(57)【要約】    【課題】消費電力が小さく、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光学特性可変光学素子及びそれを含む光学装置を提供する。    【解決手段】変形可能な基板７０９jと、該基板に設けられた反射薄膜７０９aと、前記基板に設けられた電極７０９kとを有し、前記基板は周辺部が枠７２３、７２４に固定され、該枠には固定電極７０９bが設けられており、該固定電極と前記基板に設けられた電極との間に電圧を加えることにより前記基板が変形して前記固定電極と接触し、それにより前記反射薄膜がシフトあるいはティルトする。【選択図】図１
2006053420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形可能な基板と、該基板に設けられた反射膜と、前記基板に設けられた電極とを有し、前記基板は周辺部が枠に固定され、該枠には固定電極が設けられており、該固定電極と前記基板に設けられた電極との間に電圧を加えることにより前記基板が変形して前記固定電極と接触し、それにより前記反射膜がシフトあるいはティルトすることを特徴とする反射型の光学特性可変光学素子。
【請求項２】
前記固定電極が前記基板を挟んで両側にあることを特徴とする請求項１に記載の光学特性可変光学素子。
【請求項３】
前記固定電極が複数個設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学特性可変光学素子。
【請求項４】
前記固定電極が階段状に複数個設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学特性可変光学素子。
【請求項５】
変形可能な基板と、該基板に設けられた反射膜と、前記基板に設けられた電極とを有し、前記基板は周辺部が枠に固定され、該枠には段段畑状の複数の固定電極が設けられており、該固定電極のうちの少なくとも３つと前記基板に設けられた電極との間に電圧を加えることにより前記基板が変形して前記固定電極と接触し、それにより前記反射膜がシフトあるいはティルトすることを特徴とする反射型の光学特性可変光学素子。
【請求項６】
前記枠の中央部近傍に穴が空いていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の光学特性可変光学素子。
【請求項７】
静電気力により駆動される請求項１乃至６の何れかに記載の光学特性可変光学素子。
。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかに記載の光学特性可変光学素子と、ブレセンサーとを有し、ブレを補正する光学装置。
【請求項９】
撮像光学系の光路中に、請求項１乃至７の何れかに記載の光学特性可変光学素子と、撮像素子を有する撮像装置。
【請求項１０】
光学系の光路中に請求項１乃至７の何れかに記載の光学特性可変光学素子を有し、該光学特性可変光学素子の前記反射膜のシフトあるいはティルトにより、ピント合わせ、視野方向変換および光路切り替えの何れかを行なう光学装置。
【請求項１１】
撮像光学系の光路中に、請求項１に記載の光学特性可変光学素子と、撮像素子を有し、前記光学特性可変光学素子の前記反射膜のシフトによりピント合わせを行なう撮像装置。
【請求項１２】
光出射部材と光受光部材を有し、該光出射部材と光受光部材との間に、請求項１乃至７の何れかに記載の光学特性可変光学素子を配設したことを特徴とする光路切り替え装置。
【請求項１３】
光信号処理装置に用いた請求項１２に記載の光路切り替え装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の光学特性可変光学素子と、投影光学系と、表示素子を有する表示装置。
【請求項１５】
傾斜した反射膜を有し、該反射膜に入射した光束の光軸を、該反射膜を光軸に対してシフト面またはティルト面ができるように変形させることによって、前記反射膜の変形前の光軸に対して、少なくとも上下左右方向にずらすことができるようにしたことを特徴とする形状可変ミラー。
【請求項１６】
前記反射膜の無変形面に対して、光軸に直角方向に前後に前記シフト面およびティルト面ができるようにしたことを特徴とする請求項１５に記載の形状可変ミラー。
【請求項１７】
前記反射膜の変形方向の一部に、前記シフト面およびティルト面を形成するための停止部を有していることを特徴とする請求項１５に記載の形状可変ミラー。
【請求項１８】
１枚で経時的に複数の光軸が形成されるようにしたことを特徴とする請求項１５に記載の形状可変ミラー。
【請求項１９】
請求項１８の複数の光軸の特定光軸から他の任意の光軸に経時的に変位させることができるようにしたことを特徴とする請求項１５に記載の形状可変ミラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種光学装置の解像力向上、ブレ補正、ピント合わせ等に用いられる光学特性可変光学素子並びにそれらを用いたデジタルカメラ、テレビカメラ、内視鏡、ビデオプロジェクター、望遠鏡、カメラのファインダー、携帯電話の撮像装置（携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ）、光情報処理装置、光インターコネクション装置等の各種光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のレンズは、ガラスを研磨して製造したレンズを用いており、レンズ自体で焦点距離を変化させることができないため、例えば、カメラのピント合わせ或いはズーム、変倍のためにレンズ群を光軸方向に移動させるために、機械的構造が複雑になっている。そして、レンズ群の一部を移動させるためにモーター等を用いていたため、消費電力が大きい、音がうるさい、応答時間が長く、レンズの移動に時間がかかる等の欠点があった。また、ブレ防止あるいは解像力の向上を行なう場合でも、レンズをモーター、ソレノイド等で機械的に移動させるため、消費電力が大きい、機械的構造が複雑でコストアップにつながる等の欠点があった。
