(57)【要約】【課題】レンズの可動群を極力少なくでき、消費電力が非常に小さく、動作音が静かで、応答時間が短く、機械的構造が簡単でコストダウンに寄与するとともに、小型であるにも関わらず、フォーカシング、または変倍が可能な光学系およびそれを用いた光学装置を提供する。【解決手段】少なくとも１つの形状可変ミラーＤＭと、移動可能な少なくとも２つのレンズ群Ｇ２、Ｇ４を有している。レンズ群Ｇ２、Ｇ４が移動することで、光学系に変倍作用を持たせている。また、形状可変ミラーＤＭが変形することで、フォーカシングを行うことができるようになっている。【選択図】　図１
2004102219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの形状可変ミラーと、移動可能な少なくとも２つのレンズ群を有し、変倍とフォーカシングを行うことができる光学系及びそれを用いた光学装置。
【請求項２】
前記形状可変ミラーは、偏心収差を低減するためにある状態で回転非対称な形状に変形することを特徴とする請求項１に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【請求項３】
前記形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つの回転対称なレンズあるいは撮像面がＺ軸に対して偏心していることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【請求項４】
前記形状可変ミラーは、フォーカシングする物体距離が近くなるにつれて正のパワーが大きくなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【請求項５】
最も物体側に位置し、負のパワーを有する第１レンズ群と、最も像側に位置し、正のパワーを有する最終レンズ群と、該第１レンズ群と該最終レンズ群の間に位置し、正のパワーを有する第２レンズ群及び第４レンズ群と、該第２レンズ群と該第４レンズ群の間に位置し負のパワーを有する第３レンズ群とを有することを特徴とする光学系及びそれを用いた光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子撮像装置等に用いる光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のズーム光学系は、変倍を行うためのバリエータ群と、変倍によって生じる像面の移動を補正するコンペンセータ群と、被写体の物体距離に応じてピント合わせを行うフォーカシング群等を有し、各々のレンズ群を光軸方向に移動することで変倍及びフォーカシングを行うように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、各々のレンズ駆動はモーターを用いて行うために、消費電力が大きい、動作音がうるさい、レンズの移動に時間がかかり応答速度が遅い、等の問題があった。さらに、レンズ駆動のためにモーターやカム、駆動回路等を設ける必要があるために、機械的構造が複雑になるという問題や、それらを設けるために広いスペースが必要になり、それによって装置が大型化するという問題もあった。
【０００４】
本発明は、前記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、レンズの可動群を極力少なくでき、消費電力が非常に小さく、動作音が静かで、応答時間が短く、機械的構造が簡単でコストダウンに寄与するとともに、小型であるにも関わらず、フォーカシング、または変倍が可能な光学系およびそれを用いた光学装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本第１の発明による光学系及び光学装置は、少なくとも１つの形状可変ミラーと、移動可能な少なくとも２つのレンズ群を有し、変倍とフォーカシングを行うことができるようにしたことを特徴としている。
【０００６】
また、本第２の発明による光学系及び光学装置は、本第１の発明において、前記形状可変ミラーが、偏心収差を低減するためにある状態で回転非対称な形状に変形することを特徴としている。
【０００７】
また、本第３の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、本第１又は第２の発明において、前記形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つの回転対称なレンズあるいは撮像面がＺ軸に対して偏心していることを特徴としている。
【０００８】
また、本第４の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、本第１〜第３のいずれかの発明において、前記形状可変ミラーは、フォーカシングする物体距離が近くなるにつれて正のパワーが大きくなることを特徴としている。
【０００９】
また、本第５の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、最も物体側に位置し、負のパワーを有する第１レンズ群と、最も像側に位置し、正のパワーを有する最終レンズ群と、該第１レンズ群と該最終レンズ群の間に位置し、正のパワーを有する第２レンズ群及び第４レンズ群と、該第２レンズ群と該第４レンズ群の間に位置し負のパワーを有する第３レンズ群を有することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
