JP2004309684A - 結像光学系及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フォーカシングにおいて、消費電力が非常に小さく、動作音が静かで、応答時間が短い結像光学系、あるいは撮像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】結像光学系を、最も物体側に配置されたレンズ群Ｇ１と、レンズ群Ｇ１と前記像の間に配置されたレンズ群を少なくとも１つ備え、レンズ群のうち少なくとも一つを光軸方向に移動させた構成にする。そして、レンズ群Ｇ１を物体側から順に少なくとも一つの負の屈折力を持つレンズと、形状可変ミラーと、少なくとも一つの正の屈折力を持つレンズとで構成し、形状可変ミラーの変形によってフォーカシングを行う。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結像光学系及びこの結像光学系を備えた電子撮像装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
撮像装置において、被写体の物体距離に応じてフォーカシングする場合、従来の結像光学系では、少なくとも一つ以上のレンズを光軸方向に移動させる必要があった。その場合、レンズの移動は、ステッピングモーター等によって行なっていた。
また、レンズを移動させる代わりに、光学特性可変ミラーを用いる構成があった。（例えば、特許文献１参照。）
また、光学系の小型化のために、光学素子を偏心して配置させたり、光を折り曲げたりする構成があった。（例えば、特許文献２、３参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２８７０３３号公報
【特許文献２】
特開２０００−２９８２３７号公報
【特許文献２】
特開２００３−０４３３５４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、モーターによるレンズの移動は、消費電力が大きい、動作音がうるさい、時間がかかるため応答速度が遅い、等の問題があった。さらに、レンズの移動のために、カム等を設ける必要がある。ところが、カム等を設けると、機械的構造が複雑になる、装置が大型化するという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、こ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、フォーカシングにおいて、消費電力が非常に小さく、動作音が静かで、応答時間が短い結像光学系、あるいは撮像装置を提供することを目的とする。
また、機械的構造が簡単でコストダウンに寄与し、小型の結像光学系、あるいは撮像装置を提供することを目的とする。
また、偏心誤差に対する性能劣化を抑えながらも高い変倍比を有し、結像性能の良い結像光学系、あるいは撮像装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の結像光学系は、物体の像を形成する結像光学系であって、最も物体側に配置されたレンズ群Ｇ１と、該レンズ群Ｇ１と前記像の間に配置されたレンズ群を少なくとも１つ備え、前記レンズ群のうち少なくとも一つが光軸方向に移動し、前記レンズ群Ｇ１は、物体側から順に少なくとも一つの負の屈折力を持つレンズと、形状可変ミラーと、少なくとも一つの正の屈折力を持つレンズとを有し、前記形状可変ミラーの変形によってフォーカシングを行うことを特徴とする。
また、結像光学系を構成する少なくとも１つの光学面が軸上主光線に対して略垂直方向にシフト偏心しており、以下の条件を満足することを特徴とする。
｜δ／ｆｗ｜ ＜ １．０
ここで、δは前記光学面のシフト偏心量、ｆｗは広角端における前記結像光学系の焦点距離である。
また、結像光学系を構成する少なくとも１つの光学面が軸上主光線に対して略垂直方向の軸を中心としてティルト偏心しており、以下の条件を満足することを特徴とする。
｜ε｜ ＜ ５．０（ｄｅｇ）
ここで、ε（ｄｅｇ）は前記光学面のティルト偏心量である。
また、本発明の別の結像光学系は、物体側から順に、負の屈折力を持つレンズ群Ｇ１と、正の屈折力を持つレンズ群Ｇ２と、負の屈折力を持つレンズ群Ｇ３と、正の屈折力を持つレンズ群Ｇ４と、レンズ群Ｇ５を備え、前記レンズ群Ｇ２と前記レンズ群Ｇ４が光軸方向に独立に移動し、以下の条件のいずれか一方を満足することを特徴とする。
０．１ ＜ ｆＧ２／ｆｗ
０．１ ＜ ｆＧ４／ｆｗ
ここで、ｆＧ２は前記レンズ群Ｇ２の焦点距離、ｆＧ４は前記レンズ群Ｇ４の焦点距離、ｆｗは広角端における前記結像光学系の焦点距離である。
また、本発明の更に別の結像光学系は、変倍時に光軸方向に移動するレンズ群を一つ以上有する結像光学系であって、前記レンズ群は、相対的に偏心している少なくとも２つレンズを、該レンズ群中に有していることを特徴とする。
また、本発明の撮像装置は、上記の結像光学系と、撮像素子を備えたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の結像光学系及びこの結像光学系を用いた撮像装置について説明する。本発明の結像光学系は、最も物体側にレンズ群Ｇ１を有し、レンズ群Ｇ１と像面の間にレンズ群が配置されている。そして、このレンズ群のうち少なくとも一つのレンズ群が、光軸方向に独立に移動することで変倍を行う。また、レンズ群Ｇ１は、物体側から順に少なくとも一つの負の屈折力を持つレンズと、形状可変ミラーと、少なくとも一つの正の屈折力を持つレンズとを有する。
【０００８】
この結像光学系では、形状可変ミラーの変形でフォーカシングを行う。そこで、形状可変ミラーの物体側に負レンズを配置している。また、このレンズには、通常の負先行型の撮像光学系に比べて、強い負のパワーを与えている。この負レンズに強い負のパワーを与えると、形状可変ミラーよりも像側にある光学系は、像を形成するために強い正のパワーを持つことになる。その結果、形状可変ミラーよりも像側にある光学系の結像倍率を高くすることができる。仮に、形状可変ミラー以降の光学系の倍率が低いと、フォーカシングに必要な形状可変ミラーの変形量が大きくなる。その結果、収差の発生量が大きくなる。しかしながら、上記のような構成であれば、フォーカシングに必要な形状可変ミラーの変形量を小さくすることができる。
【０００９】
ただし、上記負レンズのパワーが強くなると、レンズ群Ｇ１のパワーが強くなる。その結果、偏心誤差に対する性能が劣化する恐れがある。そこで、形状可変ミラーの像側に正レンズを配置することで、負レンズのパワーを強くしつつ、レンズ群Ｇ１全体のパワーの適正化を図っている。このように、形状可変ミラーを挟んで負レンズと正レンズを少なくとも１つ配置することで、レンズ群Ｇ１の偏心誤差に対する性能劣化を小さくしている。
【００１０】
