(57)【要約】【課題】色収差が良好に補正された屈折力可変素子を提供する。【解決手段】互いに異なる屈折率を有する第１媒質１０４と第２媒質１０５とにより形成される光学面１０６の形状を変化させることによって屈折力を変化させることができる屈折力可変素子１００であって、屈折力を変化させる屈折力可変手段と第２媒質１０５の光軸方向の厚さｄ2を調整する厚さ調整手段１０２とを備え、第１媒質１０４と第２媒質１０５とについて、Ｃ線に対する屈折率をそれぞれｎC1、ｎC2とし、Ｆ線に対する屈折率をそれぞれｎF1、ｎF2とするとき、ｎF2−ｎC2＞ｎF1−ｎC1であり、厚さ調整手段１０２は、光学面１０６の曲率と第２媒質１０５の厚さｄ2との変化の方向が逆方向となるように第２媒質１０５の厚さｄ2を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる屈折率を有する第１媒質と第２媒質とにより形成される光学面の形状を変化させることによって屈折力を変化させることができる屈折力可変素子であって、
前記屈折力を変化させる屈折力可変手段と、
前記第２媒質の光軸方向の厚さを調整する厚さ調整手段と、を備え、
前記第１媒質と前記第２媒質とについて、Ｃ線に対する屈折率をそれぞれｎC1、ｎC2とし、Ｆ線に対する屈折率をそれぞれｎF1、ｎF2とするとき、
ｎF2−ｎC2＞ｎF1−ｎC1
であり、
前記厚さ調整手段は、前記光学面の曲率と前記第２媒質の厚さとの変化の方向が逆方向となるように前記第２媒質の厚さを調整することを特徴とする屈折力可変素子。
【請求項２】
前記光学面の曲率半径Ｒと、前記第２媒質の厚さｄ2は、
（数８）
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の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の屈折力可変素子。
【請求項３】
前記厚さ調整手段は、前記第１媒質及び前記第２媒質を包含する光透過部において、前記第２媒質の体積を可変とする液体槽であることを特徴とする請求項１又は２に記載の屈折力可変素子。
【請求項４】
前記液体槽は、前記光透過部に対し、前記第１媒質を流出入可能とする第１流路と、前記第２媒質を流出入可能とする第２流路とを備え、前記液体槽の内部において、前記第１流路から流入する前記第１媒質と、前記第２流路から流入する前記第２媒質とは界面で対向し、前記界面の位置を制御することで、前記第２媒質の体積を可変とすることを特徴とする請求項３に記載の屈折力可変素子。
【請求項５】
前記光透過部は、光軸方向で前記第２媒質の厚さを可変とする伸縮可能な厚さ可変手段を備え、
前記液体槽は、前記光透過部に対し、前記第２媒質を流出入可能とする第２流路とを備え、前記液体槽の内部において前記第２流路から流出入する前記第２媒質の体積を調整することで、前記厚さ可変手段が連動し、前記第２媒質の体積を可変とすることを特徴とする請求項３に記載の屈折力可変素子。
【請求項６】
前記屈折力可変手段は、エレクトロウェッティング現象により前記光学面の形状を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の屈折力可変素子。
【請求項７】
前記光学面の端部に位置する電極の断面は、光軸に向かって曲面形状を有することを特徴とする請求項６に記載の屈折力可変素子。
【請求項８】
前記屈折力可変手段は、前記光学面に光学的に透明と見なせる弾性部材を採用し、該弾性部材を光軸方向に移動させることで前記光学面の形状を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の屈折力可変素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に液体を用いた屈折力可変素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体を積層してその界面に曲率を与え、液体の界面の形状を制御することにより屈折力を変化させることができる屈折力可変素子（可変焦点素子）が知られている。一般に、液体の界面形状は、外部からの圧力、若しくはエレクトロウェッティング現象により曲率を変化させることで制御される。この屈折力可変素子を小型カメラ等の撮像光学系に採用する場合は、色収差の発生を極力抑えることが望ましい。