まず、本第１の発明の作用効果について説明する。
本第１の発明によれば、形状可変ミラーがフォーカシング作用を持つことにより、フォーカシング時にレンズを駆動する必要がないので、消費電力が非常に小さく、動作音が静かで、機械的構造が簡単になるために小型、低コストのズーム光学系を実現できる。
【００１１】
次に、本第２の発明の作用効果について説明する。
形状可変ミラーが平面から曲面に変形したとき、反射面が偏心して配置されているので、光線が形状可変ミラーで反射したときに偏心収差が発生する。この偏心収差を補正するために、形状可変ミラーは回転非対称な形状に変形することが望ましい。これによって、フォーカシング時や変倍時の全域で良好な結像性能を得ることが可能となる。
【００１２】
次に、本第３の発明の作用効果について説明する。
形状可変ミラーは偏心収差を最小限に抑えるために回転非対称な形状に変形するが、形状可変ミラーのパワーが強くなるにつれて偏心収差が大きくなる。そのような場合に、ズーム光学系を構成する少なくとも１つの回転対称なレンズがＺ軸に対して偏心することで偏心収差をキャンセルし、形状可変ミラーのパワーが強い場合でも良好な光学性能を得ることができる。なお、偏心とはシフト及びティルトのことを指す。
【００１３】
次に、本第４の発明の作用効果について説明する。
上述のように形状可変ミラーのパワーを変化させることで、遠点から近点までの広範囲で良好な光学性能を得ることができる。なお、パワーの符号は、収束作用を持つ場合をプラス、発散作用を持つ場合をマイナスとして定義する。つまり、形状可変ミラーでは凹面の変形量が大きいほど正のパワーを持つことになる。
【００１４】
次に、本第５の発明の作用効果について説明する。
第３レンズ群が変倍時に固定なので、絞りを第３レンズ群のレンズもしくはその近傍に配置することにより、変倍時に絞りも固定することができる。それによって、シャッターも固定配置することができるので、鏡枠の機械的構成が簡単になり、鏡枠のコンパクト化、軽量化、および低コスト化を図ることができる。なお、ほぼ平行とは±５°以内のことを指す。もちろん、光学性能を優先させる場合には変倍時に絞りが移動しても良い。
【００１５】
さらに、本発明による光学系及びそれを用いた光学装置には、以下のようなものがある。
本第６の発明として、本第１の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、前記形状可変ミラーがフォーカシング作用を有し、前記移動可能なレンズ群が変倍及びその変倍時に伴う像面の移動を補正するコンペンセート作用を有するのが好ましい。
【００１６】
また、本第７の発明として、本第６の発明による光学系及びそれを用いた装置は、前記形状可変ミラーが、偏心収差を低減するためにある状態で回転非対称な形状に変形するのが好ましい。
【００１７】
また、本第８の発明として、本第６又は第７の発明による光学系及びそれを用いた装置は、前記形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つの回転対称なレンズあるいは撮像面がＺ軸に対して偏心しているのが好ましい。
【００１８】
また、本第９の発明として、本第６〜第８のいずれかの発明による光学系及びそれを用いた装置は、前記形状可変ミラーが、フォーカシングする物体距離が近くなるにつれて正のパワーが大きくなるのが好ましい。
【００１９】
また、本第１０の発明として、本第１〜第４、第６〜第９のいずれかの発明による光学系及びそれを用いた装置は、前記形状可変ミラーが、変形することにより正パワーと負パワーの両方を取ることができるのが好ましい。
形状可変ミラーは、パワーが増大するにつれて変形量が大きくなる。それによって偏心収差が発生し、光学性能が劣化してしまう。形状可変ミラーが正パワーと負パワーの両方を取ることで、変形量を抑えることができ、偏心収差の発生を抑制して良好な光学性能を得ることができる。
【００２０】
また、本第１１の発明として、本第１〜第４、第６〜第９のいずれかの発明による光学系及びそれを用いた装置は、前記形状可変ミラーが、正パワーのみを取ることができるようにするのが好ましい。
形状可変ミラーが正パワーのみを取ることで、機械的構造や電気的構造が簡単になり、低コストの形状可変ミラーを提供することができる。
【００２１】
また、本第１２の発明として、本第１〜第４、第６〜第１１のいずれかの発明による光学系及びそれを用いた装置は、前記形状可変ミラーが、ミラー面の変形の際に周辺部が固定であるのが好ましい。
【００２２】
また、本第１３の発明として、本第１〜第４、第６〜第１２のいずれかの発明による光学系及びそれを用いた装置は、変倍時に光学系の絞りが固定されているのが好ましい。
絞りを固定することで、シャッターも固定することができ、鏡枠の機械的構成が簡単になる。それによって、鏡枠のコンパクト化、軽量化、および低コスト化を図ることができる。
【００２３】
また、本第１４の発明として、本第１〜第４、第６〜第１３のいずれかの発明による光学系及びそれを用いた装置は、少なくとも１つ以上の接合レンズを有するのが好ましい。
接合レンズにより各レンズ群で発生する色収差を補正することができ、さらに光学系のコンパクト化にも寄与することができる。
