(57)【要約】【課題】可変焦点距離範囲をより広げることが可能な光学素子を提供する。【解決手段】第１液体１９と、この第１液体１９と混合しない第２液体２０とを備えて容器１２内に封入し、この容器１２内に加える物理量を変化させることで、第１液体１９と第２液体２０との境界面２１の形状を変化させることが可能な液体レンズを有する光学素子１０を、第１液体１９側に位置し、第１液体１９と第２液体２０との境界面２１を貫くように構成した液体レンズの光軸Ｘが貫く第１光学部材１７と、第２液体２０側に位置し、第１液体１９と第２液体２０との境界面２１を貫くように構成した液体レンズの光軸Ｘが貫く第２光学部材１６とを有して構成する。この光学素子１０には、第１光学部材１７に反射面１８ａが設けられており、この光学部材１０に入射した光線が、光の進む順に第２液体２０及び第１液体１９を通過後、反射面１８ａで反射し、再び第１液体１９及び第２液体２０を通過して、射出されるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１液体と、当該第１液体と混合しない第２液体とを備えて容器内に封入し、前記容器内に加える物理量を変化させることで、前記第１液体と前記第２液体との境界面形状を変化させることが可能な液体レンズを有し、
前記第１液体側に位置し、前記第１液体と前記第２液体との境界面を貫く前記液体レンズの光軸が貫く第１光学部材と、
前記第２液体側に位置し、前記第１液体と前記第２液体との境界面を貫く前記液体レンズの光軸が貫く第２光学部材とを有し、
前記第１光学部材に反射面が設けられ、
入射した光線が、光の進む順に前記第２液体及び前記第１液体を通過後、前記反射面で反射し、再び前記第１液体及び前記第２液体を通過して、射出されるように構成された光学素子。
【請求項２】
前記第１液体および前記第２液体のいずれか一方は導電性であり、他方は絶縁性である請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記物理量は電圧である請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記液体レンズの内壁面は前記境界面に対して前記液体レンズの光軸の周りの全周で接して構成された請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項５】
前記液体レンズの内壁面を形成する部材に設けられた電極と、
前記電極と前記第１液体及び前記第２液体との間に設けられた絶縁手段とを有し、
前記導電性の液体と前記電極との間に電圧を印加することにより前記境界面形状を変化させるように構成された請求項４に記載の光学素子。
【請求項６】
前記第１液体及び前記第２液体はほぼ同密度である請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項７】
前記液体レンズの光軸が、入射する光線の光軸及び射出する光線の光軸にほぼ一致するように構成された請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子。
【請求項８】
前記第１液体及び前記第２液体は異なる屈折率を有するように構成された請求項１〜７のいずれかに記載の光学素子。
【請求項９】
前記反射面が、前記導電性の液体に接する光学部材の前記導電性の液体側の面に取り付けられた導電性材料の反射部材で形成されている請求項２〜８のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１０】
前記反射面が、前記絶縁性の液体側の光学部材の、前記絶縁性の液体側の面に取り付けられた導電性材料の反射部材で形成され、
前記反射部材と前記絶縁性の液体との間に、非導電性の透明部材が設けられた請求項２〜８のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１１】
前記液体レンズの内壁面が、前記液体レンズの光軸に対して回転対称に形成された請求項１〜１０のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１２】
全体として正の屈折力を有する撮影光学系であって、