【０００３】
また、従来、可変ミラーを用いた光学装置として、特許文献１乃至５に開示された提案があるが、このうち、特許文献１乃至３には、球面収差を補正することのみで、解像力向上、ブレ補正、ピント補正については何も開示されていない。また、特許文献４には、スティッキングを利用した可変ミラーは開示されていない。
【特許文献１】特開平９−１５２５０５号公報
【特許文献２】特開平１０−３１１０７号公報
【特許文献３】特開平１０−５５５５７号公報
【特許文献４】特開２０００−３１６２６号公報
【特許文献５】特開２００２−３２０１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の如き問題点に鑑み、消費電力が小さく、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可変ミラー、可変焦点レンズ、可変プリズム等の光学特性可変光学素子及びこれらの光学特性可変光学素子を含む光学系を備えた光学装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するため、本発明による反射型の光学特性可変光学素子は、変形可能な基板と、該基板に設けられた反射膜と、前記基板に設けられた電極とを有し、前記基板は周辺部が枠に固定され、該枠には固定電極が設けられており、該固定電極と前記基板に設けられた電極との間に電圧を加えることにより前記基板が変形して前記固定電極と接触し、それにより前記反射膜がシフトあるいはティルトするようになっていることを特徴とする。
【０００６】
本発明による反射型の光学特性可変光学素子は、好ましくは、前記固定電極が、前記基板を挟んで両側にあり、また、複数個設けられており、また、階段状に複数個設けられていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明による反射型の光学特性可変光学素子は、変形可能な基板と、該基板に設けられた反射膜と、前記基板に設けられた電極とを有し、前記基板は周辺部が枠に固定され、該枠には段段畑状の複数の固定電極が設けられており、該固定電極のうちの少なくとも３つと前記基板に設けられた電極との間に電圧を加えることにより前記基板が変形して前記固定電極と接触し、それにより前記反射膜がシフトあるいはティルトするようになっていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による反射型の光学特性可変光学素子は、好ましくは、前記枠の中央部近傍に穴が空いており、また、静電気力により駆動されるようになっていることを特徴とする。
【０００９】
本発明による光学装置は、上記何れかの光学特性可変光学素子と、ブレセンサーとを有し、ブレを補正することができるようになっている。
【００１０】
本発明による撮像装置は、撮像光学系の光路中に、上記何れかの光学特性可変光学素子と、撮像素子を有している。
【００１１】
また、本発明による光学装置は、光学系の光路中に上記何れかの光学特性可変光学素子を有し、その光学特性可変光学素子の反射膜のシフトあるいはティルトにより、ピント合わせ、視野方向変換および光路切り替えの何れかを行なうことができるようになっている。
【００１２】
また、本発明による撮像装置は、撮像光学系の光路中に、上記光学特性可変光学素子と、撮像素子を有し、その光学特性可変光学素子の反射膜のシフトによりピント合わせを行なうことができるようになっている。
【００１３】
本発明による光路切り替え装置は、光出射部材と光受光部材を有し、該光出射部材と光受光部材との間に、上記何れかの光学特性可変光学素子を配設したことを特徴とし、好ましくは、光信号処理装置に用いられる。
【００１４】
本発明による表示装置は、上記光学特性可変光学素子と、投影光学系と、表示素子を有している。
【００１５】
本発明による形状可変ミラーは、傾斜した反射膜を有し、該反射膜に入射した光束の光軸を、該反射膜を光軸に対してシフト面またはティルト面ができるように変形させることによって、前記反射膜の変形前の光軸に対して、少なくとも上下左右方向にずらすことができるようになっていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明による形状可変ミラーは、好ましくは、前記反射膜の無変形面に対して、光軸に直角方向に前後に前記シフト面およびティルト面ができ、また、前記反射膜の変形方向の一部に、前記シフト面およびティルト面を形成するための停止部を有していることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明による形状可変ミラーは、好ましくは、１枚で経時的に複数の光軸が形成されるようになっており、また、その複数の光軸の特定光軸から他の任意の光軸に経時的に変位させることができるようになっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、低電力で、音が静かで、応答時間が短い、光学特性可変光学素子を実現することができる。また、この光学特性可変光学素子を用いることで、ブレ補正を行なうことができる、或いは、解像力を向上させることのできる、或いは、光路切り換えが可能である、等の機能を有する光学装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明の第１実施形態の光学装置を示す概略構成図である。
