(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光学素子、および撮影装置を提供する。【解決手段】  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、電磁力で泳動させることにより光通過領域を通過する光の屈折を制御する。例えば、電極を備えて、分散質を電気泳動させたり、コイルを備えて、分散質を磁気泳動させることによって、長期に渡って高精度に光学素子の焦点を調整することができる。【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を通過する光の屈折を制御する電磁場発生器とを備えたことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記電磁場発生器は、前記分散質を電気泳動させる電極であることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【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記載の光学素子。
【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記載の光学素子。
【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記載の光学素子。
【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５記載の光学素子。
【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記載の光学素子。
【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記載の光学素子。
【請求項９】
前記分散質が、帯電粒子であって、前記容器の、前記光通過領域を取り巻く位置に前記分散質を引き寄せる極性の電極が配置されてなることを特徴とする請求項２記載の光学素子。
【請求項１０】
前記分散質が、帯電粒子であって、前記容器の前記光通過領域に、前記分散質を引き寄せる極性の光透過性の電極が配置されてなることを特徴とする請求項２記載の光学素子。
【請求項１１】
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気発生器であることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項１２】
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１１記載の光学素子。
【請求項１３】
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記載の光学素子。
【請求項１４】
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１３記載の光学素子。
【請求項１５】
前記分散媒が、水であることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項１６】
前記容器の、少なくとも前記光通過領域がプラスチックからなることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項１７】
前記容器がレンズ形状を有するものであることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項１８】
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１７記載の光学素子。
【請求項１９】
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１７記載の光学素子。
【請求項２０】
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１７記載の光学素子。
【請求項２１】
前記容器が板形状を有するものであることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項２２】
前記容器がプリズム形状を有するものであることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項２３】
請求項１記載の光学素子を含み、該光学素子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光学素子、および被写体を撮影する撮影装置に関する。
【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】
尚、上述した問題は、レンズのみに限らず、並行平面板やプリズムなどといった光学素子に一般的に生じる問題である。
【０００７】
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光学素子、および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】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の光学素子は、少なくとも光通過領域が光透過性を有する容器と、
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を通過する光の屈折を制御する電磁場発生器とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の光学素子は、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光通過領域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た焦点距離を持つ焦点距離可変な光学素子が得られることとなる。また、分散媒内に分散した分散質は、電磁場発生器で発生し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。
【００１０】
また、本発明の光学素子において、上記電磁場発生器は、分散質を電気泳動させる電極であることが好適である。
【００１１】
このような電気泳動タイプの光学素子によると、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。
【００１２】
また、本発明の電気泳動タイプの光学素子において、上記分散質が、酸化チタンからなることが好ましい。
【００１３】
分散質が酸化チタンのナノ粒子からなるものであると、屈折率の高い光学素子を実現することができる。また、酸化チタンのナノ粒子は汎用的なものであるため、製造にあたり入手が容易である。
【００１４】
さらに、本発明の電気泳動タイプの光学素子において、上記分散質が、アルミナからなることも好ましい。
【００１５】
分散質がアルミナのナノ粒子からなるものであると、分散質のコストが安価で済む。
【００１６】
また、本発明の電気泳動タイプの光学素子において、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。
【００１７】
分散媒が有機分散媒であると、電気的に安定である。
【００１８】
さらに、本発明の電気泳動タイプの光学素子において、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。
【００１９】
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、さらに電気的に安定である。
【００２０】
また、本発明の電気泳動タイプの光学素子において、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。
【００２１】
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。
【００２２】
さらに、本発明の電気泳動タイプの光学素子において、上記絶縁膜が、ポリイミド絶縁膜であることも好ましい。
【００２３】
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。
【００２４】
また、本発明の電気泳動タイプの光学素子において、上記分散質が、帯電粒子であって、上記容器の、上記光通過領域を取り巻く位置に上記分散質を引き寄せる極性の電極が配置されてなるものであってもよい。
【００２５】
このようにすると、容器の光通過領域を取り巻く位置に配置された電極に印加される電圧に応じて、分散質を光通過領域から退避させることができる。
【００２６】
さらに、本発明の電気泳動タイプの光学素子において、上記分散質が、帯電粒子であって、上記容器の前記光通過領域に、上記分散質を引き寄せる極性の光透過性の電極が配置されてなるものであってもよい。
【００２７】
このようにすると、容器の光通過領域に配置された電極に印加される電圧に応じて、分散質をこのレンズの屈折力に寄与する領域に移動させ、あるいはその領域から退避させることができる。
