(57)【要約】【課題】  屈折力を自在に変化させることができ、且つ性能の劣化が抑えられた可変焦点レンズ、およびその可変焦点レンズを含む焦点距離可変な撮影レンズを備えた撮影装置を提供する。【解決手段】  可変焦点レンズが、レンズ形状を有する容器内に封入された光透過性の分散媒内に分散した、光透過性であって分散媒の屈折率とは異なる屈折率を有するナノ粒子を電磁気で泳動させることにより焦点距離を変化させる電磁場発生器を有するレンズ体と、そのレンズ体を光軸方向に移動させる移動機構と、電磁場発生器で発生する電磁場を制御することによって、レンズ体の焦点距離を変化させる焦点距離調節部とを備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも光通過領域が光透過性であってレンズ形状を有する容器と、
前記容器内に封入された光透過性の分散媒と、
前記分散媒内に分散した、光透過性であって該分散媒の屈折率とは異なる屈折率を有する分散質と、
前記分散媒内に分散した分散質を電磁気力で泳動させることにより、前記光通過領域の焦点距離を変化させる電磁場発生器とを有するレンズ体、
前記レンズ体を光軸方向に移動させる移動機構、および
前記電磁場発生器で発生される電磁場を制御することにより前記光通過領域の焦点距離を変化させる焦点距離調節部を有することを特徴とする可変焦点レンズ。
【請求項２】
前記電磁場発生器は、電圧の印加を受けて前記分散質を電気泳動させる電極であり、
前記焦点距離調節部は、前記電極に印加する電圧を制御するものであることを特徴とする請求項１記載の可変焦点レンズ。
【請求項３】
前記分散質が、酸化チタンからなることを特徴とする請求項２記載の可変焦点レンズ。
【請求項４】
前記分散質が、アルミナからなることを特徴とする請求項２記載の可変焦点レンズ。
【請求項５】
前記分散媒が、有機分散媒であることを特徴とする請求項２記載の可変焦点レンズ。
【請求項６】
前記分散媒が、炭化水素系有機分散媒であることを特徴とする請求項２記載の可変焦点レンズ。
【請求項７】
前記電極は、内側の面に絶縁膜がコーティングされ、該絶縁膜が前記分散媒に接して配置されていることを特徴とする請求項２記載の可変焦点レンズ。
【請求項８】
前記絶縁膜が、ポリイミド絶縁膜であることを特徴とする請求項７記載の可変焦点レンズ。
【請求項９】
前記分散質が、磁性を有するものであり、
前記電磁場発生器は、前記分散質を磁気泳動させる磁場発生器であり、
前記焦点距離調節部は、前記磁場発生器で発生される磁場を制御するものであることを特徴とする請求項１記載の可変焦点レンズ。
【請求項１０】
前記分散質が、酸化チタンコバルトからなることを特徴とする請求項９記載の可変焦点レンズ。
【請求項１１】
前記分散質が、ナノ粒子からなることを特徴とする請求項１記載の可変焦点レンズ。
【請求項１２】
前記分散質が、５ｎｍ〜１００ｎｍの粒径を有するナノ粒子であることを特徴とする請求項１１記載の可変焦点レンズ。
【請求項１３】
前記分散媒が、水であることを特徴とする請求項１記載の可変焦点レンズ。
【請求項１４】
前記容器の、少なくとも前記光通過領域が、正の屈折力を有するレンズ形状を有する容器であることを特徴とする請求項１記載の可変焦点レンズ。
【請求項１５】
前記容器の、少なくとも前記光通過領域が、負の屈折力を有するレンズ形状を有する容器であることを特徴とする請求項１記載の可変焦点レンズ。
【請求項１６】
前記容器の、少なくとも前記光通過領域が、非球面レンズ形状を有する容器であることを特徴とする請求項１記載の可変焦点レンズ。
【請求項１７】
請求項１記載の可変焦点レンズを含み、該可変焦点レンズで焦点距離調節およびピント調節を行なう撮影レンズを備え、該撮影レンズを経由して入射してきた被写体光を捉えて撮影を行なうことにより画像信号を生成することを特徴とする撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点距離を変化させることができる可変焦点レンズ、および可変焦点レンズを含む焦点距離可変な撮影レンズを備えた撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、焦点距離が可変な可変焦点レンズとして、液晶の電気光学効果を利用して焦点距離を変化させる液晶レンズが知られている。例えば、特許文献１には、平板状の第１，第２の光透過性基板と、両面が凹状に形成されて第１，第２の光透過性基板間に配備された第３の光透過性基板とを備えるとともに、第１の光透過性基板と第３の光透過性基板とに挟まれた空間および第２の光透過性基板と第３の光透過性基板とに挟まれた空間に封入された液晶を有する液晶レンズが提案されている。この液晶レンズでは、印加される電圧の大きさに応じて液晶分子の配向が変化し、これにより液晶レンズの屈折率が変化してレンズとしての焦点距離が変化する。
【０００３】
また、可変焦点レンズとして、電圧を印加して形状を変化させることにより焦点距離を変化させる液体レンズも知られている。例えば、非特許文献１には、内壁が撥水性のコーティングで覆われたチューブ内に、非導電性のオイルと導電性の水性溶液からなる不混和性液体が封入された液体レンズが提案されている。この液体レンズでは、電圧が印加されていない状態では、不混和性液体を構成する水性溶液は半球状の固まりとなっており、水性溶液の、オイルとの界面は凸状である。この界面は、印加された電圧の大きさに応じて、凸状から凹状まで変化する。このため、レンズとしての曲率半径が変化することとなり、従って焦点距離を自在に可変することができる。
【特許文献１】特開２００２−３４１３１１号公報
【非特許文献１】“Ｐｈｉｌｉｐｓ’Ｆｌｕｉｄ  Ｌｅｎｓｅｓ”、［ｏｎｌｉｎｅ］、Ｍａｒｃｈ  ０３，２００４、Ｒｏｙａｌ  Ｐｈｉｌｉｐｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、［平成１６年３月３１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｐｒｅｖｉｅｗ．ｃｏｍ／ｎｅｗｓ／０４０３／０４０３０３０２ｐｈｉｌｉｐｓｆｌｕｉｄｌｅｎｓ．ａｓｐ＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１に提案された技術では、液晶分子の長軸方向の屈折率（ｎ‖）と短軸方向の屈折率（ｎ⊥）との差分Δｎ（ｎ‖−ｎ⊥）を利用することで液晶レンズの焦点距離を変化させるということが行なわれる。しかし、この差分Δｎが小さ過ぎレンズとしての屈折力を自在に変化させることができないという問題がある。
【０００５】
また、非特許文献１に提案された技術では、不混和性液体に電圧を印加することで液晶レンズの焦点距離を変化させるということが行なわれる。ここで、不混和性液体に電圧が印加されると、その不混和性液体を構成する導電性の水性溶液に電流が流れるため、その水性溶液が電気分解されて水素と酸素が発生する恐れがある。従って、長期にわたって使用すると、それら水素と酸素からなる気体が溜まって気泡化してしまい、光の散乱が起こってレンズとしての性能が劣化するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、屈折力を自在に変化させることができ、且つ性能の劣化が抑えられた可変焦点レンズ、およびその可変焦点レンズを含む焦点距離可変な撮影レンズを備えた撮影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の可変焦点レンズは、
少なくとも光通過領域が光透過性であってレンズ形状を有する容器と、
容器内に封入された光透過性の分散媒と、
分散媒内に分散した、光透過性であって分散媒の屈折率とは異なる屈折率を有する分散質と、
分散媒内に分散した分散質を電磁気力で泳動させることにより、光通過領域の焦点距離を変化させる電磁場発生器とを有するレンズ体、
レンズ体を光軸方向に移動させる移動機構、および
電磁場発生器で発生される電磁場を制御することにより光通過領域の焦点距離を変化させる焦点距離調節部を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の可変焦点レンズは、レンズ体が有する容器内に封入された光透過性の分散媒内に分散した、光透過性であってその分散媒の屈折率とは異なる屈折率を有する分散質を、電磁気力で泳動させることにより、そのレンズ体における光通過領域の焦点距離を変化させるとともに、そのレンズ体を光軸方向に移動させるものである。このため、分散媒と、分散質の、泳動により光通過領域に移動した量とにより定まる屈折率に応じて変化する焦点距離を持つ焦点距離可変なレンズ体を光軸方向に移動させることができる。従って、例えば、本発明の可変焦点レンズをデジタルカメラに備え、この可変焦点レンズを構成するレンズ体が有する分散質を泳動させることにより、そのレンズ体における光通過領域の焦点距離を変化させてテレ端とワイド端との間で焦点距離を調節して所望の撮影画角に設定した後（もしくは同時）に、そのレンズ体を光軸方向に進退させることによりピント調節を行なうことができる。従って、１つのレンズ体にズーム機能とフォーカス機能との双方の機能を持たせることができる。また、分散媒内に分散した分散質は、電磁場発生器で生じた電場や磁場により移動するものであって、そこに電流は発生せず、従って非特許文献１に提案された、導電性の水性溶液に電流が流れる技術と比較し、電気分解する恐れは少なく、従って長期にわたってレンズとしての性能の劣化を抑えることができる。
【０００９】
また、本発明の可変焦点レンズにおいて、上記電磁場発生器は、電圧の印加を受けて前記分散質を電気泳動させる電極であり、
上記焦点距離調節部は、電極に印加する電圧を制御するものであることが好適である。
【００１０】
このような電気泳動タイプの可変焦点レンズによると、電極から印加される電界によって、分散質が電気泳動し、焦点距離が制御される。電気泳動により移動する分散質の量は、電極に印加される電圧の波形や印加パターン、電極の配置，形状，構造等により、自在に制御することができる。従って、特許文献１に提案された、液晶分子の屈折率を利用して光の屈折を制御する技術と比較し、柔軟な屈折率分布を得ることができる。
【００１１】
また、本発明の電気泳動タイプの可変焦点レンズにおいて、上記分散質が、酸化チタンからなることが好ましい。
【００１２】
分散質が酸化チタンからなるものであると、より屈折率の高い光学部材を実現することができる。また、酸化チタンは入手が容易である。
【００１３】
