JP4311783B2

JP4311783B2 - Optical device

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Publication number: JP4311783B2
Application number: JP31618598A
Authority: JP
Inventors: 公彦西岡; 順雄和田
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Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2018-11-06
Also published as: JPH11317895A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のデジタルカメラ１７０は、図２２に示すように、ＣＣＤ５５、レンズ１７１、絞り１７３、シャッター１７４、レンズフォーカシング用ソレノイド１７５等をそれぞれ別体の部品として集めてこれらを組立てることにより作られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、部品点数が多くなり、組立ても面倒で、製品の小型化、高精度化、コストダウンに限界があった。
そこで本発明は、撮像素子、光学素子などの部品をリソグラフィー等の手法を用いて一体化することで、小型化、低コスト化しうる、デジタルカメラ、電子内視鏡、ＰＤＡ（携帯情報端末）、テレビ電話、ＶＴＲカメラ、テレビカメラ等の電子撮像系、電子表示系等又はそれらの一部を構成する板状ユニット等の光学装置の提供を課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明による光学装置は、光学特性可変光学素子と、光学素子と、撮像素子と、表示素子と、電源と、透明基板を備え、前記光学特性可変光学素子、前記光学素子、前記撮像素子及び前記表示素子は、いずれも前記透明基板の表面上に設けられ、前記撮像素子と前記表示素子は分離して設けられ、前記光学特性可変光学素子は複数の電極を有するミラーであって、該複数の電極に印加する電圧を変化させることで焦点距離が変化し、前記表示素子は、前記撮像素子によって撮像された画像を表示し、前記光学特性可変光学素子と前記光学素子は、遠方の物体の像を所定の位置に形成する単眼の光学系、またはその一部を構成し、前記撮像素子は前記所定の位置に配置され、前記透明基板の表面、側面または内部であり迷光を除去する位置に、遮光用の膜が設けられていることを特徴とすることを特徴とする。
【０００５】
また、本発明による光学装置は、前記表示素子が前記透明基板上にリソグラフィープロセスを用いて形成されたことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明による光学装置は、さらに、電話機能を持つ回路を有することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による光学装置の実施形態を図面を用いて説明する。
【０００８】
図１は、本発明の第１実施形態を示す図である。本実施形態の光学装置は、レンズ１８１，１８２，１８３、プリズム１８４、ミラー１８５等を用いた電子撮像ユニット１８０として構成されている。なお、図中５２はアルミコーティングされた薄膜５３と電極５４から成る反射鏡、５５は固体撮像素子、５６は基板、５７は電源、５８はスイッチ、５９は可変抵抗器である。
【０００９】
反射鏡５２は、例えば、オプティックスコミュニケーションズ（ＯｐｔｉｃｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ），１４０巻（１９９７年）１８７ないし１９０頁に示されているメンブレインミラーのように、薄膜５３と電極５４の間に電圧を印加すると静電気力により薄膜５３が変形してその焦点距離が変化するようになっており、これによりピント調整ができるようになっている。本実施形態の光学装置では、物体からの光６０は、光学素子としてのレンズ１８１，１８２、プリズム１８４のそれぞれの入射面および出射面で屈折され、反射鏡５２によって反射され、ミラー１８５の反射面で反射され、レンズ１８３で屈折されてから固体撮像素子５５に入射するようになっている。
【００１０】
このように、本実施形態の光学装置は、光学素子１８１，１８２，１８４，１８５，１８３および反射鏡５２とで撮像光学系を構成している。そして、本実施形態の構成では、特に、各光学素子の面と肉厚を最適化することにより物体像の収差を最小にすることができるようになっている。
【００１１】
図１の光学装置において、反射鏡５２の形状は、非点収差等を補正するためにＹ軸方向に長い楕円形にするのがよく、具体的には、反射鏡５２への入射光と反射鏡５２からの出射光を含む平面と反射鏡５２とが交わる方向に沿って長い楕円形にするのがよい。また、図１の光学装置では、反射鏡５２と固体撮像素子５５とをそれぞれ別体で作って基板５６上に配置している。しかし、反射鏡５２はシリコンリソグラフィープロセス等で作ることもできるので、基板５６をシリコンで形成し、固体撮像素子５５と共にリソグラフィープロセスで反射鏡５２の少なくとも一部を基板５６上に形成してもよい。
【００１２】
これにより、固体撮像素子５５と共に光学素子の一つである反射鏡５２とが一体化されるので、小型化、低コスト化等の点で有利である。また反射鏡５２は固定焦点のミラーとして構成しても良い。この場合でも反射鏡５２はリソグラフィープロセスで作ることができる。なお、反射鏡５２、固体撮像素子５５、基板５６を合わせて板状ユニット１８６と呼ぶことにする。板状ユニットは光学装置の一例である。
【００１３】
又、図示を省略するが、基板５６上に表示素子の一つである反射型液晶ディスプレー又は透過型液晶ディスプレー等の表示素子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。なお、この基板５６は、ガラスあるいは石英等の透明物質で形成してもよい。その場合は、このガラス基板上に薄膜トランジスター等の技術を用いて固体撮像素子や液晶ディスプレーを形成すればよい。あるいは、これらの表示素子を別体で作り、基板５６上に配置してもよい。
【００１４】
光学素子１８１，１８２，１８４，１８５，１８３は、プラスチックモールドやガラス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、本実施形態の撮像装置では、レンズ１８１のみがプリズム１８４から離れて形成されているが、レンズ１８１を設けることなく収差を除去することができるように光学素子１８２，１８３，１８４，１８５，５２を設計すれば、反射鏡５２を除く光学素子は一つの光学ブロックとなり組立てが容易となる。
【００１５】
図２は、本発明の第２実施形態を示す図である。
本実施形態の撮像装置では、一つのシリコン基板１８７の上に反射鏡５２、マイクロマシン技術で作られた静電気力で動くマイクロシャッター１８８、撮像素子５５等は、リソグラフィープロセスで作られている。
そして、このシリコン基板１８７とモールドで作った自由曲面プリズム１８９とを組合わせれば、光学装置として小型のデジタルカメラ用撮像ユニット１８０が出来上がる。
なお、マイクロシャッター１８８は、絞りを兼ねることもできるようになっている。
【００１６】
自由曲面プリズム１８９は、プラスチックモールドで作ると安価にできる。また、自由曲面プリズム１８９をエネルギー硬化型樹脂で作れば、熱可塑性樹脂で作るよりも耐久性があるので好ましい。
また、自由曲面プリズム１８９を赤外光を吸収する性質の材質を用いて構成して、赤外カットフィルター効果を持たせてもよい。
あるいは、自由曲面プリズム１８９の光路中のいづれかの面に赤外光を反射する干渉膜を設けて、赤外光をカットするようにしてもよい。
ミラー１９０は、シリコン基板１８７を凹面に加工し、アルミコートすることによって形成されている。
マイクロシャッター１８８は、例えば、特開平１０−３９２３９号の図８，図９に示されているようなシャッターを改良したものを用いることができる。
【００１７】
図３は図２の光学装置を上方から見た、マイクロシャッター１８８付近の拡大図である。
マイクロシャッター１８８は、固定電極１９１と遮光板１９２のそれぞれに設けられた電極１９３に電位差を与えることによって、静電気力で二つの遮光板１９２を左右に開いたり閉じたりすることができるようになっている。
ここで、二つの遮光板１９２のそれぞれに、他方の遮光板１９２に近い側の中央に三角形の凹部を設け、かつ二枚の遮光板１９２を段違いに設置して、遮光板１９２を途中まで開いた状態で撮像を行えば絞りとして動作し、遮光板１９２を完全に閉じればシャッターとなるようになっている。
電源１９６は＋−の極性を変えることができるようになっており、それに伴い、二つの遮光板１９２は逆方向に動くようになっている。また、二つの遮光板１９２は、完全に閉じた時には図２に示すように多少重なるように設計されている。
マイクロシャッター１８８は、リソグラフィープロセスで反射鏡５２、固体撮像素子５５と共に一緒に作ることができるというメリットがある。
なお、マイクロシャッター１８８としては、上記以外にも、特開平１０−３９２３９号の図４７に示すようなマイクロシャッターを用いてもよい。
あるいは、本実施形態の撮像装置に用いるシャッターとして、通常のフィルムカメラのシャッターのように、バネで動作するシャッターを製作して、これをシリコン基板１８７に設置してもよい。
【００１８】
また、本実施形態の撮像装置を、例えば、図２に示すように、別途に絞り１９７を設けた構成としてもよい。
絞り１９７としては、フィルムカメラのレンズに用いるような虹彩絞りでもよく、または、図４に示すような複数の穴あき板をスライドさせるような構成のものでもよい。
あるいは、絞りの開口面積の変わらない固定絞りであってもよい。
また、絞りとしては、マイクロシャッター１８８を絞りとしてのみ動作させ、シャッター機能については、固体撮像素子５５の素子シャッターを用いて果たすようにしてもよい。
また、本実施形態の撮像装置を、電極５４、ミラー１９０、マイクロシャッター１８８、撮像素子５５の少なくとも一つを別部品として作り、残りの部材と共に一つの基板上に配置した構成としてもよい。
なお、本実施形態の撮像装置を、図５に示すように、光学特性可変光学素子の一つである反射鏡５２の別の一例として、液晶可変焦点レンズをミラーの前面に配置した液晶可変ミラー２５２等を配設した構成としてもよい。
【００１９】
図５は、液晶可変ミラー２５２を用いた撮像装置の一例（撮像装置２５３）を示す図である。
液晶可変ミラー２５２は、透明電極２５４とフレネルレンズ状の基板２５５の表面にコートされた電極２５６との間にツイストネマチック液晶２５７を配置した構成となっている。ツイストネマチック液晶２５７のらせんピッチＰは、
Ｐ＜３λ ・・・（１）
を満たすようになっている。ここで、λは光の波長である。
式（１）を満たすとき、ツイストネマチック液晶２５７は入射光の偏光方向によらず屈折率がほぼ等方的になるので、偏光板を設けることなくボケのない可変焦点ミラーが得られる。
なお、低コストのデジタルカメラなどでは、ツイストネマチック液晶２５７のらせんピッチＰが、
Ｐ＜１５λ ・・・（２）
であっても実用上は使用できる場合もある。
【００２０】
図６は、本発明の第３実施形態を示す図である。
本実施形態の光学装置２０４は、透明基板１９８に反射型ＬＣＤ１９９、反射鏡５２、固体撮像素子５５を設け、かつ光学ブロックである自由曲面プリズム１８９を組合せた構成となっている。
透明基板１９８には、光学素子であるレンズ２００、ローパスフィルター２０１、ＩＣ２０３も合わせて設けられており、これらにより透明な板状ユニット２０２を形成している。
ＩＣ２０３は、反射型ＬＣＤ１９９、反射鏡５２、固体撮像素子５５等をドライブするＩＣ、あるいは制御、演算を行なうＣＰＵ、メモリー等の機能をもつＬＳＩである。
固体撮像素子５５、反射鏡５２、反射型ＬＣＤ１９９、ＩＣ２０３を、それぞれ別途に製作して、透明基板１９８に貼りつけてもよいが、透明基板１９８の表面にアモルファスシリコン、低温ポリシリコン、連続粒界結晶シリコン（’９８．１．１４付朝日新聞）等を材料として薄膜トランジスター技術を用いて形成すれば、小型化、軽量化、高精度化の面で有利である。
【００２１】
図７は、本実施形態の光学装置２０４に用いるローパスフィルター２０１の斜視図である。
ローパスフィルター２０１は、瞳分割型のローパスフィルターであり、捩じれ関係にある二つの平面より構成されている。なお、このローパスフィルター２０１も光学素子の一つである。
その他、本実施形態において透明基板１９８は、ガラス又は樹脂のモールドで作るのが良い。
【００２２】
本実施形態の光学装置２０４は、光を反射、屈折する面を自由曲面プリズム１８９、透明な板状ユニット２０２の両方に設けることができる点で、収差の補正がしやすく、図２に示す実施形態の撮像ユニット１８０よりすぐれている。
なお、レンズ等の光学素子は、例えばレンズ２００ｂのように、透明部材の表面に曲面状の樹脂薄膜２０５を貼りつけて作ってもよい。このような方法を薄膜レンズ技術という。
【００２３】
図８は、本発明の第４実施形態を示す図である。
本実施形態の光学装置２０７は、透明な板状ユニット２０２と板状ユニット１８６とを組合せることにより構成されている。
なお、透明基板１９８とは別体にレンズ２０８を設けると、収差補正の自由度がふえるので、収差補正上有利であるが、レンズ２０８は設けなくてもよい。
透明な板状ユニット２０２には、ディスプレー２０９、ＩＣ２０３が設けられ、さらに薄膜レンズ技術により製作したレンズ２１０，２１１が設けられている。なお、レンズ２１２は、透明基板１９８を製作する際にモールドの技術で透明基板１９８に一体形成されている。
板状ユニット１８６は、図２に示す実施形態の板状ユニット１８６と同様に構成されている。
斜線部２１４は、迷光を除くための黒い遮光用の膜であり、Ｃｒ−ＣｒＯ₂−Ｃｒの三層蒸着、黒い塗料の塗装、あるいは印刷等で作れられている。
なお、斜線部２１４は、必要に応じて、透明基板１９８の表面、側面、内部に設ければよく、設けなくてもよい場合もある。
【００２４】
ディスプレー２０９の一例である液晶ディスプレーは薄膜トランジスター技術でガラス等の透明基板上に作ることができるが、固体撮像素子５５等はシリコン基板上でないと作りにくい。
本実施形態の光学装置２０７は、固体撮像素子５５、ディスプレー２０９を設けるべき基板を分けて構成したので、同一の基板上に作るよりもコストが安くできる。
なお、本実施形態の光学装置２０７の透明基板１９８あるいはレンズ２１１の材質に赤外光吸収効果を持たせて、赤外カットフィルターの役割を持たせるようにしてもよい。あるいは、薄膜５３又はレンズ２１２又は透明基板１９８等の表面に赤外カット機能を有する干渉膜を設けてもよい。
さらに、本実施形態の光学装置２０７は、固体撮像素子５５を取り除き、光学系にたとえばオペラグラスのような観察機能を持たせた表示装置として構成されてもよい。
【００２５】
図９は、本発明の第５実施形態を示す図である。
本実施形態の光学装置２４６は、板状ユニット２４５と自由曲面プリズム１８９とを組合せることにより構成されている。
板状ユニット２４５は、一つの基板２４０の上に、低品質のシリコン等からなる基板２４１に反射鏡５２とミラー１９０とマイクロシャッター１８８を形成した板状ユニット２４３と、高品質のシリコンからなる基板２４２に基板２４０とＩＣ２０３を形成した板状ユニット２４４とを配設して構成されている。
固体撮像素子５５、ＩＣ２０３等は高品質のシリコン上でないと形成しにくいが、ミラー１９０、マイクロシャッター１８８、反射鏡５２等は低品質のシリコンでもよい。
本実施形態の光学装置２４６によれば、光学ユニットである板状ユニット２４３，２４４を品質の異なる別個の基板に形成したので、その分、高品質のシリコンの使用量を減らすことができ、コスト上有利である。
自由曲面プリズム１８９には、足２４７，２４８が設けられており、足２４７，２４８は、板状ユニット２４５と一体化する時、各面間の光学的長さを所望の設計値通りに調整できるようになっている。
【００２６】