光路中に、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学素子を有して構成された撮影光学系。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学素子を用いて結像する結像方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の撮影光学系により撮影する撮影方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子及びこの光学素子を有する撮影光学系と、これらを用いた結像方法及び撮影方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フォーカシングや変倍などを行う光学系では、固定焦点距離レンズを光軸方向に移動させることで、これらのフォーカシング、変倍を行ってきた。固定焦点距離レンズを移動させるためには、モーターなどの動力源と、この動力源からの駆動力を固定焦点距離レンズの光軸方向への移動に変換するためのギアやカムなどのメカニカル機構が必要であったが、これらのメカニカル機構によって、カメラ等が大型化する、また、駆動音が発生するなどの問題があった。
【０００３】
これらの問題を解決する方法として、エレクトロウェティング現象を用いた可変焦点距離レンズや、面形状変化によって焦点距離を変えることができる可変形状ミラーなどを用い、動力源やメカニカル機構なしに電気的にフォーカシングや変倍、視度調整などを行うことができる光学系が近年数多く提案されている（例えば、特許文献１または２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２４９２８２号公報
【０００５】
【特許文献２】特開２００４−１９８６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の光学素子では、各液体材料及び印加電圧の制限により可変焦点距離範囲を大きく取ることができないという課題があった。また、形状変化を反射面で行うように構成すると、可変反射面の形状誤差による光学収差への影響が大きくなるという課題があったほか、精密可動面である可変反射面を外観部材として配置しようとしたときに、精度確保が難しいという課題や耐久性が悪化するという課題があった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、可変焦点距離範囲をより広げることが可能であり、可変面形状誤差による光学収差への影響が少なく、外観部材としても精度確保・耐久性の点で使用可能な光学素子及びこの光学素子を有する撮影光学系と、これらを用いた結像方法及び撮影方法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】
前記課題を解決するために、本発明に係る光学素子は、第１液体と、当該第１液体と混合しない第２液体とを備えて容器内に封入し、前記容器内に加える物理量を変化させることで、前記第１液体と前記第２液体との境界面形状を変化させることが可能な液体レンズを有し、前記第１液体側に位置し、前記第１液体と前記第２液体との境界面を貫く前記液体レンズの光軸が貫く第１光学部材と、前記第２液体側に位置し、前記第１液体と前記第２液体との境界面を貫く前記液体レンズの光軸が貫く第２光学部材とを有し、前記第１光学部材に反射面が設けられ、入射した光線が、光の進む順に前記第２液体及び前記第１液体を通過後、前記反射面で反射し、再び前記第１液体及び前記第２液体を通過して、射出されるように構成される。
【０００９】
この光学素子において、前記第１液体および前記第２液体のいずれか一方は導電性であり、他方は絶縁性であることが好ましい。
【００１０】
上記光学素子において、前記物理量は電圧であることが好ましい。
【００１１】
上記光学素子において前記液体レンズの内壁面は前記境界面に対して前記液体レンズの光軸の周りの全周で接して構成されるのが好ましい。
【００１２】
上記光学素子において、前記液体レンズの内壁面を形成する部材に設けられた電極と、前記電極と前記第１液体及び前記第２液体との間に設けられた絶縁手段とを有し、前記導電性の液体と前記電極との間に電圧を印加することにより前記境界面形状を変化させるように構成されるのが好ましい。
【００１３】
上記光学素子において、前記第１液体及び前記第２液体はほぼ同密度であることが好ましい。
【００１４】
上記光学素子において、前記液体レンズの光軸が、入射する光線の光軸及び射出する光線の光軸にほぼ一致するように構成されるのが好ましい。
【００１５】
上記光学素子において、前記第１液体及び前記第２液体は異なる屈折率を有するように構成されるのが好ましい。
【００１６】
上記光学素子において、前記反射面が、前記導電性の液体に接する光学部材の前記導電性の液体側の面に取り付けられた導電性材料の反射部材で形成されているのが好ましい。