この色収差の発生を抑えるために、例えば、特許文献１は、シリコンゴム等の弾性体を外部からの圧力により変化させて液体の界面を制御する複数の屈折力可変レンズを有し、少なくとも２つの屈折力可変レンズの屈折力に従属関係を持たせる光学系を開示している。また、特許文献２は、エレクトロウェッティング方式を用いて水と油との２種類の液体の界面を制御することで、屈折力を変化させる可変焦点レンズを開示している。更に、特許文献３は、第１の導電性流体及び第２の電気絶縁性流体を有し、該２種類の流体について屈折力を可変とするエレクトロウェッティング素子、及びレンズシステムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−２００５２２号公報
【特許文献２】特表２００７−５１８１３３号公報
【特許文献３】特表２００８−５４１１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上記特許文献に開示された屈折力可変素子では、屈折力の変化に伴い、液体で形成されるレンズ部（液体層）の厚さが変化する。例えば、特許文献１のような１層の液体に対して圧力を加えて変形させる屈折力可変素子では、物体（被写体）側に対して屈折面が凸面若しくは凹面となる状態で屈折力が変化することに伴って、液体層の厚さが変化する。また、特許文献２、３のようなエレクトロウェッティング方式を用いた屈折力可変素子では、２層の液体の界面の曲率を変化させるが、液体の体積は変化しないため、特許文献１と同様に、屈折力の変化に伴って液体層の厚さが変化する。通常、液体は、波長分散性を有し、波長毎に光路長が異なることに起因して色収差が発生するため、液体層の厚さの変化に伴い、色収差の発生要因も変化する。しかしながら、上記特許文献では、屈折力のみを考慮した色収差補正の条件を開示しているため、屈折力の変化に伴う液体層の厚さの変化を考慮すると、色収差は、適切に補正されていない。
【０００５】
そこで、本発明は、屈折力のみならず、屈折力の変化に伴う液体層の厚さの変化をも考慮することで、色収差が良好に補正された屈折力可変素子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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の屈折力可変素子は、互いに異なる屈折率を有する第１媒質と第２媒質とにより形成される光学面の形状を変化させることによって屈折力を変化させることができる屈折力可変素子であって、屈折力を変化させる屈折力可変手段と第２媒質の光軸方向の厚さを調整する厚さ調整手段とを備え、第１媒質と第２媒質とについて、Ｃ線に対する屈折率をそれぞれｎC1、ｎC2とし、Ｆ線に対する屈折率をそれぞれｎF1、ｎF2とするとき、ｎF2−ｎC2＞ｎF1−ｎC1であり、厚さ調整手段は、光学面の曲率と第２媒質の厚さとの変化の方向が逆方向となるように第２媒質の厚さを調整することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、色収差が良好に補正された屈折力可変素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る屈折力可変素子の概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る屈折力可変素子の動作を示す概略図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る屈折力可変素子の概略図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る屈折力可変素子の動作を示す概略図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る屈折力可変素子の概略図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る屈折力可変素子の動作を示す概略図である。
【図７】液体槽を円環とした場合の屈折力可変素子の概略図である。
【図８】界面を弾性膜とした場合の屈折力可変素子の概略図である。