図１０は、本発明の第６実施形態を示す図である。
本実施形態の光学装置は、自由曲面プリズム１８９に板状ユニット２４３と固体撮像素子５５とを組合せてデジタルカメラ用撮像装置を構成している。
本実施形態の光学装置によれば、固体撮像素子５５を低品質のシリコン等からなる基板２４１から分離して構成したので、固体撮像素子５５として市販のＣＣＤ等を使うことができ、コストを低減することができる。
なお、図示していないが、本実施形態の光学装置にさらに別に液晶ディスプレー等を設けて、デジタルカメラのファインダーとして用いるとよい。
【００２７】
また、本実施形態において反射鏡５２とミラー１９０とマイクロシャッター１８８とを一枚の基板上に配置するかわりに、図１１に示すように、それぞれ別体に自由曲面プリズム１８９の周囲に配置してもよい。
この場合、反射鏡５２、ミラー１９０、マイクロシャッター１８８等の光学部品を別個に作ることができるので、それらの部品を他製品の部品と共通化することが可能になる。また、それぞれの光学部品の歩留り（製作時の合格率）が悪い場合でも、良い部品だけを集めて製品を作ることができるので、それぞれの光学部品を一枚の基板上に作る場合と比べて製品としての歩留りを向上させることができる。
【００２８】
また、図１０に示すように、固体撮像素子５５の前面に透過率可変素子の一つである液晶シャッター２４９を配置しても良い。
この場合、マイクロシャッター１８８は絞りとして動作させてもよいし、液晶シャッター２４９と合わせてシャッターとして動作させてもよい。あるいは、マイクロシャッター１８８を省いて、液晶シャッター２４９と固体撮像素子５５の素子シャッター機能とでシャッターの動作をさせてもよい。
なお、液晶シャッター２４９には機械的可動部が無いので、マイクロシャッター１８８を省いた構成とすれば、機械的な構造を簡単化できる。
【００２９】
図１２は、本発明の第７実施形態を示す図である。
本実施形態の光学装置２１７は、可動光学素子の一例である足付きレンズ２１６を設けた構成となっている。なお、光学装置２１７は、足付きレンズ２１６の他に、透明基板１９８に、固体撮像素子５５、自由曲面プリズム１８９を組合せた構成となっている。
足付きレンズ２１６は、レンズ２１８の下にフリースペースオプティックス（M. C. Mu, L. -Y. Lin, S-S. Lee, K. S. J. Pister 著 Sensors and Actuators A50 (1995) 127-134 等を参照）のマイクロマシン技術等で作った足２１９が付いて構成されている。
足２１９は、後述の図１７に示す電極１９３ｂに相当する、静電気力でスライドする電極２１９ｂ（図１３）に接続されており、電極２１９ｂがスライドすることにより、図１３に示す角θが変化するように作られている。足２１９との交点Ｐ₁，Ｐ₂は、角θが変化するとき、透明基板１９８の表面上を動くようになっている。そして足付きレンズ２１６は、足２１９の角θを変えてレンズ２１８と透明基板１９８との距離Ｚを変えることでピント調整ができるようになっている。
なお、図１２に示す透明基板１９８と自由曲面プリズム１８９との間には、物体からの光６０が点Ａにおいて全反射するように、わずかに空気間隔が設けられている。
また、図１３は、本実施形態の変形例として足付きレンズ２１６と透明基板１９８と固体撮像素子５５とを組合せてなるシンプルな構成の撮像装置の一例を示す図である。
【００３０】
図１４は、本発明の第８実施形態を示す図である。
本実施形態の光学装置は、観察装置の一例として、デジタルカメラのファインダーを構成している。本実施形態の光学装置は、図１２、図１３に示す足付きレンズ２１６のレンズ２１８をミラー２１８Ｂでおきかえた足付きミラー２１６Ｂを備えた構成となっている。
なお、本実施形態の光学装置は、足付きミラー２１６Ｂの他に、透明基板１９８とレンズ２１１とからなる板状ユニット１８６と、自由曲面プリズム１８９を備えている。
本実施形態の光学装置は、足２１９をスライドさせてミラー２１８Ｂと透明基板１９８との距離Ｚを変えることで視度調整を行なうことができるようになっている。
【００３１】
図１２、図１３に示す足付きレンズ２１６は、可動光学素子の一つである可動レンズの一例として用いたものである、可動レンズの他の例としては、静電レンズがある。
図１５は、本発明の実施形態に用いる可動レンズの他の例を示す静電レンズの構成概要図である。
静電レンズ２２０は、レンズ２１８、電極２２１，２２２、ダンパー２２３などを備えた構成となっている。この静電レンズ２２０は、電極２２１と電極２２２との間に電圧を掛けることにより、静電気力でレンズ２１８と透明基板１９８との間の距離を変えてピント合わせ、ズーミング等に用いることができるようになっている。なおダンパー２２３は、レンズ２１８を保持し、かつレンズ２１８が移動するときの衝撃を緩和するようになっている。
なお、レンズ２１８を図１６に示すようなミラー２２５におきかえて可動ミラー２２６とし、これを本発明の実施形態に用いる可動光学素子としてもよい。
【００３２】
図１６は、本発明の第９実施形態を示す図である。
本実施形態の光学装置２２８は、光学特性可変光学素子の一つである反射鏡５２、可動光学素子の一つである可動ミラー２２６、可動光学素子の一つである可動レンズの一例である自走レンズ２２７を備えた構成となっている。また、光学装置２２８は、その他にシリコン基板１８７と自由曲面プリズム１８９を備えている。
そして光学装置２２８は、反射鏡５２の焦点距離、自走レンズ２２７、ミラー２２５の位置を変えることによってＺＯＯＭとフォーカスとを行うことができるようになっている。
なお、本実施形態に用いる自由曲面プリズム１８９を、赤外光を吸収する材料を用いて赤外カット効果を持たせるようにしてもよい。
自走レンズ２２７は、図１７に示すように、電極１９３ａ，１９３ｂと、電極１９３ｂに固定されたレンズ２１８とを備えて構成されており、くし状の二つの電極１９３ａ，１９３ｂの間に電位差を与えて静電気力で電極１９３ｂに固定されたレンズ２１８を動かすことができるようになっている。
【００３３】
ところで、近年、デジタルカメラの小型化が望まれており、特に、薄いカード型のデジタルカメラは携帯性に優れ便利である。
しかし、図２２に示すような従来の光学系と電気系を組合せた撮像装置では小型化に限界があった。
そこで、本発明では、薄いカード型デジタルカメラ等に用いる撮像装置、光学装置を提供することもできるようにしている。
【００３４】
図１８は、本発明の第１０実施形態を示す図である。
本実施形態の光学装置は、板状ユニットに光学ブロックの一つである自由曲面プリズム２３０を組合せた撮像ユニット２３１を用いてデジタルカメラ２３２を構成している。デジタルカメラ２３２には、その他に、例えば液晶ディスプレーなどのディスプレー２０９が設けられている。
そして、本実施形態のデジタルカメラ２３２は、撮像ユニット２３１がデジタルカメラ２３２の厚さ方向と平行な方向に位置する物体を撮像することができるようになっている。
図１９、図２０は、自由曲面プリズム２３０の形状を詳しく示した図で、図１９は自由曲面プリズム２３０を上方からみた図、図２０は自由曲面プリズム２３０を物体側からみた図である。
自由曲面プリズム２３０は、物体からの光６０を反射面Ｒ１によって反射し、ＸＹ平面内で、且つ、反射鏡５２に向かう方向に向きを変え、反射鏡５２により反射された後に、反射面Ｒ２で反射されて固体撮像素子５５と結像することができるように形成されている。
このように物体から自由曲面プリズム２３０に入射する入射光６０と自由曲面プリズム２３０を出射して固体撮像素子５５に入射する光線ｍとが捩じれの関係になるように自由曲面プリズム２３０の形を作れば、デジタルカメラ２３２の厚さを固体撮像素子５５の巾Ｗと同程度に薄型化することができる。
なお、自由曲面プリズム２３０のかわりに、固体撮像素子５５に入射する光線ｍと物体からの入射光６０とが捩じれの関係になるように、通常用いるレンズ、プリズム、図２に示す光学ブロック１８９のような自由曲面プリズム等の光学素子を配置して光学系を形成してもよい。
また、自由曲面プリズム２３０の光路中の面に、赤外光をカットする干渉膜２３３を設けて赤外光をカットするようにしてもよい。
【００３５】
図２１は本発明の第１１実施形態を示す図である。
本実施形態の光学装置は、図１８に示すデジタルカメラとは別の一例で、図２に示す小型のデジタルカメラ用撮像ユニット１８０を用いてデジタルカメラ２３４を構成している。
そして、本実施形態のデジタルカメラ２３４は、小型のデジタルカメラ用撮像ユニット１８０がデジタルカメラ２３４の厚さ方向と直角方向の物体が撮像できるようになっている。
本実施形態のデジタルカメラ２３４によれば、小型のデジタルカメラ用撮像ユニット１８０が、物体からの入射光６０とデジタルカメラ２３４の厚さ方向とが直交するように配置されているので、デジタルカメラ２３４の厚さを薄くすることができる。
なお、デジタルカメラの撮像系には、図１８，図２１に示す撮像ユニットの他に、本発明の板状ユニット、装置のいづれを用いてもよい。
また、本発明の板状ユニット、装置は、デジタルカメラ以外、例えばＰＤＡの光学系、撮像装置に用いてもよい。
【００３６】
ところで、近年、電子カメラ、ビデオカメラ等の電子撮像装置が増えてきている。それらは図３３に示すように、固体撮像素子１にレンズ系２を組み合せたものがほとんどであった。
しかしながら、上記のものは構造が複雑なため、部品点数が多く、組み立ても面倒で、小型化、コストダウンに限界があった。
そこで、本発明では小型でコストの安い電子撮像装置を提供することもできるようにしている。
【００３７】
上記目的を達成する本発明の光学装置は、一枚の透明基板の表面に少なくとも撮像素子と光学素子とを配設し、それ自体で、あるいは別部品を追加することにより撮像機能を有するようになっている。
【００３８】
図２３は、本発明の第１２実施形態を示す図である。
第１２実施形態の撮像装置は、ガラス、結晶、プラスチック等からなる一枚の透明基板３の両面に、光学素子である自由曲面４、６、回折光学素子（以下、ＤＯＥという）５を形成し、さらにシリコン薄膜技術等を用いて固体撮像素子１を形成したものである。これを板状撮像ユニット７と呼ぶ。自由曲面とは、非回転対称面で構成される面であり、さらに、対称面を一面のみ有するもしくは対称面を有しない曲面である。自由曲面は、屈折作用、反射作用のいずれにも用いられる。本実施形態では、図示しない物体からの光７’は自由曲面４で屈折され、オフアクシス型ＤＯＥ５で偏向、反射され、自由曲面６で反射し、固体撮像素子１上に結像する。自由曲面４、６、ＤＯＥ５で収差の補正がなされているので、固体撮像素子１には通常のレンズ系で結像したのと同様の良好な画像が入射する。自由曲面４、６はモールド等の方法で、またＤＯＥ５はモールドあるいはリソグラフィ等の方法で、固体撮像素子１と同時に形成してもよい。固体撮像素子１は透明基板３の上に直接リソグラフィの手法で形成してもよいが、それが難しい場合には固体撮像素子１を別個に製作しておきあとで透明基板３と一体化してもよい。あるいは、図示していないが、板状撮像ユニット７の外部にレンズ等の部品を追加し、それらと板状撮像ユニット７とで撮像機能を有するように構成してもよい。
【００３９】
図２４は、本発明の第１３実施形態を示す図である。
第１３実施形態の光学装置は、第１２実施形態における撮像ユニット７を、ＴＦＴ液晶ディスプレー８、周辺回路のＩＣ９、マイクロプロセッサ１０と一緒に透明基板３の上に形成した、携帯情報端末装置用のユニットである。撮像ユニット７にはさらに、メモリ、電話等の機能をもつＩＣ（ＬＳＩ）を一緒に形成してもよい。また、透明基板３には電子撮像装置のファインダー１１も形成してある。これは、透明基板３上に視野枠を設けただけの簡単なものでもよいし、図２５に示すように透明基板３の両面に凹レンズ１２、凸レンズ１３を設け、ガリレオ望遠鏡型のファインダーとしたものなどでもよい。あるいは、凹レンズ１２、凸レンズ１３の少なくとも一方を透明基板３の外部に設け、透明基板３上のレンズと合わせてファインダーとしてもよい。
【００４０】
図２６は、本発明の第１４実施形態を示す図である。
第１４実施形態の光学装置は、焦点調整の可能な板状撮像ユニットである。板状撮像ユニット１４で焦点調節をおこなう場合、図２３に示したＤＯＥ５、自由曲面６等の位置を機械的に動かすことは不可能である。そこで、本実施形態の板状撮像ユニット１４では、焦点距離が可変の光学素子１５を用いている。図２７は光学素子１５の一例を示し、高分子分散液晶１６を用いた可変焦点ＤＯＥ１７である。透明基板１８の少なくとも一方の面に光の波長程度の溝が形成されており、透過電極１９に電圧を加えると液晶分子２０の方向は図２８に示すように揃うので、高分子分散液晶１６の屈折率は下がる。一方、電圧を加えなければ液晶分子２０の方向はランダムなので高分子分散液晶１６の屈折率は上がる。したがって、可変焦点ＤＯＥ１７は電圧のＯＮ、ＯＦＦで焦点距離を切り替えることができる。高分子分散液晶１６は、液晶分子２０に対する重量比をある程度以上（たとえば２５％以上）に大きくすればほぼ固体になるので、高分子分散液晶１６の右側には基板を設けなくてもよい。また、図２９に示すように高分子分散液晶１６の右側の面および透明基板１８の左側の面を曲面２１にして、レンズ作用、収差補正に用いてもよい。図２７および図２９に示した例では、ともに、透明基板１８の右側の面をＤＯＥ面でなくフレネル面としてもよい。このときＤＯＥ１７は可変焦点フレネルレンズとして作用する。さらに、図５４に示すように、透明基板１８の右側の面を通常のレンズのような曲面としてもよい。
【００４１】
また、上述した透明基板３、１８には赤外カットフィルタの効果をもたせてもよい。
図３０は、本発明の第１５実施形態を示す図である。
第１５実施形態の光学装置は、反射型の可変焦点フレネルミラー２２を用いた板状撮像ユニットである。可変焦点フレネルミラー２２は、図３１に示すように反射面２３が設けられており、電圧の可変をスイッチ２４の開閉または可変抵抗２５でおこなうことによってフレネル面２６の屈折力が変わるので可変焦点のフレネルミラーとして動作する。フレネル面２６の代わりにＤＯＥとしてもよい。
【００４２】
なお、上記の実施形態における可変焦点ＤＯＥ１７、フレネルミラー２２は、板状撮像ユニット７に用いるのみならず、図３２に示すように通常の撮像装置あるいは厚さの異なる光ディスク用の可変焦点レンズ、電子内視鏡、ＴＶカメラ、フィルムカメラ等に用いてもよい。また、用いる液晶としてはトラン系の液晶たとえば大日本インキＤＯＮ−６０５：Ｎ−１（日化協月報１９９７年２月号ｐ．１４〜ｐ．１８）等を用いると光学的異方性が大きく（Δｎ＝０．２８３；Δｎは光学的異方性を表し、屈折率楕円体の主軸の長さの差である）、液晶の粘性が低く、高速の焦点距離の切り換えができなおよい。
次に、電子撮像系のひとつである電子内視鏡あるいはファイバスコープ、硬性鏡等の内視鏡あるいは工業用検査装置に用いられるライトガイド用の光源光学系について述べる。
【００４３】
従来技術では図３４に示すように、ライトガイド３１の手前に非球面レンズ３２があり、ランプ３３からの光をライトガイド３１の端面に集めるようになっている。ランプ３３はランプ以外の光源たとえば半導体レーザ等でもよい。ライトガイド３１の入射面の法線に対して入射光がなす角をθとし、入射光強度をＩとすると、θとＩとの関係は図３５に示すようになる。Ｉの値はθに対してほぼ一定値を保っておりθL のところで光線がなくなるので０になる。入射光束の立体角を考えれば入射光エネルギーが最大となるのはθ＝θL の近傍である。したがってライトガイド３１は入射角θL の光を伝達できるよう、
ＮＡ ≧ θL ・・・（３）
を満たすことが必要であった。しかし、ＮＡを大きくするにつれてライトガイドのガラスが黄色に着色し、色再現の低下、伝送光量の低下を生ずる欠点があった。
【００４４】
以下、上記の従来技術の問題点を解決し得る光源光学系について説明する。