【００１７】
上記光学素子において、前記反射面が、前記絶縁性の液体側の光学部材の、前記絶縁性の液体側の面に取り付けられた導電性材料の反射部材で形成され、前記反射部材と前記絶縁性の液体との間に、非導電性の透明部材が設けられているのが好ましい。
【００１８】
上記光学素子において、前記液体レンズの内壁面が、前記液体レンズの光軸に対して回転対称に形成されているのが好ましい。
【００１９】
本発明に係る撮影光学系は、全体として正の屈折力を有する撮影光学系であって、光路中に、上述の光学素子のいずれかを有して構成される。
【００２０】
本発明に係る結像方法は、上述の光学素子のいずれかを用いて結像する方法であり、本発明に係る撮影方法は、上述の撮影光学系により撮影する方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る光学素子、この光学素子を用いた撮影光学系、並びに、これらを用いた結像方法及び撮影方法を以上のように構成すると、可変焦点距離範囲をより広げることが可能で、可変面形状誤差による光学収差への影響が少なく、外観部材としても精度確保・耐久性の点で使用可能な光学素子を提供することができるとともに、この光学素子を用いた撮影光学系と、これらを用いた結像方法及び撮影方法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】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて第１実施例に係る光学素子について説明する。この光学素子１０は、導電性材料が円筒形の碗状に形成された第１電極１１、プラスチック等の絶縁性材料が円筒状に形成された容器１２、導電性材料が二重円筒状に形成された第２電極１３、絶縁性材料が円筒状に形成された第１絶縁体１４、光を透過する絶縁性材料が円筒形の碗状に形成された第２絶縁体１５、光を透過する材料が円板状に形成された第２光学部材１６、及び、光を透過する材料が円板状に形成された第１光学部材１７から構成される。第２電極１３は、断面がコの字状に形成されており、容器１２の内周面、下面及び外周面を覆うように取り付けられている。また、第１絶縁体１４の外径は、第２電極１３及び容器１２の内径と略同一大きさに形成されており、第２電極１３及び容器１２の内周面に対して、第１絶縁体１４が挿入されて取り付けられている。さらに、第２絶縁体１５の外径は、第１絶縁体１４の内径と略同一大きさに形成されており、この第２絶縁体１５の開口部１５ａが上方に向くように、第１絶縁体１４内に挿入されて取り付けられている。
【００２３】
この容器１２に対して第２電極１３、第１絶縁体１４及び第２絶縁体１５が取り付けられた状態で、これらの下面は略同一平面上に位置しており、この下面に対して第２光学部材１６が接合されている。また、容器１２、第１絶縁体１４及び第２絶縁体１５の上面も略同一平面上に位置しており、この上面に対して第１電極１１の開口部１１ａが上方に向くように底部１１ｂが接合されている。第１電極１１の底部１１ｂには、円形の開口窓１１ｃが設けられており、この開口窓１１ｃの内径は、第２絶縁体１５の開口部１５ａの内径よりやや小さく形成されており、開口窓１１ｃと開口部１５ａとはその回転対称軸（後述する液体レンズの光軸Ｘ）が一致している。また、第１電極１１の内径と第１光学部材１７の外形とは略同一大きさに形成されており、この第１電極１１には、開口部１１ａから内部に第１光学部材１７が挿入されて取り付けられており、この第１光学部材１７が開口窓１１ｃを塞いでいる。なお、第１光学部材１７の上端面には、反射率の高い材料が蒸着された反射層１８が形成され反射面１８ａとして機能している。
【００２４】
第２絶縁体１５と第１電極１１及び第１光学部材１７とで囲まれた空間には、導電性の塩化リチウム水溶液（これを「第１液体１９」と呼ぶ）と、この第１液体１９と同密度の絶縁性のシリコンオイル（これを「第２液体２０」と呼ぶ）とが充填されて封入されている。このとき、第１液体１９と第２液体２０とは混合せず、表面張力により境界面２１が形成され（図１においては第１液体１９が境界面２１の上側の第１光学部材１７側に、第２液体２０は境界面２１の下側の第２光学部材１６側に位置する）、この境界面２１を境にこれらの液体１９，２０が配置されて液体レンズを構成している。なお、第１液体１９と第２液体２０とが同密度で構成されることで、境界面２１へ重力が全く影響しなくなるため、この境界面２１にかかる重力方向の影響を回避することができ、また、振動による混合を回避することができる。
