JP2004198636A

JP2004198636A - 光学系及びそれを用いた光学装置

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Publication number: JP2004198636A
Application number: JP2002365509A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Sekiyama; 健太郎関山
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-15
Also published as: US20050030651A1

Abstract

【課題】消費電力が非常に小さく、動作音が静かで、応答時間が短く、機械的構造が簡単でコストダウンに寄与するとともに、小型であるにも関わらず、フォーカシングが可能な光学系およびそれを用いた光学装置を提供すること。
【解決手段】少なくとも１つの形状可変ミラーＤＭと、移動可能な凹レンズ群Ｇ１と、凸レンズ群Ｇ２を有している。形状可変ミラーＤＭが変形することで、フォーカシングが行われるようになっている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子撮像装置等に用いる光学系及びそれを用いた光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光学系は、フォーカシングを行うために移動可能なレンズ群を備えており、このレンズ群を光軸方向に移動することで、被写体の物体距離に応じたピント合わせを可能にしている。しかし、このような従来の光学系は、レンズ群の駆動をモータ等によって行うために、消費電力が大きい、動作音がうるさい、レンズの移動に時間がかかり応答速度が遅い、等の問題があった。さらに、レンズ群の駆動のためにモータやカム、駆動回路等を設ける必要があり、機械的構造が複雑になるという問題や、それらを設けるための広いスペースが必要になり、装置が大型化するという問題もあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、消費電力が非常に小さく、動作音が静かで、応答時間が短く、機械的構造が簡単でコストダウンに寄与するとともに、小型であるにも関わらず、フォーカシングが可能な光学系およびそれを用いた光学装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光学系は、少なくとも１つの形状可変ミラーを有し、該形状可変ミラーの変形のみでフォーカシングが可能なように構成されている。
この構成によれば、フォーカシング時にレンズを駆動する必要がないので、消費電力が非常に小さく、動作音が静かで、機械的構造が簡単な、コンパクトかつ低コストの光学系及び光学装置を実現できる。
【０００５】
本発明によれば、前記形状可変ミラーは、偏心収差を低減するために所定の状態で回転非対称な形状に変形することを特徴としている。
この特徴により、全てのフォーカシング領域で良好な結像性能を得ることができる。形状可変ミラーは、変形してパワーを持った際、反射面が入射光に対して偏心しているため、反射時に偏心収差が発生する。この偏心収差を補正するために、形状可変ミラーは回転非対称な形状に変形することが望ましい。
【０００６】
また、本発明によれば、偏心収差を補正するために、少なくとも１つの回転対称なレンズあるいは撮像面が、Ｚ軸に対して偏心配置されていることを特徴としている。
この特徴により、形状可変ミラーはそのパワーが強くなるにつれて偏心収差の残存量が増大するが、そのような場合でも、良好な光学性能を得ることが可能となる。なお、本発明における偏心とは、シフト及びティルトのことを指す。
【０００７】
また、本発明によれば、前記形状可変ミラーは、フォーカシングする物体距離が近くなるにつれて正のパワーが大きくなるように構成されていることを特徴としている。
この特徴により、遠点から近点までの広範囲で良好な光学性能を得ることができる。なお、本明細書において、パワーの符号は、収束作用を持つ場合をプラス、発散作用を持つ場合をマイナスとして定義する。つまり、形状可変ミラーでは凹面の変形量が大きいほど正のパワーを持つことになる。
【０００８】
また、本発明によれば、前記形状可変ミラーは、変形により正のパワーと負のパワーの両方を取ることができるように構成されている。
この構成により、形状可変ミラーの偏心収差の発生を抑制しつつ良好な光学性能を得ることができる。即ち、形状可変ミラーは、パワーが増大するにつれて変形量が大きくなり、それによって偏心収差が発生し、光学性能が劣化してしまうが、形状可変ミラーが正のパワーと負のパワーの両方を取ることで変形量を抑えられ、偏心収差の発生を抑制しつつ良好な光学性能を得ることができる。
【０００９】
また、本発明によれば、前記形状可変ミラーは、正のパワーのみを取ることができるように構成されている。
この構成により、機械的構造や電気的構造が簡単になり、低コストの形状可変ミラーを提供することができる。
【００１０】
また、本発明によれば、前記形状可変ミラーは、ミラー面の変形の際に周辺部が固定であるように構成されていることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、少なくとも１つ以上の接合レンズを有することを特徴としている。
この構成により、各レンズ群で発生する色収差を良好に補正することができ、さらに光学系のコンパクト化にも寄与することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーの最大変形量をｍｄ、光学系の焦点距離をｆｌとしたときに、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴としている。
０＜｜ｍｄ／ｆｌ｜＜０．１ …（１−１）
ただし、光学系の焦点距離ｆlは、形状可変ミラーが平面形状における光学系の焦点距離として定義する。以下の各条件式におけるｆｌも同様である。
この特徴により、形状可変ミラーの変形量を適正な範囲に抑えることができる。即ち、上記（１−１）式の上限を上回ると、形状可変ミラーの変形量が大きくなりすぎて偏心収差の発生量が増大し、所望の光学性能を満足することが難しくなる。さらに、製造上の難易度が高くなる。
【００１３】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴としている。
０＜｜ｍｄ／ｆｌ｜＜０．０５ …（１−２）
この特徴により、さらに偏心収差の発生量を抑えることができる。
【００１４】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴としている。
０＜｜ｍｄ／ｆｌ｜＜０．０３ …（１−３）
この特徴により、さらに良好に偏心収差の発生量を抑えることができる。
【００１５】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーの最大変形量をｍｄ、形状可変ミラーにおける光学的に有効な反射面の面積をＳｍとしたときに、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴としている。
０＜ｍｄ²／Ｓｍ＜５．０×１０^-4 …（２−１）
この特徴により、形状可変ミラーの変形量を適正な範囲に抑えることができる。
【００１６】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴としている。
０＜ｍｄ²／Ｓｍ＜１．０×１０^-4 …（２−２）
この特徴により、さらに良好に形状可変ミラーの変形量を適正範囲に抑えることができる。
【００１７】
また、本発明によれば、形状可変ミラーを含んだ光学系は、フォーカシングを行う際の形状可変ミラーの駆動方式が静電駆動方式であり、フォーカシング時に形状可変ミラーに印加する電圧をＶｍ（Volt）としたときに、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴としている。
０≦｜Ｖｍ｜＜５００ …（３−１）
この特徴により、空気放電の危険性を低減しつつ、形状可変ミラーの変形量を大きくすることができる。
【００１８】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーによってフォーカシングを行う際に、形状可変ミラーの駆動方式が静電駆動方式であり、フォーカシング時に形状可変ミラーに印加する電圧をＶｍ（Volt）としたときに、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴としている。
０≦｜Ｖｍ｜＜３００ …（３−２）
この特徴により、消費電力を低減させることができるので、さらに良い光学系及び光学装置を提供できる。
【００１９】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーのパワーをφDM、光学系の焦点距離をｆｌとしたときに、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴ととしている。
０≦｜φDM×ｆｌ｜＜１．００ …（４−１）
ただし、前記形状可変ミラーのパワーφDMは、前記形状可変ミラーの偏心方向（Y方向）面内でのパワーφDMyと、それと直交する方向（X方向）面内でのパワーφDMｘとの平均値であり、φDM=（φDMｘ＋φDMｙ）／２と定義される。
この特徴により、形状可変ミラーのフォーカシング作用を満足に得ることができ、さらに形状可変ミラーで発生する偏心収差を適正な範囲で抑えることができる。
【００２０】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴としている。
０≦｜φDM×ｆｌ｜＜０．５０ …（４−２）
この特徴により、さらに形状可変ミラーで発生す偏心収差を抑えることができるので、なお良い。
【００２１】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴としている。
０≦｜φDM×ｆｌ｜＜０．１０ …（４−３）
この特徴により、さらに良好に形状可変ミラーで発生す偏心収差を抑えることができる。
【００２２】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、前記形状可変ミラーによって遠点にフォーカシングした際に、形状可変ミラーが、フォーカシングした状態のパワーよりも小さいパワーの状態に変形できることを特徴としている。
この特徴により、コントラスト方式のオートフォーカスを行うことが可能になる。即ち、形状可変ミラーが遠点合焦時よりも小さいパワーになることで、遠点における像のボケ具合を調節することができる。