第１実施形態の光学装置３０２は、光学特性可変光学素子としての可変ミラー７０９を備えた撮像光学系３０１と、撮像光学系３０１によって撮像素子等の記録素子に記録した画像を画像処理によって拡大する電子ズーム機能を備えている。
電子ズームは、デジタルズームとも呼ばれ、例えば、特開２００２−３２０１３５号公報に記載されているように、複数の画素をアドレスに割り当てられるようにメモリに格納された画像データに対して所定方向のズーム処理を施すものである。
撮像光学系３０１は、物体側より順に配置された、凹レンズ３０９と、可変ミラー７０９と、明るさ絞り５２１と、凸レンズ９０１aと、２群３枚の凸レンズ群９０２aと、ローパスフィルター及び/又は赤外カットフィルター等のフィルター３０１aとで構成されている。
また、可変ミラー７０９の反射面を形成する薄膜７０９aの形状の変形によって物体距離が変化した場合のピント合わせを行なうことができるように構成されている。
【００２０】
可変ミラー７０９は、輪帯状の枠７２３の上面に支持された変形自在な３層構造からなり、表面層が反射面となる薄膜７０９aと、薄膜７０９aを支持する中間の基板７０９jと、下層の薄い電極７０９kと、枠７２３の下方側に電極７０９kに対し所定の間隔を設けて配置した複数の電極７０９b,…とを有している。電極７０９kと複数の電極７０９b,…は、電極７０９kと複数の電極７０９b,…との間に選択的に所定の電圧を印可して薄膜７０９aの姿勢又は形状を変形させるように電圧制御可能な可変抵抗器を備えた駆動回路３０４に接続されている。
変形する薄膜７０９aの姿勢と形状を演算し、その演算結果に基づいて信号を出力する演算装置４１４に駆動回路３０４は接続されている。演算装置４１４には、光学装置の使用環境データを取り込む温度センサー４１５、湿度センサー４１６、及び距離センサー４１７及びブレセンサー４２４が接続されている。
【００２１】
上記電子ズームは、撮像光学系３０１によって撮像素子４０８の撮像面に結像された被写体のリアルタイム動画像を表示装置３０６に表示するように、撮像素子４０８の撮像面を形成する各々の画素（受光素子）からタイミングをとって画素信号を送り込んで信号処理する信号処理回路３０８と、信号処理回路３０８によって信号処理されたデータを表示装置３０６に拡大画像として表示するように処理する画像処理装置３０３と、信号処理回路３０８に対してタイミングをとって画像信号を取り込むような制御信号を出力したり、画像処理装置３０３で画像処理した際の拡大画像のピント状態の結果を受けて撮像光学系３０１のピント合わせ及び撮像面において像の中心付近の鮮鋭度が高くなるように、可変ミラー７０９の反射面の形状を変形させる制御信号を演算する演算装置（マイクロプロセッサ）４１４とを介して行なわれるようになっている。
演算装置４１４には、上記電子ズーム時に演算をする演算手段と、この演算手段からの信号及び各センサー４１６,４１７,４２４からの信号に基づいて可変ミラー７０９の形状を制御するための演算をする演算手段が備えられている。
【００２２】
したがって、可変ミラー７０９は、画像処理装置３０３に接続された演算装置４１４と駆動回路３０４によって制御されるように構成されている。そして、可変ミラー７０９は、撮像素子４０８に記録する画像に対し信号処理装置３０８及び画像素処理装置３０３を介して電子ズームを行い、表示装置３０６に表示するときに、撮像素子４０８に結像される物体像（被写体像）の中心付近の鮮鋭度が高くなるように、可変ミラー７０９の反射面を形成する薄膜７０９aが変形するように、ピント合わせの場合を含めて、駆動回路３０４を介して駆動される。
【００２３】
画像処理装置３０３で処理された画像は、表示装置３０６に表示することができることに加えて、プリンター３０７で印刷することも、記録装置３０５に記録,保存することもできる。
なお、本実施形態の光学装置において、センサー４１５,４１６,４１７や、プリンター３０７等は、設けなくても良い。
【００２４】
可変ミラー７０９の具体的な制御手段としては、例えば、図２に示すようなルックアップテーブル（以下、ＬＵＴと称する）を用いた手段がある。図２の横軸には、可変ミラー７０９の電極の番号を取ってある。また、図２の縦軸には、可変ミラー７０９の様々な変形状態に対応する状態番号を取ってある。表中の数値は、各電極に加わる電圧を示す。したがって、状態番号２に対応する形状に可変ミラー７０９の反射面を変形させたい場合には、
第１の電極に４０ボルト、
第２の電極に５０ボルト、
第３の電極に０ボルト、
を印加すれば良い。
表中の電圧は、可変ミラー７０９の利用目的によっても変わる。即ち、
フォーカスに使う場合、
ブレ補正に使う場合、
光軸シフトに使う場合、
では、それぞれ薄膜７０９aに必要な形状が変わるからである。
【００２５】
また、図１に示す光学装置では、可変ミラー７０９として静電駆動型の可変ミラーを用いて構成したので、ＬＵＴの表中の値を電圧値で示してあるが、電磁駆動型の可変ミラーを用いて構成しても良い。その場合には、図２のＬＵＴの表中の値を各電極に流れる電流値で示せば良い。なお、本発明では、可変ミラー７０９の駆動に用いられる電圧や電流等の値を駆動情報と呼ぶこととする。
また、第１実施形態の光学装置は、図２のＬＵＴから得られた数値を補間して最適な駆動情報が得られるように構成しても良い。