第１の例は、図３６に示すように、ＤＣＣレンズ３４を配設し、ランプ３３からの光束のうち中心と周辺とをＤＣＣレンズ３４の側面３４’での全反射により反転させ、集光レンズ３５に入射させるものである。なおＤＣＣレンズ３４とは、K.Kono et al.:Opt. Rev. 4(1997)423. に説明があるとおり、両端が円錐形にへこみ側面が光を反射する円筒状の光学素子であり、入射光を側面３４’にて全反射させるかあるいは側面に金属膜を付けて反射させ、入射光束のうち中心の光線ａと周辺の光線ｂとを反転し、集光レンズ３５の周辺に光線ａが、集光レンズ３５の中心に光線ｂが入射するようにする。このようにすると、θとＩとの関係は図３７に示すように、中心では高く（理論的には無限大）周辺では低く（理論的には０）なるので、ＮＡの小さいライトガイドでも大量の光量を伝送でき、前述の問題点が解消する。なお、ＤＣＣレンズ３４はガラス、プラスチック、ゴム等の透明物質の成形あるいは研削で作ることができる。図３６に示した形状のＤＣＣ３４が加工しにくい場合は、図３８に示すように、二つの部材３６、３７に分割して作ってもよく、とくに同形の二つの部材に分割して作れば型が共有できコスト的に有利である。
【００４５】
ＤＣＣレンズの設計例を以下に示す。図３９に示すように、ＤＣＣレンズ３４の中心厚をｔ、屈折率をｎ、入射光束高（＝射出光束高）をｈ、ＤＣＣレンズの頂角の１／２をα、φを下記式（５）で定義すると、
ｔ＝｛１−cot α・cot （α＋φ）｝・ｈ／cot （α＋φ）・・・（４）
sin φ＝cos α／ｎ・・・（５）
の関係がある。ここで、ｎ＝１．５３、ｈ＝１２．７mm、α＝４５°とすると、φ＝２７．５２７°、ｔ＝２７．６４５mmとなるが、ＤＣＣレンズ３４の直径Ｄを、やや余裕をみて３０mmとすると、ｔは下記式（６）のｔ’ほど大きくする必要がある。
【００４６】
ｔ’＝（Ｄ／２−ｈ）・tan （９０°−α−φ）・・・（６）
したがって、ｔ＝２８．３６９mmとするのがよい。一方、Ｄを２ｈより大きくしすぎるとコスト的に不利で、
Ｄ≦３ｈ＋５・・・（７）
を満足させるのがよい。したがってｔは、下記条件（８）を満たすように決めるのがよい。
【００４７】
０．６×｛（１−cot α・cot （α＋φ）／cot （α＋φ）｝×ｈ≦ｔ≦
｛（１−cot α・cot （α＋φ））／cot （α＋φ）｝×ｈ＋５（Ｄ／２−ｈ）・cot （α＋φ）・・・（８）
条件（８）の下限を下回ると光源中心付近の光束のケラレが生じ損であり、上限を上回ると光源周辺の光束のケラレが生じ損である。以上のように、ＤＣＣレンズの中心厚ｔは上記条件（５）、（８）を満たすように決めるとよい。なお、図３８に示したようにＤＣＣレンズ３４を二つに分割して製作した場合でも、その中心厚ｔとして３６と３７のそれぞれの中心厚の和をとれば上記条件（５）、（７）、（８）を適用できる。また、図４０に示すようにランプ３３の中心部のフィラメントが原因でランプ３３からの射出光束の中心部が黒く抜けてしまう場合がある。つまり、直径ｄの斜線部の光エネルギーがないのである。しかし、この場合もＤＣＣレンズ３４によって射出光束の黒い抜けをなくすことができる。
【００４８】
第２の例は、図４１に示すように、ＤＣＣレンズを二つに分割した一方の部材３８を凸レンズ作用をもつ曲面としたものである。この場合は集光レンズを省略できるのでコスト低減ができるメリットがある。部材３８の断面の凸カーブ３８’の半径をＲ、省略する集光レンズの焦点距離をｆ、部材３８の屈折率をｎとすると、
１／ｆ≒（ｎ−１）／Ｒ・・・（９）
を満たすようにＲを決めればよい。本実施形態においても部材３６、３８を一体とする形状にしてもよい。また、同様にランプ３３からの射出光束が平行光束でない場合は部材３６の入射面３６’の断面形状を曲面にして、部材３６内を通る光束が平行光束になるようにしてもよい。上記の他、部材３６の射出面、部材３８の入射面をそれぞれ曲面とすることも可能である。
【００４９】
以上に説明した光源光学系によれば、ＮＡが比較的小さく着色の少ないライトガイドでも大量の光量を伝送できる。
次に、微小レンズを基板上に整列させる方法について述ペる。
【００５０】
内視鏡などに用いられるライトガイド用の光源装置において、一般的には図４２に示すように、ライトガイド１０４の端面に凹レンズ１００を配置する光学系が知られている。また、ライトガイド光学系を大きくすることなく配光特性を向上させる方法として、従来技術では図４３に示すように、球状レンズ１０１を基板１０２上に２次元的にアレイ状に並べた球状レンズアレイ１０３をライトガイド１０４の端面に設ける方法が考えられている。良好な配光特性を得るには、図４４に示すように、球状レンズ１０１が稠密に並んでいることが望ましい。しかしここで用いられる球状レンズは数μｍ程度であり、このような微粒子を稠密に整列させる手段として重力を利用する方法が考えられるが、直径１μｍ〜数十μｍ程度の微粒子を重力を用いて２次元的に規則正しく整列させるのは極めて困難である。また、工業的に量産を考えると、短時間で比較的面積の大きな基板に形成させる必要が生ずる。
【００５１】
以下、上記の従来技術の問題点を解決し得る方法について説明する。
球状部材を分散させた液体中に基板を入れ、基板を液体から引き上げる際、境界付近では液体の表面張力と液体の蒸発に伴う流れが発生し微粒子が基板上に結晶状に整列する、自己集積現象が知られている（K.Nagayama ed.:“Protein Array -An Alternative Biomolecular System", Adv. Biophys.(Tokyo) 34(1997),Japan Scientific Soc．Press ）。第１の例は、微小レンズを基板上に整列させる手段としてこの自己集積現象を利用するものである。図４５に示すように、微小球状レンズ１０１を分散させた液体１０５の中に、基板１０２となる部材を浸し、基板１０２を垂直または水平に引き上げ液体を蒸発させることによって、微小球状レンズ１０１を基板１０２上に稠密に整列させ、球状レンズアレイを製作することができる。
【００５２】
第２の例は、図４６に示すように、基板１０２上に球状レンズ１０１を分布させ、基板１０２を振動させることにより、球状レンズ１０１を基板１０２に整列させることができる。
【００５３】
以上に説明した方法により整列させた球状レンズを接着剤等で固定すれば、規則正しく並んだ球状レンズアレイを容易に製作できる。特に、比較的広い面積の基板でも容易に製作でき工業的にもメリットがある。
【００５４】
また、図４７に示すように球状レンズアレイ１０３を２層にすると、さらに配光特性が向上する。図４８は、光源装置の配光特性すなわち射出光の角度θに対する強度Ｉの分布を示す。実線はライトガイド１０４の端面に凹レンズを配置した場合、破線は上記第１、第２の例の単層レンズアレイを配置した場合、一点鎖線は図４７に示した２層レンズアレイを配置した場合を示し、２層レンズアレイを配置した場合は配光特性が向上している。
【００５５】
また、本手法で製作された球状レンズアレイは、図４９に示すように、液晶表示素子のバックライトの集光にも適用できる。本図において、バックライト１０９からの光束は球状レンズアレイ１０３を透過し液晶表示素子１１０を照明する。これによってバックライト１０９からの光を効率よく集光でき、明るい液晶表示素子を実現できる。
【００５６】
さらに、図５０に示すように、ＣＣＤなどの撮像素子１１１の直前に本手法で製作した球状レンズアレイ１０３を設けることによって、撮像素子の開口効率が大幅に向上する。
【００５７】
なお、基板上に整列した微小粒子を固定する方法としては、図５１に示すように、接着剤１１３の使用が考えられるが、粘性の高い接着剤を使用すると整列した粒子の配列が乱れるおそれがある。また、接着剤自体の化学的変化により、透過率が低下するおそれがある。特に医療用内視鏡の場合、高温での滅菌作業が不可欠なので接着剤を用いない方法が望ましい。そこで、図５２に示すように、もう１枚の基材１１２を用いて挟み、両端を封止する方法が考えられる。さらに、図５３に示すように、基板または球状レンズを加熱することにより溶かし、互いに固定させることもできる。
【００５８】
以上に説明した方法によれば、微小な球状レンズを基板上に容易に稠密に並べることができ、内視鏡先端部の小型化、液晶表示素子の明るいバックライト、固体撮像素子の集光効率の向上等を実現することができる。
【００５９】
以上説明したように、本発明による光学装置、撮像装置、表示装置、結像装置等は、以下の付記に示す特徴を備えていることが好ましい。
付記
【００６０】
１．一枚の基板に光学素子、シャッター、絞り等のうちの二つ以上を配設した光学装置。
【００６１】
２．前記光学素子が、光学特性可変光学素子であることを特徴とする請求項１ないし請求項３、付記項１のいづれかに記載の光学装置。
【００６２】
３．前記光学特性可変光学素子が、可変焦点光学素子であることを特徴とする付記項２に記載の光学装置。
【００６３】
４．前記光学特性可変光学素子が、可変焦点ミラーであることを特徴とする付記項２に記載の光学装置。
【００６４】
５．前記光学素子が、可動光学素子であることを特徴とする請求項１ないし請求項３、付記項１のいづれかに記載の光学装置。
【００６５】
６．前記光学素子が、薄膜レンズ技術を用いて作られたことを特徴とする請求項１ないし請求項３、付記項１のいづれかに記載の光学装置。
【００６６】
７．前記光学素子が、ミラーであることを特徴とする請求項１ないし請求項３、付記項１のいづれかに記載の光学装置。
【００６７】
８．前記光学素子が、赤外光カット機能を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３、付記項１のいづれかに記載の光学装置。
【００６８】
９．シリコン基板上に形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項３、付記項１ないし付記項８のいづれかに記載の光学装置。
【００６９】
１０．前記基板が透明であることを特徴とする請求項１ないし請求項３、付記項１ないし付記項８のいづれかに記載の光学装置。
【００７０】
１１．前記基板が赤外光除去機能を有することを特徴とする付記項１０に記載の光学装置。
【００７１】
１２．前記基板の少なくとも一部が不透明であることを特徴とする請求項１ないし請求項３、付記項１ないし付記項１１のいづれかに記載の光学装置。
【００７２】
１３．前記光学装置を製作するのにリソグラフィープロセスを用いる請求項１ないし請求項３、付記項１ないし付記項１２のいづれかに記載の光学装置。
【００７３】
１４．各種ＩＣまたはＬＳＩを含む請求項１ないし請求項３、付記項１ないし付記項１３のいづれかに記載の光学装置。
【００７４】
１５．光学ブロックと前記光学装置とを備えた請求項１ないし請求項３、付記項１ないし付記項１４のいづれかに記載の装置。
【００７５】
１６．光学素子と光学ブロックと前記光学装置とを備えた請求項１ないし請求項３、付記項１ないし付記項１５のいづれかに記載の装置。
【００７６】
１７．前記光学ブロックが赤外光カット機能を有する付記項１５または付記項１６に記載の装置。
【００７７】
１８．請求項１ないし請求項３、付記項１ないし付記項８、付記項１４のいづれかに記載の光学装置と付記項１０ないし付記項１２のいづれかに記載の透明な光学装置を組み合わせた装置。
【００７８】
１９．光学素子、シャッター、絞り、表示素子、撮像素子の一つ以上と光学ブロックとを備えた光学装置。
【００７９】
２０．光学素子、シャッター、絞り、表示素子、撮像素子の二つ以上と光学ブロックとを備えた光学装置。
【００８０】
２１．光学ブロックの複数の面に対向して光学素子、シャッター、絞り、表示素子、撮像素子のうちの二つ以上を配置した光学装置。
【００８１】
２２．光学特性可変光学素子または可動光学素子を少なくとも一つ含み、ＺＯＯＭを行う請求項１ないし請求項３、付記項１ないし付記項１４のいづれかに記載の光学装置または付記項１５ないし付記項１８のいづれかに記載の装置を含む光学装置。
【００８２】
２３．請求項１ないし請求項３、付記項１ないし付記項２２のいづれかに記載の装置を備えた撮像装置。
【００８３】
２４．請求項１ないし３、付記項１ないし付記項２２のいづれかに記載の装置を備えた結像装置。
【００８４】
２５．撮像または観察方向と、撮像素子または眼に入射する光線とが捩じれの関係にある光学装置。
【００８５】
２６．撮像または観察方向と、撮像素子または眼に入射する光線とが捩じれの関係にある光学装置を用いた撮像装置。
【００８６】
２７．撮像または観察方向と、撮像素子または眼に入射する光線とが捩じれの関係にある、請求項１ないし請求項３、付記項１ないし付記項１４のいづれかに記載の光学装置または付記項１５ないし付記項２２のいづれかに記載の装置を含む光学装置。
【００８７】
２８．自由曲面プリズムに入射する光線と、自由曲面プリズムを出射する光線とが捩じれの関係にある自由曲面プリズムを備えた光学装置。
【００８８】
２９．請求項１ないし請求項３、付記項１ないし付記項１４のいづれかに記載の光学装置または付記項１５ないし付記項２２のいづれかに記載の装置を含む、付記項２８に記載の光学装置。
【００８９】
３０．撮像または観察方向が厚さ方向とほぼ直角であることを特徴とする請求項１ないし請求項３、付記項１ないし付記項１４のいづれかに記載の光学装置または付記項１５ないし付記項２２のいづれかに記載の装置または付記項２９に記載の光学装置を含む撮像装置。
【００９０】
３１．撮像または観察方向が厚さ方向とほぼ平行であることを特徴とする請求項１ないし請求項３、付記項１ないし付記項１４のいづれかに記載の光学装置または付記項１５ないし付記項２２、付記項２５、付記項２８のいづれかに記載の装置を含む撮像装置。
【００９１】
３２．製作プロセスにリソグラフィープロセスを含む、光学素子とアクチュエーターとからなる可動光学素子。
【００９２】
３３．付記項３２に記載の足つき光学素子。
【００９３】
３４．付記項３２に記載の静電光学素子。
【００９４】
３５．付記項３２に記載の自走光学素子。
【００９５】
３６．フォーカスまたはズームを行う付記項３２に記載の可動光学素子を備えた光学装置。
【００９６】
３７．静電気力又は電磁力によって駆動されるリソグラフィープロセスを含む加工法で製作された絞り。
【００９７】
３８．静電気力又は電磁力によって駆動されるリソグラフィープロセスを含む加工法で製作されたシャッター。
【００９８】
３９．静電気力又は電磁力によって駆動されるリソグラフィープロセスを含む加工法で製作された絞りと兼用のシャッター。
【００９９】
４０．固体撮像素子の素子シャッター機能を用いる撮像装置。
【０１００】
４１．透過率可変素子を備えた付記項４０に記載の撮像装置。
【０１０１】
４２．請求項１ないし請求項３、付記項１ないし付記項３７、付記項４０に記載の撮像装置。
【０１０２】
４３．基板が不透明である。（遮光効果があり、フレア、ゴーストを抑制できる。）
【０１０３】
４４．基板が、光路上は透明であり、光路外の少なくとも一部に遮光手段を設けている。（基板を介して光学系を構成できるため薄型化できる。且つフレア、ゴーストを抑えられる。）
【０１０４】
４５．基板の一方の面に光学素子と撮像素子を並列させて配置した。
【０１０５】
４６．基板の一方の面に光学素子と表示素子を並列させて配置した。
【０１０６】
４７．基板の一方の面に複数の光学手段を並列させて配置した。（光学系、装置全体を薄型化できる。）
【０１０７】
４８．基板が透明であり、一部に内面反射面を有する。（基板中で光路を折り返せるので、光学系全体の薄型化がはかれる。）
【０１０８】
４９．光学素子と撮像素子とが互いに偏心している。
【０１０９】
５０．基板が透明のほぼ平行平面板であり、且つ面の一部が曲面にて構成された光学面である。
【０１１０】
５１．主光線または光軸が屈曲している。
【０１１１】
５２．一枚の基板上に光学素子、シャッター、絞り、表示素子、撮像素子のうち複数を非共軸に配置した光学装置。
【０１１２】
５３．一枚の基板上に光学素子、シャッター、絞り、表示素子の少なくともいづれかの素子と、前記素子とは非共軸の撮像素子とを配置した光学装置。
【０１１３】
５４．光学特性可変光学素子を基板上に配すると共に、上記基板上に更に、表示素子、撮像素子、他の光学素子のうち何れかを配置した光学装置。
【０１１４】
５５．可動光学素子を基板上に配すると共に、上記基板上に更に、表示素子、撮像素子、他の光学素子のうち何れかを配置した光学装置。
【０１１５】