また、結像光学系において、形状可変ミラーの物体側と像側に隣接して配置されたレンズ群を備え、下記条件のいずれか一方を満足するのが好ましい。
０．１ ＜ ｄ１／ｆｗ ＜ １０．０ … （１−１）
０．１ ＜ ｄ２／ｆｗ ＜ １０．０ … （１−２）
ここで、ｄ１は物体側に隣接配置されたレンズ群と形状可変ミラーのとの間隔、ｄ２は像側に隣接配置されたレンズ群と形状可変ミラーのとの間隔、ｆｗは広角端における結像光学系の焦点距離である。
なお、焦点距離は、形状可変ミラーが平面状態における焦点距離として定義する。これは、以下の説明においても同様である。また、上記間隔は、形状可変ミラーに最も近いレンズ面から形状可変ミラーまでの距離である。
【００１１】
条件式（１−１）または（１−２）の上限を上回ると、結像光学系のサイズが大きくなってしまう。また、形状可変ミラーの反射面の面積が大きくなるため、面形状の制御や形状可変ミラー自体の製作が困難になる。
一方、条件式（１−１）または（１−２）の下限を下回ると、形状可変ミラーとその前後のレンズ群との間隔が小さくなり過ぎる。そのため、それぞれのレンズ群の配置が困難になる。
なお、レンズ群の具体的な構成には、１つのレンズによる構成、複数のレンズによる構成の両方を含む。
【００１２】
また、結像光学系において 以下の条件を満足することが好ましい。
０．２ ＜ ｜ｆＧ１／ｆｗ｜ … （３−１）
ここで、ｆＧ１はレンズ群Ｇ１の焦点距離、ｆｗは広角端における結像光学系の焦点距離である。
【００１３】
条件式（３−１）を満足することで、レンズ群Ｇ１のパワーを適正な範囲に抑えることができる。その結果、レンズ群Ｇ１に偏心誤差が存在しても、性能劣化を抑えることができる。
【００１４】
なお、（３−１）の条件に代えて、以下の条件を満足するのが更に好ましい。
０．５ ＜ ｜ｆＧ１／ｆｗ｜ … （３−２）
この条件を満たせば、レンズ群Ｇ１の偏心誤差に対する感度がさらに低くなる。また、（３−１）、（３−２）において、上限は５０未満であることが望ましい。
【００１５】
また、結像光学系は、移動する少なくとも１つのレンズ群が、以下の条件を満足するのが好ましい。
０．１ ＜ ｜ｆＧｍ／ｆｗ｜ … （４−１）
ここでｆＧｍは移動するレンズ群の焦点距離、ｆｗは広角端における結像光学系の焦点距離である。
【００１６】
条件式（４−１）を満たすことで、変倍時に移動するレンズ群のパワーを適正な範囲に抑えることができる。その結果、レンズ群Ｇ１に偏心誤差が存在しても、性能劣化を抑えることができる。
【００１７】
なお、（４−１）の条件に代えて、以下の条件を満足するのが更に好ましい。
０．２５ ＜ ｜ｆＧｍ／ｆｗ｜ … （４−２）
この条件を満たせば、偏心誤差に対する感度がさらに低くなる。また、（４−１）、（４−２）において、上限は１００未満であることが望ましい。
【００１８】
また、結像光学系は、レンズ群Ｇ１は形状可変ミラーよりも像側にレンズ群Ｇ１ｐを有し、以下の条件を満足することが好ましい。
０．１ ＜ ｜ｆＧ１ｐ／ｆｗ｜ … （５−１）
ｆＧ１ｐはレンズ群Ｇ１ｐの焦点距離、ｆｗは広角端における結像光学系の焦点距離である。
【００１９】
条件式（５−１）を満たすことで、結像光学系のいずれかのレンズ（光学素子）に偏心誤差が存在する場合でも、光学性能の劣化を抑えることができる。
【００２０】
なお、（５−１）の条件に代えて、以下の条件を満足するのが更に好ましい。
０．２ ＜ ｜ｆＧ１ｐ／ｆｗ｜ … （５−２）
この条件を満たせば、偏心誤差に対する性能劣化をさらに小さくすることができる。また、（５−１）、（５−２）において、上限は２００未満であることが望ましい。
【００２１】
また、結像光学系は、形状可変ミラー所定の範囲内で形状を変化させることができ、この所定の範囲内の一状態で以下の条件のいずれか一方を満足することが好ましい。
｜Ｃ_４×ｆｗ｜ ＜ ０．２ … （６−１）
｜Ｃ_６×ｆｗ｜ ＜ ０．２ … （６−２）
ここで、Ｃ_４は形状可変ミラーの反射面の形状をＸとＹの多項式で表したときのＸ^２の項における係数、Ｃ_６はこの多項式のＹ^２の項における係数、ｆｗは広角端における結像光学系の焦点距離である。
【００２２】
条件式（６−１）または（６−２）を満たすことで、形状可変ミラーの焦点距離の変動を適正な範囲に抑えることができる。その結果、形状可変ミラーで発生する収差量を低くすることができる。
【００２３】
なお、（６−３）、（６−４）の条件に代えて、以下の条件を満足するのが更に好ましい。
｜Ｃ_４×ｆｗ｜ ＜ ０．０５ … （６−３）
｜Ｃ_６×ｆｗ｜ ＜ ０．０５ … （６−４）
上記条件のいずれか一方を満たせば、形状可変ミラーで発生する収差量をさらに低減できる。また、（６−１）、（６−２）、（６−３）、（６−４）において、下限は０よりも大きいことが望ましい。
【００２４】
また、結像光学系において、前記形状可変ミラーは、以下の条件を満足するように配置されていることが好ましい。
３５° ＜ θ ＜ １０５° … （７−１）
ここで、θは前記形状可変ミラーへ入射する軸上主光線の入射角と、前記形状可変ミラーから出射する軸上主光線の出射角の和である。
【００２５】
なお、軸上主光線とは、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。これは、以下の説明についても同じである。
また、入射角とは、形状可変ミラーの面の法線と、形状可変ミラーに入射する軸上主光線とがなす角度である。また、射出角とは、形状可変ミラーの面の法線と、形状可変ミラーから射出する軸上主光線とがなす角度である。また、ここでの形状可変ミラーの面とは、形状可変ミラーの面が平面の場合である。
なお、θは、形状可変ミラーによる軸上主光線の折り曲げ角ということもできる。
【００２６】
条件式（７−１）の上限を上回ると、形状可変ミラーに入射する軸上主光線が斜入射になりすぎる。そのため、形状可変ミラーで発生する収差が増大する。さらに、形状可変ミラーの長手方向のサイズが大きくなるため、低コスト化が困難になる。
一方、条件式（７−１）の下限を下回ると、形状可変ミラーのサイズは小さくなる。ただし、形状可変ミラーの前後の光学素子が機械的に干渉するため、それぞれの配置が難しくなる。
【００２７】
なお、（７−１）の条件に代えて、以下の条件を満足するのが更に好ましい。
７５° ＜ θ ＜ １０５° … （７−２）
【００２８】
また、結像光学系は、この結像光学系を構成する少なくとも１つの光学面が軸上主光線に対して略垂直方向にシフト偏心しており、以下の条件を満足することが好ましい。
｜δ／ｆｗ｜ ＜ １．０ … （８−１）
ここで、δは光学面のシフト偏心量、ｆｗは広角端における結像光学系の焦点距離である。
【００２９】
結像光学系は、光学面あるいはレンズで構成されている。そこで、少なくとも１つの光学面あるいはレンズを、軸上主光線に対してほぼ垂直方向にシフトさせることで、形状可変ミラーで発生する収差をキャンセルすることができる。
