りユニットを示す図４４の右側面図、図４６は図４４の上面図、図４７は図４４の下面図である。
シャッタカバーＳＨ４、シャッタ基盤ＳＨ３及び絞り基盤ＳＥ２は、２つのシャッタ・絞りユニット固定ビスＳＥ５2を介してシャッタ・絞り基盤ＳＥ５に一体的に固定され、シャッタ・絞りユニットとして構成されている。
シャッタ・絞りユニットは、シャッタ・絞り基盤ＳＥ５に設けられた４つのシャッタ・絞り基盤ボスＳＥ５1を２群枠Ｋ２に設けられた４つの取り付け穴Ｋ２01に挿入し固着することによって、２群枠Ｋ２に固定されている。
【００４４】
その他、ＣＣＤ部は、内部にＣＣＤを装備したＣＣＤ保持枠Ｃ１2と、図示を省略した、放熱板と、ＣＣＤ基盤と、ＣＣＤ基盤に実装されたＣＣＤ電装部品とを備えている。なお、ＣＣＤの向きは、光軸に垂直であるとともにＣＣＤの撮像エリアの短辺方向が例えば図３の紙面に平行になるようにすると、光学系の収差を減らすことができてよい。つまり、撮像素子の撮像エリアの短辺方向が可変ミラーへ入射する軸上光線の入射面に平行であればよい。また、ＣＤＤの代わりにＣ−ＭＯＳ等の固体撮像素子を用いてもよい。
また、デジタルカメラ，ＴＶカメラのデザイン面を考慮して、ＣＣＤの撮像エリアの長辺方向が図３の紙面に平行にしてももちろんよい。例えば、ストロボの配置を考えると、撮像素子の撮像エリアの長辺方向が可変ミラーへ入射する軸上光線の入射面に平行である方がよい。
【００４５】
このように構成された本実施形態のレンズ鏡胴によれば、レンズ鏡枠を構成する１群枠Ｋ１、２群枠Ｋ２、３群枠Ｋ３、ロッドＫ５、ＣＣＤ保持枠Ｃ１2、ミラー保持部Ｍ４を鏡枠基盤Ｋ４に搭載し、さらにそれとは別に、モータ類（ＺＭ１，ＳＨＭ１，ＳＥＭ１）、ギアトレイン類（ＺＭ２等，ＳＨＭ２等，ＳＥＭ２等）及びシャッタ、絞り、ズーム駆動部材類（ＳＨ５，ＳＥ４，Ｚ１）を駆動基板ＫＢ０１にそれぞれ分離搭載して、鏡枠部からこれら駆動部材を電気回線で接続しないで構成できる。このため、本実施形態のレンズ鏡胴によれば、従来のレンズ鏡胴のような鏡枠内でのＦＰＣ等の伸び縮みによるスペース上の不利や、内面反射等の品質上の不利を解消することができる。
【００４６】
また、本実施形態のレンズ鏡胴によれば、シャッタ、絞り、ズーム駆動部材類（ＳＨ５，ＳＥ４，Ｚ１）を駆動基板ＫＢ０１に搭載して、鏡枠基盤Ｋ４には直接組み込まないようにしたので、従来のレンズ鏡胴のような鏡枠内にモータやＦＰＣ等の光学系を構成しない部材の組み込み変形や位置ずれ等による光学系の品質を損なうことがなくなる。
【００４７】
また、本実施形態のレンズ鏡胴によれば、駆動部が鏡枠部と分離しているため、最終的な全体の組み上がりを待つことなく、それぞれ単独で鏡枠治具や駆動治具を介して個別に検査できる。このため、歩留まりが向上し生産コスト面で有利となる。
【００４８】
また、本実施形態のレンズ鏡胴によれば、鏡枠基盤Ｋ４に対し、１群枠Ｋ１、ミラー保持部Ｍ４及びロッドＫ５に支持される鏡枠（Ｋ２，Ｋ３等）をそれぞれ分離して組み立てることができるようにしたので、それぞれの構成部材を多数種類標準化して揃えておき、目的に応じて組み合せることができる。
また、本実施形態のレンズ鏡胴によれば、鏡枠部と駆動部をそれぞれ別箇に組み立てて調整すればよく、鏡枠部と駆動部との組み込み時に調整が不要となる。
【００４９】
また、本実施形態のレンズ鏡胴によれば、モータ等の駆動部材を１つのユニットとして構成したので、電装系を１箇所に集中して収納して、標準化することができ、電気系としてまとめて管理検査できる。また、ユニット化したことに伴い、自動組み立てやすくなる。
【００５０】
また、本実施形態のレンズ鏡胴によれば、可変ミラーＭ１に隣接、対面しズーム駆動する２群枠にシャッタ及び絞りをユニットで配置し、絞りを３枚羽根の虹彩タイプで構成したので、従来のレンズ鏡胴に設けられていたターレットタイプの絞りに比べて、無段階の絞り口径を得ることができる。
また、２枚羽根の絞りに比べて精度の良い口径比を得ることができる。
また、シャッタ及び絞りをユニットとして構成したことにより標準化を図ることができる。
【００５１】
以上の本発明の実施形態では、１つのレンズ群のみが移動するズーム光学系の例を示したが、２つ以上のレンズ群が移動するズームレンズにも本発明は適用できる。
また、以上の実施形態では、可変ミラーを１つ含む光学系の例を示したが、可変ミラーを２つ以上含むズーム光学系にも本発明は適用できる。
また、ズーム光学系に限らず、単焦点の光学系にも本発明は適用できる。
【００５２】
図４８は本発明のズームレンズ鏡胴に適用可能なズームレンズ鏡枠部の光学部材の他の例を示す概略構成図である。
本実施例のズームレンズ鏡枠１１は、可変ミラー１２を介して物体距離の変動に伴うピントのズレを補正し、変倍レンズ１３とコンペンセータ１４を光軸に沿って動かすことによって、ズームを行なうように構成されている。
可変ミラー１２は、位置を固定された凹レンズ１６とレンズ１７とに挟まれており、変倍レンズ１３が動いてもゴミ等が可変ミラー１２の表面に落ちないように構成されている。
【００５３】
絞り１８と、シャッタ１９は、レンズ１６のすぐ後方に配置されており、絞り１８と、シャッタ１９が動いてもゴミ等が可変ミラー１２の表面に落ちないように構成されている。
レンズ２０は、非球面レンズでもって、近点フォーカス時においても像面歪曲が生じないように構成され、位置を固定されている。
なお、絞り１８と、シャッタ１９は、変倍レンズ１３とともに動いてもよく、或いは、動かないように固定されていてもよい。なお、図中、１５は固体撮像素子である。
【００５４】
次に、本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変ミラー、可変焦点レンズの構成例について説明する。
【００５５】
図４９は本発明のズームレンズ鏡胴を用いる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。本実施例の構成は、もちろん、銀塩フィルムカメラにも使うことができる。まず、光学特性可変形状鏡４０９について説明する。
【００５６】
光学特性可変形状鏡４０９は、アルミコーティング等で作られた薄膜（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を介して電極４０９ｋ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。
【００５７】
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。
【００５８】
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５１、５２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。
【００５９】
本実施例によれば、物体からの光は、対物レンズ９０２及びプリズム４０４の各入射面と射出面で屈折され、可変形状鏡４０９で反射され、プリズム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４９中、光路中の＋印は、紙面の裏側へ向かって光線が進むことを示している。）、ミラー４０６で反射され、接眼レンズ９０１を介して眼に入射するようになっている。このように、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、及び、可変形状鏡４０９によって、本実施例の光学装置の観察光学系を構成しており、これらの各光学素子の面形状と肉厚を最適化することにより、物体面の収差を最小にすることができるようになっている。
【００６０】
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り、印加される電圧の極性を変えれば凸面とすることもできる。なお、距離センサー４１７はなくてもよく、その場合、固体撮像素子４０８からの像の信号の高周波成分が略最大になるように、デジタルカメラの撮像レンズ４０３を動かし、その位置から逆に物体距離を算出し、可変形状鏡を変形させて観察者の眼にピントが合うようにすればよい。なお、可変形状鏡４０９は、リソグラフィーを用いて作ると、加工精度が良く、良い品質のものが得られやすく、良い。
【００６１】
また、変形する基板４０９ｊ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と組み立て上便利である。
また、図４９の例では、変形する基板４０９ｊをはさんで反射面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４０９ａで変形する電極４０９ｋを兼ねるようにしても良い。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。
【００６２】
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。
【００６３】
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、本実施例の撮像装置では、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。また、可変形状鏡の反射面の形状は、自由曲面に構成するのがよい。なぜなら、収差補正が容易にでき、有利だからである。
本発明で使用する自由曲面とは以下の式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。
【００６４】
ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。Ｍは２以上の自然数である。
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 ）
である。
【００６５】
自由曲面項は、
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。
【００６６】
なお、図４９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。
【００６７】
図５０は本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系にかかる可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９の他の実施例を示す概略構成図である。
本実施例の可変形状鏡は、薄膜４０９ａと電極４０９ｂとの間に圧電素子４０９ｃが介装されていて、これらが支持台４２３上に設けられている。そして、圧電素子４０９ｃに加わる電圧を各電極４０９ｂ毎に変えることにより、圧電素子４０９ｃに部分的に異なる伸縮を生じさせて、薄膜４０９ａの形状を変えることができるようになっている。電極４０９ｂの形は、図５１に示すように、同心分割であってもよいし、図５２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５０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。
【００６８】
図５３は本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系にかかる可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
本実施例の可変形状鏡は、薄膜４０９ａと電極４０９ｂの間に介置される圧電素子が逆方向の圧電特性を持つ材料で作られた２枚の圧電素子４０９ｃ及び４０９ｃ’で構成されている点で、図５０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５０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。
【００６９】
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、上記実施例において薄膜４０９ａの形状を適切に変形させることも可能である。
【００７０】
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。
【００７１】
なお、図５０、５４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。
【００７２】
図５４は本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系にかかる可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
本実施例の可変形状鏡は、圧電素子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、本実施例では、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。
【００７３】
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５４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。
【００７４】
図５５は本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系にかかる可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
本実施例の可変形状鏡は、電磁気力を利用して反射面の形状を変化させ得るようにしたもので、支持台４２３の内部底面上には永久磁石４２６が、頂面上には窒化シリコン又はポリイミド等からなる基板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。
【００７５】
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。
【００７６】
この場合、薄膜コイル４２７の巻密度を、図５６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。
【００７７】
図５７は本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系にかかる可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
本実施例の可変形状鏡では、基板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５８は本実施例におけるコイル４２７の配置を示し、図５９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５５に示した実施例にも適用することができる。なお、図６０は、図５５に示した実施例において、コイル４２７の配置を図５９に示したようにした場合に適する永久磁石４２６の配置を示している。すなわち、図６０に示すように、永久磁石４２６を放射状に配置すれば、図５５に示した実施例に比べて、微妙な変形を基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａに与えることができる。また、このように電磁気力を用いて基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａを変形させる場合（図５５及び図５７の実施例）は、静電気力を用いた場合よりも低電圧で駆動できるという利点がある。
【００７８】
以上いくつかの可変形状鏡の実施例を述べたが、ミラーの形を変形させるのに、図５４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。
【００７９】
図６１は本発明のさらに他の実施例に係る、ズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変ミラーとして可変形状鏡４０９を用いた撮像系、例えば携帯電話のデジタルカメラ、カプセル内視鏡、電子内視鏡、パソコン用デジタルカメラ、ＰＤＡ用デジタルカメラ等に用いられる撮像系の概略構成図である。
本実施例の撮像系は、可変形状鏡４０９と、レンズ９０２と、固体撮像素子４０８と、制御系１０３とで一つの撮像ユニット１０４を構成している。本実施例の撮像ユニット１０４では、レンズ１０２を通った物体からの光は可変形状鏡４０９で集光され、固体撮像素子４０８の上に結像する。可変形状鏡４０９は、光学特性可変光学素子の一種であり、可変焦点ミラーとも呼ばれている。
【００８０】
本実施例によれば、物体距離が変わっても可変形状鏡４０９を変形させることでピント合わせをすることができ、レンズをモータ等で駆動する必要がなく、小型化、軽量化、低消費電力化の点で優れている。また、撮像ユニット１０４は本発明の撮像系としてすべての実施例で用いることができる。また、可変形状鏡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６１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。なお、可変形状鏡４０９でピント合わせを行なう為には、例えば固体撮像素子４０８に物体像を結像させ、可変形状鏡４０９の焦点距離を変化させながら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、固体撮像素子４０８にマイクロコンピュータ等を含む処理回路を接続し、その中で高周波成分を検出すればよい。
【００８１】
図６２は本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に係る可変ミラーとして適用可能なさらに他の実施例に係る、マイクロポンプ１８０で流体１６１を出し入れし、ミラー面を変形させる可変形状鏡１８８の概略構成図である。本実施例によれば、ミラー面を大きく変形させることが可能になるというメリットがある。
マイクロポンプ１８０は、例えば、マイクロマシンの技術で作られた小型のポンプで、電力で動くように構成されている。
マイクロマシンの技術で作られたポンプの例としては、熱変形を利用したもの、圧電材料を用いたもの、静電気力を用いたものなどがある。
【００８２】
図６３は本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系の可変ミラーに適用可能なマイクロポンプの一実施例を示す概略構成図である。本実施例のマイクロポンプ１８０では、振動板１８１は静電気力、圧電効果等の電気力により振動する。図６３では静電気力により振動する例を示しており、図６３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。
【００８３】
本実施例の可変形状鏡１８８では、反射膜１８９が流体１６１の量に応じて凹凸に変形することで、可変形状鏡として機能する。可変形状鏡１８８は流体１６１で駆動されている。流体としては、シリコンオイル、空気、水、ゼリー、等の有機物、無機物を用いることができる。
【００８４】
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６１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。
【００８５】
図６４は本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム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。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とを有し、入射光を第１，第２のレンズ５１２ａ，５１２ｂを経て収束させるものである。透明電極５１３ａ，５１３ｂは、スイッチ５１５を介して交流電源５１６に接続して、高分子分散液晶層５１４に交流電界を選択的に印加するようにする。なお、高分子分散液晶層５１４は、それぞれ液晶分子５１７を含む球状、多面体等の任意の形状の多数の微小な高分子セル５１８を有して構成し、その体積は、高分子セル５１８を構成する高分子および液晶分子５１７がそれぞれ占める体積の和に一致させる。
【００８６】
ここで、高分子セル５１８の大きさは、例えば球状とする場合、その平均の直径Ｄを、使用する光の波長をλとするとき、例えば、
２ｎｍ≦Ｄ≦λ／５ …(1)
とする。すなわち、液晶分子５１７の大きさは、２ｎｍ程度以上であるので、平均の直径Ｄの下限値は、２ｎｍ以上とする。また、Ｄの上限値は、可変焦点レンズ５１１の光軸方向における高分子分散液晶層５１４の厚さｔにも依存するが、λに比べて大きいと、高分子の屈折率と液晶分子５１７の屈折率との差により、高分子セル５１８の境界面で光が散乱して高分子分散液晶層５１４が不透明になってしまうため、後述するように、好ましくはλ／５以下とする。可変焦点レンズが用いられる光学製品によっては高精度を要求しない場合もあり、そのときＤはλ以下でよい。なお、高分子分散液晶層５１４の透明度は、厚さｔが厚いほど悪くなる。
【００８７】
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６５に示すような形状となり、
ｎox＝ｎoy＝ｎo …(2)
である。ただし、ｎoは常光線の屈折率を示し、ｎoxおよびｎoy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。
【００８８】
ここで、図６４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６６に示すように、スイッチ５１５をオンとして高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加すると、液晶分子５１７は、屈折率楕円体の長軸方向が可変焦点レンズ５１１の光軸と平行となるように配向するので、屈折率が低くなり、屈折力の弱いレンズとなる。
【００８９】
なお、高分子分散液晶層５１４に印加する電圧は、例えば、図６７に示すように、可変抵抗器５１９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。
【００９０】
ここで、図６４に示す状態、すなわち高分子分散液晶層５１４に電界を印加しない状態での、液晶分子５１７の平均屈折率ｎLC’は、図６５に示すように屈折率楕円体の長軸方向の屈折率をｎzとすると、およそ
（ｎox＋ｎoy＋ｎZ）／３≡ｎLC’ …(3)
となる。また、上記(2)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ｎeと表して、
（２ｎo＋ｎe）／３≡ｎLC …(4)
で与えられる。このとき、高分子分散液晶層５１４の屈折率ｎAは、高分子セル５１８を構成する高分子の屈折率をｎP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、
