(57)【要約】【課題】小型で応答性の高いズーム機構の提供。【解決手段】焦点距離の異なるレンズ領域１０、１１を組み合わせた多焦点レンズ１と、第１及び第２ミラー２、３とを備え、各レンズ領域１０、１１を通過した光線束をその間で順次反射し、結像面を一致させる焦点距離調整手段と、各レンズ領域１０、１１を通過したそれぞれの光線束を遮蔽乃至は透過させることで選択する焦点距離選択手段とを有する。つまり、複数の焦点距離をもつ多焦点レンズを採用し、必要な焦点距離を選択してズーム機構を実現している。具体的には、レンズ領域毎に異なる焦点距離をミラーの反射を用いて調整して、最終的な結像面の位置を一致させている。ミラーの間隔を調節することで倍率を実現できる。そして、必要な焦点距離をもつレンズ領域を透過した光線束のみを透過させたり、それ以外の情報を差し引くことで、必要な焦点距離が実現できる。【選択図】図１
2006235605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周方向に向かうに従い多段階で焦点距離が長くなるように、焦点距離の異なるレンズ領域を同心状に組み合わせた多焦点レンズと、
該多焦点レンズの結像側であって該多焦点レンズ側に向いた１以上の第１ミラー反射面部をもつ第１ミラーグループと、該第１ミラーグループ及び該多焦点レンズの間であって該第１ミラーグループの該反射面側に向いた１以上の第２ミラー反射面部をもつ第２ミラーグループとを備え、焦点距離の異なる各該レンズ領域を通過したそれぞれの光線束を該第１ミラーグループ及び該第２ミラーグループの間であって該多焦点レンズの中央部に向けてそれぞれ順次反射し、焦点距離が異なる各該レンズ領域の結像面を該中央部近傍で一致させる焦点距離調整手段と、
該多焦点レンズの各該レンズ領域を通過したそれぞれの該光線束のうちの１以上を遮蔽乃至は透過させることで該結像面に結像する該光線束を選択する焦点距離選択手段と、
を有することを特徴とするズーム機構。
【請求項２】
前記焦点距離選択手段は、前記第１ミラー反射面部及び前記第２ミラー反射面部のうちの１以上について、位置、反射特性及び／又は透過性を制御する制御部により、前記多焦点レンズの各前記レンズ領域を通過した光線束から前記結像面に結像する光線束を選択する手段である請求項１に記載のズーム機構。
【請求項３】
前記第２ミラー反射面部はハーフミラーにより形成され、前記多焦点レンズの結像側近傍に配置されている請求項１又は２に記載のズーム機構。
【請求項４】
前記焦点距離選択手段は、
焦点距離が異なる前記レンズ領域を透過する光線束に対してそれぞれ異なる偏光を付与する偏光付与手段と、
光線束が通過する光路上に配置され、選択すべき光線束が有する偏光に対応する透過性を制御する偏光透過性制御手段と、を備える請求項１〜３のいずれかに記載のズーム機構。
【請求項５】
前記レンズ領域は２つの焦点距離を有し、
前記偏光付与手段は焦点距離が異なる該レンズ領域に直交する偏光を付与する手段であり、
前記偏光透過性制御手段は前記結像面近傍の双方の該レンズ領域からの光線束が通過する光路上に配設されている請求項４に記載のズーム機構。
【請求項６】
前記多焦点レンズの前記結像側に対して反対側近傍、又は、前記結像面の前記多焦点レンズ側近傍の少なくとも一方に配設された光線束を屈曲できる光線束屈曲機構を有する請求項１〜５のいずれかに記載のズーム機構。
【請求項７】
前記光線束屈曲機構は前記多焦点レンズの前記結像側に対して反対側近傍に配設されている請求項６に記載のズーム機構。
【請求項８】
前記光線束屈曲機構は、偏角の大きさ及び／又は偏角の向きを変化できる可変プリズム機構であり、
概ね平行に配設され且つ少なくとも一方が揺動可能な２枚の透明板と、
該２枚の透明板の間に充填され且つ該２枚の透明板の外部雰囲気と屈折率が異なる透明流体と、
該２枚の透明板のなす角度を変化させる可変機構と、を備える請求項６又は７に記載のズーム機構。
【請求項９】
前記可変プリズム機構は、前記２枚の透明板のうちの一方が揺動可能に配設される内部空間をもち、底面の一方が該２枚の透明板のうちの他方である筒形部材を有する請求項８に記載のズーム機構。
【請求項１０】
前記透明流体は液体であり、
前記筒形部材の前記底面の他方は透明板であり、
該底面の他方の透明板と前記２枚の透明板のうちの一方との間には該透明流体とは屈折率が異なる液体が充填されている請求項９に記載のズーム機構。
【請求項１１】
前記透明流体は液体であり、
前記可変機構は、
前記２枚の透明板のうちの他方、及び／又は、筒形部材の側面の少なくとも一部に設けられた、表裏面が絶縁された絶縁領域と、
該絶縁領域のうちの一部領域であって該透明流体に接触する側の反対側と、該透明流体との間に電圧を印加することで、該透明流体と該一部領域との間の濡れ性を変化させる電圧印加手段と、を備える請求項８〜１０のいずれかに記載のズーム機構。
【請求項１２】
前記可変機構は、前記透明流体中に配設され、該透明流体中にて流れを発生させることで前記２枚の透明板のうちの一方に対する該透明流体の圧力差を生成するマイクロポンプを有する請求項８〜１１のいずれかに記載のズーム機構。
【請求項１３】
前記可変機構は、前記２枚の透明板のうちの一方に設けられた導電路と、該導電路に電流を流す量を制御する電流制御手段と、該導電路に磁場を印加する磁場印加手段とを有する請求項８〜１２のいずれかに記載のズーム機構。
【請求項１４】
前記可変機構は、前記２枚の透明板のうちの一方に設けられた磁性体部材と、該磁性体部材に印加する磁場を制御する磁場印加手段とを有する請求項８〜１３のいずれかに記載のズーム機構。
【請求項１５】
前記可変機構は、前記２枚の透明板のうちの一方に設けられた第１電極と、該第１電極に近接して設けられる第２電極と、該第１電極及び該第２電極との間に印加する電圧を制御する電圧制御手段とを有する請求項８〜１４のいずれかに記載のズーム機構。
【請求項１６】
前記第１電極及び前記第２電極は互いに噛み合う櫛形構造を備える請求項１５に記載のズーム機構。
【請求項１７】
前記可変プリズム機構は、互いに平行でない２枚以上の透明板と、隣接する２枚の前記透明板の間に充填される透明流体の屈折率を変化させる屈折率可変機構と、を備える請求項８〜１６のいずれかに記載のズーム機構。
【請求項１８】
光線束屈曲機構は、
内外面が絶縁された絶縁領域を内面にもち、少なくとも底面が透明である凹形部材と、
該凹形部材の底面側に位置する第１透明流体と、
該凹形部材の残余の空間に位置し、該第１透明流体に混和しない第２透明流体と、
該絶縁領域のうちの一部領域であって該第１及び第２透明流体に接触する側の反対側と、該第１及び／又は第２透明流体との間に電圧を印加することで、該第１及び／又は第２透明流体と該一部領域との間の濡れ性を制御して第２透明流体の位置を移動させる電圧印加手段と、を備える請求項６〜１７のいずれかに記載のズーム機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点距離の切替方法に特徴を持つズーム機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズの焦点距離を切り替えることができるズーム機構としては多数のレンズからなる光学系を移動させることで行う方法がある。