５６．反射面を有する基板上に更に、表示素子、撮像素子、他の光学素子のうち何れかを配置した光学装置。
【０１１６】
５７．赤外カットフィルターを有する基板上に更に、表示素子、撮像素子、他の光学素子のうち何れかを配置した光学装置。
【０１１７】
５８．一枚の透明基板の表面に少なくとも撮像素子と光学素子とを配設し、撮像機能を有することを特徴とする板状撮像ユニット。
【０１１８】
５９．一枚の透明基板の表面に、撮像素子と、少なくとも回折光学素子と曲面レンズと自由曲面のうちの一つ以上とを配設し、撮像機能を有することを特徴とする板状撮像ユニット。
【０１１９】
６０．一枚の透明基板の表面に、ファインダーと撮像素子と、少なくとも回折光学素子と曲面レンズと自由曲面のうちの一つ以上とを配設し、撮像機能を有することを特徴とする板状撮像ユニット。
【０１２０】
６１．一枚の透明基板の表面に、撮像素子と表示装置と、少なくとも回折光学素子と曲面レンズと自由曲面とファインダーのうち一つ以上とを配設し、撮像機能を有することを特徴とする板状撮像ユニット。
【０１２１】
６２．製作段階でリソグラフィープロセスを用いることを特徴とする、付記項５８ないし付記項６１のいづれかに記載の板状撮像ユニット。
【０１２２】
６３．可変焦点光学素子を備えたことを特徴とする、付記項５８ないし付記項６２のいづれかに記載の板状撮像ユニット。
【０１２３】
６４．前記透明基板が赤外カットフィルタ効果を有することを特徴とする、付記項５８ないし付記項６３のいづれかに記載の板状撮像ユニット。
【０１２４】
６５．付記項５８ないし付記項６４のいづれかに記載の板状撮像ユニットを備えた撮像装置。
【０１２５】
６６．付記項５８ないし付記項６４のいづれかに記載の板状撮像ユニットを備えた携帯情報端末装置。
【０１２６】
６７．一枚の透明基板とその表面に形成された高分子分散液晶とからなることを特徴とする可変屈折力光学素子。
【０１２７】
６８．一枚の透明基板とその表面に形成された高分子分散液晶とからなることを特徴とする可変焦点光学素子。
【０１２８】
６９．一枚の透明基板とその表面に形成された高分子分散液晶とからなることを特徴とする可変焦点回折光学素子。
【０１２９】
７０．液晶に対する高分子の重量比を２５％以上にしたことを特徴とする、付記項６７ないし付記項６９のいづれかに記載の光学素子。
【０１３０】
７１．前記透明基板が赤外カットフィルタ効果を有することを特徴とする、付記項６７ないし付記項７０のいづれかに記載の光学素子。
【０１３１】
７２．付記項６７ないし付記項７１に記載の光学素子を備えた撮像装置。
【０１３２】
７３．光線が透過する少なくとも一面が凹曲面で、側面が光線を反射する光学素子を少なくとも一つ備えたことを特徴とするライトガイド用光源光学系。
【０１３３】
７４．一面が光線が透過する凹曲面で、側面が光線を反射する同形の光学素子二つを備えたことを特徴とするライトガイド用光源光学系。
【０１３４】
７５．両端が光線が透過する凹曲面で、側面が光線を反射する光学素子を備えたことを特徴とするライトガイド用光源光学系。
【０１３５】
７６．下記条件（５）、（８）を満たすことを特徴とする、付記項７３ないし付記項７５のいづれかに記載のライトガイド用光源光学系。
sin φ＝coS α／ｎ・・・（５）
０．６×｛（１−cot α・cot （α＋φ））／cot （α＋φ）｝×ｈ≦ｔ≦
｛（１−cot α・cot （α＋φ））／cot （α＋φ）｝×ｈ＋５（Ｄ／２−ｈ）・cot （α＋φ）・・・（８）
ただし、φは式（５）で定義される角、αはＤＣＣレンズの頂角の１／２、ｎはＤＣＣレンズの屈折率、ｈは入射光束高、ｔはＤＣＣレンズの中心厚、ＤはＤＣＣレンズの直径である。
【０１３６】
７７．下記条件（５）、（７）、（８）を満たすことを特徴とする、付記項７３ないし付記項７５のいづれかに記載のライトガイド用光源光学系。
sin φ＝cos α／ｎ・・・（５）
Ｄ≦３ｈ＋５・・・（７）
０．６×｛（１−cot α・cot （α＋φ））／cot （α＋φ）｝×ｈ≦ｔ≦
｛（１−cot α・cot （α＋φ））／cot （α＋φ）｝×ｈ＋５（Ｄ／２−ｈ）・cot （α＋φ）・・・（８）
ただし、φは式（５）で定義される角、αはＤＣＣレンズの頂角の１／２、ｎはＤＣＣレンズの屈折率、ｈは入射光束高、ｔはＤＣＣレンズの中心厚、ＤはＤＣＣレンズの直径である。
【０１３７】
７８．光線射出面の断面形状が下記条件（９）を満たすことを特徴とする、付記項７３ないし付記項７５のいづれかに記載のライトガイド用光源光学系。
１／ｆ≒（ｎ−１）／Ｒ・・・（９）
ただし、ＲはＤＣＣレンズを二つに分割した部材のうち凸レンズ作用をもつ曲面とした一方の部材の断面の凸カーブの半径をＲ、ｎは該部材の屈折率、ｆはこれにより省略できる集光レンズの焦点距離である。
【０１３８】
７９．付記項７３ないし付記項７８のいづれかに記載の光学系を備えた光源装置。
【０１３９】
８０．基板上に球状レンズを稠密に整列させる手段として自己集積現象を用いた球状レンズアレイの製作方法。
【０１４０】
８１．基板上に球状レンズを稠密に整列させる手段として基板または球状レンズを振動させる球状レンズアレイの製作方法。
【０１４１】
８２．球状レンズがガラスであることを特徴とする、付記項８０または付記項８１に記載の方法。
【０１４２】
８３．球状レンズが樹脂であることを特徴とする、付記項８０または付記項８１に記載の方法。
【０１４３】
８４．付記項８０または付記項８１に記載の方法によって製作したレンズアレイを備えた照明光学系。
【０１４４】
８５．付記項８０または付記項８１に記載の方法によって製作したレンズアレイを備えた内視鏡用照明光学系。
【０１４５】
８６．付記項８０または付記項８１に記載の方法によって製作したレンズアレイを備えた顕微鏡用照明光学系。
【０１４６】
８７．付記項８０または付記項８１に記載の方法によって製作したレンズアレイを備えた液晶表示素子のバックライト照明光学系。
【０１４７】
８８．付記項８０または付記項８１に記載の方法によって製作したレンズアレイを備えた撮像素子。
【０１４８】
８９．付記項８０または付記項８１に記載の方法によって製作した球状レンズの基板への固定手段として、接着剤を用いて固定する方法。
【０１４９】
９０．付記項８０または付記項８１に記載の方法によって製作した球状レンズの基板への固定手段として、別の基板を用いて前記球状レンズを挟むことにより固定する方法。
【０１５０】
９１．付記項８０または付記項８１に記載の方法によって製作した球状レンズの基板への固定手段として、前記球状レンズまたは前記基板を加熱することにより固定する方法。
【０１５１】
９２．付記項８０または付記項８１に記載の方法によって製作した球状レンズアレイ。
【０１５２】
９３．付記項８０または付記項８１に記載の方法によって球状レンズアレイを製造する製造装置。
【０１５３】
９４．一枚の透明基板の表面に少なくとも撮像素子と光学素子とを配設した板状撮像ユニット。
【０１５４】
９５．一枚の透明基板の表面に、撮像素子と、少なくとも回折光学素子と曲面レンズと自由曲面のうちの一つ以上とを配設した板状撮像ユニット。
【０１５５】
９６．一枚の透明基板の表面に、ファインダーと撮像素子と、少なくとも回折光学素子と曲面レンズと自由曲面のうちの一つ以上とを配設した板状撮像ユニット。
【０１５６】
９７．一枚の透明基板の表面に、撮像素子と表示装置と、少なくとも回折光学素子と曲面レンズと自由曲面とファインダーのうちの一つ以上とを配設した板状撮像ユニット。
【０１５７】
９８．制作段階でリソグラフィープロセスを用いることを特徴とする、付記項９４ないし付記項９７のいづれかに記載の板状撮像ユニット。
【０１５８】
９９．可変焦点光学素子を備えたことを特徴とする、付記項９４ないし付記項９８のいづれかに記載の板状撮像ユニット。
【０１５９】
１００．前記透明基板が赤外カットフィルタ効果を有することを特徴とする、付記項９４ないし付記項９９のいづれかに記載の板状撮像ユニット。
【０１６０】
１０１．付記項９４ないし付記項１００のいづれかに記載の板状撮像ユニットを備えた撮像装置。
【０１６１】
１０２．付記項９４ないし付記項１００のいづれかに記載の板状撮像ユニットを備えた携帯情報端末装置。
【０１６２】
【発明の効果】
以上に示したように、本発明によれば、小型でコストの安い撮像装置、観察装置等の光学装置あるいはそれらに用いられるユニット等の部品を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す図である。
【図３】図２の光学装置を上方から見たマイクロシャッター付近の拡大図である。
【図４】本発明の第２実施形態に用いる絞りの変形例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態の変形例として、光学特性可変光学素子の一つである可変焦点ミラーの別の一例である液晶可変焦点レンズをミラーの前面に配置した液晶可変ミラーを用いた撮像装置の一例を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態の撮像装置に用いるローパスフィルターの斜視図で、捩じれ関係にある二つの平面よりなる瞳分割型のローパスフィルターを示す。
【図８】本発明の第４実施形態を示す図である。
【図９】本発明の第５実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の第６実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の第６実施形態の変形例を示す図である。
【図１２】本発明の第７実施形態を示す図である。
【図１３】本発明の第７実施形態の変形例として足付きレンズと透明基板と固体撮像素子とを組合せてなるシンプルな構成の撮像装置の一例を示す図である。
【図１４】本発明の第８実施形態を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態に用いる可動レンズの他の例として静電レンズを示す図である。
【図１６】本発明の第９実施形態を示す図である。
【図１７】本発明の第９実施形態に用いる自走レンズの構成概要図である。
【図１８】本発明の第１０実施形態を示す図である。
【図１９】本発明の第１０実施形態に用いる自由曲面プリズムを上方からみた図である。
【図２０】本発明の第１０実施形態に用いる自由曲面プリズムを物体側からみた図である。
【図２１】本発明の第１１実施形態を示す図である。
【図２２】デジタルカメラの従来例を示す図である。
【図２３】本発明の第１２実施形態を示す図である。
【図２４】本発明の第１３実施形態を示す図である。
【図２５】本発明の第１３実施形態のファインダ部の断面図である。
【図２６】本発明の第１４実施形態を示す図である。
【図２７】本発明の第１４実施形態に用いる光学素子を示す図である。
【図２８】電圧を加えたときの液晶分子の状態を示す図である。
【図２９】光学素子の変形例を示す図である。
【図３０】本発明の第１５実施形態を示す図である。
【図３１】本発明の第１５実施形態に用いる可変焦点フレネルミラーを示す図である。
【図３２】可変焦点ＤＯＥの応用例を示す図である。
【図３３】撮像装置の従来例を示す図である。
【図３４】ライトガイド用の光源光学系の従来例を示す図である。
【図３５】従来例において入射角と入射光強度との関係を示す図である。
【図３６】光源光学系の第１の例を示す図である。
【図３７】第１の例において入射角と入射光強度との関係を示す図である。
【図３８】ＤＣＣレンズの変形例を示す図である。
【図３９】ＤＣＣレンズの設計例を説明するための図である。
【図４０】ＤＣＣレンズの効果を示す図である。
【図４１】光源光学系の第２の例を示す図である。
【図４２】ライトガイドの先端部の従来例を示す図である。
【図４３】ライトガイドの先端部に球状レンズアレイを設けた例を示す図である。
【図４４】球状レンズが稠密に並んだ状態を示す図である。
【図４５】微小レンズを基板上に整列させる方法の第１の例を示す図である。
【図４６】微小レンズを基板上に整列させる方法の第２の例を示す図である。
【図４７】球状レンズアレイを２層にした例を示す図である。
【図４８】各種の光源装置の配光特性を比較する図である。
【図４９】球状レンズアレイの応用例を示す図である。
【図５０】球状レンズアレイの別の応用例を示す図である。
【図５１】基板上に整列した微小粒子を固定する方法を示す図である。
【図５２】基板上に整列した微小粒子を固定する別の方法を示す図である。
【図５３】基板上に整列した微小粒子を固定するさらに別の方法を示す図である。
【図５４】本発明の第３実施形態に用いる光学素子の別の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１固体撮像素子
２レンズ系
３、１８、１９８透明基板
４、６自由曲面
５回折光学素子（ＤＯＥ）
７、１４板状撮像ユニット
７’ 光
８ＴＦＴ液晶ディスプレー
９、２０３ＩＣ
１０マイクロプロセッサ
１１ファインダ
１２、１００凹レンズ
１３凸レンズ
１５光学素子
１６高分子分散液晶
１７可変焦点ＤＯＥ
１９透過電極
２０液晶分子
２１曲面
２２可変焦点フレネルミラー
２３反射面
２４、５８スイッチ
２５可変抵抗
２６フレネル面
３１、１０４ライトガイド
３２非球面レンズ
３３ランプ
３４ＤＣＣレンズ
３４’ 側面
３５集光レンズ
ａ、ｂ光線
３６、３７、３８部材
３６’ 入射面
３８’ 凸カーブ
５２可変焦点ミラー
５３薄膜
５４、１９３、１９３ａ、１９３ｂ、２１９ｂ、２２１、２２２、２５６電極
５５固体撮像素子，ＣＣＤ
５６、１０２、２４０基板
５７、１９６電源
５９可変抵抗器
６０物体からの光
１０１球状レンズ
１０３球状レンズアレイ
１０５液体
１０９バックライト
１１０液晶表示素子
１１１撮像素子
１１２基材
１１３接着剤
１７０、２３２、２３４デジタルカメラ
１７１、１８１、１８２、１８３、２００、２００ｂ、２０８、２１０、
２１１、２１２、２１８レンズ
１７３、１９７絞り
１７４シャッター
１７５レンズフォーカシング用ソレノイド
１８０電子撮像ユニット
１８４プリズム
１８５、１９０、２１８Ｂ、２２５ミラー
１８６、２４３、２４４、２４５板状ユニット
１８７シリコン基板
１８８マイクロシャッター
１８９、２３０自由曲面プリズム
１９１固定電極
１９２遮光板
１９９反射型ＬＣＤ
２０１ローパスフィルター
２０２透明な板状ユニット
２０４、２０７、２１７、２２８、２４６、２５３撮像装置
２０５曲面状の樹脂薄膜
２０９ディスプレー
２１４斜線部
２１６足付きレンズ
２１６Ｂ足付きミラー
２１９、２４７、２４８足
２２０静電レンズ
２２３ダンパー
２２６可動ミラー
２２７自走レンズ
２３１撮像ユニット
２３３干渉膜
２４１低品質のシリコン等からなる基板
２４２高品質のシリコンからなる基板
２４９液晶シャッター
２５２液晶可変ミラー
２５４透明電極
２５５フレネルレンズ状の基板
２５７ツイストネマチック液晶[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical device.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 22, the conventional digital camera 170 is manufactured by collecting the CCD 55, the lens 171, the aperture 173, the shutter 174, the lens focusing solenoid 175, and the like as separate components and assembling them.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
For this reason, the number of parts is increased and it is troublesome to assemble, and there is a limit to downsizing, high accuracy, and cost reduction of the product.