【００２３】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、前記形状可変ミラーによって近点にフォーカシングした際に、形状可変ミラーがフォーカシングした状態のパワーよりも大きいパワーの状態に変形できることを特徴としている。
この特徴により、コントラスト方式のオートフォーカスを行うことが可能になる。即ち、形状可変ミラーが近点合焦時よりも大きいパワーになることで、近点における像のボケ具合を調節することができる。
【００２４】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、前記形状可変ミラーによって物体距離が無限大の物点にフォーカシングした際に、形状可変ミラーの形状が平面ではなく、ゼロよりも大きなパワーを持つ凹面形状に変形することを特徴としている。
【００２５】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーの物体側に負パワーのレンズ群を有し、該レンズ群の焦点距離をｆ１、光学系の焦点距離をｆｌとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴としている。
−５．０＜ｆ１／ｆｌ＜−０．２ …（５−１）
この特徴により、形状可変ミラーの小型化、低コスト化、及び良好な光学性能を得ることができる。即ち、条件式（５−１）の下限を下回ると、負レンズ群のパワーが非常に弱くなり、広角端における形状可変ミラーの軸外光線高を小さくすることができず、形状可変ミラーの大型化につながり、コスト高を招く。また、条件式（５−１）の上限を上回ると、負レンズ群のパワーが強くなりすぎ、そのレンズ群で発生するコマ収差や倍率の色収差を補正することが困難になる。
【００２６】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、以下の条件式を満足することを特徴としている。
−２．５＜ｆ１／ｆｌ＜−０．５ …（５−２）
この特徴により、良好な光学性能を確保しつつ、さらに形状可変ミラーの小型化を実現できるので、さらに良い。
【００２７】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーの物体側に配置された負パワーのレンズ群が、１枚の凹レンズで構成されていることを特徴としている。
この特徴により、形状可変ミラーから物体側のレンズが１枚だけなので、コンパクトで薄型の光学系を実現することができる。
【００２８】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーの物体側に配置された負パワーのレンズ群が、２枚のレンズで構成されていることを特徴としている。
この特徴により、ディストーションや倍率色収差等の収差補正能力に優れた光学系及びそれを用いた光学装置を実現することができる。
【００２９】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーによる軸上主光線の折り曲げ角をθとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴としている。
６０°＜θ＜１２０° …（６−１）
上記条件式（６−１）の下限を下回ると、形状可変ミラーの長手方向のサイズが大きくなってしまい、低コスト化が困難になる。また、上記条件式（６−１）の上限を上回ると、ミラーのサイズは小さくなるが、形状可変ミラーの前後のレンズ群が干渉し、光学系の配置が難しくなる。なお、ここでの主光線とは、物体中心を出て絞り中心を通り、像中心に到達する光線のことを指す。
【００３０】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、以下の条件式を満足することを特徴としている。
７５°＜θ＜１０５° …（６−２）
この特徴により、さらに良い結果が得られる。
【００３１】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、前記形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率をβ1としたときに、以下の条件式を満足することを特徴としている。
０．３５＜｜β1｜＜１．５０ …（７−１）
上記条件式（７−１）の下限を下回ると、形状可変ミラー以降のレンズ群の倍率が低すぎるので、形状可変ミラーにおけるフォーカス感度が低下し、フォーカシングに必要な形状可変ミラーの変形量が増大してしまう。その一方、上記条件式（７−１）の上限を上回ると、レンズ群の倍率が高すぎるので形状可変ミラーで発生する偏心収差が拡大され、満足な光学性能を得ることが難しくなる。
【００３２】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、以下の条件式を満足することを特徴としている。
０．５０＜｜β1｜＜１．２０ …（７−２）
この特徴により、光学性能を確保しつつ形状可変ミラーの変形量を適正な範囲で抑えられるので、さらに良い結果が得られる。
【００３３】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、光学系の全長をＣｊ、光学系の焦点距離をｆｌとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴としている。
１．０＜Ｃｊ／ｆｌ＜２０．０ …（８−１）
上記条件式（８−１）の上限を上回ると、光学系の全長が長くなりすぎ、コンパクト化が困難になる。また、上記条件式（８−１）の下限を下回ると、コンパクト化は達成されるが、レンズ群の配置が制限され、十分な光学性能を得ることができない。
【００３４】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、以下の条件式を満足することを特徴としている。
３．０＜Ｃｊ／ｆｌ＜１５．０ …（８−２）
この特徴により、コンパクトな光学系でありながら、より高い光学性能を得ることができる。
【００３５】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、以下の条件式を満足することを特徴としている。
５．０＜Ｃｊ／ｆｌ＜１０．０ …（８−３）
この特徴により、さらに良い結果が得られる。
【００３６】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズにシフトを加え、そのシフト量をδ、光学系の焦点距離をｆｌとしたときに、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴としている。
０．０≦｜δ／ｆｌ｜＜１．００ …（９−１）
この特徴により、レンズに加える偏心量を適正な範囲で抑えることができ、形状可変ミラーのパワーが弱い場合と強い場合の光学性能のバランスを取ることができる。ここでのシフト量δとは、シフトを加えたレンズの中心軸と光学系のＺ軸との距離として定義される量である。
【００３７】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴としている。
０．０≦｜δ／ｆｌ｜＜０．５０ …（９−２）
この特徴により、遠点合焦時と近点合焦時の性能をさらに良くすることができる。
【００３８】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴としている。
０．０≦｜δ／ｆｌ｜＜０．２５ …（９−３）
この特徴により、さらに良い結果が得られる。
【００３９】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーから物体側に配置された負パワーのレンズ群が２枚のレンズで構成されており、それぞれのレンズに加えられたシフトをδ₁、δ₂としたときに、以下の条件式を満足することを特徴としている。
δ₁×δ₂≦０ …（９−４）
この特徴により、つまり、負パワーのレンズ群に加えられたシフトを逆向きにすることにより、形状可変ミラーで発生する偏心収差の補正に大きな効果がある。
【００４０】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズあるいは撮像面にティルトを加え、そのティルト量をεとしたときに、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴としている。
０．０°≦｜ε｜＜１０．０° …（１０−１）
この特徴により、レンズに加える偏心量を適正な範囲で抑えることができ、形状可変ミラーのパワーが弱い場合と強い場合の光学性能のバランスを取ることができる。なお、ティルト量εとは、ティルトを加えたレンズあるいは撮像面の中心軸と光学系のＺ軸との傾き角として定義される量である。
【００４１】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴としている。
０．０°≦｜ε｜＜７．０° …（１０−２）
この特徴により、遠点合焦時と近点合焦時の性能をさらに良くすることができる。
【００４２】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴としている。
０．０°≦｜ε｜＜５．５° …（１０−３）
この特徴により、さらに良いが得られる。
【００４３】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、それぞれのレンズあるいは撮像面に加えたティルト量の絶対値の中で、撮像面のティルト量の絶対値が最大であることを特徴としている。
【００４４】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、撮像面に加えたティルトの方向が、形状可変ミラーと平行に近づく方向であることを特徴としている。
【００４５】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために少なくとも１つのレンズあるいは撮像面にシフト及びティルトを加えた光学系において、それぞれのシフトがある一つの平面内で行われ、かつ、ティルトの回転軸がその平面に垂直であることを特徴としている。
【００４６】
また、本発明によれば、光学系及びそれを用いた光学装置は、絞りが形状可変ミラーよりも像側に配置されていることを特徴とししている。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示した実施例に基づき説明するが、説明に先立ち、以下の式（ａ）で定義される自由曲面について述べることにする。この定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。