【０００３】
そして、パン、チルトなどを行うためには雲台を設け、アクチュエータにより光学系全体を駆動することで行うことが普通である。
【特許文献１】特開平１１−２３８０９号公報
【特許文献２】特開平３−１９４５０２号公報
【特許文献３】特開平８−３２０４０４号公報
【特許文献４】特開平５−３２３１０５号公報
【特許文献５】特開２００４−８５７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、自動車などにおいて、道路状況、外部環境、他車などの把握を目的として、車載カメラを搭載することがある。また、携帯電話などの携帯機器にもカメラが搭載されることが多くなっている。自動車や携帯機器には種々の装置が組み込まれており、組み込まれる装置の大きさは少しでも小さいことが望まれる。
【０００５】
このような状況に鑑みると、レンズを移動させることで焦点距離を変化させる方法は、レンズの移動を行うための機構が必要になることで、体格が大きくなるばかりか、応答性も悪くなり、更なる小型化が望まれる。また、パン、チルトを行う従来の機構もズーム機構と同様に体格が大きく応答性が悪くなる。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑み行われたものであり、小型化を目標として、新規な機構にて焦点距離を切り替えることができるズーム機構を提供することを解決すべき課題とする。また、パン、チルトについても新規な機構で行うことができるパンチルト機構を備えたズーム機構を提供することも解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記課題を解決する本発明のズーム機構は、外周方向に向かうに従い多段階で焦点距離が長くなるように、焦点距離の異なるレンズ領域を同心状に組み合わせた多焦点レンズと、
該多焦点レンズの結像側であって該多焦点レンズ側に向いた１以上の第１ミラー反射面部をもつ第１ミラーグループと、該第１ミラーグループ及び該多焦点レンズの間であって該第１ミラーグループの該反射面側に向いた１以上の第２ミラー反射面部をもつ第２ミラーグループとを備え、焦点距離の異なる各該レンズ領域を通過したそれぞれの光線束を該第１ミラーグループ及び該第２ミラーグループの間であって該多焦点レンズの中央部に向けてそれぞれ順次反射し、焦点距離が異なる各該レンズ領域の結像面を該中央部近傍で一致させる焦点距離調整手段と、
該多焦点レンズの各該レンズ領域を通過したそれぞれの該光線束のうちの１以上を遮蔽乃至は透過させることで該結像面に結像する該光線束を選択する焦点距離選択手段と、
を有することを特徴とする。
【０００８】
つまり、複数の焦点距離のレンズ領域をもつ多焦点レンズを採用した上で、そのなかから必要な焦点距離を選択することでズーム機構を実現している。具体的には、レンズ領域毎にことなる焦点距離に応じ、ミラーの反射を用いて光路を折り返すことで、最終的な結像面の位置を一致させている。この場合に、ミラーの間隔を調節することで必要な焦点距離の比を実現することができる。
【０００９】
そして、必要な焦点距離をもつレンズ領域を透過した光線束のみを透過させたり、反対にそれ以外の情報を差し引いたりすることで（他の光線束の物理的な遮蔽や、情報処理による差分処理）、必要な焦点距離をもつ光学系が実現できる。
【００１０】
以下に関連する先行技術を開示する。まず、レンズ群を移動させる代わりに、多焦点レンズを用いて焦点距離を切り替える方法が有る（特許文献１〜３）。特許文献１には中心部と外周部とで焦点距離が異なる多焦点レンズが開示されている。特許文献２には１つの光軸上の同一点に、複数の異なる焦点距離をもつレンズの焦点を結ばせた光学系が開示されている。特許文献３には同一光軸上にドーナツ状の外レンズと内レンズとを配置して同一焦点面に結像させる構成が開示されている。
【００１１】
また、中心部の焦点距離が周辺部の焦点距離より長い二重焦点レンズにより、照射される不要光を減少させる構成が開示されている（特許文献４）。そして、２枚のミラーを用いて長焦点距離のレンズの全長を短くする構成が開示されている（特許文献５）。
【００１２】
（２）上記課題を解決するパンチルト機構を有するズーム機構は上記（１）に記載のズーム機構に対して、光線束屈曲機構を付加した物である。光線束屈曲機構は前記多焦点レンズにおいて前記結像側の反対側近傍、又は、前記結像面において前記多焦点レンズ側近傍の少なくとも一方に配設されている。
【００１３】
つまり、光線束屈曲機構を採用することで、入射光を曲げることが可能になり、光学系の全体を移動させなくても任意の方向にパン・チルトを行う機構が実現できる。
【００１４】
光線束屈曲機構としては、偏角の大きさ及び／又は偏角の向きを変化できる可変プリズム機構が好適である。可変プリズム機構は、概ね平行に配設され且つ少なくとも一方が揺動可能な２枚の透明板と、該２枚の透明板の間に充填され且つ該２枚の透明板の外部雰囲気と屈折率が異なる透明流体と、該２枚の透明板のなす角度を変化させる可変機構とを備えるものが望ましい。
【００１５】
可変プリズム機構として２枚の透明板の間に透明流体を充填した物を採用し、その２枚の透明板のうちの一方を揺動させることで間に充填された透明流体もその動きに追従して、任意の角度のプリズムを形成することが可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
（１）に開示した本発明のズーム機構は、焦点距離の選択、切替のために大きくレンズを移動させることは必須でなくなり、簡易な機構で焦点距離の切替が実現できるので、レンズを移動させる部分に相当する空間を省略して体格を小さくすることができるほか、応答性の向上が実現できる。
【００１７】
（２）に開示した本発明のズーム機構は、光学系の全体を移動させる代わりに、質量がより小さい可変プリズム機構などの光線束屈曲機構を駆動することで、体格を小さくすることができ、且つ、応答性よくパン・チルトを行うことができる。パン・チルトを高速に行うことが可能になると、手ぶれ補正などへの応用も期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明のズーム機構を具体的な実施形態に基づき以下詳細に説明する。本発明のズーム機構はカメラなどの光学機器に用いることができる。体格が小さくできるので（特にズーム機構全体の長さを短くできる）、携帯用のカメラや、搭載空間が限られている車載用カメラなどに好適に使用できる。また、本実施形態のズーム機構をマイクロレンズにて実現し、必要な数だけ、マトリクス状に配列することができる。マイクロレンズの配列は平面状だけでなく、球面状にすることも可能である。
【００１９】