ｎA＝ｆｆ・ｎLC’＋（１−ｆｆ）ｎP …(5)
で与えられる。
【００９１】
したがって、図６７に示すように、レンズ５１２ａおよび５１２ｂの内側の面、すなわち高分子分散液晶層５１４側の面の曲率半径を、それぞれＲ1およびＲ2とすると、可変焦点レンズ５１１の焦点距離ｆ1は、
１／ｆ1＝（ｎA−１）（１／Ｒ1−１／Ｒ2） …(6)
で与えられる。なお、Ｒ1およびＲ2は、曲率中心が像点側にあるとき、正とする。また、レンズ５１２ａおよび５１２ｂの外側の面による屈折は除いている。つまり、高分子分散液晶層５１４のみによるレンズの焦点距離が、(6)式で与えられる。
【００９２】
また、常光線の平均屈折率を、
（ｎox＋ｎoy）／２＝ｎo’ …(7)
とすれば、図６６に示す状態、すなわち高分子分散液晶層５１４に電界を印加した状態での、高分子分散液晶層５１４の屈折率ｎBは、
ｎB＝ｆｆ・ｎo’＋（１−ｆｆ）ｎP …(8)
で与えられるので、この場合の高分子分散液晶層５１４のみによるレンズの焦点距離ｆ2は、
１／ｆ2＝（ｎB−１）（１／Ｒ1−１／Ｒ2） …(9)
で与えられる。なお、高分子分散液晶層５１４に、図６６におけるよりも低い電圧を印加する場合の焦点距離は、(6)式で与えられる焦点距離ｆ1と、(9)式で与えられる焦点距離ｆ2との間の値となる。
【００９３】
上記(6)および(9)式から、高分子分散液晶層５１４による焦点距離の変化率は、
｜（ｆ2−ｆ1）／ｆ2｜＝｜（ｎB−ｎA）／（ｎB−１）｜ …(10)
で与えられる。したがって、この変化率を大きくするには、｜ｎB−ｎA｜を大きくすればよい。ここで、
ｎB−ｎA＝ｆｆ（ｎo’−ｎLC’） …(11)
であるから、｜ｎo’−ｎLC’｜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、ｎBが、１．３〜２程度であるから、
０．０１≦｜ｎo’−ｎLC’｜≦１０ …(12)
とすれば、ｆｆ＝０．５のとき、高分子分散液晶層５１４による焦点距離を、０．５％以上変えることができるので、効果的な可変焦点レンズを得ることができる。なお、｜ｎo’−ｎLC’｜は、液晶物質の制限から、１０を越えることはできない。
【００９４】
次に、上記(1)式の上限値の根拠について説明する。「Solar EnerＧy Materials and Solar Cells」31巻,Wilson and Eck,1993, Eleevier Science Publishers B.v.発行の第197 〜214 頁、「Transmission variation usinＧ scatterinＧ/transparent switchinＧ films 」には、高分子分散液晶の大きさを変化させたときの透過率τの変化が示されている。そして、かかる文献の第206 頁、図６には、高分子分散液晶の半径をｒとし、ｔ＝３００μｍ、ｆｆ＝０．５、ｎP ＝１．４５、ｎLC＝１．５８５、λ＝５００ｎｍとするとき、透過率τは、理論値で、ｒ＝５ｎｍ（Ｄ＝λ／５０、Ｄ・ｔ＝λ・６μｍ（ただし、Ｄおよびλの単位はｎｍ、以下も同じ））のときτ≒９０％となり、ｒ＝２５ｎｍ（Ｄ＝λ／１０）のときτ≒５０％になることが示されている。
【００９５】
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。
【００９６】
これらの結果から、
Ｄ・ｔ≦λ・１５μｍ …(13)
であれば、τは７０％〜８０％以上となり、レンズとして十分実用になる。したがって、例えば、ｔ＝７５μｍの場合は、Ｄ≦λ／５で、十分な透過率が得られることになる。
【００９７】
また、高分子分散液晶層５１４の透過率は、ｎPの値がｎLC’の値に近いほど良くなる。一方、ｎo’とｎP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６４の状態と図６６の状態とで、平均して高分子分散液晶層５１４の透過率が良くなるのは、
ｎP＝（ｎo’＋ｎLC’）／２ …(14)
を満足するときである。
【００９８】
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６４の状態でも、図６６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、
ｎo’≦ｎP≦ｎLC’ …(15)
とすればよい。
【００９９】
上記(14)式を満足すれば、上記(13)式は、さらに緩和され、
Ｄ・ｔ≦λ・６０μｍ …(16)
であれば良いことになる。なぜなら、フレネルの反射則によれば、反射率は屈折率差の２乗に比例するので、高分子セル５１８を構成する高分子と液晶分子５１７との境界での光の反射、すなわち高分子分散液晶層５１４の透過率の減少は、およそ上記の高分子と液晶分子５１７との屈折率の差の２乗に比例するからである。
【０１００】
以上は、ｎo’≒１．４５、ｎLC’≒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／（ｎu−ｎP）2 …(17)
であればよい。ただし、（ｎu−ｎP）2は、（ｎLC’−ｎP）2と（ｎo’−ｎP）2とのうち、大きい方である。
【０１０１】
また、可変焦点レンズ５１１の焦点距離変化を大きくするには、ｆｆの値が大きい方が良いが、ｆｆ＝１では、高分子の体積がゼロとなり、高分子セル５１８を形成できなくなるので、
０．１≦ｆｆ≦０．９９９ …(18)
とする。一方、ｆｆは、小さいほどτは向上するので、上記(17)式は、好ましくは、
4×10-6〔μｍ〕2≦Ｄ・ｔ≦λ・45μｍ・(1.585−1.45)2/(ｎu−ｎP)2…(19)
とする。なお、ｔの下限値は、図６４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。
【０１０２】
なお、物質の光学特性を屈折率で表す近似が成り立つのは、「岩波科学ライブラリー８ 小惑星がやってくる」向井正著,1994,岩波書店発行の第５８頁に記載されているように、Ｄが１０ｎｍ〜５ｎｍより大きい場合である。また、Ｄが５００λを越えると、光の散乱は幾何学的となり、高分子セル５１８を構成する高分子と液晶分子５１７との界面での光の散乱がフレネルの反射式に従って増大するので、Ｄは、実用的には、
７ｎｍ≦Ｄ≦５００λ …(20)
とする。
【０１０３】
図６８は図６７に示す可変焦点レンズ５１１を用いたデジタルカメラ用の撮像光学系の構成を示すものである。この撮像光学系においては、物体（図示せず）の像を、絞り５２１、可変焦点レンズ５１１およびレンズ５２２を介して、例えばＣＣＤよりなる固体撮像素子５２３上に結像させる。なお、図６８では、液晶分子の図示を省略してある。
【０１０４】
かかる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。
【０１０５】
図６９は本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変焦点回折光学素子の一例の構成を示す図である。
この可変焦点回折光学素子５３１は、平行な第１，第２の面５３２ａ，５３２ｂを有する第１の透明基板５３２と、光の波長オーダーの溝深さを有する断面鋸歯波状のリング状回折格子を形成した第３の面５３３ａおよび平坦な第４の面５３３ｂを有する第２の透明基板５３３とを有し、入射光を第１，第２の透明基板５３２，５３３を経て出射させるものである。第１，第２の透明基板５３２，５３３間には、図６４で説明したと同様に、透明電極５１３ａ，５１３ｂを介して高分子分散液晶層５１４を設け、透明電極５１３ａ，５１３ｂをスイッチ５１５を経て交流電源５１６に接続して、高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加するようにする。
【０１０６】
かかる構成において、可変焦点回折光学素子５３１に入射する光線は、第３の面５３３ａの格子ピッチをｐとし、ｍを整数とすると、
ｐsinθ＝ｍλ …(21)
を満たす角度θだけ偏向されて出射される。また、溝深さをｈ、透明基板３３の屈折率をｎ33とし、ｋを整数とすると、
ｈ（ｎA−ｎ33）＝ｍλ …(22)
ｈ（ｎB−ｎ33）＝ｋλ …(23)
を満たせば、波長λで回折効率が１００％となり、フレアの発生を防止することができる。
【０１０７】
ここで、上記(22)および(23)式の両辺の差を求めると、
ｈ（ｎA−ｎB）＝（ｍ−ｋ）λ …(24)
が得られる。したがって、例えば、λ＝５００ｎｍ、ｎA＝１．５５、ｎB＝１．５とすると、
０．０５ｈ＝（ｍ−ｋ）・５００ｎｍ
となり、ｍ＝１，ｋ＝０とすると、
ｈ＝１００００ｎｍ＝１０μｍ
となる。この場合、透明基板５３３の屈折率ｎ33は、上記(22)式から、ｎ33＝１．５であればよい。また、可変焦点回折光学素子５３１の周辺部における格子ピッチｐを１０μｍとすると、θ≒２．８７°となり、Ｆナンバーが１０のレンズを得ることができる。
【０１０８】
かかる可変焦点回折光学素子５３１は、高分子分散液晶層５１４への印加電圧のオン・オフで光路長が変わるので、例えば、レンズ系の光束が平行でない部分に配置して、ピント調整を行うのに用いたり、レンズ系全体の焦点距離等を変えるのに用いることができる。
【０１０９】
なお、この実施形態において、上記(22)〜(24)式は、実用上、
０．７ｍλ≦ｈ（ｎA−ｎ33）≦１．４ｍλ …(25)
０．７ｋλ≦ｈ（ｎB−ｎ33）≦１．４ｋλ …(26)
０．７（ｍ−ｋ）λ≦ｈ（ｎA−ｎB）≦１．４（ｍ−ｋ）λ …(27)
を満たせば良い。
【０１１０】
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７０および図７１は、この場合の可変焦点眼鏡５５０の構成を示すものであり、可変焦点レンズ５５１は、レンズ５５２および５５３と、これらレンズの内面上にそれぞれ透明電極５１３ａ，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とを有して構成し、その透明電極５１３ａ，５１３ｂを可変抵抗器５１９を経て交流電源５１６に接続して、ツイストネマティック液晶層５５４に交流電界を印加するようにする。
【０１１１】
かかる構成において、ツイストネマティック液晶層５５４に印加する電圧を高くすると、液晶分子５５５は、図７１に示すようにホメオトロピック配向となり、図７０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。
【０１１２】
ここで、図７０に示すツイストネマティック状態における液晶分子５５５の螺旋ピッチＰは、光の波長λに比べて同じ程度か十分小さくする必要があるので、例えば、
２ｎｍ≦Ｐ≦２λ／３ …(28)
とする。なお、この条件の下限値は、液晶分子の大きさで決まり、上限値は、入射光が自然光の場合に、図７０の状態でツイストネマティック液晶層５５４が等方媒質として振る舞うために必要な値であり、この上限値の条件を満たさないと、可変焦点レンズ５５１は偏光方向によって焦点距離の異なるレンズとなり、これがため二重像が形成されてぼけた像しか得られなくなる。
【０１１３】
図７２(a)は本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変偏角プリズムの構成を示すものである。この可変偏角プリズム５６１は、第１，第２の面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６４で説明したと同様に、透明電極５１３ａ，５１３ｂを介して高分子分散液晶層５１４を設ける。透明電極５１３ａ，５１３ｂは、可変抵抗器５１９を経て交流電源５１６に接続し、これにより高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加して、可変偏角プリズム５６１を透過する光の偏角を制御するようにする。なお、図７２(a)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７２(b)に示すように、透明基板５６２および５６３の内面を相対的に傾斜させた傾斜面を有する通常のプリズム状に形成することもできるし、あるいは図６９に示した回折格子状に形成することもできる。回折格子状に形成する場合には、上記の(21)〜(27)式が同様にあてはまる。
【０１１４】
かかる構成の可変偏角プリズム５６１は、例えば、ＴＶカメラ、デジタルカメラ、フィルムカメラ、双眼鏡等のブレ防止用として有効に用いることができる。この場合、可変偏角プリズム５６１の屈折方向（偏向方向）は、上下方向とするのが望ましいが、さらに性能を向上させるためには、２個の可変偏角プリズム５６１を偏向方向を異ならせて、例えば図７３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７２および図７３では、液晶分子の図示を省略してある。
【０１１５】
図７４は本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いる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、図６４で説明したと同様に、高分子分散液晶層５１４を設け、これら透明電極５１３ａ，５１３ｂをスイッチ５１５および可変抵抗器５１９を経て交流電源５１６に接続して、高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加するようにする。なお、図７４では、液晶分子の図示を省略してある。
【０１１６】
かかる構成によれば、透明基板５６６側から入射する光線は、反射膜５６８により高分子分散液晶層５１４を折り返す光路となるので、高分子分散液晶層５１４の作用を２回もたせることができると共に、高分子分散液晶層５１４への印加電圧を変えることにより、反射光の焦点位置を変えることができる。この場合、可変焦点ミラー５６５に入射した光線は、高分子分散液晶層５１４を２回透過するので、高分子分散液晶層５１４の厚さの２倍をｔとすれば、上記の各式を同様に用いることができる。なお、透明基板５６６または５６７の内面を、図６９に示したように回折格子状にして、高分子分散液晶層５１４の厚さを薄くすることもできる。このようにすれば、散乱光をより少なくできる利点がある。
【０１１７】
なお、以上の説明では、液晶の劣化を防止するため、電源として交流電源５１６を用いて、液晶に交流電界を印加するようにしたが、直流電源を用いて液晶に直流電界を印加するようにすることもできる。また、液晶分子の方向を変える方法としては、電圧を変化させること以外に、液晶にかける電場の周波数、液晶にかける磁場の強さ・周波数、あるいは液晶の温度等を変化させることによってもよい。以上に示した実施形態において、高分子分散液晶は液状ではなく固体に近いものもあるので、その場合はレンズ５１２ａ，５１２ｂの一方、透明基板５３２、レンズ５３８、レンズ５５２，５５３の一方、図７２(a)における透明基板５６３、図７２(b)における透明基板５６２，５６３の一方、透明基板５６６，５６７の一方はなくてもよい。
以上図６４から図７４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のメリットは、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、等である。
【０１１８】
図７５は本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変焦点レンズのさらに他の実施例に係る、可変焦点レンズ１４０を用いた撮像ユニット１４１の概略構成図である。撮像ユニット１４１は本発明の撮像系として用いることができる。
本実施例では、レンズ１０２と可変焦点レンズ１４０とで、撮像レンズを構成している。そして、この撮像レンズと固体撮像素子４０８とで撮像ユニット１４１を構成している。可変焦点レンズ１４０は、透明部材１４２と圧電性のある合成樹脂等の柔らかい透明物質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。
【０１１９】
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、本実施例によれば、物体距離が変わった場合でも光学系をモーター等で動かすことなくフォーカスができ、小型、軽量、消費電力が少ない点で優れている。
【０１２０】
なお、図７５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。
【０１２１】
なお、図７５の例で、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７６に示すように、支援部材１４７を設けてシリンダー１４６を省略した構造にしてもよい。
支援部材１４７は、間に透明電極１４５を挟んで、透明物質１４３の一部の周辺部分を固定している。本実施例によれば、透明物質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７７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７６、７７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。
【０１２２】
図７５、７６に示す実施例では、電圧を逆に印加すると透明物質１４３は逆向きに変形するので凹レンズにすることも可能である。
なお、透明物質１４３に電歪材料、例えば、アクリルエラストマー、シリコンゴム等を用いる場合は、透明物質１４３を透明基板と電歪材料を貼り合わせた構造にするとよい。
【０１２３】
図７８は本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変焦点レンズのさらに他の実施例に係る、マイクロポンプ１６０で流体１６１を出し入れし、レンズ面を変形させる可変焦点レンズ１６７の概略構成図である。
マイクロポンプ１６０は、例えば、マイクロマシンの技術で作られた小型のポンプで、電力で動くように構成されている。流体１６１は、透明基板１６３と、弾性体１６４との間に挟まれている。図７８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。
【０１２４】
そして、図６３で示したようなマイクロポンプ１８０を、例えば、図７８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。
【０１２５】
なお、静電気力、圧電効果を用いた可変焦点レンズなどにおいては、駆動用に高電圧が必要になる場合がある。その場合には、昇圧用のトランス、あるいは圧電トランス等を用いて制御系を構成するとよい。
特に積層型圧電トランスを用いると小型にできてよい。
【０１２６】
図７９は本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な光学特性可変光学素子の他の実施例であって圧電材料２００を用いた可変焦点レンズ２０１の概略構成図である。
圧電材料２００には透明物質１４３と同様の材料が用いられており、圧電材料２００は、透明で柔らかい基板２０２の上に設けられている。なお、基板２０２には、合成樹脂、有機材料を用いるのが望ましい。
本実施例においては、２つの透明電極５９を介して電圧を圧電材料２００に加えることで圧電材料２００は変形し、図７９において凸レンズとしての作用を持っている。
【０１２７】
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８０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。
【０１２８】
本実施例では、流体１６１を保持する基板の一部分を圧電材料で変形させて、液溜１６８を不要としたところに大きなメリットがある。
なお、図７８の実施例にも言えることであるが、透明基板１６３，１６５はレンズとして構成しても、或いは平面で構成してもよい。
【０１２９】
図８１は本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な光学特性可変光学素子のさらに他の実施例であって圧電材料からなる２枚の薄板２００Ａ，２００Ｂを用いた可変焦点レンズの概略構成図である。
本実施例の可変焦点レンズは、薄板２００Ａと２００Ｂの材料の方向性を反転させることで、変形量を大きくし、大きな可変焦点範囲が得られるというメリットがある。
なお、図８１中、２０４はレンズ形状の透明基板である。
本実施例においても、紙面の右側の透明電極５９は基板２０２よりも小さく形成されている。
【０１３０】
なお、図７９〜図８１の実施例において、基板２０２、薄板２００，２００Ａ，２００Ｂの厚さを不均一にして、電圧を掛けたときの変形のさせかたをコントロールしてもよい。
そのようにすれば、レンズの収差補正等もすることができ、便利である。
【０１３１】
図８２は本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変焦点レンズのさらに他の実施例を示す概略構成図である。
本実施例の可変焦点レンズ２０７は、例えばシリコンゴムやアクリルエラストマー等の電歪材料２０６を用いて構成されている。
本実施例の構成によれば、電圧が低いときには、図８２に示すように、凸レンズとして作用し、電圧を上げると、図８３に示すように、電歪材料２０６が上下方向に伸びて左右方向に縮むので、焦点距離が伸びる。従って、可変焦点レンズとして動作する。
本実施例の可変焦点レンズによれば、大電源を必要としないので消費電力が小さくて済むというメリットがある。
以上述べた図７５から図８３の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、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。
【０１３２】
図８４は本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な光学特性可変光学素子のさらに他の実施例であってフォトメカニカル効果を用いた可変焦点レンズの概略構成図である。
本実施例の可変焦点レンズ２１４は、透明弾性体２０８，２０９でアゾベンゼン２１０が挟まれており、アゾベンゼン２１０には、透明なスペーサー２１１を経由して光が照射されるようになっている。
図８４中、２１２，２１３はそれぞれ中心波長がλ1，λ2の例えばＬＥＤ、半導体レーザー等の光源である。
【０１３３】
本実施例において、中心波長がλ1の光が図８５(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８５(b)に示すシス型に変化して体積が減少する。このため、可変焦点レンズ２１４の形状はうすくなり、凸レンズ作用が減少する。
一方、中心波長がλ2の光がシス型のアゾベンゼン２１０に照射されると、アゾベンゼン２１０はシス型からトランス型に変化して、体積が増加する。このため、可変焦点レンズ２１４の形状は厚くなり、凸レンズ作用が増加する。