【００２４】
また、本第１５の発明として、本第１〜第４、第６〜第１４のいずれかの発明による光学系及びそれを用いた装置は、少なくとも２つ以上の移動可能なレンズ群の移動方向が、互いにほぼ平行であるのが好ましい。なお、ほぼ平行とは±５°以内のことを指す。
このように構成すれば、鏡枠構造の単純化を達成し、光学系のコンパクト化にも寄与することができる。
【００２５】
また、本第１６の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーを含んだ光学系において、移動可能なレンズ群がＺ軸にほぼ平行に移動することを特徴としている。なお、ほぼ平行とは±５°以内のことを指す。
【００２６】
また、本第１７の発明として、本第１６の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、移動可能なレンズ群がＺ軸に対して偏心しているのが好ましい。
【００２７】
また、本第１８の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーの最大変形量をｍｄ、広角端における光学系の焦点距離をｆｗ、望遠端における光学系の焦点距離をｆｔとしたときに、ある状態で次の条件式（１−１）を満足することを特徴としている。
０　　＜　｜ｍｄ／√（ｆｗ×ｆｔ）｜　＜　０．１　　　　…（１−１）
条件式（１−１）を満足することで、形状可変ミラーの変形量を適正な範囲に抑えることができる。
条件式（１−１）の上限を上回ると、変形量が大きくなりすぎて偏心収差の発生量が増大し、所望の光学性能を満足することが難しくなる。さらに、製造上の難易度が高くなる。
なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
【００２８】
また、本第１９の発明として、本第１８の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、ある状態で次の条件式（１−２）を満足するのが好ましい。
０　　＜　｜ｍｄ／√（ｆｗ×ｆｔ）｜　＜　０．０５　　　　…（１−２）
ただし、ｍｄは形状可変ミラーの最大変形量、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離、ｆｔは望遠端における光学系の焦点距離である。なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
条件式（１−１）に代えて条件式（１−２）を満足すれば、さらに偏心収差の発生量を抑えることができる。
【００２９】
また、本第２０の発明として、本第１８又は第１９の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、ある状態で次の条件式（１−３）を満足するのが好ましい。
０　　＜　｜ｍｄ／√（ｆｗ×ｆｔ）｜　＜　０．０３　　　　…（１−３）
ただし、ｍｄは形状可変ミラーの最大変形量、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離、ｆｔは望遠端における光学系の焦点距離である。なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。条件式（１−２）に代えて条件式（１−３）を満足すれば、さらに良く、偏心収差の発生量を抑えることができる。
【００３０】
また、本第２１の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーの最大変形量をｍｄ、形状可変ミラーにおける光学的に有効な反射面の面積をＳｍとしたときに、ある状態で次の条件式（２−１）を満足することを特徴としている。
０　　＜　ｍｄ２／Ｓｍ　＜　０．０００５　　　　　　　　　…（２−１）
条件式（２−１）を満足すれば、形状可変ミラーの変形量を適正な範囲に抑えることができる。
【００３１】
また、本第２２の発明として、本第２１の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、ある状態で次の条件式（２−２）を満足するのが好ましい。
０　　＜　ｍｄ２／Ｓｍ　＜　０．０００２　　　　　　　　　…（２−２）
ただし、ｍｄは形状可変ミラーの最大変形量、Ｓｍは形状可変ミラーにおける光学的に有効な反射面の面積である。
条件式（２−２）を満足すれば、さらに良く、形状可変ミラーの変形量を適正な範囲に抑えることができる。
【００３２】
また、本第２３の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーによってある物体距離の物点にフォーカシングした際に、望遠端における形状可変ミラーの変形量よりも広角端における形状可変ミラーの変形量が大きいことを特徴としている。
【００３３】
また、本第２４の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーを含んだ光学系において、可変ミラーの平面状態から測った、オートフォーカスを行うために必要な変形余裕量や、製造誤差の影響を考慮した変形余裕量等を含んだ形状可変ミラーの変形量をＨとしたときに、広角端における前記形状可変ミラーの変形量Ｈが望遠端における前記形状可変ミラーの変形量Ｈよりも大きいことを特徴としている。