（１）本実施形態のズーム機構は多焦点レンズと焦点距離調整手段と焦点距離選択手段とを有する。多焦点レンズは外周方向に向かうに従い多段階で焦点距離が長くなるように、焦点距離の異なるレンズ領域を同心状に組み合わせたものである。レンズ領域は２以上であればよい。レンズ領域は表面での屈折を利用する一般的なレンズのほか、屈折率分布レンズ、回折レンズなどを採用することもできる。一般的なレンズとしては球面レンズ、非球面レンズ（主に収差を除くために非球面としたもの）、フレネルレンズなどどのようなレンズが挙げられる。厚みを小さくするためにはフレネルレンズや屈折率分布レンズ、回折レンズなどの採用が望ましい。
【００２０】
レンズ領域の組み合わせ方としては、中心部、その周辺部（好ましくは輪環状）、さらにその周辺部といったように、必要な焦点距離の数だけ、同心状に配置する。特に同心円状に配置することが望ましい。また、レンズ領域毎の光軸は一致していなくても、後述する焦点距離調整手段により一致させることも可能であるが（例えば、反射面部の形状、角度などにより実現できる）、多焦点レンズ単独としても全ての焦点距離のレンズ領域にて予め一致させることが望ましい。各レンズ領域それぞれの焦点距離は外周にいくに従い長くしている。
【００２１】
焦点距離調整手段は第１ミラーグループと第２ミラーグループとをもつ。本手段は異なる焦点距離をもつレンズ領域に対して、結像面を一致させるものである。レンズ領域毎の焦点距離の違いは、第１ミラーグループの第１ミラー反射面部及び第２ミラーグループの第２ミラー反射面部との間を反射させる距離を各レンズ領域の焦点距離に応じて変化させることによって調整する。つまり、各レンズ領域を透過した光線束が第１ミラー反射面部及び第２ミラー反射面部で反射する数を調整することで（０回でも良い）、焦点距離が異なる各レンズ領域のそれぞれからの光線束が結像する面を一致させることができる。
【００２２】
第１及び第２ミラー反射面部はいずれも、光線束の一部をそのまま透過し、残りを反射させるハーフミラーのような部材を用いることができる。ハーフミラーを採用することで第１及び第２ミラー反射面部の配置位置を柔軟に決定することができる。つまり、各レンズ領域からの光線束毎に各反射面部の位置を最適化することが容易になる。
【００２３】
第１及び第２ミラーグループがもつ第１及び第２ミラー反射面部の形状はレンズ領域からの光線束が最終的に同一の結像面を有するものであれば限定しない。多焦点レンズの中央部近傍に結像面ができるように、第１及び第２ミラー反射面部の形状は、光線束を多焦点レンズの中央部近傍に向けて反射させるような形状にする。
【００２４】
例えば、第１及び第２ミラー反射面部を双方ともに平面状にすることで、多焦点レンズのレンズ領域を通過することで中央部近傍に向けて収束するように曲げられた光線束がそのまま中央部近傍に向けて順次反射させる。そして、収差を除去するなどの必要に応じて曲面にすることもできる。曲面としては球面、非球面いずれを採用することもできる。
【００２５】
また、曲面にすることで、レンズとしての作用を発揮させることもできる。つまり、反射面部を曲面にすることで、多焦点レンズがもつレンズ領域の一部又は全部の機能を併せ持つことができる。例えば、多焦点レンズとして中心部付近に短焦点レンズ、その周辺に平板状のレンズ（焦点距離は無限大）を配設し、平板状のレンズを透過した光線束を反射する第１ミラー反射面部の形状を中心部付近の短焦点レンズよりも長焦点のレンズと同等の形状にすることで、中心部近傍が短焦点、その周辺が長焦点の多焦点レンズを採用した場合と同等の作用が発揮できる。
【００２６】
そして、第２ミラー反射面部の形状が多焦点レンズの結像側の形状と一致する場合（例えば、双方ともに平面であるなど）には第２ミラー反射面部は多焦点レンズの結像側に金属蒸着などにより形成することもできる。
【００２７】
焦点距離選択手段は、多焦点レンズの各レンズ領域を通過したそれぞれの光線束のうちの１以上を選択的に遮蔽することで結像面に結像する光線束を選択する手段である。光線束を選択的に遮蔽することで、残った光線束のみが結像し、必要な焦点距離をもつ光学系が実現できる。
【００２８】
光線束を遮蔽する手段はすべてのレンズ領域を透過する光線束のすべてに対応して設けることもできるほか、一部のレンズ領域にのみ対応して設けることもできる。一部にのみ設けた場合、直接的にそれ以外のレンズ領域に対応する光線束を遮蔽した場合の光学系は実現できないが、それ以外の光線束の遮蔽前後の結像間で演算（差分など）を行うことで、それ以外のレンズ領域に対応する光線束を遮蔽した場合の光学系を実現可能である。
【００２９】
具体的に、光線束を遮蔽する手段としてはどのような手段を用いてもよい。例えば、第１ミラー反射面部及び第２ミラー反射面部のうちの１以上について、位置、反射特性及び／又は透過性を制御する制御部により、多焦点レンズの各レンズ領域を通過した光線束から結像面に結像する光線束を選択する手段が採用できる。第１及び／又は第２反射面部のうち一部の反射特性及び／又は透過性を制御することで必要な光線束のみを結像面に導くことができる。また、各反射面部の位置を変化させること（例えば反射面部の向きや有無など）でも同様の作用が得られる。
【００３０】
また、不透明な部材（板状の部材や偏光板及び液晶シャッターの組み合わせなど。液晶シャッターは印加する電位などにて液晶分子の向きを変えて光の透過性を制御する。）を各光線束の光路中に挿入することでも実現できる。
【００３１】
更に、焦点距離選択手段としては、偏光付与手段と偏光透過性制御手段とで構成することもできる。本構成は先述の液晶シャッターと類似するものである。各レンズ領域を透過した光線束に対し、本手段にて同時に選択する焦点距離のグループ毎に異なる偏光を付与した後、結像面近傍で偏光の相違により透過性を変化できる液晶などの部材を配設することで、結像面に到達する光線束が選択できる。
【００３２】
特に、２つの焦点距離の間で選択するズーム機構を実現する場合には、異なる焦点距離に対応するそれぞれのレンズ領域を通過する光線束に対し、直交する偏光を付与することで、より分離性よく光線束を選択することができる。
【００３３】
（焦点距離の比（倍率）の制御）
以下、簡単のために、レンズ領域が２つの場合で説明する。焦点距離が異なるレンズ領域が３以上ある場合でも以下の説明は妥当する。すなわち、任意の２つのレンズ領域間については以下の説明で焦点距離の比（倍率）を保ったまま結像面を一致することができるので、３以上のレンズ領域であってもレンズ領域を２つずつ順次結像面を一致させることで、それぞれのレンズ領域間で結像面を一致させることができる。
【００３４】
・第１ミラー反射面部及び第２ミラー反射面部の間の距離が一定の場合
第１ミラーグループ及び第２ミラーグループの間で反射させる回数を制御することで、結像面を任意に移動することができる。つまり、反射させて結像面に至るまでの距離を変化させることで結像面の位置を制御している。ここで、反射させる回数の比が焦点距離の比（倍率）になる。なお、焦点距離に合わせて反射回数など（つまり、レンズ領域から結像面の距離）を変更するのではなく、反射回数などに基づいてそのレンズ領域の焦点距離を決定することがより簡便である。