また、ＬＵＴ中の値を決める場合、撮像光学系３０１の設計値を用いてもよいが、その代わりに、光学装置３０２の製造時に、製造誤差を含めて、撮像光学系３０１によってつくられる像の収差あるいはＭＴＦ等が最良になるように、ＬＵＴ中の値を決めても良い。そのようにすれば、設計値だけを用いてＬＵＴ中の値を決める場合よりも、更に精度の高い光学装置が実現できる。
具体的には、例えば、物体としてテストチャート３１４を幾つかの物体距離に置き、光学装置３０２で撮像し、それぞれ物体距離に置かれたテストチャート３１４のコントラストが最良になるように、ＬＵＴの値を決めてＬＵＴデータ部３１３に格納すれば良い。
【００２６】
また、第１実施形態の光学装置においては、温度や湿度の変化、経時変化、手振れ、振動等による像の振れ等を原因とする光学装置の結像性能の低下に対しても、薄膜７０９aの姿勢、形状を変化させることで、結像性能の向上を行なうことができる。
また、像の振れ補正は、演算装置４１４に接続されたブレセンサー４２４で光学装置の振れを検出し、その振れがキャンセルされるように、薄膜７０９aの姿勢、形状を駆動回路３０４を介して変形させれば良い。さらに、画像処理装置３０３には、振れ補正用の駆動情報を設けておけば良い。
また、解像力の向上を行なうには、次のようにする。
先ず、撮像素子４０８上の物体像の位置が、例えば、撮像素子４０８の１画素の１/２だけずれるように、可変ミラー７０９の姿勢、形状を変える。そして、撮像を行ない、次に、物体像が当初の位置に来るように、可変ミラー７０９の形状を元に戻し撮像する。撮像素子４０８からの画像信号を信号処理回路３０８で処理し、画像処理装置３０３で上記２つの画像を１/２画素ずらして重ね合わせて、
表示装置３０６に表示させれば良い。
以上は静止画像の場合であるが、動画像の場合も、偶数フレーム，奇数フレームで撮像素子４０８上の像の位置をずらして撮像し、上記と同様に重ね合せて表示装置３０６に表示させれば良い。
【００２７】
また、図１に示す光学装置では、撮像光学系３０１は単焦点の光学系で構成しても、光学式ズーム光学系で構成しても良い。撮像光学系３０１がズーム光学系の場合でも、既に説明したように、可変ミラー７０９の制御手段としてＬＵＴを適用することで、鮮鋭度の高い画像が得られる。その場合のＬＵＴは、望遠、…、標準、…、広角の各光学ズーム状態ごとに駆動情報を備えたデータを持つようにすれば良い。
【００２８】
その他、第１実施形態の光学装置は、図１に示すように、光学装置３０２に、例えば、携帯電話のような電話機能３１６を備えると便利である。また、携帯電話に本実施形態の光学装置３０２を組み込んでも良い。そのようにすれば、小型で撮像ができ、かつ、鮮鋭度の高い画像が得られるので、とても良い。
【００２９】
次に、図３乃至５を用いて、可変ミラー７０９について詳述する。
図３（a）は図３（b）のB-B'線断面図、図４（a)は図３（a）のＣで示す円内部分の拡大図、図４（b）は光軸ずれの位置を示す説明図、図４（c）は可変ミラー７０９の反射面に直角な方向（ｚ軸の方向）から見た可変ミラーの平面図である。図５（a)は可変ミラー７０９を駆動するための電子回路の一例であり、図５（b）は図５（a）に示されたスイッチのオン-オフタイミングを示す図である。
可変ミラー７０９は、図３及び図４に示すように、反射面を有する薄膜７０９aと、上側枠７２３と、該上側枠７２３と一体化された下側枠７２４とからなっている。薄膜７０９aには基板７０９jを介して電極７０９kが、上側枠７２３には電極７０９b１，７０９b２が、下側枠７２４には電極７０９b３，７０９b４が、それぞれ設けられている。
【００３０】
図３（a）で、上側固定電極７０９b１及び７０９b２、下側固定電極７０９b３及び７０９b４、可変ミラー電極７０９kに電圧が加わらない場合、薄膜７０９aは平面になっている。スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオンになり（図５（a）参照）、可変ミラー電極７０９kと上側固定電極７０９b１及び７０９b２間に電圧が加わると、薄膜７０９aは、静電気力によって上側固定電極７０９b１及び７０９b２に吸引され、＋ｚ方向にシフトする。このとき電圧が充分に高ければ、薄膜７０９aは上側固定電極７０９b１及び７０９b２と密着あるいは接触する。この状態をスティッキングという。図３（a）で符号７０９a１で示される状態である。この時用いられる電圧は、例えば、２０Ｖ〜３００Ｖくらいの値である。
この時、出射光は図３（b）の右方向にδ1だけシフトする。これにより、撮像素子４０８上の物体像の位置をずらすことができるので、例えば、撮像した画像の解像力を上げることができる。
また、逆に、可変ミラー電極７０９kと下側固定電極７０９b３，７０９b４の間に電圧を加えれば、薄膜７０９aは７０９a２で示す状態になり、出射光を図３（b）の左方向にδ2シフトさせることもできる。
【００３１】
このように、出射光を±ｚ方向にシフトさせることができるので、ブレセンサー４２４と組合せて撮像時のブレ補正に用いることもできる。ブレセンサー４２４でブレの方向と速度を検出し、ブレが補正できる薄膜７０９aの位置を選択しつつ露光を行なえば良い。可変ミラーの基板７０９jは、例えば、ポリイミドあるいはサイトップ等の合成樹脂の薄膜で作られており、張力のかかった状態で上側枠７２３に固定されている。薄膜７０９aは、基板７０９j上に例えばアルミニウムを真空蒸着して形成されている。可変ミラーの電極７０９kは、クロム等の電極を基板７０９jにコートして形成されている。
【００３２】