さらに、本発明の電気泳動タイプの可変焦点レンズにおいて、上記分散質が、アルミナからなることも好ましい態様である。
【００１４】
分散質がアルミナからなるものであると、分散質のコストが安価で済む。
【００１５】
また、本発明の電気泳動タイプの可変焦点レンズにおいて、上記分散媒が、有機分散媒であることも好ましい態様である。
【００１６】
分散媒が有機分散媒であると、電気的に安定である。
【００１７】
さらに、本発明の電気泳動タイプの可変焦点レンズにおいて、上記分散媒が、炭化水素系有機分散媒であることも好ましい。
【００１８】
分散媒が炭化水素系有機分散媒であると、官能基を持つ有機分散媒と比較して、さらに電気的に安定である。
【００１９】
また、本発明の電気泳動タイプの可変焦点レンズにおいて、上記電極は、内側の面に絶縁膜がコーティングされ、その絶縁膜が上記分散媒に接して配置されていることも好ましい。
【００２０】
このようにすると、分散質の、電極への凝集を防止することができる。
【００２１】
さらに、本発明の電気泳動タイプの可変焦点レンズにおいて、上記絶縁膜が、ポリイミド絶縁膜であることも好ましい。
【００２２】
このようにすると、耐熱性および耐久性に優れた電極を得ることができる。
【００２３】
また、本発明の可変焦点レンズにおいて、上記分散質が、磁性を有するものであり、
上記電磁場発生器は、分散質を磁気泳動させる磁場発生器であり、
上記焦点距離調節部は、磁場発生器で発生される磁場を制御するものであることも好適である。
【００２４】
このような磁気泳動タイプの可変焦点レンズによると、分散媒内に分散した磁性を有する分散質を、電気泳動ではなく磁気泳動させることによって、光通過領域の焦点距離が制御される。分散質を電気泳動させるためには、電場を制御する必要があるが、磁性を有する分散質を磁気泳動させるためには、電場よりも制御が容易な磁場を制御すればよく、可変焦点レンズの焦点距離を確実に調整することができる。
【００２５】
また、本発明の磁気泳動タイプの可変焦点レンズにおいて、上記分散質が、酸化チタンコバルトからなることが好ましい。
【００２６】
酸化チタンコバルトは、高い光透過性を有する磁性粒子であり、製造が容易である。
【００２７】
また、本発明の可変焦点レンズにおいて、上記分散質がナノ粒子からなることが好ましい。
【００２８】
分散質がナノ粒子であっても電気泳動させることができる。
【００２９】
また、本発明の可変焦点レンズにおいて、上記分散質が、５ｎｍ〜１００ｎｍの粒径を有するナノ粒子であることも好ましい。
【００３０】
分散質が、５ｎｍ〜１００ｎｍの粒径を有するナノ粒子であると、光の散乱が生じにくく光の透過性が維持され、かつこの範囲の粒径であっても取り扱いが容易である。
【００３１】
さらに、本発明の可変焦点レンズにおいて、上記分散媒が、水であることも好ましい。
【００３２】
分散媒が水であると、分散質の分散性に優れるとともに分散媒のコストも安価で済む。
【００３３】
また、本発明の可変焦点レンズにおいて、上記容器の、少なくとも上記光通過領域が、正の屈折力を有するレンズ形状を有する容器であってもよい。
【００３４】
このようにすると、本発明の可変焦点レンズを、凸状の可変焦点レンズとして使用することができる。
【００３５】
さらに、本発明の可変焦点レンズにおいて、上記容器の、少なくとも上記光通過領域が、負の屈折力を有するレンズ形状を有する容器であってもよい。
【００３６】
このようにすると、本発明の可変焦点レンズを、凹状の可変焦点レンズとして使用することができる。
【００３７】
また、本発明の可変焦点レンズにおいて、上記容器の、少なくとも上記光通過領域が、非球面レンズ形状を有する容器であってもよい。
【００３８】
このようにすると、本発明の可変焦点レンズを、非球面状の可変焦点レンズとして使用することができる。
【００３９】
また、上記目的を達成する本発明の撮影装置は、本発明の可変焦点レンズを含み、その可変焦点レンズで焦点距離調節およびピント調節を行なう撮影レンズを備え、その撮影レンズを経由して入射してきた被写体光を捉えて撮影を行なうことにより画像信号を生成することを特徴とする。
【００４０】
本発明の撮影装置は、本発明の可変焦点レンズで焦点距離調節およびピント調節を行なう撮影レンズを備えているため、１つのレンズでズーム機能とフォーカス機能との双方の機能を実現することができ、構成が簡素化されて小型化が図られる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の可変焦点レンズによれば、屈折力を自在に変化させることができ、且つ性能の劣化を抑えることができるとともに、１つのレンズ体でズーム機能とフォーカス機能との双方の機能を実現することもできる。また、本発明の撮影装置は、本発明の可変焦点レンズを含む焦点距離可変な撮影レンズを備えたものであるため、構成が簡素化されて小型化が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００４３】
図１は、本発明の一実施形態の可変焦点レンズの構成を示す図、図２は、図１に示す可変焦点レンズを構成するレンズ体と焦点距離調節部を示す図である。
【００４４】
図１に示す可変焦点レンズ１には、レンズ体１０と、焦点距離調節部３と、移動機構４とが備えられている。
【００４５】
レンズ体１０には、図２に示すように、少なくとも光通過領域１０ａが光透過性であってレンズ形状を有する容器１１が備えられている。ここで、容器１１の、少なくとも光通過領域１０ａは、外に向かって凸のレンズ形状を有する容器である。このレンズ体１０は、本発明にいうレンズ体の一例にあたり、容器１１は、本発明にいう容器の一例に相当する。
【００４６】
また、このレンズ体１０には、容器１１内に封入された光透過性の分散媒１２が備えられている。この分散媒１２は、本発明にいう分散媒の一例にあたる。
【００４７】
さらに、このレンズ体１０には、分散媒１２内に分散した、光透過性であって分散媒１２の屈折率よりも高い屈折率を有する分散質１３が備えられている。一般に、分散された状態は、分散媒と分散質から構成されており、分散質は、粒子であったりする。この分散質１３は、本発明にいう分散質の一例に相当する。
【００４８】
また、このレンズ体１０には、分散媒１２内に分散した分散質１３を電気泳動させることにより光通過領域１０ａを通過する光の屈折を制御する電極である陰極１４および陽極１５が備えられている。詳細には、上記分散質１３は、プラスに帯電されたナノ粒子１３ａとマイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂであって、容器１１の、光通過領域１０ａを取り巻く位置に、分散質１３を引き寄せる負極性の電極である陰極１４および正極性の電極である陽極１５が配置されている。陰極１４および陽極１５は、本発明にいう電磁場発生器の一例にあたるとともに、本発明にいう電極の一例に相当する。
【００４９】
一方、焦点距離調節部３は、陰極１４および陽極１５に印加する電圧を制御することにより、レンズ体１０の、光通過領域１０ａの焦点距離を変化させる調節部である。この焦点距離調節部３は、本発明にいう焦点距離調節部の一例に相当する。
【００５０】
また、図１に示す移動機構４は、レンズ体１０を光軸方向に移動させる機構であり、モータ等が好適に用いられる。移動機構４は、本発明にいう移動機構の一例に相当する。
【００５１】
ここで、上述したナノ粒子の材質はいかなるものであってもよい。例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化錫、チタン酸バリウムなどが挙げられる。好ましくは、酸化チタン、シリカゲル（ＳｉＯ２）、アルミナ、ポリマー粒子である。ナノ粒子の調整法は、固相法、液相法、気相法いずれでもよく、好ましくは、液相法と気相法である。その詳細は、文献「ナノ微粒子の調整および分散・凝集コントロールとその評価、技術情報協会、２００３年」に記載されている。粒子サイズは、１００ｎｍ以下が好ましい。粒子サイズが１００ｎｍを越えると、光の散乱が生じ、透明性（光透過性）が損なわれることとなる。
【００５２】
また、ナノ粒子は、分散媒１２（分散媒）への分散安定性を高める目的で、表面を修飾することが好ましい。表面を修飾する方法としては、チタンカップリング剤（イソプロピルトリイソステアロイルチタネートなど）、シランカップリング剤（ペンタデカフルオロデシルトリメチルシランなど）、アルミニウムカップリング剤（アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレートなど）、グラフト重合などが挙げられる。グラフト重合は、酸化チタンに対してはポリエチレングラフト重合、ポリスチレングラフト重合が、シリガゲルに対してはシラノール基を利用したグラフト重合が利用できる。
【００５３】
ナノ粒子を分散させる分散媒１２としては、水あるいは非水系有機分散媒を用いることができる。また、水と有機分散媒を混合して用いてもよい。非水系有機分散媒としては、好ましくは、炭化水素（ヘキサン、ヘプタン、ペンタン、オクタン、アイソパー（エクソン社）など）、炭化水素系芳香族化合物（ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼンなど）、ハロゲン系炭化水素（ジフルオロプロパン、ジクロロエタン、クロロエタン、ブロモエタンなど）、ハロゲン系炭化水素系芳香族化合物（クロロベンゼンなど）、エーテル系化合物（ジブチルエーテル、アニソール、ジフェニルエーテルなど）、アルコール系化合物（グリセリンなど）、カルボニル基を有する化合物（プロピレンカーボネートなど）、ニトロ系化合物（ニトロメタンなど）、ニトリル系化合物（アセトニトリル、ベンゾニトリルなど）、水が好ましい。
【００５４】
分散媒１２については、レンズ体１０の用途との関連において、屈折率、比重、粘度、抵抗率、誘電率などを調整することが好ましい。この調整には、複数の分散媒を混合して行なうことができる。
【００５５】
また、この分散媒１２には、酸、アルカリ、塩、分散安定剤、酸化防止や紫外線吸収などを目的とした安定剤、抗菌剤、防腐剤などを添加することができる。
【００５６】
容器１１としては、ガラス基板、ポリエステル、ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルフォン、シリコーン樹脂、ポリアセタール樹脂、フッ素樹脂、セルロース誘導体、ポリオレフィンなどの高分子のフイルムや板状基板、金属基板、セラミック基板等の無機基板などが好適に用いられる。少なくとも５０％以上の光透過率を有する容器１１が好ましく、さらに好ましくは８０％以上の光透過率を有するものである。