【００３５】
レンズ領域として多焦点レンズの中央部を用いる場合であって、結像面が第１ミラー反射面部と面一に配設されている場合には、中央部のレンズ領域を基準にしてその周辺部に設けられたレンズ領域の倍率は奇数倍になる。これは反射回数が１、３、５、７・・・と奇数になって各レンズ領域から結像面に至る距離の比が奇数になるからである。
【００３６】
ここで、結像面の位置を第１ミラー反射面部の表面から幾らかずらすことで、各レンズ領域から反射していく距離の比が中央部を基準にして、奇数比でなくすことができる。
【００３７】
また、多焦点レンズのレンズ領域として、反射させることなく直接結像面に至る経路（例えば、後述する実施例１におけるレンズ領域１０や実施例４におけるレンズ領域１２を透過した光線束）を用いずに、すべてのレンズ領域を透過した光線束について焦点距離調整手段の反射面部で反射させることで、倍率を任意に変更することができる。例えば、３回反射させたものと、５回反射させたものとでは、５／３倍の倍率にすることができる。更に、前述したように、結像面の位置を第１ミラー反射面部などからずらすことで、より柔軟に倍率を変更できる。
【００３８】
・第１ミラー反射面部及び第２ミラー反射面部が複数存在し、それらの間の距離が一定でない場合
第１ミラー反射面部及び第２ミラー反射面部の間の距離が一定の場合と基本的に同様であるが、単純な反射回数のみでは焦点距離の比は算出できず、実際の光路長を考慮して算出する。例えば、第１ミラー反射面部及び／又は第２ミラー反射面部を階段状に配設することで、第１ミラー反射面部及び第２ミラー反射面部の間の距離が一定でなくすことが可能になり、対応するレンズ領域を透過した光線束が反射により通過する光路の距離を任意に変化させることができる。
【００３９】
（２）パン・チルト機構を有する本実施形態のズーム機構は光線束屈曲機構を有する。光線束屈曲機構は多焦点レンズにおいて結像側の反対側近傍に配設するか、又は、結像面において多焦点レンズ側近傍に配設するかの少なくとも一方である。光線束屈曲機構により光線束を曲げることで、目的の方向からの入射光を結像面に導くことができる。特に、可変プリズム機構は多焦点レンズにおいて結像側の反対側近傍に配設されていることが望ましい。
【００４０】
光線束屈曲機構としては可変プリズム機構が採用できる。可変プリズム機構は偏角の大きさや向きなどが変化可能なプリズムである。可変プリズム機構としては特に限定しないが、(a)後述するような、２枚の透明板の間に透明な流体（透明流体）を充填してそれら透明板がなす角度を制御するもの、(b)２枚以上の透明板を一定の角度をなすように配設した上で、間に充填する透明流体の屈折率を変化させるもの、(c)２以上のプリズムを組み合わせ、それらの角度を制御する物などが例示できる。以下、(a)及び(b)の機構をもつ可変プリズム機構について説明する。
【００４１】
(a)の可変プリズム機構は２枚の透明板と透明流体と可変機構とを有する。２枚の透明板は概ね平行に配設され且つ少なくとも一方が揺動可能となっている。そして、２枚の透明板の間に透明流体が充填されている。透明流体は２枚の透明板で区画された外部の雰囲気と屈折率が異なる透明な流体である。そして、外部雰囲気にも透明な流体を充填することもできる。例えば、空気をそのまま充填することはもちろん、その他の屈折率が異なる流体を充填することも可能である。これらの透明流体は混じり合って互いに拡散しないように、互いに混じり合わない物を採用することが望ましい。例えば、マッチングオイルと水などの組み合わせである。また、これら透明流体は比重が同程度の物を採用することが望ましい。比重が近いことで、本実施形態のズーム機構を傾けて使用する場合に、比重の相違により生起する２枚の透明板のうちの一方の揺動（比重がより大きい流体が下に行こうとするために２枚の透明板のうちの一方がその方向に揺動する）が抑制できる。更に、これらの比重は、使用する温度変化においても同様に変化することが望ましい。また、比重を同程度にできない場合でも、本実施形態のズーム機構の光軸を鉛直方向に一致させることで重力の影響を無くすことができる。その場合にプリズムや鏡などを用いた光軸を曲げることで目的の方向からの入射光に対応することができる。
【００４２】
また、可変プリズム機構は、２枚の透明板のうちの一方が揺動可能に配設される内部空間をもち、底面の一方が２枚の透明板のうちの他方である筒形部材を有することが望ましい。筒形部材を採用することで、充填した流体が飛び散ったりすることを防止できる。なお、筒形部材の側面は滑らかな表面をもつもの（例えば、全体として円柱や角柱を形成するもの）のほか、側面がジャバラ状になるものなどを採用することができる。底面に相当する部分も一方が平面状の透明板（２枚の透明板のうちの他方）である以外は、他方は特に無くてもよい。もし、底面の他方を設ける場合には透明な部材から形成する。
【００４３】
また、筒形部材の内部は２枚の透明板の間に流体を充填するほか、２枚の透明板のうちの一方と底面の他方との間にも流体を充填することができる。この間に流体（特に液体）を充填することで２枚の透明板のうちの一方の揺動を安定化することができる。
【００４４】
可変機構は２枚の透明板のなす角度を可変・制御する機構である。可変機構としては特に限定しない。一般的なアクチュエータとそのアクチュエータを制御する制御機構を採用することができる。制御機構としては２軸以上にて制御を行う機構を採用することで、上下左右いずれの方向にもパンチルトを行うことができる。アクチュエータとしては以下の機構を採用することもできる。
【００４５】
(i)エレクトロウェッティング：透明流体としては液体を採用し、可変機構としては透明板のうちの他方、又は、筒形部材を採用した場合に筒形部材の側面と、液体との間に電圧を印加することで液体との濡れ性を変化させる手段を採用する。ここで、透明板のうちの他方、筒形部材の側面であって、液体と接触する領域は幾つかの一部領域に区画されており、一部領域のうちの幾つかと液体との間で電圧を印加することで、電圧を印加した一部領域と液体との濡れ性が変化することで２枚の透明板のうちの一方を揺動させることができる。電圧の印加は一部領域の透明流体に接触する側と反対側から行う。また、一部領域のうち、少なくとも電圧を印加する領域は絶縁体から構成する。一部領域に電圧を印加するためには光学系に影響を与えない場合には金属などの一般的な導体を採用することができるが、その他の場合には透明電極などにて電極を構成することが望まれる。
【００４６】
(ii)マイクロポンプ：可変機構は、透明流体中に配設され、透明流体中にて流れを発生させることで２枚の透明板のうちの一方に対する流体の圧力差を生成するマイクロポンプを有する。マイクロポンプが生成する透明流体の流れは直接的に２枚の透明板のうちの一方に当たるようにするなどすることで揺動させることができる。
【００４７】