図6乃至図８は、本発明の可変ミラーの他の一例を示す図である。図６（a）は図６（b）のB-B'線断面図、図６（ｃ)は図６（a）のＣで示す円内部分の拡大図、図７（a）は光軸ずれの位置を示す説明図、図７（b）は可変ミラー７１５の反射面に直角な方向（ｚ軸の方向）から見た可変ミラーの平面図、図８（a)は可変ミラー７１５を駆動するための電子回路の一例であり、図８（b）は図８（a）に示されたスイッチのオン-オフタイミングを示す図である。
可変ミラー７１５は、図６（a）に示すように、反射面を有する薄膜７１５aと、上側枠７２３と、該上側枠７２３と一体化された下側枠７２４とからなっている。薄膜７１５aには可変ミラーの基板７１５jを介してミラー電極７１５kが、上側枠７２３には上側固定電極７１５b１，７１５b２が、下側枠７２４には下側固定電極７１５b３，７１５b４が、それぞれ設けられている。
【００３３】
ここで、変形する薄膜７１５a，変形する基板７１５j及び電極７１５kは、順に三層に積層されて一体に形成されている。電極７１５kは、固定電極７１５b１，７１５b２，７１５b３，７１５b４と対向する部分に形成されていれば良く、必ずしも基板７１５jの全面に形成されていなくても良い。薄膜７１５aは、光線の通過する部分にのみ形成されていれば良く、必ずしも基板７１５jの全面に形成されていなくても良い。
なお、電極７１５kを廃止して、薄膜７１５aを固定電極７１５b１，７１５b２，７１５b３，７１５b４と対向する部分にも形成して、薄膜７１５aで電極を兼用しても良い。
以上は、図３乃至図５に示した例にも共通の構造である。
【００３４】
この例において、上側固定電極７１５b１及び下側固定電極７１５b４とミラー電極７１５kとの間に同時に電圧を加えると、ミラー電極７１５kは上側固定電極７１５b１，下側固定電極７１５b４に静電気力によりそれぞれ吸着されて、薄膜７１５aは変形し、図６（a）に７１５a１で示すような形状にθ傾く。逆に、上側固定電極７１５b２及び下側固定電極７１５b３とミラー電極７１５kとの間に同時に電圧を加えると、やはり静電気力により、ミラー電極７１５kは７１５a２で示すように変形する。
このように薄膜７１５aが±θ傾くと、出射光は±２θ偏向されるので、撮像装置４０８上の物体像は図１の上下方向にシフトする。これにより、図３乃至図５に示すの例と同様に高解像度の画像を得たり、あるいはブレを補正することができるのである。
図８（a）は可変ミラー７１５を駆動する回路の一例である。図８（b）は図８（a）のスイッチの動作タイミングを示す図である。
【００３５】
図９乃至図１５は、本発明の可変ミラーの更に他の一例を示す図である。この可変ミラー７２０は、一つの可変ミラーで上下左右２方向に光軸の位置を変えることができる特徴を有している。上側枠７３３とこれと一体化された下側枠７３４に設けられている電極の位置が階段状になっているため、何通りもの出射光のシフト，ティルトが可能である特徴も有している。
図９（a）は、どの電極間にも電圧が加えられていない状態での、図６（a）に相当する断面図である。図１０は、可変ミラー７２０の反射面位置７３５a１に直角な方向（ｚ軸の方向）から見た可変ミラーの平面図である。図中、７３３は上側枠を、７３４は下側枠を、７３５a１〜７３５a６は可変ミラー７２０の様々な電圧印加時の反射面位置を、７３５kはミラー電極を、７３５b１〜７３５b６は上側電極を、７３５b７〜７３５b１２は下側固定電極を、ぞれぞれ示している。
【００３６】
この可変ミラー７２０は、可変ミラー７０９の代わりに、図１の撮影系などにも用いることができる。また、図１６に示すようなビデオプロジェクターに用いることもできる。図１６中、７４２は表示装置で、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＤＭＤ（テキサスインスツルーメンツ社製）等が利用できる。表示装置７４２に１画素より小さいズレを与えた画像を表示し、それに合わせて同じ量だけ可変ミラー７２０で光軸７４３をシフトしてやれば、解像力の向上した画像をスクリーン７４０上に投影することができる。可変ミラー７２０の代わりに、可変ミラー７０９，７１５を用いることもできる。なお、図１６中、７４１は投影レンズ、７４４は表示用回路である。
【００３７】
図９（b）は、可変ミラー７２０の反射面位置７３５a１（図９（a）参照）が＋ｚ方向にシフトした図で、ミラー電極７３５kと上側固定電極７３５b２，７３５b５の間に電圧をかけた場合である。図９（c），図９（d）はズレた光軸の位置を表す。
図１１（a)は、下側固定電極７３５b７，上側固定電極７３５b４及び７３５b４とミラー電極７３５kの間に電圧を加えることで、＋ｚ方向に可変ミラー７２０の反射面位置７３５a１をシフトしつつ、反時計方向に傾斜させた反射面位置７３５a３を示している。図１１（c）はこの時の光軸のズレ位置を示している。
図１１（b）は、下側固定電極７３５b１２，上側固定電極７３５b１及び７３５b２とミラー電極７３５kの間に電圧を加えることで、＋ｚ方向に可変ミラー７２０の反射面位置７３５a１をシフトしつつ、時計方向に傾斜させた反射面位置７３５a４を示している。図１１（d）はこの時の光軸のズレ位置を示している。
図１２（a）は、下側固定電極７３５b１１，下側固定電極７３５b８とミラー電極７３５kの間に電圧を加えることで、−ｚ方向に可変ミラー７２０の反射面位置７３５a１をシフトした図である。図１３（a）はこの時の光軸のズレ位置を示している。
図１２（b）は、上側電極７３５b６，下側電極７３５b８及び７３５b９とミラー電極７３５kの間に電圧を加えることで、−ｚ方向に可変ミラー７２０の反射面位置７３５a１をシフトしつつ、反時計方向に傾斜させた反射面位置７５３a６を示している。図１３（b）はこの時の光軸のズレ位置を示している。