【００３４】
また、本第２５の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーによってフォーカシングを行う際に、形状可変ミラーの駆動方式が静電駆動方式であり、フォーカシング時に形状可変ミラーに印加する電圧をＶｍ（Ｖｏｌｔ）としたときに、ある状態で次の条件式（３−１）を満足することを特徴としている。
０　　≦　｜Ｖｍ｜　＜　５００　　　　　　　　　　　　　…（３−１）
条件式（３−１）を満足すれば、空気放電の危険性を低減し、且つ、形状可変ミラーの変形量を大きくすることができる。
【００３５】
また、本第２６の発明として、本第２５の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーによってフォーカシングを行う際に、形状可変ミラーの駆動方式が静電駆動方式であり、フォーカシング時に形状可変ミラーに印加する電圧をＶｍ（Ｖｏｌｔ）としたときに、ある状態で次の条件式（３−２）を満足するのが好ましい。
０　　≦　｜Ｖｍ｜　＜　３００　　　　　　　　　　　　　…（３−２）
条件式（３−２）を満足すれば、消費電力を低減させることができるので、さらに良い。
【００３６】
また、本第２７の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーのパワーをφＤＭ、広角端における光学系の焦点距離をｆｗ、望遠端における光学系の焦点距離をｆｔとしたときに、ある状態で次の条件式（４−１）を満足することを特徴としている。
０　　≦　｜φＤＭ×√（ｆｗ×ｆｔ）｜　＜　１．００　…（４−１）
ただし、前記形状可変ミラーのパワーφＤＭは、前記形状可変ミラーの偏心方向（Ｙ方向）面内でのパワーφＤＭｙと、それと垂直方向（Ｘ方向）面内でのパワーφＤＭｘとの平均値であり、次のように定義する。
φＤＭ　＝　（φＤＭｘ＋φＤＭｙ）／２
条件式（４−１）を満足すれば、形状可変ミラーのフォーカシング作用を満足に得ることができ、さらに形状可変ミラーで発生する偏心収差を適正な範囲で抑えることができる。なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
【００３７】
また、本第２８の発明として、本第２７の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、ある状態で次の条件式（４−２）を満足するのが好ましい。
０　　≦　｜φＤＭ×√（ｆｗ×ｆｔ）｜　＜　０．５０　…（４−２）
ただし、φＤＭは形状可変ミラーのパワー、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離、ｆｔは望遠端における光学系の焦点距離である。前記形状可変ミラーのパワーφＤＭは、前記形状可変ミラーの偏心方向（Ｙ方向）面内でのパワーφＤＭｙと、それと垂直方向（Ｘ方向）面内でのパワーφＤＭｘとの平均値であり、次のように定義する。
φＤＭ　＝　（φＤＭｘ＋φＤＭｙ）／２
なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
条件式（４−１）に代えて条件式（４−２）を満足すれば、さらに偏心収差を抑えることができるので、なお良い。
【００３８】
また、本第２９の発明として、本第２７又は第２８の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、ある状態で次の条件式（４−３）を満足するのが好ましい。
０　　≦　｜φＤＭ×√（ｆｗ×ｆｔ）｜　＜　０．２０　…（４−３）
ただし、φＤＭは形状可変ミラーのパワー、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離、ｆｔは望遠端における光学系の焦点距離である。前記形状可変ミラーのパワーφＤＭは、前記形状可変ミラーの偏心方向（Ｙ方向）面内でのパワーφＤＭｙと、それと垂直方向（Ｘ方向）面内でのパワーφＤＭｘとの平均値であり、次のように定義する。
φＤＭ　＝　（φＤＭｘ＋φＤＭｙ）／２
なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
条件式（４−２）に代えて条件式（４−３）を満足すれば、さらに良く、偏心収差を抑えることができる。
【００３９】
また、本第３０の発明として、本第２７〜第２９のいずれかの発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、前記形状可変ミラーによって遠点にフォーカシングした際に、形状可変ミラーがフォーカシングした状態のパワーよりも小さいパワーの状態に変形できるのが好ましい。
形状可変ミラーが遠点合焦時よりも小さいパワーになるようにすると、遠点における像のボケ具合を調節することができる。それにより、コントラスト方式のオートフォーカスを行うことが可能になる。
【００４０】
また、本第３１の発明として、本第２７〜第２９のいずれかの発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、前記形状可変ミラーによって近点にフォーカシングした際に、形状可変ミラーがフォーカシングした状態のパワーよりも大きいパワーの状態に変形できるのが好ましい。