(iii)ローレンツ力：可変機構は、２枚の透明板のうちの一方に設けられた導電路と、その導電路に電流を流す量を制御する電流制御手段と、その導電路に磁場を印加する磁場印加手段とを有する。磁場印加手段は永久磁石や電磁石など通常の手段が採用できる。導電路に流れる電流の量を電流制御手段により制御したり、磁場印加手段が発生する磁場の強度を制御することで、２枚の透明板のうちの一方にローレンツ力が作用して、望む方向に揺動させることができる。
【００４８】
(iv)静電アクチュエータ：可変機構は、２枚の透明板のうちの一方に設けられた第１電極と、第１電極に近接して設けられる第２電極と、第１電極及び該第２電極との間に印加する電圧を制御する電圧制御手段とを有する。特に、第１電極及び第２電極は互いに噛み合う櫛形構造を備えることが望ましい。第１電極及び第２電極のそれぞれに電圧を印加することで、望む方向に揺動させることができる。
【００４９】
(v)これら(i)〜(iv)の機構を組み合わせて用いても良い。
【００５０】
(b)の可変プリズム機構は、互いに平行でない２枚以上の透明板と、隣接する２枚の透明板の間に充填される透明流体の屈折率を変化させる屈折率可変機構とを備える。透明板の間に充填された透明流体の屈折率を変化させることでそれぞれの透明流体が形成するプリズムの偏角の大きさを制御できる。２枚の透明板の間に充填する透明流体の屈折率を変化させると、それら２枚の透明板の間に充填された透明流体が形成するプリズムの偏角の大きさを制御できる。透明板を更に重ねて３枚以上にすることで形成されたプリズムの偏角の方向を制御することもできる。
【００５１】
透明流体の屈折率の制御は、透明流体を入れ替えたり、温度を変化させたりすることで達成可能である。
【００５２】
・可変プリズム機構の他にも光線束屈曲機構を実現する機構としては、凹形部材と第１透明流体と第２透明流体と電圧印加手段とを備える機構が挙げられる。凹形部材は内外面が絶縁された絶縁領域を内面にもち、少なくとも底面が透明である部材である。この凹形部材の内部の底面側に第１透明流体を配設する。そして、凹形部材内の残余の空間に第２透明流体を配設する。第２透明流体は第１透明流体に混和しないものである。従って、第１透明流体は第２透明流体に混ざらないので凹形部材の底面近傍で表面積が小さくなるように小さくなってレンズを形成することになる。
【００５３】
電圧印加手段は、凹形部材の絶縁領域のうちの一部領域と、第１透明流体及び／又は第２透明流体との間に電圧を印加する手段である。絶縁領域は透明流体に接する側と反対側から電圧を印加する。電圧を印加した一部領域は透明流体との濡れ性が変化する（エレクトロウェッティング）。従って、電圧を印加する部位を制御することで、第２透明流体が形成するレンズの位置や大きさを制御することができる。例えば、第２透明流体が形成するレンズを左右に移動させることで、目的の方向に光線束を屈曲させることができる。
【実施例１】
【００５４】
本実施例のズーム機構は、図１（ａ）に示すように、多焦点レンズ１と第１ミラー２と第２ミラー３と撮像素子４と第２ミラー移動手段（図略）とから構成される。多焦点レンズ１は焦点距離が異なる２つのレンズ領域１０及び１１からなり、レンズ領域１０の方がレンズ領域１１よりも焦点距離が短い（焦点距離は５分の１）。
【００５５】
第１ミラー２は第１ミラーグループの第１ミラー反射面部に相当する。第２ミラー３は第２ミラーグループの第２ミラー反射面部に相当する。第１及び第２ミラー２、３は不透明な通常のミラーである。撮像素子４は結像面に相当する位置に配設されており、具体的には第１ミラー２の中央部に位置する。第２ミラー移動手段は第２ミラー３を光路中に挿入した状態（図１（ａ））及び抜いた状態（図１（ｂ））の間で移動させる手段である。
【００５６】
以下に焦点距離を切り替える方法を説明する。焦点距離を長くする場合には多焦点レンズ１のレンズ領域１１を透過した光線束を利用するために、第２ミラー移動手段により第２ミラー３を挿入状態（図１（ａ））にまで移動する。その結果、レンズ領域１０を透過した光線束は第２ミラー３により遮蔽されるので、レンズ領域１１を透過した光線束だけが結像面にある撮像素子４に結像する。反対に焦点距離を短くする場合にはレンズ領域１０を透過した光線束を利用するために、第２ミラー移動手段により第２ミラー３を抜いた状態（図１（ｂ））にまで移動する。その結果、レンズ領域１０を透過した光線束は第２ミラー３により遮蔽されることなくそのまま結像面にある撮像素子４上に結像するのに対して、レンズ領域１１を透過した光線束だけは第２ミラー３がないので、レンズ領域１１から第１ミラー２を反射した後、そのまま多焦点レンズ１の物体側に向けてレンズ領域１０を透過する。
【００５７】
レンズ領域１０を透過した光線束はそのまま、レンズ領域１１を透過した光線束は第１ミラー２及び第２ミラー３の間を焦点距離の相違に相当する２往復半（５倍）進ませることで、各レンズ領域１０、１１からの結像面が一致している。
【００５８】
第２ミラー移動手段としては特に限定しないが、その駆動機構としては第２ミラー３を外部から挿入する手段や、マイクロミラーを形成してそのマイクロミラーを磁力、静電力、ローレンツ力などにより駆動する手段が挙げられる。
【００５９】
以下、図に基づきマイクロミラーの一例を説明する。図２に示すように、本マイクロミラー３０は８つの可動ミラー３１と枠体３２と磁場印加手段（図略）とからなる。可動ミラー３１は枠体３２にその接する部分をヒンジ部として接続される。可動ミラー３１はヒンジ部を介して曲げることができる。図２（ａ）に可動ミラー３１が曲がる前、図２（ｂ）に曲がった後をそれぞれ示す。可動ミラー３１の表面にはニッケル薄膜が形成されミラーを形成している。ニッケルは強磁性体なので磁場印加手段によって磁場を印加することでその磁力線の方向にニッケル薄膜が沿うように可動ミラー３１が折れ曲がり、開閉する（図３（ａ）、（ｂ））。
【００６０】
本マイクロミラー３０を組み込んだズーム機構について説明する。本ズーム機構はマイクロミラー３０を先述の第２ミラー３として用いている。マイクロミラー３０の可動ミラー３１が閉じている場合には、図４（ａ）に示すように、レンズ領域１１を透過した光線束が第１ミラー２及び可動ミラー３１の間で反射して結像面としての撮像素子４上に結像し、レンズ領域１０を通過した光線束は可動ミラー３１により遮蔽されて撮像素子４上に結像することはない。
【００６１】
そして、可動ミラー３１が開いていると、図４（ｂ）に示すように、レンズ領域１０を通過した光線束がそのまま撮像素子４上に結像し、レンズ領域１１を通過した光線束は反射する可動ミラー３１がないので撮像素子４上に結像することはない。
【実施例２】
【００６２】
本実施例のズーム機構を図５に示す。本実施例のズーム機構は第２ミラー３としてハーフミラー３’を採用したことと、第２ミラー３を移動させる第２ミラー移動手段に代えて、レンズ領域１１を通過した光線束を遮蔽する遮蔽板５１を挿入する遮蔽手段を焦点距離選択手段として採用したことである。
【００６３】