このようにして、本実施例の光学素子２１４は可変焦点レンズとして作用する。
また、可変焦点レンズ２１４では、透明弾性体２０８，２０９の空気との境界面で光が全反射するので外部に光がもれず、効率がよい。
【０１３４】
図８６は本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡のさらに他の実施例を示す概略構成図である。本実施例では、デジタルカメラに用いられるものとして説明する。なお、図８６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。
本実施例の可変形状鏡４５は、アクリルエラストマー等の有機材料からなる電歪材料４５３と間を隔てて分割電極４０９ｂを設け、電歪材料４５３の上に順に電極４５２、変形可能な基板４５１を設け、さらにその上に入射光を反射するアルミニウム等の金属からなる反射膜４５０を設けて構成されている。
このように構成すると、分割電極４０９ｂを電歪材料４５３と一体化した場合に比べて、反射膜４５０の面形状が滑らかになり、光学的に収差を発生させにくくなるというメリットがある。
なお、変形可能な基板４５１と電極４５２の配置は逆でも良い。
また、図８６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。
【０１３５】
なお本願の可変形状鏡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４９の例のように可変形状鏡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、そのように可変形状鏡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。
【０１３６】
最後に、本発明で用いる用語の定義を述べておく。
【０１３７】
光学装置とは、光学系あるいは光学素子を含む装置のことである。光学装置単体で機能しなくてもよい。つまり、装置の一部でもよい。
【０１３８】
光学装置には、撮像装置、観察装置、表示装置、照明装置、信号処理装置等が含まれる。
【０１３９】
撮像装置の例としては、フィルムカメラ、デジタルカメラ、ロボットの眼、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラ、テレビカメラ、動画記録装置、電子動画記録装置、カムコーダ、ＶＴＲカメラ、電子内視鏡等がある。デジカメ、カード型デジカメ、テレビカメラ、ＶＴＲカメラ、動画記録カメラなどはいずれも電子撮像装置の一例である。
【０１４０】
観察装置の例としては、顕微鏡、望遠鏡、眼鏡、双眼鏡、ルーペ、ファイバースコープ、ファインダー、ビューファインダー等がある。
【０１４１】
表示装置の例としては、液晶ディスプレイ、ビューファインダー、ゲームマシン（ソニー社製プレイステーション）、ビデオプロジェクター、液晶プロジェクター、頭部装着型画像表示装置（ｈｅａｄ ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話等がある。
【０１４２】
照明装置の例としては、カメラのストロボ、自動車のヘッドライト、内視鏡光源、顕微鏡光源等がある。
【０１４３】
信号処理装置の例としては、携帯電話、パソコン、ゲームマシン、光ディスクの読取・書込装置、光計算機の演算装置等がある。
【０１４４】
なお、本願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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
以上説明したように、本発明のズームレンズ鏡胴又はズームレンズ鏡枠は、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。
【０１５１】
（１）ミラーを介して光路が被写体側と撮像素子側とに分離された屈曲光学系のレンズ鏡胴において、ズーム駆動される光学系、シャッタ及び絞りを駆動させる駆動部を、ズーム駆動によっては移動しない固定部に配置したことを特徴とするレンズ鏡胴。
【０１５２】
（２）ミラーを介して光路が被写体側と撮影素子側とに分離された屈曲光学系のレンズ鏡胴において、シャッタと絞りを、ズーム駆動される光学系を構成するレンズのうち前記ミラーに最も近接するレンズの前記ミラーに対面する位置に配置したことを特徴とするレンズ鏡胴。
【０１５３】
（３）ミラーを介して光路が被写体側と撮影素子側とに分離された屈曲光学系のレンズ鏡胴において、
シャッタと絞りを、前記ミラーよりも撮像素子寄りで、前記ミラーに最も近い固定の光学素子あるいは固定の光学素子群よりも撮像素子寄りに配置したことを特徴とするレンズ鏡胴。
【０１５４】
（４）ミラーを介して光路が被写体側と撮像素子側とに分離された屈曲光学系のレンズ鏡胴において、絞り及び絞りを駆動する駆動部を、ズーム駆動によっては移動しない固定部に配置したことを特徴とするレンズ鏡胴。
【０１５５】
（５）前記ミラーが可変ミラーであることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１５６】
（６）前記可変ミラーが、静電気力、電磁気力、圧電効果、電歪、流体のいずれかによって駆動されることを特徴とする請求項４又は上記（５）に記載のレンズ鏡胴。
【０１５７】
（７）前記可変ミラーの変形する光反射部材が、有機材料を用いて構成されていることを特徴とする請求項４、上記（５）、（６）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１５８】
（８）前記ズーム駆動される光学系が、凹レンズ作用をもつレンズ群と、前記可変ミラーを含む光学素子の群と、光軸にほぼ沿って移動するレンズ群とを含んで構成されていることを特徴とする請求項４、上記（１）又は（２）に従属する上記（５）〜（７）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１５９】
（９）前記屈曲光学系が、物体側から順に、凹レンズを含むレンズ群と、前記可変ミラーを含む群と、光軸にほぼ沿って移動する凸レンズを含むレンズ群とを含んで構成されていることを特徴とする請求項４、上記（５）〜（８）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１６０】
（１０）前記光軸にほぼ沿って移動するレンズ群が１つであることを特徴とする上記（９）に記載のレンズ鏡胴。
【０１６１】
（１１）前記ズーム駆動される光学系が移動するレンズ群を含み、モーターまたは手動で前記移動するレンズ群を駆動するようにしたことを特徴とする請求項１〜４、上記（１）、（２）、請求項１〜４、上記（１）、（２）のいずれかに従属する上記（５）〜（１０）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１６２】
（１２）可変ミラーを複数個含むことを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（１１）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１６３】
（１３）複数の移動するレンズ群を含むことを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（１２）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１６４】
（１４）撮像素子の撮像エリアの短辺または長辺方向が、前記可変ミラーへ入射する軸上光線の入射面とほぼ平行（±５度以内）であることを特徴とする請求項４、上記（５）〜（１０）、請求項４、上記（５）〜（１０）のいずれかに従属する上記（１１）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１６５】
（１５）前記可変ミラーの形状が、所定の状態において自由曲面となることを特徴とする請求項４、上記（５）〜（１０）、請求項４、上記（５）〜（１０）のいずれかに従属する上記（１１）、上記（１４）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１６６】
（１６）前記ズーム駆動される光学系がレトロフォーカスタイプであることを特徴とする請求項１〜４、上記（１）、（２）、請求項１〜４、上記（１）、（２）のいずれかに従属する上記（５）〜（１０）、（１２）、（１３）、請求項４、上記（１）、（２）のいずれかに従属する（１４）、（１５）、上記（１１）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１６７】
（１７）ズーム駆動される光学系における移動するレンズ群を手動または電動で駆動する場合に移動するレンズ群の位置を検出するためのエンコーダーを備えた上記（８）、上記（８）に従属する上記（９）、（１０）、（１１）、上記（８）、上記（８）に従属する上記（９）、上記（１０）、（１１）のいずれかに従属する上記（１２）〜（１６）のいずれかに記載の可変ミラーを有するレンズ鏡胴に用いるズーム駆動される光学系。
【０１６８】
（１８）検出したレンズ群の位置に応じて前記可変ミラーを所望の値に変形させることを特徴とする上記（１７）に記載のズーム駆動される光学系。
【０１６９】
（１９）前記絞りが前記可変ミラーに対して移動しないことを特徴とする請求項４、上記（５）〜（１０）、（１４）、（１５）、（１７）、（１８）、請求項４、上記（５）〜（１０）のいずれかに従属する上記（１１）〜（１３）、（１６）のいずれかに記載のレンズ鏡胴に用いる光学系。
【０１７０】
（２０）絞りとシャッタとが凸レンズ群よりも撮像素子よりも遠くに配置されることを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（１９）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１７１】
（２１）絞りとシャッタとが凹レンズ群よりも撮像素子寄りに配置されていることを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（２０）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１７２】
（２２）撮像素子上に物体像を結像させて、可変ミラーの焦点距離を変化させながら物体像の高周波成分が最大になる状態を探すことで、ピント位置を検出するようにしたことを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（２１）のいずれかに記載のレンズ鏡胴に用いる光学系を備えた撮像装置。
【０１７３】
【発明の効果】
本発明によれば、レンズ鏡枠を構成する１群枠、２群枠、３群枠、ロッド、ＣＣＤ保持枠、ミラー保持部を鏡枠基盤に搭載し、さらにそれとは別に、モータ類、ギアトレイン類及びシャッタ、絞り、ズーム駆動部材類を駆動基板にそれぞれ分離搭載して、鏡枠部からこれら駆動部材を電気回線で接続しないで構成できる。このため、従来のレンズ鏡胴のような鏡枠内でのＦＰＣ等の伸び縮みによるスペース上の不利や、内面反射等の品質上の不利を解消することができる。
【０１７４】
また、本発明によれば、シャッタ、絞り、ズーム駆動部材類を駆動基板に搭載して、鏡枠基盤には直接組み込まないようにしたので、従来のレンズ鏡胴のような鏡枠内にモータやＦＰＣ等の光学系を構成しない部材の組み込み変形や位置ずれ等による光学系の品質を損なうことがなくなる。
【０１７５】
また、本発明によれば、駆動部が鏡枠部と分離しているため、最終的な全体の組み上がりを待つことなく、それぞれ単独で鏡枠治具や駆動治具を介して個別に検査できる。このため、歩留まりが向上し生産コスト面で有利となる。
【０１７６】
また、本発明によれば、鏡枠基盤に対し、１群枠、ミラー保持部及びロッドに支持されるレンズ鏡枠をそれぞれ分離して組み立てることができるようにしたので、それぞれの構成部材を多数種類標準化して揃えておき、目的に応じて組み合せることができる。
また、本発明によれば、鏡枠部と駆動部をそれぞれ別箇に組み立てて調整すればよく、鏡枠部と駆動部との組み込み時に調整が不要となる。
【０１７７】
また、本発明によれば、モータ等の駆動部材を１つのユニットとして構成したので、電装系を１箇所に集中して収納して、標準化することができ、電気系としてまとめて管理検査できる。また、ユニット化したことに伴い、自動組み立てやすくなる。
【０１７８】
また、本発明によれば、可変ミラーに隣接、対面しズーム駆動する２群枠にシャッタ及び絞りをユニットで配置し、絞りを３枚羽根の虹彩タイプで構成したので、従来のレンズ鏡胴に設けられていたターレットタイプの絞りに比べて、無段階の絞り口径を得ることができる。
また、２枚羽根の絞りに比べて精度の良い口径比を得ることができる。
また、シャッタ及び絞りをユニットとして構成したことにより標準化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるズームレンズ鏡胴におけるレンズ群を構成する光学部材の配置を示す構成図であり、望遠（長焦点）時の状態を示している。
【図２】図１の構成における広角（短焦点）時の状態を示す図である。
【図３】本実施形態のレンズ鏡胴の各構成部材を組み込んだ状態の全体構成を示す正面図である。
【図４】図３のレンズ鏡胴を上方からみた図である。
【図５】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれているシャッタ駆動機構の望遠（長焦点）時におけるシャッタが開いた状態を図３と同じ側からみた図である。
【図６】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれているシャッタ駆動機構の広角（短焦点）時におけるシャッタが閉じた状態を図３と同じ側からみた図である。
【図７】図５の右側面図である。
【図８】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれているシャッタ駆動機構のシャッタが開いたときのシャッタ羽根部の状態を示す上面図である。
【図９】図８の主にシャッタを示す図である。
【図１０】図８の下面図である。
【図１１】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれているシャッタ駆動機構のシャッタが閉じたときのシャッタ羽根部の状態を示す上面図である。
【図１２】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれている絞り機構の望遠（長焦点）時における絞り状態を図３と同じ側からみた図である。
【図１３】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれている絞り機構の広角（短焦点）時における絞り状態を図３と同じ側からみた図である。
【図１４】図１２の絞り部を主に示す右側面図である。
【図１５】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれている絞り機構の絞りを開いたときの絞り羽根部の状態を示す上面図である。
【図１６】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれている絞り機構の絞りを閉じたときの絞り羽根部の状態を示す上面図である。
【図１７】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれている絞り機構の絞りを開いたときの絞り羽根部の状態を示す下面図である。
【図１８】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれている絞り機構の絞りを閉じたときの絞り羽根部の状態を示す下面図である。
【図１９】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれているズーム駆動機構の望遠（長焦点）時におけるズーム駆動状態を図３と同じ側からみた図である。
【図２０】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれているズーム駆動機構の広角（短焦点）時におけるズーム駆動状態を図３と同じ側からみた図である。
【図２１】図１９の右側面図である。
【図２２】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれているズーム駆動機構の下面図である。
【図２３】本実施形態のレンズ鏡胴の望遠（長焦点）時におけるレンズ枠の位置関係を図３と同じ側からみた図である。
【図２４】本実施形態のレンズ鏡胴の広角（短焦点）時におけるレンズ枠の位置関係を図３と同じ側からみた図である。
【図２５】本実施形態のズームレンズ鏡胴における１群枠Ｋ１の鏡枠基盤Ｋ４への固定位置を示す右側面図である。
【図２６】本実施形態のズームレンズ鏡胴における鏡枠基盤Ｋ４と２群枠Ｋ２に対するロッドＫ５、スリーブＫ２2の位置関係を示す下面図である。
【図２７】本実施形態のズームレンズ鏡胴におけるズームモータＺＭ１、シャッタモータＳＨＭ１及び絞りモータＳＥＭ１のギアトレイン部を収納し、駆動基板ＫＢ１に固定するギアカバーの構造を図３と同じ側からみた図である。
【図２８】図２７の右側面図である。
【図２９】図２７の上面図である。
【図３０】図２７の左側面図である。
【図３１】本実施形態のズームレンズ鏡胴におけるモータ部を収納し、駆動基板ＫＢ１に固定する構造を図３と同じ側からみた図である。
【図３２】図３１の右側面図である。
【図３３】図３１の左側面図である。
【図３４】本実施形態のズームレンズ鏡胴に用いる可変ミラー保持部Ｍ４を図３と同じ側から見た図である。
【図３５】図３４の右側面図である。
【図３６】図３４の上面図である。
【図３７】図３４の左側面図である。
【図３８】図３４の下面図である。
【図３９】本実施形態のレンズ鏡胴に用いる可変ミラー保持部Ｍ４に取り付けたミラーケースＭ５を図３と同じ側から見た図である。
【図４０】図３９の右側面図である。
【図４１】図３９の上面図である。
【図４２】図３９の左側面図である。
【図４３】図３９の下面図である。
【図４４】本実施形態のズームレンズ鏡胴におけるシャッタ・絞りユニットを固定する構造と２群枠Ｋ２への固着構造を示す図３と同じ側から見た図である。
【図４５】本実施形態のズームレンズ鏡胴におけるシャッタ・絞りユニットを示す図４４の右側面図である。
【図４６】図４４の上面図である。
【図４７】図４４の下面図である。
【図４８】本発明のズームレンズ鏡胴に適用可能なズームレンズ鏡枠部の光学部材の他の例を示す概略構成図である。
【図４９】本発明のズームレンズ鏡胴を用いる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。
【図５０】本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系にかかる可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９の他の実施例を示す概略構成図である。
【図５１】図５０の実施例の可変形状鏡に用いる電極の一形態を示す説明図である。
【図５２】図５０の実施例の可変形状鏡に用いる電極の他の形態を示す説明図である。
【図５３】本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系にかかる可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【図５４】本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系にかかる可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【図５５】本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系にかかる可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【図５６】図５５の実施例における薄膜コイル４２７の巻密度の状態を示す説明図である。
【図５７】本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系にかかる可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【図５８】図５７の実施例におけるコイル４２７の一配置例を示す説明図である。
【図５９】図５７の実施例におけるコイル４２７の他の配置例を示す説明図である。
【図６０】図５５に示した実施例において、コイル４２７の配置を図５９に示したようにした場合に適する永久磁石４２６の配置を示す説明図である。
【図６１】本発明のさらに他の実施例に係る、ズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変ミラーとして可変形状鏡４０９を用いた撮像系、例えば携帯電話のデジタルカメラ、カプセル内視鏡、電子内視鏡、パソコン用デジタルカメラ、ＰＤＡ用デジタルカメラ等に用いられる撮像系の概略構成図である。
【図６２】本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に係る可変ミラーとして適用可能なさらに他の実施例に係る、マイクロポンプ１８０で流体１６１を出し入れし、ミラー面を変形させる可変ミラーとして用いる可変形状鏡１８８の概略構成図である。
【図６３】本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系の可変ミラーに適用可能なマイクロポンプの一実施例を示す概略構成図である。
【図６４】本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム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。
【図６５】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６６】図６２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６７】図６４に示す高分子分散液晶層への印加電圧を可変にする場合の一例の構成を示す図である。
【図６８】図６７に示す可変焦点レンズ５１１を用いたデジタルカメラ用の撮像光学系の構成を示す図である。
【図６９】本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変焦点回折光学素子の一例の構成を示す図である。
【図７０】ツイストネマティック液晶を用いる可変焦点レンズを有する可変焦点眼鏡の構成を示す図である。
