JP5048195B2 - Optical system - Google Patents

Description

【００１４】
表２は可変形状鏡の電極が複数の場合の２次元ＬＵＴの他の構成例を示す表である。
仮にズーム状態を広角、標準、望遠の３状態、被写体までの距離を１０ｃｍ、１ｍ、無限大の３状態、電極数を３とした場合、表２に示すような情報が格納された２次元ＬＵＴを用いる。なお、ＬＵＴ中、各要素のａ_mno（ｍ：被写体までの距離＝１〜３、ｎ：ズーム状態＝１〜３、ｏ：電極＝１〜３）は各状態における最適な印加電圧の情報を表している。

【００１５】
そして、これらのような２次元ＬＵＴは、例えば次のいずれかの方法で作成する。
第１の作成方法は、可変形状鏡へ電圧を印加又は電流を供給した際の反射面の変形形状を非接触型の測定器により測定し、ズーム状態と被写体までの距離に対応した可変形状鏡の最適形状の設計値と比較することによる方法である。
即ち、可変形状鏡２へ電圧を印加又は電流を供給した際の反射面の変形形状を光プローブを用いる３次元形状測定器、干渉計、シャックハルトマン測定器等の非接触型の測定器により測定し、その変形形状の測定値をズーム状態と被写体までの距離に対応した可変形状鏡２の最適形状の設計値と比較しながら、該最適形状の光学設計値に一致させるように可変形状鏡２へ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、変形形状の測定値が最適形状の光学設計値に一致したときの可変形状鏡２へ印加した電圧又は供給した電流の値を、可変形状鏡２へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値としてＬＵＴの出力情報領域に格納する。
【００１６】
第１の作成方法によれば、光学系に可変形状鏡を組み込む前の可変形状鏡自体の変形形状を測定し、可変形状鏡自体に印加する電圧又供給する電流を調整して、反射面の変形形状を、光学設計により導かれた反射面の最適形状に合わせ込むため、その他レンズ等の光学素子を備えた光学系を必要としないで済む。
また、可変形状鏡自体の変形形状を測定するため、可変形状鏡が電極を分割して構成されている場合、形状の変化と電極の対応が取り易く、各電極に印加すべき電圧又は供給すべき電流を直感的に（比較的容易に）決定することができる。
また、光学系に組み込む前に可変形状鏡の変形形状を測定して、個々の可変形状鏡ごとに光学設計による最適形状に合うように調整した値の印加電圧又は供給電流の値を決定するため、個々の可変形状鏡の製造時の誤差による変形形状のバラツキをなくすことができる。
【００１７】
第２の作成方法は、可変形状鏡を組み込んだ後の光学系による結像画像の鮮鋭度を評価し、ズーム状態と被写体までの距離に応じて結像画像の鮮鋭度が最良となる電圧を求めることによる方法である。
即ち、光学系に組み込んだ後の可変形状鏡２へ電圧を印加又は電流を供給し、ズーム状態と被写体までの距離に対応した光学系による結像画像の鮮鋭度を評価しながら、可変形状鏡２へ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、鮮鋭度が最良となるときの可変形状鏡２へ印加した電圧又は供給した電流の値を、可変形状鏡２へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値としてＬＵＴの出力情報領域に格納する。
【００１８】
ここで、鮮鋭度の評価の例を図６を用いて説明する。なお、図６中、左側は、取得画像を示し、右側は取得画像の注目エリアの画像情報をフーリエ変換したときの空間周波数成分を示すグラフである。
例えば、取得された画像の空間周波数成分を評価する。取得された画像の注目したいエリア（ここでは中央部とする）に対してフーリエ変換し、閾値以上の周波数成分の積分値（斜線で示す部分）を評価する。この閾値以上の周波数成分の積分値を可変形状鏡に印加する電圧又は供給する電流を変えながらその都度評価し、積分値が最も大きくなる画像を鮮鋭度が最良の画像とする。
【００１９】
この場合、取得画像に対応する物体としては、三本線チャート、輝点、十字線などのマークを用いるとよく、撮像範囲の複数ヵ所に上記のようなマークを配置し、それらの像が適切に写るようにしたものを最良の画像とすればよい。
この第２の方法は、光学系全体が組み上がった後に、最終的に得られる画像の鮮鋭度により評価する方法であるため、光学系を構成する個々の光学要素の組み込み誤差によるバラツキをなくすことができる。また、結像画像が最適になるようにＬＵＴを作成することができる。従って、ＬＵＴを作成するには、最終的にはこの第２の方法により作成するのがより好ましい。
【００２０】
以上のことから、本発明の光学系に用いるＬＵＴは、光学系への組み込み前に第１の方法により大まかな概要部分の入力情報（ズーム状態、被写体までの距離）に対応した出力情報（印加電圧又は供給電流）のデータを作成し、組み込み後に第２の方法により最終的な細部の入出力情報のデータを作成して完成するのが理想的である。
【００２１】
そこで、上記のような方法により作成されたＬＵＴを用いて、可変形状鏡に印加する最適電圧値又は供給する最適電流値を決定するための構成を本発明の実施例として以下に説明する。なお、各実施例の説明では便宜上、可変形状鏡は電圧を印加されることにより反射面を変形させるものとする。
【００２２】
第１実施例
図７は本発明による光学系の第１実施例にかかる、上記のような方法で作成した２次元ＬＵＴを参照して、可変形状鏡に印加する電圧を決定する場合のブロック図である。
図７に示すように、２次元ＬＵＴ１０へズーム状態と被写体までの距離情報とを入力し、それらに対応した電圧情報を電圧制御装置１１へ入力する。電圧制御装置１１は入力に対応した電圧を可変形状鏡２に印加する。なお、図７においてＬＵＴ１０より右側の矢印が太線になっているのは、可変形状鏡２に設ける電極を分割した場合、各々の電極に印加すべき電圧が異なるため、複数の情報を持っていることを意味している。なお、この電圧制御装置１１は本発明の光学系に備えられている。
【００２３】
なお、撮像時にズーム状態および被写体までの距離がセンサー等により判明している場合には、上記のようにＬＵＴ１０への入力をセンサー等の出力情報により一意的に決定することができる。しかし、ズーム状態と被写体までの距離のいずれか一方の情報が不明な場合は、判明している情報に対して、ＬＵＴ１０への入力を固定し、不明な情報に対しては何らかの方法でＬＵＴ１０への入力値を決定しなければならない。
【００２４】
そこで、そのような場合には、不明な情報に対してＬＵＴ１０への入力値を順次変化させて、可変形状鏡２に印加する電圧を変化させ、その都度、結像画像の鮮鋭度を評価し、結像画像の鮮鋭度が最も良くなる測定点における情報をＬＵＴ１０の入力値とする。このようにすれば、可変形状鏡２に印加する電圧を決定することができる。
【００２５】
また、ズーム状態および被写体までの距離のいずれもが不明な場合には、ＬＵＴ１０を順次入力し、ＬＵＴ１０に記憶された全ての出力情報を求め、得られた出力情報に基づいて、可変形状鏡２に印加する電圧を順次変化させ、その都度結像画像の鮮鋭度を評価し、結像画像の鮮鋭度が最も良くなる点をＬＵＴの入力値とする。このようにすれば、可変形状鏡２に印加する電圧を決定することができる。
【００２６】
ところで、上記のようにしてＬＵＴに基づいて印加電圧を決定する場合、入力情報が離散的であるため、得られる出力情報も離散的になる。つまり、ズーム状態をｎ通り、被写体までの距離をｍ通りとすると、ｎ×ｍ通りについての出力情報を作ることになるが、ここでのズーム状態、被写体までの距離は、離散的であるため、より精密に制御しようとするためには、ズーム状態、被写体までの距離をより細分化することになり膨大な検査工程が必要となり、作業コストが莫大なものとなる。しかも、電極の分割数をｋとすると、その細分化した膨大なｎ×ｍをさらにｋ倍したｎ×ｍ×ｋのメモリ空間が必要となる。
【００２７】
そこで、本発明において、ズーム状態と被写体までの距離のうちのいずれか一方を離散的に検査するとともに、他方についてはこの離散的情報に基づき近似曲線を求めて、擬似的に情報を連続化すれば、精密な制御をすることができ、かつ、メモリ空間を減少することが可能となる。
【００２８】
ここで、近似曲線の求めかたについて図８を用いて説明する。
図８は本発明の光学系に用いる離散データを近似曲線化したときの一例であって、被写体までの距離に対する印加電圧の近似曲線を示すグラフである。
仮に、最適形状となる印加電圧において、各ズーム状態（広角、標準、望遠）と各被写体までの距離（無限大、１ｍ、１０ｃｍ）に対して図に示す測定結果を得たとする（各測定点はそれぞれ□、△、○で示されている）。
この測定点の上を通る連続した曲線の近似式を求める。
【００２９】
仮に、各測定点が図８に示すような２次曲線の近似式で近似されたものと仮定する。
そして、各曲線の係数ａ₁，ｂ₁，ｃ₁（望遠時）、ａ₂，ｂ₂，ｃ₂、（標準時）ａ₃，ｂ₃，ｃ₃（広角時）を図９に示す後述の近似曲線記憶装置１２へ予め記憶させておく。なお、この近似曲線記憶装置１２は本発明の光学系に備えられている。
【００３０】
このように各曲線の係数を格納した近似曲線記憶装置を用いて実際の撮像を行う場合について説明する。
まず、ズーム状態の情報に基づき、近似曲線記憶装置を介してそれに対応した係数が選択される。例えば、ズーム状態が広角の場合、近似曲線記憶装置に記憶された係数ａ₁、ｂ₁、ｃ₁が選択される。さらに被写体までの距離により変数Ｘ（図ではＸ₁又はＸ₂）が決定される。これらの情報が図９に示す演算装置１３で計算され、最終的に印加電圧Ｖが決定される。このようにした場合には、各ズーム状態は離散的であるが、被写体までの距離は連続的に扱うことが可能となる。なお、演算装置１３は本発明の光学系に備えられている。
また、被写体までの距離が不明な場合には、変数Ｘを変化させて、その都度結像画像の鮮鋭度を評価し、最も鮮鋭度が高いときの変数Ｘを求め、この変数Ｘをズーム状態に対応する変数とともに演算装置で計算することで、最適な印加電圧を決定することができる。
【００３１】
このように近似曲線化して最適な印加電圧を求める場合の構成を、本発明による光学系の第２及び第３実施例にかかる、可変形状鏡に印加する電圧を決定する場合のブロック図として図９および図１０に示す。
【００３２】
第２実施例
図９に示す近似曲線記憶装置１２には、ズーム状態の近似曲線情報が記憶されており、ズーム状態を入力することで、被写体までの距離を変数とした一つの近似曲線が選択される。さらに、被写体までの距離と近似曲線情報を演算装置１３に入力することで、一意的に最適な印加電圧の情報が決定される。
従って、第２実施例によれば、ズーム状態は離散的であるが、被写体までの距離は連続的に扱うことができる。
【００３３】
第３実施例
図１０に示す近似曲線記憶装置１２には、被写体までの距離の近似曲線情報が記憶されており、被写体までの距離を入力することで、ズーム状態を変数とした一つの近似曲線が選択される。さらに、ズーム状態と近似曲線情報を演算装置１３に入力することで、一意的に最適な印加電圧の情報を決定することができる。
従って、第３実施例によれば、被写体までの距離は離散的であるが、ズーム状態は連続的に扱うことができる。
【００３４】
さらに、これを応用して、ズーム状態と被写体までの距離との両方を近似曲面で表した場合の構成を、本発明による光学系の第４実施例にかかる、可変形状鏡に印加する電圧を決定する場合のブロック図として図１１に示す。
【００３５】
第４実施例
図１１に示す近似曲面記憶装置１２’には、被写体までの距離の近似曲線情報とズーム状態の近似曲線情報とで形成される近似曲面情報が記憶されており、ズーム状態及び被写体までの距離を変数とした一つの近似曲面情報が選択される。さらに、この近似曲面情報を演算装置１３に入力することで、一意的に最適な印加電圧の情報を決定することができる。
従って、第４実施例によれば、ズーム状態および被写体までの距離情報を共に連続的に扱うことができる。
【００３６】
なお、以上の実施例では、ズーム光学系について説明したが、単焦点光学系においても、本発明における可変形状鏡を駆動する印加電圧を決定するための構成は、適用可能である。
【００３７】
その場合、ＬＵＴは、入力情報が被写体までの距離で、出力情報がそれに対応した印加電圧値又は供給電流値となり、表３又は表４に示すように、１次元のデータ構成となる。本発明では、この場合のＬＵＴを１次元ＬＵＴということとする。

【００３８】
そして、１次元ＬＵＴを参照して、可変形状鏡に電圧を印加する場合は、図１２に示すように、１次元ＬＵＴ１０へ被写体までの距離情報を入力し、それに対応した電圧情報を電圧制御装置１１へ入力する。電圧制御装置１１は入力に対応した電圧を可変形状鏡２に印加する。
また、近似曲線化して最適な印加電圧を求める場合は、図１３に示すように、近似曲線記憶装置１２には、被写体までの距離を変数とした一つの近似曲線が選択される。さらに、被写体までの距離と近似曲線情報を演算装置１３に入力することで、一意的に最適な印加電圧の情報が決定されるようにする。
なお、１次元ＬＵＴのキーは、被写体までの距離の変化あるいはズーミングによって生ずるピントのずれ量をキーとしてもよい。このようなキーの１次元ＬＵＴは、被写体までの距離とズーム状態をキーとする２次元ＬＵＴに比べ、メモリーを節約でき、高速に可変形状鏡の制御ができるメリットがある。
【００３９】
以上の実施例においては、電圧を印加して駆動する可変形状鏡を用いた光学系について説明したが、電流を供給して駆動する可変形状鏡を用いた光学系についても、同様に、ＬＵＴ１０を介して、又は近似曲線記憶装置１２及び演算装置１３を介して、或いは近似曲面記憶装置１２’及び演算装置１２を介して一意的に最適な供給電流の情報を決定することができる。
また、以上の実施例では、主に可変形状鏡を１枚用いた光学系の場合について説明したが、可変形状鏡が複数枚含まれる光学系についても本発明に適用することができる。つまり、個々の可変形状鏡について、それぞれのＬＵＴを用いて制御すればよい。また、形状の変化しないタイプの可変ミラーについても本発明に同様に適用することができる。なお、本願では、可変形状鏡に、形状の変化しないタイプの可変ミラーも含めるものとする。
【００４０】
また、以上の実施例では可変形状鏡を有する光学系について説明したが、可変焦点レンズを有する光学系においても、本発明における可変形状鏡を駆動する印加電圧又は供給電流を決定するため構成を、同様に、可変焦点レンズを駆動する印加電圧又は供給電流を決定するための構成に適用することができる。
【００４１】
次に、本発明の光学系に適用可能な可変ミラー、可変焦点レンズの構成例について説明する。
【００４２】
図１４は本発明の光学系に用いる可変ミラーとして光学特性可変ミラーを用いたデジタルカメラのケプラー式ファインダーの概略構成図である。本実施例の構成は、もちろん、銀塩フィルムカメラにも使うことができる。まず、光学特性可変形状鏡４０９について説明する。
【００４３】
光学特性可変形状鏡４０９は、アルミコーティングされた薄膜（反射面）４０９ａと複数の電極４０９ｂからなる光学特性可変形状鏡（以下、単に可変形状鏡と言う。）であり、４１１は各電極４０９ｂにそれぞれ接続された複数の可変抵抗器、４１２は可変抵抗器４１１と電源スイッチ４１３を介して薄膜４０９ａと電極４０９ｂ間に接続された電源、４１４は複数の可変抵抗器４１１の抵抗値を制御するための演算装置、４１５，４１６及び４１７はそれぞれ演算装置４１４に接続された温度センサー、湿度センサー及び距離センサーで、これらは図示のように配設されて１つの光学装置を構成している。
【００４４】
なお、対物レンズ９０２、接眼レンズ９０１、及び、プリズム４０４、二等辺直角プリズム４０５、ミラー４０６及び可変形状鏡の各面は、平面でなくてもよく、球面、回転対称非球面の他、光軸に対して偏心した球面、平面、回転対称非球面、あるいは、対称面を有する非球面、対称面を１つだけ有する非球面、対称面のない非球面、自由曲面、微分不可能な点又は線を有する面等、いかなる形状をしていてもよく、さらに、反射面でも屈折面でも光に何らかの影響を与え得る面ならばよい。以下、これらの面を総称して拡張曲面という。なお、可変形状鏡の面形状は、自由曲面になる状態を含むようにすると収差補正上有利である。
【００４５】
また、薄膜４０９ａは、例えば、P.Rai-choudhury編、Handbook of Michrolithography, Michromachining and Michrofabrication, Volume 2:Michromachining and Michrofabrication,P495,Fig.8.58, SPIE PRESS刊やOptics Communication, 140巻（1997年）P187〜190に記載されているメンブレインミラーのように、複数の電極４０９ｂとの間に電圧が印加されると、静電気力により薄膜４０９ａが変形してその面形状が変化するようになっており、これにより、観察者の視度に合わせたピント調整ができるだけでなく、さらに、レンズ９０１，９０２及び／又はプリズム４０４、二等辺直角プリズム４０５、ミラー４０６の温度や湿度変化による変形や屈折率の変化、あるいは、レンズ枠の伸縮や変形及び光学素子、枠等の部品の組立誤差による結像性能の低下が抑制され、常に適正にピント調整並びにピント調整で生じた収差の補正が行われ得る。
なお、電極４０９ｂの形は、例えば図１６、１７に示すように、薄膜４０９ａの変形のさせ方に応じて選べばよい。
【００４６】
本実施例によれば、物体からの光は、対物レンズ９０２及びプリズム４０４の各入射面と射出面で屈折され、可変形状鏡４０９で反射され、プリズム４０４を透過して、二等辺直角プリズム４０５でさらに反射され（図１４中、光路中の＋印は、紙面の裏側へ向かって光線が進むことを示している。）、ミラー４０６で反射され、接眼レンズ９０１を介して眼に入射するようになっている。このように、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、及び、可変形状鏡４０９によって、本実施例の光学装置の観察光学系を構成しており、これらの各光学素子の面形状と肉厚を最適化することにより、物体面の収差を最小にすることができるようになっている。
【００４７】
すなわち、反射面としての薄膜４０９ａの形状は、結像性能が最適になるように演算装置４１４からの信号により各可変抵抗器４１１の抵抗値を変化させることにより制御される。すなわち、演算装置４１４へ、温度センサー４１５、湿度センサー４１６及び距離サンサー４１７から周囲温度及び湿度並びに物体までの距離に応じた大きさの信号が入力され、演算装置４１４は、これらの入力信号に基づき周囲の温度及び湿度条件と物体までの距離による結像性能の低下を補償すべく、薄膜４０９ａの形状が決定されるような電圧を電極４０９ｂに印加するように、可変抵抗器４１１の抵抗値を決定するための信号を出力する。このように、薄膜４０９ａは電極４０９ｂに印加される電圧すなわち静電気力で変形させられるため、その形状は状況により非球面を含む様々な形状をとり、印加される電圧の極性を変えれば凸面とすることもできる。なお、距離センサー４１７はなくてもよく、その場合、固体撮像素子４０８からの像の信号の高周波成分が略最大になるように、デジタルカメラの撮像レンズ４０３を動かし、その位置から逆に物体距離を算出し、可変形状鏡を変形させて観察者の眼にピントが合うようにすればよい。なお、可変形状鏡４０９はリソグラフィーを用いて作ると加工精度が良く、品質の良いものが得られるのでよい。
【００４８】
また、薄膜４０９ａをポリイミド等の合成樹脂で製作すれば、低電圧でも大きな変形が可能であるので好都合である。なお、プリズム４０４と可変形状鏡４０９を一体的に形成してユニット化することができる。図１４の例では反射面と変形する電極を兼用しているが、別々にしてもよい。つまり、変形する基板の電極４０９ｂに近い側に変形する電極を設けて、変形する基板を反射面と変形する電極とで挟んで一体化してもよい。このようにすると、製造プロセスを選択できるメリットがある。
【００４９】
また、図示を省略したが、可変形状鏡４０９の基板上に固体撮像素子４０８をリソグラフィープロセスにより一体的に形成してもよい。
【００５０】
また、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、ミラー４０６は、プラスチックモールド等で形成することにより任意の所望形状の曲面を容易に形成することができ、製作も簡単である。なお、本実施例の撮像装置では、レンズ９０１，９０２がプリズム４０４から離れて形成されているが、レンズ９０１，９０２を設けることなく収差を除去することができるようにプリズム４０４，４０５、ミラー４０６、可変形状鏡４０９を設計すれば、プリズム４０４，４０５、可変形状鏡４０９は１つの光学ブロックとなり、組立が容易となる。また、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、ミラー４０６の一部あるいは全部をガラスで作製してもよく、このように構成すれば、さらに精度の良い撮像装置が得られる。
【００５１】
なお、図１４の例では、演算装置４１４、温度センサー４１５、湿度センサー４１６、距離センサー４１７を設け、温湿度変化、物体距離の変化等も可変形状鏡４０９で補償するようにしたが、そうではなくてもよい。つまり、演算装置４１４、温度センサー４１５、湿度センサー４１６、距離センサー４１７を省き、観察者の視度変化のみを可変形状鏡４０９で補正するようにしてもよい。
【００５２】
図１５は本発明にかかる可変ミラーとして用いる可変形状鏡４０９の他の実施例を示す概略構成図である。
本実施例の可変形状鏡は、薄膜４０９ａと電極４０９ｂとの間に圧電素子４０９ｃが介装されていて、これらが支持台４２３上に設けられている。そして、圧電素子４０９ｃに加わる電圧を各電極４０９ｂ毎に変えることにより、圧電素子４０９ｃに部分的に異なる伸縮を生じさせて、薄膜４０９ａの形状を変えることができるようになっている。電極４０９ｂの形は、図１６に示すように、同心分割であってもよいし、図１７に示すように、矩形分割であってもよく、その他、適宜の形のものを選択することができる。図１５中、４２４は演算装置４１４に接続された振れ（ブレ）センサーであって、例えばデジタルカメラの振れを検知し、振れによる像の乱れを補償するように薄膜４０９ａを変形させるべく、演算装置４１４及び可変抵抗器４１１を介して電極４０９ｂに印加される電圧を変化させる。このとき、温度センサー４１５、湿度センサー４１６及び距離センサー４１７からの信号も同時に考慮され、ピント合わせ、温湿度補償等が行われる。この場合、薄膜４０９ａには圧電素子４０９ｃの変形に伴う応力が加わるので、薄膜４０９ａの厚さはある程度厚めに作られて相応の強度を持たせるようにするのがよい。
【００５３】
図１８は本発明にかかる可変ミラーとして用いる可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
本実施例の可変形状鏡は、薄膜４０９ａと電極４０９ｂの間に介置される圧電素子が逆方向の圧電特性を持つ材料で作られた２枚の圧電素子４０９ｃ及び４０９ｃ’で構成されている点で、図１５に示された実施例の可変形状鏡とは異なる。すなわち、圧電素子４０９ｃと４０９ｃ’が強誘電性結晶で作られているとすれば、結晶軸の向きが互いに逆になるように配置される。この場合、圧電素子４０９ｃと４０９ｃ’は電圧が印加されると逆方向に伸縮するので、薄膜４０９ａを変形させる力が図１５に示した実施例の場合よりも強くなり、結果的にミラー表面の形を大きく変えることができるという利点がある。
【００５４】
圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’に用いる材料としては、例えばチタン酸バリウム、ロッシエル塩、水晶、電気石、リン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）、リン酸二水素アンモニウム（ＡＤＰ）、ニオブ酸リチウム等の圧電物質、同物質の多結晶体、同物質の結晶、ＰｂＺｒＯ₃とＰｂＴｉＯ₃の固溶体の圧電セラミックス、二フッ化ポリビニール（ＰＶＤＦ）等の有機圧電物質、上記以外の強誘電体等があり、特に有機圧電物質はヤング率が小さく、低電圧でも大きな変形が可能であるので、好ましい。なお、これらの圧電素子を利用する場合、厚さを不均一にすれば、上記実施例において薄膜４０９ａの形状を適切に変形させることも可能である。
【００５５】
また、圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’の材質としては、ポリウレタン、シリコンゴム、アクリルエラストマー、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分子圧電体、シアン化ビニリデン共重合体、ビニリデンフルオライドとトリフルオロエチレンの共重合体等が用いられる。
圧電性を有する有機材料や、圧電性を有する合成樹脂、圧電性を有するエラストマー等を用いると可変形状鏡面の大きな変形が実現できてよい。
【００５６】
なお、図１５、１９の圧電素子４０９ｃに電歪材料、例えば、アクリルエラストマー、シリコンゴム等を用いる場合には、圧電素子４０９ｃを別の基板４０９ｃ−１と電歪材料４０９ｃ−２を貼り合わせた構造にしてもよい。
【００５７】
図１９は本発明にかかる可変ミラーとして用いる可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
本実施例の可変形状鏡は、圧電素子４０９ｃが薄膜４０９ａと電極４０９ｄとにより挟持され、薄膜４０９ａと電極４０９ｄ間に演算装置４１４により制御される駆動回路４２５を介して電圧が印加されるようになっており、さらにこれとは別に、支持台４２３上に設けられた電極４０９ｂにも演算装置４１４により制御される駆動回路４２５を介して電圧が印加されるように構成されている。したがって、本実施例では、薄膜４０９ａは電極４０９ｄとの間に印加される電圧と電極４０９ｂに印加される電圧による静電気力とにより二重に変形され得、上記実施例に示した何れのものよりもより多くの変形パターンが可能であり、かつ、応答性も速いという利点がある。
【００５８】
そして、薄膜４０９ａ、電極４０９ｄ間の電圧の符号を変えれば、可変形状鏡を凸面にも凹面にも変形させることができる。その場合、大きな変形を圧電効果で行ない、微細な形状変化を静電気力で行なってもよい。また、凸面の変形には圧電効果を主に用い、凹面の変形には静電気力を主に用いてもよい。なお、電極４０９ｄは電極４０９ｂのように複数の電極から構成されてもよい。この様子を図１９に示した。なお、本願では、圧電効果と電歪効果、電歪をすべてまとめて圧電効果と述べている。従って、電歪材料も圧電材料に含むものとする。
【００５９】
図２０は本発明にかかる可変ミラーとして用いる可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
本実施例の可変形状鏡は、電磁気力を利用して反射面の形状を変化させ得るようにしたもので、支持台４２３の内部底面上には永久磁石４２６が、頂面上には窒化シリコン又はポリイミド等からなる基板４０９ｅの周縁部が載置固定されており、基板４０９ｅの表面にはアルミニウム等の金属コートで作られた薄膜４０９ａが付設されていて、可変形状鏡４０９を構成している。基板４０９ｅの下面には複数のコイル４２７が配設されており、これらのコイル４２７はそれぞれ駆動回路４２８を介して演算装置４１４に接続されている。したがって、各センサー４１５，４１６，４１７，４２４からの信号によって演算装置４１４において求められる光学系の変化に対応した演算装置４１４からの出力信号により、各駆動回路４２８から各コイル４２７にそれぞれ適当な電流が供給されると、永久磁石４２６との間に働く電磁気力で各コイル４２７は反発又は吸着され、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａを変形させる。
【００６０】
この場合、各コイル４２７はそれぞれ異なる量の電流を流すようにすることもできる。また、コイル４２７は１個でもよいし、永久磁石４２６を基板４０９ｅに付設しコイル４２７を支持台４２３の内部底面側に設けるようにしてもよい。また、コイル４２７はリソグラフィー等の手法で作るとよく、さらに、コイル４２７には強磁性体よりなる鉄心を入れるようにしてもよい。
【００６１】
この場合、薄膜コイル４２７の巻密度を、図２１に示すように、場所によって変化させることにより、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａに所望の変形を与えるようにすることもできる。また、コイル４２７は１個でもよいし、また、これらのコイル４２７には強磁性体よりなる鉄心を挿入してもよい。
【００６２】
図２２は本発明にかかる可変ミラーとして用いる可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