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

ただし、Ｃ_j （ｊは２以上の整数）は係数である。
【００４８】
上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、Ｘの奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。また、Ｙの奇数次項を全て０にすることによって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。
【００４９】
また、上記の回転非対称な曲面形状の面である自由曲面は、他の定義式として、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式により定義できる。この面の形状は以下の式（ｂ）により定義する。その定義式（ｂ）のＺ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。回転非対称面の定義は、Ｘ−Ｙ面に対するＺの高さの極座標で定義され、ＲはＸ−Ｙ面内のＺ軸からの距離、ＡはＺ軸回りの方位角で、Ｚ軸から測った回転角で表せられる。

ただし、Ｄ_m （ｍは２以上の整数）は係数である。なお、Ｘ軸方向に対称な光学系として設計するには、Ｄ₄ ，Ｄ₅ ，Ｄ₆ 、Ｄ₁₀，Ｄ₁₁，Ｄ₁₂，Ｄ₁₃，Ｄ₁₄，Ｄ₂₀，Ｄ₂₁，Ｄ₂₂…を利用する。
【００５０】
上記定義式は、回転非対称な曲面形状の面の例示のために示したものであり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。数学的に同値ならば他の定義で曲面形状を表してもよい。
本発明においては、前記（a）式の中のxの奇数時の項を全て０とすることで、ｙ-ｚ面と平行な対称面を持つ自由曲面としている。
【００５１】
なお、非球面形状は、光軸方向をＺ、光軸に直行する方向をＹにとり、円錐係数をｋ、非球面係数をａ、ｂ、ｃ、ｄとしたとき、次式（ｃ）で表される。
Ｚ＝（Ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）・（Ｙ／ｒ）²｝^1/2］＋ａｙ⁴＋ｂｙ⁶＋ｃｙ⁸＋ｄｙ¹⁰ …（ｃ）
なお、上記数値データに関する説明は、本発明の各実施例の数値データに共通である。
【００５２】
以下の各実施例中、“ＡＳＰ”は非球面、“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＤＭ”は形状可変ミラーを表す。データに記載されていない非球面、自由曲面等に関する項は０である。屈折率、アッベ数はともにｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍ、角度の単位はｄｅｇである。また、各実施例ともに最像面側に２枚の平行平板を挿入しているが、これは撮像素子のカバーガラス、ＩＲカットフィルタ、ローパスフィルタを想定したものである。
【００５３】
各実施例において、物体面における座標系のＺ軸は、物体中心を通り、物体面に垂直な直線で定義されている。このＺ軸と直交する方向をＹ軸とし、このＹ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸とする。また、光軸は物体面中心と絞り中心あるいは射出瞳を通る光線の通り道で定義する。従って、光軸は形状可変ミラーの変形と共に変化することになるが、その変化はわずかである場合が多い。従って、各実施例ではＺ軸と光軸が略一致している。
【００５４】
偏心面は、その座標系の原点から、その面の面頂位置のシフト（X軸方向、Y軸方向、Z軸方向をそれぞれX、Y、Z）と、その面の中心軸（自由曲面については、前記（ａ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とするティルト（それぞれα、β、γ（deg））で与えられる。偏心を行うときの座標系の原点は、偏心を行う面をｋ面としたとき、ｋ−１面の面頂位置からＺ軸方向に面間隔の分だけ移動した点とする。偏心の順序は、Ｘシフト、Ｙシフト、Ｚシフト、αティルト、βティルト、γティルトの順である。なお、その場合αとβの正は、Ｘ軸、Ｙ軸それぞれをマイナス側から見たときの反時計回り方向を、γの正はＺ軸をマイナス方向から見たときの時計回り方向で定義する。
【００５５】
なお、各実施例において、偏心はディセンタアンドリターン（以下ＤＡＲ）とディセンタオンリー（以下ＤＥＯ）の２種類がある。ＤＡＲによる偏心では、ｋ面が偏心していたとき、ｋ＋１面以降の座標系が、偏心前のｋ面の座標系と一致する。ｋ＋１面の面頂位置は、偏心前のｋ面の面頂位置からＺ軸方向に面間隔の分だけ移動した点として定義する。一方、ＤＥＯでは、ｋ面が偏心していたとき、ｋ＋１面以降の座標系は、偏心後のｋ面の座標系と一致する。ｋ＋１面の面頂位置は、偏心後のｋ面の面頂位置からＺ軸方向に面間隔の分だけ移動した点として定義する。
【００５６】
また、反射面の座標系のＺ軸正方向は、表面から裏面側に向かう方向になる。従って、反射面がＸＹ多項式で表される自由曲面形状に変形している場合、パワー成分であるＣ４、Ｃ６が正のとき、凸面ミラーになる。つまり、負のパワーを持つミラーになる。逆に、パワー成分であるＣ４、Ｃ６が負のとき、凹面ミラーになる。つまり、正のパワーを持つミラーになる。また、光線が反射面で反射された後の光学系の座標系は、反射前の座標系をＸ軸中心に１８０°回転させたものとして定義する。これによって、常に光学系のＺ軸正方向に沿って光線が進行することになる。
【００５７】
前記形状可変ミラーは、遠点から近点までフォーカシングするためにパワーを変えることができるが、コントラスト方式のオートフォーカスを行うために遠点合焦時よりも弱いパワーの状態、及び近点合焦時よりも強いパワーの状態を取れるように設計されている。以下の各実施例では、遠点合焦時よりも弱いパワーの状態を遠点余裕、近点合焦時よりも強いパワーの状態を近点余裕と定義している。つまり、形状可変ミラーは遠点余裕、遠点、近点、近点余裕の４状態が存在することになる。
【００５８】
なお、以下の各実施例における形状可変ミラーは、実際の製作時の製造誤差による像面のＺ方向のずれ、及び温度変化による像面のＺ方向のずれを考慮して、フォーカス範囲の前後に変形量の余裕を持たせた設計になっている。
【００５９】
以下の各実施例は、形状可変ミラーにフォーカシングの機能をもたせた光学系の実施例である。メカ的な駆動を行わずにフォーカシングできるので、鏡枠構造が簡単になり、小型化、低コスト化を実現することができる。さらに、フォーカシング時のモータの駆動音がなくなるメリットがある。
【００６０】
実施例１
図１は本発明にかかる光学系の第１実施例のＹ−Ｚ断面図、図２は第１実施例の物点距離無限遠における横収差図、図３は第１実施例の物点距離１５０ｍｍにおける横収差図である。なお、図１中の矢印は各光学部材の偏心の方向を示している。
第１実施例の光学系は、図１に示すように、形状可変ミラーDMと、形状可変ミラーから物体側に配置された２群２枚の凹レンズ群Ｇ１と、形状可変ミラーから像側に配置された３群４枚の凸レンズ群Ｇ２で構成されている。そして、形状可変ミラーＤＭが変形することで、無限遠から近点150ｍｍまでフォーカシングを行うことができるようになっている。
形状可変ミラーＤＭが平面から曲面に変形すると、ミラー面の反射によって偏心収差が発生する。特に形状可変ミラーＤＭの変形量が大きい近点合焦時に偏心収差は増大する。この実施例では、遠点から近点まで良好な光学性能を得るために、レンズ群あるいは撮像面にシフト及びティルトの偏心を加えている。これにより、フォーカシング時の偏心収差の発生をバランスさせることができる。
【００６１】
次に、第１実施例の光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
焦点距離： 4.9mm（銀塩換算38mm）
開放Ｆナンバー： 2.8
撮像面のサイズ： 4.4mm×3.3mm

【００６２】
非球面係数
ASP[1]
曲率半径 -12.103 k＝０
a＝3.3665×10^-4 b＝-1.9533×10^-6 c＝2.8491×10^-7
d＝-3.8724×10^-9
ASP[2]
曲率半径 -20.000 k＝０
a＝1.0418×10^-3 b＝3.1010×10^-5 c＝-3.6437×10^-6
d＝1.5524×10^-7
【００６３】
偏心量
偏心[1] （DEO）
Ｘ＝0.000 Ｙ＝0.500 Ｚ＝0.000 α＝0.000 β＝0.000
γ＝0.000
偏心[2] （DEO）
Ｘ＝0.000 Ｙ＝-0.393 Ｚ＝0.000 α＝45.000 β＝0.000
γ＝0.000
偏心[3] （DAR）
Ｘ＝0.000 Ｙ＝-0.351 Ｚ（FFS[1]に記載） α＝-0.206
β＝0.000 γ＝0.000
偏心[4] （DEO）
Ｘ＝0.000 Ｙ＝0.000 Ｚ＝0.000 α＝45.000 β＝0.000
γ＝0.000
偏心[5] （DAR）
Ｘ＝0.000 Ｙ＝-0.006 Ｚ＝0.000 α＝-1.000 β＝0.000
γ＝0.000
【００６４】

【００６５】

【００６６】
実施例２
図４は本発明にかかる光学系の第２実施例のＹ−Ｚ断面図、図５は第２実施例の物点距離無限遠における横収差図、図６は第２実施例の物点距離１８０ｍｍにおける横収差図である。なお、図４中の矢印は各光学部材の偏心の方向を示している。
第２実施例の光学系は、図４に示すように、形状可変ミラーDMと、形状可変ミラーから物体側に配置された２群２枚の凹レンズ群Ｇ１と、形状可変ミラーから像側に配置された３群４枚の凸レンズ群Ｇ２で構成されている。そして、形状可変ミラーＤＭが変形することで、無限遠から近点1８0ｍｍまでフォーカシングを行うことができるようになっている。
形状可変ミラーＤＭが平面から曲面に変形すると、ミラー面の反射によって偏心収差が発生する。特に形状可変ミラーＤＭの変形量が大きい近点合焦時に偏心収差は増大する。この実施例でも、第１実施例と同様に、遠点から近点まで良好な光学性能を得るために、レンズ群あるいは撮像面にシフト及びティルトの偏心を加えている。これにより、フォーカシング時の偏心収差の発生をバランスさせることができる。
【００６７】
次に、第２実施例の光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
焦点距離： 4.9mm（銀塩換算38mm）
開放Ｆナンバー： 2.8
撮像面のサイズ： 4.4mm×3.3mm