さらに条件式（８−１）を満たすことで、光学面あるいはレンズのシフト量を適正な範囲に抑えつつ、形状可変ミラーで発生する収差をキャンセルすることができる。また、（８−１）において、下限は０よりも大きいことが望ましい。
【００３０】
また、結像光学系において、この結像光学系を構成する少なくとも１つの光学面が軸上主光線に対して略垂直方向の軸を中心としてティルト偏心しており、以下の条件を満足することが好ましい。
｜ε｜ ＜ ５．０（ｄｅｇ） … （９−１）
ここで、ε（ｄｅｇ）は前記光学面のティルト偏心量である。
【００３１】
上述のように、結像光学系は、光学面あるいはレンズで構成されている。そこで、光学面あるいはレンズを、軸上主光線に対してほぼ垂直方向の軸を中心としてティルトさせることで、形状可変ミラーで発生する収差をキャンセルできる。
さらに条件式（９−１）を満たすことで、レンズまたは撮像面のティルト量を適正な範囲に抑えつつ、形状可変ミラーで発生する収差をキャンセルすることができる。
【００３２】
なお、（９−１）の条件に代えて、以下の条件を満足するのが更に好ましい。｜ε｜ ＜ ２．０ … （９−２）
また、（９−１）、（９−２）において、下限は０よりも大きいことが望ましい。
【００３３】
また、結像光学系において、レンズ群Ｇ１は負の屈折力を有し、レンズ群Ｇ１と像の間に配置されたレンズ群として、正の屈折力を持つレンズ群Ｇ２と、負の屈折力を持つレンズ群Ｇ３と、正の屈折力を持つレンズ群Ｇ４と、レンズ群Ｇ５を備え、光軸方向に移動するレンズ群は、レンズ群Ｇ２とレンズ群Ｇ４であり、レンズ群Ｇ２とレンズ群Ｇ４は、それぞれ独立に移動することが好ましい。
【００３４】
また、結像光学系において、光軸方向に移動するレンズ群は、相対的に偏心している少なくとも２つのレンズを、レンズ群中に有していることが好ましい
【００３５】
レンズを偏心させて配置することで、形状可変ミラーで発生する収差を適正な範囲に抑えることができる。特に、結像光学系が変倍光学系である場合、広角端から望遠端までの全ての状態で、形状可変ミラーで発生する収差を適正な範囲に抑えることができる。なお、この場合の偏心はシフトである。
【００３６】
また、結像光学系は絞りを備え、この絞りが変倍時に移動しないことが好ましい。絞りは、シャッターの近くに配置されることが多い。よって、上記のようにすると、変倍時に絞りが移動しないため、シャッターも変倍時に固定できる。その結果、機械的な構造を簡略化できるメリットがある。
【００３７】
また、結像光学系において、以下の条件を満足することが好ましい。
｜ｆＧ３／ｆｗ｜ ＜ １５．０ … （１０−１）
ここで、ｆＧ３はレンズ群Ｇ３の焦点距離、ｆｗは広角端における結像光学系の焦点距離である。
【００３８】
条件式（１０−１）を満足することで、結像光学系のペッツバール和を小さくすることができる。その結果、像面湾曲を適正な範囲に抑えることができる。
【００３９】
なお、（１０−１）の条件に代えて、以下の条件を満足するのが更に好ましい。
｜ｆＧ３／ｆｗ｜ ＜ １０．０ … （１０−２）
この条件を満足すれば、像面湾曲をさらに小さくできる。
【００４０】
また、本発明の別の結像光学系は、物体側から順に、負の屈折力を持つレンズ群Ｇ１と、正の屈折力を持つレンズ群Ｇ２と、負の屈折力を持つレンズ群Ｇ３と、正の屈折力を持つレンズ群Ｇ４と、レンズ群Ｇ５を備えている。そして、レンズ群Ｇ２と前記レンズ群Ｇ４が光軸方向に独立に移動する。そして更に、以下の条件のいずれか一方を満足する。
０．１ ＜ ｆＧ２／ｆｗ … （１１−１）
０．１ ＜ ｆＧ４／ｆｗ … （１１−２）
ここで、ｆＧ２はレンズ群Ｇ２の焦点距離、ｆＧ４はレンズ群Ｇ４の焦点距離、ｆｗは広角端における結像光学系の焦点距離である。
【００４１】
条件式（１１−１）または（１１−２）を満たすことで、変倍時に移動するレンズ群のパワーを適正な範囲に抑えることができる。その結果、レンズ群Ｇ１に偏心誤差が存在しても、性能劣化を抑えることができる。
【００４２】
なお、（１１−１）、（１１−２）の条件に代えて、以下の条件を満足するのが更に好ましい。
０．２５ ＜ ｆＧ２／ｆｗ … （１１−３）
０．２５ ＜ ｆＧ４／ｆｗ … （１１−４）
この条件のいずれか一方を満たせば、偏心誤差に対する感度がさらに低くなる。また、（１１−１）、（１１−２）、（１１−３）、（１１−４）において、上限は１００未満であることが望ましい。
【００４３】
また、結像光学系において、レンズ群Ｇ１が少なくとも一つの反射光学素子を有することが好ましい。
レンズ群Ｇ１が反射光学素子を有することで、結像光学系の光路を折り曲げることができる。そして、その折り曲げ位置が物体側にあるため、結像光学系を薄型にすることが可能となる。
【００４４】
また、結像光学系において、反射光学素子の物体側と像側に、隣接して配置されたレンズ群を備えるのが好ましい。そして更に、下記条件のいずれか一方を満足することが好ましい。
０．１ ＜ Ｄ１／ｆｗ ＜ １０．０ … （１２−１）
０．１ ＜ Ｄ２／ｆｗ ＜ １０．０ … （１２−２）
ここで、Ｄ１は物体側に隣接配置されたレンズ群と反射光学素子のとの間隔、Ｄ２は像側に隣接配置されたレンズ群と反射光学素子のとの間隔、ｆｗは広角端における結像光学系の焦点距離である。
【００４５】
条件式（１２−１）または（１２−２）の上限を上回ると、結像光学系のコンパクト化が困難になる。また、条件式（１２−１）または（１２−２）の下限を下回ると、反射光学素子とその前後のレンズとの間隔が小さくなる。その結果、反射光学素子とレンズが機械的に干渉するため、それぞれの光学素子の配置が困難になる。
【００４６】
また、レンズ群Ｇ５を備える結像光学系において、以下の条件を満足するのが好ましい。
０．２ ＜ ｜ｆＧ５／ｆｗ｜ … （１３−１）
ここで、ｆＧ５はレンズ群Ｇ５の焦点距離、ｆｗは広角端における結像光学系の焦点距離である。
【００４７】
条件式（１３−１）を満たすことで、レンズ群Ｇ１に偏心誤差が存在しても性能劣化を抑えることができる。また、（１３−１）において、上限は２０未満であることが望ましい。
【００４８】
以上は述べた説明では、結像光学系として、物体の像を記録媒体（撮像素子やフィルム）上に像を形成する光学系を想定している。ただし、このような光学系に限定されるものではない。例えば、物体面と像面を入れ替えることで、プロジェクター等の投影光学系としても使用することができる。
【００４９】
また、形状可変ミラー自体は、反射面の変形による焦点距離の変化が小さい。そのため、形状可変ミラーを通常の反射光学素子で置き換えても、上述の議論は適用できる。
【００５０】
なお、本発明で使用する自由曲面とは以下の式（ａ）で定義されるものである。この定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。

ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。
【００５１】
また、球面項中、
ｃ：頂点の曲率
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ^２ ＋Ｙ^２ ）
Ｎ：２以上の自然数
である。
【００５２】
また、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。
【００５３】
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。ただし、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。
【００５４】
また、上記の回転非対称な曲面形状の面である自由曲面の他の定義式として、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式により定義できる。この面の形状は以下の式（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。
【００５５】

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、Ｄ_４ ，Ｄ_５ ，Ｄ_６ ，Ｄ_１０，Ｄ_１１，Ｄ_１２，Ｄ_１３，Ｄ_１４，Ｄ_２０，Ｄ_２１，Ｄ_２２…を利用する。
【００５６】
上記定義式は、回転非対称な曲面の例示のために示したものであり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。数学的に同値ならば他の定義で曲面形状を表してもよい。
本発明においては、（ａ）式におけるＸの奇数次の項を全て０とすることで、ｙ−ｚ面と平行な対称面を持つ自由曲面としている。
【００５７】
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＝（Ｙ^２／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）・（Ｙ／ｒ）^２｝^１／２］＋ａｙ^４＋ｂｙ^６＋ｃｙ^８＋ｄｙ^１０ …（ｃ）
【００５８】
なお、上記数値データに関する説明は、本発明の各実施例の数値データに共通である。以下、本発明である結像光学系の実施例について説明する。
【００５９】
実施例１の結像光学系の断面図を図１に示す。また、実施例１の物点距離無限遠における横収差図を、図２乃至図４に示す。図２は広角端の横収差図、図３は標準状態の横収差図。図４は望遠端の横収差図である。
なお、収差図において、実線は波長６５６．２７ｎｍ、点線は波長５８７．５６ｎｍ、一点鎖線は波長５４６．０７ｎｍ、破線は波長４８６．１３ｎｍ、二点鎖線は波長４３５．８３ｎｍである。
【００６０】
実施例１の結像光学系は、物体側から順に配置された、第１レンズ群Ｇ１〜第５レンズ群Ｇ５で構成されている。
第１レンズ群Ｇ１は負の屈折力を有し、両凹レンズ、形状可変ミラー及び物体側に凸の正メニスカスレンズで構成されている。第２レンズ群Ｇ２は正の屈折力を有し、負正の接合レンズで構成されている。この接合レンズは、物体側に凸の負メニスカスレンズと両凸レンズから構成されている。第３レンズ群Ｇ３は負の屈折力を有し、負正の接合レンズで構成されている。この接合レンズは、両凹レンズと物体側に凸の正メニスカスレンズから構成されている。第４レンズ群Ｇ４は正の屈折力を有し、両凸レンズと、正負の接合レンズで構成ている。この接合レンズは、両凸レンズと両凹レンズから構成されている。第５レンズ群Ｇ５は正の屈折力を有し、両凸レンズで構成されている。
【００６１】
非球面（ＡＳＰ）は、第１レンズ群Ｇ１の両凹レンズの像側面、第２レンズ群Ｇ２の接合レンズの像側面、第４レンズ群の凸単レンズの両面に設けられている。自由曲面（ＦＦＳ）は、形状可変ミラーのミラー面である。
【００６２】
第１レンズ群Ｇ１は、両凹レンズがＹ軸（＋）方向にシフトしており、更にティルトが加わっている。また、正メニスカスレンズがＹ軸（−）方向にシフトしている。
また、第２レンズ群Ｇ２は、接合レンズ全体がＹ軸（＋）方向にシフトしている。
また、第３レンズ群Ｇ３は、接合レンズ全体がＹ軸（−）方向にシフトしている。
また、第４レンズ群Ｇ４は、両凸レンズが接合レンズ全体がＹ軸（＋）方向にシフトしている。一方、接合レンズがＹ軸（−）方向にシフトしている。
また、第５レンズ群Ｇ５は、両凸レンズがＹ軸（−）方向にシフトしている。
また、像面に配置された撮像素子は、ティルトが加わっている。
【００６３】
第２レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４は、それぞれ光軸方向に独立に移動する。これにより、結像光学系の変倍を行うことができる。なお、実施例１では、変倍比は３である。
また、形状可変ミラーでフォーカシングを行う。これにこより、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ーの駆動音がなくなるメリットがある。
【００６４】
実施例２の結像光学系の断面図を図５に示す。また、実施例１の物点距離無限遠における横収差図を、図６乃至図８に示す。図６は広角端の横収差図、図７は標準状態の横収差図。図８は望遠端の横収差図である。
【００６５】
実施例２は、形状可変ミラーを含まない共軸系の結像光学系の実施例である。
実施例２の結像光学系は、物体側から順に配置された、第１レンズ群Ｇ１〜第５レンズ群Ｇ５で構成されている。
第１レンズ群Ｇ１は負の屈折力を有し、両凹レンズ及び正レンズで構成されている。第２レンズ群Ｇ２は正の屈折力を有し、負正の接合レンズで構成されている。この接合レンズは、物体側に凸の負メニスカスレンズと両凸レンズから構成されている。第３レンズ群Ｇ３は負の屈折力を有し、負正の接合レンズで構成されている。この接合レンズは、両凹レンズと物体側に凸の正メニスカスレンズから構成されている。第４レンズ群Ｇ４は正の屈折力を有し、両凸レンズと、正負の接合レンズで構成ている。この接合レンズは、両凸レンズと両凹レンズから構成されている。第５レンズ群Ｇ５は正の屈折力を有し、両凸レンズで構成されている。
【００６６】
非球面（ＡＳＰ）は、第１レンズ群Ｇ１の両凹レンズの像側面、第２レンズ群Ｇ２の接合レンズの像側面、第４レンズ群の凸単レンズの両面に設けられている。
【００６７】
第２レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４は、それぞれ光軸方向に独立に移動する。これにより、結像光学系の変倍を行うことができる。なお、実施例２では、変倍比は３である。
【００６８】
変倍時に絞りが固定なので、シャッターも変倍時に固定できる。そのため、鏡枠構造が簡単になり低コスト化を実現できる。
【００６９】
以下の実施例の中で、“Ｓ”は絞り、“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。また、Ｅ−０６あるいはｅは、１０^−０６のことである。
また、“ＷＥ”、“ＳＴ”、“ＴＥ”はそれぞれ広角端、標準状態、望遠端の状態を表す。可変の間隔Ｄｉ（ｉ＝１、２、３）は、順に広角端、標準状態、望遠端での値を表す。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。これら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。
【００７０】
また、実施例では、物体面における座標系のＺ軸を、物体中心を通り、物体面に垂直な直線で定義する。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。
【００７１】
また、光軸は物体面中心と絞り中心、あるいは物体面中心と射出瞳を通る光線の通り道で定義する。従って、光軸は、一般的に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。よって、以下の実施例では、Ｚ軸と光軸が略一致することになる。
【００７２】
偏心面は、座標系の原点から、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、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。
【００７３】
なお、偏心に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面以降の座標系は偏心前の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。
【００７４】
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。
【００７５】
形状可変ミラーは、コントラスト方式のオートフォーカスを行う。そのために、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。
なお、遠点合焦時よりも弱いパワーの形状に変形した状態を遠点余裕、近点合焦時よりも強いパワーの形状に変形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。そして、それぞれの状態において、変倍の広角端、標準状態、望遠端の３状態が存在する。よって、合計で１２種類の変形状態が存在する。
【００７６】
なお、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設計されている。よって、フォーカスするために変形する範囲に加えて、その変形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。
【００７７】