本実施例の可変形状鏡では、基板４０９ｅは鉄等の強磁性体で作られており、反射膜としての薄膜４０９ａはアルミニウム等からなっている。この場合、薄膜コイルを設けなくてもすむから、構造が簡単で、製造コストを低減することができる。また、電源スイッチ４１３を切換え兼電源開閉用スイッチに置換すれば、コイル４２７に流れる電流の方向を変えることができ、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａの形状を自由に変えることができる。図２３は本実施例におけるコイル４２７の配置を示し、図２４はコイル４２７の他の配置例を示しているが、これらの配置は、図２０に示した実施例にも適用することができる。なお、図２５は、図２０に示した実施例において、コイル４２７の配置を図２４に示したようにした場合に適する永久磁石４２６の配置を示している。すなわち、図２５に示すように、永久磁石４２６を放射状に配置すれば、図２０に示した実施例に比べて、微妙な変形を基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａに与えることができる。また、このように電磁気力を用いて基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａを変形させる場合（図２０及び図２２の実施例）は、静電気力を用いた場合よりも低電圧で駆動できるという利点がある。
【００６３】
以上いくつかの可変形状鏡の実施例を述べたが、ミラーの形を変形させるのに、図１９の例に示すように、２種類以上の力を用いてもよい。つまり静電気力、電磁力、圧電効果、磁歪、流体の圧力、電場、磁場、温度変化、電磁波等のうちから２つ以上を同時に用いて可変形状鏡を変形させてもよい。つまり２つ以上の異なる駆動方法を用いて光学特性可変光学素子を作れば、大きな変形と微細な変形とを同時に実現でき、精度の良い鏡面が実現できる。
【００６４】
図２６は本発明のさらに他の実施例に係る、光学装置に適用可能な可変ミラーとして可変形状鏡４０９を用いた撮像系、例えば携帯電話のデジタルカメラ、カプセル内視鏡、電子内視鏡、パソコン用デジタルカメラ、ＰＤＡ用デジタルカメラ等に用いられる撮像系の概略構成図である。
本実施例の撮像系は、可変形状鏡４０９と、レンズ９０２と、固体撮像素子４０８と、制御系１０３とで一つの撮像ユニット１０４を構成している。本実施例の撮像ユニット１０４では、レンズ１０２を通った物体からの光は可変形状鏡４０９で集光され、固体撮像素子４０８の上に結像する。可変形状鏡４０９は、光学特性可変光学素子の一種であり、可変焦点ミラーとも呼ばれている。
【００６５】
本実施例によれば、物体距離が変わっても可変形状鏡４０９を変形させることでピント合わせをすることができ、レンズをモータ等で駆動する必要がなく、小型化、軽量化、低消費電力化の点で優れている。また、撮像ユニット１０４は本発明の撮像系としてすべての実施例で用いることができる。また、可変形状鏡４０９を複数用いることでズーム、変倍の撮像系、光学系を作ることができる。
なお、図２６では、制御系１０３にコイルを用いたトランスの昇圧回路を含む制御系の構成例を示している。特に積層型圧電トランスを用いると、小型化できてよい。昇圧回路は本発明のすべての電気を用いる可変形状鏡、可変焦点レンズに用いることができるが、特に静電気力、圧電効果を用いる場合の可変形状鏡、可変焦点レンズに有用である。
【００６６】
図２７は本発明の可変形状鏡のさらに他の実施例に係る、マイクロポンプ１８０で流体１６１を出し入れし、ミラー面を変形させる可変ミラーとして用いる可変形状鏡１８８の概略構成図である。本実施例によれば、ミラー面を大きく変形させることが可能になるというメリットがある。
マイクロポンプ１８０は、例えば、マイクロマシンの技術で作られた小型のポンプで、電力で動くように構成されている。
マイクロマシンの技術で作られたポンプの例としては、熱変形を利用したもの、圧電材料を用いたもの、静電気力を用いたものなどがある。
【００６７】
図２８は本発明の光学系に用いる可変ミラーに適用可能なマイクロポンプの一実施例を示す概略構成図である。本実施例のマイクロポンプ１８０では、振動板１８１は静電気力、圧電効果等の電気力により振動する。図２８では静電気力により振動する例を示しており、図２８中、１８２，１８３は電極である。また、点線は変形した時の振動板１８１を示している。振動板１８１の振動に伴い、２つの弁１８４，１８５が開閉し、流体１６１を右から左へ送るようになっている。
【００６８】
本実施例の可変形状鏡１８８では、反射膜１８９が流体１６１の量に応じて凹凸に変形することで、可変形状鏡として機能する。可変形状鏡１８８は流体１６１で駆動されている。流体としては、シリコンオイル、空気、水、ゼリー、等の有機物、無機物を用いることができる。
【００６９】
なお、静電気力、圧電効果を用いた可変形状鏡、可変焦点レンズなどにおいては、駆動用に高電圧が必要になる場合がある。その場合には、例えば図２６に示すように、昇圧用のトランス、あるいは圧電トランス等を用いて制御系を構成するとよい。
また、反射用の薄膜４０９ａは、変形しない部分にも設けておくと、可変形状鏡の形状を干渉計等で測定する場合に、基準面として使うことができ便利である。
【００７０】
図２９は本発明にかかる光学系に用いる可変焦点レンズの原理的構成を示す図である。この可変焦点レンズ５１１は、第１，第２の面としてのレンズ面５０８ａ，５０８ｂを有する第１のレンズ５１２ａと、第３，第４の面としてのレンズ面５０９ａ，５０９ｂを有する第２のレンズ５１２ｂと、これらレンズ間に透明電極５１３ａ，５１３ｂを介して設けた高分子分散液晶層５１４とを有し、入射光を第１，第２のレンズ５１２ａ，５１２ｂを経て収束させるものである。透明電極５１３ａ，５１３ｂは、スイッチ５１５を介して交流電源５１６に接続して、高分子分散液晶層５１４に交流電界を選択的に印加するようにする。なお、高分子分散液晶層５１４は、それぞれ液晶分子５１７を含む球状、多面体等の任意の形状の多数の微小な高分子セル５１８を有して構成し、その体積は、高分子セル５１８を構成する高分子および液晶分子５１７がそれぞれ占める体積の和に一致させる。
【００７１】
ここで、高分子セル５１８の大きさは、例えば球状とする場合、その平均の直径Ｄを、使用する光の波長をλとするとき、例えば、
２ｎｍ≦Ｄ≦λ／５ …(1)
とする。すなわち、液晶分子５１７の大きさは、２ｎｍ程度以上であるので、平均の直径Ｄの下限値は、２ｎｍ以上とする。また、Ｄの上限値は、可変焦点レンズ５１１の光軸方向における高分子分散液晶層５１４の厚さｔにも依存するが、λに比べて大きいと、高分子の屈折率と液晶分子５１７の屈折率との差により、高分子セル５１８の境界面で光が散乱して高分子分散液晶層５１４が不透明になってしまうため、後述するように、好ましくはλ／５以下とする。可変焦点レンズが用いられる光学製品によっては高精度を要求しない場合もあり、そのときＤはλ以下でよい。なお、高分子分散液晶層５１４の透明度は、厚さｔが厚いほど悪くなる。
【００７２】
また、液晶分子５１７は、例えば、一軸性のネマティック液晶分子を用いる。この液晶分子５１７の屈折率楕円体は、図３０に示すような形状となり、
ｎ_ox＝ｎ_oy＝ｎ_o …(2)
である。ただし、ｎ_oは常光線の屈折率を示し、ｎ_oxおよびｎ_oyは、常光線を含む面内での互いに直交する方向の屈折率を示す。
【００７３】
ここで、図２９に示すように、スイッチ５１５をオフ、すなわち高分子分散液晶層５１４に電界を印加しない状態では、液晶分子５１７が様々な方向を向いているので、入射光に対する高分子分散液晶層５１４の屈折率は高く、屈折力の強いレンズとなる。これに対し、図３１に示すように、スイッチ５１５をオンとして高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加すると、液晶分子５１７は、屈折率楕円体の長軸方向が可変焦点レンズ５１１の光軸と平行となるように配向するので、屈折率が低くなり、屈折力の弱いレンズとなる。
【００７４】
なお、高分子分散液晶層５１４に印加する電圧は、例えば、図３２に示すように、可変抵抗器５１９により段階的あるいは連続的に変化させることもできる。このようにすれば、印加電圧が高くなるにつれて、液晶分子５１７は、その楕円長軸が徐々に可変焦点レンズ５１１の光軸と平行となるように配向するので、屈折力を段階的あるいは連続的に変えることができる。
【００７５】
ここで、図２９に示す状態、すなわち高分子分散液晶層５１４に電界を印加しない状態での、液晶分子５１７の平均屈折率ｎ_LC’は、図３０に示すように屈折率楕円体の長軸方向の屈折率をｎ_zとすると、およそ
（ｎ_ox＋ｎ_oy＋ｎ_Z）／３≡ｎ_LC’ …(3)
となる。また、上記(2)式が成り立つときの平均屈折率ｎ_LCは、ｎ_zを異常光線の屈折率ｎ_eと表して、
（２ｎ_o＋ｎ_e）／３≡ｎ_LC …(4)
で与えられる。このとき、高分子分散液晶層５１４の屈折率ｎ_Aは、高分子セル５１８を構成する高分子の屈折率をｎ_Pとし、高分子分散液晶層５１４の体積に占める液晶分子５１７の体積の割合をｆｆとすると、マックスウェル・ガーネットの法則により、
ｎ_A＝ｆｆ・ｎ_LC’＋（１−ｆｆ）ｎ_P …(5)
で与えられる。
【００７６】
したがって、図３２に示すように、レンズ５１２ａおよび５１２ｂの内側の面、すなわち高分子分散液晶層５１４側の面の曲率半径を、それぞれＲ₁およびＲ₂とすると、可変焦点レンズ５１１の焦点距離ｆ₁は、
１／ｆ₁＝（ｎ_A−１）（１／Ｒ₁−１／Ｒ₂） …(6)
で与えられる。なお、Ｒ₁およびＲ₂は、曲率中心が像点側にあるとき、正とする。また、レンズ５１２ａおよび５１２ｂの外側の面による屈折は除いている。つまり、高分子分散液晶層５１４のみによるレンズの焦点距離が、(6)式で与えられる。
【００７７】
また、常光線の平均屈折率を、
（ｎ_ox＋ｎ_oy）／２＝ｎ_o’ …(7)
とすれば、図３１に示す状態、すなわち高分子分散液晶層５１４に電界を印加した状態での、高分子分散液晶層５１４の屈折率ｎ_Bは、
ｎ_B＝ｆｆ・ｎ_o’＋（１−ｆｆ）ｎ_P …(8)
で与えられるので、この場合の高分子分散液晶層５１４のみによるレンズの焦点距離ｆ₂は、
１／ｆ₂＝（ｎ_B−１）（１／Ｒ₁−１／Ｒ₂） …(9)
で与えられる。なお、高分子分散液晶層５１４に、図３１におけるよりも低い電圧を印加する場合の焦点距離は、(6)式で与えられる焦点距離ｆ₁と、(9)式で与えられる焦点距離ｆ₂との間の値となる。
【００７８】
上記(6)および(9)式から、高分子分散液晶層５１４による焦点距離の変化率は、
｜（ｆ₂−ｆ₁）／ｆ₂｜＝｜（ｎ_B−ｎ_A）／（ｎ_B−１）｜ …(10)
で与えられる。したがって、この変化率を大きくするには、｜ｎ_B−ｎ_A｜を大きくすればよい。ここで、
ｎ_B−ｎ_A＝ｆｆ（ｎ_o’−ｎ_LC’） …(11)
であるから、｜ｎ_o’−ｎ_LC’｜を大きくすれば、変化率を大きくすることができる。実用的には、ｎ_Bが、１．３〜２程度であるから、
０．０１≦｜ｎ_o’−ｎ_LC’｜≦１０ …(12)
とすれば、ｆｆ＝０．５のとき、高分子分散液晶層５１４による焦点距離を、０．５％以上変えることができるので、効果的な可変焦点レンズを得ることができる。なお、｜ｎ_o’−ｎ_LC’｜は、液晶物質の制限から、１０を越えることはできない。
【００７９】
次に、上記(1)式の上限値の根拠について説明する。「Solar Energy Materials and Solar Cells」31巻,Wilson and Eck,1993, Eleevier Science Publishers B.v.発行の第197 〜214 頁、「Transmission variation using scattering/transparent switching films 」には、高分子分散液晶の大きさを変化させたときの透過率τの変化が示されている。そして、かかる文献の第206 頁、図６には、高分子分散液晶の半径をｒとし、ｔ＝３００μｍ、ｆｆ＝０．５、ｎ_P ＝１．４５、ｎ_LC＝１．５８５、λ＝５００ｎｍとするとき、透過率τは、理論値で、ｒ＝５ｎｍ（Ｄ＝λ／５０、Ｄ・ｔ＝λ・６μｍ（ただし、Ｄおよびλの単位はｎｍ、以下も同じ））のときτ≒９０％となり、ｒ＝２５ｎｍ（Ｄ＝λ／１０）のときτ≒５０％になることが示されている。
【００８０】
ここで、例えば、ｔ＝１５０μｍの場合を推定してみると、透過率τがｔの指数関数で変化すると仮定して、ｔ＝１５０μｍの場合の透過率τを推定してみると、ｒ＝２５ｎｍ（Ｄ＝λ／１０、Ｄ・ｔ＝λ・１５μｍ）のときτ≒７１％となる。また、ｔ＝７５μｍの場合は、同様に、ｒ＝２５ｎｍ（Ｄ＝λ／１０、Ｄ・ｔ＝λ・７．５μｍ）のときτ≒８０％となる。
【００８１】
これらの結果から、
Ｄ・ｔ≦λ・１５μｍ …(13)
であれば、τは７０％〜８０％以上となり、レンズとして十分実用になる。したがって、例えば、ｔ＝７５μｍの場合は、Ｄ≦λ／５で、十分な透過率が得られることになる。
【００８２】
また、高分子分散液晶層５１４の透過率は、ｎ_Pの値がｎ_LC’の値に近いほど良くなる。一方、ｎ_o’とｎ_Pとが異なる値になると、高分子分散液晶層５１４の透過率は悪くなる。図２９の状態と図３１の状態とで、平均して高分子分散液晶層５１４の透過率が良くなるのは、
ｎ_P＝（ｎ_o’＋ｎ_LC’）／２ …(14)
を満足するときである。
【００８３】
ここで、可変焦点レンズ５１１は、レンズとして使用するものであるから、図２９の状態でも、図３１の状態でも、透過率はほぼ同じで、かつ高い方が良い。そのためには、高分子セル５１８を構成する高分子の材料および液晶分子５１７の材料に制限があるが、実用的には、
ｎ_o’≦ｎ_P≦ｎ_LC’ …(15)
とすればよい。
【００８４】
上記(14)式を満足すれば、上記(13)式は、さらに緩和され、
Ｄ・ｔ≦λ・６０μｍ …(16)
であれば良いことになる。なぜなら、フレネルの反射則によれば、反射率は屈折率差の２乗に比例するので、高分子セル５１８を構成する高分子と液晶分子５１７との境界での光の反射、すなわち高分子分散液晶層５１４の透過率の減少は、およそ上記の高分子と液晶分子５１７との屈折率の差の２乗に比例するからである。
【００８５】
以上は、ｎ_o’≒１．４５、ｎ_LC’≒１．５８５の場合であったが、より一般的に定式化すると、
Ｄ・ｔ≦λ・１５μｍ・（１．５８５−１．４５）²／（ｎ_u−ｎ_P）² …(17)
であればよい。ただし、（ｎ_u−ｎ_P）²は、（ｎ_LC’−ｎ_P）²と（ｎ_o’−ｎ_P）²とのうち、大きい方である。
【００８６】
また、可変焦点レンズ５１１の焦点距離変化を大きくするには、ｆｆの値が大きい方が良いが、ｆｆ＝１では、高分子の体積がゼロとなり、高分子セル５１８を形成できなくなるので、
０．１≦ｆｆ≦０．９９９ …(18)
とする。一方、ｆｆは、小さいほどτは向上するので、上記(17)式は、好ましくは、
4×10^-6〔μｍ〕²≦Ｄ・ｔ≦λ・45μｍ・(1.585−1.45)²/(ｎ_u−ｎ_P)²…(19)
とする。なお、ｔの下限値は、図２９から明らかなように、ｔ＝Ｄで、Ｄは、上述したように２ｎｍ以上であるので、Ｄ・ｔの下限値は、（２×１０^-3μｍ）²、すなわち４×１０^-6〔μｍ〕²となる。
【００８７】
なお、物質の光学特性を屈折率で表す近似が成り立つのは、「岩波科学ライブラリー８ 小惑星がやってくる」向井正著,1994,岩波書店発行の第５８頁に記載されているように、Ｄが１０ｎｍ〜５ｎｍより大きい場合である。また、Ｄが５００λを越えると、光の散乱は幾何学的となり、高分子セル５１８を構成する高分子と液晶分子５１７との界面での光の散乱がフレネルの反射式に従って増大するので、Ｄは、実用的には、
７ｎｍ≦Ｄ≦５００λ …(20)
とする。
【００８８】
図３３は図３２に示す可変焦点レンズ５１１を用いたデジタルカメラ用の撮像光学系の構成を示すものである。この撮像光学系においては、物体（図示せず）の像を、絞り５２１、可変焦点レンズ５１１およびレンズ５２２を介して、例えばＣＣＤよりなる固体撮像素子５２３上に結像させる。なお、図３３では、液晶分子の図示を省略してある。
【００８９】
かかる撮像光学系によれば、可変抵抗器５１９により可変焦点レンズ５１１の高分子分散液晶層５１４に印加する交流電圧を調整して、可変焦点レンズ５１１の焦点距離を変えることより、可変焦点レンズ５１１およびレンズ５２２を光軸方向に移動させることなく、例えば、無限遠から６００ｍｍまでの物体距離に対して、連続的に合焦させることが可能となる。
【００９０】
図３４は本発明にかかる光学系に適用可能な可変焦点回折光学素子の一例の構成を示す図である。
この可変焦点回折光学素子５３１は、平行な第１，第２の面５３２ａ，５３２ｂを有する第１の透明基板５３２と、光の波長オーダーの溝深さを有する断面鋸歯波状のリング状回折格子を形成した第３の面５３３ａおよび平坦な第４の面５３３ｂを有する第２の透明基板５３３とを有し、入射光を第１，第２の透明基板５３２，５３３を経て出射させるものである。第１，第２の透明基板５３２，５３３間には、図２９で説明したと同様に、透明電極５１３ａ，５１３ｂを介して高分子分散液晶層５１４を設け、透明電極５１３ａ，５１３ｂをスイッチ５１５を経て交流電源５１６に接続して、高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加するようにする。
【００９１】
かかる構成において、可変焦点回折光学素子５３１に入射する光線は、第３の面５３３ａの格子ピッチをｐとし、ｍを整数とすると、
ｐsinθ＝ｍλ …(21)
を満たす角度θだけ偏向されて出射される。また、溝深さをｈ、透明基板３３の屈折率をｎ₃₃とし、ｋを整数とすると、
ｈ（ｎ_A−ｎ₃₃）＝ｍλ …(22)
ｈ（ｎ_B−ｎ₃₃）＝ｋλ …(23)
を満たせば、波長λで回折効率が１００％となり、フレアの発生を防止することができる。
【００９２】
ここで、上記(22)および(23)式の両辺の差を求めると、
ｈ（ｎ_A−ｎ_B）＝（ｍ−ｋ）λ …(24)
が得られる。したがって、例えば、λ＝５００ｎｍ、ｎ_A＝１．５５、ｎ_B＝１．５とすると、
０．０５ｈ＝（ｍ−ｋ）・５００ｎｍ
となり、ｍ＝１，ｋ＝０とすると、
ｈ＝１００００ｎｍ＝１０μｍ
となる。この場合、透明基板５３３の屈折率ｎ₃₃は、上記(22)式から、ｎ₃₃＝１．５であればよい。また、可変焦点回折光学素子５３１の周辺部における格子ピッチｐを１０μｍとすると、θ≒２．８７°となり、Ｆナンバーが１０のレンズを得ることができる。
【００９３】
かかる可変焦点回折光学素子５３１は、高分子分散液晶層５１４への印加電圧のオン・オフで光路長が変わるので、例えば、レンズ系の光束が平行でない部分に配置して、ピント調整を行うのに用いたり、レンズ系全体の焦点距離等を変えるのに用いることができる。
【００９４】
なお、この実施形態において、上記(22)〜(24)式は、実用上、
０．７ｍλ≦ｈ（ｎ_A−ｎ₃₃）≦１．４ｍλ …(25)
０．７ｋλ≦ｈ（ｎ_B−ｎ₃₃）≦１．４ｋλ …(26)
０．７（ｍ−ｋ）λ≦ｈ（ｎ_A−ｎ_B）≦１．４（ｍ−ｋ）λ …(27)
を満たせば良い。
【００９５】
また、ツイストネマティック液晶を用いる可変焦点レンズもある。図３５および図３６は、この場合の可変焦点眼鏡５５０の構成を示すものであり、可変焦点レンズ５５１は、レンズ５５２および５５３と、これらレンズの内面上にそれぞれ透明電極５１３ａ，５１３ｂを介して設けた配向膜５３９ａ，５３９ｂと、これら配向膜間に設けたツイストネマティック液晶層５５４とを有して構成し、その透明電極５１３ａ，５１３ｂを可変抵抗器５１９を経て交流電源５１６に接続して、ツイストネマティック液晶層５５４に交流電界を印加するようにする。
【００９６】
かかる構成において、ツイストネマティック液晶層５５４に印加する電圧を高くすると、液晶分子５５５は、図３６に示すようにホメオトロピック配向となり、図３５に示す印加電圧が低いツイストネマティック状態の場合に比べて、ツイストネマティック液晶層５５４の屈折率は小さくなり、焦点距離が長くなる。
【００９７】
ここで、図３５に示すツイストネマティック状態における液晶分子５５５の螺旋ピッチＰは、光の波長λに比べて同じ程度か十分小さくする必要があるので、例えば、
２ｎｍ≦Ｐ≦２λ／３ …(28)
とする。なお、この条件の下限値は、液晶分子の大きさで決まり、上限値は、入射光が自然光の場合に、図３５の状態でツイストネマティック液晶層５５４が等方媒質として振る舞うために必要な値であり、この上限値の条件を満たさないと、可変焦点レンズ５５１は偏光方向によって焦点距離の異なるレンズとなり、これがため二重像が形成されてぼけた像しか得られなくなる。
【００９８】
図３７(a)は、本発明にかかる光学系に適用可能な可変偏角プリズムの構成を示すものである。この可変偏角プリズム５６１は、第１，第２の面５６２ａ，５６２ｂを有する入射側の第１の透明基板５６２と、第３，第４の面５６３ａ，５６３ｂを有する出射側の平行平板状の第２の透明基板５６３とを有する。入射側の透明基板５６２の内面（第２の面）５６２ｂは、フレネル状に形成し、この透明基板５６２と出射側の透明基板５６３との間に、図２９で説明したと同様に、透明電極５１３ａ，５１３ｂを介して高分子分散液晶層５１４を設ける。透明電極５１３ａ，５１３ｂは、可変抵抗器５１９を経て交流電源５１６に接続し、これにより高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加して、可変偏角プリズム５６１を透過する光の偏角を制御するようにする。なお、図３７(a)では、透明基板５６２の内面５６２ｂをフレネル状に形成したが、例えば、図３７(b)に示すように、透明基板５６２および５６３の内面を相対的に傾斜させた傾斜面を有する通常のプリズム状に形成することもできるし、あるいは図３４に示した回折格子状に形成することもできる。回折格子状に形成する場合には、上記の(21)〜(27)式が同様にあてはまる。
【００９９】
かかる構成の可変偏角プリズム５６１は、例えば、ＴＶカメラ、デジタルカメラ、フィルムカメラ、双眼鏡等のブレ防止用として有効に用いることができる。この場合、可変偏角プリズム５６１の屈折方向（偏向方向）は、上下方向とするのが望ましいが、さらに性能を向上させるためには、２個の可変偏角プリズム５６１を偏向方向を異ならせて、例えば図３８に示すように、上下および左右の直交する方向で屈折角を変えるように配置するのが望ましい。なお、図３７および図３８では、液晶分子の図示を省略してある。
【０１００】
図３９は本発明にかかる光学系に用いる可変焦点レンズを応用した可変焦点ミラーを示すものである。この可変焦点ミラー５６５は、第１，第２の面５６６ａ，５６６ｂを有する第１の透明基板５６６と、第３，第４の面５６７ａ，５６７ｂを有する第２の透明基板５６７とを有する。第１の透明基板５６６は、平板状またはレンズ状に形成して、内面（第２の面）５６６ｂに透明電極５１３ａを設け、第２の透明基板５６７は、内面（第３の面）５６７ａを凹面状に形成して、該凹面上に反射膜５６８を施し、さらにこの反射膜５６８上に透明電極５１３ｂを設ける。透明電極５１３ａ，５１３ｂ間には、図２９で説明したと同様に、高分子分散液晶層５１４を設け、これら透明電極５１３ａ，５１３ｂをスイッチ５１５および可変抵抗器５１９を経て交流電源５１６に接続して、高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加するようにする。なお、図３９では、液晶分子の図示を省略してある。
【０１０１】
かかる構成によれば、透明基板５６６側から入射する光線は、反射膜５６８により高分子分散液晶層５１４を折り返す光路となるので、高分子分散液晶層５１４の作用を２回もたせることができると共に、高分子分散液晶層５１４への印加電圧を変えることにより、反射光の焦点位置を変えることができる。この場合、可変焦点ミラー５６５に入射した光線は、高分子分散液晶層５１４を２回透過するので、高分子分散液晶層５１４の厚さの２倍をｔとすれば、上記の各式を同様に用いることができる。なお、透明基板５６６または５６７の内面を、図３４に示したように回折格子状にして、高分子分散液晶層５１４の厚さを薄くすることもできる。このようにすれば、散乱光をより少なくできる利点がある。
【０１０２】
なお、以上の説明では、液晶の劣化を防止するため、電源として交流電源５１６を用いて、液晶に交流電界を印加するようにしたが、直流電源を用いて液晶に直流電界を印加するようにすることもできる。また、液晶分子の方向を変える方法としては、電圧を変化させること以外に、液晶にかける電場の周波数、液晶にかける磁場の強さ・周波数、あるいは液晶の温度等を変化させることによってもよい。以上に示した実施形態において、高分子分散液晶は液状ではなく固体に近いものもあるので、その場合はレンズ５１２ａ，５１２ｂの一方、透明基板５３２、レンズ５３８、レンズ５５２，５５３の一方、図３７(a)における透明基板５６３、図３７(b)における透明基板５６２，５６３の一方、透明基板５６６，５６７の一方はなくてもよい。なお、本願では図３９のような、形状の変化しない可変焦点ミラーも、可変形状鏡の中に含めるものとする。
【０１０３】
図４０は本発明の光学系に用いる可変焦点レンズのさらに他の実施例に係る、可変焦点レンズ１４０を用いた撮像ユニット１４１の概略構成図である。撮像ユニット１４１は本発明の撮像系として用いることができる。
本実施例では、レンズ１０２と可変焦点レンズ１４０とで、撮像レンズを構成している。そして、この撮像レンズと固体撮像素子４０８とで撮像ユニット１４１を構成している。可変焦点レンズ１４０は、透明部材１４２と圧電性のある合成樹脂等の柔らかい透明物質１４３とで、光を透過する流体あるいはゼリー状物質１４４を挟んで構成されている。
【０１０４】
流体あるいはゼリー状物質１４４としては、シリコンオイル、弾性ゴム、ゼリー、水等を用いることができる。透明物質１４３の両面には透明電極１４５が設けられており、回路１０３’を介して電圧を加えることで、透明物質１４３の圧電効果により透明物質１４３が変形し、可変焦点レンズ１４０の焦点距離が変わるようになっている。
従って、本実施例によれば、物体距離が変わった場合でも光学系をモーター等で動かすことなくフォーカスができ、小型、軽量、消費電力が少ない点で優れている。
【０１０５】
なお、図４０中、１４５は透明電極、１４６は流体をためるシリンダーである。また、透明物質１４３の材質としては、ポリウレタン、シリコンゴム、アクリルエラストマー、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分子圧電体、シアン化ビニリデン共重合体、ビニリデンフルオライドとトリフルオロエチレンの共重合体等が用いられる。
圧電性を有する有機材料や、圧電性を有する合成樹脂、圧電性を有するエラストマー等を用いると可変焦点レンズ面の大きな変形が実現できてよい。
可変焦点レンズには透明な圧電材料を用いるとよい。
【０１０６】
なお、図４０の例で、可変焦点レンズ１４０は、シリンンダー１４６を設けるかわりに、図４１に示すように、支援部材１４７を設けてシリンダー１４６を省略した構造にしてもよい。
支援部材１４７は、間に透明電極１４５を挟んで、透明物質１４３の一部の周辺部分を固定している。本実施例によれば、透明物質１４３に電圧をかけることによって、透明物質１４３が変形しても、図４２に示すように、可変焦点レンズ１４０全体の体積が変わらないように変形するため、シリンダー１４６が不要になる。なお、図４１、４２中、１４８は変形可能な部材で、弾性体、アコーディオン状の合成樹脂または金属等でできている。
【０１０７】
図４０、４１に示す実施例では、電圧を逆に印加すると透明物質１４３は逆向きに変形するので凹レンズにすることも可能である。
なお、透明物質１４３に電歪材料、例えば、アクリルエラストマー、シリコンゴム等を用いる場合は、透明物質１４３を透明基板と電歪材料を貼り合わせた構造にするとよい。
【０１０８】
図４３は本発明の光学系に用いる可変焦点レンズのさらに他の実施例に係る、マイクロポンプ１６０で流体１６１を出し入れし、レンズ面を変形させる可変焦点レンズ１６７の概略構成図である。
マイクロポンプ１６０は、例えば、マイクロマシンの技術で作られた小型のポンプで、電力で動くように構成されている。流体１６１は、透明基板１６３と、弾性体１６４との間に挟まれている。図４３中、１６５は弾性体１６４を保護するための透明基板で、設けなくてもよい。
マイクロマシンの技術で作られたポンプの例としては、熱変形を利用したもの、圧電材料を用いたもの、静電気力を用いたものなどがある。
【０１０９】
そして、図２８で示したようなマイクロポンプ１８０を、例えば、図４３に示す可変焦点レンズに用いるマイクロポンプ１６０のように、２つ用いればよい。
【０１１０】
なお、静電気力、圧電効果を用いた可変焦点レンズなどにおいては、駆動用に高電圧が必要になる場合がある。その場合には、昇圧用のトランス、あるいは圧電トランス等を用いて制御系を構成するとよい。
特に積層型圧電トランスを用いると小型にできてよい。
【０１１１】
図４４は本発明にかかる光学系に適用可能な光学特性可変光学素子の他の実施例であって圧電材料２００を用いた可変焦点レンズ２０１の概略構成図である。
圧電材料２００には透明物質１４３と同様の材料が用いられており、圧電材料２００は、透明で柔らかい基板２０２の上に設けられている。なお、基板２０２には、合成樹脂、有機材料を用いるのが望ましい。