【図７１】図７０に示すツイストネマティック液晶層への印加電圧を高くしたときの液晶分子の配向状態を示す図である。
【図７２】本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変偏角プリズムの２つの例の構成を示す図である。
【図７３】図７２に示す可変偏角プリズムの使用態様を説明するための図である。
【図７４】本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いる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図である。
【図７５】本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変焦点レンズのさらに他の実施例に係る、可変焦点レンズ１４０を用いた撮像ユニット１４１の概略構成図である。
【図７６】図７５の実施例における可変焦点レンズの変形例を示す説明図である。
【図７７】図７６の可変焦点レンズが変形した状態を示す説明図である。
【図７８】本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変焦点レンズのさらに他の実施例に係る、マイクロポンプ１６０で流体１６１を出し入れし、レンズ面を変形させる可変焦点レンズ１６２の概略構成図である。
【図７９】本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な光学特性可変光学素子の他の実施例であって圧電材料２００を用いた可変焦点レンズ２０１の概略構成図である。
【図８０】図７９の変形例に係る可変焦点レンズの状態説明図である。
【図８１】本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な光学特性可変光学素子のさらに他の実施例であって圧電材料からなる２枚の薄板２００Ａ，２００Ｂを用いた可変焦点レンズの概略構成図である。
【図８２】本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変焦点レンズのさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【図８３】図８２の実施例に係る可変焦点レンズの状態説明図である。
【図８４】本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な光学特性可変光学素子のさらに他の実施例であってフォトメカニカル効果を用いた可変焦点レンズの概略構成図である。
【図８５】図８４の実施例に係る可変焦点レンズに用いるアゾベンゼンの構造を示す説明図であり、(a)はトランス型、(b)はシス型を示している。
【図８６】本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
Ｃ１1 ＣＣＤ面
Ｃ１2 ＣＣＤ保持枠
Ｃ２ ＣＣＤ枠
Ｃ２1 ロッド受け
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３ フィルタ
Ｇ１ 第１群
ＧＫ１1，ＧＫ１2，ＧＫ１3 ガイドピン
Ｇ２ 第２群
Ｇ３ 第３群
Ｋ１ １群枠
Ｋ１1 固定ビス
Ｋ２ ２群枠
Ｋ２1 ２群枠被駆動ピン
Ｋ２01 取り付け穴
Ｋ２2 スリーブ
Ｋ３ ３群枠
Ｋ３1 嵌合穴
Ｋ４ 鏡枠基盤
Ｋ４1 ロッド受け
Ｋ４2 ミラーケース固定ビス
Ｋ４3 取り付け穴
Ｋ５ ロッド
Ｋ５1 一端部
Ｋ５2 他端部
ＫＢ１ 駆動基板
ＫＢ１2 ギアカバー固定ビス
ＫＢ１3 モータカバー固定ビス
ＫＢ１4 駆動基板固定ビス
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６ レンズ
Ｍ 可変ミラー
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ 可変ミラー構成部材
Ｍ１1 可変ミラーの反射面
Ｍ４ 可変ミラー保持部
Ｍ４1，Ｍ４2 取り付け穴
Ｍ４3 ミラー保持部ボス
Ｍ５ ミラーケース
Ｍ５1，Ｍ５2 ミラーケースボス
ＺＭ１ ズームモータ
ＺＭ１2 ガイド穴
ＳＨ１ シャッタ羽根
ＳＨ１1 シャッタ羽根穴
ＳＨ１2 シャッタ羽根カム穴
ＳＨ２ シャッタ被駆動部材
ＳＨ２1 シャッタ被駆動部材係合部
ＳＨ２01 ワッシャ
ＳＨ２2 シャッタ羽根係合突起
ＳＨ３ シャッタ基盤
ＳＨ３1 シャッタばね
ＳＨ３01 突起嵌合部
ＳＨ３2 シャッタ羽根突起嵌合部
ＳＨ４ シャッタカバー
ＳＨ５ シャッタ駆動部材
ＳＨ５1 ラックギア係合部
ＳＨ５2 ガイド穴
ＳＨ５3 シャッタ駆動部材係合部
ＳＨＭ１ シャッタモータ
ＳＨＭ２，ＳＨＭ３ ギア
ＳＨＭ１1，ＳＨＭ２1，ＳＨＭ３1，ＳＨＭ３2 ギアの歯部
ＳＥ１ 絞り羽根
ＳＥ１1 絞り羽根穴
ＳＥ１2 絞り羽根カム穴
ＳＥ１21 絞り検出板
ＳＥ２ 絞り基盤
ＳＥ２1 絞り羽根突起嵌合部
ＳＥ２2 溝
ＳＥ３ 絞り被駆動部材
ＳＥ３0 嵌合穴
ＳＥ３1 絞り被駆動ピン
ＳＥ３01 絞り羽根係合突起
ＳＥ３2 絞りばね受け
ＳＥ３3 絞りばね
ＳＥ３4 パッチン部材
ＳＥ３41 パッチン回転止め
ＳＥ３5 パッチンバネ受け
ＳＥ４ 絞り駆動部材
ＳＥ４1 ラックギア係合部
ＳＥ４2 ガイド穴
ＳＥ４3 絞り被駆動部材係合部
ＳＥ５ シャッタ・絞り基盤
ＳＥ５1 シャッタ・絞り基盤ボス
ＳＥ５2 シャッタ・絞りユニット固定ビス
ＳＥＭ１ 絞りモータ
ＳＥＭ１21 絞り検出板
ＳＥＭ２，ＳＥＭ３ ギア
ＳＥＭ１1，ＳＥＭ２1，ＳＥＭ２2，ＳＥＭ３1 ギアの歯部
ＳＥＭ４1 取り付け穴
Ｚ１ ズーム駆動部材
Ｚ１1 ラックギア係合部
Ｚ１12 ズーム駆動部材ラック穴
Ｚ１2 ズーム駆動部材カム穴
Ｚ１3 ズーム駆動部材組み立て穴
ＺＫ１ ギアカバー
ＺＫ２ モータカバー
ＺＫ２1，ＺＫ２2 モータカバーボス
ＺＭ１ ズームモータ
ＺＭ１21 ズーム検出板
ＺＭ２，ＺＭ３，ＺＭ４ ギア
ＺＭ１1，ＺＭ２1，ＺＭ２2，ＺＭ３1，ＺＭ３2，ＺＭ４1
ギアの歯部
ＺＭ５ フォトインタラプタ
ＺＭ５1 取り付け穴
１１ ズームレンズ鏡枠
１２ 可変ミラー
１３ 変倍レンズ
１４ コンペンセータ
１５ 固体撮像素子
１６，２０ レンズ
１７ 凹レンズ
１８ 絞り
１９ シャッタ
４５，１８８ 可変形状鏡
１４０，１６７，２０１，２０７，２１４，５１１，５５１
可変焦点レンズ
１６１ 流体
１６３，１６５，２０４，５３２，５３３，５６２，５６３，５６６，５６７
透明基板
５９，１４５，５１３ａ，５１３ｂ 透明電極
１０２，５１２ａ，５１２ｂ，５２２，５５２，５５３ レンズ
１０３ 制御系
１０３’ 回路
１０４，１４１ 撮像ユニット
１４２ 透明部材
１４３ 圧電性のある透明物質
１４４ 流体あるいはゼリー状物質
１４６ シリンダー
１４７ 支援部材
１４８ 変形可能な部材
１６０，１８０ マイクロポンプ
１６４ 弾性体
１６８ 液溜
１８１ 振動板
１８２，１８３，４０９ｂ，４０９ｄ，４０９ｋ，４５２ 電極
１８４，１８５ 弁
１８９，４５０ 反射膜
２００ 圧電材料
２００Ａ，２００Ｂ 薄板
２０２ 透明で柔らかい基板
２０６，４０９ｃ−２ 電歪材料
２０８，２０９ 透明弾性体
２１０ アゾベンゼン
２１１ スペーサー
２１２，２１３ 光源
４０３ 撮像レンズ
４０４ プリズム
４０５ 二等辺直角プリズム
４０６ ミラー
４０８，５２３ 固体撮像素子
４０９ 光学特性可変形状鏡
４０９ａ 薄膜
４０９ｃ，４０９ｃ’ 圧電素子
４０９ｃ−１，４０９ｅ 基板
４０９ｊ 変形する基板
４１１ 可変抵抗器
４１２ 電源
４１３ 電源スイッチ
４１４ 演算装置
４１５ 温度センサー
４１６ 湿度センサー
４１７ 距離センサー
４２３ 支持台
４２４ 振れセンサー
４２５，４２８ 駆動回路
４２６ 永久磁石
４２７ コイル
４４９ 釦
４５１ 変形可能な基板
４５３ 電歪材料
５０８ａ，５３２ａ，５６２ａ，５６６ａ 第１の面
５０８ｂ，５３２ｂ，５６２ｂ，５６６ｂ 第２の面
５０９ａ，５３３ａ，５６３ａ，５６７ａ 第３の面
５０９ｂ，５３３ｂ，５６３ｂ，５６７ｂ 第４の面
５１４ 高分子分散液晶層
５１５ スイッチ
５１６ 交流電源
５１７ 液晶分子
５１８ 高分子セル
５１９ 可変抵抗器
５２１ 絞り
５３１ 可変焦点回折光学素子
５３９ａ，５３９ｂ 配向膜
５５０ 可変焦点眼鏡
５５４ ツイストネマティック液晶層
５５５ 液晶分子
５６１ 可変偏角プリズム
５６５ 可変焦点ミラー
５６８ 反射膜
９０１ 接眼レンズ
９０２ 対物レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばレンズ鏡胴に関し、詳しくはミラーを介して光路が屈曲された屈曲光学系のレンズ鏡胴において、例えば、該ミラーの反射面を静電力によって凹面変形させ、該ミラーの屈折力を変化させることによりＡＦ（オートフォーカス機能を達成させるなど、該ミラーによってＡＦ（オートフォーカス）を機能させるズームレンズあるいは単焦点光学系の鏡胴等に関する。さらに詳しくは、可変焦点レンズ、可変焦点回折光学素子、可変偏角プリズム、可変焦点ミラー等の光学特性可変光学素子、及びこれらの光学特性可変光学素子を含む光学系を備えた、例えば眼鏡、ビデオプロジェクター、デジタルカメラ、テレビカメラ、内視鏡、望遠鏡、カメラのファインダー、光情報処理装置等の光学装置に用いるズームレンズ、あるいは単焦点光学系の鏡胴等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の屈曲光学系においては、ズームに寄与する光学系保持鏡枠に、絞り、シャッタ開閉駆動部及びそれらを駆動させる駆動源を有する駆動部を共に保持する構造になっていたため、駆動源を有する駆動部からの電気信号等を不図示のカメラ電装本体部に送るためには、駆動源を有する駆動部と、不図示のカメラ本体電装部とを可撓性があり折れ曲がり可能なＦＰＣ等の電気回線で接続する必要があった。
また、従来のズーム光学保持鏡枠構造として、ズーム光学系保持鏡枠に、駆動源を有する駆動部と、光軸移動させるズーム駆動部とを搭載した構造が知られている。そして、ズーム駆動部と不図示のカメラ本体電装部との電気回線の接続は上記と同様に可撓性があり折れ曲がり可能なＦＰＣ等を用いた接続方法が採用されている。
【０００３】
また、従来の光学系保持鏡枠は、駆動源を有するズーム、シャッタ及び絞りの駆動部、検出部が、固定枠部、ズーム光学系保持部にそれぞれ分離されて配置される構造になっていた。
【０００４】
また、従来の可変ミラーを用いて光路を屈曲させた屈曲光学系では、シャッタ及び絞りを可変ミラーに隣接しかつ対面する位置に配置する構造に関し、光学系が屈曲するためのスペース上の制約から、絞り開閉機構は、ターレットタイプを採用している。また、従来の絞り機構として２枚羽根を採用したものも知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の屈曲光学系においては、ズーム光学系保持鏡枠部に搭載されたズーム、シャッタ及び絞りの駆動部（駆動源を有する駆動部と開閉駆動部。以下、同じ。）とカメラ本体電装部をフレキ等の伸縮自在の部材で連結する必要があったため、ズーム光学系を含む全体の鏡枠部、シャッタ及び絞り開閉駆動部、ズーム、シャッタ及び絞りの駆動源を有する駆動部を個別に組み立てることができず、スペース上、組み立てコスト面での不具合が大きかった。
また、鏡枠組み立て時に上記開閉駆動部、駆動源を有する駆動部を鏡枠部に組み込むため、組み込みの際の変形や位置ずれ等によって光学系の品質を損ないやすいという不具合があった。また、ズーム、シャッタ及び絞りの駆動源を有する駆動部を個別管理できず、組みあがり時の品質のみがチェック品質になるため、歩留まりが悪いという不具合があった。
【０００６】
また、ズーム、シャッタ及び絞りの駆動部、それらの検出部が分離搭載される構造になっていて、電装部の集中実装ができないため、電気系としてまとめてチェックできないという品質管理上の不具合があり、更にスペース上も個別配置になることによる制約を受けやすく不利であった。
【０００７】
更に、屈曲光学系のズームに寄与する光学系保持鏡枠部の可変ミラーに隣接しかつ対面する位置にシャッタ及び絞りを配置する構成において、スペース上の制約から絞り開閉機構として構成されたターレットタイプや２枚羽根機構では、絞り口径の無段階化や絞り口径の高精度化を達成することができなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ズーム光学系を含む全体の鏡枠部、シャッタ及び絞り開閉駆動部、ズーム、シャッタ及び絞りの駆動源を有する駆動部を個別に組み立てることができ、スペース上、組み立てコスト面で有利とすることができ、また、電装部の集中実装ができ、スペース上、品質管理上有利とすることができ、更に、絞り口径の無段階化や絞り口径の高精度化を達成することができるレンズ鏡胴を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本第１の発明によるレンズ鏡胴は、ミラーを介して光路が被写体側と撮像素子側とに分離された屈曲光学系のレンズ鏡胴において、絞り羽根と絞り駆動部材を有する絞りと、シャッタ羽根とシャッタ駆動部材を有するシャッタと、前記屈曲光学系のうちの一部の光学系を駆動する光学系駆動部材を有し、前記一部の光学系は、前記ミラーと前記撮像素子の間に配置され、前記絞り羽根及び前記シャッタ羽根は、前記一部の光学系に配置され、前記一部の光学系、前記シャッタ羽根及び前記絞り羽根を駆動させる各駆動源を有する駆動部を、一つのユニットとして固定部に配置し、前記駆動部は、前記ミラーを挟んで前記一部の光学系と対向する位置に配置され、前記絞り羽根、前記シャッタ羽根及び前記一部の光学系は、前記各駆動部材を介して前記各駆動源と接続されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本第２の発明によるレンズ鏡胴は、前記一部の光学系を保持する鏡枠と、前記シャッタ羽根及び前記絞り羽根を保持するシャッタ絞り基板を有し、前記鏡枠と前記シャッタ絞り基板を、前記各駆動部材を介して前記固定部に対して機械的に接続させるように構成したことを特徴とする。
【００１１】
また、本第３の発明によるレンズ鏡胴は、前記シャッタ羽根は虹彩タイプであり、前記シャッタ絞り基板を、前記一部の光学系を構成するレンズのうち前記ミラーに最も近接するレンズの前記ミラーに対面する位置に配置したことを特徴とする。
【００１２】
また、本第４の発明によるズームレンズ鏡胴は、前記ミラーが可変ミラーであることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施形態の説明に先立ち、本発明の作用効果を説明する。
本発明のレンズ鏡胴によれば、駆動源を有するズーム、シャッタ、絞りの駆動部とその検出部を一つのユニットとして固定部に配置したので、固定部上で該駆動部、検出部を電気回線で結合させるだけで足り、従来のように光軸を移動させるズーム光学系保持部材や折り曲げ可能なＦＰＣ等で結線する必要がなく、駆動部と被駆動部とを機械的に接続させるだけで、個別に組み立て及び管理することができ、従来のようなスペース上、組み立てコスト面での不具合を解消でき、歩留まりが向上する。
【００１４】
また、駆動源を有するズーム、シャッタ及び絞りの駆動部とそれらの検出部とを一つのユニットとして基盤にまとめて配置することにより、電気系としてまとめてチェックでき品質管理しやすくなり、更に、スペース上の制約を受けににくくすることができる。
【００１５】
また、屈曲光学系の可変ミラーに隣接したスペースにシャッタ及び絞りを配置し、絞り羽根を３枚以上にすることにより、従来のターレット絞り機構タイプと比べて絞り口径を無段階化でき、また、２枚羽根のものに比べて口径の精度を向上させることができる。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１、図２は本発明の一実施形態にかかるレンズ鏡胴におけるレンズ群を構成する光学部材の配置を示す構成図であり、図１は望遠（長焦点）時、図２は広角（短焦点）時の状態を示している。
本実施形態のレンズ鏡胴に用いるズーム光学系は、被写体側より順に、レンズＬ１を備えた第１群Ｇ１と、可変ミラーＭと、レンズＬ２〜Ｌ５を備えた第２群Ｇ２と、レンズＬ６とフィルタＦ１〜Ｆ３とを備えた第３群Ｇ３と、撮像素子として用いたＣＣＤとを有して構成されている。なお、図１、２中、Ｃ１1はＣＣＤ面である。また、図１、２では、可変ミラーＭは反射面Ｍ１1を備える可変ミラー構成部材Ｍ１のみ示し、その他の可変ミラー構成部材は省略して示すこととする。
そして、本実施形態のズーム光学系では、第１群Ｇ１を経た被写体側光路からの光が可変ミラーＭの反射面Ｍ１1で反射して、撮像素子側光路に屈曲され、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３を経てＣＣＤ面Ｃ１1で結像するようになっている。また、第２群Ｇ２が、光軸に沿って移動することによりズームを行なうように構成されている。
【００１７】
また、本実施形態のズーム光学系では、可変ミラーＭの反射面Ｍ１1の形状を変形させることで物体距離が変った場合のピント合わせとズームに伴うピント移動を補償するように構成されており、モータでピント合わせを行なう場合より消費電力を小さくできるメリットがある。また、可変ミラーＭの反射面Ｍ１1の形状は自由曲面にすると光学系の収差補正上有利である。また、第１群Ｇ１は凹レンズを含んでおり、凹作用を持っている。第２群Ｇ２は凸レンズを含んでおり、凸作用を持っている。
【００１８】
さらに、本実施例のズームレンズ鏡胴では、第２群のレンズＬ２と可変ミラーＭに対面する位置にシャッタ羽根ＳＨ１及び絞り羽根ＳＥ１が配置されている。
【００１９】
図３は本実施形態のレンズ鏡胴の各構成部材を組み込んだ状態の全体構成を示す正面図、図４は図３のレンズ鏡胴を上方からみた図であり、それぞれ、シャッタ駆動部材とシャッタ被駆動部材との係合状態、絞り駆動部材と絞り被駆動部材との係合状態、及びシャッタ、絞りが開閉したときの状態を示している。なお、ここでは、概略構成を述べ、詳細については後述することとする。
本実施形態のレンズ鏡胴では、鏡枠基盤Ｋ４に、可変ミラー構成部材Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３と、１群枠Ｋ１とを具備するとともに、ロッドＫ５を介して、２群枠Ｋ２と、３群枠Ｋ３と、ＣＣＤ枠Ｃ２と、ＣＣＤ保持枠Ｃ１2を保持して鏡枠部組構造が構成されている。
【００２０】
また、可変ミラーＭの背部（入射側とは反対側）には、ズームモータＺＭ１、シャッタモータＳＨＭ１及び絞りモータＳＥＭ１が配置され、それぞれギアトレイン部及びモータ部をまとめてモータカバー及びギアカバー（図３において不図示）に収納されており、これらモータカバー及びギアカバーが駆動基板ＫＢ１に搭載されており、これらのモータＺＭ１，ＳＨＭ１，ＳＥＭ１と駆動基板ＫＢ１及びそれらのギアトレイン部とで、駆動部を有する駆動部ユニットを構成している。駆動部ユニットは、駆動基板ＫＢ１を介して鏡枠基盤Ｋ４に固定されている。
【００２１】
また、図４に示すように、シャッタ・絞り基盤ＳＥ５には、シャッタ部材（シャッタ駆動部材ＳＨ５、シャッタ被駆動部材ＳＨ２）及び絞り部材（絞り駆動部材ＳＥ４、絞り被駆動部材ＳＥ３）が搭載されている。そして、これらでシャッタ羽根ＳＨ１、絞り羽根ＳＥ１の開閉駆動部を収納したユニットを構成している。このシャッタ及び絞りユニットは、シャッタ・絞り基盤ＳＥ５を介して２群枠Ｋ２に固定されている。
【００２２】
以下、図３，４で示した各構成部材の詳細な構成について説明する。
図５〜図１１は本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれているシャッタ駆動機構を示す図であり、図５は望遠（長焦点）時におけるシャッタが開いた状態を図３と同じ側からみた図、図６は広角（短焦点）時におけるシャッタが閉じた状態を図３と同じ側からみた図、図７は図５の右側面図、図８はシャッタが開いたときのシャッタ羽根部の状態を示す上面図、図９は図８の主にシャッタ羽根を示す図、図１０は図８の下面図、図１１はシャッタが閉じたときのシャッタ羽根部の状態を示す上面図である。
【００２３】
本実施形態のシャッタ駆動機構では、図５〜図７に示すように、シャッタモータＳＨＭ１が、ギアトレインＳＨＭ１1，ＳＨＭ２1，ＳＨＭ３1，ＳＨＭ３2を介してシャッタ駆動部材ＳＨ５のラックギア係合部ＳＨ５1に係合している。
シャッタ駆動部材ＳＨ５には、ガイド穴ＳＨ５2が設けられている。そして、シャッタ駆動部材ＳＨ５は、駆動基板ＫＢ１に固定された２つのガイドピンＧＫ１1を介してガイド穴ＳＨ５2の長手方向に沿って往復移動可能に構成されている。
【００２４】
シャッタ被駆動部材ＳＨ２は、図７に示すように、シャッタ基盤ＳＨ３の突起嵌合部ＳＨ３01に回動可能に嵌合されている。また、ワッシャＳＨ２01がシャッタ被駆動部材ＳＨ２が突起嵌合部ＳＨ３01から外れないように突起嵌合部に取り付けられている。
そして、シャッタ羽根部は、シャッタ基盤ＳＨ３の突起嵌合部ＳＨ３01に回動可能に嵌合されたシャッタ被駆動部材ＳＨ２が突起嵌合部ＳＨ３01の周囲を回動することによってシャッタ羽根ＳＨ１を光軸に対し垂直方向に回動させることによってシャッタを開閉させるようになっている。
また、シャッタ被駆動部材ＳＨ２は、シャッタばねＳＨ３1によって閉じ方向に付勢され、シャッタ被駆動部材係合部ＳＨ２1が、シャッタ駆動部材ＳＨ５のシャッタ駆動部材係合部ＳＨ５3と係合している。
【００２５】
シャッタ羽根ＳＨ１は、２枚設けられており、それぞれシャッタ羽根穴ＳＨ１1を介してシャッタ基盤ＳＨ３のシャッタ羽根突起嵌合部ＳＨ３2に回動可能に嵌合されている。また、シャッタ羽根カム穴ＳＨ１2２が、シャッタ被駆動部材ＳＨ２のシャッタ羽根係合突起ＳＨ２2と係合している。
また、シャッタカバーＳＨ４が、シャッタ羽根ＳＨ１をシャッタ基盤ＳＨ３とで挟むようにしてシャッタ・絞りユニット固定ビスＳＥ５2を介してシャッタ基盤ＳＨ３に固着されており、シャッタ羽根ＳＨ１をシャッタ羽根突起嵌合部ＳＨ３2から外れないように抑えている。
そして、２枚のシャッタ羽根ＳＨ１は、シャッタ基盤ＳＨ３のシャッタ羽根突起嵌合部ＳＨ３2に嵌合したシャッタ羽根穴ＳＨ１1を中心として回動させられたときに、シャッタ被駆動部材ＳＨ２のシャッタ羽根係合突起ＳＨ２2とシャッタ羽根カム穴ＳＨ１2にガイドされて、光軸に対し垂直方向に回動して光路を開き（図８、９）、あるいは閉じる（図１１）ようになっている。
【００２６】