【００２８】
また、本発明の光学素子において、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気発生器であることも好適である。
【００２９】
このような磁気泳動タイプの光学素子によると、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、焦点距離を制御する。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、光の出射角、及び／又は出射方向を確実に調整することができる。
【００３０】
また、本発明の磁気泳動タイプの光学素子において、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。
【００３１】
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。
【００３２】
また、本発明の光学素子において、上記分散質がナノ粒子からなることが好ましい。
【００３３】
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。
【００３４】
また、本発明の光学素子において、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態様である。
【００３５】
分散質が、５ｎｍ〜１００ｎｍの粒径を有するナノ粒子であると、光の散乱が回避されて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。
【００３６】
さらに、本発明の光学素子において、上記分散媒が、水であることも好ましい。
【００３７】
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。
【００３８】
また、本発明の光学素子において、上記容器の、少なくとも上記光通過領域がプラスチックからなることも好ましい。
【００３９】
このようにすると、軽量で且つ耐衝撃性の高い容器を得ることができる。
【００４０】
また、本発明の光学素子において、上記容器がレンズ形状を有するものであることが好ましい。
【００４１】
容器がレンズ形状を有することによって、光学素子をフォーカスレンズやズームレンズなどとして使用することができる。
【００４２】
さらに、本発明の光学素子において、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。
【００４３】
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。
【００４４】
また、本発明の光学素子において、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。
【００４５】
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。
【００４６】
さらに、本発明の光学素子において、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。
【００４７】
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。
【００４８】
また、本発明の光学素子において、上記容器が板形状を有するものであることも好ましい。
【００４９】
容器が板形状を有することによって、被写体までの光学距離を変えることができる。
【００５０】
さらに、本発明の光学素子において、上記容器がプリズム形状を有するものであることも好適である。
【００５１】
本発明の好適な形態の光学素子によると、焦点距離が可変なプリズムを実現することができる。
【００５２】
また、上記目的を達成する本発明の撮影装置は、本発明の光学素子を含み、光学素子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、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。
【００５３】
本発明の撮影装置によると、長期にわたって光学素子の焦点距離を精度良く制御して、高画質な撮影画像を取得することができる。
【００５４】
尚、本発明にいう撮影装置については、ここではその基本形態のみを示すのにとどめるが、これは単に重複を避けるためであり、本発明にいう撮影装置には、上記の基本形態のみではなく、前述した光学素子の各形態に対応する各種の形態が含まれる。
【発明の効果】
【００５５】
本発明によれば、屈折力を自在に変化させることができ、且つ性能の劣化が抑えられた可変焦点レンズ、および撮影装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００５７】
本発明の光学素子は、分散媒内に分散した分散質を電気泳動させて焦点距離を変える電気泳動タイプと、分散質を磁気泳動させて焦点距離を変える磁気泳動タイプとに大別される。初めに、電気泳動タイプの光学素子について説明する。
【００５８】
まず、電気泳動タイプであり、レンズ形状を有する光学素子について説明する。
【００５９】
図１は、本発明の光学素子の第１実施形態である可変焦点レンズの断面形状を示す図である。
【００６０】
図１のパート（ａ）および図１のパート（ｂ）に示す可変焦点レンズ１０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１１が備えられている。この容器１１は、本発明にいう容器の一例に相当する。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。
【００６１】
また、この可変焦点レンズ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相当する。
【００６２】
さらに、この可変焦点レンズ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。この分散質１３は、本発明にいう分散質の一例にあたる。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。
【００６３】
また、この可変焦点レンズ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（本発明にいう帯電粒子の一例に相当）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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
分散媒１２については、可変焦点レンズ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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
本実施形態の可変焦点レンズ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、詳細に説明する。
【００７２】
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１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可変焦点レンズ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。
【００７３】
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１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、可変焦点レンズ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１のパート（ａ）に示す状態に落ち着く。
【００７４】
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。
【００７５】
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。可変焦点レンズ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。
【００７６】
図１に示す可変焦点レンズ１０の実施例について説明する。
【００７７】
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、光学素子である可変焦点レンズ１０を作製した。
【００７８】
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。これらを用いて図２に示す形状のレンズ（ナノ粒子を含む媒質）を作成した。
【００７９】
図２は、ナノ粒子を含む媒質を有するレンズの曲率および厚さを示す図である。
【００８０】
レンズの曲率Ｒ１  ５．００ｍｍ