【図９】レンズ部と液体槽とを分離した場合の屈折力可変素子の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る、液体を用いた屈折力可変素子（以下、単に「液体レンズ」と表記する）の構成について説明する。図１（ａ）は、第１実施形態に係る液体レンズの概略断面図であり、図１（ｂ）は、第１実施形態に係る液体レンズの斜視図である。本実施形態の液体レンズ１００は、２種類の液体を使用し、該２種類の液体で形成される界面（光学面）の形状をエレクトロウェッティング方式にて制御するものである。図１（ａ）に示すように、液体レンズ１００は、光透過部を構成するレンズ部１０１と、該レンズ部１０１の外周部に連設された液体槽１０２とを備える。
【００１１】
レンズ部１０１は、略円筒形の筐体１０３を有し、該筐体１０３の内部には、光の入射する側から順に、第１媒質である第１液体１０４と第２媒質である第２液体１０５との２種類の液体が光軸方向に２層配置されている。第１液体１０４及び第２液体１０５としては、波長分散性を有し、かつ、第１液体１０４と第２液体１０５とで形成される界面において、互いに混ざり合わず、異なる屈折率を有する物質を採用する。例えば、第１液体１０４としては水溶液等を採用し、第２液体１０５としては、油（例えば、シリコンオイル）等を採用する。以下、レンズ部１０１において、第１液体１０４と第２液体１０５とで形成される界面を第１界面１０６と表記する。更に、不図示であるが、液体レンズ１００は、筐体１０３の円周部と一体となるように設置される円環形状の電極と、液体レンズ１００の外部に設置される、電極に電圧を印加することで第１界面１０６の形状を制御する制御部とを備える。この電極及び制御部が、液体レンズ１００の屈折力を変化させる屈折力可変手段を構成し、印加された電圧により第１界面１０６の端部と電極との接触角を制御する。
【００１２】
液体槽１０２は、図１（ｂ）に示すように、レンズ部１０１内の第１液体１０４及び第２液体１０５をそれぞれ内部に流出入可能とする箱型の槽であり、図１（ａ）に示すレンズ部１０１内の第２液体の光軸上の厚さｄ２を調整する厚さ調整手段となる。液体槽１０２は、レンズ部１０１の第１液体１０４の配置部に対応した外壁に、レンズ部１０１内の第１液体１０４を流出入可能とする第１流路１０７を備える。同様に、液体槽１０２は、レンズ部１０１の第２液体１０５の配置部に対応した外壁に、レンズ部１０１内の第２液体１０５を流出入可能とする第２流路１０８を備える。液体槽１０２において、第１流路１０７から流入する第１液体１０４と第２流路１０８から流入する第２液体１０５とは、第２界面１０９で対向する。液体槽１０２は、第２界面１０９において第１液体１０４と第２液体１０５とを仕切るための仕切り板１１０と、液体槽１０２内に占める各液体１０４、１０５の割合を調整するための、仕切り板１１０を移動可能とする駆動部１１１とを備える。仕切り板１１０は、駆動部１１１により、液体槽１０２の各流路１０７、１０８を結ぶ軸に対して平行に移動する。液体槽１０２及びレンズ部１０１内には、各流路１０７、１０８を介して、第１液体１０４及び第２液体１０５が隙間無く充填される。したがって、液体槽１０２は、仕切り板１１０の平行移動により、レンズ部１０１内の各液体１０４、１０５の各体積を適宜変化させることができる。なお、駆動部１１１は、上記電極に電圧を印加して第１界面１０６の形状を制御する制御部に対して通信可能な不図示の第２制御部により駆動制御される。前記制御部と第２制御部とは、後述の色収差補正を実行するため、互いに連動、若しくは単体で動作するものであり、ある１つの制御装置で構成されても良いし、それぞれ別の制御装置で構成されても良い。以上の構成により、液体レンズ１００は、レンズ部１０１において、エレクトロウェッティング方式による第１界面１０６の形状制御に加えて、液体槽１０２による液体（例えば、第２液体１０５）の厚さ調整を実施することができる。
【００１３】
次に、本実施形態における色収差補正の原理について説明する。まず、図１（ａ）において、レンズ部１０１の左側面（光入射側面）を物体面とし、一方、右側面（光射出側面）を像面とする。ここで、各液体１０４、１０５の光軸上での厚さをそれぞれｄ1、ｄ2とする。また、第１界面１０６の曲率半径をＲとし、フラウンホーファー線のＦ線（４８６．１ｎｍ)の焦点距離をｆFとし、Ｃ線（６５６．３ｎｍ)の焦点距離をｆCとする。更に、各液体１０４、１０５のＦ線の屈折率をそれぞれｎF1、ｎF2とし、同様に、Ｃ線の屈折率をそれぞれｎC1、ｎC2とする。なお、曲率半径Ｒの符号は、光軸上で面頂点から曲率中心が像面に向かう方向であれば「正」とし、一方、光軸上で物体面に向かう方向であれば「負」とする。例えば、図１（ａ）に示す液体レンズ１００では、曲率半径Ｒの符号は、正である。このとき、レンズ部１０１において、物体面に平行光が入射したときの、第１界面１０６から像点までの焦点距離は、第２液体１０５が波長分散性を有することを考慮すると、Ｆ線では、（数１）のように表され、Ｃ線では、（数２）のように表される。