そして、このように構成された本実施形態のシャッタ駆動機構では、シャッタ駆動部材ＳＨ５が、シャッタモータＳＨＭ１の回動によってガイド穴ＳＨ５2の長手方向に往復移動し、シャッタ駆動部材係合部ＳＨ５3を介してシャッタ被駆動部材係合部ＳＨ２1との係合状態を変化させて図７に示すシャッタ被駆動部材ＳＨ２を駆動させることによって図９、１１に示すシャッタ羽根ＳＨ１を光軸に対し垂直方向に回動させてシャッタを開閉する。なお、図５のシャッタ駆動部材ＳＨ５及びシャッタ被駆動部材係合部ＳＨ２1はシャッタが開いたときの位置、図６のシャッタ駆動部材ＳＨ５はシャッタが閉じたときの位置にある。
【００２７】
図１２〜図１８は本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれている絞り機構を示す図であり、図１２は望遠（長焦点）時における絞り状態を図３と同じ側からみた図、図１３は広角（短焦点）時における絞り状態を図３と同じ側からみた図、図１４は図１２の絞り部を主に示す右側面図、図１５は絞りを開いたときの絞り羽根部の状態を示す上面図、図１６は絞りを閉じたときの絞り羽根部の状態を示す上面図、図１７は絞りを開いたときの絞り羽根部の状態を示す下面図、図１８は絞りを閉じたときの絞り羽根部の状態を示す下面図である。
【００２８】
本実施形態の絞り駆動機構では、図１２〜図１４に示すように、絞りモータＳＥＭ１が、ギアトレインＳＥＭ１1，ＳＥＭ２1，ＳＥＭ２2，ＳＥＭ３1を介して絞り駆動部材ＳＥ４のラックギア係合部ＳＥ４1に係合している。
絞り駆動部材ＳＥ４には、ガイド穴ＳＥ４2が設けられている。そして、絞り駆動部材ＳＥ４は、駆動基板ＫＢ１に固定された２つのガイドピンＧＫ１2を介してガイド穴ＳＥ４2の長手方向に沿って往復移動可能に構成されている。
【００２９】
図１４に示すように、絞りモータＳＥＭ１には、回転方向に放射状に細分化された切り欠き部（不図示）を有する絞り検出板ＳＥＭ１21が設けられている。また、絞りモータＳＥＭ１には、絞り検出板ＳＥ１21の軌道上に、絞り検出部としてフォトインタラプタＳＥＭ４が搭載されており、絞りモータＳＥＭ１の回転を検出制御することで細分化された絞り口径を制御することができるようになっている。
【００３０】
絞り基盤ＳＥ２は、２群枠Ｋ２に固着されたシャッタ・絞り基盤ＳＥ５に搭載されている。
絞り基盤ＳＥ２の内周には、絞り被駆動部材ＳＥ３が回動可能に嵌合されている。絞り被駆動部材ＳＥ３には、図１８に示すように、パッチン部材ＳＥ３4が絞り基盤ＳＥ２の内周に設けられた溝ＳＥ２2に嵌合されている。パッチン部材ＳＥ３4は、パッチン回転止めＳＥ３41を介して絞り基盤ＳＥ２に対し固定されている。また、絞り被駆動部材ＳＥ３には、パッチンバネ受けＳＥ３５がパッチン部材ＳＥ３4を抑えるようにしてカシメ固着されている。
また、絞り被駆動部材ＳＥ３には、図１４に示すように、絞り被駆動ピンＳＥ３1が嵌合穴ＳＥ３0に挿入固着されて設けられており、絞り被駆動ピンＳＥ３1は、図１５に示すように、絞り駆動部材ＳＥ４の絞り駆動部材係合部ＳＥ４3と係合している。また、絞り被駆動部材ＳＥ３は、図１３、１７に示すように、絞りばね受けＳＥ３2と絞りばねＳＥ３3とパッチンバネ受けＳＥ３5とを介して、絞り羽根ＳＥ１を閉じる方向（図１５、１６において左回転方向）に付勢されている。
【００３１】
絞り羽根ＳＥ１は、図１５、図１６に示すように、３枚設けられており、それぞれ絞り羽根穴ＳＥ１1を介して絞り基盤ＳＥ２の絞り羽根突起嵌合部ＳＥ２1に回動可能に嵌合されている。また、絞り羽根カム穴ＳＥ１2が、絞り被駆動部材ＳＥ３の絞り羽根係合突起ＳＥ３01と係合している。
そして、３枚の絞り羽根ＳＥ１は、絞り基盤ＳＥ２の絞り羽根突起嵌合部ＳＥ２1に嵌合した絞り羽根穴ＳＥ１1を中心として回動させられたときに、絞り被駆動部材ＳＥ３の絞り羽根係合突起ＳＥ３01と絞り羽根カム穴ＳＥ１2にガイドされて、光軸に対し垂直方向に回動して光路を開き（図１５）、あるいは閉じる（図１６）ようになっている。
【００３２】
そして、このように構成された本実施形態の絞り駆動機構では、絞り駆動部材ＳＥ４が、絞りモータＳＥＭ１の回動によってガイド穴ＳＥ４2の長手方向に往復移動し、絞り駆動部材係合部ＳＥ４3を介して絞り被駆動ピンＳＥ３1との係合状態を変化させて絞り被駆動部材ＳＥ３を光軸を中心に回動させることによって絞り羽根ＳＥ１を光軸に対し垂直方向に回動させて絞りを開閉する。
【００３３】
図１９〜図２２は本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれているズーム駆動機構を示す図であり、図１９は望遠（長焦点）時におけるズーム駆動状態を図３と同じ側からみた図、図２０は広角（短焦点）時におけるズーム駆動状態を図３と同じ側からみた図、図２１は図１９の右側面図、図２２はズーム駆動機構の下面図である。
【００３４】
本実施形態のズーム駆動機構では、図１９〜図２１に示すように、ズームモータＺＭ１が、ギアトレインＺＭ１1，ＺＭ２1，ＺＭ２2，ＺＭ３1，ＺＭ３2，ＺＭ４1を介してズーム駆動部材Ｚ１のラックギア係合部Ｚ１1に係合している。
ズーム駆動部材Ｚ１には、ズーム駆動部材ラック穴Ｚ１12が可変ミラーＭの反射面Ｍ１1〜第３群Ｇ３を通る光軸に沿う方向に細長く設けられている。そして、ズーム駆動部材Ｚ１は、駆動基板ＫＢ１に固定された２つのガイドピンＧＫ１3を介してズーム駆動部材ラック穴Ｚ１12に嵌合され、その長手方向に沿って往復移動可能に構成されている。
また、ズーム駆動部材Ｚ１には、ズーム駆動部材組み立て穴Ｚ１3及びズーム駆動部材カム穴Ｚ１2が設けられている。ズーム駆動部材カム穴Ｚ１2には、ズーム駆動部材組み立て穴Ｚ１3から挿し込み、図２１、２２に示す２群枠穴Ｋ２01に固着されたズーム被駆動部材である２群枠被駆動ピンＫ２1が嵌合している。そして、２群枠被駆動ピンＫ２1を介して、ズーム駆動部材Ｚ１の光軸に沿う方向への移動に２群枠Ｋ２が連動するように構成されている。
【００３５】
ズームモータＺＭ１には、図２１に示すように、回転方向に細分化された切り欠き部（不図示）を有するズーム検出板ＺＭ１21が設けられている。
また、ズームモータＺＭ１には、ズーム検出板ＺＭ１21の軌道上に、ズーム検出フォトインタラプタＺＭ５が備えられており、ズームモータＺＭ１の回転を検出制御することで焦点位置を制御することができるようになっている。
【００３６】
そして、このように構成された本実施形態のズーム駆動機構では、２群枠Ｋ２が、ズームモータＺＭ１の回動によって、ズーム駆動部材Ｚ１に設けられたズーム駆動部材組み立て穴Ｚ１3に係合する２群枠被駆動ピンＫ２を介して２群枠Ｋ２を光軸方向に沿って往復移動させ、その際にズーム検出フォトインタラプタＺＭ５を介して所望のズーム位置に第２群枠Ｋ２内のレンズＬ２〜Ｌ５を移動制御する。
なお、本実施形態においては、第２群Ｇ２をモータを用いて動かす構成としたが、モータでなく手動で動かしてもよい。手動にした場合には、消費電力を小さくすることができるというメリットがある。
【００３７】
図２３、２４は本実施形態のレンズ鏡胴におけるレンズ枠の位置関係を示す図であり、図２３は望遠（長焦点）時におけるレンズ枠の位置関係を図３と同じ側からみた図、図２４は広角（短焦点）時におけるレンズ枠の位置関係を図３と同じ側からみた図である。図２５は１群枠Ｋ１の鏡枠基盤Ｋ４への固定状態を示す右側面図である。図２６は鏡枠基盤Ｋ４と２群枠Ｋ２に対するロッドＫ５、スリーブＫ２2の位置関係を示す下面図である。
【００３８】
鏡枠基盤Ｋ４には、ロッド受けＫ４1がカシメ固着されている。ロッド受けＫ４1には、ロッドＫ５が嵌め込まれ、その一端部Ｋ５1が固着されている。
２群枠Ｋ２には、スリーブＫ２2が固着されている。ロッドＫ５は、スリーブＫ２2に精密嵌合されており、２群枠Ｋ２が光軸方向に沿って移動可能に構成されている。
また、ロッドＫ５の他端部Ｋ５2は、３群枠Ｋ３の嵌合穴Ｋ３1に固着され、さらにその先端がＣＣＤ枠Ｃ２のロッド受けＣ２1に固着されている。
ＣＣＤ枠Ｃ２には、３群枠Ｋ３とＣＣＤ保持枠Ｃ１2が嵌合固定されている。
そして、２群枠Ｋ２は、図１９〜２１に示すズームモータＺＭ１の回動によって、ズーム駆動部材Ｚ１に設けられたズーム駆動部材組み立て穴Ｚ１3に係合する２群枠被駆動ピンＫ２1を介して光軸方向への力が加えられたときに、ロッドＫ５に沿って往復移動する。
すなわち、本実施形態のレンズ鏡胴では、ズームを第２群Ｇ２の移動のみにより行っている。
なお、本実施形態とは異なり、ズームのために第２群Ｇ２を手動で動かすように構成する場合には、第２群Ｇ２を構成するレンズの位置を検出するためのエンコーダを設けるとよい。エンコーダで検出した第２群Ｇ２を構成するレンズの位置を基にして可変ミラーＭを最適な形状に変形させることでズーム状態の収差とピント移動を補償することができる。
また、本実施形態のように、第２群Ｇ２を電動で動かすように構成する場合でも、同様に第２群Ｇ２を構成するレンズの位置を検出するためのエンコーダを設け、可変ミラーＭを最適な形状にすればよい。
【００３９】
なお、１群枠Ｋ１は、図２３、２５に示すように、鏡枠基板Ｋ４に、固定ビスＫ１1を介して取り付けられている。
【００４０】
図２７〜図３０は本実施形態のズームレンズ鏡胴におけるズームモータＺＭ１、シャッタモータＳＨＭ１及び絞りモータＳＥＭ１のギアトレイン部を収納し、駆動基板ＫＢ１に固定するギアカバーの構造を示す図であり、図２７は図３と同じ側からみた図、図２８は図２７の右側面図、図２９は図２７の上面図、図３０は図２７の左側面図である。
ズームモータＺＭ１のギアトレインＳＨＭ１1，ＳＨＭ２1，ＳＨＭ３1，ＳＨＭ３2、シャッタモータＳＨＭ１のギアトレインＳＥＭ１1，ＳＥＭ２1，ＳＥＭ２2，ＳＥＭ３1及び絞りモータＳＥＭ１のギアトレインギアトレインＺＭ１1，ＺＭ２1，ＺＭ２2，ＺＭ３1，ＺＭ３2，ＺＭ４1を構成するそれぞれのギアＳＨＭ１1，ＳＨＭ２，ＳＨＭ３，ＳＥＭ１1，ＳＥＭ２，ＳＥＭ３，ＺＭ１1，ＺＭ２，ＺＭ３，ＺＭ４は、それぞれの中心を通る軸の一端を駆動基板ＫＢ１の所定位置にそれぞれ設けられた穴に嵌め込み、他端をギアカバーＺＫ１の所定位置にそれぞれ設けられた穴に嵌め込み、さらに、ギアカバーＺＫ１をギアカバー固定ビスＫＢ１2を介して駆動基板ＫＢ１に固定することで、ギアカバーＺＫ１に収納され、かつ、駆動基板ＫＢ１に対して回動可能に位置が固定されている。また、駆動基板ＫＢ１は、駆動基板固定ビスＫＢ１4を介して鏡枠基盤Ｋ４に固定されている。
【００４１】
図３１〜図３３は本実施形態のズームレンズ鏡胴におけるモータ部を収納し、駆動基板ＫＢ１に固定する構造を示す図であり、図３１は図３と同じ側からみた図、図３２は図３１の右側面図、図３３は図３１の左側面図である。
ズームモータＺＭ１、シャッタモータＳＨＭ１及び絞りモータＳＥＭ１は、それぞれモータカバーＺＫ２の所定箇所に収納され、さらに、モータカバーＺＫ２を２つのモータカバー固定ビスＫＢ１3を介して駆動基板ＫＢ１に固定することで、駆動基板ＫＢ１に対して位置が固定されている。
また、絞りモータＳＥＭ１のフォトインタラプタＳＥＭ４は、２つの取り付け穴ＳＥＭ４1をモータカバーＺＫ２に設けられた２つのモータカバーボスＺＫ２1に嵌合してモータカバーＺＫ２に固着されている。
また、ズームモータＺＭ１のフォトインタラプタＺＭ５は２つの取り付け穴ＺＭ５1をモータカバーＺＫ２に設けられた２つのモータカバーボスＺＫ２2に嵌合してモータカバーＺＫ２に固着されている。
【００４２】
図３４〜図４３は本実施形態のレンズ鏡胴に用いる可変ミラー構成部材Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３をユニットとして可変ミラー保持部Ｍ４に保持する構造と該可変ミラー保持部Ｍ４及びミラーケースＭ５を鏡枠基盤Ｋ４に保持する構造を示す図であり、図３４は可変ミラー保持部Ｍ４を図３と同じ側から見た図、図３５は図３４の右側面図、図３６は図３４の上面図、図３７は図３４の左側面図、図３８は図３４の下面図、図３９は可変ミラー保持部Ｍ４に取り付けたミラーケースＭ５を図３と同じ側から見た図、図４０は図３９の右側面図、図４１は図３９の上面図、図４２は図３９の左側面図、図４３は図３９の下面図である。
可変ミラー構成部材Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を可変ミラー保持部Ｍ４に収納し、次いで、可変ミラー保持部Ｍ４に設けられた４つの取り付け穴Ｍ４1，Ｍ４2にミラーケースＭ５に設けられた４つのミラーケースボスＭ５1，Ｍ５2を挿入し固着することよって、可変ミラーＭをミラーケースに収納した一つのユニットが構成されている。
また、可変ミラー保持部Ｍ４が、上端部が２つのミラーケース固定ビスＫ４2を介して鏡枠基盤Ｋ４に固着されるとともに、下端部に形成された２つのミラー保持部ボスＭ４3が鏡枠基板Ｋ４の取り付け穴Ｋ４3に挿入、固着されており、可変ミラーユニットは、鏡枠基板Ｋ４に固定されている。
【００４３】
図４４〜４７は本実施形態のズームレンズ鏡胴におけるシャッタ・絞りユニットを示す図であり、図４４はシャッタ・絞りユニットを固定する構造と２群枠Ｋ２への固着構造を示す図３と同じ側から見た図、図４５はシャッタ・絞りユニットを示す図４４の右側面図、図４６は図４４の上面図、図４７は図４４の下面図である。
シャッタカバーＳＨ４、シャッタ基盤ＳＨ３及び絞り基盤ＳＥ２は、２つのシャッタ・絞りユニット固定ビスＳＥ５2を介してシャッタ・絞り基盤ＳＥ５に一体的に固定され、シャッタ・絞りユニットとして構成されている。
シャッタ・絞りユニットは、シャッタ・絞り基盤ＳＥ５に設けられた４つのシャッタ・絞り基盤ボスＳＥ５1を２群枠Ｋ２に設けられた４つの取り付け穴Ｋ２01に挿入し固着することによって、２群枠Ｋ２に固定されている。
【００４４】
その他、ＣＣＤ部は、内部にＣＣＤを装備したＣＣＤ保持枠Ｃ１2と、図示を省略した、放熱板と、ＣＣＤ基盤と、ＣＣＤ基盤に実装されたＣＣＤ電装部品とを備えている。なお、ＣＣＤの向きは、光軸に垂直であるとともにＣＣＤの撮像エリアの短辺方向が例えば図３の紙面に平行になるようにすると、光学系の収差を減らすことができてよい。つまり、撮像素子の撮像エリアの短辺方向が可変ミラーへ入射する軸上光線の入射面に平行であればよい。また、ＣＤＤの代わりにＣ−ＭＯＳ等の固体撮像素子を用いてもよい。
また、デジタルカメラ，ＴＶカメラのデザイン面を考慮して、ＣＣＤの撮像エリアの長辺方向が図３の紙面に平行にしてももちろんよい。例えば、ストロボの配置を考えると、撮像素子の撮像エリアの長辺方向が可変ミラーへ入射する軸上光線の入射面に平行である方がよい。
【００４５】
このように構成された本実施形態のレンズ鏡胴によれば、レンズ鏡枠を構成する１群枠Ｋ１、２群枠Ｋ２、３群枠Ｋ３、ロッドＫ５、ＣＣＤ保持枠Ｃ１2、ミラー保持部Ｍ４を鏡枠基盤Ｋ４に搭載し、さらにそれとは別に、モータ類（ＺＭ１，ＳＨＭ１，ＳＥＭ１）、ギアトレイン類（ＺＭ２等，ＳＨＭ２等，ＳＥＭ２等）及びシャッタ、絞り、ズーム駆動部材類（ＳＨ５，ＳＥ４，Ｚ１）を駆動基板ＫＢ０１にそれぞれ分離搭載して、鏡枠部からこれら駆動部材を電気回線で接続しないで構成できる。このため、本実施形態のレンズ鏡胴によれば、従来のレンズ鏡胴のような鏡枠内でのＦＰＣ等の伸び縮みによるスペース上の不利や、内面反射等の品質上の不利を解消することができる。
【００４６】
また、本実施形態のレンズ鏡胴によれば、シャッタ、絞り、ズーム駆動部材類（ＳＨ５，ＳＥ４，Ｚ１）を駆動基板ＫＢ０１に搭載して、鏡枠基盤Ｋ４には直接組み込まないようにしたので、従来のレンズ鏡胴のような鏡枠内にモータやＦＰＣ等の光学系を構成しない部材の組み込み変形や位置ずれ等による光学系の品質を損なうことがなくなる。
【００４７】
また、本実施形態のレンズ鏡胴によれば、駆動部が鏡枠部と分離しているため、最終的な全体の組み上がりを待つことなく、それぞれ単独で鏡枠治具や駆動治具を介して個別に検査できる。このため、歩留まりが向上し生産コスト面で有利となる。
【００４８】
また、本実施形態のレンズ鏡胴によれば、鏡枠基盤Ｋ４に対し、１群枠Ｋ１、ミラー保持部Ｍ４及びロッドＫ５に支持される鏡枠（Ｋ２，Ｋ３等）をそれぞれ分離して組み立てることができるようにしたので、それぞれの構成部材を多数種類標準化して揃えておき、目的に応じて組み合せることができる。
また、本実施形態のレンズ鏡胴によれば、鏡枠部と駆動部をそれぞれ別箇に組み立てて調整すればよく、鏡枠部と駆動部との組み込み時に調整が不要となる。
【００４９】
また、本実施形態のレンズ鏡胴によれば、モータ等の駆動部材を１つのユニットとして構成したので、電装系を１箇所に集中して収納して、標準化することができ、電気系としてまとめて管理検査できる。また、ユニット化したことに伴い、自動組み立てやすくなる。
【００５０】
また、本実施形態のレンズ鏡胴によれば、可変ミラーＭ１に隣接、対面しズーム駆動する２群枠にシャッタ及び絞りをユニットで配置し、絞りを３枚羽根の虹彩タイプで構成したので、従来のレンズ鏡胴に設けられていたターレットタイプの絞りに比べて、無段階の絞り口径を得ることができる。
また、２枚羽根の絞りに比べて精度の良い口径比を得ることができる。
また、シャッタ及び絞りをユニットとして構成したことにより標準化を図ることができる。
【００５１】
以上の本発明の実施形態では、１つのレンズ群のみが移動するズーム光学系の例を示したが、２つ以上のレンズ群が移動するズームレンズにも本発明は適用できる。
また、以上の実施形態では、可変ミラーを１つ含む光学系の例を示したが、可変ミラーを２つ以上含むズーム光学系にも本発明は適用できる。
また、ズーム光学系に限らず、単焦点の光学系にも本発明は適用できる。
【００５２】
図４８は本発明のズームレンズ鏡胴に適用可能なズームレンズ鏡枠部の光学部材の他の例を示す概略構成図である。
本実施例のズームレンズ鏡枠１１は、可変ミラー１２を介して物体距離の変動に伴うピントのズレを補正し、変倍レンズ１３とコンペンセータ１４を光軸に沿って動かすことによって、ズームを行なうように構成されている。
可変ミラー１２は、位置を固定された凹レンズ１６とレンズ１７とに挟まれており、変倍レンズ１３が動いてもゴミ等が可変ミラー１２の表面に落ちないように構成されている。
【００５３】
絞り１８と、シャッタ１９は、レンズ１６のすぐ後方に配置されており、絞り１８と、シャッタ１９が動いてもゴミ等が可変ミラー１２の表面に落ちないように構成されている。
レンズ２０は、非球面レンズでもって、近点フォーカス時においても像面歪曲が生じないように構成され、位置を固定されている。
なお、絞り１８と、シャッタ１９は、変倍レンズ１３とともに動いてもよく、或いは、動かないように固定されていてもよい。なお、図中、１５は固体撮像素子である。
【００５４】
次に、本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変ミラー、可変焦点レンズの構成例について説明する。
【００５５】
図４９は本発明のズームレンズ鏡胴を用いる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。本実施例の構成は、もちろん、銀塩フィルムカメラにも使うことができる。まず、光学特性可変形状鏡４０９について説明する。
【００５６】
光学特性可変形状鏡４０９は、アルミコーティング等で作られた薄膜（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を介して電極４０９ｋ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。
【００５７】
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。
【００５８】
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５１、５２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。
【００５９】
本実施例によれば、物体からの光は、対物レンズ９０２及びプリズム４０４の各入射面と射出面で屈折され、可変形状鏡４０９で反射され、プリズム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４９中、光路中の＋印は、紙面の裏側へ向かって光線が進むことを示している。）、ミラー４０６で反射され、接眼レンズ９０１を介して眼に入射するようになっている。このように、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、及び、可変形状鏡４０９によって、本実施例の光学装置の観察光学系を構成しており、これらの各光学素子の面形状と肉厚を最適化することにより、物体面の収差を最小にすることができるようになっている。
【００６０】
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り、印加される電圧の極性を変えれば凸面とすることもできる。なお、距離センサー４１７はなくてもよく、その場合、固体撮像素子４０８からの像の信号の高周波成分が略最大になるように、デジタルカメラの撮像レンズ４０３を動かし、その位置から逆に物体距離を算出し、可変形状鏡を変形させて観察者の眼にピントが合うようにすればよい。なお、可変形状鏡４０９は、リソグラフィーを用いて作ると、加工精度が良く、良い品質のものが得られやすく、良い。
【００６１】
また、変形する基板４０９ｊ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と組み立て上便利である。
また、図４９の例では、変形する基板４０９ｊをはさんで反射面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４０９ａで変形する電極４０９ｋを兼ねるようにしても良い。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。
【００６２】
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。
【００６３】
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、本実施例の撮像装置では、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。また、可変形状鏡の反射面の形状は、自由曲面に構成するのがよい。なぜなら、収差補正が容易にでき、有利だからである。
本発明で使用する自由曲面とは以下の式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。
【００６４】
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 ）
である。
【００６５】
自由曲面項は、
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。
【００６６】
なお、図４９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。
【００６７】