【００６８】
非球面係数
ASP[1]
曲率半径 -17.663 k＝０
a＝6.3783×10^-4 b＝-1.5627×10^-5 c＝2.2210×10^-6
d＝-1.3623×10^-7
ASP[2]
曲率半径 -15.385 k＝０
a＝5.5127×10^-4 b＝2.4424×10^-5 c＝-1.9699×10^-6
d＝9.7551×10^-8
【００６９】
偏心量
偏心[1] （DEO）
Ｘ＝0.000 Ｙ＝0.500 Ｚ＝0.000 α＝0.000 β＝0.000
γ＝0.000
偏心[2] （DEO）
Ｘ＝0.000 Ｙ＝-0.476 Ｚ＝0.000 α＝45.000 β＝0.000
γ＝0.000
偏心[3] （DAR）
Ｘ＝0.000 Ｙ＝0.000 Ｚ（FFS[1]に記載） α＝-0.484
β＝0.000 γ＝0.000
偏心[4] （DEO）
Ｘ＝0.000 Ｙ＝0.000 Ｚ＝0.000 α＝45.000 β＝0.000
γ＝0.000
偏心[5] （DAR）
Ｘ＝0.000 Ｙ＝-0.057 Ｚ＝0.000 α＝-1.000 β＝0.000
γ＝0.000
【００７０】

【００７１】

【００７２】
実施例３
図７は本発明にかかる光学系の第３実施例のＹ−Ｚ断面図、図８は第３実施例の物点距離無限遠における横収差図、図９は第３実施例の物点距離１５０ｍｍにおける横収差図である。図７中の矢印は各光学部材の偏心の方向を示している。
第３実施例の光学系は、図７に示すように、形状可変ミラーDMと、形状可変ミラーから物体側に配置された１群１枚の凹レンズ群Ｇ１と、形状可変ミラーから像側に配置された３群４枚の凸レンズ群Ｇ２で構成されている。そして、形状可変ミラーＤＭが変形することで、無限遠から近点1５0ｍｍまでフォーカシングを行うことができるようになっている。
形状可変ミラーＤＭが平面から曲面に変形すると、ミラー面の反射によって偏心収差が発生する。特に形状可変ミラーＤＭの変形量が大きい近点合焦時に偏心収差は増大する。この実施例でも、第１実施例や第２実施例と同様に、遠点から近点まで良好な光学性能を得るために、レンズ群あるいは撮像面にシフト及びティルトの偏心を加えている。これにより、フォーカシング時の偏心収差の発生をバランスさせることができる。
【００７３】
次に、第３実施例の光学系を構成する光学部材の数値データを示す
焦点距離： 4.4mm（銀塩換算38mm）
開放Ｆナンバー： 2.8
撮像面のサイズ： 4.0mm×3.0mm

【００７４】
非球面係数
ASP[1]
曲率半径 70.428 k＝０
a＝2.2133×10^-3 b＝-4.1162×10^-4 c＝2.4537×10^-5
d＝-3.6373×10^-7
ASP[2]
曲率半径 3.507 k＝０
a＝2.1789×10^-3 b＝-4.6380×10^-4 c＝-3.9638×10^-5
d＝5.3918×10^-6
ASP[3]
曲率半径 13.911 k＝０
a＝5.4052×10^-5 b＝-2.3064×10^-6 c＝1.0798×10^-6
d＝3.3961×10^-8
ASP[4]
曲率半径 -9.140 k＝０
a＝3.7861×10^-4 b＝6.5188×10^-6 c＝-8.0902×10^-8
d＝9.8151×10^-8
ASP[5]
曲率半径 -8.610 k＝０
a＝1.3105×10^-3 b＝-2.6285×10^-5 c＝2.0896×10^-6
d＝-9.3284×10^-8
【００７５】
偏心量
偏心[1] （DAR）
Ｘ＝0.000 Ｙ＝-0.455 Ｚ＝0.000 α＝0.000 β＝0.000
γ＝0.000
偏心[2] （DEO）
Ｘ＝0.000 Ｙ＝0.000 Ｚ＝0.000 α＝45.000 β＝0.000
γ＝0.000
偏心[3] （DAR）
Ｘ＝0.000 Ｙ（FFS[1]に記載）Ｚ（FFS[1]に記載） α＝-0.783
β＝0.000 γ＝0.000
偏心[4] （DEO）
Ｘ＝0.000 Ｙ＝0.000 Ｚ＝0.000 α＝45.000 β＝0.000
γ＝0.000
偏心[5] （DAR）
Ｘ＝0.000 Ｙ＝0.428 Ｚ＝0.000 α＝0.000 β＝0.000
γ＝0.000
偏心[6] （DAR）
Ｘ＝0.000 Ｙ＝0.270 Ｚ＝0.000 α＝0.000 β＝0.000
γ＝0.000
偏心[7] （DAR）
Ｘ＝0.000 Ｙ＝0.147 Ｚ＝0.000 α＝0.000 β＝0.000
γ＝0.000
偏心[8] （DAR）
Ｘ＝0.000 Ｙ＝0.000 Ｚ＝0.000 α＝-2.000 β＝0.000
γ＝0.000
【００７６】