【００１４】
【数１】
2011169970.tif 000003
【数２】
2011169970.tif 000004
【００１５】
ここで、色消し条件は、Ｆ線とＣ線との像点の位置が等しいことから、（数３）のように表され、更に、（数３）を変形することで、（数４）が得られる。
【００１６】
【数３】
2011169970.tif 000005
【数４】
2011169970.tif 000006
【００１７】
この場合、第１界面１０６の曲率半径Ｒと第２液体１０５の光軸上の厚さｄ2とが、（数４）に示す従属関係を満たすことで、Ｆ線とＣ線とに対する色消し条件が成立する。ここで、Ｆ線の屈折率は、一般にＣ線の屈折率よりも大きいので、（数５）が成り立つ。また、（数６）を満足する場合、上記曲率半径Ｒの逆数である曲率と厚さｄ2との変化の方向は逆の方向となる。
【００１８】
【数５】
2011169970.tif 000007
【数６】
2011169970.tif 000008
【００１９】
即ち、曲率が小さくなると厚さｄ2は大きくなり、一方、曲率が大きくなると厚さｄ2は小さくなるという条件を満たすことで、曲率半径Ｒが変化して屈折力が変化した場合でも色収差の補正ができることになる。更に、（数６）を変形すると、（数７）が得られる。（数７）は、第１界面１０６の後部の媒質である第２液体１０５の分散（Ｆ線とＣ線に対する屈折率の差）が、第１界面１０６の前部の媒質である第１液体１０４の分散よりも大きいことを示す。
【００２０】
【数７】
2011169970.tif 000009
【００２１】
したがって、本実施形態の液体レンズ１００は、第２液体１０５の分散が第１液体１０４の分散よりも大きい場合は、曲率半径Ｒの逆数である曲率と厚さｄ2との変化の方向が逆の方向となるように、第１界面１０６の形状を制御する。
【００２２】
また、本実施形態では、（数８）の条件を満たすものとする。（数８）において、数値が条件式の範囲外となると、（数４）との対応により液体レンズ１００は、色収差の補正が困難となる。
【００２３】
【数８】
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【００２４】
次に、本実施形態の上記色収差補正の原理に実際の数値を当てはめる。（表１）は、各液体１０４、１０５のＣ線、ｄ線（５８９．２ｎｍ）、Ｆ線の各屈折率ｎC、ｎd、ｎF及び分散ρを示す一覧表である。ここで、（表１）では、第１液体１０４は水溶液であり、一方、第２液体１０５は、シリコンオイルを想定している。なお、（表１）に示す各数値は、レンズ部１０１の半径を６ｍｍ、厚さを１０ｍｍ、また、図１（ａ）に示すように第１界面１０６の曲率半径Ｒを９ｍｍ、及び、第２液体１０５の光軸上の厚さｄ2を４ｍｍとして算出したものである。ここで、（表１）に示すように、分散ρの値は、第１界面１０６の前部に位置する第１液体１０４よりも、後部に位置する第２液体１０５の方が大きい。
【００２５】
【表１】
2011169970.tif 000011
【００２６】
また、（表２）は、上記条件における、Ｃ線に対する焦点距離ｆCと像点までの距離ＳCと、ｄ線に対する焦点距離ｆdと像点までの距離Ｓdと、Ｆ線に対する焦点距離ｆFと像点までの距離ＳFと、更に、Ｆ線とＣ線との像点の差ΔＳとを示す一覧表である。なお、（表２）中の数値の単位は、全て（ｍｍ）である。ここで、（表２）に示すように、Ｆ線とＣ線との像点の差ΔＳはゼロであり、上記色消し条件を満たす。
【００２７】
【表２】
2011169970.tif 000012
【００２８】