レンズの厚さＤ１  ３．００ｍｍ
レンズの曲率Ｒ２  無限大
（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。
【００８１】
図３は、屈折率が１．４８，１．６４４，１．７２６と変化した場合の可変焦点レンズのバックフォーカスを示す図である。
【００８２】
上述したように、屈折率が１．４８，１．６４４，１．７２６と変化した場合の可変焦点レンズの焦点距離は、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３のようになる。図３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。
【００８３】
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。
【００８４】
図４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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
図５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。
【００８８】
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
第２のガラスの曲率Ｒ２  １３．６３４ｍｍ
第２のガラスの厚さＤ２  ２．００ｍｍ（ナノ粒子を含む媒質）
第３のガラスの曲率Ｒ３  −２０．２ｍｍ
第３のガラスの厚さＤ３  １．００ｍｍ
第４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。
【００８９】
図６は、本発明の光学素子の第２実施形態である可変焦点レンズの断面形状を示す図である。
【００９０】
尚、図１に示す可変焦点レンズ１０の構成要素と同じ構成要素には同一の符号を付し、異なる点について説明する。
【００９１】
図６に示す可変焦点レンズ２０は、図１に示す可変焦点レンズ１０と比較し、陰極１４および陽極１５双方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。この可変焦点レンズ２０では、陰極１４および陽極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、分散質１３の、陰極１４および陽極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および陽極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可変焦点レンズ２０で、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してもよい。
【００９２】
図７は、本発明の光学素子の第３実施形態である可変焦点レンズの断面形状を示す図である。
【００９３】
尚、図６に示す可変焦点レンズ２０の構成要素と同じ構成要素には同一の符号を付し、異なる点について説明する。
【００９４】
図７に示す可変焦点レンズ３０には、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を備えた可変焦点レンズ３０で、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してもよい。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。
【００９５】
図８は、本発明の光学素子の第４実施形態である可変焦点レンズの断面形状を示す図である。
【００９６】
図８に示す可変焦点レンズ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、この可変焦点レンズ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、この可変焦点レンズ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。
【００９７】
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８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８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。
【００９８】
図９は、本発明の光学素子の第５実施形態である可変焦点レンズの断面形状を示す図である。
【００９９】
図９に示す可変焦点レンズ５０は、図８に示す可変焦点レンズ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。この可変焦点レンズ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。
【０１００】
図１０は、本発明の光学素子の第６実施形態である可変焦点レンズの断面形状を示す図である。
【０１０１】
図１０に示す可変焦点レンズ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。
【０１０２】
また、この可変焦点レンズ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、この可変焦点レンズ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。
【０１０３】
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１０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１０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１０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。
【０１０４】
図１１は、本発明の光学素子の第７実施形態である可変焦点レンズの断面形状を示す図である。
【０１０５】
図１１に示す可変焦点レンズ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、この可変焦点レンズ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。
【０１０６】
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、陰極１４と陽極４１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。
【０１０７】
図１２は、本発明の光学素子の第８実施形態である可変焦点レンズの断面形状を示す図である。
【０１０８】
図１２に示す可変焦点レンズ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。
【０１０９】
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１２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。
【０１１０】
図１３は、本発明の光学素子の第９実施形態である可変焦点レンズの断面形状を示す図である。
【０１１１】
図１３に示す可変焦点レンズ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、この可変焦点レンズ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。
【０１１２】
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１３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。
【０１１３】
図１４は、可変焦点レンズを構成する容器の、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。
【０１１４】
図１４には、ある可変焦点レンズを構成する容器の、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。
【０１１５】
図１５は、可変焦点レンズを構成する容器と、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。
【０１１６】
図１５に示す容器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。
【０１１７】
図１６は、可変焦点レンズを構成する容器の、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。
【０１１８】