【００５７】
さらに、陰極１４や陽極１５の電極部材としては、金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、プラチナ、カーボン、導電性高分子、酸化錫一酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛などに代表される金属酸化物層が形成されたものが好適に用いられる。また、後述するように、電極を光の透過する部位に設置する場合には、いわゆる透明電極を用いることが好ましい。酸化錫一酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛などに代表される金属酸化物が好ましい。
【００５８】
図２に示すレンズ体１０は、レンズ形状を有する容器１１内に封入された光透過性の分散媒１２内に分散した、光透過性であってその分散媒１２の屈折率とは異なる屈折率を有する分散質１３を、陰極１４と陽極１５との間に印加される電圧に応じて電気泳動させることにより光通過領域１０ａを通過する光の屈折を制御するものである。このため、分散媒１２と、分散質１３の、電気泳動により光通過領域１０ａに移動した量とにより定まる屈折率に応じた焦点距離を持つ焦点距離可変なレンズが得られることとなる。以下、図３を参照して説明する。
【００５９】
図３は、図２に示すレンズ体の動作を説明するための図である。
【００６０】
陰極１４と陽極１５との間に電圧が印加されていない状態では、図３のパート（ａ）に示すように、分散媒１２内には分散質１３が一様に分散されている。この分散質１３は、プラスに帯電されたナノ粒子１３ａとマイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂとからなるものである。このような状態におけるレンズ体１０の屈折率は、分散媒１２の屈折率と、その分散媒１２内に一様に分散された分散質１３の量（個数）により定まる屈折率とからなる、比較的大きな屈折率となっている。
【００６１】
ここで、陰極１４と陽極１５との間に所定の電圧が印加される。すると、図３のパート（ｂ）に示すように、分散媒１２内に一様に分散されていた分散質１３のうちのプラスに帯電されたナノ粒子１３ａが陰極１４側に引き寄せられるとともに、マイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂが陽極１５側に引き寄せられる。このため、レンズ体１０の屈折率は、分散媒１２の屈折率のみにより定まる比較的小さな屈折率となる。尚、陰極１４，陽極１５間への電圧の印加を中止すると、再び図３のパート（ａ）に示す状態に落ち着く。
【００６２】
ここで、光通過領域１０ａに位置する分散質１３の、電気泳動により移動する量は、陰極１４および陽極１５に印加される電圧の波形や印加パターン、陰極１４および陽極１５の配置，形状，構造等により、自在に制御することができる。従って、特許文献１に提案された、液晶分子の屈折率を利用して光の屈折を制御する技術と比較し、柔軟な分布率を得ることもできる。また、分散媒１２内に分散した分散質１３は、陰極１４および陽極１５に電圧を印加することによって生じた電界により移動するものであって、そこに電流は発生せず、従って非特許文献１に提案された、導電性の水性溶液に電流が流れる技術と比較し、電気分解する恐れは少なく、従って長期にわたってレンズとしての性能の劣化を抑えることができる。
【００６３】
次に、電気泳動により屈折率を段階的に変化する方法について説明する。電気泳動で前述したプラスやマイナスに帯電されたナノ粒子（荷電微粒子と称する）を移動させる際、印加する電圧の波形や印加パターンにより移動する荷電粒子の量を変化させることができる。レンズ体１０における光通過領域１０ａに位置する荷電粒子の量を変化させると、結果的に屈折率が段階的に変化する光学素子が得られることとなる。ここで、荷電粒子の量を変化させるためには、矩形波を印加する方法が好ましい。文献「ＩＤＷＯ３（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  １０ｔｈ  ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐｓ）予稿集、第２３９頁、２００３年」には、電気泳動による４階調表示の報告例が、また、「同第２４３頁、２００３年」には、８階調表示の報告例が記載されている。これらに記載されている印加方法を採用することで、荷電粒子の量を段階的に変化させることが可能である。
【００６４】
本実施形態の可変焦点レンズ１は、レンズ体１０が有する容器１１内に封入された光透過性の分散媒１２内に分散した、光透過性であってその分散媒１２の屈折率よりも高い屈折率を有する分散質１３を、電気泳動させることにより、そのレンズ体１０における光通過領域１０ａの焦点距離を変化させるとともに、そのレンズ体１０を光軸方向に移動させるものである。このため、分散媒１２と、分散質１３の、電気泳動により光通過領域１０ａに移動した量とにより定まる屈折率に応じて変化する焦点距離を持つ焦点距離可変なレンズが得られるとともに、そのレンズを光軸方向に移動させることができる。従って、後述するように、この可変焦点レンズ１をデジタルカメラに備え、この可変焦点レンズ１を構成するレンズ体１０が有する分散質１３を電気泳動させることにより、そのレンズ体１０における光通過領域１０ａの焦点距離を変化させてテレ端とワイド端との間で焦点距離を調節して所望の撮影画角に設定した後（もしくは同時）に、そのレンズ体１０を光軸方向に進退させることによりピント調節を行なうことができる。従って、１つのレンズ体１０にズーム機能とフォーカス機能との双方の機能を持たせることができ、デジタルカメラの構成が簡素化されて小型化が図られる。ここで、電気泳動により移動する分散質の量は、電極に印加される電圧の波形や印加パターン、電極の配置，形状，構造等により、自在に制御することができる。従って、特許文献１に提案された、液晶分子の屈折率を利用して光の屈折を制御する技術と比較し、柔軟な屈折率分布を得ることもできる。また、分散媒内に分散した分散質は、電極に電圧を印加することによって生じた電界により移動するものであって、そこに電流は発生せず、従って非特許文献１に提案された、導電性の水性溶液に電流が流れる技術と比較し、電気分解する恐れは少なく、従って長期にわたってレンズとしての性能の劣化を抑えることができる。
【００６５】
次に、レンズ体の実施例について説明する。
【００６６】
本実施例では、分散質１３として酸化チタンのナノ粒子を用いた。この酸化チタンのナノ粒子は、含水酸化チタンをアルカリで無定形としたのち、塩酸中で熟成させて、加熱処理により粒子サイズ１０ｎｍのものとし、その粒子表面をチタンカップリング剤（イソプロピルトリイソステアロイルチタネート）の溶液で処理した。このようにして得られた酸化チタンのナノ粒子をアイソパー（エクソン社製）に分散して、光学素子であるレンズ体１０を作製した。
【００６７】
アイソパー（屈折率１．４８）中に、酸化チタンのナノ粒子（屈折率２．３０）を２０体積％程度混入した場合、屈折率は１．４８から１．６４４に変化した。また、３０体積％程度混入した場合、屈折率は１．４８から１．７２６に変化した。これらを用いて以下に示す形状のレンズ（ナノ粒子を含む媒質）を作成した。
【００６８】
図４は、屈折率が１．４８，１．６４４，１．７２６と変化した場合のレンズ体のバックフォーカスを示す図である。
【００６９】
レンズの曲率Ｒ  ５．００ｍｍ
レンズの厚さＤ  ３．００ｍｍ
（１＿１）アイソパー（屈折率１．４８）のみの場合
焦点距離            １０．４２ｍｍ
バックフォーカス    ８．３９ｍｍ
フロントフォーカス  −１０．４２ｍｍ
（１＿２）酸化チタンのナノ粒子を２０％混入した（屈折率１．６４４）場合
焦点距離            ７．７６ｍｍ
バックフォーカス    ５．９４ｍｍ
フロントフォーカス  −７．７６ｍｍ
（１＿３）酸化チタンのナノ粒子を３０％混入した（屈折率１．７２６）場合
焦点距離            ６．８９ｍｍ
バックフォーカス    ５．１５ｍｍ
フロントフォーカス  −６．８９ｍｍ
このように焦点距離を、１０．４２→７．７６または１０．４２→６．８９と変化させることができた。
【００７０】
上述したように、屈折率が１．４８，１．６４４，１．７２６と変化した場合のレンズ体の焦点距離は、１０．４２，７．７６，６．８９となる。これらをバックフォーカスで表わすと、図４のようになる。図４に示すように、屈折率が１．４８のときのバックフォーカスＢｆ’（８．３９）が最も大きく、以下、屈折率が１．６４４のときのバックフォーカスＢｆ’（５．９４）、屈折率が１．７２６のときのバックフォーカスＢｆ’（５．１５）の順に小さくなっている。
【００７１】
次に、通常のガラス（ＢＫ７；屈折率１．５１６３３）と組み合わせたレンズ（ナノ粒子を含む媒質）を作成した。
【００７２】
図５は、通常のガラスと組み合わせたレンズの曲率および厚さを示す図である。
【００７３】
ガラスの曲率Ｒ１  無限大
ガラスの厚さＤ１  １．００ｍｍ
レンズの曲率Ｒ２  ５．００ｍｍ
レンズの厚さＤ２  ３．００ｍｍ
レンズの曲率Ｒ３  無限大
（２＿１）アイソパー（屈折率１．４８）のみの場合
焦点距離            −１３７．６ｍｍ
バックフォーカス    −１３３．７ｍｍ
フロントフォーカス  １３８．３ｍｍ
（２＿２）酸化チタンのナノ粒子を２０％混入した（屈折率１．６４４）場合
焦点距離            ３９．２ｍｍ
バックフォーカス    ３７．３ｍｍ
フロントフォーカス  −３８．５ｍｍ
（２＿３）酸化チタンのナノ粒子を３０％混入した（屈折率１．７２６）場合
焦点距離            ２３．８ｍｍ
バックフォーカス    ２２．１ｍｍ
フロントフォーカス  −２３．２ｍｍ
以上のように焦点距離を、−１３７．６→３９．２または−１３７．６→２３．８と変化させることができた。ここで、符号のマイナス「−」は前（物体）側を意味し、この変化は凹レンズが凸レンズに変化したことを示している。
【００７４】
さらに、通常のガラス（ＢＫ７；屈折率１．５１６３３）にナノ粒子を封入したレンズを作成した。
【００７５】
図６は、通常のガラスにナノ粒子を封入したレンズの曲率および厚さを示す図である。
【００７６】
第１のガラスの曲率Ｒ１  無限大
第１のガラスの厚さＤ１  １．００ｍｍ
レンズの前側の曲率Ｒ２  １３．６３４ｍｍ