Therefore, the present invention integrates components such as an image pickup element and an optical element using a technique such as lithography, so that it can be reduced in size and cost, such as a digital camera, an electronic endoscope, a PDA (personal digital assistant), An object of the present invention is to provide an optical apparatus such as an electronic imaging system, an electronic display system, or the like such as a video phone, a VTR camera, or a television camera, or a plate unit that constitutes a part thereof.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, an optical device according to the present invention includes an optical property variable optical element, an optical element, an image sensor, a display element, a power source, and a transparent substrate, and the optical property variable optical element, Optical element, the imaging elementas well asThe display elementThe child is, Both are provided on the surface of the transparent substrate, the imaging element and the display element are provided separately, and the optical characteristic variable optical element is a mirror having a plurality of electrodes, applied to the plurality of electrodes The focal length is changed by changing a voltage to be displayed, the display element displays an image picked up by the image pickup element, and the optical property variable optical element and the optical element are configured to display an image of a distant object in a predetermined range. A monocular optical system formed at a position, or a part of the optical system, wherein the imaging element is disposed at the predetermined position, and the transparent substrateOn the surface, side or insideRemove stray lightposition,It is characterized in that a light shielding film is provided.
[0005]
  Moreover, the optical device according to the present invention comprises:The display element is formed on the transparent substrate using a lithography process.It is characterized by.
[0006]
  Moreover, the optical device according to the present invention comprises:In addition, having a circuit with a telephone functionIt is characterized by.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of an optical device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0008]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. The optical apparatus according to the present embodiment is configured as an electronic imaging unit 180 using lenses 181, 182, 183, a prism 184, a mirror 185, and the like. In the figure, 52 is a reflecting mirror comprising an aluminum-coated thin film 53 and an electrode 54, 55 is a solid-state imaging device, 56 is a substrate, 57 is a power source, 58 is a switch, and 59 is a variable resistor.
[0009]
For example, the reflector 52 is electrostatically charged when a voltage is applied between the thin film 53 and the electrode 54, as in a membrane mirror shown in Optics Communications, Vol. 140 (1997), pages 187 to 190. The thin film 53 is deformed by force and its focal length is changed so that the focus can be adjusted. In the optical device according to the present embodiment, the light 60 from the object is refracted by the incident surfaces and the exit surfaces of the lenses 181 and 182 as the optical elements and the prism 184, reflected by the reflecting mirror 52, and reflected by the mirror 185. , And is refracted by the lens 183 before entering the solid-state imaging device 55.
[0010]
As described above, in the optical device according to the present embodiment, the optical elements 181, 182, 184, 185, 183 and the reflecting mirror 52 constitute an imaging optical system. In the configuration of this embodiment, in particular, the aberration of the object image can be minimized by optimizing the surface and thickness of each optical element.
[0011]
In the optical apparatus of FIG. 1, the shape of the reflecting mirror 52 is preferably an ellipse that is long in the Y-axis direction in order to correct astigmatism and the like. A long oval shape is preferred along the direction in which the plane including the light emitted from the mirror 52 and the reflecting mirror 52 intersect. In the optical apparatus of FIG. 1, the reflecting mirror 52 and the solid-state imaging device 55 are separately formed and arranged on the substrate 56. However, since the reflecting mirror 52 can also be made by a silicon lithography process or the like, the substrate 56 may be formed of silicon, and at least a part of the reflecting mirror 52 may be formed on the substrate 56 by the lithography process together with the solid-state imaging element 55. .
[0012]
As a result, the solid-state imaging element 55 and the reflecting mirror 52, which is one of the optical elements, are integrated, which is advantageous in terms of downsizing and cost reduction. The reflecting mirror 52 may be configured as a fixed focus mirror. Even in this case, the reflecting mirror 52 can be formed by a lithography process. The reflecting mirror 52, the solid-state imaging device 55, and the substrate 56 are collectively referred to as a plate unit 186. The plate unit is an example of an optical device.
[0013]
Although not shown, a display element such as a reflective liquid crystal display or a transmissive liquid crystal display, which is one of the display elements, may be integrally formed on the substrate 56 by a lithography process. The substrate 56 may be formed of a transparent material such as glass or quartz. In that case, a solid-state imaging device or a liquid crystal display may be formed on the glass substrate using a technique such as a thin film transistor. Alternatively, these display elements may be made separately and placed on the substrate 56.
[0014]
The optical elements 181, 182, 184, 185, and 183 can be easily formed with a curved surface having any desired shape by forming them with a plastic mold, a glass mold, or the like. In the imaging apparatus of the present embodiment, only the lens 181 is formed away from the prism 184, but the optical elements 182, 183, 184, 185, and the like can be removed without providing the lens 181. If 52 is designed, the optical elements excluding the reflecting mirror 52 become one optical block, and assembly is easy.
[0015]
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
In the imaging apparatus according to the present embodiment, the reflecting mirror 52, the micro shutter 188 that moves by electrostatic force made by a micromachine technique, the imaging element 55, and the like are made on a single silicon substrate 187 by a lithography process.
When this silicon substrate 187 and a free-form curved prism 189 made of a mold are combined, a compact digital camera imaging unit 180 is completed as an optical device.
Note that the micro shutter 188 can also serve as an aperture.
[0016]
If the free-form surface prism 189 is made of a plastic mold, it can be made inexpensive. In addition, it is preferable that the free-form curved prism 189 is made of an energy curable resin because it is more durable than a thermoplastic resin.
Further, the free-form surface prism 189 may be made of a material having a property of absorbing infrared light to have an infrared cut filter effect.
Alternatively, an interference film that reflects infrared light may be provided on any surface in the optical path of the free-form surface prism 189 to cut the infrared light.
The mirror 190 is formed by processing the silicon substrate 187 into a concave surface and coating it with aluminum.
As the micro shutter 188, for example, an improved shutter as shown in FIGS. 8 and 9 of JP-A-10-39239 can be used.
[0017]
FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of the micro shutter 188 when the optical device of FIG. 2 is viewed from above.
The micro shutter 188 can open and close the two light shielding plates 192 left and right by electrostatic force by applying a potential difference to the electrodes 193 provided on the fixed electrode 191 and the light shielding plate 192, respectively. Yes.
Here, each of the two light shielding plates 192 is provided with a triangular recess in the center on the side close to the other light shielding plate 192, and the two light shielding plates 192 are installed in steps to open the light shielding plate 192 halfway. If an image is taken in this state, it operates as a diaphragm, and if the light shielding plate 192 is completely closed, it becomes a shutter.
The power source 196 can change the polarity of + −, and accordingly, the two light shielding plates 192 move in the opposite directions. Further, the two light shielding plates 192 are designed to overlap somewhat as shown in FIG. 2 when they are completely closed.
The micro shutter 188 has an advantage that it can be made together with the reflecting mirror 52 and the solid-state imaging device 55 by a lithography process.
As the micro shutter 188, in addition to the above, a micro shutter as shown in FIG. 47 of JP-A-10-39239 may be used.
Alternatively, as a shutter used in the image pickup apparatus of the present embodiment, a shutter that operates with a spring, such as a shutter of a normal film camera, may be manufactured and installed on the silicon substrate 187.
[0018]
In addition, the imaging apparatus according to the present embodiment may have a configuration in which a diaphragm 197 is separately provided, for example, as illustrated in FIG.
The diaphragm 197 may be an iris diaphragm used for a lens of a film camera, or may be configured to slide a plurality of perforated plates as shown in FIG.
Alternatively, it may be a fixed diaphragm whose aperture area does not change.
Further, as a diaphragm, the micro shutter 188 may be operated only as a diaphragm, and the shutter function may be achieved by using the element shutter of the solid-state image sensor 55.
In addition, the image pickup apparatus according to the present embodiment may be configured such that at least one of the electrode 54, the mirror 190, the micro shutter 188, and the image pickup element 55 is made as a separate part and arranged on one substrate together with the remaining members.
As shown in FIG. 5, the imaging apparatus according to the present embodiment is another example of the reflecting mirror 52 that is one of the optical characteristic variable optical elements. It is good also as a structure which arrange | positioned 252 grade | etc.,.
[0019]
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an imaging device (imaging device 253) using the liquid crystal variable mirror 252.
The liquid crystal variable mirror 252 has a configuration in which a twisted nematic liquid crystal 257 is disposed between a transparent electrode 254 and an electrode 256 coated on the surface of a Fresnel lens-like substrate 255. The helical pitch P of the twisted nematic liquid crystal 257 is
P <3λ (1)
It comes to satisfy. Here, λ is the wavelength of light.
When the expression (1) is satisfied, the twisted nematic liquid crystal 257 has a substantially isotropic refractive index regardless of the polarization direction of the incident light, so that a variable focus mirror without blur can be obtained without providing a polarizing plate.
In a low-cost digital camera or the like, the helical pitch P of the twisted nematic liquid crystal 257 is
P <15λ (2)
However, there are cases where it can be used in practice.
[0020]
FIG. 6 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
The optical device 204 of this embodiment has a configuration in which a reflective LCD 199, a reflecting mirror 52, and a solid-state imaging device 55 are provided on a transparent substrate 198, and a free curved surface prism 189 that is an optical block is combined.
The transparent substrate 198 is also provided with a lens 200, which is an optical element, a low-pass filter 201, and an IC 203, which form a transparent plate unit 202.
The IC 203 is an IC that drives the reflective LCD 199, the reflecting mirror 52, the solid-state imaging device 55, or the like, or an LSI having functions such as a CPU and a memory that perform control and calculation.
The solid-state imaging device 55, the reflecting mirror 52, the reflective LCD 199, and the IC 203 may be separately manufactured and attached to the transparent substrate 198. However, amorphous silicon, low-temperature polysilicon, continuous grain boundaries are formed on the surface of the transparent substrate 198. Forming it using thin film transistor technology with crystalline silicon ('98 .1.14 Asahi Shimbun) as a material is advantageous in terms of miniaturization, weight reduction, and high precision.
[0021]
FIG. 7 is a perspective view of the low-pass filter 201 used in the optical device 204 of the present embodiment.
The low-pass filter 201 is a pupil-dividing low-pass filter, and is composed of two planes that are twisted. The low-pass filter 201 is also one of optical elements.
In addition, in this embodiment, the transparent substrate 198 is preferably made of a glass or resin mold.
[0022]
The optical device 204 of the present embodiment can easily correct aberrations because the surface that reflects and refracts light can be provided on both the free-form surface prism 189 and the transparent plate unit 202, and the implementation shown in FIG. It is superior to the imaging unit 180 of the form.
An optical element such as a lens may be formed by attaching a curved resin thin film 205 to the surface of a transparent member, for example, as in the lens 200b. Such a method is called thin film lens technology.
[0023]
FIG. 8 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
The optical device 207 of this embodiment is configured by combining a transparent plate unit 202 and a plate unit 186.
Note that providing the lens 208 separately from the transparent substrate 198 is advantageous in terms of aberration correction because the degree of freedom of aberration correction increases, but the lens 208 need not be provided.
The transparent plate-like unit 202 is provided with a display 209 and an IC 203, and further provided with lenses 210 and 211 manufactured by thin film lens technology. The lens 212 is integrally formed with the transparent substrate 198 by a molding technique when the transparent substrate 198 is manufactured.
The plate unit 186 is configured similarly to the plate unit 186 of the embodiment shown in FIG.
The hatched portion 214 is a black light-shielding film for removing stray light, and Cr—CrO₂-Made of three layers of Cr, black paint, or printing.
Note that the shaded portion 214 may or may not be provided on the surface, side surface, or inside of the transparent substrate 198 as necessary.
[0024]
A liquid crystal display as an example of the display 209 can be made on a transparent substrate such as glass by thin film transistor technology, but the solid-state image pickup device 55 and the like are difficult to make unless they are on a silicon substrate.
Since the optical device 207 of this embodiment is configured by separately providing the substrate on which the solid-state imaging device 55 and the display 209 are to be provided, the cost can be reduced compared to making the optical device 207 on the same substrate.
Note that the material of the transparent substrate 198 or the lens 211 of the optical device 207 of the present embodiment may have an infrared light absorption effect so as to function as an infrared cut filter. Alternatively, an interference film having an infrared cut function may be provided on the surface of the thin film 53, the lens 212, the transparent substrate 198, or the like.
Furthermore, the optical device 207 of the present embodiment may be configured as a display device in which the solid-state imaging element 55 is removed and the optical system has an observation function such as an opera glass.
[0025]
FIG. 9 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
The optical device 246 of this embodiment is configured by combining a plate unit 245 and a free-form curved prism 189.
The plate unit 245 includes a plate unit 243 in which a reflecting mirror 52, a mirror 190, and a micro shutter 188 are formed on a substrate 241 made of low-quality silicon or the like on a single substrate 240, and a substrate made of high-quality silicon. A substrate 240 and a plate-like unit 244 on which an IC 203 is formed are disposed on 242.