形状可変ミラーが近点合焦時よりも大きいパワーになるようにすると、近点における像のボケ具合を調節することができる。それにより、コントラスト方式のオートフォーカスを行うことが可能になる。
【００４１】
また、本第３２の発明として、本第１、第２７〜第２９のいずれかの発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、前記形状可変ミラーによって物体距離が無限大の物点にフォーカシングした際に、形状可変ミラーの形状が平面ではなく、ゼロよりも大きなパワーを持つ凹面形状に変形するのが好ましい。
【００４２】
また、本第３３の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーの物体側に負パワーのレンズ群を有し、該レンズ群の焦点距離をｆ１、広角端における光学系の焦点距離をｆｗ、望遠端における光学系の焦点距離をｆｔとしたときに、ある状態で次の条件式（５−１）を満足するのが好ましい。
−５．０　＜　ｆ１／√（ｆｗ×ｆｔ）　＜　−０．１　　　…（５−１）
なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
条件式（５−１）の下限を下回ると、負レンズ群のパワーが非常に弱くなり、広角端における形状可変ミラーの軸外光線高を小さくすることができず、形状可変ミラーの大型化につながり、コスト高を招く。
一方、条件式（５−１）の上限を上回ると、負レンズ群のパワーが強くなりすぎ、そのレンズ群で発生するコマ収差や倍率の色収差を補正することが困難になる。
条件式（５−１）を満足すれば、形状可変ミラーの小型化、低コスト化、及び良好な光学性能を得ることができる。
【００４３】
また、本第３４の発明として、本第３３の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、ある状態で次の条件式（５−２）を満足するのが好ましい。
−３．０　＜　ｆ１／√（ｆｗ×ｆｔ）　＜　−０．３　　　…（５−２）
ただし、ｆ１は形状可変ミラーの物体側の負パワーのレンズ群の焦点距離、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離、ｆｔは望遠端における光学系の焦点距離である。なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
条件式（５−２）を満足すれば、良好な光学性能を確保し、且つ、さらに形状可変ミラーの小型化を実現できるので、なお良い。
【００４４】
また、本第３５の発明として、本第３３又は第３４の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、ある状態で次の条件式（５−３）を満足するのが好ましい。
−２．５　＜　ｆ１／√（ｆｗ×ｆｔ）　＜　−０．４　　　…（５−３）
ただし、ｆ１は形状可変ミラーの物体側の負パワーのレンズ群の焦点距離、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離、ｆｔは望遠端における光学系の焦点距離である。なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
条件式（５−３）を満足すれば、さらに良く、良好な光学性能を確保し、且つ、形状可変ミラーの小型化を実現できる。
【００４５】
また、本第３６の発明として、本第３３〜第３５のいずれかの発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーの物体側に配置された負パワーのレンズ群が、凹レンズ１枚であるのが好ましい。
【００４６】
また、本第３７の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーを含んだ光学系において、変倍作用もしくはその変倍時に伴う像面の移動を補正するコンペンセート作用を有する変倍時に移動可能なレンズ群が、形状可変ミラーよりも像側に配置されているのが好ましい。
このように配置すれば、形状可変ミラーの変形によるフォーカシングの感度を上げることができる。また、可変ミラーから物体側のレンズ群を短くすることができるので、装置の薄型化を達成できる。
【００４７】
また、本第３８の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーによる主光線の折り曲げ角をθとしたときに、次の条件式（６−１）を満足することを特徴としている。
７５°　　＜　θ　＜　１０５°　　　　　　　　　　　　…（６−１）
なお、ここでの主光線とは、物体中心を出て絞り中心を通り、像中心に到達する光線のことを指す。
条件式（６−１）の下限を下回ると、形状可変ミラーの長手方向のサイズが大きくなってしまい、低コスト化が困難になる。
一方、条件式（６−１）の上限を上回ると、ミラーのサイズは小さくなるが、形状可変ミラーの前後のレンズ群が干渉し、光学系の配置が難しくなる。
【００４８】
また、本第３９の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーを含んだ光学系において、広角端における前記形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率をβｗとしたときに、ある状態で次の条件式（７−１）を満足することを特徴としている。