本実施例においては、２つの透明電極５９を介して電圧を圧電材料２００に加えることで圧電材料２００は変形し、図４４において凸レンズとしての作用を持っている。
【０１１２】
なお、基板２０２の形をあらかじめ凸状に形成しておき、かつ、２つの透明電極５９のうち、少なくとも一方の電極の大きさを基板２０２と異ならせておく、例えば、一方の透明電極５９を基板２０２よりも小さくしておくと、電圧を切ったときに、図４５に示すように、２つの透明電極５９が対向する所定部分だけが凹状に変形して凹レンズの作用を持つようになり、可変焦点レンズとして動作する。
このとき基板２０２は、流体１６１の体積が変化しないように変形するので、液溜１６８が不要になるというメリットがある。
【０１１３】
本実施例では、流体１６１を保持する基板の一部分を圧電材料で変形させて、液溜１６８を不要としたところに大きなメリットがある。
なお、図４３の実施例にも言えることであるが、透明基板１６３，１６５はレンズとして構成しても、或いは平面で構成してもよい。
【０１１４】
図４６は本発明にかかる光学系に適用可能な光学特性可変光学素子のさらに他の実施例であって圧電材料からなる２枚の薄板２００Ａ，２００Ｂを用いた可変焦点レンズの概略構成図である。
本実施例の可変焦点レンズは、薄板２００Ａと２００Ｂの材料の方向性を反転させることで、変形量を大きくし、大きな可変焦点範囲が得られるというメリットがある。
なお、図４６中、２０４はレンズ形状の透明基板である。
本実施例においても、紙面の右側の透明電極５９は基板２０２よりも小さく形成されている。
【０１１５】
なお、図４４〜図４６の実施例において、基板２０２、薄板２００，２００Ａ，２００Ｂの厚さを不均一にして、電圧を掛けたときの変形のさせかたをコントロールしてもよい。
そのようにすれば、レンズの収差補正等もすることができ、便利である。
【０１１６】
図４７は本発明にかかる光学系に用いる可変焦点レンズのさらに他の実施例を示す概略構成図である。
本実施例の可変焦点レンズ２０７は、例えばシリコンゴムやアクリルエラストマー等の電歪材料２０６を用いて構成されている。
本実施例の構成によれば、電圧が低いときには、図４７に示すように、凸レンズとして作用し、電圧を上げると、図４８に示すように、電歪材料２０６が上下方向に伸びて左右方向に縮むので、焦点距離が伸びる。従って、可変焦点レンズとして動作する。
本実施例の可変焦点レンズによれば、大電源を必要としないので消費電力が小さくて済むというメリットがある。
【０１１７】
図４９は本発明にかかる光学系に適用可能な光学特性可変光学素子のさらに他の実施例であってフォトメカニカル効果を用いた可変焦点レンズの概略構成図である。
本実施例の可変焦点レンズ２１４は、透明弾性体２０８，２０９でアゾベンゼン２１０が挟まれており、アゾベンゼン２１０には、透明なスペーサー２１１を経由して光が照射されるようになっている。
図４９中、２１２，２１３はそれぞれ中心波長がλ₁，λ₂の例えばＬＥＤ、半導体レーザー等の光源である。
【０１１８】
本実施例において、中心波長がλ₁の光が図５０(a)に示すトランス型のアゾベンゼンに照射されると、アゾベンゼン２１０は、図５０(b)に示すシス型に変化して体積が減少する。このため、可変焦点レンズ２１４の形状はうすくなり、凸レンズ作用が減少する。
一方、中心波長がλ₂の光がシス型のアゾベンゼン２１０に照射されると、アゾベンゼン２１０はシス型からトランス型に変化して、体積が増加する。このため、可変焦点レンズ２１４の形状は厚くなり、凸レンズ作用が増加する。
このようにして、本実施例の光学素子２１４は可変焦点レンズとして作用する。
また、可変焦点レンズ２１４では、透明弾性体２０８，２０９の空気との境界面で光が全反射するので外部に光がもれず、効率がよい。なお、レンズとして利用する光の波長は可視光に限らず赤外光等でもよい。また、アゾベンゼン２１０としては、アゾベンゼンと他の液体の混合物を用いてもよい。
【０１１９】
図５１は本発明にかかる光学系に可変ミラーとして用いる可変形状鏡のさらに他の実施例を示す概略構成図である。本実施例では、デジタルカメラに用いられるものとして説明する。なお、図５１中、４１１は可変抵抗器、４１４は演算装置、４１５は温度センサー、４１６は湿度センサー、４１７は距離センサー、４２４は振れセンサーである。
本実施例の可変形状鏡４５は、アクリルエラストマー等の有機材料からなる電歪材料４５３と間を隔てて分割電極４０９ｂを設け、電歪材料４５３の上に順に電極４５２、変形可能な基板４５１を設け、さらにその上に入射光を反射するアルミニウム等の金属からなる反射膜４５０を設けて構成されている。
このように構成すると、分割電極４０９ｂを電歪材料４５３と一体化した場合に比べて、反射膜４５０の面形状が滑らかになり、光学的に収差を発生させにくくなるというメリットがある。
なお、変形可能な基板４５１と電極４５２の配置は逆でも良い。
また、図５１中、４４９は光学系の変倍、あるいはズームを行なう釦であり、可変形状鏡４５は、釦４４９を使用者が押すことで反射膜４５０の形を変形させて、変倍あるいは、ズームをすることができるように演算装置４１４を介して制御されている。
なお、アクリルエラストマー等の有機材料からなる電歪材料のかわりに既に述べたチタン酸バリウム等の圧電材料を用いてもよい。
【０１２０】
最後に、本発明で用いる用語の定義を述べておく。
【０１２１】
光学装置とは、光学系あるいは光学素子を含む装置のことである。光学装置単体で機能しなくてもよい。つまり、装置の一部でもよい。
【０１２２】
光学装置には、撮像装置、観察装置、表示装置、照明装置、信号処理装置等が含まれる。
【０１２３】
撮像装置の例としては、フィルムカメラ、デジタルカメラ、ロボットの眼、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラ、テレビカメラ、動画記録装置、電子動画記録装置、カムコーダ、ＶＴＲカメラ、電子内視鏡等がある。デジカメ、カード型デジカメ、テレビカメラ、ＶＴＲカメラ、動画記録カメラなどはいずれも電子撮像装置の一例である。
【０１２４】
観察装置の例としては、顕微鏡、望遠鏡、眼鏡、双眼鏡、ルーペ、ファイバースコープ、ファインダー、ビューファインダー等がある。
【０１２５】
表示装置の例としては、液晶ディスプレイ、ビューファインダー、ゲームマシン（ソニー社製プレイステーション）、ビデオプロジェクター、液晶プロジェクター、頭部装着型画像表示装置（ｈｅａｄ ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話等がある。
【０１２６】
照明装置の例としては、カメラのストロボ、自動車のヘッドライト、内視鏡光源、顕微鏡光源等がある。
【０１２７】
信号処理装置の例としては、携帯電話、パソコン、ゲームマシン、光ディスクの読取・書込装置、光計算機の演算装置等がある。
【０１２８】
撮像素子は、例えばＣＣＤ、撮像管、固体撮像素子、写真フィルム等を指す。また、平行平面板はプリズムの１つに含まれるものとする。観察者の変化には、視度の変化を含むものとする。被写体の変化には、被写体となる物体距離の変化、物体の移動、物体の動き、振動、物体のぶれ等を含むものとする。
【０１２９】
拡張曲面の定義は以下の通りである。
球面、平面、回転対称非球面のほか、光軸に対して偏心した球面、平面、回転対称非球面、あるいは対称面を有する非球面、対称面を１つだけ有する非球面、対称面のない非球面、自由曲面、微分不可能な点、線を有する面等、いかなる形をしていても良い。反射面でも、屈折面でも、光になんらかの影響を与えうる面ならば良い。
本発明では、これらを総称して拡張曲面と呼ぶことにする。
【０１３０】
光学特性可変光学素子とは、可変焦点レンズ、可変形状鏡、面形状の変わる偏光プリズム、頂角可変プリズム、光偏向作用の変わる可変回折光学素子、つまり可変ＨＯＥ，可変ＤＯＥ等を含む。
【０１３１】
可変焦点レンズには、焦点距離が変化せず、収差量が変化するような可変レンズも含むものとする。可変形状鏡についても同様である。
要するに、光学素子で、光の反射、屈折、回折等の光偏向作用が変化しうるものを光学特性可変光学素子と呼ぶ。
【０１３２】
情報発信装置とは、携帯電話、固定式の電話、ゲームマシン、テレビ、ラジカセ、ステレオ等のリモコンや、パソコン、パソコンのキーボード、マウス、タッチパネル等の何らかの情報を入力し、送信することができる装置を指す。
撮像装置のついたテレビモニター、パソコンのモニター、ディスプレイも含むものとする。
情報発信装置は、信号処理装置の中に含まれる。
【０１３３】
以上説明したように、本発明の光学系は、特許請求の範囲に記載された発明の他に、次に示すような特徴も備えている。
【０１３４】
（１）前記光学系に組み込む前の前記可変形状鏡へ電圧を印加又は電流を供給したときの反射面の変形形状を非接触型の測定器により測定し、該変形形状の測定値を前記ズーム状態と前記被写体までの距離に対応した前記可変形状鏡の最適形状の光学設計値と比較しながら、該最適形状の光学設計値に一致させるように前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、前記変形形状の測定値が前記最適形状の光学設計値に一致したときの前記可変形状鏡へ印加した電圧又電流の値を、前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値として出力情報に格納することにより、前記２次元ＬＵＴが作成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
【０１３５】
（２）前記光学系に組み込んだ後の前記可変形状鏡へ電圧を印加又は電流を供給し、前記ズーム状態と前記被写体までの距離に対応した前記光学系による結像画像の鮮鋭度を評価しながら、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、鮮鋭度が最良となるときの前記可変形状鏡へ印加した電圧又は供給した電流の値を、前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値として出力情報に格納することにより、前記２次元ＬＵＴが作成されていることを特徴とする請求項１、２、上記（１）のいずれかに記載の光学系。
【０１３６】
（３）各ズーム状態における被写体までの距離に対応した、前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧又は最適電流の近似曲線のテーブルを有し、撮像時にズーム状態と被写体までの距離情報とに基づいて、前記近似曲線のテーブルより得られた近似式でもって前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値を演算し、該演算により得られた最適値の電圧又は電流を前記可変形状鏡へ印加又は供給するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
【０１３７】
（４）各被写体までの距離におけるズーム状態に対応した、前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧又は最適電流の近似曲線のテーブルを有し、撮像時にズーム状態と被写体までの距離情報とに基づいて、前記近似曲線のテーブルより得られた近似式でもって前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値を演算し、該演算により得られた最適値の電圧又は電流を前記可変形状鏡へ印加又は供給するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
【０１３８】
（５）ズーム状態及び被写体までの距離に対応した、前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧又は最適電流の近似曲面のテーブルを有し、撮像時にズーム状態と被写体までの距離情報とに基づいて、前記近似曲面のテーブルより得られた近似式でもって前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値を演算し、該演算により得られた最適値の電圧又は電流を前記可変形状鏡へ印加又は供給するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【０１３９】
（６）請求項１又は２に記載の光学系に用いる２次元ＬＵＴの作成方法において、前記光学系に組み込む前の前記可変形状鏡へ電圧を印加又は電流を供給したときの反射面の変形形状を非接触型の測定器により測定し、該変形形状の測定値を前記ズーム状態と前記被写体までの距離に対応した前記可変形状鏡の最適形状の光学設計値と比較しながら、該最適形状の光学設計値に一致させるように前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、前記変形形状の測定値が前記最適形状の光学設計値に一致したときの前記可変形状鏡へ印加した電圧又は供給した電流の値を、前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値として出力情報に格納することを特徴とする２次元ＬＵＴの作成方法。
【０１４０】
（７）請求項１又は２に記載の光学系に用いる２次元ＬＵＴの作成方法又は上記（６）に記載の２次元ＬＵＴの作成方法において、前記光学系に組み込んだ後の前記可変形状鏡へ電圧を印加又は電流を供給し、前記ズーム状態と前記被写体までの距離に対応した前記光学系による結像画像の鮮鋭度を評価しながら、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、鮮鋭度が最良となるときの前記可変形状鏡へ印加した電圧又は供給した電流の値を、前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値として出力情報に格納することを特徴とする２次元ＬＵＴの作成方法。
【０１４１】
（８）光学素子と可変形状鏡を具備し、前記可変形状鏡により光軸を折り曲げ、被写体像を撮像面に結像させる光学系において、被写体までの距離を入力情報とし、前記被写体までの距離に対応する、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を出力情報として格納した１次元ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を有し、撮像時に、前記１次元ＬＵＴを順次走査し、得られた出力情報に基づいて、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を変化させて、結像画像の鮮鋭度を判定し、結像画像の鮮鋭度が最良となるときの前記１次元ＬＵＴの出力情報を、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値として決定するようにしたことを特徴とする光学系。
【０１４２】
（９）撮像時に、前記被写体までの距離が検出不可能な場合、前記１次元ＬＵＴを順次走査し、得られた出力情報に基づいて、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を変化させて、結像画像の鮮鋭度を判定し、結像画像の鮮鋭度が最良となるときの前記１次元ＬＵＴの出力情報を、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値として決定するようにしたことを特徴とする上記（８）に記載の光学系。
【０１４３】
（１０）光学素子と可変形状鏡を具備し、前記可変形状鏡により光軸を折り曲げ、被写体像を撮像面に結像させる光学系において、被写体までの距離を入力情報とし、前記被写体までの距離に対応する、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を出力情報として格納した１次元ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を有し、撮像時に、前記被写体までの距離が検出可能な場合、前記被写体までの距離をキーとして前記１次元ＬＵＴを入力し、得られた出力情報を前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値として決定するようにしたことを特徴とする光学系。
【０１４４】
（１１）前記光学系に組み込む前の前記可変形状鏡へ電圧を印加又は電流を供給したときの反射面の変形形状を非接触型の測定器により測定し、該変形形状の測定値を、前記被写体までの距離に対応した前記可変形状鏡の最適形状の光学設計値と比較しながら、該最適形状の光学設計値に一致させるように前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、前記変形形状の測定値が前記最適形状の光学設計値に一致したときの前記可変形状鏡へ印加した電圧又電流の値を、前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値として出力情報に格納することにより、前記１次元ＬＵＴが作成されていることを特徴とする上記（８）〜（１０）のいずれかに記載の光学系。
【０１４５】
（１２）前記光学系に組み込んだ後の前記可変形状鏡へ電圧を印加又は電流を供給し、前記被写体までの距離に対応した前記光学系による結像画像の鮮鋭度を評価しながら、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、鮮鋭度が最良となるときの前記可変形状鏡へ印加した電圧又は供給した電流の値を、前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値として出力情報に格納することにより、前記１次元ＬＵＴが作成されていることを特徴とする上記（８）〜（１１）のいずれかに記載の光学系。
【０１４６】
（１３）被写体までの距離に対応した、前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧又は最適電流の近似曲線のテーブルを有し、撮像時に被写体までの距離情報に基づいて、前記近似曲線のテーブルより得られた近似式でもって前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値を演算し、該演算により得られた最適値の電圧又は電流を前記可変形状鏡へ印加又は供給するようにしたことを特徴とする上記（８）〜（１０）のいずれかに記載の光学系。
【０１４７】
（１４）上記（８）〜（１０）のいずれかに記載の光学系に用いる１次元ＬＵＴの作成方法において、前記光学系に組み込む前の前記可変形状鏡へ電圧を印加又は電流を供給したときの反射面の変形形状を非接触型の測定器により測定し、該変形形状の測定値を前記被写体までの距離に対応した前記可変形状鏡の最適形状の光学設計値と比較しながら、該最適形状の光学設計値に一致させるように前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、前記変形形状の測定値が前記最適形状の光学設計値に一致したときの前記可変形状鏡へ印加した電圧又は供給した電流の値を、前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値として出力情報に格納することを特徴とする１次元ＬＵＴの作成方法。
【０１４８】
（１５）上記（８）〜（１０）のいずれかに記載の光学系に用いる１次元ＬＵＴの作成方法又は上記（１４）に記載の１次元ＬＵＴの作成方法において、前記光学系に組み込んだ後の前記可変形状鏡へ電圧を印加又は電流を供給し、前記被写体までの距離に対応した前記光学系による結像画像の鮮鋭度を評価しながら、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、鮮鋭度が最良となるときの前記可変形状鏡へ印加した電圧又は供給した電流の値を、前記可変形状鏡へ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値として出力情報に格納することを特徴とする１次元ＬＵＴの作成方法。
【０１４９】
（１６）撮像時に、前記ズーム状態と前記被写体までの距離のうちいずれか一方が検出可能な場合、検出された前記ズーム状態又は前記被写体までの距離を固定して前記２次元ＬＵＴを順次走査し、得られた出力情報に基づいて、前記可変焦点レンズへ印加する電圧又は供給する電流の値を変化させて、結像画像の鮮鋭度を判定し、結像画像の鮮鋭度が最良となるときの前記２次元ＬＵＴの出力情報を、前記可変焦点レンズへ印加する電圧又は供給する電流の値として決定するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の光学系。
【０１５０】
（１７）前記光学系に組み込む前の前記可変焦点レンズへ電圧を印加又は電流を供給したときのレンズ面の変形形状を非接触型の３次元形状測定器により測定し、該変形形状の測定値を、前記ズーム状態と前記被写体までの距離に対応した前記可変焦点レンズの最適形状の光学設計値と比較しながら、該最適形状の光学設計値に一致させるように前記可変焦点レンズへ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、前記変形形状の測定値が前記最適形状の光学設計値に一致したときの前記可変焦点レンズへ印加した電圧又電流の値を、前記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値として出力情報に格納することにより、前記２次元ＬＵＴが作成されていることを特徴とする請求項３、４、上記（１６）のいずれかに記載の光学系。
【０１５１】
（１８）前記光学系に組み込んだ後の前記可変焦点レンズへ電圧を印加又は電流を供給し、前記ズーム状態と前記被写体までの距離に対応した前記光学系による結像画像の鮮鋭度を評価しながら、前記可変焦点レンズへ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、鮮鋭度が最良となるときの前記可変焦点レンズへ印加した電圧又は供給した電流の値を、前記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値として出力情報に格納することにより、前記２次元ＬＵＴが作成されていることを特徴とする請求項３、４、上記（１６）、（１７）のいずれかに記載の光学系。
【０１５２】
（１９）各ズーム状態における被写体までの距離に対応した、前記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧又は最適電流の近似曲線のテーブルを有し、撮像時にズーム状態と被写体までの距離情報とに基づいて、前記近似曲線のテーブルより得られた近似式でもって前記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値を演算し、該演算により得られた最適値の電圧又は電流を前記可変焦点レンズへ印加又は供給するようにしたことを特徴とする請求項３、４、上記（１６）のいずれかに記載の光学系。
【０１５３】
（２０）各被写体までの距離におけるズーム状態に対応した、前記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧又は最適電流の近似曲線のテーブルを有し、撮像時にズーム状態と被写体までの距離情報とに基づいて、前記近似曲線のテーブルより得られた近似式でもって前記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値を演算し、該演算により得られた最適値の電圧又は電流を前記可変焦点レンズへ印加又は供給するようにしたことを特徴とする請求項３、４、上記（１６）のいずれかに記載の光学系。
【０１５４】
（２１）ズーム状態及び被写体までの距離に対応した、前記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧又は最適電流の近似曲面のテーブルを有し、撮像時にズーム状態と被写体までの距離情報とに基づいて、前記近似曲面のテーブルより得られた近似式でもって前記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値を演算し、該演算により得られた最適値の電圧又は電流を前記可変焦点レンズへ印加又は供給するようにしたことを特徴とする請求項３又は上記（１６）のいずれかに記載の光学系。
【０１５５】
（２２）請求項３、４、上記（１６）のいずれかに記載の光学系に用いる２次元ＬＵＴの作成方法において、前記光学系に組み込む前の前記可変焦点レンズへ電圧を印加又は電流を供給したときのレンズ面の変形形状を非接触型の３次元形状測定器により測定し、該変形形状の測定値を前記ズーム状態と前記被写体までの距離に対応した前記可変焦点レンズの最適形状の光学設計値と比較しながら、該最適形状の光学設計値に一致させるように前記可変焦点レンズへ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、前記変形形状の測定値が前記最適形状の光学設計値に一致したときの前記可変焦点レンズへ印加した電圧又は供給した電流の値を、前記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値として出力情報に格納することを特徴とする２次元ＬＵＴの作成方法。
【０１５６】
（２３）請求項３、４、上記（１６）のいずれかに記載の光学系に用いる２次元ＬＵＴの作成方法又は上記（２２）に記載の２次元ＬＵＴの作成方法において、前記光学系に組み込んだ後の前記可変焦点レンズへ電圧を印加又は電流を供給し、前記ズーム状態と前記被写体までの距離に対応した前記光学系による結像画像の鮮鋭度を評価しながら、前記可変焦点レンズへ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、鮮鋭度が最良となるときの前記可変焦点レンズへ印加した電圧又は供給した電流の値を、前記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値として出力情報に格納することを特徴とする２次元ＬＵＴの作成方法。
【０１５７】
（２４）撮像時に、前記被写体までの距離が検出不可能な場合、前記１次元ＬＵＴを順次走査し、得られた出力情報に基づいて、前記可変焦点レンズへ印加する電圧又は供給する電流の値を変化させて、結像画像の鮮鋭度を判定し、結像画像の鮮鋭度が最良となるときの前記１次元ＬＵＴの出力情報を、前記可変焦点レンズへ印加する電圧又は供給する電流の値として決定するようにしたことを特徴とする請求項５に記載の光学系。
【０１５８】
（２５）前記光学系に組み込む前の前記可変焦点レンズへ電圧を印加又は電流を供給したときのレンズ面の変形形状を非接触型の３次元形状測定器により測定し、該変形形状の測定値を、前記被写体までの距離に対応した前記可変焦点レンズの最適形状の光学設計値と比較しながら、該最適形状の光学設計値に一致させるように前記可変焦点レンズへ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、前記変形形状の測定値が前記最適形状の光学設計値に一致したときの前記可変焦点レンズへ印加した電圧又電流の値を、前記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値として出力情報に格納することにより、前記１次元ＬＵＴが作成されていることを特徴とする請求項５、６、上記（２４）のいずれかに記載の光学系。
【０１５９】
（２６）前記光学系に組み込んだ後の前記可変焦点レンズへ電圧を印加又は電流を供給し、前記被写体までの距離に対応した前記光学系による結像画像の鮮鋭度を評価しながら、前記可変焦点レンズへ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、鮮鋭度が最良となるときの前記可変焦点レンズへ印加した電圧又は供給した電流の値を、前記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値として出力情報に格納することにより、前記１次元ＬＵＴが作成されていることを特徴とする請求項５、６、上記（２４）、（２５）のいずれかに記載の光学系。
【０１６０】
（２７）被写体までの距離に対応した、前記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧又は最適電流の近似曲線のテーブルを有し、撮像時に被写体までの距離情報に基づいて、前記近似曲線のテーブルより得られた近似式でもって前記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値を演算し、該演算により得られた最適値の電圧又は電流を前記可変焦点レンズへ印加又は供給するようにしたことを特徴とする請求項５又は上記（２４）のいずれかに記載の光学系。
【０１６１】