図１６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１６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１６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。
【０１１９】
図１７は、図１６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、可変焦点レンズの屈折率を制御する一例を示す図である。
【０１２０】
可変焦点レンズ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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
尚、前述した図１６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１６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。
【０１２３】
図１８は、可変焦点レンズを構成する容器の、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。
【０１２４】
図１８には、可変焦点レンズ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。
【０１２５】
以上で、電気泳動タイプでレンズ形状を有する光学素子の説明を終了し、以下では、電気泳動タイプで板形状を有する光学素子について説明する。尚、上述したレンズ形状を有する光学素子と同様の要素については同じ符号を付して説明を省略し、相違点のみ説明する。
【０１２６】
図１９は、本発明の光学素子の第１０実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【０１２７】
図１９に示す屈折率可変板２１０には、少なくとも光通過領域２１０ａが光透過性であって外形が板形状を有する容器２１１が備えられている。容器２１１には、図１に示す可変焦点レンズ１０と同様に、分散媒１２と、分散質１３（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）とが封入されている。
【０１２８】
また、容器１１の、光通過領域１０ａを取り巻く位置には、図１に示す可変焦点レンズ１０と同様に、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。
【０１２９】
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１９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おり、屈折率可変板２１０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。
【０１３０】
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と、図１９のパート（ｂ）に示すように、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、屈折率可変板２１０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１９のパート（ａ）に示す状態に落ち着く。
【０１３１】
図２０は、屈折率可変板における結像位置のずれを説明するための図である。
【０１３２】
図２０のパート（ａ）には、凸状のレンズからの被写体光の結像位置が示されている。ここで、図２のパート（ｂ）に示すように、厚さｄ，屈折率ｎの屈折率可変板を像空間に挿入する。この屈折率可変板の空気換算長は、厚さｄを屈折率ｎで割った値（ｄ／ｎ）で表わされる。このため、結像位置は、ｄ（１−１／ｎ）だけ後方（図２０の左側）にずれることとなる。
【０１３３】
また、図２０のパート（ｃ）に示すように、像空間において、ともに厚さｄであって屈折率が異なる２枚の屈折率可変板（屈折率はそれぞれｎ１，ｎ２とする）を用意し、それらの屈折率可変板を入れ替えた場合、それら屈折率可変板の結像位置のずれΔｄは、ｄ（１／ｎ１−１／ｎ２）となる。焦点距離ｆのレンズ系における、物体距離Ｄ時の結像位置の後側焦点からの距離は、ｆ2／Ｄであるので、屈折率の異なる屈折率可変板の出し入れによって、無限遠物体と、ｆ2／Ｄで示される距離の物体への焦点調節が可能になる。ここで、２枚の屈折率可変板の出し入れに代えて、前述した図１９に示す屈折率可変板２１０を用いて分散質１３を電気泳動させて光の屈折を制御することにより、焦点距離の調節を行なうことができる。
【０１３４】
次に、図１９に示す屈折率可変板２１０の実施例について説明する。
【０１３５】
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のものを得、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、光学素子である屈折率可変板２１０を作製した。
【０１３６】
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。
【０１３７】
これを用いた厚さ１．０ｍｍの平行平面板を作成した場合、酸化チタンのナノ粒子を２０％いれた状態での屈折率の変化は光路長差にして、０．０６７４となる。また、酸化チタンのナノ粒子を３０％いれた状態での屈折率の変化は光路長差にして、０．０９６３となる。これを焦点調節に利用した場合、高屈折率時に、無限遠に合焦させた焦点距離７ｍｍの撮影レンズが、低屈折率時には、酸化チタンのナノ粒子を２０％いれたものでは７３ｃｍに、酸化チタンのナノ粒子を３０％いれたものでは５１ｃｍに合焦される。
【０１３８】
図２１は、本発明の光学素子の第１１実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【０１３９】
図２１に示す屈折率可変板２２０は、図１９に示す屈折率可変板２１０と比較し、陰極１４および陽極１５双方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。この屈折率可変板２２０では、陰極１４および陽極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、分散質１３の、陰極１４および陽極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および陽極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屈折率可変板２２０で、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してもよい。
【０１４０】
図２２は、本発明の光学素子の第１２実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【０１４１】
図２２に示す屈折率可変板２３０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２３１＿１と、その部材２３１＿１の前面および背面に嵌め込まれるともに少なくとも光通過領域２１０ａが光透過性であって外形が円板形状の部材２３１＿２，２３１＿３からなる容器２３１が備えられている。これら部材２３１＿１，２３１＿２，２３１＿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２３１が実現されている。尚、これら部材２３１＿１，２３１＿２，２３１＿３をプラスチックに代えてガラスで形成してもよい。
【０１４２】
また、図２２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と、図２２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、屈折率可変板２３０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となる。
【０１４３】
図２３は、本発明の光学素子の第１３実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【０１４４】
図２３に示す屈折率可変板２４０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、この屈折率可変板２４０には、容器２１１の、光通過領域２１０ａを取り巻く位置に、陰極１４が配置されている。さらに、この屈折率可変板２４０には、容器１１の、光通過領域２１０ａ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。
【０１４５】