レンズの厚さＤ２  ２．００ｍｍ（ナノ粒子を含む媒質）
レンズの後側の曲率Ｒ３  −２０．２ｍｍ
第２のガラスの厚さＤ３  １．００ｍｍ
第２のガラスの曲率Ｒ４  無限大
（３＿１）アイソパー（屈折率１．４８）のみの場合
焦点距離            −２２３．７ｍｍ
バックフォーカス    −２２５．２ｍｍ
フロントフォーカス  ２２４．９ｍｍ
（３＿２）酸化チタンのナノ粒子を２０％混入した（屈折率１．６４４）場合
焦点距離            ６４．１ｍｍ
バックフォーカス    ６２．７ｍｍ
フロントフォーカス  −６２．９ｍｍ
（３＿３）酸化チタンのナノ粒子を３０％混入した（屈折率１．７２６）場合
焦点距離            ３９．１ｍｍ
バックフォーカス    ３７．７ｍｍ
フロントフォーカス  −３８．０ｍｍ
以上のように焦点距離を、−２２３．７→６４．１または−２２３．７→３９．１と変化させることができた。
【００７７】
以下では、図１、図２、および図３に示すレンズ体１０に替えて適用可能なレンズ体の各種形態について説明する。
【００７８】
図７は、電極の内側の面に絶縁膜がコーティングされたレンズ体の断面形状を示す図である。
【００７９】
図７に示すレンズ体２０は、図３に示すレンズ体１０と比較し、陰極１４，陽極１５の内側の面に絶縁膜２４がコーティングされ、それら絶縁膜２４が分散媒１２に接して配置されている点が異なっている。このレンズ体２０では、陰極１４，陽極１５の内側の面に絶縁膜２４がコーティングされているため、ナノ粒子１３ａ，１３ｂの、陰極１４，陽極１５への凝集を防止することができる。ここで、絶縁膜２４は、ポリイミド絶縁膜である。このため、陰極１４，陽極１５は、優れた耐熱性および耐久性を有する。このように構成されたレンズ体２０で、陰極１４，陽極１５に印加する電圧を制御することにより光通過領域１０ａの焦点距離を変化させてもよい。
【００８０】
図８は、プラスチックで形成された容器を備えたレンズ体の断面形状を示す図である。
【００８１】
図８に示すレンズ体３０には、少なくとも光通過領域１０ａが光透過性であってレンズ形状を有する容器３１が備えられている。この容器３１の、少なくとも光通過領域１０ａにおける部分は、プラスチックから形成されている。このため、軽量で耐衝撃性の高い容器３１が実現されている。このような容器３１を備えたレンズ体３０で、陰極１４，陽極１５に印加する電圧を制御することにより光通過領域１０ａの焦点距離を変化させてもよい。尚、プラスチックに代えてガラスで容器を形成してもよい。
【００８２】
図９は、容器の、光通過領域における背面に、陽極が配置されてなるレンズ体の断面形状を示す図である。
【００８３】
図９に示すレンズ体４０には、分散媒１２内に、マイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂが分散している。また、このレンズ体４０には、容器１１の、光通過領域１０ａを取り巻く位置に、陰極１４が配置されている。さらに、このレンズ体４０には、容器１１の、光通過領域１０ａにおける背面に、ナノ粒子１３ｂを引き寄せる陽極４１が配置されている。
【００８４】
陰極１４と陽極４１との間に電圧が印加されていない状態では、図９のパート（ａ）に示すように、分散媒１２内にはナノ粒子１３ｂが一様に分散されている。即ち、容器１１の、光通過領域１０ａにおける凸状の部分にも、ナノ粒子１３ｂが一様に分散されている。従って、正の屈折力を有するレンズとしての役割を担うこととなる。ここで、陰極１４と陽極４１との間に所定の電圧が印加されると、図９のパート（ｂ）に示すように、分散媒１２内に一様に分散されていたナノ粒子１３ｂが陽極４１側に引き寄せられる。このため、容器１１の凸状の部分には、ナノ粒子１３ｂが分散されず正の屈折力が弱められることとなる。このようにして、正の屈折力を調整することができる。
【００８５】
図１０は、陽極の内側の面に絶縁膜がコーティングされてなるレンズ体の断面形状を示す図である。
【００８６】
図１０に示すレンズ体５０は、図９に示すレンズ体４０と比較し、陽極４１の内側の面に絶縁膜４２がコーティングされ、その絶縁膜４２が分散媒１２に接して配置されている点が異なっている。このレンズ体５０では、陽極４１の内側の面に絶縁膜４２がコーティングされているため、ナノ粒子１３ｂの、陽極４１への凝集を防止することができる。また、絶縁膜４２は、ポリイミド絶縁膜であるため、陽極４１は、優れた耐熱性および耐久性を有する。
【００８７】
図１１は、外に向かって凹のレンズ形状を有する容器を備えたレンズ体の断面形状を示す図である。
【００８８】
図１１に示すレンズ体６０には、少なくとも光通過領域１０ａが光透過性であってレンズ形状を有する容器６１が備えられている。ここで、容器６１の、少なくとも光通過領域１０ａは、外に向かって凹のレンズ形状を有する容器である。
【００８９】
また、このレンズ体６０には、容器６１の、光通過領域１０ａを取り巻く位置に、陽極１５が配置されている。さらに、このレンズ体６０には、容器６１の、光通過領域１０ａにおける背面に、陰極６２が配置されている。
【００９０】
陽極１５と陰極６２との間に電圧が印加されていない状態では、図１１のパート（ａ）に示すように、分散媒１２内にはナノ粒子１３ｂが一様に分散されている。即ち、容器６１の、光通過領域１０ａにおける凹状の部分にも、ナノ粒子１３ｂが一様に分散されている。従って、負の屈折力を有するレンズとしての役割を担うこととなる。ここで、陽極１５と陰極６２との間に所定の電圧が印加されると、図１１のパート（ｂ）に示すように、分散媒１２内に一様に分散されていたナノ粒子１３ｂが陽極１５側に引き寄せられる。このため、容器６１の凹状の一部分（図１１のパート（ｂ）の上下部分）を除く部分以外、即ち容器６１の光通過領域１０ａにおける部分には、ナノ粒子１３ｂが分散されず、従って負の屈折力が弱められることとなる。
【００９１】
図１２は、外に向かって凹のレンズ形状を有する容器を備えた、図１１に示すレンズ体とは異なるレンズ体の断面形状を示す図である。
【００９２】
図１２に示すレンズ体７０には、容器６１の、光通過領域１０ａを取り巻く位置に、陰極１４が配置されている。また、このレンズ体７０には、容器６１の、光通過領域１０ａにおける背面に、ナノ粒子１３ｂを引き寄せる陽極４１が配置されている。
【００９３】
陰極１４と陽極４１との間に電圧が印加されていない状態では、図１２のパート（ａ）に示すように、分散媒１２内にはナノ粒子１３ｂが一様に分散されている。即ち、容器６１の、光通過領域１０ａにおける凹状の部分にも、ナノ粒子１３ｂが一様に分散されている。従って、負の屈折力を有するレンズとしての役割を担うこととなる。ここで、陰極１４と陽極４１との間に所定の電圧が印加されると、図１２のパート（ｂ）に示すように、分散媒１２内に一様に分散されていたナノ粒子１３ｂが陽極４１側に引き寄せられる。このため、容器６１の凹状の部分には、ナノ粒子１３ｂが分散されることはなく、従って負の屈折力が弱められることとなる。
【００９４】
図１３は、非球面レンズ形状を有する容器を備えたレンズ体の断面形状を示す図である。
【００９５】
図１３に示すレンズ体８０に備えられた容器８１は、少なくとも光通過領域１０ａが光透過性であって、この容器８１の、少なくとも光通過領域１０ａは、非球面レンズ形状を有する容器である。
【００９６】
陽極１５と陰極６２との間に電圧が印加されていない状態では、図１３のパート（ａ）に示すように、分散媒１２内には、マイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂが一様に分散されている。即ち、容器８１の、光通過領域１０ａにおける非球面レンズ形状の部分にも、ナノ粒子１３ｂが一様に分散されている。従って、非球面レンズとしての役割を担うこととなる。ここで、陽極１５と陰極６２との間に所定の電圧が印加されると、図１３のパート（ｂ）に示すように、分散媒１２内に一様に分散されていたナノ粒子１３ｂが陽極１５側に引き寄せられる。このため、容器８１の非球面レンズ形状の部分には、ナノ粒子１３ｂが分散されることはなく、従って非球面レンズとしての役割が弱められることとなる。
【００９７】
図１４は、非球面レンズ形状を有する容器容器を備えた、図１３に示すレンズ体とは異なるレンズ体の断面形状を示す図である。
【００９８】
図１４に示すレンズ体９０には、容器８１の、光通過領域１０ａを取り巻く位置に、陰極１４が配置されている。また、このレンズ体９０には、容器８１の、光通過領域１０ａにおける背面に、ナノ粒子１３ｂを引き寄せる陽極４１が配置されている。
【００９９】
陰極１４と陽極４１との間に電圧が印加されていない状態では、図１４のパート（ａ）に示すように、分散媒１２内にはナノ粒子１３ｂが一様に分散されている。即ち、容器８１の、光通過領域１０ａにおける非球面レンズ形状の部分にも、ナノ粒子１３ｂが一様に分散されている。従って、非球面レンズとしての役割を担うこととなる。ここで、陰極１４と陽極４１との間に所定の電圧が印加されると、図１４のパート（ｂ）に示すように、分散媒１２内に一様に分散されていたナノ粒子１３ｂが陽極４１側に引き寄せられる。このため、容器８１の非球面レンズ形状の部分には、ナノ粒子１３ｂが分散されることはなく、従って非球面レンズとしての役割が弱められることとなる。
【０１００】
図１５は、電極の配置の一例を示す図である。
【０１０１】
図１５に示す電極１＿１４１，１＿１５１は、レンズ体を構成する容器の、光通過領域を取り巻く上側面，下側面に配置されている。このように電極１＿１４１，１＿１５１を配置し、例えば電極１＿１４１，１＿１５１にマイナスの電圧，プラスの電圧を印加して、容器の上側面，下側面にプラスのナノ粒子，マイナスのナノ粒子を引き寄せてもよい。
【０１０２】
図１６は、電極の配置の他の一例を示す図である。
【０１０３】
図１６には、レンズ体を構成する容器の、光通過領域を取り巻く左右の位置に、第１，第２の電極１＿１４２，１＿１４２が配置されている。また、レンズ体を構成する容器の、光通過領域を取り巻く上下の位置に、第３，第４の電極１＿１５２，１＿１５２が配置されている。このような電極を配置するとともに分散媒内にマイナスのナノ粒子１＿１３ｂを分散しておき、第１，第２の電極１＿１４２，１＿１４２を陰極とするとともに第３，第４の電極１＿１５２，１＿１５２を陽極とし、例えば第３の電極１＿１５２に印加されるプラスの電圧の値よりも第４の電極１＿１５２に印加されるプラスの電圧の値を大きく設定することにより、それら第３，第４の電極１＿１５２，１＿１５２に引き寄せられるナノ粒子１＿１３ｂの量を振り分けてもよい。