【００７８】

【００７９】

【００８０】

【００８１】

【００８２】

【００８３】

【００８４】

【００８５】
【表１】

【００８６】
【表２】

【００８７】
【表３】

【００８８】

【００８９】

【００９０】

【００９１】
【表４】

【００９２】
【表５】

【００９３】
本発明による結像光学系は、フィルムカメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、テレビカメラ、携帯端末（ＰＤＡ）用のカメラ、携帯電話用のカメラ、車載カメラ、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。
【００９４】
以下、本発明に適用可能な光学特性可変光学素子としての光学特性可変形状鏡、光学特性可変焦点レンズの構成例について説明する。
【００９５】
（可変形状鏡の例１）
図９は本発明の光学装置として使用される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、すなわち、観察光学系に可変形状鏡を適用した場合の概略構成図として示す。この可変形状鏡の構成は、もちろん、銀塩フィルムカメラの観察光学系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。
【００９６】
光学特性可変形状鏡４０９は、電極４０９ｋと変形可能な基板４０９ｊと、この基板４０９ｊの上にアルミニウムがコーティングされて反射面として機能する薄膜（反射面）４０９ａとからなる３層構成の変形層の周辺部が、支持台４２３の上に固定されており、また電極４０９ｋに対して間隔を設けた複数の電極４０９ｂが前記支持台４２３の下側に固定されて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、４１１ａ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４１１ｂと電源スイッチ４１３を介して電極４０９ｋと電極４０９ｂ間に接続された電源、４１４は複数の可変抵抗器４１１ａ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。
【００９７】
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４０９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、偏心（ｄｅｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）とはｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ（ｓｈｉｆｔ）とｔｉｌｔの一方、あるいは両方を意味する。
【００９８】
また、薄膜４０９ａは、例えば、Ｐ．Ｒａｉ−ｃｈｏｕｄｈｕｒｙ 編、Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｍｉｃｈｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ， Ｍｉｃｈｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍｉｃｈｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ， Ｖｏｌｕｍｅ ２：Ｍｉｃｈｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍｉｃｈｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，Ｐ４９５，Ｆｉｇ．８．５８， ＳＰＩＥ ＰＲＥＳＳ刊やＯｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ， １４０ 巻（１９９７年）Ｐ１８７〜１９０ に記載されているメンブレインミラーのように、複数の電極４０９ｂと電極４０９ｋ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１１、図１２に示すように、同じ分割または矩形分割にして薄膜４０９ａの変形のさせ方に応じて選べばよい。
【００９９】
前記形状可変鏡４０９を用いた場合、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９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、光学装置の観察光学系を構成し、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。
【０１００】
すなわち、反射面として機能する薄膜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４１１ａ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４１１ａ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光学系としての撮像レンズ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。
【０１０１】
また、変形可能な基板４０９ｊをポリイミド等の合成樹脂で製作すれば、低電圧でも大きな変形が可能であるので好都合である。なお、プリズム４０４と可変形状鏡４０９を一体的に形成してユニット化することができる。
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。
【０１０２】
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用意に形成することができ、製作も簡単である。なお、上記の説明では、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、さらに精度の良い観察光学系が得られる。可変形状鏡の反射面の形状は自由曲面にするように制御するのが良い。なぜなら、収差補正が容易にでき、有利だからである。
【０１０３】
なお、図９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。
【０１０４】
（可変形状鏡の例２）
図１０は可変形状鏡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、複数の電極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１１に示すように、同心分割であってもよいし、図１２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。
【０１０５】
図１０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、例えば撮影時において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（反射面）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、温度と湿度の補償等が行われる。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。なお、圧電素子４０９ｃは、用いる材料によっては、後述するように、４０９ｃ−１、４０９ｃ−２のような２層の構造にしてもよい。
【０１０６】
（可変形状鏡の例３）
図１３は可変形状鏡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と複数の電極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１０に示された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（反射面）４０９ａを変形させる力が図１０に示した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。図１３で示した他の符号は図２と同じである。
【０１０７】
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、上記各例において薄膜４０９ａの形状を適切に変形させることも可能である。
【０１０８】
また、圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’ の材料としては、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１０、図１４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の層を基板４０９ｃ−１と電歪材料４０９ｃ−２を貼り合わせた２層の構造にしてもよい。
【０１０９】
（可変形状鏡の例４）