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２３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。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４１側に一様に引き寄せられる。ここでは、容器１１の背面に配置された陽極４１に、ナノ粒子１３ｂが一様に引き寄せられる例で説明したが、例えば陽極４１を複数の同心円状の電極パターンで構成し、それらの電極パターンへの電圧の印加方法を工夫することにより、陽極４１に引き寄せられるナノ粒子１３ｂの分布を様々に変化させることができる。従って、様々な屈折率を有する屈折率可変板２４０を実現することができる。
【０１４６】
図２４は、本発明の光学素子の第１４実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【０１４７】
図２４に示す屈折率可変板２５０は、図２３に示す屈折率可変板２４０と比較し、容器２１１の前面に陰極５１が配置されている点が異なっている。この屈折率可変板２５０では、マイナスのナノ粒子１３ｂは、陰極５１からの電界による反発力を受けながら陽極４１に引き寄せられるため、ナノ粒子１３ｂを陽極４１側に迅速に引き寄せることができる。
【０１４８】
図２５は、本発明の光学素子の第１５実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【０１４９】
屈折率可変板２６０を構成する容器２１１の、光通過領域２１０ａを取り巻く位置には、第１の電極６１が配置されている。また、その容器２１１の、光通過領域２１０ａにおける背面には、複数の電極部６２ａからなる第２の電極６２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。
【０１５０】
ここで、第１，第２の電極６１，６２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６１，６２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６１，６２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６１，６２は陽極，陰極の役割を担うこととなる。
【０１５１】
先ず、図２５のパート（ａ）に示す屈折率可変板２６０において、第１，第２の電極６１，６２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６１，６２は、陰極，陽極の役割を担うこととなる。尚、第２の電極６２を構成する複数の電極部６２ａ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６２ａそれぞれに同量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。
【０１５２】
次いで、図２５のパート（ｂ）に示すように、第１，第２の電極６１，６２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６１，６２は、陽極，陰極の役割を担うこととなり、第１の電極６１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。
【０１５３】
図２６は、本発明の光学素子の第１６実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【０１５４】
図２６に示す屈折率可変板２７０は、図２５に示す屈折率可変板２６０と比較し、容器２１１の、光通過領域２１０ａにおける前面にも、第２の電極６２と同じ役割を担う複数の電極部６３ａからなる第３の電極６３が配置されている。
【０１５５】
図２６のパート（ａ）において、第１の電極６１にマイナスの電圧が印加されるとともに、第２，第３の電極６２，６３にプラスの電圧が印加されるものとする。すると、第１の電極６１は陰極の役割を担うとともに、第２，第３の電極６２，６３は陽極の役割を担うこととなり、従って複数の電極部６２ａ，６３ａそれぞれに同量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられることとなる。
【０１５６】
次いで、図２６のパート（ｂ）に示すように、第１の電極６１にプラスの電圧が印加されるとともに、第２，第３の電極６２，６３にマイナスの電圧が印加される。すると、第１の電極６１は陽極の役割を担うとともに、第２，第３の電極６２，６３は陰極の役割を担うこととなり、従って第１の電極６１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。
【０１５７】
図２７は、本発明の光学素子の第１７実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【０１５８】
図２７に示す屈折率可変板２８０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、この屈折率可変板２８０には、容器２１１の、光通過領域２１０ａ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３０１ａを有する陽極３０１が配置されている。さらに、この屈折率可変板２８０には、容器２１１の、光通過領域２１０ａ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３０２ａを有する陽極３０２が配置されている。この屈折率可変板２８０は、陽極３０１，３０２の電極パターン３０１ａ，３０２ａが対称的であるため、例えば電極パターン３０１ａ，３０２ａ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、迅速に屈折率を制御することができ、従ってプリズム効果を迅速に実現することができる。このような屈折率可変板２８０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、このような屈折率可変板２８０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。
【０１５９】
図２８は、本発明の光学素子の第１８実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【０１６０】
図２８に示す屈折率可変板２９０は、図２７に示す屈折率可変板２８０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３０２ａを有する陽極３０２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３１１ａを有する陽極３１１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３０１ａで上下の屈折率を制御するとともに、電極パターン３１１ａ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。
【０１６１】
図２９は、本発明の光学素子の第１９実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【０１６２】
図２９に示す屈折率可変板３００は、図２８に示す屈折率可変板２９０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３１１ａを有する陽極３１１に代えて、複数の同心円状の電極パターン３２１ａを有する陽極３２１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３２１ａで凸状のレンズを実現するとともに、電極パターン３０１ａでプリズム効果を実現することにより、１つの屈折率可変板３００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屈折率可変板３００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。
【０１６３】
図３０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。
【０１６４】
図３０に示す陽極３２２は、マトリックス状の電極パターン３２２ａを有する。このような陽極３２２を備えた屈折率可変板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、上記マトリックス状の電極パターン３２２ａ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、その屈折率可変板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。
【０１６５】
以上で、電気泳動タイプで板形状を有する光学素子の説明を終了する。本発明の光学素子は、上述したレンズ形状や板形状に限らず、例えば、プリズム形状などであっても良い。続いて、電気泳動タイプでプリズム形状を有する光学素子について説明する。尚、上述したレンズ形状や板形状を有する光学素子と同様の要素については同じ符号を付して説明を省略し、相違点のみ説明する。
【０１６６】
図３１は、本発明の光学素子の第２０実施形態である屈折率可変なプリズムを示す図である。
【０１６７】