図５０は本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系にかかる可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９の他の実施例を示す概略構成図である。
本実施例の可変形状鏡は、薄膜４０９ａと電極４０９ｂとの間に圧電素子４０９ｃが介装されていて、これらが支持台４２３上に設けられている。そして、圧電素子４０９ｃに加わる電圧を各電極４０９ｂ毎に変えることにより、圧電素子４０９ｃに部分的に異なる伸縮を生じさせて、薄膜４０９ａの形状を変えることができるようになっている。電極４０９ｂの形は、図５１に示すように、同心分割であってもよいし、図５２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５０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。
【００６８】
図５３は本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系にかかる可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
本実施例の可変形状鏡は、薄膜４０９ａと電極４０９ｂの間に介置される圧電素子が逆方向の圧電特性を持つ材料で作られた２枚の圧電素子４０９ｃ及び４０９ｃ’で構成されている点で、図５０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５０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。
【００６９】
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、上記実施例において薄膜４０９ａの形状を適切に変形させることも可能である。
【００７０】
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。
【００７１】
なお、図５０、５４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。
【００７２】
図５４は本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系にかかる可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
本実施例の可変形状鏡は、圧電素子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、本実施例では、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。
【００７３】
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５４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。
【００７４】
図５５は本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系にかかる可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
本実施例の可変形状鏡は、電磁気力を利用して反射面の形状を変化させ得るようにしたもので、支持台４２３の内部底面上には永久磁石４２６が、頂面上には窒化シリコン又はポリイミド等からなる基板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。
【００７５】
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。
【００７６】
この場合、薄膜コイル４２７の巻密度を、図５６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。
【００７７】
図５７は本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系にかかる可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
本実施例の可変形状鏡では、基板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５８は本実施例におけるコイル４２７の配置を示し、図５９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５５に示した実施例にも適用することができる。なお、図６０は、図５５に示した実施例において、コイル４２７の配置を図５９に示したようにした場合に適する永久磁石４２６の配置を示している。すなわち、図６０に示すように、永久磁石４２６を放射状に配置すれば、図５５に示した実施例に比べて、微妙な変形を基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａに与えることができる。また、このように電磁気力を用いて基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａを変形させる場合（図５５及び図５７の実施例）は、静電気力を用いた場合よりも低電圧で駆動できるという利点がある。
【００７８】
以上いくつかの可変形状鏡の実施例を述べたが、ミラーの形を変形させるのに、図５４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。
【００７９】
図６１は本発明のさらに他の実施例に係る、ズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変ミラーとして可変形状鏡４０９を用いた撮像系、例えば携帯電話のデジタルカメラ、カプセル内視鏡、電子内視鏡、パソコン用デジタルカメラ、ＰＤＡ用デジタルカメラ等に用いられる撮像系の概略構成図である。
本実施例の撮像系は、可変形状鏡４０９と、レンズ９０２と、固体撮像素子４０８と、制御系１０３とで一つの撮像ユニット１０４を構成している。本実施例の撮像ユニット１０４では、レンズ１０２を通った物体からの光は可変形状鏡４０９で集光され、固体撮像素子４０８の上に結像する。可変形状鏡４０９は、光学特性可変光学素子の一種であり、可変焦点ミラーとも呼ばれている。
【００８０】
本実施例によれば、物体距離が変わっても可変形状鏡４０９を変形させることでピント合わせをすることができ、レンズをモータ等で駆動する必要がなく、小型化、軽量化、低消費電力化の点で優れている。また、撮像ユニット１０４は本発明の撮像系としてすべての実施例で用いることができる。また、可変形状鏡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６１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。なお、可変形状鏡４０９でピント合わせを行なう為には、例えば固体撮像素子４０８に物体像を結像させ、可変形状鏡４０９の焦点距離を変化させながら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、固体撮像素子４０８にマイクロコンピュータ等を含む処理回路を接続し、その中で高周波成分を検出すればよい。
【００８１】
図６２は本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に係る可変ミラーとして適用可能なさらに他の実施例に係る、マイクロポンプ１８０で流体１６１を出し入れし、ミラー面を変形させる可変形状鏡１８８の概略構成図である。本実施例によれば、ミラー面を大きく変形させることが可能になるというメリットがある。
マイクロポンプ１８０は、例えば、マイクロマシンの技術で作られた小型のポンプで、電力で動くように構成されている。
マイクロマシンの技術で作られたポンプの例としては、熱変形を利用したもの、圧電材料を用いたもの、静電気力を用いたものなどがある。
【００８２】
図６３は本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系の可変ミラーに適用可能なマイクロポンプの一実施例を示す概略構成図である。本実施例のマイクロポンプ１８０では、振動板１８１は静電気力、圧電効果等の電気力により振動する。図６３では静電気力により振動する例を示しており、図６３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。
【００８３】
本実施例の可変形状鏡１８８では、反射膜１８９が流体１６１の量に応じて凹凸に変形することで、可変形状鏡として機能する。可変形状鏡１８８は流体１６１で駆動されている。流体としては、シリコンオイル、空気、水、ゼリー、等の有機物、無機物を用いることができる。
【００８４】
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６１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。
【００８５】
図６４は本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム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。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とを有し、入射光を第１，第２のレンズ５１２ａ，５１２ｂを経て収束させるものである。透明電極５１３ａ，５１３ｂは、スイッチ５１５を介して交流電源５１６に接続して、高分子分散液晶層５１４に交流電界を選択的に印加するようにする。なお、高分子分散液晶層５１４は、それぞれ液晶分子５１７を含む球状、多面体等の任意の形状の多数の微小な高分子セル５１８を有して構成し、その体積は、高分子セル５１８を構成する高分子および液晶分子５１７がそれぞれ占める体積の和に一致させる。
【００８６】
ここで、高分子セル５１８の大きさは、例えば球状とする場合、その平均の直径Ｄを、使用する光の波長をλとするとき、例えば、
２ｎｍ≦Ｄ≦λ／５ …(1)
とする。すなわち、液晶分子５１７の大きさは、２ｎｍ程度以上であるので、平均の直径Ｄの下限値は、２ｎｍ以上とする。また、Ｄの上限値は、可変焦点レンズ５１１の光軸方向における高分子分散液晶層５１４の厚さｔにも依存するが、λに比べて大きいと、高分子の屈折率と液晶分子５１７の屈折率との差により、高分子セル５１８の境界面で光が散乱して高分子分散液晶層５１４が不透明になってしまうため、後述するように、好ましくはλ／５以下とする。可変焦点レンズが用いられる光学製品によっては高精度を要求しない場合もあり、そのときＤはλ以下でよい。なお、高分子分散液晶層５１４の透明度は、厚さｔが厚いほど悪くなる。
【００８７】
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６５に示すような形状となり、
ｎox＝ｎoy＝ｎo …(2)
である。ただし、ｎoは常光線の屈折率を示し、ｎoxおよびｎoy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。
【００８８】
ここで、図６４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６６に示すように、スイッチ５１５をオンとして高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加すると、液晶分子５１７は、屈折率楕円体の長軸方向が可変焦点レンズ５１１の光軸と平行となるように配向するので、屈折率が低くなり、屈折力の弱いレンズとなる。
【００８９】
なお、高分子分散液晶層５１４に印加する電圧は、例えば、図６７に示すように、可変抵抗器５１９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。
【００９０】
ここで、図６４に示す状態、すなわち高分子分散液晶層５１４に電界を印加しない状態での、液晶分子５１７の平均屈折率ｎLC’は、図６５に示すように屈折率楕円体の長軸方向の屈折率をｎzとすると、およそ
（ｎox＋ｎoy＋ｎZ）／３≡ｎLC’ …(3)
となる。また、上記(2)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ｎeと表して、
（２ｎo＋ｎe）／３≡ｎLC …(4)
で与えられる。このとき、高分子分散液晶層５１４の屈折率ｎAは、高分子セル５１８を構成する高分子の屈折率をｎP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、
ｎA＝ｆｆ・ｎLC’＋（１−ｆｆ）ｎP …(5)
で与えられる。
【００９１】
したがって、図６７に示すように、レンズ５１２ａおよび５１２ｂの内側の面、すなわち高分子分散液晶層５１４側の面の曲率半径を、それぞれＲ1およびＲ2とすると、可変焦点レンズ５１１の焦点距離ｆ1は、
１／ｆ1＝（ｎA−１）（１／Ｒ1−１／Ｒ2） …(6)
で与えられる。なお、Ｒ1およびＲ2は、曲率中心が像点側にあるとき、正とする。また、レンズ５１２ａおよび５１２ｂの外側の面による屈折は除いている。つまり、高分子分散液晶層５１４のみによるレンズの焦点距離が、(6)式で与えられる。
【００９２】
また、常光線の平均屈折率を、
（ｎox＋ｎoy）／２＝ｎo’ …(7)
とすれば、図６６に示す状態、すなわち高分子分散液晶層５１４に電界を印加した状態での、高分子分散液晶層５１４の屈折率ｎBは、
ｎB＝ｆｆ・ｎo’＋（１−ｆｆ）ｎP …(8)
で与えられるので、この場合の高分子分散液晶層５１４のみによるレンズの焦点距離ｆ2は、
１／ｆ2＝（ｎB−１）（１／Ｒ1−１／Ｒ2） …(9)
で与えられる。なお、高分子分散液晶層５１４に、図６６におけるよりも低い電圧を印加する場合の焦点距離は、(6)式で与えられる焦点距離ｆ1と、(9)式で与えられる焦点距離ｆ2との間の値となる。
【００９３】
上記(6)および(9)式から、高分子分散液晶層５１４による焦点距離の変化率は、
｜（ｆ2−ｆ1）／ｆ2｜＝｜（ｎB−ｎA）／（ｎB−１）｜ …(10)
で与えられる。したがって、この変化率を大きくするには、｜ｎB−ｎA｜を大きくすればよい。ここで、
ｎB−ｎA＝ｆｆ（ｎo’−ｎLC’） …(11)
であるから、｜ｎo’−ｎLC’｜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、ｎBが、１．３〜２程度であるから、
０．０１≦｜ｎo’−ｎLC’｜≦１０ …(12)
とすれば、ｆｆ＝０．５のとき、高分子分散液晶層５１４による焦点距離を、０．５％以上変えることができるので、効果的な可変焦点レンズを得ることができる。なお、｜ｎo’−ｎLC’｜は、液晶物質の制限から、１０を越えることはできない。
【００９４】
次に、上記(1)式の上限値の根拠について説明する。「Solar EnerＧy Materials and Solar Cells」31巻,Wilson and Eck,1993, Eleevier Science Publishers B.v.発行の第197 〜214 頁、「Transmission variation usinＧ scatterinＧ/transparent switchinＧ films 」には、高分子分散液晶の大きさを変化させたときの透過率τの変化が示されている。そして、かかる文献の第206 頁、図６には、高分子分散液晶の半径をｒとし、ｔ＝３００μｍ、ｆｆ＝０．５、ｎP ＝１．４５、ｎLC＝１．５８５、λ＝５００ｎｍとするとき、透過率τは、理論値で、ｒ＝５ｎｍ（Ｄ＝λ／５０、Ｄ・ｔ＝λ・６μｍ（ただし、Ｄおよびλの単位はｎｍ、以下も同じ））のときτ≒９０％となり、ｒ＝２５ｎｍ（Ｄ＝λ／１０）のときτ≒５０％になることが示されている。
【００９５】
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。
【００９６】
これらの結果から、
Ｄ・ｔ≦λ・１５μｍ …(13)
であれば、τは７０％〜８０％以上となり、レンズとして十分実用になる。したがって、例えば、ｔ＝７５μｍの場合は、Ｄ≦λ／５で、十分な透過率が得られることになる。
【００９７】
また、高分子分散液晶層５１４の透過率は、ｎPの値がｎLC’の値に近いほど良くなる。一方、ｎo’とｎP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６４の状態と図６６の状態とで、平均して高分子分散液晶層５１４の透過率が良くなるのは、
ｎP＝（ｎo’＋ｎLC’）／２ …(14)
を満足するときである。
【００９８】
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６４の状態でも、図６６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、
ｎo’≦ｎP≦ｎLC’ …(15)
とすればよい。
【００９９】
上記(14)式を満足すれば、上記(13)式は、さらに緩和され、
Ｄ・ｔ≦λ・６０μｍ …(16)
であれば良いことになる。なぜなら、フレネルの反射則によれば、反射率は屈折率差の２乗に比例するので、高分子セル５１８を構成する高分子と液晶分子５１７との境界での光の反射、すなわち高分子分散液晶層５１４の透過率の減少は、およそ上記の高分子と液晶分子５１７との屈折率の差の２乗に比例するからである。
【０１００】
以上は、ｎo’≒１．４５、ｎLC’≒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／（ｎu−ｎP）2 …(17)
であればよい。ただし、（ｎu−ｎP）2は、（ｎLC’−ｎP）2と（ｎo’−ｎP）2とのうち、大きい方である。
【０１０１】
また、可変焦点レンズ５１１の焦点距離変化を大きくするには、ｆｆの値が大きい方が良いが、ｆｆ＝１では、高分子の体積がゼロとなり、高分子セル５１８を形成できなくなるので、
０．１≦ｆｆ≦０．９９９ …(18)
とする。一方、ｆｆは、小さいほどτは向上するので、上記(17)式は、好ましくは、
4×10-6〔μｍ〕2≦Ｄ・ｔ≦λ・45μｍ・(1.585−1.45)2/(ｎu−ｎP)2…(19)
とする。なお、ｔの下限値は、図６４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。
【０１０２】
なお、物質の光学特性を屈折率で表す近似が成り立つのは、「岩波科学ライブラリー８ 小惑星がやってくる」向井正著,1994,岩波書店発行の第５８頁に記載されているように、Ｄが１０ｎｍ〜５ｎｍより大きい場合である。また、Ｄが５００λを越えると、光の散乱は幾何学的となり、高分子セル５１８を構成する高分子と液晶分子５１７との界面での光の散乱がフレネルの反射式に従って増大するので、Ｄは、実用的には、
７ｎｍ≦Ｄ≦５００λ …(20)
とする。
【０１０３】
図６８は図６７に示す可変焦点レンズ５１１を用いたデジタルカメラ用の撮像光学系の構成を示すものである。この撮像光学系においては、物体（図示せず）の像を、絞り５２１、可変焦点レンズ５１１およびレンズ５２２を介して、例えばＣＣＤよりなる固体撮像素子５２３上に結像させる。なお、図６８では、液晶分子の図示を省略してある。
【０１０４】
かかる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。
【０１０５】
図６９は本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変焦点回折光学素子の一例の構成を示す図である。
この可変焦点回折光学素子５３１は、平行な第１，第２の面５３２ａ，５３２ｂを有する第１の透明基板５３２と、光の波長オーダーの溝深さを有する断面鋸歯波状のリング状回折格子を形成した第３の面５３３ａおよび平坦な第４の面５３３ｂを有する第２の透明基板５３３とを有し、入射光を第１，第２の透明基板５３２，５３３を経て出射させるものである。第１，第２の透明基板５３２，５３３間には、図６４で説明したと同様に、透明電極５１３ａ，５１３ｂを介して高分子分散液晶層５１４を設け、透明電極５１３ａ，５１３ｂをスイッチ５１５を経て交流電源５１６に接続して、高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加するようにする。
【０１０６】
かかる構成において、可変焦点回折光学素子５３１に入射する光線は、第３の面５３３ａの格子ピッチをｐとし、ｍを整数とすると、
ｐsinθ＝ｍλ …(21)
を満たす角度θだけ偏向されて出射される。また、溝深さをｈ、透明基板３３の屈折率をｎ33とし、ｋを整数とすると、
ｈ（ｎA−ｎ33）＝ｍλ …(22)
ｈ（ｎB−ｎ33）＝ｋλ …(23)
を満たせば、波長λで回折効率が１００％となり、フレアの発生を防止することができる。
【０１０７】
ここで、上記(22)および(23)式の両辺の差を求めると、
ｈ（ｎA−ｎB）＝（ｍ−ｋ）λ …(24)
が得られる。したがって、例えば、λ＝５００ｎｍ、ｎA＝１．５５、ｎB＝１．５とすると、
０．０５ｈ＝（ｍ−ｋ）・５００ｎｍ
となり、ｍ＝１，ｋ＝０とすると、
ｈ＝１００００ｎｍ＝１０μｍ
となる。この場合、透明基板５３３の屈折率ｎ33は、上記(22)式から、ｎ33＝１．５であればよい。また、可変焦点回折光学素子５３１の周辺部における格子ピッチｐを１０μｍとすると、θ≒２．８７°となり、Ｆナンバーが１０のレンズを得ることができる。
【０１０８】
かかる可変焦点回折光学素子５３１は、高分子分散液晶層５１４への印加電圧のオン・オフで光路長が変わるので、例えば、レンズ系の光束が平行でない部分に配置して、ピント調整を行うのに用いたり、レンズ系全体の焦点距離等を変えるのに用いることができる。
【０１０９】
なお、この実施形態において、上記(22)〜(24)式は、実用上、
０．７ｍλ≦ｈ（ｎA−ｎ33）≦１．４ｍλ …(25)
０．７ｋλ≦ｈ（ｎB−ｎ33）≦１．４ｋλ …(26)
０．７（ｍ−ｋ）λ≦ｈ（ｎA−ｎB）≦１．４（ｍ−ｋ）λ …(27)
を満たせば良い。
【０１１０】
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７０および図７１は、この場合の可変焦点眼鏡５５０の構成を示すものであり、可変焦点レンズ５５１は、レンズ５５２および５５３と、これらレンズの内面上にそれぞれ透明電極５１３ａ，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とを有して構成し、その透明電極５１３ａ，５１３ｂを可変抵抗器５１９を経て交流電源５１６に接続して、ツイストネマティック液晶層５５４に交流電界を印加するようにする。
【０１１１】