（２８）請求項５、６、上記（２４）のいずれかに記載の光学系に用いる１次元ＬＵＴの作成方法において、前記光学系に組み込む前の前記可変焦点レンズへ電圧を印加又は電流を供給したときのレンズ面の変形形状を非接触型の３次元形状測定器により測定し、該変形形状の測定値を前記被写体までの距離に対応した前記可変焦点レンズの最適形状の光学設計値と比較しながら、該最適形状の光学設計値に一致させるように前記可変焦点レンズへ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、前記変形形状の測定値が前記最適形状の光学設計値に一致したときの前記可変焦点レンズへ印加した電圧又は供給した電流の値を、前記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値として出力情報に格納することを特徴とする１次元ＬＵＴの作成方法。
【０１６２】
（２９）請求項５、６、上記（２４）のいずれかに記載の光学系に用いる１次元ＬＵＴの作成方法又は上記（２８）に記載の１次元ＬＵＴの作成方法において、前記光学系に組み込んだ後の前記可変焦点レンズへ電圧を印加又は電流を供給し、前記被写体までの距離に対応した前記光学系による結像画像の鮮鋭度を評価しながら、前記可変焦点レンズへ印加する電圧又は供給する電流の値を調整し、鮮鋭度が最良となるときの前記可変焦点レンズへ印加した電圧又は供給した電流の値を、前記可変焦点レンズへ印加すべき最適電圧値又は供給すべき最適電流値として出力情報に格納することを特徴とする１次元ＬＵＴの作成方法。
【０１６３】
（３０）光学素子と可変形状鏡を具備し、前記可変形状鏡により光軸を折り曲げ、被写体像を撮像面に結像させる光学系において、前記光学素子の移動によるズーム状態と被写体までの距離とを入力情報とし、前記ズーム状態及び前記被写体までの距離に対応する、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を出力情報として格納した２次元ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を有し、撮像時に、前記２次元ＬＵＴを順次走査し、得られた出力情報に基づいて、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を変化させて、結像画像の鮮鋭度を判定し、結像画像の鮮鋭度が最良となるときの前記２次元ＬＵＴの出力情報を、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値として決定するようにしたことを特徴とする光学系。
【０１６４】
（３１）撮像時に、前記ズーム状態と前記被写体までの距離のうちいずれか一方が検出可能な場合、検出された前記ズーム状態又は前記被写体までの距離を固定して前記２次元ＬＵＴを順次走査し、得られた出力情報に基づいて、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を変化させて、結像画像の鮮鋭度を判定し、結像画像の鮮鋭度が最良となるときの前記２次元ＬＵＴの出力情報を、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値として決定するようにしたことを特徴とする上記（３０）に記載の光学系。
【０１６５】
（３２）光学素子と可変形状鏡を具備し、前記可変形状鏡により光軸を折り曲げ、被写体像を撮像面に結像させる光学系において、前記光学素子の移動によるズーム状態と被写体までの距離とを入力情報とし、前記ズーム状態及び前記被写体までの距離に対応する、前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値を出力情報として格納した２次元ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を有し、撮像時に、前記ズーム状態と前記被写体までの距離のいずれもが検出可能な場合、前記ズーム状態と前記被写体までの距離を固定して前記２次元ＬＵＴを入力し、得られた出力情報を前記可変形状鏡へ印加する電圧又は供給する電流の値として決定するようにしたことを特徴とする光学系。
【０１６６】
（３３）可変形状鏡の変形する反射部材が有機材料を用いてなることを特徴とする請求項１、２、上記（１）〜（１５）のいずれかに記載の光学系。
【０１６７】
（３４）可変形状鏡の変形する反射面の形状が自由曲面である状態を含むことを特徴とする請求項１、２、上記（１）〜（１５）、（３０）〜（３３）のいずれかに記載の光学系。
【０１６８】
（３５）複数の可変形状鏡を備えたことを特徴とする請求項１、２、上記（１）〜（１５）、（３０）〜（３３）のいずれかに記載の光学系。
【０１６９】
（３６）移動するレンズ群を含むことを特徴とする請求項１、２、上記（１）〜（１５）、（３０）〜（３２）、（３５）のいずれかに記載の光学系。
【０１７０】
（３７）複数の移動するレンズ群を含むことを特徴とする請求項１、２、上記（１）〜（１５）、（３６）のいずれかに記載の光学系。
【０１７１】
（３８）複数のマークを被写体として用いることを特徴とする上記（２）又は（１５）に記載のＬＵＴの作成方法。
【０１７２】
（３９）被写体までの距離の変化、あるいはズーミングによって生ずるピントのずれ量をキーとして作成された１次元ＬＵＴを走査し、画像の鮮鋭度が最大になる状態をもって可変形状鏡の形を決定し、かつ可変形状鏡の反射面の形状が自由曲面になる状態を含むことを特徴とする光学系。
【０１７３】
（４０）可変形状鏡がリソグラフィーを用いて製作されたことを特徴とする請求項１、２、７、上記（１）〜（１５）、（３０）〜（３７）、（３９）のいずれかに記載の光学系。
【０１７４】
（４１）可変形状鏡あるいは可変焦点レンズが静電気力、電磁気力、圧電効果、電歪、流体のいずれかによって駆動されることを特徴とする請求項１〜７、上記（１）〜（３９）のいずれかに記載の光学系。
【０１７５】
【発明の効果】
本発明の光学系によれば、消費電力が小さく、音が静かで、応答時間が短くなり、機械的構造が簡単となり、コストダウンに寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する光学系の基本構成の一例を示す概略構成図である。
【図２】図１の光学系に用いる可変形状鏡２の一構成例を示す図である。
【図３】図２の可変形状鏡をそれぞれの基板毎に示す図であり、(a)は枠材部の構成を示す平面図、(b)は下部基板部の構成を示す平面図である。
【図４】図１の光学系に用いる可変形状鏡２の他の構成例を示す図である。
【図５】図１の光学系に用いる可変形状鏡２のさらに他の構成例を示す図である。
【図６】本発明の光学系において用いる鮮鋭度の評価例を示す図であり、図中、左側は、取得画像を示す説明図、右側は取得画像の注目エリアの画像情報をフーリエ変換したときの空間周波数成分を示すグラフである。
【図７】本発明による光学系の第１実施例にかかる、可変形状鏡に印加する電圧を決定する場合のブロック図である。
【図８】本発明の光学系に用いる離散データを近似曲線化したときの一例であって、被写体までの距離に対する印加電圧の近似曲線を示すグラフである。
【図９】本発明による光学系の第２実施例にかかる、可変形状鏡に印加する電圧を決定する場合のブロック図である。
【図１０】本発明による光学系の第３実施例にかかる、可変形状鏡に印加する電圧を決定する場合のブロック図である。
【図１１】本発明による光学系の第４実施例にかかる、可変形状鏡に印加する電圧を決定する場合のブロック図である。
【図１２】本発明による光学素子がズーム駆動しない構成の光学系における、可変形状鏡に電圧を印加する場合の一実施例を示すブロック図である。
【図１３】本発明による光学素子がズーム駆動しない構成の光学系における、可変形状鏡に電圧を印加する場合の他の実施例を示すブロック図である。
【図１４】本発明の光学系に用いる可変ミラーとして光学特性可変ミラーを用いたデジタルカメラのケプラー式ファインダーの概略構成図である。
【図１５】本発明にかかる可変ミラーとして用いる可変形状鏡４０９の他の実施例を示す概略構成図である。
【図１６】図１５の実施例の可変形状鏡に用いる電極の一形態を示す説明図である。
【図１７】図１５の実施例の可変形状鏡に用いる電極の他の形態を示す説明図である。
【図１８】本発明にかかる可変ミラーとして用いる可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【図１９】本発明にかかる可変ミラーとして用いる可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【図２０】本発明にかかる可変ミラーとして用いる可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【図２１】図２０の実施例における薄膜コイル４２７の巻密度の状態を示す説明図である。
【図２２】本発明にかかる可変ミラーとして用いる可変形状鏡４０９のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【図２３】図２２の実施例におけるコイル４２７の一配置例を示す説明図である。
【図２４】図２２の実施例におけるコイル４２７の他の配置例を示す説明図である。
【図２５】図２０に示した実施例において、コイル４２７の配置を図２４に示したようにした場合に適する永久磁石４２６の配置を示す説明図である。
【図２６】本発明のさらに他の実施例に係る、光学装置に適用可能な可変ミラーとして可変形状鏡４０９を用いた撮像系、例えば携帯電話のデジタルカメラ、カプセル内視鏡、電子内視鏡、パソコン用デジタルカメラ、ＰＤＡ用デジタルカメラ等に用いられる撮像系の概略構成図である。
【図２７】本発明の可変形状鏡のさらに他の実施例に係る、マイクロポンプ１８０で流体１６１を出し入れし、ミラー面を変形させる可変ミラーとして用いる可変形状鏡１８８の概略構成図である。
【図２８】本発明の光学系に用いる可変ミラーに適用可能なマイクロポンプの一実施例を示す概略構成図である。
【図２９】本発明にかかる光学系に用いる可変焦点レンズの原理的構成を示す図である。
【図３０】一軸性のネマティック液晶分子の屈折率楕円体を示す図である。
【図３１】図２７に示す高分子分散液晶層に電界を印加状態を示す図である。
【図３２】図２９に示す高分子分散液晶層への印加電圧を可変にする場合の一例の構成を示す図である。
【図３３】図３２に示す可変焦点レンズ５１１を用いたデジタルカメラ用の撮像光学系の構成を示す図である。
【図３４】本発明にかかる光学系に適用可能な可変焦点回折光学素子の一例の構成を示す図である。
【図３５】ツイストネマティック液晶を用いる可変焦点レンズを有する可変焦点眼鏡の構成を示す図である。
【図３６】図３５に示すツイストネマティック液晶層への印加電圧を高くしたときの液晶分子の配向状態を示す図である。
【図３７】本発明にかかる光学系に適用可能な可変偏角プリズムの二つの例の構成を示す図である。
【図３８】図３７に示す可変偏角プリズムの使用態様を説明するための図である。
【図３９】本発明にかかる光学系に用いる可変焦点レンズを応用した可変焦点ミラーを示す図である。
【図４０】本発明の光学系に用いる可変焦点レンズのさらに他の実施例に係る、可変焦点レンズ１４０を用いた撮像ユニット１４１の概略構成図である。
【図４１】図４０の実施例における可変焦点レンズの変形例を示す説明図である。
【図４２】図４１の可変焦点レンズが変形した状態を示す説明図である。
【図４３】本発明の光学系に用いる可変焦点レンズのさらに他の実施例に係る、マイクロポンプ１６０で流体１６１を出し入れし、レンズ面を変形させる可変焦点レンズ１６２の概略構成図である。
【図４４】本発明にかかる光学系に適用可能な光学特性可変光学素子の他の実施例であって圧電材料２００を用いた可変焦点レンズ２０１の概略構成図である。
【図４５】図４４の変形例に係る可変焦点レンズの状態説明図である。
【図４６】本発明にかかる光学系に適用可能な光学特性可変光学素子のさらに他の実施例であって圧電材料からなる２枚の薄板２００Ａ，２００Ｂを用いた可変焦点レンズの概略構成図である。
【図４７】本発明にかかる光学系に用いる可変焦点レンズのさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【図４８】図４７の実施例に係る可変焦点レンズの状態説明図である。
【図４９】本発明にかかる光学系に適用可能な光学特性可変光学素子のさらに他の実施例であってフォトメカニカル効果を用いた可変焦点レンズの概略構成図である。
【図５０】図４９の実施例に係る可変焦点レンズに用いるアゾベンゼンの構造を示す説明図であり、(a)はトランス型、(b)はシス型を示している。
【図５１】本発明にかかる光学系に可変ミラーとして用いる可変形状鏡のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１ 光学素子
１ａ レンズ群
１₁ 第１レンズ
２ 可変形状鏡
２ａ 薄膜状の反射面兼導電部
２ｂ 可撓性薄膜
２ｃ 電極
２ｄ 外部リード電極
２ｅ 枠材
２ｆ 下部基板
３ 撮像素子
１０ ＬＵＴ（ルックアップテーブル）
１１ 電圧制御装置
１２，１２’ 近似曲線記憶装置
１３ 演算装置
４５，１８８ 可変形状鏡
１４０，１６７，２０１，２０７，２１４，５１１，５５１
可変焦点レンズ
１６１ 流体
１６３，１６５，２０４，５３２，５３３，５６２，５６３，５６６，５６７透明基板
５９，１４５，５１３ａ，５１３ｂ 透明電極
１０２，５１２ａ，５１２ｂ，５２２，５５２，５５３ レンズ
１０３ 制御系
１０３’ 回路
１０４，１４１ 撮像ユニット
１４２ 透明部材
１４３ 圧電性のある透明物質
１４４ 流体あるいはゼリー状物質
１４６ シリンダー
１４７ 支援部材
１４８ 変形可能な部材
１６０，１８０ マイクロポンプ
１６４ 弾性体
１６８ 液溜
１８１ 振動板
１８２，１８３，４０９ｂ，４０９ｄ，４５２ 電極
１８４，１８５ 弁
１８９，４５０ 反射膜
２００ 圧電材料
２００Ａ，２００Ｂ 薄板
２０２ 透明で柔らかい基板
２０６，４０９ｃ−２ 電歪材料
２０８，２０９ 透明弾性体
２１０ アゾベンゼン
２１１ スペーサー
２１２，２１３ 光源
４０３ 撮像レンズ
４０４ プリズム
４０５ 二等辺直角プリズム
４０６ ミラー
４０８，５２３ 固体撮像素子
４０９ 光学特性可変形状鏡
４０９ａ 薄膜
４０９ｃ，４０９ｃ’ 圧電素子
４０９ｃ−１，４０９ｅ 基板
４１１ 可変抵抗器
４１２ 電源
４１３ 電源スイッチ
４１４ 演算装置
４１５ 温度センサー
４１６ 湿度センサー
４１７ 距離センサー
４２３ 支持台
４２４ 振れセンサー
４２５，４２８ 駆動回路
４２６ 永久磁石
４２７ コイル
４４９ 釦
４５１ 変形可能な基板
４５３ 電歪材料
５０８ａ，５３２ａ，５６２ａ，５６６ａ 第１の面
５０８ｂ，５３２ｂ，５６２ｂ，５６６ｂ 第２の面
５０９ａ，５３３ａ，５６３ａ，５６７ａ 第３の面
５０９ｂ，５３３ｂ，５６３ｂ，５６７ｂ 第４の面
５１４ 高分子分散液晶層
５１５ スイッチ
５１６ 交流電源
５１７ 液晶分子
５１８ 高分子セル
５１９ 可変抵抗器
５２１ 絞り
５３１ 可変焦点回折光学素子
５３９ａ，５３９ｂ 配向膜
５５０ 可変焦点眼鏡
５５４ ツイストネマティック液晶層
５５５ 液晶分子
５６１ 可変偏角プリズム
５６５ 可変焦点ミラー
５６８ 反射膜
９０１ 接眼レンズ
９０２ 対物レンズ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical characteristic variable optical element such as a variable focus lens, a variable focus diffractive optical element, a variable deflection prism, and a variable focus mirror, and an optical system including these optical characteristic variable optical elements, for example, glasses, video, etc. The present invention relates to an optical system used in an optical apparatus such as a projector, a digital camera, a television camera, an endoscope, a telescope, a camera finder, and an optical information processing apparatus.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
The conventional lens uses a lens manufactured by polishing glass, and the focal length cannot be changed by the lens itself. For example, the lens group is used as an optical axis for focusing, zooming, or zooming the camera. In order to move in the direction, the mechanical structure is complicated.
In addition, since a motor or the like is used to move a part of the lens group, there are disadvantages such as high power consumption, noisy sound, long response time, and time to move the lens.
Even in the case of preventing blurring, the lens is mechanically moved by a motor, solenoid or the like, so that there are disadvantages such as high power consumption, complicated mechanical structure and high cost.
[0003]
Therefore, in view of these problems, the present invention has a low power consumption, a quiet sound, a short response time, a simple mechanical structure, a variable focus lens, a variable shape mirror, a variable prism, etc. that contribute to cost reduction. It is an object of the present invention to provide an optical characteristic variable optical element and an optical system including these optical characteristic variable optical elements.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, an optical system according to the present invention includes a variable focus lens, and in the optical system for forming a subject image on an imaging surface, the variable focus lens isHaving three or more electrodes on one lens surface,The surface shape of the transmission surface changes depending on the voltage to be applied or the current to be supplied, and the zoom state and the distance to the subject are input information and applied to the variable focus lens corresponding to the zoom state and the distance to the subject. A variable focus lens having a two-dimensional look-up table (LUT) storing voltage or supplied current value as output information, scanning the two-dimensional LUT sequentially during imaging, and based on the obtained output information The sharpness of the formed image is determined by changing the value of the voltage to be applied to or supplied current, and the output information of the two-dimensional LUT when the sharpness of the formed image is the best is used as the variable focus lens. It is characterized in that it is determined as the value of the voltage applied to or supplied current.
[0006]
  Also,To achieve the above objective,An optical system according to the present invention includes an optical element and a variable focus lens, and the variable focus lens is an optical system in which a subject image is formed on an imaging surface by the variable focus lens.Having three or more electrodes on one lens surface,The surface shape of the transmission surface changes depending on the voltage to be applied or the current to be supplied, the distance to the subject is input information, and the voltage to be applied to the variable focus lens or the value of the current to be supplied corresponding to the distance to the subject A one-dimensional look-up table (LUT) stored as output information, which sequentially scans the one-dimensional LUT during imaging, and a voltage applied to or supplied current to the variable focus lens based on the obtained output information Is changed to determine the sharpness of the formed image, and the output information of the one-dimensional LUT when the sharpness of the formed image is the best is applied to the voltage or current supplied to the variable focus lens. It is characterized by being determined as the value of.
  FurtherIn addition,To achieve the above objective,An optical system according to the present invention includes an optical element and a variable focus lens, and the variable focus lens is an optical system in which a subject image is formed on an imaging surface by the variable focus lens.Having three or more electrodes on one lens surface,The surface shape of the transmission surface changes depending on the applied voltage or supplied current., CoveredA voltage applied to the varifocal lens corresponding to a change in the distance to the subject or the amount of focus deviation caused by zooming, using the change in distance to the subject or the amount of focus deviation caused by zooming as input information. It has a one-dimensional lookup table (LUT) that stores the value of the current to be supplied as output information, and sequentially scans the one-dimensional LUT at the time of shooting and applies it to the variable focus lens based on the obtained output information The sharpness of the formed image is determined by changing the value of the voltage to be supplied or the current to be supplied, and the output information of the one-dimensional LUT when the sharpness of the formed image is the best is applied to the variable focus lens It is characterized in that it is determined as the value of the voltage to be supplied or the value of the current to be supplied.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Of the following examples, for example, FIGS.2, 44-48Etc.Depending on applied voltage or supplied currentAn optical system having a configuration using a variable focus lens in which the surface shape of the transmission surface changes is an embodiment of the present invention. Also, deformable mirrors andDepending on applied voltage or supplied currentAn optical system using a variable focus lens whose surface shape of the transmission surface does not change is a reference example of the present invention.