０．２０　＜　｜βｗ｜　＜　１．００　　　　　　　　　　…（７−１）
なお、光学系が単焦点の場合には、｜βｗ｜を形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率で置き換えるものとする。
条件式（７−１）の下限を下回ると、形状可変ミラー以降のレンズ群の倍率が低すぎるので、形状可変ミラーにおけるフォーカス感度が低下し、フォーカシングに必要な形状可変ミラーの変形量が増大してしまう。
一方、条件式（７−１）の上限を上回ると、レンズ群の倍率が高すぎるので、形状可変ミラーで発生する偏心収差が拡大され、満足な光学性能を得ることが難しくなる。
【００４９】
また、本第４０の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、ある状態で次の条件式（７−２）を満足するのが好ましい。
０．３０　＜　｜βｗ｜　＜　０．８５　　　　　　　　　　…（７−２）
ただし、βｗは広角端における形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率である。なお、光学系が単焦点の場合には、｜βｗ｜を形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率で置き換えるものとする。
条件式（７−２）を満足すれば、光学性能を確保し、且つ、形状可変ミラーの変形量を適正な範囲で抑えられるので、さらに良い。
【００５０】
また、本第４１の発明による光学系及びそれを備えた光学装置は、形状可変ミラーを含んだズーム光学系において、広角端における形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率をβｗ、望遠端における形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率をβｔとしたときに、ある状態で次の条件式（８−１）を満足することを特徴としている。
０．２　＜　｜βｗ｜×｜βｔ｜　＜　５．０　　　　　　　…（８−１）
条件式（８−１）は、広角端と望遠端の倍率を掛け合わせたものである。
条件式（８−１）の上限を上回ると、望遠端での倍率が高くなり過ぎて形状可変ミラーで生じる偏心収差を除去することが困難になる。
一方、条件式（８−１）の下限を下回ると、ズーム比を大きくすることが困難になる。
【００５１】
また、本第４２の発明として、本第４１の発明による光学系及びそれを備えた光学装置は、ある状態で次の条件式（８−２）を満足するのが好ましい。
０．３　＜　｜βｗ｜×｜βｔ｜　＜　３．０　　　　　　　…（８−２）
ただし、βｗは広角端における形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率、βｔは望遠端における形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率である。
条件式（８−２）を満足すると、高いズーム比を確保し、且つ、高い結像性能を得ることができる。
【００５２】
また、本第４３の発明として、本第４１又は第４２の発明による光学系及びそれを備えた光学装置は、ある状態で次の条件式（８−３）を満足するのが好ましい。
０．５　＜　｜βｗ｜×｜βｔ｜　＜　２．０　　　　　　　…（８−３）
ただし、βｗは広角端における形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率、βｔは望遠端における形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率である。
条件式（８−３）を満足すれば、さらに良く、高いズーム比を確保し、且つ、高い結像性能を得ることができる。
【００５３】
また、本第４４の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーを含んだ光学系において、光学系の全長をＣｊ、広角端における光学系の焦点距離をｆｗ、望遠端における光学系の焦点距離をｆｔとしたときに、ある状態で次の条件式（９−１）を満足することを特徴としている。
１．０　＜　Ｃｊ／√（ｆｗ×ｆｔ）　＜　２０．０　　　…（９−１）
なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
条件式（９−１）の上限を上回ると、光学系の全長が長くなりすぎ、コンパクト化が困難になる。
一方、条件式（９−１）の下限を下回ると、コンパクト化は達成されるが、レンズ群の配置が制限され、十分な光学性能を得ることができない。
【００５４】
また、本第４５の発明として、本第４４の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、ある状態で次の条件式（９−２）を満足するのが好ましい。
２．５　＜　Ｃｊ／√（ｆｗ×ｆｔ）　＜　１８．０　　　　…（９−２）
ただし、Ｃｊは光学系の全長、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離、ｆｔは望遠端における光学系の焦点距離である。なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