【０１０４】
図１７は、電極の配置のさらなる他の一例を示す図である。
【０１０５】
図１７には、レンズ体を構成する容器の、光通過領域を取り巻く側面に、陰極１＿１４３と陽極１＿１５３とが交互に配置されている。このように陰極１＿１４３と陽極１＿１５３を交互に配置して、プラスのナノ粒子，マイナスのナノ粒子の分布を自在に制御してもよい。
【０１０６】
図１８は、レンズ体を構成する容器の、光通過領域における背面に配置された陽極の平面図である。
【０１０７】
図１８には、あるレンズ体を構成する容器の、光通過領域における背面に配置された陽極４１の平面図が示されている。このように、容器の、光通過領域における背面に、円形状の電極である陽極４１を配置して、分散媒内に一様に分散されているマイナスのナノ粒子を引き寄せてもよい。
【０１０８】
図１９は、レンズ体を構成する容器と、その容器の、光通過領域を取り巻く位置に配置された陰極とを入射光側から見た図である。
【０１０９】
図１９に示す容器１１の、光通過領域１０ａを取り巻く位置には、４分割されてなる陰極１４が配置されている。このように、容器１１の、光通過領域１０ａを取り巻く位置に、４分割されてなる陰極１４を配置して、分散媒内に分散されているプラスのナノ粒子を引き寄せてもよい。
【０１１０】
図２０は、レンズ体を構成する容器の、光通過領域における背面に配置された陽極の各種のパターン例を示す図である。
【０１１１】
図２０のパート（ａ）に示す陽極１４１は、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン１４１ａを有する。また、図２０のパート（ｂ）に示す陽極１４２は、複数の同心円状の電極パターン１４２ａを有する。さらに、図２０のパート（ｃ）に示す陽極１４３は、マトリックス状の電極パターン１４３ａを有する。このような陽極１４１，１４２，１４３を用いて、それら電極パターン１４１ａ，１４２ａ，１４３ａそれぞれに各種の波形、印加パターンを有する電圧を印加してマイナスのナノ粒子の分布を制御することにより、可変焦点レンズの屈折率を自在に制御してもよい。
【０１１２】
図２１は、図２０のパート（ｂ）に示す複数の同心円状の電極パターンを有する陽極を用いて、レンズ体の屈折率を制御する一例を示す図である。
【０１１３】
レンズ体１００を構成する容器１１の、光通過領域１０ａにおける背面には、ナノ粒子１３ｂを引き寄せる陽極１４４が配置されている。この陽極１４４は、外周側から順に、第１の同心円状の電極パターン１４４ａ，第２の同心円状の電極パターン１４４ｂを有する。また、この陽極１４４は、中央部に、円形の電極パターン１４４ｃを有する。ここで、電極パターン１４４ａには最も大きな値の電圧が印加され、電極パターン１４４ｂにはその値以下の電圧が印加され、さらに電圧パターン１４４ｃには最も小さな値の電圧が印加されるものとする。
【０１１４】
電極パターン１４４ａには最も大きな値の電圧が印加されるため、その電極パターン１４４ａには多量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。以下、電極パターン１４４ｂ，１４４ｃの順にそれら電圧に見合った量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。このように、陽極１４４の電極パターン１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃに印加される電圧に応じて、ナノ粒子１３ｂの分布を制御してもよい。
【０１１５】
尚、前述した図２０のパート（ａ）に示すストライプ状の電極パターン１４１ａにおいて、最上部に位置する電極パターン１４１ａから最下部に位置する電極パターン１４１ａに対応して、小さな値の電圧から大きな値の電圧までを印加することにより、プリズム効果を有する可変焦点レンズを実現してもよい。また、図２０のパート（ｃ）に示すマトリックス状の電極パターン１４３ａに任意の値の電圧を印加することにより、通常のレンズの収差を補正するための可変焦点レンズを実現してもよい。
【０１１６】
図２２は、レンズ体を構成する容器の、光通過領域を取り巻く位置に、２つの電極パターンを有する陰極が配置された例を示す図である。
【０１１７】
図２２には、レンズ体１１０を構成する容器１１の、光通過領域１０ａを取り巻く位置に、２つの電極パターン１４＿２ａ，１４＿２ｂを有する陰極１４＿２が配置されている。このような陰極１４＿２の電極パターン１４＿２ａ，１４＿２ｂに所望の大きさの電圧を印加し、且つ陽極１４４の電極パターン１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃにも所望の電圧を印加して、ナノ粒子１３ｂの分布を自在に制御してもよい。
【０１１８】
図２３は、外に向かって凸のレンズ形状を有するレンズ体において、ナノ粒子が分散媒内を移動する様子を示す図である。
【０１１９】
図２３に示すレンズ体１２０には、陰極１４および陽極１５の周囲を囲むように配置された円筒形状の部材３１＿１と、その部材３１＿１の前面および背面に嵌め込まれるともに光透過性を有する部材３１＿２，３１＿３からなる容器３１が備えられている。これら部材３１＿１，３１＿２，３１＿３は、プラスチックから形成されている。このため、軽量で耐衝撃性の高い容器３１が実現されている。
【０１２０】
また、図２３のパート（ａ）に示すように、分散媒１２内には、マイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂが一様に分散されている。ここで、陰極１４と陽極１５との間に所定の電圧が印加される。すると、図２３のパート（ｂ）に示すように、分散媒１２内に一様に分散されていたナノ粒子１３ｂが陽極１５側に徐々に引き寄せられ、最終的に図２３のパート（ｃ）に示すように、分散媒１２内に分散されていたナノ粒子１３ｂの大部分が陽極１５側に引き寄せられる。このため、レンズ体１２０の屈折率は、分散媒１２の屈折率とナノ粒子１３ｂにより定まる屈折率とからなる比較的大きな屈折率から、分散媒１２の屈折率のみにより定まる比較的小さな屈折率に変化する。
【０１２１】
図２４は、外に向かって凹のレンズ形状を有するレンズ体において、ナノ粒子が分散媒内を移動する様子を示す図である。
【０１２２】
図２４に示すレンズ体１３０には、陰極１４および陽極１５の周囲を囲むように配置された円筒形状の部材３１＿１と、その部材３１＿１の前面および背面に嵌め込まれるともに光透過性を有する部材３２＿１，３１＿３からなる容器３２が備えられている。これら部材３１＿１，３２＿１，３１＿３は、プラスチックから形成されている。また、図２４のパート（ａ）に示すように、分散媒１２内には、マイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂが一様に分散されている。
【０１２３】
ここで、陰極１４と陽極１５との間に所定の電圧が印加される。すると、図２４のパート（ｂ）に示すように、分散媒１２内に一様に分散されていたナノ粒子１３ｂが陽極１５側に徐々に引き寄せられ、最終的には図２４のパート（ｃ）に示すように、分散媒１２内に分散されていたナノ粒子１３ｂの大部分が陽極１５側に引き寄せられる。このため、レンズ体１３０の屈折率は、分散媒１２の屈折率とナノ粒子１３ｂにより定まる屈折率とからなる比較的大きな屈折率から、分散媒１２の屈折率のみにより定まる比較的小さな屈折率に変化する。
【０１２４】
図２５は、外に向かって双方が凸のレンズ形状を有するレンズ体において、ナノ粒子が分散媒内を移動する様子を示す図である。
【０１２５】
図２５に示すレンズ体１４０には、陰極１４および陽極１５の周囲を囲むように配置された円筒形状の部材３１＿１と、その部材３１＿１の前面および背面に嵌め込まれるともに光透過性を有する部材３３＿１，３３＿２からなる容器３３が備えられている。これら部材３１＿１，３３＿１，３３＿２は、プラスチックから形成されている。また、図２５のパート（ａ）に示すように、分散媒１２内には、マイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂが一様に分散されている。ここで、陰極１４と陽極１５との間に所定の電圧が印加される。すると、図２５のパート（ｂ）に示すように、分散媒１２内に一様に分散されていたナノ粒子１３ｂが陽極１５側に徐々に引き寄せられ、最終的には図２５のパート（ｃ）に示すように、分散媒１２内に分散されていたナノ粒子１３ｂの大部分が陽極１５側に引き寄せられる。このため、レンズ体１４０の屈折率は、分散媒１２の屈折率とナノ粒子１３ｂにより定まる屈折率とからなる比較的大きな屈折率から、分散媒１２の屈折率のみにより定まる比較的小さな屈折率に変化する。
【０１２６】
図２６は、マイナスの電圧とプラスの電圧が自在に印加される電極を備えた、外に向かって凸のレンズ形状を有するレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１２７】
レンズ体１５０を構成する容器１１の、光通過領域１０ａを取り巻く位置には、第１の電極１５１が配置されている。また、その容器１１の、光通過領域１０ａにおける背面には、複数の電極部１５２ａからなる第２の電極１５２が配置されている。さらに、分散媒１２内にはマイナスのナノ粒子１３ｂが分散している。
【０１２８】
ここで、第１，第２の電極１５１，１５２にマイナスの電圧，プラスの電圧が印加された場合は、第１，第２の電極１５１，１５２は陰極，陽極の役割を担うこととなる。一方、第１，第２の電極１５１，１５２にプラスの電圧，マイナスの電圧が印加された場合は、第１，第２の電極１５１，１５２は陽極，陰極の役割を担うこととなる。
【０１２９】
先ず、図２６のパート（ａ）に示すレンズ体１５０において、第１，第２の電極１５１，１５２にマイナスの電圧，プラスの電圧が印加されるものとする。すると、第１，第２の電極１５１，１５２は、陰極，陽極の役割を担うこととなる。ここで、第２の電極１５２を構成する複数の電極部１５２ａそれぞれには、同じ値のプラスの電圧が印加されるものとする。従って、この場合は、複数の電極部１５２ａそれぞれに同量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。
【０１３０】