図１２（ｃ）は、上側電極７３５b３，下側電極７３５b１０及び７３５b１１とミラー電極７３５kの間に電圧を加えることで、＋ｚ方向に可変ミラー７２０の反射面位置７３５a１をシフトしつつ、時計方向に傾斜させた反射面位置７５３a７を示している。図１３（c）はこの時の光軸のズレ位置を示している。
図１４は可変ミラー７２０を駆動する回路であり、図１５は図１４の駆動回路におけるスイッチングのタイミングチャートを示す。
【００３８】
以上説明したように、可変ミラー７２０を用いることで、一枚の可変ミラーだけで２次元に光軸位置をシフトできるメリットがある。これにより、解像の良い表示装置、ブレ補正効果のある撮像系等が得られる。
また、電圧を加える電極を選択することで、可変ミラーの反射面７２０aを多段階にｚ方向にシフトできるので、撮像装置に用いれば精度の良いピント合わせができる。ブレ補正とピント合わせを併用して行なえるようにしても良い。
【００３９】
図１７は、本発明の反射型の光学特性可変光学素子の一例７４５である。図中、７４５aは反射膜、７４５b１及び７４５b２は上側固定電極、７４５b３は下側固定電極、７４５jは変形する基板、７４５kは可動電極、７４５Ｍは枠である。下側固定電極７４５b３が枠７４５Ｍの下側全面に形成されているので、基板７４５jが吸着されてシフトされた時、面形状が図３の可変ミラー７０９よりも安定するメリットがある。
【００４０】
図１８は、本発明の反射型の光学特性可変光学素子の一例７５５であり、１８（a）は横から見た図、１８（b）は上から見た図である。図中、７５５aは反射面、７５５b１１〜７５５ｂ１１６，７５５b２１〜７５５b２１２，７５５b３１〜７５５b３８は、段々畑状の枠７５０の各段の表面に配置された複数の固定電極、７５５jは変形する基板、７５５kは変形する電極である。
このような固定電極７５５bｘｘｘ（ｘｘｘは３ケタ又は２ケタの数字）のうちの、その中心が同一直線上にない３つを選んで電極７５５kとの間に電圧を加えれば、反射面７５５aの中央付近は一つの平面に変形する。なぜなら、同一直線上にない３点で、空間の平面は決定されるからである。このように３つの電極を選んで電圧を加えることで、様々にシフト，ティルトした拡張曲面からなる反射面が得られるのである。図中、〇が電圧を加える電極の選び方の例である。
これにより、ブレ補正，ピント合わせ，あるいはその両方を同時に行なうことができる。また、プロジェクターに用いれば、解像度を上げることが可能である。用途によっては、４つ以上の固定電極と変形する電極７５５kの間に電圧を加えて反射面７５５aを変形させても良い。
【００４１】
なお、本願の可変ミラーに共通して言えることであるが、可変ミラーの反射面のうち光束が通過する部分の、変形する基板の剛性を高くすると、シフト，ティルト中でも面形状が保てるので良い。
また、以上の実施例では、静電気力によって変形する基板をシフト，ティルトさせる例を述べたが、静電気力に限らず、電磁気力等を用いても良い。電磁気力の場合は、電極はコイルでおきかえれば良い。コイル間の引力で電極を吸着することが可能である。
【００４２】
図１９は、本発明の可変ミラー７６０を光信号処理装置の一つである光マルチプレクサー７６１に用いた例である。光入射用ファイバー７６２から出た光は、レンズ７６３で集光され、可変ミラー７６０で反射され、光受光用ファイバー７６６に入る。ここで、可変ミラー７６０に電圧を加え、反射面７６０aを上方にシフトすれば、受光用ファイバー７６７に光が入る。また、下方にシフトすれば、受光用ファイバー７６６に光が入る。シフトさせる代わりに、反射面７６０aをティルトさせても、受光用ファイバーを選択することができ、光マルチプレクサーとして動作する。可変ミラー７６０としては、既述の可変ミラー７０９，７１５，７２０，７４０，７５５等を用いることができる。
光入射用ファイバー７６２と受光用ファイバー７６７の位置を逆にしても、光路切り換え可能である。光入射用ファイバー７６２の代わりに半導体レーザー等の光源を，受光用ファイバー７６５，７６６，７６７の代わりにフォトダイオードアレイ等の受光素子を用いても勿論良い。光出射部材と光受光部材の間に可変ミラー７６０を置けば良いのである。
【００４３】
また、本発明の可変ミラーは、顕微鏡，内視鏡，デジタルカメラ，光ディスク装置等、各種光学装置のピント合わせ，視野方向変換等に用いることができる。
上記以外の用途として、光信号処理装置の光路切り換えに用いることもできる。何れも、光軸がシフトまたはティルトするからである。
また、本発明の可変ミラーを複数個用いて光学装置を構成しても良い。
【００４４】
最後に本発明で用いる用語の定義を述べておく。
【００４５】
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。光学装置担体で機能しなくてもよい。
【００４６】
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、光情報処理装置が含まれる。
【００４７】
撮像装置の例としては、フィルムカメラ、デジタルカメラ、ＰＤＡ用デジタルカメラ、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、携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ、電子内視鏡、カプセル内視鏡、車載カメラ、人工衛星のカメラ、惑星探査機のカメラ、宇宙探査機のカメラ、監視装置のカメラ、各種センサーの眼、録音装置のデジタルカメラ、人工視覚、レーザ走査型顕微鏡等がある。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、携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ、車載カメラ、人工衛星のカメラ、惑星探査機のカメラ、宇宙探査機のカメラ、録音装置のデジタルカメラなどは何れも電子撮像装置の一例である。