【００７７】

【００７８】
以上の各実施例では、形状可変ミラーを用いた光学系について述べた。しかしながら、形状可変ミラーの代わりに形状が変わらない平面ミラーあるいは曲面ミラーを用いた光学系の場合でも、特に支障をきたさない限り前述の条件式及び制限等を適用してよい。なぜならばミラーを用いた屈曲光学系における小型化のメリットはそのまま保たれるからである。
【００７９】
また、以上の各実施例における光学系では、レンズ群中に反射面を有する構成の光学系について説明したが、反射面を有しない光学系についても可変形状面を備えた光学素子、例えば、可変焦点レンズ等を用いて構成すれば、小型化、低コスト化、省電力化、作動音の静音化等の効果を得ることが可能である。さらに、可変形状面を有しない可変焦点ミラーを以上の実施例に用いても良い。なお、可変焦点ミラーについては、その一例を図２５を参照して後述する。
【００８０】
上記本発明による光学系は、フィルムカメラ、デジタルカメラ、テレビカメラ、携帯端末用のカメラ、監視カメラ、ロボットの眼、電子内視鏡等に適用可能である。
なお、以上の説明では、光学系として撮像光学系を想定しているが、物体面と像面を入れ替えることにより、プロジェクター等の投影光学系として使用することができる。
【００８１】
次に、上記本発明の光学系及びそれを用いた光学装置に適用可能な形状可変ミラーの構成例について説明する。
図１０は、本発明の光学系に適用可能な可変ミラーとして光学特性可変ミラーを用いたデジタルカメラのケプラー式ファインダーの概略構成図である。本例の構成は、もちろん銀塩フィルムカメラにも使うことができる。まず、光学特性可変形状鏡４０９について説明する。
光学特性可変形状鏡４０９は、アルミコーティングされた薄膜（反射面）４０９ａと複数の電極４０９ｂからなる光学特性可変形状鏡（以下、単に可変形状鏡と言う。）であり、４１１は各電極４０９ｂにそれぞれ接続された複数の可変抵抗器、４１２は可変抵抗器４１１と電源スイッチ４１３を介して薄膜４０９ａと電極４０９ｂ間に接続された電源、４１４は複数の可変抵抗器４１１の抵抗値を制御するための演算装置、４１５，４１６及び４１７はそれぞれ演算装置４１４に接続された温度センサー、湿度センサー及び距離センサーで、これらは図示のように配設されて１つの光学装置を構成している。
【００８２】
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。
【００８３】
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１２、図１３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。
【００８４】
本例によれば、物体からの光は、対物レンズ９０２及びプリズム４０４の各入射面と射出面で屈折され、可変形状鏡４０９で反射され、プリズム４０４を透過して、二等辺直角プリズム４０５でさらに反射され（図１０中、光路中の＋印は、紙面の裏側へ向かって光線が進むことを示している）、ミラー４０６で反射され、接眼レンズ９０１を介して眼に入射するようになっている。このように、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、及び、可変形状鏡４０９によって、本例の光学装置の観察光学系を構成しており、これらの各光学素子の面形状と肉厚を最適化することにより、物体面の収差を最小にすることができるようになっている。
【００８５】
すなわち、反射面としての薄膜４０９ａの形状は、結像性能が最適になるように演算装置４１４からの信号により各可変抵抗器４１１の抵抗値を変化させることにより制御される。すなわち、演算装置４１４へ、温度センサー４１５、湿度センサー４１６及び距離サンサー４１７から周囲温度及び湿度並びに物体までの距離に応じた大きさの信号が入力され、演算装置４１４は、これらの入力信号に基づき周囲の温度及び湿度条件と物体までの距離による結像性能の低下を補償すべく、薄膜４０９ａの形状が決定されるような電圧を電極４０９ｂに印加するように、可変抵抗器４１１の抵抗値を決定するための信号を出力する。このように、薄膜４０９ａは電極４０９ｂに印加される電圧すなわち静電気力で変形させられるため、その形状は状況により非球面を含む様々な形状をとる。
なお、距離センサー４１７はなくてもよく、その場合、固体撮像素子４０８からの像の信号の高周波成分が略最大になるように、デジタルカメラの撮像レンズ４０３を動かし、その位置から逆に物体距離を算出し、可変形状鏡を変形させて観察者の眼にピントが合うようにすればよい。
【００８６】
また、薄膜４０９ａをポリイミド等の合成樹脂で製作すれば、低電圧でも大きな変形が可能であるので好都合である。なお、プリズム４０４と可変形状鏡４０９を一体的に形成してユニット化することができる。また、図示を省略したが、可変形状鏡４０９の基板上に固体撮像素子４０８をリソグラフィープロセスにより一体的に形成してもよい。
【００８７】
また、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、ミラー４０６は、プラスチックモールド等で形成することにより任意の所望形状の曲面を容易に形成することができ、製作も簡単である。なお、本例の撮像装置では、レンズ９０１，９０２がプリズム４０４から離れて形成されているが、レンズ９０１，９０２を設けることなく収差を除去することができるようにプリズム４０４，４０５、ミラー４０６、可変形状鏡４０９を設計すれば、プリズム４０４，４０５、可変形状鏡４０９は１つの光学ブロックとなり、組立が容易となる。また、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、ミラー４０６の一部あるいは全部をガラスで作製してもよく、このように構成すれば、さらに精度の良い撮像装置が得られる。
【００８８】
なお、図１０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。
【００８９】
図１１は本発明の光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９の他の例を示す概略構成図である。
本例の可変形状鏡は、薄膜４０９ａと電極４０９ｂとの間に圧電素子４０９ｃが介装されていて、これらが支持台４２３上に設けられている。そして、圧電素子４０９ｃに加わる電圧を各電極４０９ｂ毎に変えることにより、圧電素子４０９ｃに部分的に異なる伸縮を生じさせて、薄膜４０９ａの形状を変えることができるようになっている。電極４０９ｂの形は、図１２に示すように同心分割であってもよいし、図１３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。
【００９０】
図１１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。
【００９１】
図１４は本発明の光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
本例の可変形状鏡は、薄膜４０９ａと電極４０９ｂの間に介置される圧電素子が逆方向の圧電特性を持つ材料で作られた２枚の圧電素子４０９ｃ及び４０９ｃ’で構成されている点で図１１に示された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１１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。
【００９２】
圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’に用いる材料としては、例えばチタン酸バリウム、ロッシエル塩、水晶、電気石、リン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）、リン酸二水素アンモニウム（ＡＤＰ）、ニオブ酸リチウム等の圧電物質、同物質の多結晶体、同物質の結晶、ＰｂＺｒＯ3とＰｂＴｉＯ3の固溶体の圧電セラミックス、二フッ化ポリビニール（ＰＶＤＦ）等の有機圧電物質、上記以外の強誘電体等があり、特に有機圧電物質はヤング率が小さく、低電圧でも大きな変形が可能であるので好ましい。なお、これらの圧電素子を利用する場合、厚さを不均一にすれば、上記例において薄膜４０９ａの形状を適切に変形させることも可能である。
【００９３】
また、圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’の材質としては、ポリウレタン、シリコンゴム、アクリルエラストマー、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分子圧電体、シアン化ビニリデン共重合体、ビニリデンフルオライドとトリフルオロエチレンの共重合体等が用いられる。圧電性を有する有機材料や、圧電性を有する合成樹脂、圧電性を有するエラストマー等を用いると可変形状鏡面の大きな変形が実現できてよい。
なお、図１１、図１５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。
【００９４】
図１５は本発明の光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
本例の可変形状鏡は、圧電素子４０９ｃが薄膜４０９ａと電極４０９ｄとにより挟持され、薄膜４０９ａと電極４０９ｄ間に演算装置４１４により制御される駆動回路４２５を介して電圧が印加されるようになっており、さらにこれとは別に、支持台４２３上に設けられた電極４０９ｂにも演算装置４１４により制御される駆動回路４２５を介して電圧が印加されるように構成されている。したがって、本例では、薄膜４０９ａは電極４０９ｄとの間に印加される電圧と電極４０９ｂに印加される電圧による静電気力とにより二重に変形され得、上記例に示した何れのものよりもより多くの変形パターンが可能であり、かつ、応答性も速いという利点がある。
そして、薄膜４０９ａ、電極４０９ｄ間の電圧の符号を変えれば、可変形状鏡を凸面にも凹面にも変形させることができる。その場合、大きな変形を圧電効果で行ない、微細な形状変化を静電気力で行なってもよい。また、凸面の変形には圧電効果を主に用い、凹面の変形には静電気力を主に用いてもよい。なお、電極４０９ｄは電極４０９ｂのように複数の電極から構成されてもよい。この様子を図１５に示した。なお、ここでは、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。
【００９５】
図１６は本発明の光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
本例の可変形状鏡は、電磁気力を利用して反射面の形状を変化させ得るようにしたもので、支持台４２３の内部底面上には永久磁石４２６が、頂面上には窒化シリコン又はポリイミド等からなる基板４０９ｅの周縁部が載置固定されており、基板４０９ｅの表面にはアルミニウム等の金属コートで作られた薄膜４０９ａが付設されていて、可変形状鏡４０９を構成している。
基板４０９ｅの下面には複数のコイル４２７が配設されており、これらのコイル４２７はそれぞれ駆動回路４２８を介して演算装置４１４に接続されている。したがって、各センサー４１５，４１６，４１７，４２４からの信号によって演算装置４１４において求められる光学系の変化に対応した演算装置４１４からの出力信号により、各駆動回路４２８から各コイル４２７にそれぞれ適当な電流が供給されると、永久磁石４２６との間に働く電磁気力で各コイル４２７は反発又は吸着され、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａを変形させる。
【００９６】
この場合、各コイル４２７はそれぞれ異なる量の電流を流すようにすることもできる。また、コイル４２７は１個でもよいし、永久磁石４２６を基板４０９ｅに付設しコイル４２７を支持台４２３の内部底面側に設けるようにしてもよい。また、コイル４２７はリソグラフィー等の手法で作るとよく、さらに、コイル４２７には強磁性体よりなる鉄心を入れるようにしてもよい。
この場合、薄膜コイル４２７の巻密度を、図１７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。