図３１に示すプリズム４１０は、図１に示す可変焦点レンズ１０や、図１９に示す屈折率可変板２１０とほぼ同様の構成を有するが、容器４１１の外径がプリズム形状を有しており、容器４１１の、光通過領域４１０ａを妨げない位置に陰極１４が設けられており、光通過領域４１０ａにおける背面に陽極１５が設けられている。また、プリズム４１０には、マイナスに帯電したナノ粒子１３ｂは収容されておらず、プラスに帯電したナノ粒子１３ａのみ収容されている。
【０１６８】
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３１のパート（ａ）に示すように、分散媒１２内にはプラスのナノ粒子１３ａが一様に分散されている。このとき、プリズム４１０は、分散媒１２と、光通過領域４１０ａに存在しているプラスのナノ粒子１３ａの量とに応じた屈折率を有しており、プリズム４１０に入射してきた光Ｌは比較的大きく屈折される。
【０１６９】
陰極１４と陽極１５との間に所定の電圧が印加されると、図３１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プラスのナノ粒子１３ａが陰極１４側に引き寄せられて、プリズム４１０の屈折率が、分散媒１２の屈折率のみにより定まる屈折率に変化する。この状態における屈折率は、図３１のパート（ａ）の状態における屈折率よりも小さく、プリズム４１０に入射してきた光Ｌは小さく屈折される。
【０１７０】
図３２は、本発明の光学素子の第２１実施形態である屈折率可変なプリズムを示す図である。
【０１７１】
図３２に示すプリズム５２０は、図３１に示すプリズム４１０と同様の構成を有しているが、プラスに帯電したナノ粒子１３ａに替えて、マイナスに帯電したナノ粒子１３ｂが収容されている。
【０１７２】
陰極１４と陽極１５との間に所定の電圧が印加されると、図３２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マイナスのナノ粒子１３ｂが陽極１５側に引き寄せられる。その結果、プリズム５２０の屈折率が増加し、プリズム５２０に入射してきた光Ｌは大きく屈折される。
【０１７３】
このように、プリズム形状を有する光学部材を用いても、光の屈折を制御することができる。尚、図３１および図３２に示すプリズム４１０，４２０においても、上述したレンズ形状や板形状の光学素子における、電極配置や絶縁膜などの各種形態を適用することができる。
【０１７４】
以上で、分散媒中に分散された分散質を電気泳動させて光の屈折を制御する電気泳動タイプの光学素子の説明を終了し、続いて、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光の屈折を制御する磁気泳動タイプの光学素子について説明する。
【０１７５】
図３３は、本発明の光学素子の第２２実施形態である、分散質を磁気泳動させて光の屈折を変化させる可変焦点レンズの断面形状を示す図である。
【０１７６】
図３３に示す可変焦点レンズ５１０は、図１に示す可変焦点レンズ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１に示す可変焦点レンズ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。
【０１７７】
また、この可変焦点レンズ５１０には、図１に示す可変焦点レンズ１０の電極（陰極１４、陽極１５）に替えて、磁性ナノ粒子５３０を磁気泳動させるための磁場を発生するコイル５４０が備えられている。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。
【０１７８】
図３４は、図３３に示す可変焦点レンズ５１０の概略構成図である。
【０１７９】
図３４のパート（ａ）には、可変焦点レンズ５１０の上面図が示されている。
【０１８０】
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が並べて配置されている。また、コイル５４０には、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磁場調整部５５０が接続されている。
【０１８１】
図３４のパート（ｂ）には、可変焦点レンズ５１０の、コイル５４０付近の拡大図が示されている。
【０１８２】
例えば、図３４のパート（ａ）に示す磁場調整部５５０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し、図３４のパート（ｂ）に示すように、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。磁性ナノ粒子５３０を磁気泳動させるためには、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、コイル５４０から容器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。
【０１８３】
図３３に戻って説明する。
【０１８４】
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。
【０１８５】
図３４のパート（ａ）に示す磁場調整部５５０によってコイル５４０に電流が印加されると、コイル５４０では、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、可変焦点レンズ５１０の屈折率が減少する。
【０１８６】
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、可変焦点レンズ５１０を通過する光の屈折を制御することができる。
【０１８７】
図３５は、本発明の光学素子の第２３実施形態である磁気泳動タイプの屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【０１８８】
図３５に示す屈折率可変板５５０には、図１９に示す屈折率可変板２１０の容器２１１と同様の板形状を有する容器５１１が備えられており、その容器５１１には、図３３に示す可変焦点レンズ５１０と同様に、透明な分散媒５２０と磁性を有する透明なナノ粒子５３０とが封入されている。
【０１８９】
また、容器５５１の、光通過領域５５０ａを取り巻く位置には、図３３に示す可変焦点レンズ５１０と同様に、ナノ粒子５３０を磁気泳動させる磁場を発生するコイル５４０が配置されている。
【０１９０】
コイル５４０で磁場が発生していない状態では、図３５のパート（ａ）に示すように、分散媒５２０内にはナノ粒子５３０が一様に分散されており、屈折率可変板５５０の屈折率は、分散媒５２０の屈折率と、その分散媒５２０内に一様に分散されたナノ粒子５３０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。
【０１９１】
ここで、コイル５４０に電流が印加されると、コイル５４０では磁場が発生し、図３５のパート（ｂ）に示すように、磁性を有するナノ粒子５３０がコイル５４０の磁場に引き寄せられる。このため、屈折率可変板５５０の屈折率は、分散媒５２０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、コイル５４０への電流の印加を中止すると、再び図３５のパート（ａ）に示す状態に落ち着く。
【０１９２】
このように、磁気泳動タイプの光学素子においても、焦点距離が可変な屈折率可変板を形成することができる。
【０１９３】
図３６は、本発明の光学素子の第２４実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【０１９４】
図３６に示す屈折率可変板５６０は、図３５に示す屈折率可変板５５０とほぼ同様の構成を有しているが、コイル５４０が光通過領域５６０ａにおける背面に配置されている点が異なる。
【０１９５】
コイル５４０で磁場が発生していない状態では、図３６のパート（ａ）に示すように、分散媒５２０内にはナノ粒子５３０が一様に分散されている。ここで、コイル５４０に所定の電流が印加されると、図３６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ナノ粒子５３０がコイル５４０側に一様に引き寄せられる。その結果、屈折率可変板５６０の屈折率は、分散媒５２０の屈折率とナノ粒子５３０とにより定まる比較的大きな屈折率となる。
【０１９６】
このように、コイル５４０を光通過領域における背面に設けることによって、屈折率可変板で屈折率を増加させることができる。
【０１９７】
図３７は、本発明の光学素子の第２５実施形態である、磁気泳動タイプの屈折率可変なプリズムを示す図である。
【０１９８】
図３７に示すプリズム５７０は、図３１に示すプリズム４１０と同様の形状を有するプリズム形状の容器５７１内に、図３３〜図３５にも示す透明な分散媒５２０と磁性を有する透明なナノ粒子５３０とが封入されている。また、容器５７１の、光通過領域５７０ａを妨げない位置にコイル５４０が設けられている。
【０１９９】