かかる構成において、ツイストネマティック液晶層５５４に印加する電圧を高くすると、液晶分子５５５は、図７１に示すようにホメオトロピック配向となり、図７０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。
【０１１２】
ここで、図７０に示すツイストネマティック状態における液晶分子５５５の螺旋ピッチＰは、光の波長λに比べて同じ程度か十分小さくする必要があるので、例えば、
２ｎｍ≦Ｐ≦２λ／３ …(28)
とする。なお、この条件の下限値は、液晶分子の大きさで決まり、上限値は、入射光が自然光の場合に、図７０の状態でツイストネマティック液晶層５５４が等方媒質として振る舞うために必要な値であり、この上限値の条件を満たさないと、可変焦点レンズ５５１は偏光方向によって焦点距離の異なるレンズとなり、これがため二重像が形成されてぼけた像しか得られなくなる。
【０１１３】
図７２(a)は本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変偏角プリズムの構成を示すものである。この可変偏角プリズム５６１は、第１，第２の面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６４で説明したと同様に、透明電極５１３ａ，５１３ｂを介して高分子分散液晶層５１４を設ける。透明電極５１３ａ，５１３ｂは、可変抵抗器５１９を経て交流電源５１６に接続し、これにより高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加して、可変偏角プリズム５６１を透過する光の偏角を制御するようにする。なお、図７２(a)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７２(b)に示すように、透明基板５６２および５６３の内面を相対的に傾斜させた傾斜面を有する通常のプリズム状に形成することもできるし、あるいは図６９に示した回折格子状に形成することもできる。回折格子状に形成する場合には、上記の(21)〜(27)式が同様にあてはまる。
【０１１４】
かかる構成の可変偏角プリズム５６１は、例えば、ＴＶカメラ、デジタルカメラ、フィルムカメラ、双眼鏡等のブレ防止用として有効に用いることができる。この場合、可変偏角プリズム５６１の屈折方向（偏向方向）は、上下方向とするのが望ましいが、さらに性能を向上させるためには、２個の可変偏角プリズム５６１を偏向方向を異ならせて、例えば図７３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７２および図７３では、液晶分子の図示を省略してある。
【０１１５】
図７４は本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いる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、図６４で説明したと同様に、高分子分散液晶層５１４を設け、これら透明電極５１３ａ，５１３ｂをスイッチ５１５および可変抵抗器５１９を経て交流電源５１６に接続して、高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加するようにする。なお、図７４では、液晶分子の図示を省略してある。
【０１１６】
かかる構成によれば、透明基板５６６側から入射する光線は、反射膜５６８により高分子分散液晶層５１４を折り返す光路となるので、高分子分散液晶層５１４の作用を２回もたせることができると共に、高分子分散液晶層５１４への印加電圧を変えることにより、反射光の焦点位置を変えることができる。この場合、可変焦点ミラー５６５に入射した光線は、高分子分散液晶層５１４を２回透過するので、高分子分散液晶層５１４の厚さの２倍をｔとすれば、上記の各式を同様に用いることができる。なお、透明基板５６６または５６７の内面を、図６９に示したように回折格子状にして、高分子分散液晶層５１４の厚さを薄くすることもできる。このようにすれば、散乱光をより少なくできる利点がある。
【０１１７】
なお、以上の説明では、液晶の劣化を防止するため、電源として交流電源５１６を用いて、液晶に交流電界を印加するようにしたが、直流電源を用いて液晶に直流電界を印加するようにすることもできる。また、液晶分子の方向を変える方法としては、電圧を変化させること以外に、液晶にかける電場の周波数、液晶にかける磁場の強さ・周波数、あるいは液晶の温度等を変化させることによってもよい。以上に示した実施形態において、高分子分散液晶は液状ではなく固体に近いものもあるので、その場合はレンズ５１２ａ，５１２ｂの一方、透明基板５３２、レンズ５３８、レンズ５５２，５５３の一方、図７２(a)における透明基板５６３、図７２(b)における透明基板５６２，５６３の一方、透明基板５６６，５６７の一方はなくてもよい。
以上図６４から図７４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のメリットは、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、等である。
【０１１８】
図７５は本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変焦点レンズのさらに他の実施例に係る、可変焦点レンズ１４０を用いた撮像ユニット１４１の概略構成図である。撮像ユニット１４１は本発明の撮像系として用いることができる。
本実施例では、レンズ１０２と可変焦点レンズ１４０とで、撮像レンズを構成している。そして、この撮像レンズと固体撮像素子４０８とで撮像ユニット１４１を構成している。可変焦点レンズ１４０は、透明部材１４２と圧電性のある合成樹脂等の柔らかい透明物質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。
【０１１９】
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、本実施例によれば、物体距離が変わった場合でも光学系をモーター等で動かすことなくフォーカスができ、小型、軽量、消費電力が少ない点で優れている。
【０１２０】
なお、図７５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。
【０１２１】
なお、図７５の例で、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７６に示すように、支援部材１４７を設けてシリンダー１４６を省略した構造にしてもよい。
支援部材１４７は、間に透明電極１４５を挟んで、透明物質１４３の一部の周辺部分を固定している。本実施例によれば、透明物質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７７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７６、７７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。
【０１２２】
図７５、７６に示す実施例では、電圧を逆に印加すると透明物質１４３は逆向きに変形するので凹レンズにすることも可能である。
なお、透明物質１４３に電歪材料、例えば、アクリルエラストマー、シリコンゴム等を用いる場合は、透明物質１４３を透明基板と電歪材料を貼り合わせた構造にするとよい。
【０１２３】
図７８は本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変焦点レンズのさらに他の実施例に係る、マイクロポンプ１６０で流体１６１を出し入れし、レンズ面を変形させる可変焦点レンズ１６７の概略構成図である。
マイクロポンプ１６０は、例えば、マイクロマシンの技術で作られた小型のポンプで、電力で動くように構成されている。流体１６１は、透明基板１６３と、弾性体１６４との間に挟まれている。図７８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。
【０１２４】
そして、図６３で示したようなマイクロポンプ１８０を、例えば、図７８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。
【０１２５】
なお、静電気力、圧電効果を用いた可変焦点レンズなどにおいては、駆動用に高電圧が必要になる場合がある。その場合には、昇圧用のトランス、あるいは圧電トランス等を用いて制御系を構成するとよい。
特に積層型圧電トランスを用いると小型にできてよい。
【０１２６】
図７９は本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な光学特性可変光学素子の他の実施例であって圧電材料２００を用いた可変焦点レンズ２０１の概略構成図である。
圧電材料２００には透明物質１４３と同様の材料が用いられており、圧電材料２００は、透明で柔らかい基板２０２の上に設けられている。なお、基板２０２には、合成樹脂、有機材料を用いるのが望ましい。
本実施例においては、２つの透明電極５９を介して電圧を圧電材料２００に加えることで圧電材料２００は変形し、図７９において凸レンズとしての作用を持っている。
【０１２７】
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８０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。
【０１２８】
本実施例では、流体１６１を保持する基板の一部分を圧電材料で変形させて、液溜１６８を不要としたところに大きなメリットがある。
なお、図７８の実施例にも言えることであるが、透明基板１６３，１６５はレンズとして構成しても、或いは平面で構成してもよい。
【０１２９】
図８１は本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な光学特性可変光学素子のさらに他の実施例であって圧電材料からなる２枚の薄板２００Ａ，２００Ｂを用いた可変焦点レンズの概略構成図である。
本実施例の可変焦点レンズは、薄板２００Ａと２００Ｂの材料の方向性を反転させることで、変形量を大きくし、大きな可変焦点範囲が得られるというメリットがある。
なお、図８１中、２０４はレンズ形状の透明基板である。
本実施例においても、紙面の右側の透明電極５９は基板２０２よりも小さく形成されている。
【０１３０】
なお、図７９〜図８１の実施例において、基板２０２、薄板２００，２００Ａ，２００Ｂの厚さを不均一にして、電圧を掛けたときの変形のさせかたをコントロールしてもよい。
そのようにすれば、レンズの収差補正等もすることができ、便利である。
【０１３１】
図８２は本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変焦点レンズのさらに他の実施例を示す概略構成図である。
本実施例の可変焦点レンズ２０７は、例えばシリコンゴムやアクリルエラストマー等の電歪材料２０６を用いて構成されている。
本実施例の構成によれば、電圧が低いときには、図８２に示すように、凸レンズとして作用し、電圧を上げると、図８３に示すように、電歪材料２０６が上下方向に伸びて左右方向に縮むので、焦点距離が伸びる。従って、可変焦点レンズとして動作する。
本実施例の可変焦点レンズによれば、大電源を必要としないので消費電力が小さくて済むというメリットがある。
以上述べた図７５から図８３の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、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。
【０１３２】
図８４は本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な光学特性可変光学素子のさらに他の実施例であってフォトメカニカル効果を用いた可変焦点レンズの概略構成図である。
本実施例の可変焦点レンズ２１４は、透明弾性体２０８，２０９でアゾベンゼン２１０が挟まれており、アゾベンゼン２１０には、透明なスペーサー２１１を経由して光が照射されるようになっている。
図８４中、２１２，２１３はそれぞれ中心波長がλ1，λ2の例えばＬＥＤ、半導体レーザー等の光源である。
【０１３３】
本実施例において、中心波長がλ1の光が図８５(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８５(b)に示すシス型に変化して体積が減少する。このため、可変焦点レンズ２１４の形状はうすくなり、凸レンズ作用が減少する。
一方、中心波長がλ2の光がシス型のアゾベンゼン２１０に照射されると、アゾベンゼン２１０はシス型からトランス型に変化して、体積が増加する。このため、可変焦点レンズ２１４の形状は厚くなり、凸レンズ作用が増加する。
このようにして、本実施例の光学素子２１４は可変焦点レンズとして作用する。
また、可変焦点レンズ２１４では、透明弾性体２０８，２０９の空気との境界面で光が全反射するので外部に光がもれず、効率がよい。
【０１３４】
図８６は本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡のさらに他の実施例を示す概略構成図である。本実施例では、デジタルカメラに用いられるものとして説明する。なお、図８６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。
本実施例の可変形状鏡４５は、アクリルエラストマー等の有機材料からなる電歪材料４５３と間を隔てて分割電極４０９ｂを設け、電歪材料４５３の上に順に電極４５２、変形可能な基板４５１を設け、さらにその上に入射光を反射するアルミニウム等の金属からなる反射膜４５０を設けて構成されている。
このように構成すると、分割電極４０９ｂを電歪材料４５３と一体化した場合に比べて、反射膜４５０の面形状が滑らかになり、光学的に収差を発生させにくくなるというメリットがある。
なお、変形可能な基板４５１と電極４５２の配置は逆でも良い。
また、図８６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。
【０１３５】
なお本願の可変形状鏡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４９の例のように可変形状鏡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、そのように可変形状鏡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。
【０１３６】
最後に、本発明で用いる用語の定義を述べておく。
【０１３７】
光学装置とは、光学系あるいは光学素子を含む装置のことである。光学装置単体で機能しなくてもよい。つまり、装置の一部でもよい。
【０１３８】
光学装置には、撮像装置、観察装置、表示装置、照明装置、信号処理装置等が含まれる。
【０１３９】
撮像装置の例としては、フィルムカメラ、デジタルカメラ、ロボットの眼、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラ、テレビカメラ、動画記録装置、電子動画記録装置、カムコーダ、ＶＴＲカメラ、電子内視鏡等がある。デジカメ、カード型デジカメ、テレビカメラ、ＶＴＲカメラ、動画記録カメラなどはいずれも電子撮像装置の一例である。
【０１４０】
観察装置の例としては、顕微鏡、望遠鏡、眼鏡、双眼鏡、ルーペ、ファイバースコープ、ファインダー、ビューファインダー等がある。
【０１４１】
表示装置の例としては、液晶ディスプレイ、ビューファインダー、ゲームマシン（ソニー社製プレイステーション）、ビデオプロジェクター、液晶プロジェクター、頭部装着型画像表示装置（ｈｅａｄ ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話等がある。
【０１４２】
照明装置の例としては、カメラのストロボ、自動車のヘッドライト、内視鏡光源、顕微鏡光源等がある。
【０１４３】
信号処理装置の例としては、携帯電話、パソコン、ゲームマシン、光ディスクの読取・書込装置、光計算機の演算装置等がある。
【０１４４】
なお、本願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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
以上説明したように、本発明のズームレンズ鏡胴又はズームレンズ鏡枠は、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。
【０１５１】
（１）ミラーを介して光路が被写体側と撮像素子側とに分離された屈曲光学系のレンズ鏡胴において、ズーム駆動される光学系、シャッタ及び絞りを駆動させる駆動部を、ズーム駆動によっては移動しない固定部に配置したことを特徴とするレンズ鏡胴。
【０１５２】
（２）ミラーを介して光路が被写体側と撮影素子側とに分離された屈曲光学系のレンズ鏡胴において、シャッタと絞りを、ズーム駆動される光学系を構成するレンズのうち前記ミラーに最も近接するレンズの前記ミラーに対面する位置に配置したことを特徴とするレンズ鏡胴。
【０１５３】
（３）ミラーを介して光路が被写体側と撮影素子側とに分離された屈曲光学系のレンズ鏡胴において、
シャッタと絞りを、前記ミラーよりも撮像素子寄りで、前記ミラーに最も近い固定の光学素子あるいは固定の光学素子群よりも撮像素子寄りに配置したことを特徴とするレンズ鏡胴。
【０１５４】
（４）ミラーを介して光路が被写体側と撮像素子側とに分離された屈曲光学系のレンズ鏡胴において、絞り及び絞りを駆動する駆動部を、ズーム駆動によっては移動しない固定部に配置したことを特徴とするレンズ鏡胴。
【０１５５】
（５）前記ミラーが可変ミラーであることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１５６】
（６）前記可変ミラーが、静電気力、電磁気力、圧電効果、電歪、流体のいずれかによって駆動されることを特徴とする請求項４又は上記（５）に記載のレンズ鏡胴。
【０１５７】
（７）前記可変ミラーの変形する光反射部材が、有機材料を用いて構成されていることを特徴とする請求項４、上記（５）、（６）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１５８】
（８）前記ズーム駆動される光学系が、凹レンズ作用をもつレンズ群と、前記可変ミラーを含む光学素子の群と、光軸にほぼ沿って移動するレンズ群とを含んで構成されていることを特徴とする請求項４、上記（１）又は（２）に従属する上記（５）〜（７）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１５９】
（９）前記屈曲光学系が、物体側から順に、凹レンズを含むレンズ群と、前記可変ミラーを含む群と、光軸にほぼ沿って移動する凸レンズを含むレンズ群とを含んで構成されていることを特徴とする請求項４、上記（５）〜（８）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１６０】
（１０）前記光軸にほぼ沿って移動するレンズ群が１つであることを特徴とする上記（９）に記載のレンズ鏡胴。
【０１６１】
（１１）前記ズーム駆動される光学系が移動するレンズ群を含み、モーターまたは手動で前記移動するレンズ群を駆動するようにしたことを特徴とする請求項１〜４、上記（１）、（２）、請求項１〜４、上記（１）、（２）のいずれかに従属する上記（５）〜（１０）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１６２】
（１２）可変ミラーを複数個含むことを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（１１）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１６３】
（１３）複数の移動するレンズ群を含むことを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（１２）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１６４】
（１４）撮像素子の撮像エリアの短辺または長辺方向が、前記可変ミラーへ入射する軸上光線の入射面とほぼ平行（±５度以内）であることを特徴とする請求項４、上記（５）〜（１０）、請求項４、上記（５）〜（１０）のいずれかに従属する上記（１１）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１６５】
（１５）前記可変ミラーの形状が、所定の状態において自由曲面となることを特徴とする請求項４、上記（５）〜（１０）、請求項４、上記（５）〜（１０）のいずれかに従属する上記（１１）、上記（１４）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１６６】
（１６）前記ズーム駆動される光学系がレトロフォーカスタイプであることを特徴とする請求項１〜４、上記（１）、（２）、請求項１〜４、上記（１）、（２）のいずれかに従属する上記（５）〜（１０）、（１２）、（１３）、請求項４、上記（１）、（２）のいずれかに従属する（１４）、（１５）、上記（１１）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１６７】
（１７）ズーム駆動される光学系における移動するレンズ群を手動または電動で駆動する場合に移動するレンズ群の位置を検出するためのエンコーダーを備えた上記（８）、上記（８）に従属する上記（９）、（１０）、（１１）、上記（８）、上記（８）に従属する上記（９）、上記（１０）、（１１）のいずれかに従属する上記（１２）〜（１６）のいずれかに記載の可変ミラーを有するレンズ鏡胴に用いるズーム駆動される光学系。
【０１６８】
（１８）検出したレンズ群の位置に応じて前記可変ミラーを所望の値に変形させることを特徴とする上記（１７）に記載のズーム駆動される光学系。
【０１６９】
（１９）前記絞りが前記可変ミラーに対して移動しないことを特徴とする請求項４、上記（５）〜（１０）、（１４）、（１５）、（１７）、（１８）、請求項４、上記（５）〜（１０）のいずれかに従属する上記（１１）〜（１３）、（１６）のいずれかに記載のレンズ鏡胴に用いる光学系。
【０１７０】
（２０）絞りとシャッタとが凸レンズ群よりも撮像素子よりも遠くに配置されることを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（１９）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１７１】
（２１）絞りとシャッタとが凹レンズ群よりも撮像素子寄りに配置されていることを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（２０）のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