【００９７】
図１８は本発明の光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
本例の可変形状鏡では、基板４０９ｅは鉄等の強磁性体で作られており、反射膜としての薄膜４０９ａはアルミニウム等からなっている。この場合、薄膜コイルを設けなくてもすむから、構造が簡単で、製造コストを低減することができる。また、電源スイッチ４１３を切換え兼電源開閉用スイッチに置換すれば、コイル４２７に流れる電流の方向を変えることができ、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａの形状を自由に変えることができる。
【００９８】
図１９は本例におけるコイル４２７の配置を示し、図２０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１６に示した実施例にも適用することができる。なお、図２１は、図１６に示した例において、コイル４２７を図２０のように配置した場合に適する永久磁石４２６の配置を示している。すなわち、図２１に示すように永久磁石４２６を放射状に配置すれば、図１６に示した例に比べて、微妙な変形を基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａに与えることができる。また、このように電磁気力を用いて基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａを変形させる場合（図１６及び図１８の例）は、静電気力を用いた場合よりも低電圧で駆動できるという利点がある。
【００９９】
以上いくつかの可変形状鏡の例を述べたが、ミラーの形を変形させるのに、図１５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。
【０１００】
また、形状可変ミラーの変形する部分の外形は、軸上光線の入射面に平行な方向に長い形状とするのが好ましく、このように構成すれば、収差補正に有利な楕円面に近い形状に変形させやすいという利点がある。前記入射面に平行な方向に長い形状としては、トラック形状、多角形、楕円等が利用できる。
【０１０１】
図２２は本発明の光学系を用いた撮像装置に適用可能な形状可変ミラーとして可変形状鏡４０９を用いた撮像系、例えば携帯電話のデジタルカメラ、カプセル内視鏡、電子内視鏡、パソコン用デジタルカメラ、ＰＤＡ用デジタルカメラ等に用いられる撮像系の概略構成図である。
本例の撮像系は、可変形状鏡４０９と、レンズ９０２と、固体撮像素子４０８と、制御系１０３とで一つの撮像ユニット１０４を構成している。本例の撮像ユニット１０４では、レンズ９０２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。固体撮像素子４０８で得られた画像信号は、電子回路で処理され、表示装置に画像を表示することができる。また、記録装置に画像情報を蓄えることもできる。可変形状鏡４０９は、光学特性可変光学素子の一種であり、可変焦点ミラーとも呼ばれている。
本例によれば、物体距離が変わっても可変形状鏡４０９を変形させることでピント合わせをすることができ、レンズをモータ等で駆動する必要がなく、小型化、軽量化、低消費電力化の点で優れている。また、撮像ユニット１０４は本発明の撮像系としてすべての実施例で用いることができる。また、可変形状鏡４０９を複数用いることでズーム、変倍の撮像系、光学系を作ることができる。
【０１０２】
なお、図２２の例では、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。
【０１０３】
図２３は、本発明の光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能なさらに他の例に係る、マイクロポンプ１８０で流体１６１を出し入れしミラー面を変形させる可変形状鏡１８８の概略構成図である。本例によれば、ミラー面を大きく変形させることが可能になるというメリットがある。マイクロポンプ１８０は、例えば、マイクロマシンの技術で作られた小型のポンプで、電力で動くように構成されている。マイクロマシンの技術で作られたポンプの例としては、熱変形を利用したもの、圧電材料を用いたもの、静電気力を用いたものなどがある。
【０１０４】
図２４は本発明の光学系に用いる形状可変ミラーに適用可能なマイクロポンプの一例を示す概略構成図である。本例のマイクロポンプ１８０では、振動板１８１は静電気力、圧電効果等の電気力により振動する。図２４は静電気力により振動する例を示しており、図２４中、１８２，１８３は電極である。また、点線は変形した時の振動板１８１を示している。振動板１８１の振動に伴い、２つの弁１８４，１８５が開閉し、流体１６１を右から左へ送るようになっている。
本例の可変形状鏡１８８では、反射膜１８９が流体１６１の量に応じて凹凸に変形することで、可変形状鏡として機能する。可変形状鏡１８８は流体１６１で駆動されている。流体としては、シリコンオイル、空気、水、ゼリー、等の有機物、無機物を用いることができる。
【０１０５】
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２２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。
【０１０６】
図２５は本発明の光学系に適用可能な、可変焦点レンズを応用した可変焦点ミラーを示すものである。この可変焦点ミラー５６５は、第１，第２の面５６６ａ，５６６ｂを有する第１の透明基板５６６と、第３，第４の面５６７ａ，５６７ｂを有する第２の透明基板５６７とを有する。第１の透明基板５６６は、平板状またはレンズ状に形成して、内面（第２の面）５６６ｂに透明電極５１３ａを設け、第２の透明基板５６７は、内面（第３の面）５６７ａを凹面状に形成して、該凹面上に反射膜５６８を施し、さらにこの反射膜５６８上に透明電極５１３ｂを設ける。透明電極５１３ａ，５１３ｂ間には高分子分散液晶層５１４を設け、これら透明電極５１３ａ，５１３ｂをスイッチ５１５および可変抵抗器５１９を経て交流電源５１６に接続して、高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加するようにする。なお、図２５では液晶分子の図示を省略してある。この例は、透明電極513aと高分子分散液晶層514と透明電極513ｂからなる可変焦点レンズと、透明基板567と反射膜568からなる凹面鏡を組み合わせた構造になっている。
【０１０７】
かかる構成によれば、透明基板５６６側から入射する光線は、反射膜５６８により高分子分散液晶層５１４を折り返す光路となるので、高分子分散液晶層５１４の作用を２回もたせることができると共に、高分子分散液晶層５１４への印加電圧を変えることにより、反射光の焦点位置を変えることができる。この場合、可変焦点ミラー５６５に入射した光線は、高分子分散液晶層５１４を２回透過するので、高分子分散液晶層５１４の厚さの２倍をｔとすれば、上記の各式を同様に用いることができる。なお、透明基板５６６または５６７の内面を回折格子状にして、高分子分散液晶層５１４の厚さを薄くすることもできる。このようにすれば、散乱光をより少なくできる利点がある。
【０１０８】
以上の説明では、液晶の劣化を防止するため、電源として交流電源５１６を用いて、液晶に交流電界を印加するようにしたが、直流電源を用いて液晶に直流電界を印加するようにすることもできる。また、液晶分子の方向を変える方法としては、電圧を変化させること以外に、液晶にかける電場の周波数、液晶にかける磁場の強さ・周波数、あるいは液晶の温度等を変化させることによってもよい。なお、本発明では図２５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。
【０１０９】
図２６は本発明の光学系に用いる形状可変ミラーのさらに他の例を示す概略構成図である。本例では、デジタルカメラに用いられるものとして説明する。図２６中、４１１は可変抵抗器、４１４は演算装置、４１５は温度センサー、４１６は湿度センサー、４１７は距離センサー、４２４は振れセンサーである。
本例の可変形状鏡４５は、アクリルエラストマー等の有機材料からなる電歪材料４５３と間を隔てて分割電極４０９ｂを設け、電歪材料４５３の上に順に電極４５２、変形可能な基板４５１を設け、さらにその上に入射光を反射するアルミニウム等の金属からなる反射膜４５０を設けて構成されている。このように構成すると、分割電極４０９ｂを電歪材料４５３と一体化した場合に比べて、反射膜４５０の面形状が滑らかになり、光学的に収差を発生させにくくなるというメリットがある。なお、変形可能な基板４５１と電極４５２の配置は逆でも良い。
また、図２６中、４４９は光学系の変倍、あるいはズームを行なう釦であり、可変形状鏡４５は、釦４４９を使用者が押すことで反射膜４５０の形を変形させて、変倍あるいは、ズームをすることができるように演算装置４１４を介して制御されている。
なお、アクリルエラストマー等の有機材料からなる電歪材料の代わりに既に述べたチタン酸バリウム等の圧電材料を用いてもよい。
【０１１０】
最後に、本発明で用いる用語の定義を述べておく。
光学装置とは、光学系あるいは光学素子を含む装置のことである。光学装置単体で機能しなくてもよい。つまり、装置の一部でもよい。光学装置には、撮像装置、観察装置、表示装置、照明装置、信号処理装置等が含まれる。
撮像装置の例としては、フィルムカメラ、デジタルカメラ、ロボットの眼、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラ、テレビカメラ、動画記録装置、電子動画記録装置、カムコーダ、ＶＴＲカメラ、電子内視鏡等、携帯電話のデジタルカメラがある。デジカメ、カード型デジカメ、テレビカメラ、ＶＴＲカメラ、動画記録カメラ、携帯電話のデジタルカメラなどはいずれも電子撮像装置の一例である。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
なお、本発明の光学系は小型軽量なので、電子撮像装置、信号処理装置、特に、デジタルカメラ、携帯電話の撮像系に用いると効果がある。
撮像素子は、例えばＣＣＤ、撮像管、固体撮像素子、写真フィルム等を指す。また、平行平面板はプリズムの１つに含まれるものとする。観察者の変化には、視度の変化を含むものとする。被写体の変化には、被写体となる物体距離の変化、物体の移動、物体の動き、振動、物体のぶれ等を含むものとする。
【０１１６】
拡張曲面の定義は以下の通りである。
球面、平面、回転対称非球面のほか、光軸に対して偏心した球面、平面、回転対称非球面、あるいは対称面を有する非球面、対称面を１つだけ有する非球面、対称面のない非球面、自由曲面、微分不可能な点や線を有する面等、いかなる形をしていても良い。反射面でも、屈折面でも、光になんらかの影響を与えうる面ならば良い。本発明では、これらを総称して拡張曲面と呼ぶことにする。
【０１１７】
光学特性可変光学素子とは、可変焦点レンズ、可変形状鏡、面形状の変わる偏光プリズム、頂角可変プリズム、光偏向作用の変わる可変回折光学素子、つまり可変ＨＯＥ，可変ＤＯＥ等を含む。可変焦点レンズには、焦点距離が変化せず、収差量が変化するような可変レンズも含むものとする。可変形状鏡についても同様である。要するに、光学素子で、光の反射、屈折、回折等の光偏向作用が変化しうるものを光学特性可変光学素子と呼ぶ。
【０１１８】
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。
【０１１９】
以上の説明から明らかなように、本発明は、特許請求の範囲に記載された特徴の他に下記のような特徴も備えている。
（１）請求項１乃至３の何れかに記載の光学系を用いた光学装置。
【０１２０】
（２）前記形状可変ミラーは、フォーカシングする物体距離が近くなるにつれて正のパワーが大きくなるように構成されていることを特徴とする、請求項１乃至３の何れかに記載の光学系及び該光学系を用いた光学装置。
【０１２１】
（３）前記形状可変ミラーは、変形により正のパワーと負のパワーの両方を取ることができる、請求項１乃至３の何れか又は上記（２）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