図１４は可変形状鏡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と複数の電極４０９ｄとにより挟持され、これらが支持台４２３上に設けられている。そして、薄膜４０９ａと電極４０９ｄ間の圧電素子４０９ｃには、演算装置４１４により制御される駆動回路４２５ａを介して電圧が印加されるようになっている。さらにこれとは別に、支持台４２３の内部底面上に設けられた複数の電極４０９ｂにも演算装置４１４により制御される駆動回路４２５ｂ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、薄膜４０９ａは、薄膜４０９ａと電極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。図１４で示した他の符号は図１０と同じである。
【０１１０】
そして、薄膜４０９ａ、電極４０９ｄ間の電圧の符号を変えれば、可変形状鏡の薄膜４０９ａ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い、微細な形状変化を静電気力で行ってもよい。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１つの電極で構成されてもよく、または電極４０９ｂのように複数の電極から構成されてもよい。この複数の電極から構成された電極４０９ｄの様子を図１４に示した。なお、説明では、圧電効果と電歪効果、電歪をすべてまとめて圧電効果と述べている。従って、電歪材料も圧電材料に含むものとする。
【０１１１】
（可変形状鏡の例５）
図１５は可変形状鏡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が固定されており、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の周縁部が載置されて固定されており、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が固定して取り付けられており、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。図１５で示した他の符号は図２と同じである。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。
【０１１２】
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。永久磁石４２６を基板４０９ｅの下面に取り付け、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薄膜コイルとして作るとよく、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。
【０１１３】
薄膜コイルの場合、薄膜コイル４２７の巻密度を、図１６に示すように、基板４０９ｅの下面の場所によって変化させたコイル４２８’とすることにより、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。
【０１１４】
（可変形状鏡の例６）
図１７は可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。図１７で示した他の符号は図２と同じである。
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。そして、基板４０９ｅの周縁部は、支持台４２３の頂面部に載置されて固定されている。コイル２７は支持台４２３の内部底面側に固定されている。この場合、薄膜コイルを基板４０９ｅの下面に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。
【０１１５】
図１８は薄膜４０９ａおよび基板０９ｅに対して配置するコイル４２７の配置例を示し、図１９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１５に示した例にも適用することができる。なお、図２０は、コイル４２７の配置を図１９に示したように放射状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２０に示すように、棒形状の永久磁石４２６を放射状に配置すれば、図１５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１５及び図１７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。
【０１１６】
以上いくつかの可変形状鏡の例を述べたが、薄膜で形成されるミラーの形状を変形させるのに、図１４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。
【０１１７】
（可変形状鏡の例７）
図２１は光学装置の撮像光学系に可変形状鏡４０９を用いた構成、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光学系に可変形状鏡を用いた場合の概略構成図である。
【０１１８】
本例の撮像光学系は、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、すなわち、１つの光学装置を構成している。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の薄膜（反射面）４０９ａで反射される際に集光され、固体撮像素子４０８の上に結像する構成となっている。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。
【０１１９】
本例によれば、物体距離が変わっても可変形状鏡４０９の反射面４０９ａ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９０２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は本発明の撮像光学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の撮像光学系、変倍の撮像光学系、等の各光学系を作ることができる。
【０１２０】
なお、図２１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。
【０１２１】
（可変形状鏡の例８）
図２２は可変形状鏡のさらに他の例に係る概略構成図である。この図２２は、マイクロポンプ１８０で管路１６１ａ内の流体１６１を出し入れし、支持台１８９ａの上面に張って設けて反射膜１８９の表面であるミラー面を変形させる可変形状鏡１８８の構成となっている。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。なお、支持台１８９ａとマイクロポンプ１８０を接続する管路の間には、前記支持台１８９ａの内部に流体１６１を所定量供給することができるように、液溜１６８が設けられている。
【０１２２】
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。
【０１２３】
図２３は前記マイクロポンプ１８０の概略構成図である。マイクロポンプ１８０では、液体１６１を出し入れする振動板１８１は静電気力、圧電効果等の電気力により振動する。図２３では静電気力により振動する例を示しており、図２３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の先端部１８４ａ、１８５ａが開閉し、流体１６１を右から左へ送るようになっている。
【０１２４】
図２２で示した可変形状鏡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、反射膜１８９の表面は可変形状鏡として機能する。可変形状鏡１８８は流体１６１で駆動されている。流体としては、シリコンオイル、空気、水、ゼリー、等の有機物、無機物を用いることができる。
なお、静電気力、圧電効果を用いた可変形状鏡、可変焦点レンズなどにおいては、駆動用に高電圧が必要になる場合がある。その場合には、例えば図２１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。
【０１２５】
また、反射用の薄膜４０９ａおよび反射膜１８９は、支持台４２３または支持台１８９ａに固定した部分を、変形しない部分として設けておくと、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。
【０１２６】
（可変焦点レンズの例）
図２４は光学系に、可変焦点レンズを可変焦点ミラーとして用いる例を示すものである。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に交流電圧を印加するようにする。なお、図２４では、液晶分子の図示を省略してある。
【０１２７】
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（反射面）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２１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。
【０１２８】