[0008]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a basic configuration of an optical system to which the present invention is applied.
An optical system to which the present invention is applied includes an optical element 1 and a deformable mirror 2, and the deformable mirror 2 is configured to bend the optical axis from the subject and form an image on the image sensor 3. In the optical element 1, the lens group 1a is provided such that a predetermined lens constituting the lens group 1a is movable along the optical axis. The lens group 1a has a function of a variator that performs zooming. In FIG. 1, for the sake of convenience, the deformable mirror 2 shows only the reflecting surface.
In this optical system, setting of the zoom state such as wide angle, standard, telephoto and the like is achieved by moving the predetermined lens constituting the lens group 1a and changing the shape of the reflecting surface of the deformable mirror 2 (change in curvature). Adjustments are made. When the change in the shape of the reflecting surface of the deformable mirror 2 is small, the zoom state is determined by moving a predetermined lens constituting the lens group 1a, and the focus is adjusted by changing the shape of the reflecting surface of the deformable mirror 2. Good to do. There may be a plurality of moving lens groups.
[0009]
2 is a diagram showing an example of the configuration of the deformable mirror 2 used in the optical system of FIG. 1, FIG. 3 is a diagram showing the deformable mirror of FIG. 2 for each substrate, and (a) is a diagram of the frame material portion. FIG. 5B is a plan view showing the configuration of the lower substrate section. In FIG. 3A, the reflecting surface is indicated by a solid line, and the conductive portion is indicated by a broken line.
The deformable mirror 2 includes a thin film 2b having flexibility with the reflective surface and the conductive portion 2a in the frame member 2e, and an electrode 2c for deforming the reflective surface disposed facing the flexible thin film 2b in the lower substrate 2f. Consists of. In the deformable mirror shown in FIGS. 2 and 3, the reflecting surface and the conductive portion are combined with each other by being made of a metal thin film having a high reflectance such as aluminum. By applying a voltage or supplying a current from the external lead electrode 2d between the conductive portion 2a and the electrode 2c, the reflecting surface is deformed by the electrostatic force acting between the electrode 2c and the curvature changes. ing. 2 and 3, the connection between the conductive portion 2a and the electrode 2c and the external lead electrode 2d is omitted.
[0010]
The deformable mirror 2 may be configured as shown in FIGS.
The deformable mirror shown in FIG. 4 is obtained by dividing the deformation electrode 2c and the external lead electrode 2d provided on the lower substrate into a plurality of parts so that different voltages can be applied to each electrode and current can be supplied. is there. As a result, the electrostatic force acting between the reflecting surface and the plurality of divided electrodes 2c can be distributed according to the location, and the deformation shape of the reflecting surface can be optimized more strictly.
The deformable mirror of FIG. 5 divides the conductive portion, and the effect is the same as that shown in FIG.
[0011]
Incidentally, in the optical system as shown in FIG.₁The shape of the reflecting surface of the deformable mirror 2 that is optimal for focus adjustment and aberration correction differs depending on the distance from the surface to the subject. Therefore, the zoom state and the first lens 1₁It is necessary to optimize the applied voltage or supply current to the deformable mirror 2 in accordance with the distance from the surface to the subject, and to change the shape of the reflecting surface of the deformable mirror 2 according to each state.
[0012]
Therefore, in the optical system of the present invention, the applied voltage or the supply current to the deformable mirror 2 is optimized according to the zoom state and the distance from the surface of the first lens to the subject, and according to each state. When making the shape of the reflecting surface, as the simplest method, the zoom state and the distance from the surface of the first lens to the subject are used as input information, and the applied voltage or supply current to the deformable mirror 2 corresponding to the input information is determined. A two-dimensional lookup table (LUT) stored as output information is provided in a memory (not shown).
In the following description of the present invention, the distance from the first lens to the subject is simply referred to as the distance to the subject.
[0013]
Here, an example of the LUT used in the present invention is shown.
Table 1 is a table showing a configuration example of a two-dimensional LUT in the case where the electrode of the deformable mirror is single.
If the zoom state is set to three states of wide angle, standard, and telephoto, and the distance to the subject is set to three states of 10 cm, 1 m, and infinity, a two-dimensional LUT storing information as shown in Table 1 is used. In the LUT, each element a_mn(M: distance to the subject = 1-3, n: zoom state = 1-3) represents information on the optimum applied voltage in each state.

[0014]
Table 2 is a table showing another configuration example of the two-dimensional LUT in the case where there are a plurality of electrodes of the deformable mirror.
If the zoom state is three states of wide angle, standard, and telephoto, the distance to the subject is 10 cm, 1 m, three states of infinity, and the number of electrodes is three, a two-dimensional LUT storing information as shown in Table 2 is stored. Is used. In the LUT, each element a_mno(M: distance to the subject = 1-3, n: zoom state = 1-3, o: electrode = 1-3) represents information on the optimum applied voltage in each state.

[0015]
Then, such a two-dimensional LUT is created by, for example, one of the following methods.
The first creation method measures the deformed shape of the reflecting surface when a voltage is applied to or supplied to the deformable mirror using a non-contact type measuring device, and the deformable mirror corresponding to the zoom state and the distance to the subject. It is a method by comparing with the design value of the optimal shape.
That is, the deformed shape of the reflecting surface when a voltage is applied to the deformable mirror 2 or a current is supplied is measured by a non-contact type measuring instrument such as a three-dimensional shape measuring instrument using an optical probe, an interferometer, or a Shack-Hartmann measuring instrument. Then, while comparing the measured value of the deformed shape with the design value of the optimum shape of the deformable mirror 2 corresponding to the zoom state and the distance to the subject, the deformable shape mirror 2 is matched with the optical design value of the optimum shape. The voltage applied to or the value of the supplied current is adjusted, and the voltage applied to the deformable mirror 2 or the value of the supplied current when the measured value of the deformed shape matches the optical design value of the optimum shape 2 is stored in the output information area of the LUT as the optimum voltage value to be applied to 2 or the optimum current value to be supplied.
[0016]
According to the first production method, the deformed shape of the deformable mirror itself before the deformable mirror is incorporated into the optical system is measured, the voltage applied to the deformable mirror itself or the current to be supplied is adjusted, and the reflection surface Since the deformed shape is matched with the optimum shape of the reflecting surface guided by the optical design, it is not necessary to provide an optical system including other optical elements such as lenses.
In addition, in order to measure the deformed shape of the deformable mirror itself, when the deformable mirror is configured by dividing the electrode, it is easy to make correspondence between the shape change and the electrode, and the voltage to be applied to each electrode or supply The current to be determined can be determined intuitively (relatively easily).
In addition, the deformed shape of the deformable mirror is measured before being incorporated into the optical system, and the value of the applied voltage or supply current adjusted to match the optimum shape according to the optical design is determined for each deformable mirror. The variation in the deformed shape due to errors in manufacturing individual deformable mirrors can be eliminated.
[0017]
The second creation method evaluates the sharpness of the image formed by the optical system after incorporating the deformable mirror, and determines the voltage at which the sharpness of the image is optimal according to the zoom state and the distance to the subject. It is a method by seeking.
That is, while applying voltage or supplying current to the deformable mirror 2 after being incorporated in the optical system, the sharpness of the image formed by the optical system corresponding to the zoom state and the distance to the subject is evaluated, and the deformable mirror The voltage applied to 2 or the value of the current to be supplied is adjusted, and the voltage applied to the deformable mirror 2 or the value of the supplied current when the sharpness is optimal is the optimum voltage value to be applied to the deformable mirror 2 Alternatively, it is stored in the output information area of the LUT as the optimum current value to be supplied.
[0018]
Here, an example of the sharpness evaluation will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the left side shows the acquired image, and the right side is a graph showing the spatial frequency component when the image information of the attention area of the acquired image is Fourier transformed.
For example, the spatial frequency component of the acquired image is evaluated. An Fourier transform is performed on an area of interest in the acquired image (here, the central portion), and an integrated value (a portion indicated by diagonal lines) of frequency components equal to or higher than a threshold value is evaluated. The integrated value of the frequency component equal to or higher than the threshold is evaluated each time the voltage applied to the deformable mirror or the current to be supplied is changed, and the image with the largest integrated value is determined as the image with the best sharpness.
[0019]
In this case, as an object corresponding to the acquired image, a mark such as a three-line chart, a bright spot, or a cross line may be used, and the above-described marks are arranged at a plurality of positions in the imaging range so that the images are appropriately displayed. The best image may be the one that is captured.
This second method is an evaluation method based on the sharpness of an image finally obtained after the entire optical system is assembled. Therefore, variation due to an incorporation error of individual optical elements constituting the optical system is eliminated. Can do. In addition, the LUT can be created so that the formed image is optimized. Therefore, it is more preferable to finally create the LUT by the second method.
[0020]
From the above, the LUT used in the optical system of the present invention is the output information (applied) corresponding to the input information (zoom state, distance to the subject) of the rough outline by the first method before incorporation into the optical system. It is ideal that data of voltage or supply current) is created and final input / output information data is created and completed by the second method after incorporation.
[0021]
Therefore, a configuration for determining the optimum voltage value to be applied to the deformable mirror or the optimum current value to be supplied using the LUT created by the above method will be described as an embodiment of the present invention. In the description of each embodiment, for the sake of convenience, it is assumed that the deformable mirror deforms the reflection surface by applying a voltage.
[0022]
First embodiment
FIG. 7 is a block diagram in the case where the voltage applied to the deformable mirror is determined with reference to the two-dimensional LUT created by the above method according to the first embodiment of the optical system of the present invention.
As shown in FIG. 7, the zoom state and distance information to the subject are input to the two-dimensional LUT 10, and voltage information corresponding to them is input to the voltage control device 11. The voltage control device 11 applies a voltage corresponding to the input to the deformable mirror 2. In FIG. 7, the arrow on the right side of the LUT 10 is a thick line because when the electrodes provided in the deformable mirror 2 are divided, the voltages to be applied to the respective electrodes are different, and thus there is a plurality of information. It means that. The voltage control device 11 is provided in the optical system of the present invention.
[0023]
When the zoom state and the distance to the subject are known by a sensor or the like at the time of imaging, the input to the LUT 10 can be uniquely determined by the output information of the sensor or the like as described above. However, when information on either the zoom state or the distance to the subject is unknown, the input to the LUT 10 is fixed for the known information, and the unknown information is transferred to the LUT 10 by some method. The input value of must be determined.
[0024]
Therefore, in such a case, the input value to the LUT 10 is sequentially changed for unknown information, the voltage applied to the deformable mirror 2 is changed, and the sharpness of the image is evaluated each time. The information at the measurement point where the sharpness of the formed image is the best is taken as the input value of the LUT 10. In this way, the voltage applied to the deformable mirror 2 can be determined.
[0025]
If neither the zoom state nor the distance to the subject is known, the LUT 10 is sequentially input to obtain all the output information stored in the LUT 10 and based on the obtained output information, the deformable mirror 2 The voltage applied to is sequentially changed, and the sharpness of the formed image is evaluated each time, and the point where the sharpness of the formed image is the best is taken as the input value of the LUT. In this way, the voltage applied to the deformable mirror 2 can be determined.
[0026]
By the way, when the applied voltage is determined based on the LUT as described above, since the input information is discrete, the obtained output information is also discrete. In other words, if the zoom state is n and the distance to the subject is m, output information for n × m is produced, but the zoom state and the distance to the subject here are discrete. In order to control more precisely, the zoom state and the distance to the subject are further subdivided, which requires an enormous number of inspection steps and enormous work costs. Moreover, if the number of electrode divisions is k, an n × m × k memory space is required, which is obtained by further multiplying the subdivided enormous n × m by k.
[0027]
Therefore, in the present invention, either one of the zoom state and the distance to the subject is inspected discretely, and the other is obtained by approximating an approximate curve based on this discrete information, and the information is made continuous in a pseudo manner. Therefore, precise control can be performed and the memory space can be reduced.
[0028]
Here, how to obtain the approximate curve will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is an example of an approximation curve of discrete data used in the optical system of the present invention, and is a graph showing an approximation curve of applied voltage with respect to the distance to the subject.
Suppose that the measurement results shown in the figure were obtained for each zoom state (wide angle, standard, telephoto) and the distance to each subject (infinite, 1 m, 10 cm) at an applied voltage with an optimal shape (each measurement point). Are indicated by □, △, ○, respectively).
An approximate expression of a continuous curve passing over the measurement point is obtained.
[0029]
Suppose that each measurement point is approximated by an approximate expression of a quadratic curve as shown in FIG.
And the coefficient a of each curve₁, B₁, C₁(At telephoto), a₂, B₂, C₂, (Standard time) a_Three, B_Three, C_Three(At wide angle) is stored in advance in the approximate curve storage device 12 shown in FIG. The approximate curve storage device 12 is provided in the optical system of the present invention.
[0030]
A case where actual imaging is performed using the approximate curve storage device that stores the coefficients of each curve in this way will be described.
First, based on the zoom state information, a coefficient corresponding thereto is selected via the approximate curve storage device. For example, when the zoom state is wide angle, the coefficient a stored in the approximate curve storage device₁, B₁, C₁Is selected. Furthermore, the variable X (X in the figure) depends on the distance to the subject.₁Or X₂) Is determined. These pieces of information are calculated by the arithmetic unit 13 shown in FIG. 9, and the applied voltage V is finally determined. In this case, each zoom state is discrete, but the distance to the subject can be handled continuously. Note that the arithmetic unit 13 is provided in the optical system of the present invention.
If the distance to the subject is unknown, the variable X is changed, and the sharpness of the image is evaluated each time. The variable X with the highest sharpness is obtained, and this variable X is zoomed. It is possible to determine the optimum applied voltage by calculating with the variable corresponding to.
[0031]
The configuration in the case of obtaining the optimum applied voltage by approximating the curve in this way is shown as a block diagram in the case of determining the voltage applied to the deformable mirror according to the second and third embodiments of the optical system according to the present invention. 9 and FIG.
[0032]
Second embodiment
The approximate curve storage device 12 shown in FIG. 9 stores the approximate curve information of the zoom state. By inputting the zoom state, one approximate curve using the distance to the subject as a variable is selected. Further, by inputting the distance to the subject and the approximate curve information to the calculation device 13, information on the optimum applied voltage is uniquely determined.
Therefore, according to the second embodiment, the zoom state is discrete, but the distance to the subject can be handled continuously.
[0033]
Third embodiment
The approximate curve storage device 12 shown in FIG. 10 stores approximate curve information of the distance to the subject. By inputting the distance to the subject, one approximate curve with the zoom state as a variable is selected. . Further, by inputting the zoom state and the approximate curve information to the arithmetic unit 13, it is possible to uniquely determine the optimum applied voltage information.
Therefore, according to the third embodiment, the distance to the subject is discrete, but the zoom state can be handled continuously.
[0034]
Furthermore, by applying this, the voltage applied to the deformable mirror according to the fourth embodiment of the optical system of the present invention is shown in the configuration in which both the zoom state and the distance to the subject are represented by approximate curved surfaces. FIG. 11 shows a block diagram for determination.
[0035]
Fourth embodiment
The approximate curved surface storage device 12 ′ shown in FIG. 11 stores approximate curved surface information formed by approximate curve information of the distance to the subject and approximate curve information of the zoom state, and the zoom state and the distance to the subject are stored. One piece of approximate surface information as a variable is selected. Furthermore, by inputting this approximate curved surface information to the arithmetic unit 13, information on the optimum applied voltage can be uniquely determined.
Therefore, according to the fourth embodiment, both the zoom state and the distance information to the subject can be handled continuously.
[0036]
In the above embodiments, the zoom optical system has been described. However, the configuration for determining the applied voltage for driving the deformable mirror in the present invention can also be applied to a single focus optical system.
[0037]
In this case, the LUT has a one-dimensional data structure as shown in Table 3 or Table 4 where the input information is the distance to the subject and the output information is the applied voltage value or supply current value corresponding to the input information. In the present invention, the LUT in this case is referred to as a one-dimensional LUT.

[0038]
  When a voltage is applied to the deformable mirror with reference to the one-dimensional LUT, as shown in FIG. 12, distance information to the subject is input to the one-dimensional LUT 10, and the voltage information corresponding to the distance information is input to the voltage control device. 11 is input. The voltage control device 11 applies a voltage corresponding to the input to the deformable mirror 2.
  Further, when obtaining an optimum applied voltage by making an approximate curve, as shown in FIG. 13, one approximate curve with the distance to the subject as a variable is selected in the approximate curve storage device 12. Further, by inputting the distance to the subject and the approximate curve information to the arithmetic device 13, information on the optimum applied voltage is uniquely determined.
  The key of the one-dimensional LUT isSubjectbodyFor up toThe amount of focus shift caused by distance change or zooming may be used as a key. The one-dimensional LUT of such a key isSubjectbodyFor up toCompared to a two-dimensional LUT that uses distance and zoom status as keys, there are advantages of saving memory and controlling the deformable mirror at high speed.
[0039]
In the above-described embodiments, the optical system using the deformable mirror driven by applying a voltage has been described. Similarly, the LUT 10 is also applied to the optical system using the deformable mirror driven by supplying current. Through the approximate curve storage device 12 and the arithmetic device 13, or the approximate curved surface storage device 12 'and the arithmetic device 12, the information on the optimum supply current can be uniquely determined.
In the above embodiment, the case of an optical system using mainly one deformable mirror has been described. However, the present invention can also be applied to an optical system including a plurality of deformable mirrors. That is, each variable shape mirror may be controlled using each LUT. Further, the present invention can be similarly applied to a variable mirror whose shape does not change. In the present application, the variable shape mirror includes a variable mirror of a type whose shape does not change.
[0040]
In the above embodiments, an optical system having a deformable mirror has been described. However, even in an optical system having a variable focus lens, a configuration for determining an applied voltage or a supply current for driving the deformable mirror in the present invention is as follows. Similarly, the present invention can be applied to a configuration for determining an applied voltage or a supply current for driving the variable focus lens.
[0041]
Next, a configuration example of a variable mirror and a variable focus lens applicable to the optical system of the present invention will be described.
[0042]
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a Kepler finder of a digital camera using a variable optical property mirror as a variable mirror used in the optical system of the present invention. The configuration of this embodiment can of course be used for a silver salt film camera. First, the optical property variable shape mirror 409 will be described.
[0043]
The optical property variable shape mirror 409 is an optical property variable shape mirror (hereinafter simply referred to as a variable shape mirror) composed of an aluminum-coated thin film (reflecting surface) 409a and a plurality of electrodes 409b, and reference numeral 411 denotes each electrode 409b. A plurality of variable resistors 412 are connected to a power source connected between the thin film 409a and the electrode 409b via a variable resistor 411 and a power switch 413, and 414 is used to control resistance values of the plurality of variable resistors 411. , 415, 416 and 417 are a temperature sensor, a humidity sensor and a distance sensor respectively connected to the arithmetic device 414, and these are arranged as shown in the figure to constitute one optical device.
[0044]
Note that each surface of the objective lens 902, the eyepiece lens 901, the prism 404, the isosceles right angle prism 405, the mirror 406, and the deformable mirror does not have to be a flat surface. Spherical surface, plane, rotationally symmetric aspherical surface, aspherical surface having a symmetric surface, aspherical surface having only one symmetric surface, aspherical surface without a symmetric surface, free-form surface, non-differentiable point or line The surface may have any shape, such as a surface having any of the above, and may be a surface that can affect the light in any way, whether it is a reflective surface or a refractive surface. Hereinafter, these surfaces are collectively referred to as an extended curved surface. It should be noted that it is advantageous in terms of aberration correction that the surface shape of the deformable mirror includes a free-form surface.
[0045]
The thin film 409a is, for example, edited by P. Rai-choudhury, Handbook of Michrolithography, Michromachining and Michrofabrication, Volume 2: Michromachining and Michrofabrication, P495, Fig.8.58, published by SPIE PRESS, Optics Communication, Vol. 140 (1997) P187. When a voltage is applied between the plurality of electrodes 409b as in the membrane mirror described in ˜190, the thin film 409a is deformed by electrostatic force and its surface shape changes, As a result, not only can the focus be adjusted in accordance with the diopter of the observer, but also the lens 901, 902 and / or the prism 404, the isosceles right angle prism 405, the mirror 406 are deformed or the refractive index is changed due to temperature or humidity changes. Or, the lens frame expansion and contraction and deformation and the degradation of the imaging performance due to the assembly error of parts such as optical elements and frames are suppressed, and the focus adjustment and focus are always properly performed. Correction of aberrations caused by the adjustment can be performed.
In addition, what is necessary is just to select the shape of the electrode 409b according to how to deform | transform the thin film 409a, as shown, for example in FIG.
[0046]
According to the present embodiment, the light from the object is refracted by the entrance and exit surfaces of the objective lens 902 and the prism 404, reflected by the deformable mirror 409, transmitted through the prism 404, and isosceles right angle prism 405. (The + mark in the optical path in FIG. 14 indicates that the light beam travels toward the back side of the paper surface), is reflected by the mirror 406, and enters the eye via the eyepiece 901. It has become. As described above, the lenses 901, 902, the prisms 404, 405, and the deformable mirror 409 constitute the observation optical system of the optical apparatus of the present embodiment, and the surface shape and thickness of each of these optical elements are determined. By optimizing, the aberration of the object surface can be minimized.
[0047]
That is, the shape of the thin film 409a as the reflecting surface is controlled by changing the resistance value of each variable resistor 411 by a signal from the arithmetic unit 414 so that the imaging performance is optimized. That is, a signal having a magnitude corresponding to the ambient temperature, humidity, and distance to the object is input from the temperature sensor 415, the humidity sensor 416, and the distance sensor 417 to the arithmetic device 414, and the arithmetic device 414 is based on these input signals. The resistance value of the variable resistor 411 is set so that a voltage that determines the shape of the thin film 409a is applied to the electrode 409b in order to compensate for a decrease in imaging performance due to the ambient temperature and humidity conditions and the distance to the object. Outputs a signal for determination. As described above, since the thin film 409a is deformed by the voltage applied to the electrode 409b, that is, electrostatic force, the shape of the thin film 409a can be various shapes including an aspheric surface depending on the situation, and can be convex if the polarity of the applied voltage is changed. You can also The distance sensor 417 may not be provided. In that case, the imaging lens 403 of the digital camera is moved so that the high-frequency component of the image signal from the solid-state imaging device 408 becomes substantially maximum, and the object distance is reversed from the position. And deforming the deformable mirror so that the eyes of the observer are in focus. If the deformable mirror 409 is made by using lithography, it is sufficient that the processing accuracy is good and a good quality is obtained.
[0048]
In addition, if the thin film 409a is made of a synthetic resin such as polyimide, it is convenient because a large deformation is possible even at a low voltage. Note that the prism 404 and the deformable mirror 409 can be integrally formed to form a unit. In the example of FIG. 14, the reflective surface and the deforming electrode are also used, but may be separated. That is, an electrode that deforms may be provided on the side of the deformed substrate close to the electrode 409b, and the deformed substrate may be sandwiched between the reflecting surface and the deformed electrode to be integrated. In this way, there is an advantage that a manufacturing process can be selected.
[0049]
Although not shown, the solid-state imaging device 408 may be integrally formed on the substrate of the deformable mirror 409 by a lithography process.
[0050]
The lenses 901 and 902, the prisms 404 and 405, and the mirror 406 can be easily formed with a curved surface having an arbitrary desired shape by forming them with a plastic mold or the like. In the imaging apparatus of the present embodiment, the lenses 901 and 902 are formed away from the prism 404, but the prisms 404 and 405 and the mirror 406 are provided so that aberration can be removed without providing the lenses 901 and 902. If the deformable mirror 409 is designed, the prisms 404 and 405 and the deformable mirror 409 become one optical block, which facilitates assembly. Further, some or all of the lenses 901 and 902, the prisms 404 and 405, and the mirror 406 may be made of glass. With such a configuration, an imaging device with higher accuracy can be obtained.
[0051]
In the example of FIG. 14, the arithmetic device 414, the temperature sensor 415, the humidity sensor 416, and the distance sensor 417 are provided, and the temperature / humidity change, the change in the object distance, and the like are compensated by the deformable mirror 409. It does not have to be. In other words, the arithmetic device 414, the temperature sensor 415, the humidity sensor 416, and the distance sensor 417 may be omitted, and only the observer's diopter change may be corrected by the deformable mirror 409.
[0052]
FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of a deformable mirror 409 used as a variable mirror according to the present invention.