形状可変ミラーは、パワーが増大するにつれて変形量が大きくなる。それによって偏心収差が発生し、光学性能が劣化してしまう。形状可変ミラーが正のパワーと負のパワーの両方を取ることで変形量を抑えられ、偏心収差の発生を抑制しつつ良好な光学性能を得ることができる。
【０１２２】
（４）前記形状可変ミラーは、正のパワーのみを取ることができる、請求項１乃至３の何れか又は上記（２）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
形状可変ミラーが正のパワーのみを取ることで、機械的構造や電気的構造が簡単になり、低コストの形状可変ミラーを提供することができる。
【０１２３】
（５）前記形状可変ミラーは、ミラー面の変形の際に周辺部が固定であることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか又は上記（２）乃至（４）の何れかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１２４】
（６）少なくとも１つ以上の接合レンズを有することを特徴とする、請求項１乃至３の何れか又は上記（２）乃至（５）の何れかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
接合レンズにより各レンズ群で発生する色収差を補正することができ、さらに光学系のコンパクト化にも寄与することができる。
【０１２５】
（７）形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーの最大変形量をｍｄ、光学系の焦点距離をｆｌとしたときに、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴とする、光学系及びそれを用いた光学装置。
０＜｜ｍｄ／ｆｌ｜＜０．１ …（１−１）
ただし、光学系の焦点距離ｆlは、形状可変ミラーが平面形状における光学系の焦点距離として定義する。以下の条件式におけるｆｌも同様である。
条件式（１−１）を満足することで、形状可変ミラーの変形量を適正な範囲に抑えることができる。（１−１）式の上限を超えると、変形量が大きくなりすぎて偏心収差の発生量が増大し、所望の光学性能を満足することが難しくなる。さらに、製造上の難易度が高くなる。
【０１２６】
（８）所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴とする、上記（７）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０＜｜ｍｄ／ｆｌ｜＜０．０５ …（１−２）
条件式（１−１）に代えて条件式（１−２）を満足することで、さらに偏心収差の発生量を抑えることができる。
【０１２７】
（９）所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴とする、上記（７）または（８）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０＜｜ｍｄ／ｆｌ｜＜０．０３ …（１−３）
条件式（１−２）に代えて条件式（１−３）を満足すれば、さらに良い。
【０１２８】
（１０）形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーの最大変形量をｍｄ、形状可変ミラーにおける光学的に有効な反射面の面積をＳｍとしたときに、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴とする、光学系及びそれを用いた光学装置。
０＜ｍｄ²／Ｓｍ＜５．０×１０^-4 …（２−１）
条件式（２−１）を満足することで、形状可変ミラーの変形量を適正な範囲に抑えることができる。
【０１２９】
（１１）所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴とする、上記（１０）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０＜ｍｄ²／Ｓｍ＜１．０×１０^-4 …（２−２）
条件式（２−２）を満足すれば、さらに良い。
【０１３０】
（１２）形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーによってフォーカシングを行う際に、形状可変ミラーの駆動方式が静電駆動方式であり、フォーカシング時に形状可変ミラーに印加する電圧をＶｍ（Volt）としたときに、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴とする、光学系及びそれを用いた光学装置。
０≦｜Ｖｍ｜＜５００ …（３−１）
条件式（３−１）を満足することで、空気放電の危険性を低減しつつ、形状可変ミラーの変形量を大きくすることができる。
【０１３１】
（１３）形状可変ミラーによってフォーカシングを行う際に、形状可変ミラーの駆動方式が静電駆動方式であり、フォーカシング時に形状可変ミラーに印加する電圧をＶｍ（Volt）としたときに、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴とする、上記（１４）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０≦｜Ｖｍ｜＜３００ …（３−２）
条件式（３−２）を満足すれば、消費電力を低減させることができるので、さらに良い。
【０１３２】
（１４）形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーのパワーをφDM、光学系の焦点距離をｆｌとしたときに、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴とする、光学系及びそれを用いた光学装置。
０≦｜φDM×ｆｌ｜＜１．００ …（４−１）
ただし、前記形状可変ミラーのパワーφDMは、前記形状可変ミラーの偏心方向（Y方向）面内でのパワーφDMyと、それと垂直方向（X方向）面内でのパワーφDMｘとの平均値であり、以下のように定義する。
φDM=（φDMｘ＋φDMｙ）／２
条件式（４−１）を満足することで、形状可変ミラーのフォーカシング作用を満足に得ることができ、さらに形状可変ミラーで発生する偏心収差を適正な範囲で抑えることができる。
【０１３３】
（１５）所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴とする、上記（１４）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０≦｜φDM×ｆｌ｜＜０．５０ …（４−２）
条件式（４−１）に代えて条件式（４−２）を満足すれば、さらに偏心収差を抑えることができるので、なお良い。
【０１３４】
（１６）所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴とする、上記（１４）または（１５）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０≦｜φDM×ｆｌ｜＜０．１０ …（４−３）
条件式（４−２）に代えて条件式（４−３）を満足すれば、さらに良い。
【０１３５】
（１７）前記形状可変ミラーによって遠点にフォーカシングした際に、形状可変ミラーがフォーカシングした状態のパワーよりも小さいパワーの状態に変形できることを特徴とする、上記（１４）乃至（１６）の何れかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
形状可変ミラーが遠点合焦時よりも小さいパワーになることで、遠点における像のボケ具合を調節することができる。それにより、コントラスト方式のオートフォーカスを行うことが可能になる。
【０１３６】
（１８）前記形状可変ミラーによって近点にフォーカシングした際に、形状可変ミラーがフォーカシングした状態のパワーよりも大きいパワーの状態に変形できることを特徴とする、上記（１４）乃至（１６）の何れかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
形状可変ミラーが近点合焦時よりも大きいパワーになることで、近点における像のボケ具合を調節することができる。それにより、コントラスト方式のオートフォーカスを行うことが可能になる。
【０１３７】
（１９）前記形状可変ミラーによって物体距離が無限大の物点にフォーカシングした際に、形状可変ミラーの形状が平面ではなく、ゼロよりも大きなパワーを持つ凹面形状に変形することを特徴とする、請求項１及び上記（１４）乃至（１６）の何れかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１３８】
（２０）形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーの物体側に負パワーのレンズ群を有し、該レンズ群の焦点距離をｆ１、光学系の焦点距離をｆｌとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする、光学系及びそれを用いた光学装置。
−５．０＜ｆ１／ｆｌ＜−０．２ …（５−１）
条件式（５−１）の下限を下回ると負レンズ群のパワーが非常に弱くなり、広角端における形状可変ミラーの軸外光線高を小さくすることができず、形状可変ミラーの大型化につながり、コスト高を招く。また、条件式（５−１）の上限を上回ると、負レンズ群のパワーが強くなりすぎ、そのレンズ群で発生するコマ収差や倍率の色収差を補正することが困難になる。条件式（５−１）を満足することで、形状可変ミラーの小型化、低コスト化、及び良好な光学性能を得ることができる。
【０１３９】
（２１）以下の条件式を満足することを特徴とする、上記（２０）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
−２．５＜ｆ１／ｆｌ＜−０．５ …（５−２）
条件式（５−２）を満足すれば、良好な光学性能を確保しつつ、さらに形状可変ミラーの小型化を実現できるので、さらに良い。
【０１４０】
（２２）形状可変ミラーの物体側に配置された負パワーのレンズ群が、１枚の凹レンズで構成されていることを特徴とする、上記（２０）または（２１）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
形状可変ミラーから物体側のレンズが１枚だけなので、コンパクトで薄型の光学系を実現することができる。
【０１４１】
（２３）形状可変ミラーの物体側に配置された負パワーのレンズ群が、２枚のレンズで構成されていることを特徴とする、上記（２０）または（２１）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
形状可変ミラーから物体側のレンズを２枚にすることで、ディストーションや倍率色収差等の収差補正能力に優れた光学系を実現することができる。
【０１４２】
（２４）形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーによる軸上主光線の折り曲げ角をθとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする、光学系及びそれを用いた光学装置。
６０°＜θ＜１２０° …（６−１）
条件式（６−１）の下限を下回ると、形状可変ミラーの長手方向のサイズが大きくなってしまい、低コスト化が困難になる。条件式（６−１）の上限を上回ると、ミラーのサイズは小さくなるが、形状可変ミラーの前後のレンズ群が干渉し、光学系の配置が難しくなる。なお、ここでの主光線とは、物体中心を出て絞り中心を通り、像中心に到達する光線のことを指す。
【０１４３】
（２５）以下の条件式を満足することを特徴とする、上記（２４）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
７５°＜θ＜１０５° …（６−２）
条件式（６−２）を満足すれば、さらに良い。
【０１４４】