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、液晶層に交流電圧を印加するようにしたが、直流電源を用いて液晶層に直流電圧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、液晶層にかける電場の周波数、液晶層にかける磁場の強さ・周波数、あるいは液晶層の温度等を変化させることによってもよい。なお、図３４のような形状の変化しない可変焦点ミラーも、形状可変鏡の中に含めるものとする。
【０１２９】
図２４で述べたような、高分子分散液晶層を形成する媒質の屈折率が変化することで、光学素子の焦点距離等が変化するタイプの光学素子のメリットは、形状が変化しないため機械設計が容易である、機械的構造が簡単になる、等である。（可変形状鏡の例９）
図２５は可変形状鏡のさらに他の例を示す概略構成図である。本例では、デジタルカメラに用いられるものとして説明する。なお、図２５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。
【０１３０】
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と間を隔てて複数に分割した分割電極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。従って、可変形状鏡４５の変形層は４層構成となっている。
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（反射面）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。
【０１３１】
また、図２５中、４４９は光学系の変倍、あるいはズームを行う釦であり、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。
【０１３２】
なお、上記で説明した各可変形状鏡に共通して言えることであるが、反射面の変形する部分を反射面に垂直な方向から見た時の形は、軸上光線の入射面の方向に長い形状、例えば楕円、卵形、多角形、等にするのが良い。なぜなら、可変形状鏡は、光線が斜入射した状態で用いる場合が多い。このとき発生する収差を抑えるためには、反射面の形状は回転楕円面、回転放物面、回転双曲面に近い形が良い。その形に可変形状鏡の反射面を変形させるためには、反射面の変形する部分を反射面に垂直な方向から見た時に、軸上光線の入射面の方向に長い形状にしておくのが良いからである。
【０１３３】
最後に、本発明で用いる用語の定義を述べておく。
光学装置とは、光学系あるいは光学素子を含む装置のことである。光学装置単体で機能しなくてもよい。つまり、装置の一部でもよい。光学装置には、撮像装置、観察装置、表示装置、照明装置、信号処理装置等が含まれる。
撮像装置の例としては、フィルムカメラ、デジタルカメラ、ロボットの眼、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラ、テレビカメラ、動画記録装置、電子動画記録装置、カムコーダ、ＶＴＲカメラ、電子内視鏡等がある。デジカメ、カード型デジカメ、テレビカメラ、ＶＴＲカメラ、動画記録カメラなどはいずれも電子撮像装置の一例である。
観察装置の例としては、顕微鏡、望遠鏡、眼鏡、双眼鏡、ルーペ、ファイバースコープ、ファインダー、ビューファインダー等がある。
表示装置の例としては、液晶ディスプレイ、ビューファインダー、ゲームマシン（ソニー社製プレイステーション）、ビデオプロジェクター、液晶プロジェクター、頭部装着型画像表示装置（ｈｅａｄ ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話等がある。
照明装置の例としては、カメラのストロボ、自動車のヘッドライト、内視鏡光源、顕微鏡光源等がある。
信号処理装置の例としては、携帯電話、パソコン、ゲームマシン、光ディスクの読取・書込装置、光計算機の演算装置等がある。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
以上のような本発明によるズーム光学系は、フィルムカメラ、デジタルカメラ、テレビカメラ、携帯端末用のカメラ、監視カメラ、ロボットの眼、電子内視鏡等に適用可能である。
また、上述のズーム光学系では、レンズ群中に反射面を有する構成のズーム光学系について説明したが、反射面を有しない構成のズーム光学系についても可変形状面を備えた光学素子、例えば、可変焦点レンズ等を用いて構成すれば、小型化、低コスト化、省電力化、作動音の静音化等の効果を達成することが可能である。更に、可変形状面を有しない可変焦点ミラーを前記実施例に用いても良い。
【０１３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の結像光学系によれば、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】本発明における実施例１の光学系のＹ−Ｚ断面図である。偏心の方向を望遠端の光路図において矢印で示してある。
【図２】本発明における実施例１の物点距離無限遠時、広角端における横収差を表す図である。
【図３】本発明における実施例１の物点距離無限遠時、標準状態における横収差を表す図である。
【図４】本発明における実施例１の物点距離無限遠時、望遠端における横収差を表す図である。
【図５】本発明における実施例２の光学系のＹ−Ｚ断面図である。
【図６】本発明における実施例２の物点距離無限遠時、広角端における横収差を表す図である。
【図７】本発明における実施例２の物点距離無限遠時、標準状態における横収差を表す図である。
【図８】本発明における実施例２の物点距離無限遠時、望遠端における横収差を表す図である。
【図９】結像光学系に可変形状鏡を適用した場合の概略構成図である。
【図１０】可変形状鏡４０９の他の例を示す概略構成図である。
【図１１】図１０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１２】図１０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１３】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１４】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】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】図１５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１７】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１８】図１７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１９】図１７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２０】図１５に示した例において、コイル４２７の配置を図１９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２１】本発明のさらに他の光学装置に適用可能な可変形状鏡４０９を用いた撮像光学系、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光学系の概略構成図である。
【図２２】可変形状鏡の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、レンズ面を変形させる可変形状鏡１８８の概略構成図である。
【図２３】可変形状鏡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２４】可変焦点レンズとしての可変焦点ミラーの一例の構成を示す図である。
【図２５】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】
４５ 可変ミラー
１０３ 制御系
１０４ 撮像ユニット
１６１ 流体
１６１ａ 管路
１６８ 制御装置（液溜）
１８０ マイクロポンプ
１８１ 振動板
１８２，１８３ 電極
１８４，１８５ 弁
１８４ａ，１８５ａ 弁の先端部
１８８ 可変ミラー
１８９ 膜
１８９ａ 支持台
４０３ 撮像光学系
４０４ プリズム
４０５ 二等辺三角プリズム
４０６ ミラー
４０８ 撮像素子
４０９ 可変ミラー
４０９ａ 薄膜
４０９ｂ，４０９ｄ，４０９ｋ 電極
４０９ｃ，４０９ｃ’ 圧電素子
４０９ｃ−１，４０９ｅ，４０９ｊ 基板
４０９ｃ−２ 電歪材料
４１１ 駆動回路
４１１ａ，４１１ｂ 可変抵抗器
４１２ 電源
４１３ 電源スイッチ
４１４ 演算回路（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
４２５ａ，４２５ｂ，４２８ 駆動回路
４２６ 永久磁石
４２７，４２８’ コイル
４４９ 釦
４５０ 反射膜
４５１ 変形可能な基板
４５２ 電極
４５３ 電歪材料
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
５１８ 高分子セル
５１９ 可変抵抗器
５６５ 可変焦点ミラー
５６６ａ 第１の面
５６６ｂ 第２の面
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 (25)