【００２５】
図１において、第２絶縁体１５の内壁面１５ｂは回転対称に形成されており、この内壁面１５ｂに対する回転対称軸と、液体レンズの光軸Ｘは一致している。図１において、この液体レンズの光軸Ｘは、下方から上方に向かって入射する入射光線の光軸と一致しており、この液体レンズの光軸Ｘは、第２光学部材１６、境界面２１及び第１光学部材１７を貫いている。この液体レンズの光軸Ｘを光軸として入射した光線は、第２光学部材１６、第２絶縁体１５、第２液体２０及び第１液体１９を透過して反射層１８の下面（反射面１８ａ）で反射し、再び、第１液体１９、第２液体２０、第２絶縁体１５及び第２光学部材１６を透過し、液体レンズの光軸Ｘと一致する光軸の光線として射出される。すなわち、この液体レンズの光軸Ｘは、上方から下方に向かって射出する射出光線の光軸と一致している。
【００２６】
この光学素子１０において、第１液体１９と第２液体２０との境界面２１は、液体レンズの光軸Ｘ周りの全周で内壁面１５ｂに接している。また、第２電極１３は第１及び第２絶縁体１４，１５により第１液体１９及び第２液体２０とは絶縁されており、一方、第１電極１１の開口部１１ｃは第１液体１９に接して電気的に接続されている。したがって、第１電極１１及び第２電極１３に電圧を印加することで、境界面２１と内壁面１５ｂとの表面張力を変更可能であり、物理量である電圧の変化に対して、境界面形状の変更が可能な構成となっている。ここで、第１液体１９のｄ線における屈折率はｎ＝１．４１であり、第２液体２０のｄ線における屈折率はｎ＝１．５５であることから、電圧変化に伴う境界面形状の変化により、この光学素子１０全体の焦点距離を変更可能としている。また、光線は境界面２１を２回通過することになり、この境界面２１を１回通過する場合に比べて約２倍の屈折力を得ることができ、可変焦点距離範囲をより広げることが可能な光学素子を提供することができる。
【００２７】
このとき、可変焦点面（境界面２１）は屈折面であるため、反射面を可変焦点面に利用した場合に比べて可変面形状誤差の影響を受けにくく、可変面形状誤差による光学収差への影響が少ない光学素子を提供することができる。また、可変焦点面が光学素子１０の外に露出していないため、外観部材としても精度確保・耐久性の点で使用可能な光学素子を提供することができる。
【００２８】
なお、以上の説明においては、第２絶縁体１５の内壁面１５ｂを回転対称に形成した場合について説明したが、本実施例がこの形状に限定されることはなく、例えば内壁面１５ｂの形状を、液体レンズの光軸Ｘを含む面対称に構成することも可能である。あるいは、内壁面１５ｂは非対称形状であっても良い。また、第１液体１９及び第２液体２０として、屈折率がほぼ同一で、アッベ数が異なる２つの液体を用いることにより、電圧変化に伴う境界面形状の変化により、この光学素子１０全体の色収差を変更可能に構成することもできる。また、第１絶縁体１４と第２絶縁体１５を透明な一体の絶縁体で構成しても良い。あるいは、第１絶縁体１４と第２絶縁体１５を透明な絶縁性薄膜で構成することもできる。
【００２９】
図２には、第２実施例に係る光学素子１０′が示されている。なお、この第２実施例の説明において、第１実施例と同一の部材は同一の符号を付して説明を省略する。この光学素子１０′は、第１光学部材１７′を外側（第１液体１９と接しない方の面側）に凸の形状をした凹面鏡にしたものであり、この外側の凸面に反射率の高い材料が蒸着された反射層１８′が形成され反射面１８ａとして機能している。このように、第１光学部材１７′を凹面鏡とすることにより、全体としての正の屈折力を強く持たせた上で、焦点距離を変更できるようにしている。なお、図２（ａ）は第１状態を示し、図２（ｂ）は第２状態を示しているが、これは、光学素子１０′の第１及び第２電極１１，１３に印加される電圧が異なっているときの状態を示している。したがって、この電圧を変化させることにより、図示の通り境界面形状が変化して、光学素子１０′全体の焦点距離を変化させることができる。なお、この第２実施例に係る光学素子１０′も、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