コイル５４０で磁場が発生していない状態では、図３７のパート（ａ）に示すように、分散媒５２０内にはナノ粒子５３０が一様に分散されている。このとき、プリズム５７０は、分散媒５２０と、光通過領域５７０ａに存在しているナノ粒子５３０の量とに応じた屈折率を有しており、プリズム４１０に入射してきた光Ｌは比較的大きく屈折される。
【０２００】
コイル５４０で磁場が発生すると、図３７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ナノ粒子５３０がコイル５４０の磁場に引き寄せられて、プリズム５７０の屈折率が、分散媒５２０の屈折率のみにより定まる屈折率に変化する。この状態における屈折率は、図３７のパート（ａ）の状態における屈折率よりも小さく、プリズム５７０に入射してきた光Ｌは小さく屈折される。
【０２０１】
図３８は、本発明の光学素子の第２６実施形態である、磁気泳動タイプの屈折率可変なプリズムを示す図である。
【０２０２】
図３８に示すプリズム５８０は、図３７に示すプリズム５７０と同様の構成を有しているが、コイル５４０が光通過領域５８０ａにおける背面に配置されている。
【０２０３】
コイル５４０に所定の電流が印加されると、図３８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ナノ粒子５３０がコイル５４０側に引き寄せられる。その結果、プリズム５８０の屈折率が増加し、プリズム５８０に入射してきた光Ｌは大きく屈折される。
【０２０４】
このように、磁気泳動タイプの光学素子でも、屈折率可変なプリズムを実現することができる。
【０２０５】
尚、複数のコイルをストライプ状に配置することで、図１６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１６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１６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。
【０２０６】
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。
【０２０７】
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、本発明に採用する光学素子である可変焦点レンズ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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
また、光学素子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。
【０２１０】
また、光学素子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。
【０２１１】
また、光学素子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、光学素子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。
【０２１２】
また、光学素子を構成する容器に、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。
【０２１３】
続いて、上述した各種光学素子が内蔵されたデジタルカメラについて説明する。
【０２１４】
図３９は、上述した可変焦点レンズが組み込まれた、本発明の撮影装置の第１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４０は、図３９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。
【０２１５】
図３９に示すように、このデジタルカメラ６００の前面中央部には、前述した図１に示す可変焦点レンズ１０が備えられている。また、このデジタルカメラ６００の前面上部には、光学式ファインダ対物窓６１２および補助光発光部６１３が備えられている。さらに、このデジタルカメラ６００の上面には、シャッタボタン６１４およびスライド式の電源スイッチ６１５が備えられている。
【０２１６】
さらに、図４０に示すように、このデジタルカメラ６００の背面には、光学式ファインダ接眼窓６１６と、メニュースイッチ６１７と、実行／画面切換スイッチ６１８と、画像モニタ６１９とが備えられている。
【０２１７】
図４１は、図３９に示すデジタルカメラの回路構成を示すブロック図、図４２は、図４１に示す液体レンズ、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。
【０２１８】
このデジタルカメラ６００には、前述した可変焦点レンズ１０と補助光発光部６１３が備えられている。また、このデジタルカメラ６００には、シャッタユニット６２１と、撮像素子（ＣＣＤ）６２２と、アナログ信号処理部６２３と、このデジタルカメラ６００の動作を総括的に制御するＣＰＵ６２４と、駆動回路６２５と、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）部６２６とが備えられている。駆動回路６２５には、図４２に示すように、可変焦点レンズ１０に印加する電圧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可変焦点レンズ調節部６２５ａが備えられている。また、この駆動回路６２５には、シャッタユニット６２１を駆動するためのシャッタモータ６２５ｂおよびそのシャッタモータ６２５ｂに電圧を印加するためのモータドライバ６２５ｃと、撮像素子６２２を駆動するための撮像素子駆動部６２５ｄが備えられている。
【０２１９】
可変焦点レンズ１０およびシャッタユニット６２１を経由してきた被写体光は、撮像素子６２２に入射される。撮像素子６２２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６２３に出力する。
【０２２０】
アナログ信号処理部６２３は、撮像素子６２２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６２６に出力する。Ａ／Ｄ部６２６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。
【０２２１】
また、デジタルカメラ６００には、デジタル信号処理部６２７と、テンポラリメモリ６２８と、圧縮伸長部６２９と、内蔵メモリ（またはメモリカード）６３０と、前述した画像モニタ６１９とが備えられている。Ａ／Ｄ部６２６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６２７に入力される。デジタル信号処理部６２７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６２８に一時的に格納する。テンポラリメモリ６２８に格納されたデータは、圧縮伸長部６２９で圧縮されて内蔵メモリ（またはメモリカード）６３０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６３０に直接記録してもよい。テンポラリメモリ６２８に格納されたデータは画像モニタ６１９に読み出され、これにより画像モニタ６１９に被写体の画像が表示される。
【０２２２】
さらに、デジタルカメラ６００には、前述したメニュースイッチ６１７および実行／画面切換スイッチ６１８からなる操作スイッチ部６３１と、シャッタボタン６１４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６３１を操作して所望の撮影状態に設定してシャッタボタン６１４を押下する。このデジタルカメラ６００には、上述した可変焦点レンズ１０が組み込まれているため、従来の、焦点距離を変化させるために複数のレンズ群を備えたデジタルカメラと比較し、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デジタルカメラが実現される。
【０２２３】
続いて、図１９に示す屈折率可変板２１０が組み込まれた、本発明の撮影装置の第２実施形態であるデジタルカメラについて説明する。尚、図３９に示す第１実施形態のデジタルカメラ６００と、本実施形態のデジタルカメラとは、ほぼ同じ構成を有しているため、同じ要素には同じ符号を付して説明を省略し、相違点に注目して説明する。
【０２２４】
図４３は、図１９に示す屈折率可変板２１０が組み込まれたデジタルカメラ６００´の回路構成を示すブロック図、図４４は、図４３に示す屈折率可変板、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。
【０２２５】
本実施形態のデジタルカメラ６００´には、図４１に示す第１実施形態のデジタルカメラ６００とほぼ同様の要素を有しているが、図４１の可変焦点レンズ１０に替えて、ズームレンズ６１０と屈折率可変板２１０で構成される撮影レンズ部６１１が備えられている。
【０２２６】