条件式（９−２）を満足すれば、コンパクトな光学系でありながら、より高い光学性能を得ることができる。
【００５５】
また、本第４６の発明として、本第４４又は第４５の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、ある状態で次の条件式（９−３）を満足するのが好ましい。
３．０　＜　Ｃｊ／√（ｆｗ×ｆｔ）　＜　１７．０　　　　…（９−３）
ただし、Ｃｊは光学系の全長、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離、ｆｔは望遠端における光学系の焦点距離である。なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
条件式（９−３）を満足すれば、さらに良く、コンパクトな光学系でありながら、より高い光学性能を得ることができる。
【００５６】
また、本第４７の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズにシフトを加え、そのシフト量をδ、広角端における光学系の焦点距離をｆｗ、望遠端における光学系の焦点距離をｆｔとしたときに、ある状態で次の条件式（１０−１）を満足することを特徴としている。
０．０　≦　｜δ／√（ｆｗ×ｆｔ）｜　＜　１．０　　　…（１０−１）
なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。ここでのシフト量δとは、シフトを加えたレンズの中心軸と光学系のＺ軸との距離として定義される量である。
条件式（１０−１）を満足すれば、レンズに加える偏心量を適正な範囲で抑えることができ、形状可変ミラーのパワーが弱い場合と強い場合の光学性能のバランスを取ることができる。
【００５７】
また、本第４８の発明として、本第４７の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、ある状態で次の条件式（１０−２）を満足するのが好ましい。
０．０　≦　｜δ／√（ｆｗ×ｆｔ）｜　＜　０．５　　　…（１０−２）
ただし、δは形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズに加えたシフト量、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離、ｆｔは望遠端における光学系の焦点距離である。なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。ここでのシフト量δとは、シフトを加えたレンズの中心軸と光学系のＺ軸との距離として定義される量である。
条件式（１０−２）を満足すれば、遠点合焦時と近点合焦時の性能をさらに良くすることができる。
【００５８】
また、本第４９の発明として、本第４７又は第４８の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、ある状態で次の条件式（１０−３）を満足するのが好ましい。
０．０　≦　｜δ／√（ｆｗ×ｆｔ）｜　＜　０．２　　　…（１０−３）
ただし、δは形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズに加えたシフト量、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離、ｆｔは望遠端における光学系の焦点距離である。なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。ここでのシフト量δとは、シフトを加えたレンズの中心軸と光学系のＺ軸との距離として定義される量である。
条件式（１０−３）を満足すれば、遠点合焦時と近点合焦時の性能をさらに一層良くすることができる。
【００５９】
また、本第５０の発明による光学系及びそれを備えた光学装置は、形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズあるいは撮像面にティルトを加え、そのティルト量をεとしたときに、ある状態で次の条件式（１１−１）を満足することを特徴としている。
０．０°　≦　｜ε｜　＜　１０．０°　　　　　　　　　…（１１−１）
なお、ティルト量εとは、ティルトを加えたレンズあるいは撮像面の中心軸と光学系のＺ軸との傾き角として定義される量である。
条件式（１１−１）を満足すれば、レンズに加える偏心量を適正な範囲で抑えることができ、形状可変ミラーのパワーが弱い場合と強い場合の光学性能のバランスを取ることができる。
【００６０】
また、本第５１の発明として、本第５０の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、ある状態で次の条件式（１１−２）を満足するのが好ましい。
０．０°　≦　｜ε｜　＜　７．０°　　　　　　　　　　…（１１−２）
ただし、εは形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズあるいは撮像面に加えたティルト量である。なお、ティルト量εとは、ティルトを加えたレンズあるいは撮像面の中心軸と光学系のＺ軸との傾き角として定義される量である。
条件式（１１−２）を満足すれば、遠点合焦時と近点合焦時の性能をさらに良くすることができる。
【００６１】