次に、図３を用いて第３実施例に係る光学素子について説明する。この光学素子３０は、導電性材料が円筒形の碗状に形成された第１電極３１、プラスチック等の絶縁性材料が円筒状に形成された容器３２、導電性材料が二重円筒状に形成された第２電極３３、絶縁性材料が円筒状に形成された第１絶縁体３４、光を透過する絶縁性材料が円筒形の碗状に形成された第２絶縁体３５、光を透過する材料が円板状に形成された光学部材３６、及び、円板状に形成された光学補強部材３７から構成される。第２電極３３は、断面がコの字状に形成されており、容器３２の内周面、上面及び外周面を覆うように取り付けられている。また、第１絶縁体３４の外径は、第２電極３３及び容器３２の内径と略同一大きさに形成されており、第２電極３３及び容器３２の内周面に対して、第１絶縁体３４が挿入されて取り付けられている。さらに、第２絶縁体３５の外径は、第１絶縁体３４の内径と略同一大きさに形成されており、この第２絶縁体３５の開口部３５ａが下方に向くように、第１絶縁体３４内に挿入されて取り付けられている。
【００３１】
この容器３２に対して第２電極３３、第１絶縁体３４及び第２絶縁体３５が取り付けられた状態で、これらの上面は略同一平面上に位置しており、この上面に対して光学部材３６が接合されている。また、容器３２、第１絶縁体３４及び第２絶縁体３５の下面も略同一平面上に位置しており、この下面に対して第１電極３１の開口部３１ａが下方に向き、底部３１ｂで第２絶縁体３５の開口部３５ａを塞ぐように接合されている。なお、第１電極３１の内部には開口部３１ａから挿入された光学補強部材３７が取り付けられている。
【００３２】
第２絶縁体３５と第１電極３１とで囲まれた空間には、第１液体３９（導電性の塩化リチウム水溶液）と、この第１液体３９と同密度の第２液体４０（絶縁性のシリコンオイル）とが充填されて封入されている。そのため、この第３実施例においても、第１液体３９と第２液体４０とは混合せず、表面張力により境界面４１が形成され、この境界面４１を境にこれらの液体３９，４０が配置されるが（第１液体３９が境界面４１の下側に位置し、第１光学部材としての機能を有する光学補強部材３７の側にあり、第２液体４０は境界面４１の上側で、第２光学部材としての機能を有する光学部材３６の側に位置している）、第１液体３９と第２液体４０とは同密度であるため、この境界面４１にかかる重力方向の影響と振動による混合を回避することができる。
【００３３】
図３において、第２絶縁体３５の内壁面３５ｂは回転対称に形成されており、この内壁面３５ｂに対する回転対称軸と、液体レンズの光軸Ｘは一致している。図３において、この液体レンズの光軸Ｘは、上方から下方に向かって入射する入射光線の光軸と一致しており、この液体レンズの光軸Ｘは、光学部材３６、境界面４１を貫いている。この液体レンズの光軸Ｘを光軸として入射した光線は、光学部材３６、第２絶縁体３５、第２液体４０及び第１液体３９を透過する。この光学部材３０において、第１電極３１は高反射率の材料で形成されているため、第１液体３９を透過した光線は、第１電極３１を構成する底部３１ｂの第１液体３９側の面（反射面３１ｃ）で反射し、再び、第１液体３９、第２液体４０、第２絶縁体３５及び光学部材３６を透過し、液体レンズの光軸Ｘと一致する光軸の光線として射出される。
【００３４】
この光学素子３０においても、第１液体３９と第２液体４０との境界面４１は、液体レンズの光軸Ｘ周りの全周で内壁面３５ｂに接している。また、第２電極３３は第１及び第２絶縁体３４，３５により第１液体３９及び第２液体４０とは絶縁されており、一方、第１電極３１の底部３１ｂは第１液体３９に接して電気的に接続されている。したがって、第１電極３１及び第２電極３３に電圧を印加することで、境界面４１と内壁面３５ｂとの表面張力を変更可能であり、物理量である電圧の変化に対して、境界面形状の変更が可能な構成となっている。この第３実施例においても、第１液体３９のｄ線における屈折率はｎ＝１．４３であり、第２液体４０のｄ線における屈折率はｎ＝１．５２であることから、電圧変化に伴う境界面形状の変化により、この光学素子３０全体の焦点距離を変更可能としている。
【００３５】
このように、第１電極３１を高反射率の材料で構成し、この光学部材３０に入射した光線の反射面とすることにより、第１及び第２実施例のように光学部材に高反射材料を別に蒸着させる必要がなく、簡単な構成とすることができる。また、第１電極３１を光学補強部材３７の表面に蒸着した導電性を有し高反射率の薄膜とすることも可能であり、その場合も同様の効果が得られる。なお、その他の効果は、第１実施例と同様である。
【００３６】