次に、上記の条件を踏まえ、液体レンズ１００を制御する場合について説明する。図２は、液体レンズ１００の動作を示す概略図である。まず、液体レンズ１００は、制御部により、図１（ａ）に示す曲率半径Ｒ（＝９ｍｍ）の状態から図２（ａ）に示す曲率半径Ｒ1＝２０ｍｍとなるように、第１界面１０６の形状を変化させる。このとき、上述のように、分散ρの値が、第１液体１０４よりも第２液体１０５の方が大きい場合、良好に色収差補正を実施するためには、曲率半径Ｒの逆数である曲率と厚さｄ2との変化の方向が逆方向であればよい。したがって、図２（ａ）では、曲率半径が９ｍｍから２０ｍｍに増加し、曲率は減少したので、厚さｄ2は増加させる必要がある。しかしながら、レンズ部１０１の内部のみで考慮すると、第１液体１０４と第２液体１０５とは体積が一定であるので、第２液体１０５の厚さｄ2は、図１（ａ）の状態よりも減少し、３．４ｍｍとなる。即ち、（表２）に示すように、Ｆ線とＣ線との像点の差ΔＳは、ゼロではなくなり、色収差が発生する。そこで、液体レンズ１００は、図２（ｂ）に示すように、第２制御部により液体槽１０２内の第２界面１０９を紙面右側（レンズ部１０１における像面側）へ移動させ、レンズ部１０１内の第２液体１０５の体積を増加させることで、厚さｄ2を増加させる。これにより、変化後の厚さｄ2の値は、８．９ｍｍとなり、（表２）に示すように、Ｆ線とＣ線との像点の差ΔＳはゼロとなり、上記色消し条件を満たす。なお、第１界面１０６を図２（ａ）から図２（ｂ）の状態に変化させる際、厚さｄ2の変化に起因して第１界面１０６の曲率半径が所望の値からずれる場合は、厚さｄ2の値に応じて制御部により駆動電圧を補正し、曲率半径が所望の値になるように制御する。
【００２９】
以上のように、本発明によれば、光学面である第１界面１０６における屈折力の変化に伴い、第２液体１０５の厚さｄ2が変化することも考慮しているので、従来の屈折力のみを考慮した場合に比べて、より良好に色収差の補正を実現できる。更に、本発明では、厚さｄ2を可変としているので、光学面の屈折力と、厚さｄ2とを独立に変化させることができ、色収差の補正条件を満たしつつ、光学面の屈折力を連続的に変化させることが可能となる。即ち、本発明の液体レンズ１００は、屈折力を変化させたときであっても、色収差を低減することができる。
【００３０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る液体レンズの構成について説明する。図３は、第２実施形態に係る液体レンズの概略断面図である。本実施形態の液体レンズ２００も、２種類の液体を使用し、該２種類の液体で形成される界面の形状をエレクトロウェッティング方式にて制御するものである。液体レンズ２００は、第１液体２０１と第２液体２０２とを内包するレンズ部２０３と、該レンズ部２０３に流路２０４を介して連設される液体槽２０５とを備える。なお、本実施形態において、レンズ部２０３における物体面及び像面の対応位置と、各液体２０１、２０２の光軸上での厚さｄ1、ｄ2と、各液体２０１、２０２で形成される第１界面２０６の曲率半径Ｒとの各定義は、それぞれ第１実施形態と同一とする。この場合も、液体レンズ２００は、第１界面２０６に対して光軸上の後部に位置する第２液体２０２の分散が、前部に位置する第１液体２０１の分散よりも大きい場合には、曲率と厚さｄ2との変化の方向が逆方向になるように第１界面２０６の形状を制御する。これらを踏まえ、本実施形態の液体レンズ２００は、レンズ部２０１内の第１液体２０１の体積を一定とし、一方、レンズ部２０１内の第２液体２０２の体積のみを可変とすることを特徴とする。
【００３１】
レンズ部２０１は、略円筒形の筐体２０７を有し、該筐体２０７の内部に、光の入射する側から順に、第１液体２０１及び第２液体２０２が光軸方向に２層配置されている。第１液体１０４及び第２液体１０５に採用する物質は、第１実施形態と同様である。また、レンズ部２０１は、その像面側に、第２液体２０２の厚さｄ２を変化させるための蛇腹部２０８を備える。該蛇腹部２０８は、後述の液体槽２０５によるレンズ部２０１内の第２液体２０２の体積変化に伴って、適宜光軸方向に伸縮可能な厚さ可変手段である。なお、蛇腹部２０８に採用する構造体は、蛇腹形状の構造に限定するものではなく、光軸方向に伸縮可能であれば、リニア構造体等で形成されても良い。更に、液体レンズ２００は、第１実施形態と同様に、筐体２０７の円周部と一体となるように設置される円環形状の電極と、液体レンズ２００の外部に設置される、電極に電圧を印加することで第１界面２０６を制御する制御部とを備える。
【００３２】