The solid-state imaging device 55, IC 203, and the like are difficult to form unless they are made of high quality silicon, but the mirror 190, the micro shutter 188, the reflecting mirror 52, etc. may be made of low quality silicon.
According to the optical device 246 of the present embodiment, since the plate units 243 and 244, which are optical units, are formed on separate substrates with different qualities, the amount of high-quality silicon used can be reduced correspondingly, and the cost can be reduced. This is advantageous.
The free-form surface prism 189 is provided with feet 247 and 248. When the feet 247 and 248 are integrated with the plate-like unit 245, the optical length between the surfaces can be adjusted as desired. It is like that.
[0026]
FIG. 10 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention.
In the optical apparatus of this embodiment, an imaging apparatus for a digital camera is configured by combining a plate unit 243 and a solid-state imaging element 55 with a free-form curved prism 189.
According to the optical apparatus of the present embodiment, since the solid-state image sensor 55 is separated from the substrate 241 made of low-quality silicon or the like, a commercially available CCD or the like can be used as the solid-state image sensor 55, thereby reducing the cost. can do.
Although not shown, a liquid crystal display or the like may be further provided in the optical device of the present embodiment to be used as a finder for a digital camera.
[0027]
Further, in this embodiment, instead of disposing the reflecting mirror 52, the mirror 190, and the micro shutter 188 on a single substrate, as shown in FIG. 11, they are separately disposed around the free-form surface prism 189. Also good.
In this case, optical components such as the reflecting mirror 52, the mirror 190, and the micro shutter 188 can be made separately, so that these components can be shared with those of other products. Also, even if the yield of each optical component (acceptance rate at the time of manufacture) is poor, it is possible to make a product by collecting only good components, compared to the case where each optical component is made on a single substrate. The yield as a product can be improved.
[0028]
In addition, as shown in FIG. 10, a liquid crystal shutter 249 that is one of the transmittance variable elements may be disposed on the front surface of the solid-state imaging element 55.
In this case, the micro shutter 188 may be operated as an aperture, or may be operated as a shutter in combination with the liquid crystal shutter 249. Alternatively, the micro shutter 188 may be omitted, and the shutter operation may be performed by the liquid crystal shutter 249 and the element shutter function of the solid-state imaging element 55.
Note that since the liquid crystal shutter 249 has no mechanical movable part, the mechanical structure can be simplified if the micro shutter 188 is omitted.
[0029]
  FIG. 12 is a diagram showing a seventh embodiment of the present invention.
  The optical device 217 of the present embodiment has a configuration in which a legged lens 216 that is an example of a movable optical element is provided. The optical device 217 has a configuration in which, in addition to the legged lens 216, the solid-state imaging device 55 and the free-form curved prism 189 are combined with the transparent substrate 198.
  The lens 216 with a foot is a micromachine technology of a free space optics (see Sensors and Actuators A50 (1995) 127-134 by MC Mu, L. -Y. Lin, SS. Lee, KSJ Pister, etc.) under the lens 218. It is composed with legs 219 made of etc..
  The foot 219 is connected to an electrode 219b (FIG. 13) that slides by electrostatic force, corresponding to an electrode 193b shown in FIG. 17 to be described later, and the angle θ shown in FIG. 13 changes as the electrode 219b slides. It is made like so. Intersection P with foot 219₁, P₂Moves on the surface of the transparent substrate 198 when the angle θ changes. The footed lens 216 can be adjusted in focus by changing the angle Z of the foot 219 and changing the distance Z between the lens 218 and the transparent substrate 198.
  A slight air gap is provided between the transparent substrate 198 and the free-form curved prism 189 shown in FIG. 12 so that the light 60 from the object is totally reflected at the point A.
  FIG. 13 is a diagram illustrating an example of an imaging apparatus having a simple configuration in which a legged lens 216, a transparent substrate 198, and a solid-state imaging element 55 are combined as a modification of the present embodiment.
[0030]
FIG. 14 is a diagram showing an eighth embodiment of the present invention.
The optical device of this embodiment constitutes a finder of a digital camera as an example of an observation device. The optical apparatus according to the present embodiment includes a legged mirror 216B in which the lens 218 of the legged lens 216 shown in FIGS. 12 and 13 is replaced with a mirror 218B.
The optical device according to the present embodiment includes a plate-like unit 186 including a transparent substrate 198 and a lens 211 and a free-form surface prism 189 in addition to the legged mirror 216B.
The optical device of this embodiment can adjust the diopter by sliding the foot 219 and changing the distance Z between the mirror 218B and the transparent substrate 198.
[0031]
A legged lens 216 shown in FIGS. 12 and 13 is used as an example of a movable lens that is one of movable optical elements. Another example of the movable lens is an electrostatic lens.
FIG. 15 is a schematic configuration diagram of an electrostatic lens showing another example of the movable lens used in the embodiment of the present invention.
The electrostatic lens 220 includes a lens 218, electrodes 221, 222, a damper 223, and the like. The electrostatic lens 220 can be used for focusing, zooming, and the like by applying a voltage between the electrode 221 and the electrode 222 to change the distance between the lens 218 and the transparent substrate 198 by electrostatic force. It has become. The damper 223 holds the lens 218 and reduces the impact when the lens 218 moves.
The lens 218 may be replaced with a mirror 225 as shown in FIG. 16 to form a movable mirror 226, which may be a movable optical element used in the embodiment of the present invention.
[0032]
FIG. 16 is a diagram showing a ninth embodiment of the present invention.
The optical device 228 of this embodiment is an example of a reflecting mirror 52 that is one of optical property variable optical elements, a movable mirror 226 that is one of movable optical elements, and a movable lens that is one of movable optical elements. The traveling lens 227 is provided. In addition, the optical device 228 includes a silicon substrate 187 and a free-form surface prism 189.
The optical device 228 can perform ZOOM and focus by changing the focal length of the reflecting mirror 52, the position of the free-running lens 227, and the mirror 225.
Note that the free-form surface prism 189 used in this embodiment may have an infrared cut effect using a material that absorbs infrared light.
As shown in FIG. 17, the free-running lens 227 includes electrodes 193a and 193b and a lens 218 fixed to the electrode 193b, and generates a potential difference between the two comb-shaped electrodes 193a and 193b. The lens 218 fixed to the electrode 193b can be moved by electrostatic force.
[0033]
By the way, in recent years, a reduction in the size of a digital camera is desired. In particular, a thin card type digital camera is excellent in portability and convenient.
However, there has been a limit to miniaturization in an imaging apparatus combining the conventional optical system and electrical system as shown in FIG.
Therefore, the present invention can also provide an imaging device and an optical device used for a thin card type digital camera or the like.
[0034]
FIG. 18 is a diagram showing a tenth embodiment of the present invention.
In the optical apparatus of the present embodiment, a digital camera 232 is configured using an imaging unit 231 in which a plate-like unit is combined with a free-form surface prism 230 that is one of optical blocks. In addition, the digital camera 232 is provided with a display 209 such as a liquid crystal display.
The digital camera 232 according to the present embodiment is configured so that the imaging unit 231 can capture an object located in a direction parallel to the thickness direction of the digital camera 232.
19 and 20 are diagrams showing in detail the shape of the free-form surface prism 230, FIG. 19 is a view of the free-form surface prism 230 as viewed from above, and FIG. 20 is a view of the free-form surface prism 230 as viewed from the object side.
The free-form surface prism 230 reflects the light 60 from the object by the reflecting surface R1, changes the direction in the XY plane and toward the reflecting mirror 52, and is reflected by the reflecting mirror 52 and then reflected by the reflecting surface R2. It is formed so that it can be reflected and imaged with the solid-state imaging device 55.
In this way, the shape of the free-form surface prism 230 can be formed so that the incident light 60 incident on the free-form surface prism 230 from the object and the light beam m exiting the free-form surface prism 230 and incident on the solid-state image sensor 55 are in a twisted relationship. For example, the thickness of the digital camera 232 can be made as thin as the width W of the solid-state imaging device 55.
It should be noted that instead of the free-form surface prism 230, a normally used lens, prism, or optical block 189 shown in FIG. 2 is used so that the light ray m incident on the solid-state image sensor 55 and the incident light 60 from the object are in a twisted relationship. Such an optical element such as a free-form surface prism may be arranged to form an optical system.
Further, an interference film 233 that cuts infrared light may be provided on a surface in the optical path of the free-form surface prism 230 to cut infrared light.
[0035]
FIG. 21 is a diagram showing an eleventh embodiment of the present invention.
The optical apparatus according to the present embodiment is an example different from the digital camera shown in FIG. 18, and the digital camera 234 is configured by using a small digital camera imaging unit 180 shown in FIG. 2.
The digital camera 234 of the present embodiment is configured such that a small digital camera imaging unit 180 can capture an object perpendicular to the thickness direction of the digital camera 234.
According to the digital camera 234 of the present embodiment, the small digital camera imaging unit 180 is arranged so that the incident light 60 from the object and the thickness direction of the digital camera 234 are orthogonal to each other. Can be made thinner.
In addition to the imaging unit shown in FIGS. 18 and 21, any of the plate-like unit and apparatus of the present invention may be used for the imaging system of the digital camera.
The plate-like unit and apparatus of the present invention may be used for an optical system of a PDA and an imaging device other than a digital camera.
[0036]
In recent years, electronic imaging devices such as electronic cameras and video cameras have been increasing. As shown in FIG. 33, most of them are a combination of the solid-state imaging device 1 and the lens system 2.
However, since the above structure is complicated, the number of parts is large, the assembly is troublesome, and there is a limit to downsizing and cost reduction.
Therefore, the present invention can also provide a small-sized and low-cost electronic imaging apparatus.
[0037]
The optical device of the present invention that achieves the above object has an imaging function by arranging at least an imaging element and an optical element on the surface of a single transparent substrate, or by adding another part. It has become.
[0038]
FIG. 23 is a diagram showing a twelfth embodiment of the present invention.
The image pickup apparatus according to the twelfth embodiment forms free curved surfaces 4 and 6 and diffractive optical elements (hereinafter referred to as DOE) 5 as optical elements on both surfaces of a single transparent substrate 3 made of glass, crystal, plastic, or the like. Further, the solid-state imaging device 1 is formed using silicon thin film technology or the like. This is called a plate-like imaging unit 7. A free-form surface is a surface composed of a non-rotationally symmetric surface, and is a curved surface having only one symmetric surface or no symmetric surface. The free-form surface is used for both refraction and reflection. In the present embodiment, light 7 ′ from an object (not shown) is refracted by the free curved surface 4, deflected and reflected by the off-axis DOE 5, reflected by the free curved surface 6, and imaged on the solid-state imaging device 1. Since the aberration is corrected by the free curved surfaces 4 and 6 and the DOE 5, a good image similar to that formed by an ordinary lens system is incident on the solid-state imaging device 1. The free curved surfaces 4 and 6 may be formed simultaneously with the solid-state imaging device 1 by a method such as molding, and the DOE 5 may be formed by molding or lithography. The solid-state imaging device 1 may be formed directly on the transparent substrate 3 by lithography. However, if this is difficult, the solid-state imaging device 1 may be separately manufactured and later integrated with the transparent substrate 3. Good. Alternatively, although not shown, components such as a lens may be added to the outside of the plate-like imaging unit 7 so that the plate-like imaging unit 7 has an imaging function.
[0039]
FIG. 24 is a diagram showing a thirteenth embodiment of the present invention.
The optical device of the thirteenth embodiment is for a portable information terminal device in which the imaging unit 7 of the twelfth embodiment is formed on a transparent substrate 3 together with a TFT liquid crystal display 8, an IC 9 of a peripheral circuit, and a microprocessor 10. Is a unit. The imaging unit 7 may further be formed with an IC (LSI) having functions such as a memory and a telephone. In addition, a finder 11 of an electronic imaging device is also formed on the transparent substrate 3. This may be as simple as providing a field frame on the transparent substrate 3, or as shown in FIG. 25, a concave lens 12 and a convex lens 13 are provided on both sides of the transparent substrate 3 to form a Galileo telescope type finder. Etc. Alternatively, at least one of the concave lens 12 and the convex lens 13 may be provided outside the transparent substrate 3 and combined with the lens on the transparent substrate 3 to form a finder.
[0040]
FIG. 26 is a diagram showing a fourteenth embodiment of the present invention.
The optical device according to the fourteenth embodiment is a plate-shaped imaging unit capable of focus adjustment. When focus adjustment is performed with the plate-like imaging unit 14, it is impossible to mechanically move the positions of the DOE 5 and the free-form surface 6 shown in FIG. Therefore, the plate-like imaging unit 14 of the present embodiment uses an optical element 15 having a variable focal length. FIG. 27 shows an example of the optical element 15, which is a variable focus DOE 17 using a polymer dispersed liquid crystal 16. A groove having a wavelength of light is formed on at least one surface of the transparent substrate 18, and when a voltage is applied to the transmissive electrode 19, the directions of the liquid crystal molecules 20 are aligned as shown in FIG. The refractive index decreases. On the other hand, since the direction of the liquid crystal molecules 20 is random if no voltage is applied, the refractive index of the polymer dispersed liquid crystal 16 increases. Therefore, the focal length of the variable focus DOE 17 can be switched by turning the voltage on and off. Since the polymer-dispersed liquid crystal 16 becomes almost solid when the weight ratio with respect to the liquid crystal molecules 20 is increased to a certain level (for example, 25% or more), it is not necessary to provide a substrate on the right side of the polymer-dispersed liquid crystal 16. In addition, as shown in FIG. 29, the right side surface of the polymer dispersed liquid crystal 16 and the left side surface of the transparent substrate 18 may be formed into a curved surface 21 for use in lens action and aberration correction. In both the examples shown in FIGS. 27 and 29, the right side surface of the transparent substrate 18 may be a Fresnel surface instead of the DOE surface. At this time, the DOE 17 functions as a variable focus Fresnel lens. Furthermore, as shown in FIG. 54, the right side surface of the transparent substrate 18 may be a curved surface like a normal lens.
[0041]
Moreover, you may give the effect of an infrared cut filter to the transparent substrates 3 and 18 mentioned above.
FIG. 30 is a diagram showing a fifteenth embodiment of the present invention.
The optical device according to the fifteenth embodiment is a plate-like imaging unit using a reflective variable focus Fresnel mirror 22. The variable focus Fresnel mirror 22 is provided with a reflection surface 23 as shown in FIG. 31, and the refractive power of the Fresnel surface 26 is changed by changing the voltage by opening / closing the switch 24 or the variable resistor 25. Operates as a Fresnel mirror. A DOE may be used instead of the Fresnel surface 26.
[0042]
Note that the variable focus DOE 17 and the Fresnel mirror 22 in the above embodiment are not only used for the plate-like imaging unit 7 but also a normal imaging device or a variable focus lens for an optical disk having a different thickness as shown in FIG. You may use for an endoscope, TV camera, a film camera, etc. Further, as the liquid crystal to be used, if a Tran liquid crystal such as Dainippon Ink DON-605: N-1 (JCIA Monthly Report February 1997, p.14 to p.18) is used, the optical anisotropy is large. (Δn = 0.283; Δn represents the optical anisotropy and is the difference in the length of the principal axis of the refractive index ellipsoid), and the viscosity of the liquid crystal is low, and the high-speed focal length can be switched.
Next, a light source optical system for a light guide used in an electronic endoscope, a fiberscope, a rigid endoscope, or an industrial inspection apparatus, which is one of electronic imaging systems, will be described.