1. 物体の像を形成する結像光学系であって、
   最も物体側に配置されたレンズ群Ｇ１と、該レンズ群Ｇ１と前記像の間に配置されたレンズ群を少なくとも１つ備え、
   前記レンズ群のうち少なくとも一つが光軸方向に移動し、
   前記レンズ群Ｇ１は、物体側から順に少なくとも一つの負の屈折力を持つレンズと、形状可変ミラーと、少なくとも一つの正の屈折力を持つレンズとを有し、
   前記形状可変ミラーの変形によってフォーカシングを行うことを特徴とする結像光学系。
2. 前記形状可変ミラーの物体側と像側に隣接して配置されたレンズ群を備え、下記条件のいずれか一方を満足することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
   ０．１ ＜ ｄ１／ｆｗ ＜ １０．０
   ０．１ ＜ ｄ２／ｆｗ ＜ １０．０
   ここで、ｄ１は前記物体側に隣接配置されたレンズ群と前記形状可変ミラーのとの間隔、ｄ２は前記像側に隣接配置されたレンズ群と前記形状可変ミラーのとの間隔、ｆｗは広角端における前記結像光学系の焦点距離である。
3. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
   ０．２ ＜ ｜ｆＧ１／ｆｗ｜
   ここで、ｆＧ１は前記レンズ群Ｇ１の焦点距離、ｆｗは広角端における前記結像光学系の焦点距離である。
4. 前記移動する少なくとも１つのレンズ群が、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
   ０．１ ＜ ｜ｆＧｍ／ｆｗ｜
   ここでｆＧｍは前記移動するレンズ群の焦点距離、ｆｗは広角端における前記結像光学系の焦点距離である。
5. 前記レンズ群Ｇ１は前記形状可変ミラーよりも像側にレンズ群Ｇ１ｐを有し、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
   ０．１ ＜ ｜ｆＧ１ｐ／ｆｗ｜
   ｆＧ１ｐは前記レンズ群Ｇ１ｐの焦点距離、ｆｗは広角端における前記結像光学系の焦点距離である。
6. 前記形状可変ミラー所定の範囲内で形状を変化させることができ、該所定の範囲内の一状態で以下の条件のいずれか一方を満足することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
   ｜Ｃ_４×ｆｗ｜ ＜ ０．２
   ｜Ｃ_６×ｆｗ｜ ＜ ０．２
   ここで、Ｃ_４は前記形状可変ミラーの反射面の形状をＸとＹの多項式で表したときのＸ^２の項における係数、Ｃ_６は前記多項式のＹ^２の項における係数、ｆｗは広角端における前記結像光学系の焦点距離である。
7. 前記形状可変ミラーは、以下の条件を満足するように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の結像光学系。
   ３５° ＜ θ ＜ １０５°
   ここで、θは前記形状可変ミラーへ入射する軸上主光線の入射角と、前記形状可変ミラーから出射する軸上主光線の出射角の和である。
8. 結像光学系を構成する少なくとも１つの光学面が軸上主光線に対して略垂直方向にシフト偏心しており、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
   ｜δ／ｆｗ｜ ＜ １．０
   ここで、δは前記光学面のシフト偏心量、ｆｗは広角端における前記結像光学系の焦点距離である。
9. 結像光学系を構成する少なくとも１つの光学面が軸上主光線に対して略垂直方向の軸を中心としてティルト偏心しており、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
   ｜ε｜ ＜ ５．０（ｄｅｇ）
   ここで、ε（ｄｅｇ）は前記光学面のティルト偏心量である。
10. 前記レンズ群Ｇ１は負の屈折力を有し、
    前記レンズ群Ｇ１と前記像の間に配置されたレンズ群として、正の屈折力を持つレンズ群Ｇ２と、負の屈折力を持つレンズ群Ｇ３と、正の屈折力を持つレンズ群Ｇ４と、レンズ群Ｇ５を備え、
    前記光軸方向に移動するレンズ群は、前記レンズ群Ｇ２と前記レンズ群Ｇ４であり、
    前記レンズ群Ｇ２と前記レンズ群Ｇ４は、それぞれ独立に移動することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
11. 前記光軸方向に移動するレンズ群は、相対的に偏心している少なくとも２つのレンズを、該レンズ群中に有していることを特徴とする請求項１または１０に記載の結像光学系。
12. 前記結像光学系は絞りを備え、該絞りが変倍時に移動しないことを特徴とする請求項１または１０に記載の結像光学系。
13. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項１または請求項１０に記載の結像光学系。
    ｜ｆＧ３／ｆｗ｜ ＜ １５．０
    ここで、ｆＧ３は前記レンズ群Ｇ３の焦点距離、ｆｗは広角端における前記結像光学系の焦点距離である。
14. 前記レンズ群Ｇ１は負の屈折力を有することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
15. 前記形状可変ミラーの代わりに可変ミラーを有していることを特徴とする、請求項１に記載の結像光学系。
16. 物体側から順に、負の屈折力を持つレンズ群Ｇ１と、正の屈折力を持つレンズ群Ｇ２と、負の屈折力を持つレンズ群Ｇ３と、正の屈折力を持つレンズ群Ｇ４と、レンズ群Ｇ５を備え、
    前記レンズ群Ｇ２と前記レンズ群Ｇ４が光軸方向に独立に移動し、
    以下の条件のいずれか一方を満足することを特徴とする結像光学系。
    ０．１ ＜ ｆＧ２／ｆｗ
    ０．１ ＜ ｆＧ４／ｆｗ
    ここで、ｆＧ２は前記レンズ群Ｇ２の焦点距離、ｆＧ４は前記レンズ群Ｇ４の焦点距離、ｆｗは広角端における前記結像光学系の焦点距離である。
17. 前記レンズ群Ｇ１は、少なくとも一つの反射光学素子を有することを特徴とする請求項１６に記載の結像光学系。
18. 前記反射光学素子の物体側と像側に隣接して配置されたレンズ群を備え、下記条件のいずれか一方を満足することを特徴とする。請求項１６に記載の結像光学系。
    ０．１ ＜ Ｄ１／ｆｗ ＜ １０．０
    ０．１ ＜ Ｄ２／ｆｗ ＜ １０．０
    ここで、Ｄ１は前記物体側に隣接配置されたレンズ群と前記反射光学素子のとの間隔、Ｄ２は前記像側に隣接配置されたレンズ群と前記反射光学素子のとの間隔、ｆｗは広角端における前記結像光学系の焦点距離である。
19. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項１０または請求項１４に記載の結像光学系。
    ０．２ ＜ ｜ｆＧ５／ｆｗ｜
    ここで、ｆＧ５は前記レンズ群Ｇ５の焦点距離、ｆｗは広角端における前記結像光学系の焦点距離である。
20. 変倍時に光軸方向に移動するレンズ群を一つ以上有する結像光学系であって、前記レンズ群は、相対的に偏心している少なくとも２つレンズを、該レンズ群中に有していることを特徴とする結像光学系。
21. 少なくとも一つの光学特性可変素子を有することを特徴とする請求項２０に記載の結像光学系。
22. 前記光学特性可変素子が可変ミラーであることを特徴とする請求項２１に記載の結像光学系。
23. 前記可変ミラーが形状可変ミラーであることを特徴とする請求項２２に記載の結像光学系。
24. 請求項１〜請求項２４に記載の結像光学系と、撮像素子を備えたことを特徴とする撮像装置。
25. 前記撮像素子が軸上主光線に対して略垂直方向の軸を中心としてティルト偏心しており、以下の条件を満足することを特徴とする請求項２４に記載の撮像装置。
    ｜ε’｜ ＜ ５．０（ｄｅｇ）
    ここで、ε’（ｄｅｇ）は前記撮像素子のティルト偏心量である。

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