次いで、図２６のパート（ｂ）に示すように、第２の電極１５２を構成する両端側の電極部１５２ａに最も大きな値のプラスの電圧が印加されるとともに、中央の電極部１５２ａに最も小さな値のプラスの電圧が印加され、さらに両端側の電極部１５２ａと中央の電極部１５２ａとの間に位置する電極部１５２ａには中間の値のプラスの電圧が印加されるものとする。すると、両端側の電極部１５２ａに最も多量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられるとともに中央の電極部１５２ａには少量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。また、両端側の電極部１５２ａと中央の電極部１５２ａとの間に位置する電極部１５２ａには中程度の量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。
【０１３１】
さらに、図２６のパート（ｃ）に示すように、第１，第２の電極１５１，１５２にプラスの電圧，マイナスの電圧が印加される。すると、第１，第２の電極１５１，１５２は、陽極，陰極の役割を担うこととなり、第１の電極１５１にナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。このようにして、ナノ粒子１３ｂの分布を制御してもよい。
【０１３２】
図２７は、マイナスの電圧とプラスの電圧が自在に印加される電極を備えた、外に向かって凹のレンズ形状を有するレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１３３】
レンズ体１６０を構成する容器３１の、光通過領域１０ａを取り巻く位置には、第１の電極１５１が配置されている。また、その容器３１の、光通過領域１０ａにおける背面には、複数の電極部１５２ａからなる第２の電極１５２が配置されている。さらに、分散媒１２内にはマイナスのナノ粒子１３ｂが分散している。
【０１３４】
先ず、図２７のパート（ａ）に示すレンズ体１６０において、第１，第２の電極１５１，１５２にマイナスの電圧，プラスの電圧が印加される。ここでは、第２の電極１５２を構成する複数の電極部１５２ａそれぞれに同じ値のプラスの電圧が印加されるものとする。すると、複数の電極部１５２ａそれぞれに同量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。
【０１３５】
次いで、図２７のパート（ｂ）に示すように、第２の電極１５２を構成する両端側の電極部１５２ａに最も大きな値のプラスの電圧が印加されるとともに、中央の電極部１５２ａに最も小さな値のプラスの電圧が印加され、さらに両端側の電極部１５２ａと中央の電極部１５２ａとの間に位置する電極部１５２ａに中間の値のプラスの電圧が印加される。すると、両端側の電極部１５２ａに最も多量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられるとともに中央の電極部１５２ａには少量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。また、両端側の電極部１５２ａと中央の電極部１５２ａとの間に位置する電極部１５２ａには中程度の量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。
【０１３６】
さらに、図２７のパート（ｃ）に示すように、第１，第２の電極１５１，１５２にプラスの電圧，マイナスの電圧が印加される。すると、第１，第２の電極１５１，１５２は、陽極，陰極の役割を担うこととなり、第１の電極１５１にナノ粒子１３ｂが引き寄せられることとなる。
【０１３７】
図２８は、マイナスの電圧とプラスの電圧が自在に印加される電極を備えた、外に向かって双方が凸のレンズ形状を有するレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１３８】
図２８のパート（ａ）に示す光学部材１７０において、第１，第２の電極１５１，１５２にマイナスの電圧，プラスの電圧が印加される。ここでは、第２の電極１５２を構成する複数の電極部１５２ａそれぞれに同じ値のプラスの電圧が印加されるものとする。すると、複数の電極部１５２ａそれぞれに同量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。
【０１３９】
次いで、図２８のパート（ｂ）に示すように、第２の電極１５２を構成する両端側の電極部１５２ａに最も大きな値のプラスの電圧が印加されるとともに、中央の電極部１５２ａに最も小さな値のプラスの電圧が印加され、さらに両端側の電極部１５２ａと中央の電極部１５２ａとの間に位置する電極部１５２ａに中間の値のプラスの電圧が印加される。すると、両端側の電極部１５２ａに最も多量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられるとともに中央の電極部１５２ａには少量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。また、両端側の電極部１５２ａと中央の電極部１５２ａとの間に位置する電極部１５２ａには中程度の量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。
【０１４０】
さらに、図２８のパート（ｃ）に示すように、第１，第２の電極１５１，１５２にプラスの電圧，マイナスの電圧が印加される。すると、第１，第２の電極１５１，１５２は、陽極，陰極の役割を担うこととなり、第１の電極１５１にナノ粒子１３ｂが引き寄せられることとなる。
【０１４１】
図２９は、電極パターンが工夫された第１のレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１４２】
図２９に示すレンズ体１８０には、容器の、光通過領域を取り巻く位置に、陰極１４が配置されている。また、このレンズ体１８０には、容器の、光通過領域１０ａにおける前面に、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン１８１ａを有する陽極１８１が配置されている。さらに、このレンズ体１８０には、容器の、光通過領域における背面に、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン１８２ａを有する陽極１８２が配置されている。このレンズ体１８０は、陽極１８１，１８２の電極パターン１８１ａ，１８２ａが対称的であるため、例えば電極パターン１８１ａ，１８２ａの上部から下部にかけて共に値が徐々に小さく（もしくは大きく）なるような電圧を印加することにより、プリズム効果を実現することができる。このようなレンズ体１８０を手ぶれ補正用の加速度センサとともにカメラに備え、加速度センサからの信号に応じてそのカメラに備えられたレンズの上下方向に対する手ぶれ補正を行なってもよい。また、このようなレンズ体１８０をカメラのファインダに備えてパララックス（視差）補正してもよい。
【０１４３】
図３０は、電極パターンが工夫された第２のレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１４４】
図３０に示すレンズ体１９０は、図２９に示すレンズ体１８０と比較し、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン１８２ａを有する陽極１８２に代えて、垂直方向に形成されたストライプ状の電極パターン１９１ａを有する陽極１９１が配置されている点が異なっている。ここで、電極パターン１８１ａで上下の屈折率を制御するとともに、電極パターン１９１ａで左右の屈折率を制御することにより、レンズの上下方向および左右方向に対する手ぶれ補正やパララックス補正を行なってもよい。
【０１４５】
図３１は、電極パターンが工夫された第３のレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１４６】
図３１に示すレンズ体２００は、図３０に示すレンズ体１９０と比較し、垂直方向に形成されたストライプ状の電極パターン１９１ａを有する陽極１９１に代えて、複数の同心円状の電極パターン２０１ａを有する陽極２０１が配置されている点が異なっている。ここで、電極パターン２０１ａで凸状のレンズを実現するとともに、電極パターン１８１ａでプリズム効果を実現することにより、１つのレンズ体２００で手ぶれ補正やピント調節を兼ねた撮影レンズを実現してもよい。また、ズームレンズを備えたカメラにおいて、そのカメラのファインダ光学系にこのレンズ体２００を採用して、そのズームレンズにより変化する視野に応じて変化するズームファインダを実現してもよい。さらに、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン１８１ａを有する陽極１８１に代えて、複数の同心円状の電極パターン２０１ａを有する陽極２０１と同じ陽極を配置し、例えば正の屈折力を高めるにあたり、上記陽極２０１と相俟ってナノ粒子を迅速に移動させることもできる。
【０１４７】
図３２は、マトリックス状の電極パターンを有する陽極を示す図である。
【０１４８】
図３２に示す電極２１０は、周辺領域に配置された電極パターン部２１１と中央領域に配置された電極パターン部２１２からなるマトリックス状の電極パターンを有する。ここで、周辺領域に配置された電極パターン部２１１は陰極の役割を担うとともに、中央領域に配置された電極パターン部２１２は陽極の役割を担う。このような電極２１０を備えたレンズ体を通常のレンズに隣接して配置するとともに、そのレンズの収差を補正するためのデータからなる収差補正用テーブルを用意しておき、上記電極２１０に、収差補正用テーブルのデータに応じた電圧を印加してナノ粒子の分布を制御することにより、そのレンズ体の屈折率を制御することにより、上記レンズの収差を補正してもよい。
【０１４９】
上記では、分散媒中に分散された分散質を電気泳動させて焦点距離を制御するレンズ体について説明したが、以下では、分散媒中に分散された磁性を有する分散質を磁気泳動させて焦点距離を制御するレンズ体について説明する。
【０１５０】
図３３は、分散質を磁気泳動させて光の屈折を変化させるレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１５１】
図３３に示すレンズ体１０´は、図３に示すレンズ体１０の容器１１と同様のレンズ形状を有し、少なくとも光通過領域５１０ａが光透過性を有する容器５１１内に、透明な分散媒５２０と、磁性を有する透明なナノ粒子５３０が封入されている。この分散質５２０としては、図３に示すレンズ体１０の分散媒１２と同様な流体を適用することができ、透明な磁性ナノ粒子５３０としては、二酸化チタンコバルトなどを適用することができる。