さらに、図４を用いて第４実施例に係る光学素子について説明する。この光学素子５０は、導電性材料が円筒形の碗状に形成された第１電極５１、プラスチック等の絶縁性材料が円筒状に形成された容器５２、導電性材料が二重円筒形の碗状に形成された第２電極５３、絶縁性材料が円筒状に形成された第１絶縁体５４、光を透過する絶縁性材料が円筒形の碗状に形成された第２絶縁体５５、光を透過する材料が円板状に形成された光学部材５６、及び、円板状に形成された光学補強部材５７から構成される。第２電極５３は、外壁部５３ａと内壁部５３ｂとで容器５２の内周面と外周面を挟持し、底部５３ｃで容器５２の下面を覆うように取り付けられている。また、第１絶縁体５４の外径は、第２電極５３の内壁部５３ｂの内径及び容器５２の内径と略同一大きさに形成されており、第２電極５３の内壁部５３ｂ及び容器５２の内周面に対して、第１絶縁体５４が挿入されて取り付けられている。さらに、第２絶縁体５５の外径は、第１絶縁体５４の内径と略同一大きさに形成されており、この第２絶縁体５５の開口部５５ａが上方に向くように、第１絶縁体５４内に挿入されて取り付けられている。
【００３７】
この容器５２に対して第２電極５３、第１絶縁体５４及び第２絶縁体５５が取り付けられた状態で、第１及び第２絶縁体５４，５５の底部は第２電極５３の底部５３ｃと当接しており、この底部５３ｂの下面に対して光学補強部材５７が取り付けられている。また、容器５２、第１絶縁体５４及び第２絶縁体５５の上面は略同一平面上に位置しており、この上面に対して第１電極５１の開口部５１ａが上方に向くように底部５１ｂが接合されている。第１電極５１の底部５１ｂには、円形の開口窓５１ｃが設けられており、この開口窓５１ｃの内径は、第２絶縁体５５の開口部５５ａの内径よりやや小さく形成されており、開口窓５１ｃと開口部５５ａとはその回転対称軸（後述する液体レンズの光軸Ｘ）が一致している。また、第１電極５１の内径と光学部材５６の外形とは略同一大きさに形成されており、この第１電極５１には、開口部５１ａから内部に光学部材５６が挿入されて取り付けられており、この光学部材５６が開口窓５１ａを塞いでいる。
【００３８】
第２絶縁体５５と第１電極５１及び光学部材５６とで囲まれた空間には、第２液体５９（導電性の塩化リチウム水溶液）と、この第２液体５９と同密度の第１液体６０（絶縁性のシリコンオイル）とが充填されて封入されている。そのため、この第４実施例においても、第２液体５９と第１液体６０とは混合せず、表面張力により境界面６１が形成され、この境界面６１を境にこれらの液体５９，６０が配置されるが（第２液体５９が境界面６１の上側に位置し、第２光学部材として機能を有する光学部材５６の側にあり、第１液体６０は境界面６１の下側で、第１光学部材として機能を有する光学補強部材５７の側に位置している）、第２液体５９と第１液体６０とは同密度であるため、この境界面６１にかかる重力方向の影響と振動による混合を回避することができる。
【００３９】
図４において、第２絶縁体５５の内壁面５５ｂは回転対称に形成されており、この内壁面５５ｂに対する回転対称軸と液体レンズの光軸Ｘは一致している。図４において、この液体レンズの光軸Ｘは、上方から下方に向かって入射する入射光線の光軸と一致しており、この液体レンズの光軸Ｘは、光学部材５６、境界面６１を貫いている。この液体レンズの光軸Ｘを光軸として入射した光線は、光学部材５６、第２液体５９、第１液体６０及び第２絶縁体５５を透過する。この光学部材５０において、第２電極５３は高反射率の材料で形成されているため、第２絶縁体５５を透過した光線は、第２電極５３を構成する底部５３ｃの第１液体６０側の面（反射面５３ｄ）で反射し、再び、第２絶縁体５５、第１液体６０、第２液体５９及び光学部材５６を透過し、液体レンズの光軸Ｘと一致する光軸の光線として射出される。
【００４０】
この光学素子５０においても、第２液体５９と第１液体６０との境界面６１は、液体レンズの光軸Ｘ周りの全周で内壁面５５ｂに接している。また、第２電極５３は第１及び第２絶縁体５４，５５により第２液体５９及び第１液体６０とは絶縁されており、一方、第１電極５１の開口部５１ｃは第２液体５９に接して電気的に接続されている。したがって、第１電極５１及び第２電極５３に電圧を印加することで、境界面６１と内壁面５５ｂとの表面張力を変更可能であり、物理量である電圧の変化に対して、境界面形状の変更が可能な構成となっている。この第４実施例においても、第２液体５９のｄ線における屈折率はｎ＝１．４５であり、第１液体６０のｄ線における屈折率はｎ＝１．５９であることから、電圧変化に伴う境界面形状の変化により、この光学素子５０全体の焦点距離を変更可能としている。
【００４１】
このように、第２電極５３を高反射率の材料で構成し、この光学部材５０に入射した光線の反射面とすることにより、第１及び第２実施例のように光学部材に高反射材料を別に蒸着させる必要がなく、簡単な構成とすることができる。また、第２電極５３を光学補強部材５７の表面および容器５２の外側面に蒸着した導電性を有し高反射率の薄膜とすることも可能であり、その場合も同様の効果が得られる。なお、その他の効果は、第１実施例と同様である。