液体槽２０５は、レンズ部２０３内の第２液体２０２を内部に流出入可能とする箱型の槽である。この液体槽２０５は、レンズ部２０３の第２液体２０２の配置部、即ち、蛇腹部２０８と連通する位置に対応した外壁に、第２液体２０２を流出入可能とする流路２０４を備える。液体槽２０５において、流路２０４から流出入する第２液体２０２は、別途設置されるポンプ等の不図示の液体調整装置により第２液体２０２の第２界面２０９を変化させることで制御される。したがって、液体槽２０５は、レンズ部２０３に構成される蛇腹部２０８の伸縮移動と併せ、調整装置の駆動により、レンズ部２０３内の第２液体２０２の体積を適宜変化させることができる。なお、上記液体調整装置は、上記電極に電圧を印加して第１界面２０６の形状を制御する制御部に対して通信可能な不図示の第３制御部により駆動制御される。前記制御部と第３制御部とは、後述の色収差補正を実行するため、互いに連動、若しくは単体で動作するものであり、ある１つの制御装置で構成されても良いし、それぞれ別の制御装置で構成されても良い。以上の構成により、本実施形態でも、液体レンズ２００は、レンズ部２０３において、エレクトロウェッティング方式による第１界面２０６の形状制御に加えて、液体槽２０５による第２液体２０２の厚さ調整を実施することができる。
【００３３】
次に、本実施形態の液体レンズ２００に関し、第１実施形態に示した色収差補正の原理に実際の数値を当てはめる。（表３）は、各液体２０１、２０２のＣ線、ｄ線、Ｆ線の各屈折率ｎC、ｎd、ｎF及び分散ρを示す一覧表である。ここで、（表３）では、第１実施形態と同様に、第１液体２０１は水溶液であり、一方、第２液体２０２は、シリコンオイルを想定している。また、（表３）に示す各数値は、レンズ部２０３の半径を６ｍｍ、厚さを１０ｍｍ、また、図３に示すように第１界面２０６の曲率半径Ｒを９ｍｍ、及び、第２液体２０２の光軸上の厚さｄ2を４ｍｍとして算出したものである。ここで、（表３）に示すように、分散ρの値は、第１界面２０６の前部に位置する第１液体２０１よりも、後部に位置する第２液体２０２の方が大きい。
【００３４】
【表３】
2011169970.tif 000013
【００３５】
また、（表４）は、上記条件における、Ｃ線に対する焦点距離ｆCと像点までの距離ＳCと、ｄ線に対する焦点距離ｆdと像点までの距離Ｓdと、Ｆ線に対する焦点距離ｆFと像点までの距離ＳFと、更に、Ｆ線とＣ線との像点の差ΔＳとを示す一覧表である。なお、（表４）中の数値の単位は、全て（ｍｍ）である。ここで、（表４）に示すように、Ｆ線とＣ線との像点の差ΔＳはゼロであり、上記色消し条件を満たす。
【００３６】
【表４】
2011169970.tif 000014
【００３７】
次に、上記の条件を踏まえ、液体レンズ２００を制御する場合について説明する。図４は、液体レンズ２００の動作を示す概略図である。まず、液体レンズ２００は、制御部により、図３に示す曲率半径Ｒ（＝９ｍｍ）の状態から図４（ａ）に示す曲率半径Ｒ1＝２０ｍｍとなるように、第１界面２０６の形状を変化させる。このとき、上述のように、分散ρの値が、第１液体２０１よりも第２液体２０２の方が大きい場合、良好に色収差補正を実施するためには、曲率半径Ｒの逆数である曲率と厚さｄ2との変化の方向が逆方向であればよい。したがって、図４（ａ）では、曲率半径が９ｍｍから２０ｍｍに増加し、曲率は減少したので、厚さｄ2は増加させる必要がある。しかしながら、レンズ部２０３の内部のみで考慮すると、第１液体２０１と第２液体２０２とは体積が一定であるので、第２液体２０２の厚さｄ2は、図３の状態よりも減少し、３．４ｍｍとなる。即ち、（表４）に示すように、Ｆ線とＣ線との像点の差ΔＳは、ゼロではなくなり、色収差が発生する。そこで、液体レンズ２００は、図４（ｂ）に示すように、第３制御部により液体槽２０５内の第２界面２０９を紙面下側へ移動させる。この界面移動により、レンズ部２０３内の第２液体２０２の体積が増加し、それに伴って、蛇腹部２０８が連動して紙面右側に伸びることで厚さｄ2が増加する。これにより、変化後の厚さｄ2の値は、９．４ｍｍとなり、（表４）に示すように、Ｆ線とＣ線との像点の差ΔＳはゼロとなり、上記色消し条件を満たす。なお、第１界面２０６を図４（ａ）から図４（ｂ）の状態に変化させる際に、厚さｄ2の変化に起因して第１界面２０６の曲率半径が所望の値からずれる場合は、厚さｄ2の値に応じて制御部により駆動電圧を補正し、曲率半径が所望の値になるように制御する。このように、本実施形態の液体レンズ２００によれば、第１実施形態の液体レンズ１００と同様の効果を奏する。