【００４８】
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、コンタクトレンズ、眼内レンズ、人工視覚等がある。
【００４９】
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、人工視覚等がある。
【００５０】
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。
【００５１】
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、光インターコネクション装置、光情報処理装置、ＰＤＡ等がある。
【００５２】
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。
【００５３】
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、物体のブレ等を含むものとする。
【００５４】
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。
【００５５】
光学特性可変光学素子とは、可変焦点レンズ、可変ミラー、面形状の変わる偏向プリズム、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。
【００５６】
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。可変ミラーには、焦点距離が変化せず、収差量が変化するようなミラー、可変焦点レンズに反射面を設けたミラー、形状の変わらない可変焦点ミラー、形状の変わる形状可変ミラー等を含むものとする。
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。
反射型の光学特性可変光学素子とは、可変ミラーを含めた、光の偏向作用の変る反射面を有する光学素子のことである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１実施形態の光学装置を示す概略構成図である。
【図２】ルックアップテーブルの一例を示す図である。
【図３】本発明の可変ミラーの一例を示し、（a）は（b）のB-B'線断面図である。
【図４】（a）は図３（a）のCで示す円内部分の拡大図、（b）は図３に示す可変ミラーの光軸ずれの位置を示す説明図、（c）は図３に示す可変ミラーの反射面に直角な方向から見た平面図である。
【図５】（a）は図３に示す可変ミラーを駆動するための電子回路の一例を示す図、（b）は（a）に示されたスイッチのオン-オフタイミングを示す図である。
【図６】本発明の可変ミラーの他の例を示し、（a）は（b）のB-B'線断面図、（c）は（a）のCで示す円内部分の拡大図である。
【図７】（a）は図６に示す可変ミラーの光軸ずれの位置を示す説明図、（b）は図６に示す可変ミラーの反射面に直角な方向から見た平面図である。
【図８】（a）は図６に示す可変ミラーを駆動するための電子回路の一例を示す図、（b）は（a）に示されたスイッチのオン-オフタイミングを示す図である。
【図９】本発明の可変ミラーの更に他の例を示し、（a）はどの電極にも電圧が加えられていない状態での図６（a）に相当する断面図、（b）は反射面位置が＋ｚ方向にシフトした場合の断面図、（c）及び（d）はそれぞれ（a)及び（b）に対応する光軸の位置を示す説明図である。
【図１０】図９に示す可変ミラーの反射面に直角な方向から見た平面図である。
【図１１】図９に示した可変ミラーにおいて、（a）は反射面が上シフト右チルト位置にある場合の断面図、（b）は反射面が上シフト左チルト位置にある場合の断面図、（c）及び（d）はそれぞれ（a)及び（b）に対応する光軸の位置を示す説明図である。
【図１２】図９に示した可変ミラーにおいて、（a）は反射面が下シフト位置にある場合の断面図、（b）は反射面が下シフト右チルト位置にある場合の断面図、（c）は反射面が下シフト左チルトの位置にある場合の断面図である。
【図１３】（a）乃至（c）はそれぞれ図１２（a)乃至（c）に対応する光軸の位置を示す説明図である。
【図１４】図１０に示した可変ミラーを駆動するための電子回路の一例を示す図である。
【図１５】図１４に示されたスイッチのオン-オフタイミングを示す図である。
【図１６】本発明の可変ミラーを用いたビデオプロジェクターの光学構成を示す図である。
【図１７】本発明に係る反射型光学特性可変光学素子の一例を示す断面図である。
【図１８】（a）は本発明に係る反射型光学特性可変光学素子の他の例を示す断面図、（b）は（a）の上から見た図である。
【図１９】本発明の可変ミラーを用いた光信号処理装置の光学構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
３０１                                            撮像光学系
３０１a                                            フィルター
３０２                                            光学装置
３０３                                            画像処理装置