遮蔽板５１を挿入しない状態では、図５（ａ）に示すように、レンズ領域１０を通過した光線束と、レンズ領域１１を通過した光線束とが合成されて撮像素子４上に結像する。そして、遮蔽板５１を挿入した状態では、図５（ｂ）に示すように、レンズ領域１１からの光線束が遮蔽されて、レンズ領域１０からの光線束だけが撮像素子４上に結像する。
【００６４】
レンズ領域１１からの光線束だけを知りたい場合には、図５（ａ）での像から図５（ｂ）での像を差し引くことで導き出すことができる。
【００６５】
・変形態様１
遮蔽板５１に代えて液晶シャッターを採用することができる。具体的には、図６に示すように、レンズ領域１１の物体側（又は結像側）に配置された偏光板５２と、レンズ領域１１の結像側に配置された液晶シャッター５３から構成される。偏光板５２にて一方向に制御された光線束はレンズ領域１１を通過して液晶シャッター５３を通過する。液晶シャッター５３は偏光の透過性を電気的に制御することができるので、レンズ領域１１からの光線束の透過性を制御できる。
【００６６】
つまり、偏光板５２における偏光の方向と液晶シャッター５３における偏光の方向とを一致させることで（図６（ａ））、レンズ領域１１を透過した光線束は、レンズ領域１０を通過した光線束と合成されて撮像素子４上に結像する。そして、偏光板５２における偏光の方向と液晶シャッター５３における偏光の方向とを直交させることで（図６（ｂ））、レンズ領域１１を透過した光線束は液晶シャッター５３を透過できず、レンズ領域１０を通過した光線束のみが撮像素子４上に結像する。
【００６７】
従って、遮蔽板５１の挿入・脱離に代えて液晶シャッターを採用することで同様の作用を発揮できる。ここで、液晶シャッター５３はレンズ領域１１からの光線束が通過する光路上であればどの場所に配置してもよい。例えば、第１ミラー２の表面上や、撮像素子４の前などである。
【００６８】
・変形態様２
実施例１の形態において、第２ミラー３を移動させる代わりに、第１ミラー２を移動させることでも本実施例と同様の作用を発揮することができる。つまり、第１ミラー２がある場合には、レンズ領域１１からの光線束とレンズ領域１０からの光線束との合成像が撮像素子４上に結像し（図７（ａ））、第１ミラー２が移動してない場合にはレンズ領域１１からの光線束はそのまま撮像素子４を外れレンズ領域１０からの光線束だけが撮像素子４上に結像する（図７（ｂ））。
【実施例３】
【００６９】
本実施例のズーム機構は、図８に示すように、第２ミラー３に代えてハーフミラー３’を採用したこと、第２ミラー移動手段を省略したこと、レンズ領域１０の結像側及びハーフミラー３’の間に偏光板Ａを配設し、レンズ領域１１の結像側に偏光板Ａに直交する偏光板Ｂを配設したこと、そして、撮像素子４の前に偏光板Ａ及び偏光板Ｂを通過した光線束を選択的に透過できる液晶シャッター５４を配設したこと、以外は実施例１のズーム機構の構成要素を有している。
【００７０】
つまり、撮像素子４前の液晶シャッター５４まではレンズ領域１０及び１１からの光線束の双方が合成されて到達するが、液晶シャッター５４によりそのいずれかを選択的の透過することができるので、レンズ領域１０又は１１からの光線束、すなわち、必要な焦点距離をもつ光学系を得ることができる。
【００７１】
ここで、液晶シャッター５４に代えて、回転可能な偏光板を採用することもできる。また、偏光板の位置としては多焦点レンズ１の物体側にすることもできる。
【実施例４】
【００７２】
図９に示すように、本実施例の多焦点レンズは、３つのレンズ領域１２、１３及び１４をもつ。３つのレンズ領域１２、１３及び１４は中央部のレンズ領域１２からレンズ領域１４に向けて焦点距離が順次長くなってい各レンズ領域１２、１３及び１４からの光線束は各レンズ領域の焦点距離に応じて適正回数反射させることで結像面を一致させている。本実施例のズーム機構によって３段階の焦点距離を切り替えることができる。
【実施例５】
【００７３】
図１０に示すように、結像面としての撮像素子４の位置を第１ミラー２の反射面よりも結像側（図面右方側）に移動させることで、倍率を調整した。本実施例のズーム機構では短焦点のレンズ領域の結像面までの距離（焦点距離に関連する）がａ＋ｂであり、長焦点のレンズ領域の結像面までの距離が３ａ＋ｂである。従って、倍率は（３ａ＋ｂ）／（ａ＋ｂ）となる。ここで、実際のａ：ｂの値は３：２であるので、本実施例のズーム機構の倍率は（９＋２）／（３＋２）＝２．２倍になる。
【実施例６】
【００７４】
本実施例のズーム機構はパン・チルト機構を有するものである。本実施例のズーム機構は、図１１に示すように、多焦点レンズ１”と第１ミラー２と第２ミラー３と撮像素子４と第２ミラー移動手段（図略）と可変プリズム機構（７１〜７５）とから構成される。多焦点レンズ１”は焦点距離が異なる２つのレンズ領域１５及び１６からなり、レンズ領域１５の方がレンズ領域１６よりも焦点距離が短い。
【００７５】
第１ミラー２は第１ミラーグループの第１ミラー反射面部に相当する。第２ミラー３は第２ミラーグループの第２ミラー反射面部に相当する。第１及び第２ミラー２、３は不透明な通常のミラーである。撮像素子４は結像面に相当する位置に配設されており、具体的には第１ミラー２の中央部に位置する。
【００７６】
第２ミラー３は、多焦点レンズ１”の光軸と平行であってレンズ領域１５を通過した光線束を遮蔽しない位置（図１１(ａ)）と、多焦点レンズ１”の光軸と垂直であってレンズ領域１５を通過した光線束を遮蔽するように挿入された位置（図１１(ｂ)）との間で位置が切り替え可能である。第２ミラー移動手段は第２ミラー３を両者の位置の間で切り替える手段である。両者の間で切り替える方法としては第２ミラー３を強磁性体や強誘電体にて形成した上で磁場や電場を印加する方向を変化させることで行う手段や、静電力やローレンツ力を利用した手段が例示できる。
【００７７】
以下に焦点距離を切り替える方法を説明する。焦点距離を長くする場合には多焦点レンズ１のレンズ領域１６を透過した光線束を利用するために、第２ミラー移動手段により第２ミラー３を挿入した状態（図１１（ｂ））にまで移動する。その結果、レンズ領域１５を透過した光線束は第２ミラー３のにより遮蔽されるので、レンズ領域１６を透過した光線束だけが第１ミラー２及び第２ミラー３を反射して結像面にある撮像素子４に結像する。反対に焦点距離を短くする場合にはレンズ領域１５を透過した光線束を利用するために、第２ミラー移動手段により第２ミラー３を抜いた状態（図１１（ａ））にまで移動する。その結果、レンズ領域１５を透過した光線束は第２ミラー３により遮蔽されることなくそのまま結像面にある撮像素子４上に結像するのに対して、レンズ領域１１を透過した光線束だけは第２ミラー３がないので、レンズ領域１６から第１ミラー２を反射した後、そのまま多焦点レンズ１”の物体側に向けてレンズ領域１５を透過する。
【００７８】
従って、レンズ領域１５を透過した光線束はそのまま、レンズ領域１６を透過した光線束は第１ミラー２及び第２ミラー３の間を焦点距離の相違を考慮した距離（１往復半）進ませることで、各レンズ領域１５、１６からの結像面が一致する。
【００７９】