【００３８】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る液体レンズの構成について説明する。図５は、第３実施形態に係る液体レンズの概略断面図である。なお、図５において、図１に示す液体レンズ１００と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態の液体レンズ３００も、２種類の液体を使用し、該２種類の液体で形成される界面の形状をエレクトロウェッティング方式にて制御するものである。液体レンズ３００は、第１液体３０１と第２液体３０２とを内包するレンズ部３０３と、第１実施形態と同様に、第１液体３０１用の第１流路１０７と第２液体３０２用の第２流路１０８とを介してレンズ部３０３に連設される液体槽１０２とを備える。なお、本実施形態において、レンズ部３０３における物体面及び像面の対応位置と、各液体３０１、３０２の光軸上での厚さｄ1、ｄ2と、各液体３０１、３０２とで形成される第１界面３０４の曲率半径Ｒとの各定義は、それぞれ第１実施形態と同一とする。また、本実施形態では、図５に示すように、曲率半径Ｒの符号は、負である。この場合も、液体レンズ３００は、第１界面３０４に対して後部にある第２液体３０２の分散が、前部にある第１液体３０１の分散よりも大きい場合は、曲率半径Ｒの逆数である曲率と厚さｄ2との変化の方向が逆方向になるように第１界面３０４の形状を制御する。これらを踏まえ、本実施形態の液体レンズ３００は、筐体３０５に設置される、第１界面３０４の形状を制御するための電極の断面が、円周部３０６に示すように、光軸に向かって凸となるような曲面形状を有することを特徴とする。これにより、液体レンズ３００は、電極に印加される電圧が同じでも、筐体３０５の円周部壁面に接触する第１界面３０４の端部の位置により曲率が変化するため、曲率半径の可変範囲を広くすることができる。なお、電極の曲面形状は、光軸に向かって凸とするだけでなく、凹としても良い。電極の曲面形状を光軸に向かって凹とすることで、印加電圧が変化した場合の曲率の変化が敏感となり、電圧の小さな変化でも曲率半径の大きな変化を与えることができる。
【００３９】
次に、本実施形態の液体レンズ３００に関し、第１実施形態に示した色収差補正の原理に実際の数値を当てはめる。（表５）は、各液体３０１、３０２のＣ線、ｄ線、Ｆ線の各屈折率ｎC、ｎd、ｎF及び分散ρを示す一覧表である。ここで、（表５）では、第１実施形態と同様に、第１液体３０１は水溶液であり、一方、第２液体３０２は、シリコンオイルを想定している。また、（表５）に示す各数値は、レンズ部３０３の半径を１５ｍｍ、厚さを３５ｍｍ、また、図５に示すように第１界面３０４の曲率半径Ｒを−１１ｍｍ、及び、第２液体３０２の光軸上の厚さｄ2を１５ｍｍとして算出したものである。ここで、（表５）に示すように、分散ρの値は、第１界面３０４の前部に位置する第１液体３０１よりも、後部に位置する第２液体３０２の方が大きい。
【００４０】
【表５】
2011169970.tif 000015
【００４１】
また、（表６）は、上記条件における、Ｃ線に対する焦点距離ｆCと像点までの距離ＳCと、ｄ線に対する焦点距離ｆdと像点までの距離Ｓdと、Ｆ線に対する焦点距離ｆFと像点までの距離ＳFと、更に、Ｆ線とＣ線との像点の差ΔＳとを示す一覧表である。なお、（表６）中の数値の単位は、全て（ｍｍ）である。ところで、第１及び第２実施形態では、本発明の液体レンズ１００、２００のみを使用して色収差補正を実施することを前提としているので、Ｆ線とＣ線との像点の差ΔＳがゼロとなるように制御する。しかしながら、本実施形態では、液体レンズ３００と、その他のレンズとを組み合わせて光学系を構成した場合を想定したので、液体レンズ３００のみでは色収差が発生するが、他のレンズと打ち消し合い、光学系全体としては色収差が補正される条件を考える。したがって、（表６）に示すように、Ｆ線とＣ線との像点の差ΔＳは、ゼロではなく、０．１７ｍｍである。
【００４２】
【表６】
2011169970.tif 000016
【００４３】
次に、上記の条件を踏まえ、液体レンズ３００を制御する場合について説明する。図６は、液体レンズ２００の動作を示す概略図である。まず、液体レンズ３００は、制御部により、図５に示す曲率半径Ｒ（＝−１１ｍｍ）の状態から図６（ａ）に示す曲率半径Ｒ1＝−２０ｍｍとなるように、第１界面３０４の形状を変化させる。このとき、上述のように、分散ρの値が、第１液体３０１よりも第２液体３０２の方が大きい場合、良好に色収差補正を実施するためには、曲率半径Ｒの逆数である曲率と厚さｄ2との変化の方向が逆方向であればよい。したがって、図６（ｂ）では、曲率半径が−１１ｍｍから−２０ｍｍに減少し、曲率は正の方向に変化したので、厚さｄ2は減少させる必要がある。