３０４                                            駆動回路
３０６                                            表示装置
３０７                                            プリンター
３０８                                            撮像素子
３０９                                            凹レンズ
３１３                                            ＬＵＴデータ部
３１６                                            電話機能
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
４２４                                            ブレセンサー
５２１                                            明るさ絞り
７０９、７１５、７２０、７６０                    可変ミラー
７０９a、７１５a、７４５a                         薄膜
７０９b、７０９b１〜７０９b４                     固定電極
７０９j、７４５j                                   基板
７０９k、７１５k、７３５k                         ミラー電極
７１５b１〜７１５b４                              固定電極
７２３、７３３                                    上側枠
７２４、７３４                                    下側枠
７３５b１〜７３５b１２                            固定電極
７４０                                            スクリーン
７４１                                            投影レンズ
７４２                                            表示装置
７４３                                            光軸
７４４                                            表示回路
７４５、７５５                                    光学特性可変光学素子
７４５b１〜７４５b３                              固定電極
７４５k                                            可動電極
７４５M、７５０                                    枠
７５５a、７６０a                                    反射面
７５５b１１〜７５５b１１６                          固定電極
７５５b２１〜７５５b２１２                          固定電極
７５５b３１〜７５５b３８                            固定電極
７５５j                                              穴
７５５k                                              変形する電極
７６１                                                光マルチプレクサー
７６２                                                光入射用ファイバー
７６３、９０１a                                        凸レンズ
７６５、７６６、７６７                                光受光用ファイバー
９０２a                                                凸レンズ群
【図１】
2006053420.tif 000003
【図２】
2006053420.tif 000004
【図３】
2006053420.tif 000005
【図４】
2006053420.tif 000006
【図５】
2006053420.tif 000007
【図６】
2006053420.tif 000008
【図７】
2006053420.tif 000009
【図８】
2006053420.tif 000010
【図９】
2006053420.tif 000011
【図１０】
2006053420.tif 000012
【図１１】
2006053420.tif 000013
【図１２】
2006053420.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2006053420.tif 000017
【図１６】
2006053420.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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