【００４２】
最後に、第５実施例として、図５を用いて撮影光学系に対して第１実施例に係る光学素子を適用した場合について説明する。この撮影光学系７０は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ７１、ハーフプリズム７２、第１実施例に係る光学素子７３及び両凸レンズ７４からなる第１レンズ群７５と、両凹レンズ、両凹レンズ及び両凸レンズからなり負の屈折力を有する第２レンズ群７６と、両凸レンズ、両凸レンズ及び両凹レンズからなり正の屈折力を有する第３レンズ群７７と、両凸レンズ、両凸レンズ及び両凹レンズからなり正の屈折力を有する第４レンズ群７８と、光学ローパスフィルタ７９と、撮像素子８０とから構成される。なお、この第５実施例においては、光学素子７３の第２光学部材の代わりにハーフプリズム７２が接合されている。
【００４３】
図５の左方から第１レンズ群７５に入射した光線は、第１の固定焦点距離レンズである負メニスカスレンズ７１に入射し、さらにハーフプリズム７２に入射してこの光線の一部が半透過反射面７２ａで上方に反射され光学素子７３に入射する。そして、この光学素子７３の反射面８１で反射して射出された光線はハーフプリズム７２に再度入射し、一部の光線が半透過反射面７２ａを透過し、両凸レンズ７４、第２〜第４レンズ群７６〜７８及び光学ローパスフィルタ７９を透過して撮像素子８０に結像する。そのため、この撮影光学系７０において、光学素子７３は、焦点距離変換機能によって、第２レンズ群７６への入射光を変化させ、ズームレンズのコンペンセータ及び合焦をさせている。なお、ハーフプリズム７２は、偏光ビームスプリッタで構成することも可能である。
【００４４】
本実施例に示す光学素子及び撮影光学系を以上のように構成し、これらの光学素子等による結像方法及び撮影方法を用いると、可変焦点距離をより広げることが可能で、可変面形状誤差による光学収差への影響が少なく、外観部材としても精度確保・耐久性の点で使用可能な光学素子を提供することができるとともに、この光学素子を用いた撮影光学系と、これらを用いた結像方法及び撮影方法を提供することができる。
【００４５】
なお、本実施例に係る光学素子は、可変焦点距離ミラーとして、電圧印加手段を有した家具用ミラーや、ファンデーション等の化粧品容器に設けられる小型ミラーなどの、拡大率変換手段としても利用可能である。また、焦点距離変換手段を用いて光スイッチなどにも利用可能である。また、本発明の液体容器の形態は、同じ機能を有していれば本明細書中に示される実施例に限定されることはない。また、液体材料（第１及び第２液体）や、第１光学部材及び第２光学部材は、同じ機能を有していれば、各々配置が逆になっていても構わず、本明細書中に示される実施例に限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施例に係る光学素子の側断面図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る光学素子の側断面図であって、（ａ）は第１状態を示し、（ｂ）は第２状態を示す。
【図３】本発明の第３実施例に係る光学素子の側断面図である。
【図４】本発明の第４実施例に係る光学素子の側断面図である。
【図５】本発明の第５実施例に係る撮影光学系の側断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０，１０′，３０，５０  光学素子      １２，３２，５２  容器
１３，３３，５３  第２電極（電極）      １５，３５，５５  第２絶縁体（絶縁手段）
１６  第２光学部材      １７  第１光学部材
１８ａ，１８ａ′，３１ｃ，５３ｄ  反射面      １９，３９，６０  第１液体
２０，４０，５９  第２液体      ２１，４１，６１  境界面
３１  第１電極（反射部材）      ３６，５６  光学部材（第２光学部材）
３７，５７  光学補強部材（第１光学部材）      ５３  第２電極（電極、反射部材）
５５  第２絶縁体（絶縁手段、透明部材）      ７０  撮影光学系      ７３  光学素子
Ｘ  液体レンズの光軸
【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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