In the deformable mirror of this embodiment, a piezoelectric element 409c is interposed between a thin film 409a and an electrode 409b, and these are provided on a support base 423. By changing the voltage applied to the piezoelectric element 409c for each electrode 409b, the piezoelectric element 409c can be partially expanded and contracted to change the shape of the thin film 409a. The shape of the electrode 409b may be a concentric division as shown in FIG. 16, a rectangular division as shown in FIG. 17, or any other appropriate shape can be selected. . In FIG. 15, reference numeral 424 denotes a shake (blur) sensor connected to the arithmetic unit 414. For example, the arithmetic unit 424a detects a shake of a digital camera and deforms the thin film 409a so as to compensate for image disturbance due to the shake. The voltage applied to the electrode 409b via 414 and the variable resistor 411 is changed. At this time, signals from the temperature sensor 415, the humidity sensor 416, and the distance sensor 417 are considered at the same time, and focusing, temperature / humidity compensation, and the like are performed. In this case, since stress accompanying deformation of the piezoelectric element 409c is applied to the thin film 409a, it is preferable that the thin film 409a is made thick to some extent and has a corresponding strength.
[0053]
FIG. 18 is a schematic configuration diagram showing still another embodiment of the deformable mirror 409 used as the variable mirror according to the present invention.
The deformable mirror of this embodiment is composed of two piezoelectric elements 409c and 409c ′ in which a piezoelectric element interposed between a thin film 409a and an electrode 409b is made of a material having piezoelectric characteristics in opposite directions. This is different from the deformable mirror of the embodiment shown in FIG. That is, if the piezoelectric elements 409c and 409c 'are made of a ferroelectric crystal, they are arranged so that the directions of the crystal axes are opposite to each other. In this case, since the piezoelectric elements 409c and 409c ′ expand and contract in the opposite direction when a voltage is applied, the force for deforming the thin film 409a is stronger than in the embodiment shown in FIG. There is an advantage that the shape can be changed greatly.
[0054]
Examples of the material used for the piezoelectric elements 409c and 409c ′ include piezoelectric substances such as barium titanate, Rossiel salt, crystal, tourmaline, potassium dihydrogen phosphate (KDP), ammonium dihydrogen phosphate (ADP), and lithium niobate. , Polycrystals of the same substance, crystals of the same substance, PbZrO_ThreeAnd PbTiO_ThreeThere are piezoelectric ceramics of solid solution, organic piezoelectric materials such as polyvinyl difluoride (PVDF), ferroelectric materials other than the above, especially organic piezoelectric materials have a low Young's modulus and can be deformed greatly even at low voltages. ,preferable. When these piezoelectric elements are used, it is possible to appropriately deform the shape of the thin film 409a in the above embodiment if the thickness is made non-uniform.
[0055]
The piezoelectric elements 409c and 409c ′ may be made of a piezoelectric material such as polyurethane, silicone rubber, acrylic elastomer, PZT, PLZT, polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene cyanide copolymer, vinylidene fluoride and tri-vinyl chloride. A copolymer of fluoroethylene or the like is used.
When an organic material having piezoelectricity, a synthetic resin having piezoelectricity, an elastomer having piezoelectricity, or the like is used, a large deformation of the deformable mirror surface may be realized.
[0056]
15 and 19, when an electrostrictive material such as acrylic elastomer or silicon rubber is used for the piezoelectric element 409c, the piezoelectric element 409c is bonded to another substrate 409c-1 and the electrostrictive material 409c-2. It may be structured.
[0057]
FIG. 19 is a schematic configuration diagram showing still another embodiment of the deformable mirror 409 used as the variable mirror according to the present invention.
In the deformable mirror of this embodiment, the piezoelectric element 409c is sandwiched between the thin film 409a and the electrode 409d, and a voltage is applied between the thin film 409a and the electrode 409d via the drive circuit 425 controlled by the arithmetic unit 414. In addition, separately from this, a voltage is also applied to the electrode 409b provided on the support base 423 via the drive circuit 425 controlled by the arithmetic unit 414. Therefore, in this embodiment, the thin film 409a can be deformed doubly by the voltage applied between the electrode 409d and the electrostatic force generated by the voltage applied to the electrode 409b. Therefore, there are advantages that more deformation patterns are possible and that the responsiveness is fast.
[0058]
If the sign of the voltage between the thin film 409a and the electrode 409d is changed, the deformable mirror can be deformed into a convex surface and a concave surface. In that case, a large deformation may be performed by the piezoelectric effect, and a minute shape change may be performed by electrostatic force. Further, the piezoelectric effect may be mainly used for the deformation of the convex surface, and the electrostatic force may be mainly used for the deformation of the concave surface. Note that the electrode 409d may be composed of a plurality of electrodes like the electrode 409b. This situation is shown in FIG. In the present application, the piezoelectric effect, the electrostrictive effect, and the electrostriction are collectively referred to as the piezoelectric effect. Therefore, an electrostrictive material is also included in the piezoelectric material.
[0059]
FIG. 20 is a schematic configuration diagram showing still another embodiment of the deformable mirror 409 used as the variable mirror according to the present invention.
The deformable mirror of the present embodiment can change the shape of the reflecting surface using electromagnetic force. A permanent magnet 426 is provided on the inner bottom surface of the support base 423, and silicon nitride is provided on the top surface. Alternatively, a peripheral portion of a substrate 409e made of polyimide or the like is placed and fixed, and a thin film 409a made of a metal coat such as aluminum is attached to the surface of the substrate 409e to constitute a deformable mirror 409. . A plurality of coils 427 are disposed on the lower surface of the substrate 409e, and these coils 427 are each connected to the arithmetic unit 414 via a drive circuit 428. Accordingly, an appropriate current is supplied from each drive circuit 428 to each coil 427 by an output signal from the arithmetic unit 414 corresponding to a change in the optical system required by the arithmetic unit 414 based on signals from the sensors 415, 416, 417, and 424. Is supplied, each coil 427 is repelled or attracted by an electromagnetic force acting between the permanent magnet 426 and deforms the substrate 409e and the thin film 409a.
[0060]
In this case, each coil 427 can flow a different amount of current. Further, the number of the coils 427 may be one, or the permanent magnet 426 may be attached to the substrate 409e and the coil 427 may be provided on the inner bottom surface side of the support base 423. The coil 427 may be made by a technique such as lithography, and the coil 427 may contain an iron core made of a ferromagnetic material.
[0061]
In this case, as shown in FIG. 21, the winding density of the thin film coil 427 can be changed depending on the location, whereby desired deformation can be given to the substrate 409e and the thin film 409a. One coil 427 may be provided, and an iron core made of a ferromagnetic material may be inserted into these coils 427.
[0062]
FIG. 22 is a schematic configuration diagram showing still another embodiment of the deformable mirror 409 used as the variable mirror according to the present invention.
In the deformable mirror of this embodiment, the substrate 409e is made of a ferromagnetic material such as iron, and the thin film 409a as a reflective film is made of aluminum or the like. In this case, since it is not necessary to provide a thin film coil, the structure is simple and the manufacturing cost can be reduced. If the power switch 413 is replaced with a switching / power switch, the direction of the current flowing in the coil 427 can be changed, and the shapes of the substrate 409e and the thin film 409a can be freely changed. FIG. 23 shows the arrangement of the coil 427 in this embodiment, and FIG. 24 shows another arrangement example of the coil 427, but these arrangements can also be applied to the embodiment shown in FIG. FIG. 25 shows an arrangement of permanent magnets 426 that is suitable when the arrangement of the coil 427 is as shown in FIG. 24 in the embodiment shown in FIG. That is, as shown in FIG. 25, if the permanent magnets 426 are arranged radially, a subtle deformation can be given to the substrate 409e and the thin film 409a as compared with the embodiment shown in FIG. Further, when the substrate 409e and the thin film 409a are deformed by using electromagnetic force as described above (the embodiment shown in FIGS. 20 and 22), there is an advantage that it can be driven at a lower voltage than when electrostatic force is used.
[0063]
Although several embodiments of the deformable mirror have been described above, two or more kinds of forces may be used to change the shape of the mirror as shown in the example of FIG. That is, the deformable mirror may be deformed by simultaneously using two or more of electrostatic force, electromagnetic force, piezoelectric effect, magnetostriction, fluid pressure, electric field, magnetic field, temperature change, electromagnetic wave, and the like. That is, if the optical characteristic variable optical element is made by using two or more different driving methods, large deformation and fine deformation can be realized at the same time, and an accurate mirror surface can be realized.
[0064]
FIG. 26 shows an imaging system using a deformable mirror 409 as a variable mirror applicable to an optical device, for example, a digital camera of a mobile phone, a capsule endoscope, an electronic endoscope, according to still another embodiment of the present invention. It is a schematic block diagram of the imaging system used for the digital camera for personal computers, the digital camera for PDAs, etc.
In the imaging system of this embodiment, the deformable mirror 409, the lens 902, the solid-state imaging device 408, and the control system 103 constitute one imaging unit 104. In the imaging unit 104 of this embodiment, the light from the object that has passed through the lens 102 is collected by the deformable mirror 409 and forms an image on the solid-state imaging device 408. The deformable mirror 409 is a kind of optical characteristic variable optical element and is also called a variable focus mirror.
[0065]
According to this embodiment, even if the object distance changes, it is possible to focus by deforming the deformable mirror 409, it is not necessary to drive the lens with a motor or the like, and the size, weight, and power consumption are reduced. Excellent in terms of conversion. The imaging unit 104 can be used in all embodiments as an imaging system of the present invention. Also, by using a plurality of deformable mirrors 409, it is possible to make a zoom and variable magnification imaging system and optical system.
FIG. 26 shows a configuration example of a control system including a transformer booster circuit using coils in the control system 103. In particular, when a laminated piezoelectric transformer is used, the size can be reduced. The booster circuit can be used for the variable shape mirror and variable focus lens using all the electricity of the present invention, but is particularly useful for the variable shape mirror and variable focus lens when using electrostatic force and piezoelectric effect.
[0066]
FIG. 27 is a schematic configuration diagram of a deformable mirror 188 that is used as a deformable mirror that deforms the mirror surface by inserting and removing the fluid 161 with a micropump 180 according to still another embodiment of the deformable mirror of the present invention. According to this embodiment, there is an advantage that the mirror surface can be greatly deformed.
The micropump 180 is a small-sized pump made by, for example, a micromachine technique, and is configured to move with electric power.
Examples of pumps made with micromachine technology include those using thermal deformation, those using piezoelectric materials, and those using electrostatic forces.
[0067]
FIG. 28 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a micropump applicable to the variable mirror used in the optical system of the present invention. In the micropump 180 of the present embodiment, the vibration plate 181 vibrates by an electric force such as an electrostatic force or a piezoelectric effect. FIG. 28 shows an example that vibrates due to electrostatic force. In FIG. 28, reference numerals 182 and 183 denote electrodes. A dotted line indicates the diaphragm 181 when it is deformed. With the vibration of the diaphragm 181, the two valves 184 and 185 are opened and closed to send the fluid 161 from the right to the left.
[0068]
In the deformable mirror 188 of this embodiment, the reflective film 189 functions as a deformable mirror by being deformed into irregularities according to the amount of the fluid 161. The deformable mirror 188 is driven by the fluid 161. As the fluid, organic substances such as silicon oil, air, water, jelly, and inorganic substances can be used.
[0069]
Note that a high voltage may be required for driving in a deformable mirror, a variable focus lens, or the like using electrostatic force or a piezoelectric effect. In that case, for example, as shown in FIG. 26, the control system may be configured using a step-up transformer or a piezoelectric transformer.
In addition, if the reflective thin film 409a is also provided in a portion that is not deformed, it can be conveniently used as a reference surface when measuring the shape of the deformable mirror with an interferometer or the like.
[0070]
FIG. 29 is a diagram showing the basic configuration of a variable focus lens used in the optical system according to the present invention. The variable focus lens 511 includes a first lens 512a having lens surfaces 508a and 508b as first and second surfaces, and a second lens having lens surfaces 509a and 509b as third and fourth surfaces. 512b and a polymer-dispersed liquid crystal layer 514 provided between these lenses via transparent electrodes 513a and 513b, and converges incident light through the first and second lenses 512a and 512b. The transparent electrodes 513a and 513b are connected to an AC power source 516 via a switch 515 so as to selectively apply an AC electric field to the polymer dispersed liquid crystal layer 514. The polymer-dispersed liquid crystal layer 514 includes a large number of minute polymer cells 518 each having an arbitrary shape such as a sphere or a polyhedron each containing liquid crystal molecules 517, and the volume thereof constitutes the polymer cell 518. To the sum of the volume occupied by the polymer and the liquid crystal molecules 517.
[0071]
Here, when the size of the polymer cell 518 is, for example, spherical, when the average diameter D is λ, and the wavelength of light to be used is, for example,
2nm ≦ D ≦ λ / 5 (1)
And That is, since the size of the liquid crystal molecules 517 is about 2 nm or more, the lower limit value of the average diameter D is 2 nm or more. The upper limit of D also depends on the thickness t of the polymer-dispersed liquid crystal layer 514 in the optical axis direction of the variable focus lens 511, but if it is larger than λ, the refractive index of the polymer and the liquid crystal molecules 517 Due to the difference from the refractive index, light is scattered at the boundary surface of the polymer cell 518 and the polymer-dispersed liquid crystal layer 514 becomes opaque. Therefore, as described later, it is preferably λ / 5 or less. Depending on the optical product in which the variable focus lens is used, high accuracy may not be required, and D may be equal to or less than λ. The transparency of the polymer dispersed liquid crystal layer 514 becomes worse as the thickness t increases.
[0072]
As the liquid crystal molecules 517, for example, uniaxial nematic liquid crystal molecules are used. The refractive index ellipsoid of the liquid crystal molecules 517 has a shape as shown in FIG.
n_ox= N_oy= N_o                                          … (2)
It is. Where n_oIndicates the refractive index of ordinary light, n_oxAnd n_oyIndicates the refractive index in the direction perpendicular to each other in the plane including the ordinary ray.
[0073]
Here, as shown in FIG. 29, when the switch 515 is turned off, that is, when an electric field is not applied to the polymer dispersed liquid crystal layer 514, the liquid crystal molecules 517 are directed in various directions. The layer 514 has a high refractive index and becomes a lens having a strong refractive power. On the other hand, as shown in FIG. 31, when the switch 515 is turned on and an AC electric field is applied to the polymer dispersed liquid crystal layer 514, the major axis direction of the refractive index ellipsoid is such that the major axis direction of the refractive index ellipsoid is the optical axis of the variable focus lens 511. Therefore, the lens has a low refractive index and a low refractive power.
[0074]
Note that the voltage applied to the polymer dispersed liquid crystal layer 514 can be changed stepwise or continuously by a variable resistor 519 as shown in FIG. 32, for example. In this way, as the applied voltage increases, the liquid crystal molecules 517 are oriented so that the elliptical long axis gradually becomes parallel to the optical axis of the variable focus lens 511, so that the refractive power is stepwise or continuous. Can be changed to
[0075]
Here, the average refractive index n of the liquid crystal molecules 517 in the state shown in FIG. 29, that is, in the state where no electric field is applied to the polymer dispersed liquid crystal layer 514._LC′ Denotes the refractive index in the major axis direction of the refractive index ellipsoid as shown in FIG._zThen approximately
(N_ox+ N_oy+ N_Z) / 3≡n_LC’… (3)
It becomes. Also, the average refractive index n when the above equation (2) holds_LCIs n_zIs the refractive index n of extraordinary rays_eAnd
(2n_o+ N_e) / 3≡n_LC                              …(Four)
Given in. At this time, the refractive index n of the polymer-dispersed liquid crystal layer 514_AIs the refractive index of the polymer constituting the polymer cell 518 n_PWhen the ratio of the volume of the liquid crystal molecules 517 to the volume of the polymer dispersed liquid crystal layer 514 is ff, according to Maxwell Garnet's law,
n_A= Ff · n_LC'+ (1-ff) n_P                    …(Five)
Given in.
[0076]
Therefore, as shown in FIG. 32, the radii of curvature of the inner surfaces of the lenses 512a and 512b, that is, the surfaces on the polymer dispersed liquid crystal layer 514 side are respectively R₁And R₂Then, the focal length f of the variable focus lens 511₁Is
1 / f₁= (N_A-1) (1 / R₁-1 / R₂… (6)
Given in. R₁And R₂Is positive when the center of curvature is on the image point side. Further, refraction by the outer surfaces of the lenses 512a and 512b is excluded. That is, the focal length of the lens by only the polymer dispersed liquid crystal layer 514 is given by the equation (6).
[0077]
In addition, the average refractive index of ordinary light,
(N_ox+ N_oy) / 2 = n_o’… (7)
Then, the refractive index n of the polymer-dispersed liquid crystal layer 514 in the state shown in FIG. 31, that is, in a state where an electric field is applied to the polymer-dispersed liquid crystal layer 514._BIs
n_B= Ff · n_o'+ (1-ff) n_P                      … (8)
In this case, the focal length f of the lens by only the polymer-dispersed liquid crystal layer 514 is given by₂Is
1 / f₂= (N_B-1) (1 / R₁-1 / R₂… (9)
Given in. The focal length when a voltage lower than that in FIG. 31 is applied to the polymer-dispersed liquid crystal layer 514 is the focal length f given by equation (6).₁And the focal length f given by equation (9)₂It becomes a value between.
[0078]
From the above equations (6) and (9), the change rate of the focal length by the polymer dispersed liquid crystal layer 514 is
| (F₂-F₁) / F₂| = | (N_B-N_A) / (N_B-1) | ... (10)
Given in. Therefore, to increase this rate of change, | n_B-N_AIt is sufficient to increase |. here,
n_B-N_A= Ff (n_o'-N_LC’)… (11)
Therefore, | n_o'-N_LCIf '| is increased, the rate of change can be increased. In practice, n_BIs about 1.3 to 2,
0.01 ≦ | n_o'-N_LC′ | ≦ 10 (12)
Then, when ff = 0.5, the focal length of the polymer-dispersed liquid crystal layer 514 can be changed by 0.5% or more, so that an effective variable focus lens can be obtained. | N_o'-N_LC'| Cannot exceed 10 due to the limitation of the liquid crystal material.
[0079]
Next, the basis of the upper limit value of the above equation (1) will be described. `` Solar Energy Materials and Solar Cells '' Vol. 31, Wilson and Eck, 1993, Eleevier Science Publishers Bv, pp. 197-214, `` Transmission variation using scattering / transparent switching films '' The change in transmittance τ when changed is shown. In page 206 of FIG. 6, FIG. 6 shows that the radius of the polymer dispersed liquid crystal is r, t = 300 μm, ff = 0.5, n_P = 1.45, n_LC= 1.585 and λ = 500 nm, the transmittance τ is a theoretical value, r = 5 nm (D = λ / 50, D · t = λ · 6 μm (where D and λ are in nm, below) It is also shown that τ≈90% when the same)) and τ≈50% when r = 25 nm (D = λ / 10).
[0080]
Here, for example, assuming that t = 150 μm, assuming that the transmittance τ varies with an exponential function of t, and estimating the transmittance τ when t = 150 μm, r = When 25 nm (D = λ / 10, D · t = λ · 15 μm), τ≈71%. Similarly, when t = 75 μm, τ≈80% when r = 25 nm (D = λ / 10, D · t = λ · 7.5 μm).
[0081]
From these results,
D ・ t ≦ λ ・ 15μm (13)
Then, τ is 70% to 80% or more, and it is sufficiently practical as a lens. Therefore, for example, when t = 75 μm, sufficient transmittance can be obtained with D ≦ λ / 5.
[0082]
The transmittance of the polymer dispersed liquid crystal layer 514 is n_PValue of n_LCThe closer to the value of ', the better. On the other hand, n_o'And n_PBecomes a different value, the transmittance of the polymer dispersed liquid crystal layer 514 deteriorates. The average transmittance of the polymer-dispersed liquid crystal layer 514 between the state of FIG. 29 and the state of FIG.
n_P= (N_o'+ N_LC′) / 2… (14)
When you are satisfied.
[0083]
Here, since the variable focus lens 511 is used as a lens, the transmittance is almost the same in the state of FIG. 29 and the state of FIG. For this purpose, there are limitations on the polymer material and the liquid crystal molecule 517 constituting the polymer cell 518.
n_o′ ≦ n_P≦ n_LC’… (15)
And it is sufficient.
[0084]
If the above equation (14) is satisfied, the above equation (13) is further relaxed,
D ・ t ≦ λ ・ 60μm (16)
If it is good. This is because, according to Fresnel's reflection law, the reflectance is proportional to the square of the difference in refractive index, so that light is reflected at the boundary between the polymer constituting the polymer cell 518 and the liquid crystal molecule 517, that is, polymer dispersion. This is because the decrease in the transmittance of the liquid crystal layer 514 is approximately proportional to the square of the difference in refractive index between the polymer and the liquid crystal molecules 517.
[0085]
The above is n_o'≈1.45, n_LCIt was the case of ′ ≈1.585, but more generally formulated,
D.t.ltoreq..lambda..15 .mu.m. (1.585-1.45)²/ (N_u-N_P)²  … (17)
If it is. However, (n_u-N_P)²(N_LC'-N_P)²And (n_o'-N_P)²And the larger one.
[0086]
In order to increase the focal length change of the variable focus lens 511, it is better that the value of ff is large. However, when ff = 1, the polymer volume becomes zero and the polymer cell 518 cannot be formed.
0.1 ≦ ff ≦ 0.999 (18)
And On the other hand, as ff becomes smaller, τ improves, so the above equation (17) is preferably
4 × 10^-6[Μm]²≦ D ・ t ≦ λ ・ 45μm ・ (1.585−1.45)²/ (n_u-N_P)²… (19)
And As is clear from FIG. 29, the lower limit value of t is t = D, and D is 2 nm or more as described above. Therefore, the lower limit value of D · t is (2 × 10^-3μm)²Ie 4 × 10^-6[Μm]²It becomes.
[0087]
The approximation that expresses the optical properties of materials in terms of refractive index is valid if D is described in “Iwanami Science Library 8 Asteroids Come”, Masai Mukai, 1994, page 58 of Iwanami Shoten. This is the case when it is larger than 10 nm to 5 nm. On the other hand, when D exceeds 500λ, the light scattering becomes geometric, and the light scattering at the interface between the polymer constituting the polymer cell 518 and the liquid crystal molecules 517 increases according to the Fresnel reflection formula. Is practical
7 nm ≦ D ≦ 500λ (20)
And
[0088]
FIG. 33 shows a configuration of an imaging optical system for a digital camera using the variable focus lens 511 shown in FIG. In this imaging optical system, an image of an object (not shown) is formed on a solid-state imaging device 523 made of, for example, a CCD via a diaphragm 521, a variable focus lens 511, and a lens 522. In FIG. 33, liquid crystal molecules are not shown.
[0089]
According to such an imaging optical system, the variable focus lens 511 is adjusted by changing the focal length of the variable focus lens 511 by adjusting the AC voltage applied to the polymer dispersed liquid crystal layer 514 of the variable focus lens 511 by the variable resistor 519. For example, it is possible to continuously focus on an object distance from infinity to 600 mm without moving the lens 522 in the optical axis direction.
[0090]
FIG. 34 is a diagram showing a configuration of an example of a variable focus diffractive optical element applicable to the optical system according to the present invention.
The variable focus diffractive optical element 531 includes a first transparent substrate 532 having parallel first and second surfaces 532a and 532b, and a ring-shaped diffraction grating having a sawtooth wave cross section having a groove depth in the wavelength order of light. The second transparent substrate 533 having the third surface 533a and the flat fourth surface 533b is formed, and incident light is emitted through the first and second transparent substrates 532 and 533. As described with reference to FIG. 29, a polymer-dispersed liquid crystal layer 514 is provided between the first and second transparent substrates 532 and 533 via the transparent electrodes 513a and 513b, and the switch 515 is connected to the transparent electrodes 513a and 513b. Then, it is connected to an AC power source 516 so that an AC electric field is applied to the polymer dispersed liquid crystal layer 514.
[0091]
In such a configuration, a light beam incident on the variable focus diffractive optical element 531 has a grating pitch of the third surface 533a as p and m is an integer.
psinθ = mλ (21)
It is deflected by an angle θ that satisfies the condition and emitted. Further, the groove depth is h, and the refractive index of the transparent substrate 33 is n.₃₃And k is an integer,
h (n_A-N₃₃) = Mλ (22)
h (n_B-N₃₃) = Kλ (23)
If the above condition is satisfied, the diffraction efficiency becomes 100% at the wavelength λ, and the occurrence of flare can be prevented.
[0092]
Here, when the difference between both sides of the above equations (22) and (23) is obtained,
h (n_A-N_B) = (M−k) λ (24)
Is obtained. Thus, for example, λ = 500 nm, n_A= 1.55, n_B= 1.5
0.05h = (m−k) · 500 nm
When m = 1 and k = 0,
h = 10000 nm = 10 μm
It becomes. In this case, the refractive index n of the transparent substrate 533₃₃From the above equation (22), n₃₃= 1.5 is sufficient. If the grating pitch p at the periphery of the variable focus diffractive optical element 531 is 10 μm, θ≈2.87 °, and a lens with an F number of 10 can be obtained.
[0093]
Since the optical path length of the variable focus diffractive optical element 531 changes depending on whether the voltage applied to the polymer-dispersed liquid crystal layer 514 is turned on or off, for example, the variable focus diffractive optical element 531 is arranged in a portion where the light flux of the lens system is not parallel to adjust the focus. Or for changing the focal length of the entire lens system.