[0043]
In the prior art, as shown in FIG. 34, an aspheric lens 32 is provided in front of the light guide 31, and the light from the lamp 33 is collected on the end surface of the light guide 31. The lamp 33 may be a light source other than the lamp, such as a semiconductor laser. If the angle formed by the incident light with respect to the normal of the incident surface of the light guide 31 is θ and the incident light intensity is I, the relationship between θ and I is as shown in FIG. The value of I is substantially constant with respect to θ, and is zero because there is no light beam at θL. Considering the solid angle of the incident light beam, the maximum incident light energy is in the vicinity of θ = θL. Therefore, the light guide 31 can transmit light having an incident angle θL.
NA ≧ θL (3)
It was necessary to satisfy. However, as the NA is increased, the glass of the light guide is colored yellow, resulting in a decrease in color reproduction and a decrease in the amount of transmitted light.
[0044]
Hereinafter, a light source optical system capable of solving the above-described problems of the prior art will be described.
In the first example, as shown in FIG. 36, a DCC lens 34 is provided, and the center and the periphery of the light flux from the lamp 33 are inverted by total reflection on the side surface 34 ′ of the DCC lens 34 to collect light. The light is incident on the lens 35. The DCC lens 34 is a cylindrical optical element whose both ends are conical and whose side faces reflect light as described in K. Kono et al .: Opt. Rev. 4 (1997) 423. The incident light is totally reflected at the side surface 34 ′ or is reflected by attaching a metal film to the side surface, and the central light beam a and the peripheral light beam b of the incident light beam are inverted, and the light beam a around the condenser lens 35. However, the light beam b is incident on the center of the condenser lens 35. In this way, as shown in FIG. 37, the relationship between θ and I is high at the center (theoretically infinite) and low at the periphery (theoretically 0). The above-mentioned problems are solved. The DCC lens 34 can be made by molding or grinding a transparent material such as glass, plastic, or rubber. If the DCC 34 having the shape shown in FIG. 36 is difficult to process, it may be divided into two members 36 and 37 as shown in FIG. Can be shared.
[0045]
A design example of a DCC lens is shown below. As shown in FIG. 39, the center thickness of the DCC lens 34 is t, the refractive index is n, the incident light beam height (= emitted light beam height) is h, 1/2 the apex angle of the DCC lens is α, and φ is the following formula ( If defined in 5),
t = {1-cot α · cot (α + φ)} · h / cot (α + φ) (4)
sin φ = cos α / n (5)
There is a relationship. Here, when n = 1.53, h = 12.7 mm, and α = 45 °, φ = 27.527 ° and t = 27.645 mm, but the diameter D of the DCC lens 34 is slightly increased. Assuming 30 mm, t needs to be increased by t ′ in the following formula (6).
[0046]
t ′ = (D / 2−h) · tan (90 ° −α−φ) (6)
Therefore, t = 28.369 mm is preferable. On the other hand, if D is set larger than 2h, it is disadvantageous in terms of cost.
D ≦ 3h + 5 (7)
It is good to satisfy. Therefore, t is preferably determined so as to satisfy the following condition (8).
[0047]
0.6 × {(1-cot α · cot (α + φ) / cot (α + φ)} × h ≦ t ≦
{(1-cot α · cot (α + φ)) / cot (α + φ)} × h + 5 (D / 2-h) · cot (α + φ) (8)
If the lower limit of the condition (8) is not reached, the vignetting of the light flux near the center of the light source is a loss, and if the upper limit is exceeded, the vignetting of the light flux around the light source is a loss. As described above, the center thickness t of the DCC lens may be determined so as to satisfy the above conditions (5) and (8). Even when the DCC lens 34 is manufactured by dividing it into two parts as shown in FIG. 38, the above conditions (5) and (7) can be obtained by taking the sum of the center thicknesses of 36 and 37 as the center thickness t. ) And (8) can be applied. Further, as shown in FIG. 40, the central portion of the luminous flux emitted from the lamp 33 may be blackened out due to the filament at the central portion of the lamp 33. That is, there is no light energy in the shaded area of diameter d. However, also in this case, the DCC lens 34 can eliminate the black omission of the emitted light beam.
[0048]
In the second example, as shown in FIG. 41, one member 38 obtained by dividing the DCC lens into two has a curved surface having a convex lens action. In this case, there is a merit that the cost can be reduced because the condenser lens can be omitted. If the radius of the convex curve 38 'in the cross section of the member 38 is R, the focal length of the omitted condensing lens is f, and the refractive index of the member 38 is n,
1 / f≈ (n−1) / R (9)
R may be determined so as to satisfy. Also in this embodiment, the members 36 and 38 may be integrated. Similarly, when the light beam emitted from the lamp 33 is not a parallel light beam, the cross-sectional shape of the incident surface 36 ′ of the member 36 may be a curved surface so that the light beam passing through the member 36 becomes a parallel light beam. In addition to the above, the exit surface of the member 36 and the entrance surface of the member 38 may be curved surfaces.
[0049]
According to the light source optical system described above, a large amount of light can be transmitted even with a light guide having a relatively small NA and little coloring.
Next, a method for aligning the microlenses on the substrate will be described.
[0050]
In a light source device for a light guide used for an endoscope or the like, an optical system in which a concave lens 100 is disposed on an end surface of a light guide 104 is generally known as shown in FIG. As a method for improving the light distribution characteristics without increasing the light guide optical system, in the prior art, as shown in FIG. 43, a spherical lens array in which spherical lenses 101 are two-dimensionally arranged on a substrate 102 is arranged. A method of providing 103 on the end face of the light guide 104 is considered. In order to obtain good light distribution characteristics, it is desirable that the spherical lenses 101 are arranged densely as shown in FIG. However, the spherical lens used here is about several μm, and a method using gravity as a means for densely aligning such fine particles can be considered, but fine particles having a diameter of about 1 μm to several tens of μm can be obtained by using gravity. It is extremely difficult to align regularly in a dimension. Further, when considering mass production industrially, it is necessary to form a substrate having a relatively large area in a short time.
[0051]
Hereinafter, a method capable of solving the above-described problems of the prior art will be described.
When a substrate is placed in a liquid in which spherical members are dispersed and the substrate is pulled up from the liquid, a flow accompanying the surface tension of the liquid and the evaporation of the liquid is generated near the boundary, so that the particles are aligned in a crystalline form on the substrate. The phenomenon is known (K. Nagayama ed .: “Protein Array-An Alternative Biomolecular System”, Adv. Biophys. (Tokyo) 34 (1997), Japan Scientific Soc. Press). The first example uses this self-integration phenomenon as means for aligning microlenses on a substrate. As shown in FIG. 45, a member that becomes the substrate 102 is immersed in the liquid 105 in which the microspherical lens 101 is dispersed, and the liquid is evaporated by pulling the substrate 102 vertically or horizontally to thereby evaporate the liquid. A spherical lens array can be fabricated by closely aligning on 102.
[0052]
In the second example, as shown in FIG. 46, the spherical lenses 101 can be aligned with the substrate 102 by distributing the spherical lenses 101 on the substrate 102 and vibrating the substrate 102.
[0053]
If the spherical lenses aligned by the method described above are fixed with an adhesive or the like, a regularly arranged spherical lens array can be easily manufactured. In particular, even a substrate having a relatively large area can be easily manufactured, which is industrially advantageous.
[0054]
In addition, when the spherical lens array 103 is formed in two layers as shown in FIG. 47, the light distribution characteristics are further improved. FIG. 48 shows the light distribution characteristic of the light source device, that is, the distribution of the intensity I with respect to the angle θ of the emitted light. The solid line indicates the case where a concave lens is disposed on the end face of the light guide 104, the broken line indicates the case where the single-layer lens arrays of the first and second examples are disposed, and the alternate long and short dash line indicates the case where the two-layer lens array shown in FIG. When the two-layer lens array is arranged, the light distribution characteristic is improved.
[0055]
Further, the spherical lens array manufactured by this method can be applied to condensing the backlight of the liquid crystal display element as shown in FIG. In this figure, the light beam from the backlight 109 passes through the spherical lens array 103 and illuminates the liquid crystal display element 110. As a result, light from the backlight 109 can be collected efficiently, and a bright liquid crystal display element can be realized.
[0056]
Furthermore, as shown in FIG. 50, by providing the spherical lens array 103 manufactured by this method immediately before the image sensor 111 such as a CCD, the aperture efficiency of the image sensor is greatly improved.
[0057]
As a method for fixing the aligned microparticles on the substrate, the use of an adhesive 113 can be considered as shown in FIG. 51. However, if a highly viscous adhesive is used, the arrangement of the aligned particles may be disturbed. is there. Further, the transmittance may be lowered due to a chemical change of the adhesive itself. Particularly in the case of medical endoscopes, a sterilization operation at a high temperature is indispensable, so that a method without using an adhesive is desirable. Therefore, as shown in FIG. 52, a method of sandwiching both ends using another substrate 112 and sealing both ends is conceivable. Further, as shown in FIG. 53, the substrate or the spherical lens can be melted by heating and fixed to each other.
[0058]
According to the method described above, minute spherical lenses can be easily and densely arranged on the substrate, the endoscope tip portion can be downsized, the liquid crystal display element can have a bright backlight, and the solid-state imaging element can be focused. And the like can be realized.
[0059]
As described above, the optical device, the imaging device, the display device, the imaging device, and the like according to the present invention preferably have the characteristics shown in the following supplementary notes.
Appendix
[0060]
1. An optical device in which two or more of an optical element, a shutter, a diaphragm, etc. are disposed on a single substrate.
[0061]
2. 4. The optical apparatus according to claim 1, wherein the optical element is an optical characteristic variable optical element.
[0062]
3. Item 3. The optical apparatus according to Item 2, wherein the optical characteristic variable optical element is a variable focus optical element.
[0063]
4). Item 3. The optical apparatus according to Item 2, wherein the optical characteristic variable optical element is a variable focus mirror.
[0064]
5). The optical device according to claim 1, wherein the optical element is a movable optical element.
[0065]
6). 4. The optical device according to claim 1, wherein the optical element is made by using a thin film lens technique.
[0066]
7. The optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical element is a mirror.
[0067]
8). The optical device according to claim 1, wherein the optical element has an infrared light cut function.
[0068]
9. 9. The optical device according to claim 1, wherein the optical device is formed on a silicon substrate.
[0069]
10. The optical device according to any one of claims 1 to 3, and appendices 1 to 8, wherein the substrate is transparent.
[0070]
11. Item 11. The optical device according to Item 10, wherein the substrate has an infrared light removing function.
[0071]
12 The optical device according to claim 1, wherein at least a part of the substrate is opaque.
[0072]
13. The optical apparatus according to claim 1, wherein a lithographic process is used to manufacture the optical apparatus.
[0073]
14 The optical apparatus according to any one of claims 1 to 3, and any one of appendix 1 to appendix 13, including various ICs or LSIs.
[0074]
15. 15. The apparatus according to claim 1, comprising an optical block and the optical device.
[0075]
16. The apparatus according to claim 1, comprising an optical element, an optical block, and the optical device.
[0076]
17. Item 15. The device according to item 15 or item 16, wherein the optical block has an infrared light cut function.
[0077]
18. 15. An apparatus in which the optical device according to any one of claims 1 to 3, appendix 1 to appendix 8, and appendix 14 is combined with the transparent optical device according to any one of appendix 10 to appendix 12.
[0078]
19. An optical device including one or more of an optical element, a shutter, a diaphragm, a display element, and an imaging element, and an optical block.
[0079]
20. An optical device including two or more of an optical element, a shutter, a diaphragm, a display element, and an imaging element, and an optical block.
[0080]
21. An optical apparatus in which two or more of an optical element, a shutter, a diaphragm, a display element, and an imaging element are arranged facing a plurality of surfaces of the optical block.
[0081]
22. The optical device according to any one of claims 1 to 3 and appendix 1 to appendix 14, or appendix 15 to appendix 18, wherein at least one optical property variable optical element or movable optical element is included and ZOOM is performed. An optical device comprising the device according to 1.
[0082]
23. An imaging apparatus comprising the apparatus according to any one of claims 1 to 3 and appendices 1 to 22.
[0083]
24. An imaging apparatus comprising the apparatus according to any one of claims 1 to 3 and appendices 1 to 22.
[0084]
25. An optical device in which an imaging or observation direction and a light beam incident on an imaging device or an eye are twisted.
[0085]
26. An imaging apparatus using an optical apparatus in which an imaging or observation direction and a light beam incident on an imaging element or an eye are twisted.
[0086]
27. 15. The optical device according to any one of claims 1 to 3 and the appended claims 1 to 14, or the appended claims 15 to 15, wherein the imaging or observation direction and the light incident on the imaging device or the eye are twisted. Item 23. An optical device comprising the device according to any one of items 22.
[0087]
28. An optical device including a free-form surface prism in which a light beam incident on a free-form surface prism and a light beam emitted from the free-form surface prism are twisted.
[0088]
29. 29. The optical device according to claim 28, comprising the optical device according to any one of claims 1 to 3, and 1 to 14, or the device according to any one of claims 15 to 22.
[0089]
30. The optical device according to any one of claims 1 to 3 and the appended claims 1 to 14, or the appended claims 15 to 22, wherein the imaging or observation direction is substantially perpendicular to the thickness direction. An image pickup apparatus comprising the apparatus according to item 30 or the optical apparatus according to item 29.
[0090]
31. 15. The optical device according to claim 1, wherein the imaging or observation direction is substantially parallel to the thickness direction, or the supplementary items 1 to 14, or the supplementary items 15 to 22, the supplementary note. Item 25. An imaging device including the device according to any one of Item 25 and Item 28.
[0091]
32. A movable optical element composed of an optical element and an actuator, including a lithography process in the manufacturing process.
[0092]
33. Item 34. The optical element with a foot according to Additional Item 32.
[0093]
34. Item 34. The electrostatic optical element according to Item 32.
[0094]
35. Item 33. The self-propelled optical element according to Item 32.
[0095]
36. Item 33. An optical device comprising the movable optical element according to Item 32 that performs focusing or zooming.
[0096]
37. A diaphragm manufactured by a processing method including a lithography process driven by electrostatic force or electromagnetic force.
[0097]
38. A shutter manufactured by a processing method including a lithography process driven by electrostatic or electromagnetic force.
[0098]
39. Shutter combined with diaphragm manufactured by processing method including lithography process driven by electrostatic force or electromagnetic force.
[0099]
40. An imaging device that uses an element shutter function of a solid-state imaging element.
[0100]
41. Item 41. The imaging apparatus according to Item 40, comprising a transmittance variable element.
[0101]
42. The imaging device according to any one of claims 1 to 3, appendix 1 to appendix 37, and appendix 40.
[0102]
43. The substrate is opaque. (There is a light-shielding effect, and flare and ghost can be suppressed.)
[0103]
44. The substrate is transparent on the optical path, and light shielding means is provided at least at a part outside the optical path. (Because the optical system can be configured through the substrate, the thickness can be reduced, and flare and ghost can be suppressed.)
[0104]
45. The optical element and the image sensor were arranged in parallel on one surface of the substrate.
[0105]
46. An optical element and a display element are arranged in parallel on one surface of the substrate.
[0106]
47. A plurality of optical means were arranged in parallel on one surface of the substrate. (The optical system and the entire apparatus can be thinned.)
[0107]
48. The substrate is transparent and partially has an internal reflection surface. (Because the optical path can be folded in the substrate, the entire optical system can be made thinner.)