【０１７２】
（２２）撮像素子上に物体像を結像させて、可変ミラーの焦点距離を変化させながら物体像の高周波成分が最大になる状態を探すことで、ピント位置を検出するようにしたことを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（２１）のいずれかに記載のレンズ鏡胴に用いる光学系を備えた撮像装置。
【０１７３】
【発明の効果】
本発明によれば、レンズ鏡枠を構成する１群枠、２群枠、３群枠、ロッド、ＣＣＤ保持枠、ミラー保持部を鏡枠基盤に搭載し、さらにそれとは別に、モータ類、ギアトレイン類及びシャッタ、絞り、ズーム駆動部材類を駆動基板にそれぞれ分離搭載して、鏡枠部からこれら駆動部材を電気回線で接続しないで構成できる。このため、従来のレンズ鏡胴のような鏡枠内でのＦＰＣ等の伸び縮みによるスペース上の不利や、内面反射等の品質上の不利を解消することができる。
【０１７４】
また、本発明によれば、シャッタ、絞り、ズーム駆動部材類を駆動基板に搭載して、鏡枠基盤には直接組み込まないようにしたので、従来のレンズ鏡胴のような鏡枠内にモータやＦＰＣ等の光学系を構成しない部材の組み込み変形や位置ずれ等による光学系の品質を損なうことがなくなる。
【０１７５】
また、本発明によれば、駆動部が鏡枠部と分離しているため、最終的な全体の組み上がりを待つことなく、それぞれ単独で鏡枠治具や駆動治具を介して個別に検査できる。このため、歩留まりが向上し生産コスト面で有利となる。
【０１７６】
また、本発明によれば、鏡枠基盤に対し、１群枠、ミラー保持部及びロッドに支持されるレンズ鏡枠をそれぞれ分離して組み立てることができるようにしたので、それぞれの構成部材を多数種類標準化して揃えておき、目的に応じて組み合せることができる。
また、本発明によれば、鏡枠部と駆動部をそれぞれ別箇に組み立てて調整すればよく、鏡枠部と駆動部との組み込み時に調整が不要となる。
【０１７７】
また、本発明によれば、モータ等の駆動部材を１つのユニットとして構成したので、電装系を１箇所に集中して収納して、標準化することができ、電気系としてまとめて管理検査できる。また、ユニット化したことに伴い、自動組み立てやすくなる。
【０１７８】
また、本発明によれば、可変ミラーに隣接、対面しズーム駆動する２群枠にシャッタ及び絞りをユニットで配置し、絞りを３枚羽根の虹彩タイプで構成したので、従来のレンズ鏡胴に設けられていたターレットタイプの絞りに比べて、無段階の絞り口径を得ることができる。
また、２枚羽根の絞りに比べて精度の良い口径比を得ることができる。
また、シャッタ及び絞りをユニットとして構成したことにより標準化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるズームレンズ鏡胴におけるレンズ群を構成する光学部材の配置を示す構成図であり、望遠（長焦点）時の状態を示している。
【図２】図１の構成における広角（短焦点）時の状態を示す図である。
【図３】本実施形態のレンズ鏡胴の各構成部材を組み込んだ状態の全体構成を示す正面図である。
【図４】図３のレンズ鏡胴を上方からみた図である。
【図５】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれているシャッタ駆動機構の望遠（長焦点）時におけるシャッタが開いた状態を図３と同じ側からみた図である。
【図６】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれているシャッタ駆動機構の広角（短焦点）時におけるシャッタが閉じた状態を図３と同じ側からみた図である。
【図７】図５の右側面図である。
【図８】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれているシャッタ駆動機構のシャッタが開いたときのシャッタ羽根部の状態を示す上面図である。
【図９】図８の主にシャッタを示す図である。
【図１０】図８の下面図である。
【図１１】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれているシャッタ駆動機構のシャッタが閉じたときのシャッタ羽根部の状態を示す上面図である。
【図１２】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれている絞り機構の望遠（長焦点）時における絞り状態を図３と同じ側からみた図である。
【図１３】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれている絞り機構の広角（短焦点）時における絞り状態を図３と同じ側からみた図である。
【図１４】図１２の絞り部を主に示す右側面図である。
【図１５】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれている絞り機構の絞りを開いたときの絞り羽根部の状態を示す上面図である。
【図１６】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれている絞り機構の絞りを閉じたときの絞り羽根部の状態を示す上面図である。
【図１７】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれている絞り機構の絞りを開いたときの絞り羽根部の状態を示す下面図である。
【図１８】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれている絞り機構の絞りを閉じたときの絞り羽根部の状態を示す下面図である。
【図１９】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれているズーム駆動機構の望遠（長焦点）時におけるズーム駆動状態を図３と同じ側からみた図である。
【図２０】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれているズーム駆動機構の広角（短焦点）時におけるズーム駆動状態を図３と同じ側からみた図である。
【図２１】図１９の右側面図である。
【図２２】本実施形態のレンズ鏡胴に組み込まれているズーム駆動機構の下面図である。
【図２３】本実施形態のレンズ鏡胴の望遠（長焦点）時におけるレンズ枠の位置関係を図３と同じ側からみた図である。
【図２４】本実施形態のレンズ鏡胴の広角（短焦点）時におけるレンズ枠の位置関係を図３と同じ側からみた図である。
【図２５】本実施形態のズームレンズ鏡胴における１群枠Ｋ１の鏡枠基盤Ｋ４への固定位置を示す右側面図である。
【図２６】本実施形態のズームレンズ鏡胴における鏡枠基盤Ｋ４と２群枠Ｋ２に対するロッドＫ５、スリーブＫ２2の位置関係を示す下面図である。
【図２７】本実施形態のズームレンズ鏡胴におけるズームモータＺＭ１、シャッタモータＳＨＭ１及び絞りモータＳＥＭ１のギアトレイン部を収納し、駆動基板ＫＢ１に固定するギアカバーの構造を図３と同じ側からみた図である。
【図２８】図２７の右側面図である。
【図２９】図２７の上面図である。
【図３０】図２７の左側面図である。
【図３１】本実施形態のズームレンズ鏡胴におけるモータ部を収納し、駆動基板ＫＢ１に固定する構造を図３と同じ側からみた図である。
【図３２】図３１の右側面図である。
【図３３】図３１の左側面図である。
【図３４】本実施形態のズームレンズ鏡胴に用いる可変ミラー保持部Ｍ４を図３と同じ側から見た図である。
【図３５】図３４の右側面図である。
【図３６】図３４の上面図である。
【図３７】図３４の左側面図である。
【図３８】図３４の下面図である。
【図３９】本実施形態のレンズ鏡胴に用いる可変ミラー保持部Ｍ４に取り付けたミラーケースＭ５を図３と同じ側から見た図である。
【図４０】図３９の右側面図である。
【図４１】図３９の上面図である。
【図４２】図３９の左側面図である。
【図４３】図３９の下面図である。
【図４４】本実施形態のズームレンズ鏡胴におけるシャッタ・絞りユニットを固定する構造と２群枠Ｋ２への固着構造を示す図３と同じ側から見た図である。
【図４５】本実施形態のズームレンズ鏡胴におけるシャッタ・絞りユニットを示す図４４の右側面図である。
【図４６】図４４の上面図である。
【図４７】図４４の下面図である。
【図４８】本発明のズームレンズ鏡胴に適用可能なズームレンズ鏡枠部の光学部材の他の例を示す概略構成図である。
【図４９】本発明のズームレンズ鏡胴を用いる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。
【図５０】本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系にかかる可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９の他の実施例を示す概略構成図である。
【図５１】図５０の実施例の可変形状鏡に用いる電極の一形態を示す説明図である。
【図５２】図５０の実施例の可変形状鏡に用いる電極の他の形態を示す説明図である。
【図５３】本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系にかかる可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【図５４】本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系にかかる可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【図５５】本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系にかかる可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【図５６】図５５の実施例における薄膜コイル４２７の巻密度の状態を示す説明図である。
【図５７】本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系にかかる可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【図５８】図５７の実施例におけるコイル４２７の一配置例を示す説明図である。
【図５９】図５７の実施例におけるコイル４２７の他の配置例を示す説明図である。
【図６０】図５５に示した実施例において、コイル４２７の配置を図５９に示したようにした場合に適する永久磁石４２６の配置を示す説明図である。
【図６１】本発明のさらに他の実施例に係る、ズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変ミラーとして可変形状鏡４０９を用いた撮像系、例えば携帯電話のデジタルカメラ、カプセル内視鏡、電子内視鏡、パソコン用デジタルカメラ、ＰＤＡ用デジタルカメラ等に用いられる撮像系の概略構成図である。
【図６２】本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に係る可変ミラーとして適用可能なさらに他の実施例に係る、マイクロポンプ１８０で流体１６１を出し入れし、ミラー面を変形させる可変ミラーとして用いる可変形状鏡１８８の概略構成図である。
【図６３】本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系の可変ミラーに適用可能なマイクロポンプの一実施例を示す概略構成図である。
【図６４】本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム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。
【図６５】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６６】図６２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６７】図６４に示す高分子分散液晶層への印加電圧を可変にする場合の一例の構成を示す図である。
【図６８】図６７に示す可変焦点レンズ５１１を用いたデジタルカメラ用の撮像光学系の構成を示す図である。
【図６９】本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変焦点回折光学素子の一例の構成を示す図である。
【図７０】ツイストネマティック液晶を用いる可変焦点レンズを有する可変焦点眼鏡の構成を示す図である。
【図７１】図７０に示すツイストネマティック液晶層への印加電圧を高くしたときの液晶分子の配向状態を示す図である。
【図７２】本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変偏角プリズムの２つの例の構成を示す図である。
【図７３】図７２に示す可変偏角プリズムの使用態様を説明するための図である。
【図７４】本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いる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図である。
【図７５】本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変焦点レンズのさらに他の実施例に係る、可変焦点レンズ１４０を用いた撮像ユニット１４１の概略構成図である。
【図７６】図７５の実施例における可変焦点レンズの変形例を示す説明図である。
【図７７】図７６の可変焦点レンズが変形した状態を示す説明図である。
【図７８】本発明のズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変焦点レンズのさらに他の実施例に係る、マイクロポンプ１６０で流体１６１を出し入れし、レンズ面を変形させる可変焦点レンズ１６２の概略構成図である。
【図７９】本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な光学特性可変光学素子の他の実施例であって圧電材料２００を用いた可変焦点レンズ２０１の概略構成図である。
【図８０】図７９の変形例に係る可変焦点レンズの状態説明図である。
【図８１】本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な光学特性可変光学素子のさらに他の実施例であって圧電材料からなる２枚の薄板２００Ａ，２００Ｂを用いた可変焦点レンズの概略構成図である。
【図８２】本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な可変焦点レンズのさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【図８３】図８２の実施例に係る可変焦点レンズの状態説明図である。
【図８４】本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に適用可能な光学特性可変光学素子のさらに他の実施例であってフォトメカニカル効果を用いた可変焦点レンズの概略構成図である。
【図８５】図８４の実施例に係る可変焦点レンズに用いるアゾベンゼンの構造を示す説明図であり、(a)はトランス型、(b)はシス型を示している。
【図８６】本発明にかかるズームレンズ鏡胴を用いるズーム光学系に可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
Ｃ１1 ＣＣＤ面
Ｃ１2 ＣＣＤ保持枠
Ｃ２ ＣＣＤ枠
Ｃ２1 ロッド受け
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３ フィルタ
Ｇ１ 第１群
ＧＫ１1，ＧＫ１2，ＧＫ１3 ガイドピン
Ｇ２ 第２群
Ｇ３ 第３群
Ｋ１ １群枠
Ｋ１1 固定ビス
Ｋ２ ２群枠
Ｋ２1 ２群枠被駆動ピン
Ｋ２01 取り付け穴
Ｋ２2 スリーブ
Ｋ３ ３群枠
Ｋ３1 嵌合穴
Ｋ４ 鏡枠基盤
Ｋ４1 ロッド受け
Ｋ４2 ミラーケース固定ビス
Ｋ４3 取り付け穴
Ｋ５ ロッド
Ｋ５1 一端部
Ｋ５2 他端部
ＫＢ１ 駆動基板
ＫＢ１2 ギアカバー固定ビス
ＫＢ１3 モータカバー固定ビス
ＫＢ１4 駆動基板固定ビス
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６ レンズ
Ｍ 可変ミラー
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ 可変ミラー構成部材
Ｍ１1 可変ミラーの反射面
Ｍ４ 可変ミラー保持部
Ｍ４1，Ｍ４2 取り付け穴
Ｍ４3 ミラー保持部ボス
Ｍ５ ミラーケース
Ｍ５1，Ｍ５2 ミラーケースボス
ＺＭ１ ズームモータ
ＺＭ１2 ガイド穴
ＳＨ１ シャッタ羽根
ＳＨ１1 シャッタ羽根穴
ＳＨ１2 シャッタ羽根カム穴
ＳＨ２ シャッタ被駆動部材
ＳＨ２1 シャッタ被駆動部材係合部
ＳＨ２01 ワッシャ
ＳＨ２2 シャッタ羽根係合突起
ＳＨ３ シャッタ基盤
ＳＨ３1 シャッタばね
ＳＨ３01 突起嵌合部
ＳＨ３2 シャッタ羽根突起嵌合部
ＳＨ４ シャッタカバー
ＳＨ５ シャッタ駆動部材
ＳＨ５1 ラックギア係合部
ＳＨ５2 ガイド穴
ＳＨ５3 シャッタ駆動部材係合部
ＳＨＭ１ シャッタモータ
ＳＨＭ２，ＳＨＭ３ ギア
ＳＨＭ１1，ＳＨＭ２1，ＳＨＭ３1，ＳＨＭ３2 ギアの歯部
ＳＥ１ 絞り羽根
ＳＥ１1 絞り羽根穴
ＳＥ１2 絞り羽根カム穴
ＳＥ１21 絞り検出板
ＳＥ２ 絞り基盤
ＳＥ２1 絞り羽根突起嵌合部
ＳＥ２2 溝
ＳＥ３ 絞り被駆動部材
ＳＥ３0 嵌合穴
ＳＥ３1 絞り被駆動ピン
ＳＥ３01 絞り羽根係合突起
ＳＥ３2 絞りばね受け
ＳＥ３3 絞りばね
ＳＥ３4 パッチン部材
ＳＥ３41 パッチン回転止め
ＳＥ３5 パッチンバネ受け
ＳＥ４ 絞り駆動部材
ＳＥ４1 ラックギア係合部
ＳＥ４2 ガイド穴
ＳＥ４3 絞り被駆動部材係合部
ＳＥ５ シャッタ・絞り基盤
ＳＥ５1 シャッタ・絞り基盤ボス
ＳＥ５2 シャッタ・絞りユニット固定ビス
ＳＥＭ１ 絞りモータ
ＳＥＭ１21 絞り検出板
ＳＥＭ２，ＳＥＭ３ ギア
ＳＥＭ１1，ＳＥＭ２1，ＳＥＭ２2，ＳＥＭ３1 ギアの歯部
ＳＥＭ４1 取り付け穴
Ｚ１ ズーム駆動部材
Ｚ１1 ラックギア係合部
Ｚ１12 ズーム駆動部材ラック穴
Ｚ１2 ズーム駆動部材カム穴
Ｚ１3 ズーム駆動部材組み立て穴
ＺＫ１ ギアカバー
ＺＫ２ モータカバー
ＺＫ２1，ＺＫ２2 モータカバーボス
ＺＭ１ ズームモータ
ＺＭ１21 ズーム検出板
ＺＭ２，ＺＭ３，ＺＭ４ ギア
ＺＭ１1，ＺＭ２1，ＺＭ２2，ＺＭ３1，ＺＭ３2，ＺＭ４1
ギアの歯部
ＺＭ５ フォトインタラプタ
ＺＭ５1 取り付け穴
１１ ズームレンズ鏡枠
１２ 可変ミラー
１３ 変倍レンズ
１４ コンペンセータ
１５ 固体撮像素子
１６，２０ レンズ
１７ 凹レンズ
１８ 絞り
１９ シャッタ
４５，１８８ 可変形状鏡
１４０，１６７，２０１，２０７，２１４，５１１，５５１
可変焦点レンズ
１６１ 流体
１６３，１６５，２０４，５３２，５３３，５６２，５６３，５６６，５６７
透明基板
５９，１４５，５１３ａ，５１３ｂ 透明電極
１０２，５１２ａ，５１２ｂ，５２２，５５２，５５３ レンズ
１０３ 制御系
１０３’ 回路
１０４，１４１ 撮像ユニット
１４２ 透明部材
１４３ 圧電性のある透明物質
１４４ 流体あるいはゼリー状物質
１４６ シリンダー
１４７ 支援部材
１４８ 変形可能な部材
１６０，１８０ マイクロポンプ
１６４ 弾性体
１６８ 液溜
１８１ 振動板
１８２，１８３，４０９ｂ，４０９ｄ，４０９ｋ，４５２ 電極
１８４，１８５ 弁
１８９，４５０ 反射膜
２００ 圧電材料
２００Ａ，２００Ｂ 薄板
２０２ 透明で柔らかい基板
２０６，４０９ｃ−２ 電歪材料
２０８，２０９ 透明弾性体
２１０ アゾベンゼン
２１１ スペーサー
２１２，２１３ 光源
４０３ 撮像レンズ
４０４ プリズム
４０５ 二等辺直角プリズム
４０６ ミラー
４０８，５２３ 固体撮像素子
４０９ 光学特性可変形状鏡
４０９ａ 薄膜
４０９ｃ，４０９ｃ’ 圧電素子
４０９ｃ−１，４０９ｅ 基板
４０９ｊ 変形する基板
４１１ 可変抵抗器
４１２ 電源
４１３ 電源スイッチ
４１４ 演算装置
４１５ 温度センサー
４１６ 湿度センサー
４１７ 距離センサー
４２３ 支持台
４２４ 振れセンサー
４２５，４２８ 駆動回路
４２６ 永久磁石
４２７ コイル
４４９ 釦
４５１ 変形可能な基板
４５３ 電歪材料
５０８ａ，５３２ａ，５６２ａ，５６６ａ 第１の面
５０８ｂ，５３２ｂ，５６２ｂ，５６６ｂ 第２の面
５０９ａ，５３３ａ，５６３ａ，５６７ａ 第３の面
５０９ｂ，５３３ｂ，５６３ｂ，５６７ｂ 第４の面
５１４ 高分子分散液晶層
５１５ スイッチ
５１６ 交流電源
５１７ 液晶分子
５１８ 高分子セル
５１９ 可変抵抗器
５２１ 絞り
５３１ 可変焦点回折光学素子
５３９ａ，５３９ｂ 配向膜
５５０ 可変焦点眼鏡
５５４ ツイストネマティック液晶層
５５５ 液晶分子
５６１ 可変偏角プリズム
５６５ 可変焦点ミラー
５６８ 反射膜
９０１ 接眼レンズ
９０２ 対物レンズ
Claims (4)
- ミラーを介して光路が被写体側と撮像素子側とに分離された屈曲光学系のレンズ鏡胴において、
絞り羽根と絞り駆動部材を有する絞りと、
シャッタ羽根とシャッタ駆動部材を有するシャッタと、
前記屈曲光学系のうちの一部の光学系を駆動する光学系駆動部材を有し、
前記一部の光学系は、前記ミラーと前記撮像素子の間に配置され、
前記絞り羽根及び前記シャッタ羽根は、前記一部の光学系に配置され、
前記一部の光学系、前記シャッタ羽根及び前記絞り羽根を駆動させる各駆動源を有する駆動部を、一つのユニットとして固定部に配置し、
前記駆動部は、前記ミラーを挟んで前記一部の光学系と対向する位置に配置され、前記絞り羽根、前記シャッタ羽根及び前記一部の光学系は、前記各駆動部材を介して前記各駆動源と接続されていることを特徴とするレンズ鏡胴。 - 前記一部の光学系を保持する鏡枠と、前記シャッタ羽根及び前記絞り羽根を保持するシャッタ絞り基板を有し、前記鏡枠と前記シャッタ絞り基板を、前記各駆動部材を介して前記固定部に対して機械的に接続させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡胴。
- 前記シャッタ羽根は虹彩タイプであり、前記シャッタ絞り基板を、前記一部の光学系を構成するレンズのうち前記ミラーに最も近接するレンズの前記ミラーに対面する位置に配置したことを特徴とする請求項２に記載のレンズ鏡胴。
- 前記ミラーが可変ミラーであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレンズ鏡胴。
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