（２６）形状可変ミラーを含んだ光学系において、前記形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率をβ1としたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする、光学系及びそれを用いた光学装置。
０．３５＜｜β1｜＜１．５０ …（７−１）
条件式（７−１）の下限を下回ると、形状可変ミラーより像側にあるレンズ群の倍率が低すぎるので、形状可変ミラーにおけるフォーカス感度が低下し、フォーカシングに必要な形状可変ミラーの変形量が増大してしまう。その一方、条件式（７−１）の上限を上回ると、レンズ群の倍率が高すぎるので形状可変ミラーで発生する偏心収差が拡大され、満足な光学性能を得ることが難しくなる。
【０１４５】
（２７）以下の条件式を満足することを特徴とする、上記（２６）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０．５０＜｜β1｜＜１．２０ …（７−２）
条件式（７−２）を満足すれば、光学性能を確保しつつ形状可変ミラーの変形量を適正な範囲で抑えられるので、さらに良い。
【０１４６】
（２８）形状可変ミラーを含んだ光学系において、光学系の全長をＣｊ、光学系の焦点距離をｆｌとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする、光学系及びそれを用いた光学装置。
１．０＜Ｃｊ／ｆｌ＜２０．０ …（８−１）
条件式（８−１）の上限を上回ると、光学系の全長が長くなりすぎ、コンパクト化が困難になる。また、下限を下回るとコンパクト化は達成されるが、レンズ群の配置が制限され、十分な光学性能を得ることができない。
【０１４７】
（２９）以下の条件式を満足することを特徴とする、上記（２８）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
３．０＜Ｃｊ／ｆｌ＜１５．０ …（８−２）
条件式（８−２）を満足することで、コンパクトな光学系でありながら、より高い光学性能を得ることができる。
【０１４８】
（３０）以下の条件式を満足することを特徴とする、（２８）または（２９）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
５．０＜Ｃｊ／ｆｌ＜１０．０ …（８−３）
条件式（８−３）を満足すれば、さらに良い。
【０１４９】
（３１）形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズにシフトを加え、そのシフト量をδ、光学系の焦点距離をｆｌとしたときに、所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴とする、光学系及びそれを用いた光学装置。
０．０≦｜δ／ｆｌ｜＜１．００ …（９−１）
条件式（１０−１）を満足することで、レンズに加える偏心量を適正な範囲で抑えることができ、形状可変ミラーのパワーが弱い場合と強い場合の光学性能のバランスを取ることができる。ここでのシフト量δとは、シフトを加えたレンズの中心軸と光学系のＺ軸との距離として定義される量である。
【０１５０】
（３２）所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴とする、上記（３１）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０．０≦｜δ／ｆｌ｜＜０．５０ …（９−２）
条件式（９−２）を満足すれば、遠点合焦時と近点合焦時の性能をさらに良くすることができる。
【０１５１】
（３３）ある状態で以下の条件式を満足することを特徴とする、上記（３１）または（３２）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０．０≦｜δ／ｆｌ｜＜０．２５ …（９−３）
条件式（９−３）を満足すれば、さらに良い。
【０１５２】
（３４）形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーから物体側に配置された負パワーのレンズ群が２枚のレンズで構成されており、それぞれのレンズに加えられたシフトをδ₁、δ₂としたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする、上記（３１）乃至（３３）の何れかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
δ₁×δ₂≦０ …（９−４）
条件式（９−４）を満足する、つまり、負パワーのレンズ群に加えられたシフトを逆向きにすることで、形状可変ミラーで発生する偏心収差の補正に大きな効果がある。
【０１５３】
（３５）形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズあるいは撮像面にティルトを加え、そのティルト量をεとしたときに、ある状態で以下の条件式を満足することを特徴とする、光学系及びそれを用いた光学装置。
０．０°≦｜ε｜＜１０．０° …（１０−１）
条件式（１０−１）を満足することで、レンズに加える偏心量を適正な範囲で抑えることができ、形状可変ミラーのパワーが弱い場合と強い場合の光学性能のバランスを取ることができる。なお、ティルト量εとは、ティルトを加えたレンズあるいは撮像面の中心軸と光学系のＺ軸との傾き角として定義される量である。
【０１５４】
（３６）所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴とする、上記（３５）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０．０°≦｜ε｜＜７．０° …（１０−２）
条件式（１０−２）を満足すれば、遠点合焦時と近点合焦時の性能をさらに良くすることができる。
【０１５５】
（３７）所定の状態で以下の条件式を満足することを特徴とする、上記（３５）または（３６）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０．０°≦｜ε｜＜５．５° …（１０−３）
条件式（１０−３）を満足すれば、さらに良い。
【０１５６】
（３８）それぞれのレンズあるいは撮像面に加えたティルト量の絶対値の中で、撮像面のティルト量の絶対値が最大であることを特徴とする、上記（３５）乃至（３７）の何れかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１５７】
（３９）撮像面に加えたティルトの方向が、形状可変ミラーと平行に近づく方向であることを特徴とする、上記（３５）乃至（３８）の何れかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１５８】
（４０）形状可変ミラーを含み、形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために少なくとも１つのレンズあるいは撮像面にシフト及びティルトを加えた光学系において、それぞれのシフトがある一つの平面内で行われ、かつ、ティルトの回転軸がその平面に垂直であることを特徴とする、光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１５９】
（４１）形状可変ミラーを含んだ光学系において、光学系の絞りが形状可変ミラーよりも像側に配置されていることを特徴とする、光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１６０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の光学系によれば、レンズの可動群が少なく、小型で、消費電力が少なく、動作音が静かな光学系及びそれを用いた光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光学系の第１実施例のＹ−Ｚ断面図である。
【図２】第１実施例の物点距離無限遠における横収差図である。
【図３】第１実施例の物点距離１５０ｍｍにおける横収差図である。
【図４】本発明にかかる光学系の第２実施例のＹ−Ｚ断面図である。
【図５】第２実施例の物点距離無限遠における横収差図である。
【図６】第２実施例の物点距離１８０ｍｍにおける横収差図である。
【図７】本発明にかかる光学系の第３実施例のＹ−Ｚ断面図である。
【図８】第３実施例の物点距離無限遠における横収差図である。
【図９】第２実施例の物点距離１５０ｍｍにおける横収差図である。
【図１０】本発明に適用可能な形状可変ミラーとしての光学特性可変ミラーを用いたデジタルカメラのケプラー式ファインダーの概略構成図である。
【図１１】本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９の他の例を示す概略構成図である。
【図１２】図１１の例の可変形状鏡に用いる電極の一形態を示す説明図である。
【図１３】図１１の例の可変形状鏡に用いる電極の他の形態を示す説明図である。
【図１４】本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
【図１５】本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
【図１６】本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
【図１７】図１６の例における薄膜コイル４２７の巻密度の状態を示す説明図である。
【図１８】本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
【図１９】図１８の例におけるコイル４２７の一配置例を示す説明図である。
【図２０】図１８の例におけるコイル４２７の他の配置例を示す説明図である。
【図２１】図１６に示した例において、コイル４２７を図２０のように配置した場合に適する永久磁石４２６の配置を示す説明図である。
【図２２】本発明の光学系を用いた撮像装置に適用可能な形状可変ミラーとしての可変形状鏡４０９を用いた撮像系の概略構成図である。
【図２３】本発明の光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能なさらに他の例の可変形状鏡１８８の概略構成図である。
【図２４】本発明の光学系に用いる形状可変ミラーに適用可能なマイクロポンプの一例を示す概略構成図である。
【図２５】本発明に適用可能な、可変焦点レンズを応用した可変焦点ミラーを示す図である。
【図２６】本発明の光学系に用いる形状可変ミラーに適用可能な可変形状鏡のさらに他の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
ＤＭ形状可変ミラー
Ｇ１凹レンズ群
Ｇ２凸レンズ群
４５，１８８，４０９可変形状鏡
１０３制御系
１０４撮像ユニット
１６１流体
１８０マイクロポンプ
１８１振動板
１８２，１８３，４０９ｂ，４０９ｄ，４５２電極
１８４，１８５弁
１８９反射膜
４０４プリズム
４０５二等辺直角プリズム
４０６ミラー
４０８固体撮像素子
４０９ａ薄膜
４０９ｃ，４０９ｃ’ 圧電素子
４０９ｃ−１，４０９ｅ基板
４０９ｃ−２，４５３電歪材料
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
４５０反射膜
４５１変形可能な基板
５１３ａ，５１３ｂ透明電極
５１４高分子分散液晶層
５１５スイッチ
５１６交流電源
５１９可変抵抗器
５６５可変焦点ミラー
５６６第１の透明基板
５６６ａ第１の面
５６６ｂ第２の面
５６７第２の透明基板
５６７ａ第３の面
５６７ｂ第４の面
５６８反射膜
９０１接眼レンズ
９０２対物レンズ

Claims

少なくとも１つの形状可変ミラーを有し、該形状可変ミラーの変形のみでフォーカシングが可能なように構成した光学系。
前記形状可変ミラーは、偏心収差を低減するために所定の状態で回転非対称な形状に変形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。
偏心収差を補正するために、少なくとも１つの回転対称なレンズあるいは撮像面がＺ軸に対して偏心配置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。