【０１５２】
また、容器５１１の上面および下面には、図３に示すレンズ体１０の電極（陰極１４、陽極１５）に替えて、電流の印加を受けて磁場を発生するコイル５４０も備えられている。コイル５４０は、本発明にいう電磁場発生器の一例にあたるとともに、本発明にいう磁場発生器の一例に相当する。
【０１５３】
図３４は、図３３に示すレンズ体１０´の概略構成図である。
【０１５４】
図３４のパート（ａ）には、レンズ体１０´の上面図が示されている。
【０１５５】
容器５１１の上面および下面には、巻回された３つのコイル５４０が並べられて構成されている。また、それらのコイル５４０には、図３に示す焦点距離調節部３に替えて、コイル５４０に電流を印加して、コイル５４０で発生される磁場を制御する焦点距離調節部３´が接続されている。焦点距離調節部３´は、本発明にいう焦点距離調節部の一例に相当する。
【０１５６】
図３４のパート（ｂ）には、レンズ体１０´の、コイル５４０付近の拡大図が示されている。
【０１５７】
例えば、図３４のパート（ａ）に示す焦点距離調節部３´によって、３つのコイル５４０それぞれに同じ方向の電流が印加されると、３つのコイル５４０それぞれで磁場が発生する。その結果、図３４のパート（ｂ）に示すように、３つのコイル５４０から容器５１１に、Ｎ極とＳ極とが交互に並んだ磁場が印加される。ここで、磁性ナノ粒子５３０を磁気泳動させるためには、３つのコイル５４０から容器５１１に印加される磁場の極性はＮ極、およびＳ極のいずれでも良く、３つのコイル５４０それぞれに印加される電流の向きはそれぞれに異なる方向でも良い。３つのコイル５４０それぞれに印加される電流の向きや大きさを個別に調整することによって、容器５１１に印加される磁場の大きさや、磁場が印加される領域を精度良く制御することができる。
【０１５８】
図３３に戻って説明する。
【０１５９】
コイル５４０で磁場が発生していない状態では、図３３のパート（ａ）に示すように、分散媒５２０内には磁性ナノ粒子５３０が一様に分散されている。
【０１６０】
図３４のパート（ａ）に示す焦点距離調節部３´によってコイル５４０に電流が印加されると、コイル５４０において、印加された電流の方向や大きさに応じた磁場が発生する。その結果、図３３のパート（ｂ）に示すように、分散媒５２０内に一様に分散されていた磁性ナノ粒子５３０がコイル５４０の磁力に引き寄せられて、レンズ体１０´の屈折率が減少する。
【０１６１】
このように、分散媒内に分散した分散質を電気泳動ではなく磁気泳動させることによっても、レンズ体１０´を通過する光の屈折を制御することができる。
【０１６２】
尚、磁気泳動タイプのレンズ体においても、上述した各種形状のレンズ体を適用することができる。また、例えば、微小な複数のコイルをストライプ状に配置することで、図２０のパート（ａ）に示す陰極１４１の電場パターンと同様の磁場パターンを形成することができ、大きさの異なる複数のコイルを同心円上に配置することで、図２０のパート（ｂ）に示す陰極１４２の電場パターンと同様の磁場パターンを形成することができ、微小なコイルをマトリクス状に配置することによって、図２０のパート（ｃ）に示す陰極１４３の電場パターンと同様の磁場パターンを形成することができる。
【０１６３】
また、上記では、本発明にいう磁場発生器の一例として、電流の印加を受けて磁場を発生するコイルが示されているが、本発明にいう磁場発生器は、自力で磁場を発生する永久磁石であってもよい。この場合、分散質の磁気泳動は、永久磁石自体の移動によって実現される。
【０１６４】
ここで、上記では、本発明の概念を実現するための基本的な実施形態について説明したが、本発明に採用するレンズ体である光学素子を実用するにあたっては、光路上にゴミや水滴などが付着してレンズ性能が劣化してしまう不具合を防止するための工夫を施すことが好ましい。
【０１６５】
例えば、液体が収容された容器の光路と交わる外面（以下では、この面を光透過面と称する）に撥水性膜を付設することが好ましい。光透過面に撥水性を付与することによって、ゴミや水滴の付着などが防止され、光学素子の高い光透過性を維持することができる。この撥水性膜を構成する材料としては、シリコーン樹脂、オルガノポリシロキサンのブロック共重合体、フッ素系ポリマー、およびポリテトラフルオロエタンなどが好ましい。
【０１６６】
また、レンズ体を構成する容器の光透過面に、親水性膜を付設することも好ましい。光透過面に親水撥油性を付与することによっても、ゴミの付着を防止することができる。この親水性膜としては、アクリレート系ポリマーで構成されたものや、非イオン性オルガノシリコーン系界面活性剤などといった界面活性剤を塗布したものなどが好ましく、親水性膜の作製方法としては、シラン系モノマーのプラズマ重合や、イオンビーム処理などを適用することができる。
【０１６７】
また、レンズ体を構成する容器の光透過面に、酸化チタンなどといった光触媒を付設することも好ましい。光と反応した光触媒によって汚れなどが分解され、光透過面をきれいに保つことができる。
【０１６８】
また、レンズ体を構成する容器の光透過面に、帯電防止膜を付設することも好ましい。容器の光透過面に静電気が溜まったり、電極によって帯電してしまうと、光透過面にゴミや埃がくっついてしまう恐れがある。光透過面に帯電防止膜を付設することによって、このような不要物の付着を防止し、レンズ体の光透過性を維持することができる。この帯電防止膜は、ポリマーアロイ系の材料で構成されていることが好ましく、このポリマーアロイ系が、ポリエーテル系や、ポリエーテルエステルアミド系や、カチオン性基を有するものや、レオレックス（商品名、第一工業製薬株式会社）であることが特に好ましい。また、この帯電防止膜が、ミスト法によって作製されたものであることが好ましい。
【０１６９】
また、レンズ体を構成する容器に、防汚性素材を適用しても良い。防汚性素材としてはフッ素樹脂が好ましいが、具体的には、含フッ素アルキルアルコキシシラン化合物や、含フッ素アルキル基含有ポリマー、オリゴマー等が好ましく、上記硬化性樹脂と架橋可能な官能基を有するものが特に好ましい。また、防汚性素材の添加量は、防汚性を発現する必要最低量であることが好ましい。
【０１７０】
図３５は、本発明の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラを前面斜め上から見た外観斜視図、図３６は、図３５のデジタルカメラを背面斜め上から見た外観斜視図である。
【０１７１】
図３５に示すように、このデジタルカメラ３００の前面中央部には、図１に示す可変焦点レンズ１が備えられている。また、このデジタルカメラ３００の前面上部には、光学式ファインダ対物窓３１２および補助光発光部３１３が備えられている。さらに、このデジタルカメラ３００の上面には、シャッタボタン３１４およびスライド式の電源スイッチ３１５が備えられている。
【０１７２】
さらに、図３６に示すように、このデジタルカメラ３００の背面には、光学式ファインダ接眼窓３１６と、メニュースイッチ３１７と、実行／画面切換スイッチ３１８と、画像モニタ３１９とが備えられている。
【０１７３】
図３７は、図３５に示すデジタルカメラの回路構成を示すブロック図、図３８は、図３７に示す可変焦点レンズ、シャッタユニット、撮像素子、および駆動回路の配置構成を示す図である。
【０１７４】
図３７に示すデジタルカメラ３００には、前述した可変焦点レンズ１と補助光発光部３１３が備えられている。また、このデジタルカメラ３００には、シャッタユニット３２１と、撮像素子（ＣＣＤ）３２２と、アナログ信号処理部３２３と、このデジタルカメラ３００の動作を総括的に制御するＣＰＵ３２４と、駆動回路３２５と、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）部３２６とが備えられている。駆動回路３２５には、詳細は後述するが、レンズ体１０を光軸方向に移動するための移動機構４を構成するレンズ体移動モータ４ａ、シャッタユニット３２１を駆動するためのシャッタモータ３２５ａ、およびそれらレンズ体移動モータ４ａ，シャッタモータ３２５ａに電圧を印加するためのモータドライバ３２５ｂが備えられている。また、駆動回路３２５には、撮像素子３２２を駆動するための撮像素子駆動部３２５ｃが備えられている。
【０１７５】
可変焦点レンズ１およびシャッタユニット３２１を経由してきた被写体光は、撮像素子３２２に入射される。撮像素子３２２は、入射された被写体光を電気信号であるアナログの画像信号に変換して、アナログ信号処理部３２３に出力する。
【０１７６】
アナログ信号処理部３２３は、撮像素子３２２から出力されたアナログ画像信号に対して雑音低減処理等を施し、その処理等が施されたアナログ画像信号をＡ／Ｄ部３２６に出力する。Ａ／Ｄ部３２６は、そのアナログ画像信号にＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換処理を行なって、デジタルの画像信号を出力する。
【０１７７】
また、デジタルカメラ３００には、デジタル信号処理部３２７と、テンポラリメモリ３２８と、圧縮伸長部３２９と、内蔵メモリ（またはメモリカード）３３０と、前述した画像モニタ３１９とが備えられている。Ａ／Ｄ部３２６でＡ／Ｄ変換処理されてデジタルに変換されたデジタル画像信号は、デジタル信号処理部３２７に入力される。デジタル信号処理部３２７は、入力されたデジタル画像信号に所定のデジタル信号処理を施して今回の撮影シーンの被写体画像を表わす画像データを完成させて、テンポラリメモリ３２８に一時的に格納する。テンポラリメモリ３２８に格納されたデータは、圧縮伸長部３２９で圧縮されて内蔵メモリ（またはメモリカード）３３０に記録される。尚、撮影モードによっては、圧縮の過程を省いて内蔵メモリ３３０に直接記録してもよい。テンポラリメモリ３２８に格納されたデータは画像モニタ３１９に読み出され、これにより画像モニタ３１９に被写体の画像が表示される。
【０１７８】
さらに、デジタルカメラ３００には、前述したメニュースイッチ３１７および実行／画面切換スイッチ３１８からなる操作スイッチ部３３１と、シャッタボタン３１４とが備えられている。写真撮影にあたっては、操作スイッチ部３３１を操作して所望の撮影状態に設定してシャッタボタン３１４を押下する。
【０１７９】
図３９は、図３８に示す可変焦点レンズを構成するレンズ体における結像位置を示した図、図４０は、図３９に示すレンズ体を広角側と望遠側とに移動した場合の結像位置を示した図である。
【０１８０】