[0108]
49. The optical element and the imaging element are eccentric from each other.
[0109]
50. The substrate is a transparent substantially parallel flat plate, and an optical surface in which a part of the surface is a curved surface.
[0110]
51. The chief ray or optical axis is bent.
[0111]
52. An optical device in which a plurality of optical elements, shutters, diaphragms, display elements, and imaging elements are arranged non-coaxially on a single substrate.
[0112]
53. An optical apparatus in which at least one of an optical element, a shutter, a diaphragm, and a display element and an imaging element that is non-coaxial with the element are arranged on a single substrate.
[0113]
54. An optical apparatus in which an optical element having variable optical characteristics is arranged on a substrate, and any one of a display element, an imaging element, and another optical element is further arranged on the substrate.
[0114]
55. An optical apparatus in which a movable optical element is arranged on a substrate and any one of a display element, an imaging element, and another optical element is further arranged on the substrate.
[0115]
56. An optical device in which any one of a display element, an imaging element, and another optical element is further arranged on a substrate having a reflective surface.
[0116]
57. An optical device in which any one of a display element, an imaging element, and another optical element is further arranged on a substrate having an infrared cut filter.
[0117]
58. A plate-like imaging unit having an imaging function, wherein at least an imaging element and an optical element are disposed on the surface of a single transparent substrate.
[0118]
59. A plate-like imaging unit having an imaging function by disposing an imaging element, at least one of a diffractive optical element, a curved lens, and a free curved surface on a surface of a single transparent substrate.
[0119]
60. A plate-like imaging unit having an imaging function, wherein a finder, an imaging element, at least one of a diffractive optical element, a curved lens, and a free curved surface are disposed on the surface of a single transparent substrate .
[0120]
61. An image pickup device, a display device, at least a diffractive optical element, a curved lens, a free-form surface, and one or more of a finder are disposed on the surface of a single transparent substrate, and has a plate shape characterized by having an image pickup function Imaging unit.
[0121]
62. 62. The plate-like imaging unit according to any one of items 58 to 61, wherein a lithography process is used in a manufacturing stage.
[0122]
63. 63. The plate-like imaging unit according to any one of items 58 to 62, further comprising a variable focus optical element.
[0123]
64. 64. The plate-like imaging unit according to any one of appendices 58 to 63, wherein the transparent substrate has an infrared cut filter effect.
[0124]
65. An image pickup apparatus comprising the plate-like image pickup unit according to any one of appendices 58 to 64.
[0125]
66. 67. A portable information terminal device comprising the plate-like imaging unit according to any one of items 58 to 64.
[0126]
67. A variable refractive optical element comprising a transparent substrate and a polymer-dispersed liquid crystal formed on the surface thereof.
[0127]
68. A variable focus optical element comprising a transparent substrate and a polymer-dispersed liquid crystal formed on the surface thereof.
[0128]
69. A variable focus diffractive optical element comprising a single transparent substrate and a polymer-dispersed liquid crystal formed on the surface thereof.
[0129]
70. Item 70. The optical element according to any one of items 67 to 69, wherein a weight ratio of the polymer to the liquid crystal is 25% or more.
[0130]
71. Item 71. The optical element according to any one of items 67 to 70, wherein the transparent substrate has an infrared cut filter effect.
[0131]
72. An imaging apparatus comprising the optical element according to any one of appendices 67 to 71.
[0132]
73. A light guide light source optical system, comprising at least one optical element having at least one surface through which a light beam is transmitted is a concave curved surface and a side surface reflecting the light beam.
[0133]
74. 1. A light guide light source optical system comprising two identical optical elements whose one surface is a concave curved surface through which light passes and whose side reflects light.
[0134]
75. A light source optical system for a light guide, characterized in that both ends are concave curved surfaces that allow light to pass therethrough, and side surfaces are provided with optical elements that reflect the light.
[0135]
76. 76. The light guide optical system for a light guide according to any one of appendices 73 to 75, wherein the following conditions (5) and (8) are satisfied.
sin φ = coS α / n (5)
0.6 × {(1-cot α · cot (α + φ)) / cot (α + φ)} × h ≦ t ≦
{(1-cot α · cot (α + φ)) / cot (α + φ)} × h + 5 (D / 2-h) · cot (α + φ) (8)
Where φ is an angle defined by equation (5), α is 1/2 of the apex angle of the DCC lens, n is the refractive index of the DCC lens, h is the height of the incident light beam, t is the center thickness of the DCC lens, and D is This is the diameter of the DCC lens.
[0136]
77. 76. The light guide optical system for a light guide according to any one of supplementary items 73 to 75, wherein the following conditions (5), (7), and (8) are satisfied.
sin φ = cos α / n (5)
D ≦ 3h + 5 (7)
0.6 × {(1-cot α · cot (α + φ)) / cot (α + φ)} × h ≦ t ≦
{(1-cot α · cot (α + φ)) / cot (α + φ)} × h + 5 (D / 2-h) · cot (α + φ) (8)
Where φ is an angle defined by equation (5), α is 1/2 of the apex angle of the DCC lens, n is the refractive index of the DCC lens, h is the height of the incident light beam, t is the center thickness of the DCC lens, and D is This is the diameter of the DCC lens.
[0137]
78. 74. The light guide optical system for a light guide according to any one of appendices 73 to 75, wherein the cross-sectional shape of the light exit surface satisfies the following condition (9):
1 / f≈ (n−1) / R (9)
Where R is the radius of the convex curve of the cross section of one of the members obtained by dividing the DCC lens into two, which is a curved surface having a convex lens action, n is the refractive index of the member, and f is a collection that can be omitted thereby. This is the focal length of the optical lens.
[0138]
79. 79. A light source device comprising the optical system according to any one of additional items 73 to 78.
[0139]
80. A method of manufacturing a spherical lens array using a self-integration phenomenon as means for closely aligning spherical lenses on a substrate.
[0140]
81. A method of manufacturing a spherical lens array in which a substrate or a spherical lens is vibrated as means for closely aligning spherical lenses on a substrate.
[0141]
82. Item 88. The method according to item 80 or item 81, wherein the spherical lens is glass.
[0142]
83. Item 82. The method according to item 80 or 81, wherein the spherical lens is a resin.
[0143]
84. 82. An illumination optical system comprising a lens array manufactured by the method according to appendix 80 or appendix 81.
[0144]
85. 82. An endoscope illumination optical system comprising a lens array manufactured by the method according to appendix 80 or appendix 81.
[0145]
86. 82. An illumination optical system for a microscope comprising a lens array manufactured by the method according to appendix 80 or appendix 81.
[0146]
87. 82. A backlight illumination optical system for a liquid crystal display device comprising a lens array manufactured by the method according to appendix 80 or appendix 81.
[0147]
88. 82. An imaging device comprising a lens array manufactured by the method according to appendix 80 or appendix 81.
[0148]
89. 82. A method of fixing using an adhesive as a means for fixing the spherical lens manufactured by the method of Additional Item 80 or Additional Item 81 to the substrate.
[0149]
90. 82. A method of fixing the spherical lens by sandwiching the spherical lens using another substrate as a means for fixing the spherical lens manufactured by the method according to appendix 80 or appendix 81 to the substrate.
[0150]
91. 82. A method of fixing the spherical lens or the substrate by heating, as a means for fixing the spherical lens manufactured by the method of Additional Item 80 or 81 to the substrate.
[0151]
92. 82. A spherical lens array produced by the method according to appendix 80 or appendix 81.
[0152]
93. 82. A manufacturing apparatus for manufacturing a spherical lens array by the method according to appendix 80 or appendix 81.
[0153]
94. A plate-like imaging unit in which at least an imaging element and an optical element are arranged on the surface of a single transparent substrate.
[0154]
95. A plate-shaped imaging unit in which an imaging element, at least one of a diffractive optical element, a curved lens, and a free curved surface are arranged on the surface of a single transparent substrate.
[0155]
96. A plate-like imaging unit in which a finder, an imaging element, at least one of a diffractive optical element, a curved lens, and a free curved surface are arranged on the surface of a single transparent substrate.
[0156]
97. A plate-like imaging unit in which an imaging device, a display device, at least a diffractive optical element, a curved lens, a free-form surface, and one or more of a finder are arranged on the surface of a single transparent substrate.
[0157]
98. 98. The plate-shaped imaging unit according to any one of items 94 to 97, wherein a lithography process is used in a production stage.
[0158]
99. 99. The plate-like imaging unit according to any one of appendices 94 to 98, comprising a variable focus optical element.
[0159]
100. The plate-like imaging unit according to any one of appendices 94 to 99, wherein the transparent substrate has an infrared cut filter effect.
[0160]
101. An imaging device comprising the plate-like imaging unit according to any one of the supplementary items 94 to 100.
[0161]
102. A portable information terminal device comprising the plate-like imaging unit according to any one of the supplementary items 94 to 100.
[0162]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a small and inexpensive optical device such as an imaging device or an observation device, or a component such as a unit used for them.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of a micro shutter when the optical device of FIG. 2 is viewed from above.
FIG. 4 is a view showing a modification of the diaphragm used in the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows a modification of the second embodiment of the present invention, which is a liquid crystal variable mirror in which a liquid crystal variable focus lens, which is another example of a variable focus mirror, which is one of optical characteristic variable optical elements, is arranged on the front surface of the mirror. It is a figure which shows an example of the used imaging device.
FIG. 6 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view of a low-pass filter used in an image pickup apparatus according to a third embodiment of the present invention, and shows a pupil division type low-pass filter including two planes having a twisted relationship.
FIG. 8 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a modification of the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of an imaging apparatus having a simple configuration in which a legged lens, a transparent substrate, and a solid-state imaging device are combined as a modification of the seventh embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing an electrostatic lens as another example of the movable lens used in the embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a schematic configuration diagram of a self-running lens used in a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a diagram showing a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a top view of a free-form surface prism used in the tenth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a diagram illustrating a free-form surface prism used in the tenth embodiment of the present invention as viewed from the object side.
FIG. 21 is a diagram showing an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a diagram illustrating a conventional example of a digital camera.
FIG. 23 is a diagram showing a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a diagram showing a thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a sectional view of a finder portion according to a thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a diagram showing a fourteenth embodiment of the present invention.
FIG. 27 is a diagram showing an optical element used in a fourteenth embodiment of the present invention.
FIG. 28 is a diagram showing a state of liquid crystal molecules when a voltage is applied.
FIG. 29 is a diagram showing a modification of the optical element.
FIG. 30 is a diagram showing a fifteenth embodiment of the present invention.
FIG. 31 is a diagram showing a variable focus Fresnel mirror used in a fifteenth embodiment of the present invention.
FIG. 32 is a diagram illustrating an application example of a variable focus DOE.
FIG. 33 is a diagram illustrating a conventional example of an imaging apparatus.
FIG. 34 is a diagram illustrating a conventional example of a light source optical system for a light guide.
FIG. 35 is a diagram illustrating a relationship between an incident angle and incident light intensity in a conventional example.
FIG. 36 is a diagram showing a first example of a light source optical system.
FIG. 37 is a diagram showing a relationship between an incident angle and incident light intensity in the first example.
FIG. 38 is a diagram showing a modification of the DCC lens.
FIG. 39 is a diagram for explaining a design example of a DCC lens.
FIG. 40 is a diagram illustrating the effect of a DCC lens.
FIG. 41 is a diagram illustrating a second example of the light source optical system.
FIG. 42 is a view showing a conventional example of a tip portion of a light guide.
FIG. 43 is a diagram showing an example in which a spherical lens array is provided at the tip of the light guide.
FIG. 44 is a diagram showing a state in which spherical lenses are densely arranged.
FIG. 45 is a diagram showing a first example of a method for aligning microlenses on a substrate.
FIG. 46 is a diagram showing a second example of a method for aligning microlenses on a substrate.
FIG. 47 is a diagram showing an example in which a spherical lens array has two layers.
FIG. 48 is a diagram comparing light distribution characteristics of various light source devices.
FIG. 49 is a diagram showing an application example of a spherical lens array.
FIG. 50 is a diagram showing another application example of a spherical lens array.
FIG. 51 is a diagram showing a method of fixing aligned microparticles on a substrate.
FIG. 52 is a diagram showing another method of fixing aligned microparticles on a substrate.
FIG. 53 is a view showing still another method for fixing the aligned microparticles on the substrate.
FIG. 54 is a view showing another modification of the optical element used in the third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Solid-state image sensor
2 Lens system
3, 18, 198 Transparent substrate
4, 6 Free curved surface
5 Diffraction optical element (DOE)
7, 14 Plate-shaped imaging unit
7 'light
8 TFT liquid crystal display
9, 203 IC
10 Microprocessor
11 Finder
12, 100 concave lens
13 Convex lens
15 Optical elements
16 Polymer dispersed liquid crystal
17 Variable focus DOE
19 Transmission electrode
20 Liquid crystal molecules
21 Curved surface
22 Variable focus Fresnel mirror
23 Reflective surface
24, 58 switch
25 Variable resistance
26 Fresnel surface
31, 104 Light guide
32 Aspheric lenses
33 lamp
34 DCC lens
34 'side
35 condenser lens
a, b rays
36, 37, 38 members
36 'entrance surface
38 'convex curve
52 Variable focus mirror
53 Thin film
54, 193, 193a, 193b, 219b, 221, 222, 256 electrodes
55 Solid-state image sensor, CCD
56, 102, 240 substrate
57, 196 Power supply
59 Variable resistor
60 Light from an object
101 spherical lens
103 Spherical lens array
105 liquid
109 Backlight
110 Liquid crystal display element
111 Image sensor
112 Base material
113 Adhesive
170, 232, 234 Digital camera
171, 181, 182, 183, 200, 200b, 208, 210,
211, 212, 218 lenses
173, 197 aperture
174 Shutter
175 Solenoid for lens focusing
180 Electronic imaging unit
184 prism
185, 190, 218B, 225 mirror
186, 243, 244, 245 Plate unit
187 Silicon substrate
188 Micro shutter
189, 230 Free-form surface prism
191 Fixed electrode
192 Shading plate
199 Reflective LCD
201 Low-pass filter
202 Transparent plate unit
204, 207, 217, 228, 246, 253
205 Curved resin thin film
209 Display
214 Shaded area
216 Lens with legs
216B Mirror with legs
219, 247, 248 feet
220 Electrostatic lens
223 damper
226 Movable mirror
227 Self-propelled lens
231 Imaging unit
233 interference film
241 Substrate made of low quality silicon
242 Substrate made of high-quality silicon
249 LCD shutter
252 Liquid crystal variable mirror
254 Transparent electrode
255 Fresnel lens substrate
257 twisted nematic liquid crystal

Claims

An optical property variable optical element, an optical element, an imaging element, a display element, a power source, and a transparent substrate are provided.
The variable optical-property element, the optical element, the imaging element and the display element are both provided on a surface of the transparent substrate,
The image sensor and the display element are provided separately,
The optical property variable optical element is a mirror having a plurality of electrodes, and the focal length is changed by changing the voltage applied to the plurality of electrodes.
The display element displays an image captured by the image sensor,
The optical property variable optical element and the optical element constitute a monocular optical system that forms an image of a distant object at a predetermined position, or a part thereof,
The image sensor is disposed at the predetermined position,
An optical device, characterized in that a light-shielding film is provided on the surface, side surface or inside of the transparent substrate at a position where stray light is removed.

The optical device according to claim 1, wherein the display element is formed on the transparent substrate using a lithography process .

The optical apparatus according to claim 1, further comprising a circuit having a telephone function .