可変プリズム機構７１〜７５は偏角の大きさ及び偏角の向きが任意に制御できるプリズムである。透明窓７３及び多焦点レンズ１”（２枚の透明板のうちの他方に相当）を底面とし、ジャバラ７４を側面とする筒形部材と、筒形部材内部で揺動可能な透明板７１（２枚の透明板のうちの一方に相当）と透明板７１を揺動させる可変機構（図略）と筒形部材がなす空間のうち透明板７１及び多焦点レンズ１”にて区画される領域にはマッチングオイル７２（透明流体に相当）が充填される。残余の空間７５には水を充填することもできる。マッチングオイル７２の屈折率は大きいことが望ましい。
【００８０】
透明板７１は、ジャバラ７４に辺縁部が固定されており、自由に揺動できる共にマッチングオイル７２と水７５とが混合しないようにしている。
【００８１】
可変機構は一般的なアクチュエータが採用でき、以下に幾つか具体例を挙げる。
【００８２】
(i)エレクトロウェッティングを利用した可変機構
エレクトロウェッティングを利用した可変機構をもつ可変プリズム機構は、上述の可変プリズム機構７１〜７５に代えて、筒形部材としての絶縁部材Ｐ１及び電極板Ｐ３と、流体としての液体Ｐ２とと、２つの透明板のうちの一方である透明板Ｐ４と、電圧印加手段としての電源Ｐ５とから構成される。本可変プリズム機構の構成を図１２及び１３に示す。
【００８３】
絶縁部材Ｐ１は、光を透過可能でありかつ電気絶縁性をもつ材料より形成される円板状の通光部Ｐ１０（２つの透明板のうちの他方に相当）と、通光部Ｐ１０の外周形状と一致する円筒状を有しかつ通光部Ｐ１０と一体に形成された電気絶縁性をもつ材質よりなるの筒状部Ｐ１１と、からなる有底筒状の部材である。
【００８４】
液体Ｐ２は、絶縁部材Ｐ１の内部に配置された水である。液体Ｐ２は、絶縁部材Ｐ１の通光部Ｐ１０の表面Ｐ１０ａおよび筒状部Ｐ１１の内周面Ｐ１１ａと接触している。
【００８５】
電極板Ｐ３は、絶縁部材Ｐ１の筒状部Ｐ１１の外周面Ｐ１１ｂに、絶縁部材Ｐ１に当接した状態で配置されている。電極板Ｐ３は、４つの電極部Ｐ３０を有し、それぞれの電極部Ｐ３０は、筒状部Ｐ１１の周方向で等間隔となるように配置されている。
【００８６】
透明板Ｐ４は、光が透過可能な略円形を有する。そして、透明板Ｐ４は、その裏面Ｐ４ｂが液体Ｐ２の上面と接触した状態で、絶縁部材Ｐ１の内部に配置されている。そして、透明板Ｐ４は、液体Ｐ２の流動に沿って揺動可能となっている。つまり、透明板Ｐ４は、絶縁部材Ｐ１の内部で液体Ｐ２に浮いた状態で配置されている。
【００８７】
電源Ｐ５は、電極板Ｐ３の４つの電極部Ｐ３０と液体Ｐ２との間に電圧を印加する手段である。ここで、電源Ｐ５は、４つの電極部Ｐ３０のそれぞれに異なる電圧を印加できる。
【００８８】
本可変プリズム機構の動作を、図１２及び１３を用いて説明する。
【００８９】
まず、電源Ｐ５が電圧を印加していない状態では、図１２に示したように、透明板Ｐ４は液体Ｐ２にフローティングしている。このとき、透明板Ｐ４は、水平方向に広がる状態であり、絶縁部材Ｐ１の通光部Ｐ１０と平行な状態となっている。
【００９０】
そして、電源Ｐ５を駆動して、電極部Ｐ３０ｃと流体Ｐ２との間に電圧を印加する。電圧が印加されると、いわゆるエレクトロウェッティング現象が生じ、筒状部Ｐ１１の電極部Ｐ３０ｃに対応した位置における液体Ｐ２の表面張力が変化する。この表面張力の変化により、液体Ｐ２と絶縁部材Ｐ１の筒状部Ｐ１１との接触角がθ０からθ１に変化（減少）する。液体Ｐ２の筒状部Ｐ１１との接触角が変化すると、液体Ｐ２に浮いている透明板Ｐ４が液体Ｐ２から受ける力が変化する。図１２においては、透明板Ｐ４の端部であって電極部Ｐ３０ｃに近接する部分Ｐ４ｃに加わる下向きの力が増加するとともに、透明板Ｐ４の端部であって電極部Ｐ３０ｄに近接する部分Ｐ４ｄに加わる下向きの力が相対的に減少する。これにより、透明板Ｐ４に回転モーメントがはたらき、透明板Ｐ４が回転する。そして、透明板Ｐ４が通光部Ｐ１０に対して傾斜した状態となる。これにより、本可変プリズム機構は、透明板Ｐ４が屈折面となり、液体Ｐ２および通光部Ｐ１０を光が透過するプリズムとなった。
【００９１】
本可変プリズム機構は、上記したように、電源Ｐ５から４つの電極部Ｐ３０と液体Ｐ２とに電圧を印加することで、透明板Ｐ４の傾斜角を所望の角度とすることができる。そして、本可変プリズム機構は、電源Ｐ５から印加される電圧によりプリズムの頂角を制御することで、高精度かつ応答性にすぐれたプリズムとなっている。さらに、本可変プリズム機構は、小型化できる。
【００９２】
(ii)マイクロポンプ
マイクロポンプを利用した可変機構をもつ可変プリズム機構は、上述の可変プリズム機構７１〜７５に代えて、２つの透明板のうちの他方と筒形部材とを組み合わせた部材に相当するケースＱ１と、流体としての液体Ｑ２と、マイクロポンプＱ３と、２つの透明板のうちの一方としての透明板Ｑ４とから構成される。本可変プリズム機構の構成を図１４及び１５に示す。
【００９３】
ケースＱ１は、光を透過可能でありかつ電気絶縁性をもつ材料より形成される円板状の通光部Ｑ１０（２つの透明板のうちの他方に相当）と、通光部Ｑ１０の外周形状と一致する円筒状を有しかつ通光部Ｑ１０と一体に形成された電気絶縁性をもつ材質よりなるの筒状部Ｑ１１と、からなる有底筒状の部材である。
【００９４】
液体Ｑ２は、絶縁部材Ｑ１の内部に配置された水である。液体Ｑ２は、絶縁部材Ｑ１の通光部Ｑ１０の表面Ｑ１０ａおよび筒状部Ｑ１１の内周面Ｑ１１ａと接触している。
【００９５】
マイクロポンプＱ３は、ケースＱ１の内部に、筒状部Ｑ１１の内周面Ｑ１１ａに当接した状態で配置されている。マイクロポンプＱ３は、筒状部Ｑ１１の周方向において等間隔となるように（９０°ごとに）４つ配置されている。
【００９６】
そして、４つのマイクロポンプＱ３は、それぞれが独立して駆動する。なお、本実施例の流体ポンプは、それぞれのポンプを独立して駆動するための制御手段（図示せず）を備えている。また、４つのマイクロポンプＱ３は、それぞれ筒状部の軸方向にそって液体Ｑ２を流動させる。
【００９７】
透明板Ｑ４は、光が透過可能な略円形を有する。そして、透明板Ｑ４は、その裏面Ｑ４ｂが液体Ｑ２の上面と接触した状態で、絶縁部材１の内部に配置されている。そして、透明板Ｑ４は、液体Ｑ２の流動に沿って揺動可能となっている。つまり、透明板Ｑ４は、絶縁部材Ｑ１の内部で液体Ｑ２に浮いた状態で配置されている。
【００９８】
本可変プリズム機構の動作を、図１４及び１５を用いて説明する。
【００９９】
まず、マイクロポンプＱ３を駆動していない状態では、図１４に示したように、液体Ｑ２の表面は、表面張力により水平を保持している。このとき、液体Ｑ２の上面に接触した透明板Ｑ４の透明部Ｑ４０はケースＱ１の通光部Ｑ１０と平行な状態となっている。
【０１００】
そして、制御手段により、マイクロポンプＱ３ｃを駆動して液体Ｑ２に通光部Ｑ１０から離れる方向の流速を付与する。この流速の付与により、マイクロポンプＱ３ｃが配置された部位の近傍の液体２の圧力が増加して液面が上昇する。つまり、ケースＱ１内において、液体Ｑ２の液面が傾斜する。そして、液体Ｑ２の液面に浮いている透明板Ｑ４が、液面に沿った方向に傾斜する。また、マイクロポンプＱ３ｃにより流速を付与された液体Ｑ２が透明板Ｑ４にあたるため、この圧力にもより透明板Ｑ４が揺動する。これにより、本可変プリズム機構は、透明板Ｑ４が屈折面となり、液体Ｑ２および通光部Ｑ１０を光が透過するプリズムとなった。