また、駆動回路６２５´には、図４４に示すように、図４２にも示すシャッタモータ６２５ｂ、モータドライバ６２５ｃ、撮像素子駆動部６２５ｄが設けられており、さらに、ズームレンズ６１０を駆動するためのズームモータ６２５ｅと、屈折率可変板２１０の電極への電圧のオン，オフにより屈折率を２段階で制御することによりピント調節を行なうピント調節部６２５ｆが備えられている。
【０２２７】
写真撮影にあたっては、操作スイッチ部６３１を操作して所望の撮影状態に設定してシャッタボタン２１４を押下する。このデジタルカメラ６００´には、上述した屈折率可変板２１０が組み込まれているため、従来の、ピント調節用のレンズを駆動する機構を必要とするデジタルカメラと比較し、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デジタルカメラが実現される。
【０２２８】
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】
【０２２９】
【図１】本発明の第１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】ナノ粒子を含む媒質を有するレンズの曲率および厚さを示す図である。
【図３】屈折率が１．４８，１．６４４，１．７２６と変化した場合の可変焦点レンズのバックフォーカスを示す図である。
【図４】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５】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６】本発明の第２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７】本発明の第３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８】本発明の第４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９】本発明の第５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１０】本発明の第６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１１】本発明の第７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１２】本発明の第８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１３】本発明の第９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１４】可変焦点レンズを構成する容器の、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１５】可変焦点レンズを構成する容器と、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１６】可変焦点レンズを構成する容器の、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１７】図１６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、可変焦点レンズの屈折率を制御する一例を示す図である。
【図１８】可変焦点レンズを構成する容器の、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１９】本発明の光学素子の第１０実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【図２０】屈折率可変板における結像位置のずれを説明するための図である。
【図２１】本発明の光学素子の第１１実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【図２２】本発明の光学素子の第１２実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【図２３】本発明の光学素子の第１３実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【図２４】本発明の光学素子の第１４実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【図２５】本発明の光学素子の第１５実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【図２６】本発明の光学素子の第１６実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【図２７】本発明の光学素子の第１７実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【図２８】本発明の光学素子の第１８実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【図２９】本発明の光学素子の第１９実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【図３０】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３１】本発明の光学素子の第２０実施形態である屈折率可変なプリズムを示す図である。
【図３２】本発明の光学素子の第２１実施形態である屈折率可変なプリズムを示す図である。
【図３３】本発明の光学素子の第２２実施形態である、分散質を磁気泳動させて光の屈折を変化させる可変焦点レンズを示す図である。
【図３４】図３３に示す可変焦点レンズの概略構成図である。
【図３５】本発明の光学素子の第２３実施形態である磁気泳動タイプの屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【図３６】本発明の光学素子の第２４実施形態である屈折率可変板の断面形状を示す図である。
【図３７】本発明の光学素子の第２５実施形態である、磁気泳動タイプの屈折率可変なプリズムを示す図である。
【図３８】本発明の光学素子の第２６実施形態である、磁気泳動タイプの屈折率可変なプリズムを示す図である。
【図３９】可変焦点レンズが組み込まれた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４０】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４１】デジタルカメラの回路構成を示すブロック図である。
【図４２】液体レンズ、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４３】屈折率可変板が組み込まれたデジタルカメラの回路構成を示すブロック図である。
【図４４】屈折率可変板、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。
【符号の説明】
【０２３０】
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，１１０  可変焦点レンズ
１０ａ    光通過領域
１１，３１，６１，８１  容器
１２  分散媒
１３  分散質
１３ａ，１３ｂ  ナノ粒子
１４，１４＿２，６２  陰極
１４＿２ａ，１４＿２ｂ，１４１ａ，１４２ａ，１４３ａ，１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃ  電極パターン
１５，４１，１４１，１４２，１４３  陽極
２４，４２  絶縁膜
２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０，２７０，２８０，２９０，３００  屈折率可変板
６００  デジタルカメラ
６１２  光学式ファインダ対物窓
６１３  補助光発光部
６１４  シャッタボタン
６１５  電源スイッチ
６１６  光学式ファインダ接眼窓
６１７  メニュースイッチ
６１８  実行／画面切換スイッチ
６１９  画像モニタ
６２１  シャッタユニット
６２２  撮像素子（ＣＣＤ）
６２３  アナログ信号処理部
６２４  ＣＰＵ
６２５  駆動回路
６２５ａ  可変焦点調節部
６２５ｂ  シャッタユニット
６２５ｃ  モータドライバ
６２５ｄ  撮像素子駆動部
６２６  Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）部
６２７  デジタル信号処理部
６２８  テンポラリメモリ
６２９  圧縮伸長部
６３０  内蔵メモリ（またはメモリカード）
６３１  操作スイッチ部
【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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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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