図３９には、レンズ体１０と、焦点距離調整部３と、移動機構４とを有する可変焦点レンズ１の模式図が示されている。移動機構４には、レンズ体移動モータ４ａと、送りネジ４ｂと、レンズ体１０に取り付けられた部材４ｃとが備えられている。送りネジ４ｂは回転自在に支持されており、モータ４ａの正逆の回転に伴って光軸方向に移動する。これにより、レンズ体１０も部材４ｃを介して光軸方向に移動する。このレンズ体１０は、図３９に示すように、焦点距離調節部３により光の屈折が大きくなるように制御された場合は高屈折率時の結像位置（短焦点）となり、光の屈折が小さくなるように制御された場合は低屈折率時の結像位置（長焦点）となる。ここで、図４０のパート（ａ）に示す広角側（ワイド側）に制御する場合は、光の屈折が大きくなるように焦点距離調節部３でレンズ体１０を制御するとともに移動機構４でレンズ体１０が結像位置に対して近づくように制御する。一方、図４０のパート（ｂ）に示す望遠側（テレ側）に制御する場合は、光の屈折が小さくなるように焦点距離調節部３でレンズ体１０を制御するとともに移動機構４でレンズ体１０が結像位置に対して遠ざかるように制御する。このようにして、レンズ体１０の焦点距離を変化させてテレ端とワイド端との間で焦点距離を調節して所望の撮影画角に設定するとともに、そのレンズ体１０を光軸方向に進退させることによりピント調節を行なう。従って、１つのレンズ体１０でズーム機能とフォーカス機能との双方の機能が実現されることとなり、構成が簡素化されて小型化が図られる。
【０１８１】
また、例えば８段階に焦点距離を変化させることができる可変焦点レンズをデジタルカメラに備えて、自動焦点調節（ＡＦ調節）を好適に行なうことができる。
【０１８２】
図４１は、８段階に焦点距離を変化させることができる可変焦点レンズでＡＦ調節が行なわれる様子を説明するための図である。
【０１８３】
フォーカスレンズとして、分散媒と、ナノ粒子の、電気泳動により光通過領域に移動した量とにより定まる正の屈折率に応じた、８段階に変化する焦点距離を持つ焦点距離可変なレンズ体を有する可変焦点レンズを用いて、以下に説明するようにして、いわゆる「山登り方式」のＡＦ調節を行なうことができる。
【０１８４】
図４１の横軸は被写体距離を示し、縦軸はコントラストを示す。また、図４１の横軸には、被写体距離の遠距離から近距離に対応して、可変焦点レンズを構成するレンズ体の屈折率Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８が示されている。ここで、屈折率Ｐ１が一番小さく、以下、屈折率Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８の順に大きくなっている。
【０１８５】
ここでは、レンズ体の屈折率を変化させることによりコントラストの増減方向をチェックしながら、コントラストの最大点を求め、その最大点に焦点を合わせるべき被写体が存在するとして合焦点位置を求める。このように、８段階に変化する焦点距離を持つ可変焦点レンズを用いてＡＦサーチを行なって合焦点を求めてピント調節することにより、従来の、フォーカスレンズを光軸方向に移動することによりピント調節を行なう技術と比較し、モータ等の駆動機構は不要である。従って、構成が簡素化されて小型化が図られるとともに耐衝撃性の高められた撮影レンズが実現されることとなる。
【０１８６】
ここで、上記では、本発明の撮影装置の一実施形態がデジタルカメラに適用される例について説明したが、本発明の撮影装置は、銀塩カメラや、携帯電話などに適用されても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１８７】
【図１】本発明の一実施形態の可変焦点レンズの断面形状を示す図である。
【図２】図１に示す可変焦点レンズを構成するレンズ体と焦点調節部を示す図である。
【図３】図２に示すレンズ体の動作原理を説明するための図である。
【図４】屈折率が１．４８，１．６４４，１．７２６と変化した場合のレンズ体のバックフォーカスを示す図である。
【図５】通常のガラスと組み合わせたレンズの曲率および厚さを示す図である。
【図６】通常のガラスにナノ粒子を封入したレンズの曲率および厚さを示す図である。
【図７】電極の内側の面に絶縁膜がコーティングされたレンズ体の断面形状を示す図である。
【図８】プラスチックで形成された容器を備えたレンズ体の断面形状を示す図である。
【図９】容器の、光通過領域における背面に、陽極が配置されてなるレンズ体の断面形状を示す図である。
【図１０】陽極の内側の面に絶縁膜がコーティングされてなるレンズ体の断面形状を示す図である。
【図１１】外に向かって凹のレンズ形状を有する容器を備えたレンズ体の断面形状を示す図である。
【図１２】外に向かって凹のレンズ形状を有する容器を有するレンズ体を備えた、図９に示すレンズ体とは異なるレンズ体の断面形状を示す図である。
【図１３】非球面レンズ形状を有する容器を備えたレンズ体の断面形状を示す図である。
【図１４】非球面レンズ形状を有する容器を備えた、図１１に示すレンズ体とは異なるレンズ体の断面形状を示す図である。
【図１５】電極の配置の一例を示す図である。
【図１６】電極の配置の他の一例を示す図である。
【図１７】電極の配置のさらなる他の一例を示す図である。
【図１８】レンズ体を構成する容器の、光通過領域における背面に配置された陽極の平面図である。
【図１９】レンズ体を構成する容器と、その容器の、光通過領域を取り巻く位置に配置された陰極とを入射光側から見た図である。
【図２０】レンズ体を構成する容器の、光通過領域における背面に配置された陽極の各種のパターン例を示す図である。
【図２１】複数の同心円状の電極パターンを有する陽極を用いて、レンズ体の屈折率を制御する一例を示す図である。
【図２２】レンズ体を構成する容器の、光通過領域を取り巻く位置に、２つの電極パターンを有する陰極が配置された例を示す図である。
【図２３】外に向かって凸のレンズ形状を有するレンズ体において、ナノ粒子が分散媒内を移動する様子を示す図である。
【図２４】外に向かって凹のレンズ形状を有するレンズ体において、ナノ粒子が分散媒内を移動する様子を示す図である。
【図２５】外に向かって双方が凸のレンズ形状を有するレンズ体において、ナノ粒子が分散媒内を移動する様子を示す図である。
【図２６】マイナスの電圧とプラスの電圧が自在に印加される電極を備えた、外に向かって凸のレンズ形状を有するレンズ体の断面形状を示す図である。
【図２７】マイナスの電圧とプラスの電圧が自在に印加される電極を備えた、外に向かって凹のレンズ形状を有するレンズ体の断面形状を示す図である。
【図２８】マイナスの電圧とプラスの電圧が自在に印加される電極を備えた、外に向かって双方が凸のレンズ形状を有するレンズ体の断面形状を示す図である。
【図２９】電極パターンが工夫された第１のレンズ体の断面形状を示す図である。
【図３０】電極パターンが工夫された第２のレンズ体の断面形状を示す図である。
【図３１】電極パターンが工夫された第３のレンズ体の断面形状を示す図である。
【図３２】マトリックス状の電極パターンを有する陽極を示す図である。
【図３３】分散質を磁気泳動させて光の屈折を変化させるレンズ体の断面形状を示す図である。
【図３４】図３３に示すレンズ体１０´の概略構成図である。
【図３５】本発明の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラを前面斜め上から見た外観斜視図である。
【図３６】デジタルカメラを背面斜め上から見た外観斜視図である。
【図３７】デジタルカメラの回路構成を示すブロック図である。
【図３８】撮影レンズ、シャッタユニット、撮像素子、および駆動回路の配置構成を示す図である。
【図３９】可変焦点レンズを構成するレンズ体における結像位置を示した図である。
【図４０】レンズ体を広角側と望遠側とに移動した場合の結像位置を示した図である。
【図４１】８段階に焦点距離を変化させることができる可変焦点レンズでＡＦ調節が行なわれる様子を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１８８】
１，２    可変焦点レンズ
１＿１４１，１＿１４２，１＿１５１，１＿１５２，１５１，１５２，２１０    電極
１＿１４３，１４，６２，１４＿２    陰極
３，３´    焦点距離調節部
４    移動機構
４ａ    レンズ体移動モータ
４ｂ    送りネジ
４ｃ，３１＿１，３１＿２，３１＿３，３２＿１，３３＿１，３３＿２    部材
１０，１０´，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，１８０，１９０，２００    レンズ体
１０ａ，５１０ａ    光通過領域
１１，３１，３３，６１，８１，５１０    容器
１２，５２０    分散媒
１３，５３０    分散質
１３ａ，１３ｂ    ナノ粒子
１４＿２ａ，１４＿２ｂ，１４１ａ，１４２ａ，１４３ａ，１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃ，１８１ａ，１８２ａ，１９１ａ，２０１ａ    電極パターン
１５４０，１＿１５３，１４１，１４２，１４３，１４４，１８１，１８２，１９１，２０１    陽極
２４，４２    絶縁膜
１５２ａ    電極部
２１１，２１２    電極パターン部
３００    デジタルカメラ
３１２    光学式ファインダ対物窓
３１３    補助光発光部
３１４    シャッタボタン
３１５    電源スイッチ
３１６    光学式ファインダ接眼窓
３１７    メニュースイッチ
３１８    実行／画面切換スイッチ
３１９    画像モニタ
３２１    シャッタユニット
３２２    撮像素子（ＣＣＤ）
３２３    アナログ信号処理部
３２４    ＣＰＵ
３２５    駆動回路
３２５ａ    シャッタモータ
３２５ｂ    モータドライバ
３２５ｃ    撮像素子駆動部
３２６    Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）部
３２７    デジタル信号処理部
３２８    テンポラリメモリ
３２９    圧縮伸長部
３３０    内蔵メモリ（またはメモリカード）
３３１    操作スイッチ部
５３０    磁性ナノ粒子
５４０    コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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