[0094]
In this embodiment, the formulas (22) to (24) are practically
0.7 mλ ≦ h (n_A-N₃₃) ≦ 1.4mλ (25)
0.7 kλ ≦ h (n_B-N₃₃) ≦ 1.4kλ (26)
0.7 (m−k) λ ≦ h (n_A-N_B) ≦ 1.4 (m−k) λ (27)
Should be satisfied.
[0095]
There is also a variable focus lens using twisted nematic liquid crystal. FIG. 35 and FIG. 36 show the configuration of the variable focus glasses 550 in this case. The variable focus lens 551 is provided on the inner surfaces of the lenses 552 and 553 and transparent lenses 513a and 513b, respectively. Alignment films 539a and 539b and a twisted nematic liquid crystal layer 554 provided between the alignment films. The transparent electrodes 513a and 513b are connected to an AC power source 516 via a variable resistor 519, and twisted. An AC electric field is applied to the nematic liquid crystal layer 554.
[0096]
In such a configuration, when the voltage applied to the twisted nematic liquid crystal layer 554 is increased, the liquid crystal molecules 555 are in homeotropic alignment as shown in FIG. 36, compared to the twisted nematic state where the applied voltage is low as shown in FIG. The refractive index of the twisted nematic liquid crystal layer 554 becomes small and the focal length becomes long.
[0097]
Here, the helical pitch P of the liquid crystal molecules 555 in the twisted nematic state shown in FIG. 35 needs to be the same or sufficiently smaller than the wavelength λ of light.
2nm ≦ P ≦ 2λ / 3 (28)
And The lower limit of this condition is determined by the size of the liquid crystal molecules, and the upper limit is a value necessary for the twisted nematic liquid crystal layer 554 to act as an isotropic medium in the state of FIG. 35 when the incident light is natural light. If the upper limit condition is not satisfied, the varifocal lens 551 has a different focal length depending on the polarization direction, and thus a double image is formed and only a blurred image can be obtained.
[0098]
FIG. 37 (a) shows the configuration of a variable deflection prism applicable to the optical system according to the present invention. The variable deflection prism 561 has a first transparent substrate 562 on the incident side having first and second surfaces 562a and 562b, and a parallel plate shape on the emission side having third and fourth surfaces 563a and 563b. And a second transparent substrate 563. The inner surface (second surface) 562b of the transparent substrate 562 on the incident side is formed in a Fresnel shape, and a transparent electrode is formed between the transparent substrate 562 and the transparent substrate 563 on the output side in the same manner as described with reference to FIG. A polymer dispersed liquid crystal layer 514 is provided through 513a and 513b. The transparent electrodes 513a and 513b are connected to an AC power source 516 via a variable resistor 519, thereby applying an AC electric field to the polymer-dispersed liquid crystal layer 514 to control the deflection angle of light transmitted through the variable deflection prism 561. To do. In FIG. 37 (a), the inner surface 562b of the transparent substrate 562 is formed in a Fresnel shape. For example, as shown in FIG. 37 (b), the inner surfaces of the transparent substrates 562 and 563 are inclined relatively. It can be formed in a normal prism shape having a surface, or can be formed in a diffraction grating shape shown in FIG. In the case of forming a diffraction grating, the above equations (21) to (27) are similarly applied.
[0099]
The variable deflection prism 561 having such a configuration can be effectively used for preventing blurring of, for example, a TV camera, a digital camera, a film camera, and binoculars. In this case, the refractive direction (deflection direction) of the variable deflection prism 561 is preferably the vertical direction, but in order to further improve the performance, the deflection directions of the two variable deflection prisms 561 are made different. For example, as shown in FIG. 38, it is desirable that the refraction angle be changed in the vertical and horizontal directions orthogonal to each other. In FIGS. 37 and 38, liquid crystal molecules are not shown.
[0100]
FIG. 39 shows a variable focus mirror to which the variable focus lens used in the optical system according to the present invention is applied. The variable focus mirror 565 includes a first transparent substrate 566 having first and second surfaces 566a and 566b, and a second transparent substrate 567 having third and fourth surfaces 567a and 567b. The first transparent substrate 566 is formed in a flat plate shape or a lens shape, and a transparent electrode 513a is provided on the inner surface (second surface) 566b. The second transparent substrate 567 has an inner surface (third surface) 567a. A reflective film 568 is formed on the concave surface, and a transparent electrode 513b is provided on the reflective film 568. As described with reference to FIG. 29, a polymer-dispersed liquid crystal layer 514 is provided between the transparent electrodes 513a and 513b, and these transparent electrodes 513a and 513b are connected to an AC power source 516 via a switch 515 and a variable resistor 519. Then, an AC electric field is applied to the polymer dispersed liquid crystal layer 514. In FIG. 39, liquid crystal molecules are not shown.
[0101]
According to such a configuration, light incident from the transparent substrate 566 side serves as an optical path for folding the polymer-dispersed liquid crystal layer 514 by the reflective film 568, so that the function of the polymer-dispersed liquid crystal layer 514 can be given twice. By changing the applied voltage to the polymer dispersed liquid crystal layer 514, the focal position of the reflected light can be changed. In this case, the light incident on the variable focus mirror 565 is transmitted twice through the polymer-dispersed liquid crystal layer 514. Therefore, if t is twice the thickness of the polymer-dispersed liquid crystal layer 514, the above formulas are the same Can be used. Note that the inner surface of the transparent substrate 566 or 567 can be formed in a diffraction grating shape as shown in FIG. 34 to reduce the thickness of the polymer dispersed liquid crystal layer 514. In this way, there is an advantage that scattered light can be reduced.
[0102]
In the above description, in order to prevent the deterioration of the liquid crystal, an AC electric field is applied to the liquid crystal using the AC power source 516 as a power source. However, a DC electric field is applied to the liquid crystal using a DC power source. You can also As a method of changing the direction of the liquid crystal molecules, in addition to changing the voltage, the frequency of the electric field applied to the liquid crystal, the strength / frequency of the magnetic field applied to the liquid crystal, or the temperature of the liquid crystal may be changed. In the embodiment described above, the polymer-dispersed liquid crystal is not liquid but is almost solid. In that case, one of the lenses 512a and 512b, one of the transparent substrate 532, the lens 538, one of the lenses 552 and 553, FIG. One of the transparent substrate 563 in FIG. 37A, one of the transparent substrates 562 and 563 in FIG. In the present application, a variable focus mirror that does not change its shape as shown in FIG. 39 is also included in the variable shape mirror.
[0103]
FIG. 40 is a schematic configuration diagram of an imaging unit 141 using the variable focus lens 140 according to still another embodiment of the variable focus lens used in the optical system of the present invention. The imaging unit 141 can be used as an imaging system of the present invention.
In the present embodiment, the lens 102 and the variable focus lens 140 constitute an imaging lens. The imaging lens 141 and the solid-state imaging device 408 constitute an imaging unit 141. The variable focus lens 140 is configured by sandwiching a fluid or jelly-like substance 144 that transmits light between a transparent member 142 and a soft transparent substance 143 such as a piezoelectric synthetic resin.
[0104]
As the fluid or jelly-like substance 144, silicon oil, elastic rubber, jelly, water, or the like can be used. Transparent electrodes 145 are provided on both surfaces of the transparent material 143. By applying a voltage through the circuit 103 ′, the transparent material 143 is deformed by the piezoelectric effect of the transparent material 143, and the focal length of the variable focus lens 140 is increased. It is going to change.
Therefore, according to the present embodiment, even when the object distance is changed, focusing can be performed without moving the optical system with a motor or the like, which is excellent in terms of small size, light weight, and low power consumption.
[0105]
In FIG. 40, 145 is a transparent electrode, and 146 is a cylinder for accumulating fluid. The material of the transparent material 143 includes polyurethane, silicone rubber, acrylic elastomer, PZT, PLZT, polyvinylidene fluoride (PVDF) and other polymer piezoelectric materials, vinylidene cyanide copolymer, vinylidene fluoride and trifluoroethylene. A copolymer or the like is used.
If an organic material having piezoelectricity, a synthetic resin having piezoelectricity, an elastomer having piezoelectricity, or the like is used, a large deformation of the varifocal lens surface may be realized.
A transparent piezoelectric material may be used for the variable focus lens.
[0106]
In the example of FIG. 40, the variable focus lens 140 may have a structure in which the support member 147 is provided and the cylinder 146 is omitted, as shown in FIG. 41, instead of the cylinder 146.
The support member 147 fixes a portion of the periphery of the transparent substance 143 with the transparent electrode 145 interposed therebetween. According to the present embodiment, even when the transparent material 143 is deformed by applying a voltage to the transparent material 143, as shown in FIG. 42, the entire volume of the variable focus lens 140 is deformed so as not to change. 146 becomes unnecessary. 41 and 42, reference numeral 148 denotes a deformable member, which is made of an elastic body, an accordion-like synthetic resin, a metal, or the like.
[0107]
In the embodiments shown in FIGS. 40 and 41, when the voltage is applied in the reverse direction, the transparent material 143 is deformed in the reverse direction, so that it can be a concave lens.
Note that in the case where an electrostrictive material such as acrylic elastomer or silicon rubber is used for the transparent substance 143, the transparent substance 143 may have a structure in which a transparent substrate and an electrostrictive material are bonded to each other.
[0108]
FIG. 43 is a schematic configuration diagram of a variable focus lens 167 for changing a lens surface by inserting and removing a fluid 161 by a micro pump 160 according to still another embodiment of the variable focus lens used in the optical system of the present invention.
The micropump 160 is, for example, a small-sized pump made by a micromachine technique and is configured to move with electric power. The fluid 161 is sandwiched between the transparent substrate 163 and the elastic body 164. In FIG. 43, reference numeral 165 denotes a transparent substrate for protecting the elastic body 164, which need not be provided.
Examples of pumps made with micromachine technology include those using thermal deformation, those using piezoelectric materials, and those using electrostatic forces.
[0109]
Then, two micro pumps 180 as shown in FIG. 28 may be used, for example, like the micro pump 160 used in the variable focus lens shown in FIG.
[0110]
In a variable focus lens using an electrostatic force or a piezoelectric effect, a high voltage may be required for driving. In that case, the control system may be configured by using a step-up transformer or a piezoelectric transformer.
In particular, when a laminated piezoelectric transformer is used, the size may be reduced.
[0111]
FIG. 44 is a schematic configuration diagram of a variable focus lens 201 using a piezoelectric material 200 as another embodiment of a variable optical property optical element applicable to the optical system according to the present invention.
A material similar to the transparent material 143 is used for the piezoelectric material 200, and the piezoelectric material 200 is provided on a transparent and soft substrate 202. Note that a synthetic resin or an organic material is preferably used for the substrate 202.
In the present embodiment, the piezoelectric material 200 is deformed by applying a voltage to the piezoelectric material 200 via the two transparent electrodes 59, and has a function as a convex lens in FIG.
[0112]
In addition, the shape of the substrate 202 is formed in a convex shape in advance, and the size of at least one of the two transparent electrodes 59 is different from that of the substrate 202. For example, one transparent electrode 59 is If it is made smaller than the substrate 202, when the voltage is turned off, as shown in FIG. 45, only a predetermined portion where the two transparent electrodes 59 face each other is deformed into a concave shape and has a function of a concave lens. Operates as a variable focus lens.
At this time, since the substrate 202 is deformed so that the volume of the fluid 161 does not change, there is an advantage that the liquid reservoir 168 is unnecessary.
[0113]
In this embodiment, there is a great merit in that the liquid reservoir 168 is not required by deforming a part of the substrate holding the fluid 161 with the piezoelectric material.
As can be said for the embodiment of FIG. 43, the transparent substrates 163 and 165 may be configured as lenses or flat surfaces.
[0114]
FIG. 46 is a schematic configuration diagram of a variable focus lens using two thin plates 200A and 200B made of a piezoelectric material, which is still another example of an optical characteristic variable optical element applicable to the optical system according to the present invention. .
The variable focus lens of the present embodiment has an advantage that the amount of deformation is increased and a large variable focus range can be obtained by reversing the directionality of the materials of the thin plates 200A and 200B.
In FIG. 46, reference numeral 204 denotes a lens-shaped transparent substrate.
Also in this embodiment, the transparent electrode 59 on the right side of the drawing is formed smaller than the substrate 202.
[0115]
44 to 46, the thickness of the substrate 202 and the thin plates 200, 200A, and 200B may be made non-uniform, and the manner of deformation when a voltage is applied may be controlled.
By doing so, it is possible to correct aberrations of the lens, which is convenient.
[0116]
FIG. 47 is a schematic diagram showing still another embodiment of the variable focus lens used in the optical system according to the present invention.
The variable focus lens 207 of the present embodiment is configured using an electrostrictive material 206 such as silicon rubber or acrylic elastomer.
According to the configuration of this example, when the voltage is low, it acts as a convex lens as shown in FIG. 47, and when the voltage is increased, as shown in FIG. The focal length increases. Therefore, it operates as a variable focus lens.
According to the variable focus lens of this embodiment, there is an advantage that power consumption is small because a large power source is not required.
[0117]
FIG. 49 is a schematic configuration diagram of a variable focus lens using a photomechanical effect, which is still another example of the optical characteristic variable optical element applicable to the optical system according to the present invention.
In the variable focus lens 214 of this embodiment, the azobenzene 210 is sandwiched between transparent elastic bodies 208 and 209, and the azobenzene 210 is irradiated with light via a transparent spacer 211.
In FIG. 49, 212 and 213 each have a center wavelength of λ.₁, Λ₂For example, a light source such as an LED or a semiconductor laser.
[0118]
In this embodiment, the center wavelength is λ₁When the trans-type azobenzene shown in FIG. 50 (a) is irradiated with the light of azobenzene 210, the azobenzene 210 changes to the cis-type shown in FIG. 50 (b) and the volume decreases. For this reason, the shape of the variable focus lens 214 becomes light, and the convex lens action is reduced.
On the other hand, the center wavelength is λ₂Is irradiated to the cis-type azobenzene 210, the azobenzene 210 changes from the cis-type to the trans-type, and the volume increases. For this reason, the shape of the variable focus lens 214 becomes thick, and the convex lens action increases.
In this way, the optical element 214 of this embodiment functions as a variable focus lens.
In the variable focus lens 214, light is totally reflected at the boundary surfaces of the transparent elastic bodies 208 and 209 with the air, so that light does not leak to the outside and efficiency is high. The wavelength of light used as a lens is not limited to visible light, but may be infrared light or the like. As the azobenzene 210, a mixture of azobenzene and another liquid may be used.
[0119]
FIG. 51 is a schematic configuration diagram showing still another embodiment of a deformable mirror used as a variable mirror in the optical system according to the present invention. In this embodiment, the description will be made assuming that the digital camera is used. In FIG. 51, 411 is a variable resistor, 414 is an arithmetic unit, 415 is a temperature sensor, 416 is a humidity sensor, 417 is a distance sensor, and 424 is a shake sensor.
The deformable mirror 45 of this embodiment is provided with a divided electrode 409b spaced apart from an electrostrictive material 453 made of an organic material such as acrylic elastomer, and an electrode 452 and a deformable substrate 451 are arranged on the electrostrictive material 453 in this order. Further, a reflection film 450 made of a metal such as aluminum that reflects incident light is provided thereon.
With this configuration, there is an advantage that the surface shape of the reflective film 450 becomes smoother and optical aberrations are less likely to occur compared to the case where the divided electrode 409b is integrated with the electrostrictive material 453.
Note that the disposition of the deformable substrate 451 and the electrode 452 may be reversed.
In FIG. 51, reference numeral 449 denotes a button for zooming or zooming the optical system, and the deformable mirror 45 deforms the shape of the reflective film 450 by pressing the button 449 by the user, Control is performed via an arithmetic unit 414 so that zooming can be performed.
Note that a piezoelectric material such as barium titanate described above may be used instead of the electrostrictive material made of an organic material such as acrylic elastomer.
[0120]
Finally, definitions of terms used in the present invention will be described.
[0121]
An optical device is a device including an optical system or an optical element. The optical device alone may not function. That is, it may be a part of the apparatus.
[0122]
The optical device includes an imaging device, an observation device, a display device, a lighting device, a signal processing device, and the like.
[0123]
Examples of the imaging device include a film camera, a digital camera, a robot eye, a lens interchangeable digital single-lens reflex camera, a television camera, a moving image recording device, an electronic moving image recording device, a camcorder, a VTR camera, and an electronic endoscope. A digital camera, a card-type digital camera, a TV camera, a VTR camera, a moving image recording camera, and the like are all examples of an electronic imaging device.
[0124]
Examples of the observation apparatus include a microscope, a telescope, glasses, binoculars, a loupe, a fiberscope, a viewfinder, a viewfinder, and the like.
[0125]
Examples of the display device include a liquid crystal display, a viewfinder, a game machine (Sony PlayStation), a video projector, a liquid crystal projector, a head mounted display (HMD), a PDA (personal digital assistant), There are mobile phones.
[0126]
Examples of the illumination device include a camera strobe, an automobile headlight, an endoscope light source, and a microscope light source.
[0127]
Examples of the signal processing device include a mobile phone, a personal computer, a game machine, an optical disk reading / writing device, an optical computer arithmetic device, and the like.
[0128]
The imaging device refers to, for example, a CCD, an imaging tube, a solid-state imaging device, a photographic film, and the like. The plane parallel plate is included in one of the prisms. The change of the observer includes the change of the diopter. The change in the subject includes a change in the object distance as the subject, movement of the object, movement of the object, vibration, blurring of the object, and the like.
[0129]
The definition of the extended surface is as follows.
In addition to spherical surfaces, flat surfaces, and rotationally symmetric aspheric surfaces, spherical surfaces that are decentered with respect to the optical axis, flat surfaces, rotationally symmetric aspheric surfaces, aspheric surfaces that have a symmetric surface, aspheric surfaces that have only one symmetric surface, and non-symmetrical surfaces Any shape such as a spherical surface, a free-form surface, a non-differentiable point, or a surface having a line may be used. It may be a reflective surface or a refractive surface as long as it can have some influence on light.
In the present invention, these are collectively referred to as an extended curved surface.
[0130]
The optical characteristic variable optical element includes a variable focus lens, a variable shape mirror, a polarization prism whose surface shape changes, a vertex angle variable prism, a variable diffractive optical element whose light deflection action changes, that is, a variable HOE, a variable DOE, and the like.
[0131]
The variable focus lens includes a variable lens in which the focal length does not change and the amount of aberration changes. The same applies to the deformable mirror.
In short, an optical element whose light deflection action such as light reflection, refraction, and diffraction can be changed is called an optical characteristic variable optical element.
[0132]
An information transmission device is a device that can input and transmit any information such as a remote control such as a mobile phone, a fixed phone, a game machine, a TV, a radio cassette, a stereo, a personal computer, a keyboard of a personal computer, a mouse, a touch panel, etc. Point to.
It shall also include a television monitor with an imaging device, a personal computer monitor, and a display.
The information transmission device is included in the signal processing device.
[0133]
As described above, the optical system of the present invention has the following features in addition to the invention described in the claims.
[0134]
(1) A deformed shape of the reflecting surface when a voltage or current is supplied to the deformable mirror before being incorporated in the optical system is measured by a non-contact type measuring device, and the measured value of the deformed shape is measured by the zoom. The voltage applied to the deformable mirror or the current to be supplied so as to match the optical design value of the optimum shape while comparing with the optical design value of the optimum shape of the deformable mirror corresponding to the state and the distance to the subject The value of the voltage or current applied to the deformable mirror when the measured value of the deformed shape matches the optical design value of the optimum shape is adjusted to the optimum voltage value to be applied to the deformable mirror. Alternatively, the two-dimensional LUT is created by storing it in output information as an optimum current value to be supplied.Or 2The optical system described in 1.
[0135]
(2) Applying voltage or supplying current to the deformable mirror after being incorporated into the optical system, and evaluating the sharpness of the image formed by the optical system corresponding to the zoom state and the distance to the subject. The voltage applied to the deformable mirror or the value of the supplied current is adjusted, and the voltage applied to the deformable mirror or the value of the supplied current when the sharpness is the best is applied to the deformable mirror. 2. The two-dimensional LUT is created by storing in an output information as an optimum voltage value to be supplied or an optimum current value to be supplied.2The optical system according to any one of (1) above.
[0136]
(3) It has a table of approximate curves of the optimum voltage or optimum current to be applied to the deformable mirror corresponding to the distance to the subject in each zoom state, and is based on the zoom state and distance information to the subject at the time of imaging. The optimum voltage value to be applied to the deformable mirror or the optimum current value to be supplied is calculated using the approximation formula obtained from the approximate curve table, and the optimum voltage or current obtained by the calculation is calculated. 2. An application or supply to the deformable mirror.Or 2The optical system described in 1.
[0137]
(4) A table of approximate curves of the optimum voltage or optimum current to be applied to the deformable mirror corresponding to the zoom state at the distance to each subject, and based on the zoom state and distance information to the subject at the time of imaging. The optimum voltage value to be applied to the deformable mirror or the optimum current value to be supplied is calculated using the approximation formula obtained from the approximate curve table, and the optimum voltage or current obtained by the calculation is calculated. 2. An application or supply to the deformable mirror.Or 2The optical system described in 1.
[0138]
(5) It has a table of approximate curved surfaces of the optimum voltage or optimum current to be applied to the deformable mirror corresponding to the zoom state and the distance to the subject, and based on the zoom state and the distance information to the subject at the time of imaging. The optimal voltage value to be applied to the deformable mirror or the optimal current value to be supplied is calculated by the approximate expression obtained from the approximate curved surface table, and the optimal voltage or current obtained by the calculation is calculated as described above. The application or supply to the deformable mirror1The optical system described.
[0139]
(6) Claim 1Or 2In the method for creating a two-dimensional LUT used in the optical system described in the above, the deformed shape of the reflecting surface when a voltage or current is supplied to the deformable mirror before being incorporated into the optical system is measured with a non-contact type measuring instrument. Measure and match the measured value of the deformed shape with the optical design value of the optimal shape while comparing the optical design value of the deformable mirror corresponding to the zoom state and the distance to the subject. The voltage applied to the deformable mirror or the value of the supplied current is adjusted, and the voltage applied to the deformable mirror or the supplied current when the measured value of the deformed shape matches the optical design value of the optimum shape A value is stored in output information as an optimum voltage value to be applied to the deformable mirror or an optimum current value to be supplied.
[0140]
(7) Claim 1Or 2In the creation method of the two-dimensional LUT used in the optical system described in (2) or the creation method of the two-dimensional LUT described in (6) above, a voltage is applied or a current is supplied to the deformable mirror after being incorporated into the optical system. While adjusting the sharpness of the image formed by the optical system corresponding to the zoom state and the distance to the subject, the voltage applied to the deformable mirror or the value of the current to be supplied is adjusted to obtain the best sharpness. The voltage applied to the deformable mirror or the value of the supplied current is stored in the output information as the optimum voltage value to be applied to the deformable mirror or the optimum current value to be supplied. How to create a dimensional LUT.
[0141]
(8) In an optical system that includes an optical element and a deformable mirror, bends the optical axis by the deformable mirror, and forms a subject image on the imaging surface, the distance to the subject as input information, and the distance to the subject And a one-dimensional look-up table (LUT) that stores, as output information, the value of the voltage applied to the deformable mirror or the value of the current to be supplied. Based on the output information, the voltage applied to the deformable mirror or the value of the current to be supplied is changed to determine the sharpness of the formed image, and the 1 when the sharpness of the formed image is the best An optical system characterized in that output information of a dimension LUT is determined as a voltage applied to the deformable mirror or a value of a current to be supplied.
[0142]
(9) When the distance to the subject cannot be detected at the time of imaging, the one-dimensional LUT is sequentially scanned, and the voltage applied to the deformable mirror or the value of the current to be supplied based on the obtained output information Is changed to determine the sharpness of the image, and the output information of the one-dimensional LUT when the sharpness of the image is the best is the voltage applied to the deformable mirror or the value of the current to be supplied The optical system according to (8), wherein the optical system is determined as follows.
[0143]
(10) In an optical system that includes an optical element and a deformable mirror, bends the optical axis by the deformable mirror, and forms a subject image on an imaging surface, the distance to the subject is input information, and the distance to the subject And a one-dimensional look-up table (LUT) that stores, as output information, the value of the voltage applied to the deformable mirror or the value of the current to be supplied. An optical system characterized in that the one-dimensional LUT is input using the distance to the subject as a key, and the obtained output information is determined as a voltage applied to the deformable mirror or a value of a supplied current.
[0144]
(11) A deformed shape of the reflecting surface when a voltage or current is applied to the deformable mirror before being incorporated into the optical system is measured with a non-contact type measuring device, and the measured value of the deformed shape is While comparing with the optical design value of the optimum shape of the deformable mirror corresponding to the distance to the subject, the voltage applied to the deformable mirror or the value of the current to be supplied so as to match the optical design value of the optimum shape The voltage or current value applied to the deformable mirror when the measured value of the deformed shape matches the optical design value of the optimum shape is adjusted or supplied to the optimum voltage value to be applied to the deformable mirror. The optical system according to any one of (8) to (10) above, wherein the one-dimensional LUT is created by storing it in output information as a power optimal current value.
[0145]
(12) Applying voltage or supplying current to the deformable mirror after being incorporated into the optical system, and evaluating the sharpness of the image formed by the optical system corresponding to the distance to the subject The voltage applied to the shape mirror or the value of the current to be supplied is adjusted, and the voltage applied to the deformable mirror or the value of the supplied current when the sharpness is the best should be applied to the deformable mirror. The optical system according to any one of (8) to (11) above, wherein the one-dimensional LUT is created by storing in the output information as a value or an optimum current value to be supplied.