しかしながら、レンズ部３０３の内部のみで考慮すると、第１液体３０１と第２液体３０２とは体積が一定であるので、第２液体３０２の厚さｄ2は、図６（ａ）の状態よりも減少する。そこで、液体レンズ３００は、図６（ｂ）に示すように、第２制御部により液体槽１０２内の第２界面１０９を、紙面左側（レンズ部３０３における物体面側）へ移動させ、レンズ部３０３内の第１液体３０１の体積を増加させる。これにより、レンズ部３０３内の第２液体３０２の体積が減少し、厚さｄ2が減少する。このとき、変化後の厚さｄ2の値を４ｍｍとすると、（表６）に示すように、Ｆ線とＣ線との像点の差ΔＳは、０．１７ｍｍとなり、曲率半径を変化させる前と同じ値となるので、液体レンズ３００は、良好に色収差を補正する。なお、第１界面３０４を図６（ａ）から図６（ｂ）の状態に変化させる際に、厚さｄ2の変化に起因して第１界面３０４の曲率半径が所望の値からずれる場合は、厚さｄ2の値に応じて制御部により駆動電圧を補正し、曲率半径が所望の値になるように制御する。このように、本実施形態の液体レンズ３００によれば、第１実施形態の液体レンズ１００と同様の効果を奏すると共に、曲率半径の可変範囲を広くする点で有利である。
【００４４】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００４５】
第１実施形態では、液体槽１０２の形状を、図２に示すようにレンズ部１０１の上部に設置する箱型としたが、本発明は、これに限定されない。例えば、図７に示すように、液体槽の形状を、レンズ部１０１の外周全体を覆う円環としても良い。この場合、液体槽４０１は、図７（ａ）に示すように、レンズ部１０１の外周部全周に沿って連設された、第１流路４０２及び第２流路４０３を備える。また、液体槽４０１は、図７（ｂ）に示すように、第１実施形態の駆動部１１１に対応した環状の駆動部４０４を有し、該駆動部４０４は、液体槽４０１内の仕切り板４０５を光軸方向で駆動する。この実施形態では、第１及び第２流路４０２、４０３の出入り口の表面積が増加するため、駆動部４０４は、レンズ部１０１内での液体量をスムーズに変化させることができる。
【００４６】
また、上記実施形態では、レンズ部内の液体界面の形状を、エレクトロウェッティング現象により変化させたが、本発明は、これに限定されない。例えば、液体界面部を、シリコンゴム等の光学的に透明と見なせる弾性膜（弾性部材）で形成し、該弾性膜の端部を駆動部により適宜移動させることで、界面形状を変化させることも可能である。図８は、第２実施形態の液体レンズ２００において、第１界面２０６を弾性膜５０１で形成した場合を示す概略図である。この場合、弾性膜５０１は、筐体２０７の外周部に設置された駆動部５０２により適宜光軸方向に移動する。この実施形態では、第１液体２０１と第２液体２０２とが界面において混合することがないため、エレクトロウェッティング現象を利用した場合のように、水と油のような混合しない物質のみに限定されず、液体の選択の幅が広がる。なお、この場合、第１液体２０１に相当する第１媒質は、空気でもよい。
【００４７】
更に、第２実施形態に示す液体レンズ２００は、レンズ部２０３の像面部に蛇腹部２０８を設置する構成としたが、本発明は、これに限定されない。例えば、液体レンズ２００は、図９に示すように、光透過部（図４におけるレンズ部２０３）を、レンズ部６０１と厚さ可変部６０２とに分けた構成してもよい。この場合、レンズ部６０１は、第１液体６０３と第２液体６０４とを包含し、２つの液体で形成される第１界面６０５の形状をエレクトロウェッティング現象で制御する。また、厚さ可変部６０２は、第２実施形態と同様の蛇腹部２０８を有し、レンズ部６０１に光軸方向で連設された本体部と、第２実施形態と同様の液体槽２０５とを備える。厚さ可変部６０２は、上記本体部内の第２液体６０４の体積を適宜調整することで、蛇腹部２０８が伸縮し、レンズ部６０１内の第２液体６０４と本体部内の第２液体６０４との間の厚さｄ21＋ｄ22を調整する。この実施形態では、液体レンズの構成が、レンズ部６０１と厚さ可変部６０２とに分かれているため、液体レンズの製造が容易になる。
【符号の説明】
【００４８】
１００  液体レンズ
１０２  液体槽
１０４  第１液体
１０５  第２液体
１０６  第１界面
【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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