【０１０１】
本可変プリズム機構は、上記したように、４つのマイクロポンプＱ３を駆動することで、透明板Ｑ４の傾斜角を所望の角度とすることができる。そして、本可変プリズム機構は、マイクロポンプの流量でプリズムの頂角を制御することで、高精度かつ応答性にすぐれたプリズムとなっている。さらに、本可変プリズム機構は、体格が小型化できる。
【０１０２】
さらに、マイクロポンプＱ３ｃに対称な位置にあるマイクロポンプＱ３ｄを駆動して液体Ｑ２に通光部Ｑ１０に近接する方向の流速をあわせて付与することで、マイクロポンプＱ３ｄが配置された部位の近傍の液面を下降させることが好ましい。マイクロポンプＱ３ｄを駆動することで、マイクロポンプＱ３ｃが液体Ｑ２に付与する流速を小さくすることができる。つまり、マイクロポンプＱ３ｃおよび３ｄの体格を小さくすることができる。
【０１０３】
(iii)ローレンツ力
可変プリズム機構としてローレンツ力にて駆動する手法を説明する。本可変プリズム機構は、透明板７１の周縁部に環状に形成した導電路（図略）と、その導電路に流す電流の大きさ、向きを制御する電流制御手段（図略）と、導電路に磁場を印加する磁場印加手段（図略）とを更に有する。
【０１０４】
電流制御手段及び磁場印加手段は、導電路に流す電流の大きさ及び導電路に印加する磁場の大きさ・向きを制御することで、透明板７１の揺動の大きさ・向きを制御する手段である。電流制御手段は、導電路に流す電流の大きさ及び向きが制御できる。磁場印加手段は、導電路に印加する磁場の大きさ及び向きが制御できる。磁場の向きを制御するためには、２以上のコイルなどを組み合わせ、それぞれのコイルに流す電流の大きさ・向きを制御することで行うことが可能である。
【０１０５】
揺動の方向は導電路に流す電流の向きと磁場印加手段により印加する磁場の向きとにより制御できる。例えば、揺動させたい方向（図１１（ｂ）のように揺動させる場合には図面左右方向のいずれか）から磁場を印加し、導電路に電流を流すことで所定の方向（図１１（ｂ）において、磁場が左から右に印加されている場合には電流は図面上から見て右回り方向、磁場が反対であれば反時計回り方向）に透明板７１を揺動させることができる。揺動の大きさは電流制御手段により流される電流の大きさ及び磁場印加手段により印加される磁場の大きさにより制御できる。
【０１０６】
(iv)静電アクチュエータ
可変プリズム機構として静電アクチュエータにて駆動する手法が採用できる。静電アクチュエータとしては特に限定しない。例えば、透明板７１の周縁部に形成した櫛歯状の電極（第１電極に相当：図略）と、その電極近傍に固定して設けられた対応する櫛歯状の電極（第２電極に相当：図略）と、それらの電極間に印加する電圧の大きさを制御することで、それらの電極間に引力や斥力が発生して透明板７１を揺動させることができる。これらの電極を最低２組（直交して設けた場合）、望ましくは３組（１２０°間隔で設けた場合）設けることで、揺動の大きさ・向きを制御できる。
【０１０７】
・以上の構成を有することから本実施例のズーム機構は以下の作用効果を発揮する。焦点距離の切替は前述の実施例１〜５と同様に行うことができるので更なる説明を省略する。
【０１０８】
パン・チルト機構は以下のように実現できる。透明板７１が多焦点レンズ１”の入射光側（図面上方）の面と平行である場合には入射光は特に曲がることなくそのまま多焦点レンズ１”に入射する。透明板７１を揺動させると、マッチングオイル７２が充填された領域がプリズムになり入射光が屈曲する。マッチングオイル７２の屈折率は空間７５の屈折率よりも大きくしているので、図１１（ｂ）のに示すように、入射光は透明板７１を揺動させた方向と反対の方向に曲がる。透明板７１の揺動の程度を制御することで入射光の屈曲の度合いを制御することができる。つまり、画角を変化させたい方向と反対に、透明板７１を揺動することで、望む方向に画角を変化できる。
【０１０９】
本実施例のズーム機構が備えるパン・チルト機構は長焦点側で特に有効である。すなわち、図１１（ｂ）に示すように、多焦点レンズ１”の長焦点側を利用する場合には画角が小さくなるので、可変プリズム機構７１〜７５によるパン・チルト機構が有用である。
【０１１０】
可変プリズム機構７１〜７５の空間７５に水などの透明流体を充填すると、透明板７１の安定性を向上することができる。特に、マッチングオイル７２と同程度の比重をもつ流体を充填することで、重力や慣性力などによる影響を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】実施例のズーム機構を示す断面概略図である。
【図２】ミラーの可動機構を説明する概略図である。
【図３】ミラーの可動機構を説明する概略図である。
【図４】実施例のズーム機構を示す断面概略図である。
【図５】実施例のズーム機構を示す断面概略図である。
【図６】実施例のズーム機構を示す断面概略図である。
【図７】実施例のズーム機構を示す断面概略図である。
【図８】実施例のズーム機構を示す断面概略図である。
【図９】３つの焦点距離を切替可能な実施例のズーム機構を示す断面概略図である。
【図１０】実施例のズーム機構を示す断面概略図である。
【図１１】パンチルト機構が付いた実施例のズーム機構を示す概略図である。
【図１２】パンチルト機構が付いた実施例のズーム機構に採用した可変プリズム機構を示す概略図である。
【図１３】パンチルト機構が付いた実施例のズーム機構に採用した可変プリズム機構を示す概略図である。
【図１４】パンチルト機構が付いた実施例のズーム機構に採用した可変プリズム機構を示す概略図である。
【図１５】パンチルト機構が付いた実施例のズーム機構に採用した可変プリズム機構を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１…多焦点レンズ    １０、１１、１２、１３、１４、１５、１６…レンズ領域
２…第１ミラー（第１ミラーグループの第１ミラー反射面部）
３…第２ミラー（第２ミラーグループの第２ミラー反射面部）
４…結像素子
５１…遮蔽板        ５２、Ａ、Ｂ…偏光板    ５３…液晶シャッター
７１〜７５…可変プリズム機構    ７１…可動透明板（２枚の透明板のうちの一方に相当）    ７２…マッチングオイル（透明流体に相当）    ７３…透明窓    ７４…ジャバラ
【図１】
2006235605.tif 000003
【図２】
2006235605.tif 000004
【図３】
2006235605.tif 000005
【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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