[0146]
(13) An approximate curve table of optimum voltage or optimum current to be applied to the deformable mirror corresponding to the distance to the subject is provided, and based on the distance information to the subject at the time of imaging, from the approximate curve table The optimum voltage value to be applied to the deformable mirror or the optimum current value to be supplied is calculated with the obtained approximate expression, and the voltage or current of the optimum value obtained by the calculation is applied to or supplied to the deformable mirror. The optical system according to any one of (8) to (10), wherein the optical system is configured as described above.
[0147]
(14) In the method for creating a one-dimensional LUT used in the optical system according to any one of (8) to (10), when voltage is applied or current is supplied to the deformable mirror before being incorporated into the optical system The deformation shape of the reflecting surface of the mirror is measured with a non-contact type measuring device, and the measurement value of the deformation shape is compared with the optical design value of the optimum shape of the deformable mirror corresponding to the distance to the subject. The variable shape when the measured value of the deformed shape matches the optical design value of the optimum shape by adjusting the voltage applied to the deformable mirror or the value of the supplied current so as to match the optical design value of the shape A method for creating a one-dimensional LUT, wherein a voltage applied to a mirror or a value of a supplied current is stored in output information as an optimum voltage value to be applied to the deformable mirror or an optimum current value to be supplied.
[0148]
(15) In the method for creating a one-dimensional LUT used in the optical system according to any one of (8) to (10) or the method for creating a one-dimensional LUT described in (14) above, after being incorporated into the optical system The voltage applied to the deformable mirror or the current supplied to the deformable mirror while evaluating the sharpness of the image formed by the optical system corresponding to the distance to the subject. The voltage applied to the deformable mirror or the value of the supplied current when the sharpness is the best is output as the optimum voltage value to be applied to the deformable mirror or the optimum current value to be supplied. A method for creating a one-dimensional LUT, which is stored in information.
[0149]
(16)When one of the zoom state and the distance to the subject can be detected during imaging, the two-dimensional LUT is sequentially scanned with the detected zoom state or the distance to the subject fixed. Based on the output information, the voltage applied to the varifocal lens or the value of the current to be supplied is changed to determine the sharpness of the formed image, and the 2 when the sharpness of the formed image is the best. 4. The optical system according to claim 3, wherein output information of the dimension LUT is determined as a voltage applied to the variable focus lens or a value of a current to be supplied.
[0150]
(17)A deformed shape of the lens surface when a voltage or current is supplied to the variable focus lens before being incorporated into the optical system is measured with a non-contact type three-dimensional shape measuring instrument, and the measured value of the deformed shape is The voltage applied to or supplied to the variable focus lens so as to match the optical design value of the optimum shape while comparing with the optical design value of the optimum shape of the variable focus lens corresponding to the zoom state and the distance to the subject. An optimum voltage to be applied to the variable focus lens by adjusting a current value and applying a voltage or a current value applied to the variable focus lens when the measured value of the deformed shape matches the optical design value of the optimum shape. 5. The light according to claim 3, wherein the two-dimensional LUT is created by storing it in output information as a value or an optimum current value to be supplied. System.
[0151]
(18)While applying voltage or supplying current to the variable focus lens after being incorporated into the optical system, while evaluating the sharpness of the image formed by the optical system corresponding to the zoom state and the distance to the subject, The voltage to be applied to the variable focus lens or the value of the supplied current is adjusted, and the voltage applied to the variable focus lens or the value of the supplied current when the sharpness is the best should be applied to the variable focus lens. 5. The two-dimensional LUT is created by storing in the output information as a voltage value or an optimum current value to be supplied, according to any one of claims 3, 4, and (16), (17) The optical system described.
[0152]
(19)It has a table of approximate curves of optimum voltage or optimum current to be applied to the variable focus lens corresponding to the distance to the subject in each zoom state, and based on the zoom state and the distance information to the subject at the time of imaging, An optimum voltage value to be applied to the variable focus lens or an optimum current value to be supplied is calculated by an approximate expression obtained from the approximate curve table, and the voltage or current of the optimum value obtained by the calculation is calculated as the variable focus. The optical system according to claim 3, wherein the optical system is applied or supplied to a lens.
[0153]
(20)It has a table of approximate curves of the optimum voltage or optimum current to be applied to the variable focus lens corresponding to the zoom state at the distance to each subject, and based on the zoom state and the distance information to the subject at the time of imaging, An optimum voltage value to be applied to the variable focus lens or an optimum current value to be supplied is calculated by an approximate expression obtained from the approximate curve table, and the voltage or current of the optimum value obtained by the calculation is calculated as the variable focus. The optical system according to claim 3, wherein the optical system is applied or supplied to a lens.
[0154]
(21)It has a table of approximate curved surfaces of the optimum voltage or optimum current to be applied to the variable focus lens corresponding to the zoom state and the distance to the subject, and the approximation based on the zoom state and the distance information to the subject at the time of imaging An optimum voltage value to be applied to the variable focus lens or an optimum current value to be supplied to the variable focus lens is calculated by an approximate expression obtained from a curved surface table, and the optimum voltage or current obtained by the calculation is calculated as the variable focus lens. The optical system according to claim 3, wherein the optical system is applied to or supplied to the optical system.
[0155]
(22)5. A method of creating a two-dimensional LUT used in an optical system according to claim 3, 4 or 16, wherein a voltage or current is applied to the varifocal lens before being incorporated into the optical system. The deformed shape of the lens surface is measured by a non-contact type three-dimensional shape measuring instrument, and the measured value of the deformed shape is an optical design value of the optimum shape of the variable focus lens corresponding to the zoom state and the distance to the subject. While comparing, the voltage applied to the varifocal lens or the value of the supplied current is adjusted so as to match the optical design value of the optimal shape, and the measured value of the deformed shape matches the optical design value of the optimal shape The voltage applied to the varifocal lens or the value of the supplied current is stored in the output information as the optimum voltage value to be applied to the varifocal lens or the optimum current value to be supplied. 2-dimensional LUT how to create to.
[0156]
(23)A method for creating a two-dimensional LUT for use in an optical system according to any one of claims 3 and 4 or (16) or a method for creating a two-dimensional LUT according to (22), wherein the two-dimensional LUT is incorporated into the optical system While applying a voltage or supplying a current to the variable focus lens and evaluating the sharpness of the image formed by the optical system corresponding to the zoom state and the distance to the subject, the voltage applied to the variable focus lens or The value of the supplied current is adjusted, and the voltage applied to the varifocal lens or the value of the supplied current when the sharpness is the best is the optimum voltage value to be applied to the varifocal lens or the optimum current to be supplied. A method for creating a two-dimensional LUT, characterized in that it is stored in output information as a value.
[0157]
(24)When the distance to the subject cannot be detected during imaging, the one-dimensional LUT is sequentially scanned, and the voltage applied to the variable focus lens or the value of the supplied current is changed based on the obtained output information. Then, the sharpness of the formed image is determined, and the output information of the one-dimensional LUT when the sharpness of the formed image is the best is determined as the voltage applied to the variable focus lens or the value of the supplied current. The optical system according to claim 5, which is configured as described above.
[0158]
(25)A deformed shape of the lens surface when a voltage or current is supplied to the variable focus lens before being incorporated into the optical system is measured with a non-contact type three-dimensional shape measuring instrument, and the measured value of the deformed shape is While comparing with the optical design value of the optimum shape of the variable focus lens corresponding to the distance to the subject, the voltage applied to the variable focus lens or the value of the supplied current is set so as to match the optical design value of the optimum shape. The voltage or current value applied to the varifocal lens when the measured value of the deformed shape matches the optical design value of the optimum shape is adjusted or supplied as the optimum voltage value to be applied to the varifocal lens. 7. The optical system according to claim 5, wherein the one-dimensional LUT is created by storing it in output information as a power optimum current value.
[0159]
(26)Applying voltage or supplying current to the variable focus lens after being incorporated in the optical system, and evaluating the sharpness of the image formed by the optical system corresponding to the distance to the subject, to the variable focus lens The voltage applied or the value of the supplied current is adjusted, and the voltage applied to the varifocal lens or the value of the supplied current when the sharpness is optimal is the optimum voltage value or supply to be applied to the varifocal lens. 7. The optical system according to claim 5, wherein the one-dimensional LUT is created by storing it in output information as an optimum current value to be generated. .
[0160]
(27)It has an approximate curve table of the optimum voltage or optimum current to be applied to the variable focus lens corresponding to the distance to the subject, and is obtained from the approximate curve table based on the distance information to the subject at the time of imaging. An optimum voltage value to be applied to the varifocal lens or an optimum current value to be supplied is calculated by an approximate expression, and the voltage or current of the optimum value obtained by the calculation is applied to or supplied to the varifocal lens. The optical system according to any one of claims 5 and (24), wherein
[0161]
(28)The method for producing a one-dimensional LUT used in the optical system according to any one of claims 5 and 6, wherein a voltage is applied or a current is supplied to the varifocal lens before being incorporated into the optical system. While measuring the deformed shape of the lens surface with a non-contact type three-dimensional shape measuring instrument and comparing the measured value of the deformed shape with the optical design value of the optimum shape of the variable focus lens corresponding to the distance to the subject, The voltage applied to the variable focus lens or the value of the supplied current is adjusted so as to match the optical design value of the optimum shape, and the measured value of the deformed shape matches the optical design value of the optimum shape. One-dimensional L, wherein the voltage applied to the variable focus lens or the value of the supplied current is stored in the output information as the optimum voltage value to be applied to the variable focus lens or the optimum current value to be supplied. T how to create.
[0162]
(29)A method for creating a one-dimensional LUT for use in an optical system according to any one of claims 5 and 6 or (24) or a method for creating a one-dimensional LUT according to (28) above, wherein the one-dimensional LUT is incorporated into the optical system. Applying voltage or supplying current to the variable focus lens and evaluating the sharpness of the image formed by the optical system corresponding to the distance to the subject while applying the voltage or current to be applied to the variable focus lens The value of the voltage applied to the variable focus lens or the value of the supplied current when the sharpness is optimal is output as the optimum voltage value to be applied to the variable focus lens or the optimum current value to be supplied. A method of creating a one-dimensional LUT, characterized in that the one-dimensional LUT is stored.
[0163]
(30)In an optical system comprising an optical element and a deformable mirror, bending the optical axis by the deformable mirror, and forming a subject image on the imaging surface, the zoom state due to the movement of the optical element and the distance to the subject are input information And a two-dimensional lookup table (LUT) that stores, as output information, a voltage applied to the deformable mirror or a value of a current to be supplied corresponding to the zoom state and the distance to the subject. The two-dimensional LUT is sequentially scanned, and based on the obtained output information, the voltage applied to the deformable mirror or the value of the supplied current is changed to determine the sharpness of the formed image, and the formed image An optical system characterized in that the output information of the two-dimensional LUT when the sharpness of the lens is the best is determined as the value of the voltage to be applied to the deformable mirror or the value of the current to be supplied.
[0164]
(31)When one of the zoom state and the distance to the subject can be detected during imaging, the two-dimensional LUT is sequentially scanned with the detected zoom state or the distance to the subject fixed. Based on the output information, the voltage applied to the deformable mirror or the value of the current to be supplied is changed to determine the sharpness of the formed image, and the 2 when the sharpness of the formed image is the best The optical system according to (30), wherein the output information of the dimension LUT is determined as a voltage applied to the deformable mirror or a value of a current to be supplied.
[0165]
(32)In an optical system comprising an optical element and a deformable mirror, bending the optical axis by the deformable mirror, and forming a subject image on the imaging surface, the zoom state due to the movement of the optical element and the distance to the subject are input information And a two-dimensional lookup table (LUT) that stores, as output information, a voltage applied to the deformable mirror or a value of a current to be supplied corresponding to the zoom state and the distance to the subject. When both the zoom state and the distance to the subject can be detected, the zoom state and the distance to the subject are fixed, the two-dimensional LUT is input, and the obtained output information is sent to the deformable mirror. An optical system characterized in that it is determined as a value of a voltage to be applied or a current to be supplied.
[0166]
(33)6. The optical system according to claim 1, wherein the deformable reflecting member of the deformable mirror is made of an organic material.
[0167]
(34)The shape of the reflective surface which a deformable mirror deform | transforms includes the state which is a free-form surface, The said (1)-(15) and any one of (30)-(33) characterized by the above-mentioned. Optical system.
[0168]
(35)The optical system according to any one of claims 1 and 2, and (1) to (15) and (30) to (33), comprising a plurality of deformable mirrors.
[0169]
(36)The optical system according to any one of claims 1 and 2, and (1) to (15), (30) to (32), and (35), wherein the optical system includes a moving lens group.
[0170]
(37)The optical system according to any one of claims 1 and 2, and (1) to (15) and (36), wherein the optical system includes a plurality of moving lens groups.
[0171]
(38)The LUT creation method according to (2) or (15) above, wherein a plurality of marks are used as subjects.
[0172]
(39)Scans a one-dimensional LUT created using the change in distance to the subject or the amount of focus shift caused by zooming as a key, determines the shape of the deformable mirror with the maximum image sharpness, and changes the shape An optical system including a state in which a reflecting surface of a mirror is a free-form surface.
[0173]
(40)The deformable mirror is manufactured by using lithography, and any one of (1) to (15), (30) to (37), (39) is provided. Optical system.
[0174]
(41)8. The variable shape mirror or the variable focus lens is driven by any one of electrostatic force, electromagnetic force, piezoelectric effect, electrostriction, and fluid, and any one of (1) to (39) above The optical system described in 1.
[0175]
【Effect of the invention】
  According to the optical system of the present invention, the power consumption is small, the sound is quiet, the response time is shortened, the mechanical structure is simplified, and the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a basic configuration of an optical system to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a deformable mirror 2 used in the optical system of FIG.
3 is a diagram showing the deformable mirror of FIG. 2 for each substrate, where (a) is a plan view showing a configuration of a frame material portion, and (b) is a plan view showing a configuration of a lower substrate portion. .
4 is a diagram showing another configuration example of the deformable mirror 2 used in the optical system of FIG.
5 is a diagram showing still another configuration example of the deformable mirror 2 used in the optical system of FIG. 1. FIG.
FIG. 6 is a diagram showing an example of evaluation of sharpness used in the optical system of the present invention, where the left side is an explanatory diagram showing an acquired image, and the right side is when Fourier transformation is performed on the image information of the attention area of the acquired image. It is a graph which shows the spatial frequency component.
FIG. 7 is a block diagram when determining a voltage to be applied to the deformable mirror according to the first embodiment of the optical system of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing an approximate curve of the applied voltage with respect to the distance to the subject, which is an example when the discrete data used in the optical system of the present invention is approximated.
FIG. 9 is a block diagram for determining a voltage to be applied to the deformable mirror according to the second embodiment of the optical system of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram of determining a voltage to be applied to the deformable mirror according to the third embodiment of the optical system of the present invention.
FIG. 11 is a block diagram for determining a voltage to be applied to the deformable mirror according to the fourth embodiment of the optical system of the present invention.
FIG. 12 is a block diagram showing an example in which a voltage is applied to a deformable mirror in an optical system in which an optical element according to the present invention is not zoom-driven.
FIG. 13 is a block diagram showing another embodiment in which a voltage is applied to a deformable mirror in an optical system in which the optical element according to the present invention is not zoom driven.
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a Kepler finder of a digital camera using a variable optical property mirror as a variable mirror used in the optical system of the present invention.
FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of a deformable mirror 409 used as a variable mirror according to the present invention.
16 is an explanatory view showing one form of electrodes used in the deformable mirror of the embodiment of FIG.
FIG. 17 is an explanatory view showing another form of electrodes used in the deformable mirror of the embodiment of FIG. 15;
FIG. 18 is a schematic configuration diagram showing still another embodiment of the deformable mirror 409 used as the variable mirror according to the present invention.
FIG. 19 is a schematic configuration diagram showing still another embodiment of the deformable mirror 409 used as the variable mirror according to the present invention.
FIG. 20 is a schematic configuration diagram showing still another embodiment of the deformable mirror 409 used as the variable mirror according to the present invention.
FIG. 21 is an explanatory diagram showing a state of a winding density of the thin film coil 427 in the embodiment of FIG.
FIG. 22 is a schematic configuration diagram showing still another embodiment of the deformable mirror 409 used as the variable mirror according to the present invention.
FIG. 23 is an explanatory view showing an arrangement example of a coil 427 in the embodiment of FIG. 22;
24 is an explanatory diagram showing another arrangement example of the coil 427 in the embodiment of FIG. 22;
25 is an explanatory diagram showing an arrangement of permanent magnets 426 suitable for the case where the arrangement of the coil 427 is as shown in FIG. 24 in the embodiment shown in FIG.
26 shows an imaging system using a deformable mirror 409 as a variable mirror applicable to an optical device, for example, a digital camera of a mobile phone, a capsule endoscope, an electronic endoscope according to still another embodiment of the present invention. 1 is a schematic configuration diagram of an imaging system used for a digital camera for a personal computer, a digital camera for a PDA, and the like.
FIG. 27 is a schematic configuration diagram of a deformable mirror 188 used as a deformable mirror that deforms a mirror surface by introducing and removing a fluid 161 with a micropump 180 according to still another embodiment of the deformable mirror of the present invention.
FIG. 28 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a micropump applicable to a variable mirror used in the optical system of the present invention.
FIG. 29 is a diagram showing a basic configuration of a variable focus lens used in the optical system according to the present invention.
FIG. 30 is a diagram showing a refractive index ellipsoid of uniaxial nematic liquid crystal molecules.
31 is a diagram showing a state in which an electric field is applied to the polymer-dispersed liquid crystal layer shown in FIG. 27. FIG.
32 is a diagram showing an example of the configuration when the applied voltage to the polymer-dispersed liquid crystal layer shown in FIG. 29 is variable.
33 is a diagram showing a configuration of an imaging optical system for a digital camera using the variable focus lens 511 shown in FIG. 32. FIG.
FIG. 34 is a diagram showing a configuration of an example of a variable focus diffractive optical element applicable to the optical system according to the present invention.
FIG. 35 is a diagram illustrating a configuration of variable focus glasses having a variable focus lens using twisted nematic liquid crystal.
FIG. 36 is a diagram showing an alignment state of liquid crystal molecules when the voltage applied to the twisted nematic liquid crystal layer shown in FIG. 35 is increased.
FIGS. 37A and 37B are diagrams showing configurations of two examples of a variable deflection prism applicable to the optical system according to the present invention. FIGS.
FIG. 38 is a diagram for describing a usage mode of the variable deflection prism shown in FIG. 37;
FIG. 39 is a diagram showing a variable focus mirror to which the variable focus lens used in the optical system according to the present invention is applied.
FIG. 40 is a schematic configuration diagram of an imaging unit 141 using a variable focus lens 140 according to still another embodiment of the variable focus lens used in the optical system of the present invention.
41 is an explanatory diagram showing a modification of the variable focus lens in the embodiment of FIG. 40;
42 is an explanatory diagram showing a state in which the variable focus lens of FIG. 41 is deformed.
FIG. 43 is a schematic configuration diagram of a variable focus lens 162 according to still another embodiment of the variable focus lens used in the optical system of the present invention, in which a fluid 161 is taken in and out by a micropump 160 to deform a lens surface.
44 is a schematic configuration diagram of a variable focus lens 201 using a piezoelectric material 200, which is another example of an optical property variable optical element applicable to the optical system according to the present invention. FIG.
45 is an explanatory diagram of a state of a variable focus lens according to a modification of FIG. 44. FIG.
FIG. 46 is a schematic configuration diagram of a variable focus lens using two thin plates 200A and 200B made of a piezoelectric material, which is still another embodiment of the optical characteristic variable optical element applicable to the optical system according to the present invention. is there.
FIG. 47 is a schematic configuration diagram showing still another embodiment of a variable focus lens used in the optical system according to the present invention.
48 is an explanatory diagram of a state of a variable focus lens according to the example of FIG. 47. FIG.
FIG. 49 is a schematic configuration diagram of a variable focus lens using a photomechanical effect, which is still another example of the optical characteristic variable optical element applicable to the optical system according to the present invention.
50 is an explanatory diagram showing the structure of azobenzene used in the variable focus lens according to the example of FIG. 49, where (a) shows the trans type and (b) shows the cis type.
FIG. 51 is a schematic configuration diagram showing still another embodiment of a deformable mirror used as a variable mirror in the optical system according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Optical elements
1a Lens group
1₁         1st lens
2 Deformable mirror
2a Thin-film reflective surface and conductive part
2b Flexible thin film
2c electrode
2d External lead electrode
2e Frame material
2f Lower substrate
3 Image sensor
10 LUT (Lookup Table)
11 Voltage controller
12, 12 'Approximate curve storage device
13 Arithmetic unit
45,188 deformable mirror
140,167,201,207,214,511,551
Variable focus lens
161 fluid
163, 165, 204, 532, 533, 562, 563, 566, 567 transparent substrate
59,145,513a, 513b Transparent electrode
102,512a, 512b, 522,552,553 lens
103 Control system
103 'circuit
104,141 imaging unit
142 Transparent member
143 Transparent material with piezoelectricity
144 Fluid or jelly-like substance
146 cylinder
147 Support members
148 Deformable member
160,180 micro pump
164 Elastic body
168 Reservoir
181 Diaphragm
182, 183, 409b, 409d, 452 electrodes
184,185 valve
189,450 Reflective film
200 Piezoelectric material
200A, 200B thin plate
202 Transparent and soft substrate
206,409c-2 Electrostrictive Material
208,209 Transparent elastic body
210 Azobenzene
211 spacer
212,213 Light source
403 Imaging lens
404 prism
405 Isosceles right angle prism
406 Mirror
408, 523 Solid-state imaging device
409 Optical property variable shape mirror
409a thin film
409c, 409c 'piezoelectric element
409c-1, 409e substrate
411 Variable resistor
412 power supply
413 Power switch
414 Arithmetic unit
415 Temperature sensor
416 Humidity sensor
417 Distance sensor
423 Support stand
424 Runout sensor
425, 428 drive circuit
426 Permanent magnet
427 coil
449 button
451 Deformable substrate
453 Electrostrictive Material
508a, 532a, 562a, 566a First surface
508b, 532b, 562b, 566b Second surface
509a, 533a, 563a, 567a Third surface
509b, 533b, 563b, 567b 4th surface
514 Polymer dispersed liquid crystal layer
515 switch
516 AC power supply
517 Liquid crystal molecules
518 Polymer cell
519 Variable resistor
521 Aperture
531 Variable Focus Diffractive Optical Element
539a, 539b Alignment film
550 variable focus glasses
554 twisted nematic liquid crystal layer
555 Liquid Crystal Molecules
561 Variable Deflection Prism
565 Variable focus mirror
568 reflective film
901 Eyepiece
902 Objective lens

Claims (3)

In an optical system that includes a variable focus lens and forms a subject image on an imaging surface,
The varifocal lens has three or more electrodes on one lens surface, and the surface shape of the transmission surface changes depending on the applied voltage or supplied current,
A two-dimensional lookup in which the zoom state and the distance to the subject are input information, and the voltage applied to the variable focus lens or the value of the supplied current corresponding to the zoom state and the distance to the subject is stored as output information. A table (LUT)
At the time of imaging, the two-dimensional LUT is sequentially scanned, and based on the obtained output information, the voltage applied to the varifocal lens or the value of the supplied current is changed to determine the sharpness of the formed image, An optical system characterized in that output information of the two-dimensional LUT when the sharpness of a formed image is the best is determined as a value of a voltage to be applied to the variable focus lens or a current to be supplied. In an optical system comprising an optical element and a variable focus lens, and forming a subject image on an imaging surface by the variable focus lens ,
The varifocal lens has three or more electrodes on one lens surface, and the surface shape of the transmission surface changes depending on the applied voltage or supplied current ,
The distance to the Utsushitai as input information, corresponding to the distance to the previous SL object, the variable focus to that electrostatic pressure or applied to the lenses 1-dimensional look-up storing the value of that current be supplied as output information A table (LUT)
At the time of imaging, the one-dimensional LUT is sequentially scanned, and based on the obtained output information, the voltage applied to the variable focus lens or the value of the supplied current is changed to determine the sharpness of the formed image, An optical system characterized in that the output information of the one-dimensional LUT when the sharpness of the formed image is the best is determined as a voltage applied to the variable focus lens or a value of a supplied current. In an optical system comprising an optical element and a variable focus lens, and forming a subject image on an imaging surface by the variable focus lens,
The varifocal lens has three or more electrodes on one lens surface, and the surface shape of the transmission surface changes depending on the applied voltage or supplied current,
A voltage or supply to be applied to the varifocal lens corresponding to a change in the distance to the subject or the amount of focus deviation caused by zooming, using the change in distance to the subject or the amount of focus deviation caused by zooming as input information. A one-dimensional lookup table (LUT) that stores current values to be output as output information;
At the time of photographing, the one-dimensional LUT is sequentially scanned, and based on the obtained output information, the voltage applied to the variable focus lens or the value of the supplied current is changed to determine the sharpness of the formed image, An optical system characterized in that the output information of the one-dimensional LUT when the sharpness of the formed image is the best is determined as a voltage applied to the variable focus lens or a value of a supplied current .

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