また、本第５２の発明として、本第５０又は第５１の発明による光学系及びそれを備えた光学装置は、ある状態で次の条件式（１１−３）を満足するのが好ましい。
０．０°　≦　｜ε｜　＜　５．５°　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１１−３）
ただし、εは形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズあるいは撮像面に加えたティルト量である。なお、ティルト量εとは、ティルトを加えたレンズあるいは撮像面の中心軸と光学系のＺ軸との傾き角として定義される量である。
条件式（１１−３）を満足すれば、遠点合焦時と近点合焦時の性能をさらに一層良くすることができる。
【００６２】
また、本第５３の発明として、本第５０〜第５２のいずれかの発明による光学系及びそれを備えた光学装置は、それぞれのティルト量の絶対値の中で、撮像面に加えたティルト量の絶対値が最大であるのが好ましい。
【００６３】
また、本第５４の発明による光学系及びそれを備えた光学装置は、形状可変ミラーを含み、形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために少なくとも１つのレンズあるいは撮像面にシフト及びティルトを加えた光学系において、それぞれのシフトがある１つの平面内で行われ、かつ、ティルトの回転軸がその平面に垂直であることを特徴としている。
【００６４】
また、本第５５の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、形状可変ミラーを含んだ光学系において、固定されたレンズ群の前後に独立して動く少なくとも１つ以上のレンズ群を配置したことを特徴としている。
【００６５】
また、本第５６の発明として、本第５０の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、前記独立して動く少なくとも１つ以上のレンズ群のうち、最も物体側に配置されたレンズ群において、形状可変ミラーを該レンズ群のさらに物体側に配置するのが好ましい。
【００６６】
また、本第５７の発明として、本第５５又は第５６の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、光学系の絞りが固定されたレンズ群の近傍に配置されているのが好ましい。
【００６７】
また、本第５８の発明として、本第５５〜第５７のいずれかの発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、前記形状可変ミラーに光線が斜入射することが好ましい。
【００６８】
また、本第５９の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、変倍作用もしくはその変倍時に伴う像面の移動を補正するコンペンセート作用を有する少なくとも２つの変倍時に移動可能なレンズ群と、少なくとも１つ以上の形状が変化しない平面ミラーあるいは曲面ミラーと、を有することを特徴としている。
【００６９】
また、本第６０の発明として、本第５の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、第１レンズ群と第３レンズ群と最終レンズ群とが機械的に固定されており、変倍時に第２レンズ群と第４レンズ群がＺ軸にほぼ平行に移動するのが好ましい。
【００７０】
また、本第６１の発明として、本第５又は第６０の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、光学系の中に形状可変ミラーを含むのが好ましい。
【００７１】
また、本第６２の発明として、本第５の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、光学系の中に形状が変化しない平面ミラーあるいは曲面ミラーを含むのが好ましい。
【００７２】
また、本第６３の発明として、本第５の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、第１レンズ群と第３レンズ群と最終レンズ群とが機械的に固定され、変倍時に第２レンズ群と第４レンズ群が独立してＺ軸にほぼ平行に移動するのが好ましい。なお、ほぼ平行とは±５°以内のことを指す。
第２レンズ群と第４レンズ群が変倍時に独立して移動するようにすれば、変倍時に発生する像面移動の補正を行うことが容易になる。
【００７３】
また、本第６４の発明として、本第５の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、光学系の中に形状可変ミラーを含むのが好ましい。
【００７４】
また、本第６５の発明として、本第５の発明による光学系及びそれを用いた光学装置は、光学系の中に形状が変化しない平面ミラーあるいは曲面ミラーを含むのが好ましい。
【００７５】
また、本第６６の発明として、本第５０〜本第５２のいずれかの発明による光学系及びそれを備えた光学装置は、撮像面に加えたティルトの方向と可変ミラーによる光線の折り曲げ方向とが一致することが好ましい。
本発明では、図１、図８、図９に示すように、光線の進行方向が可変ミラーによってｘ軸のマイナス側から見て、ｘ軸中心に時計回りに約９０°回転しており、撮像面の法線も同様に、ｘ軸のマイナス側から見てｘ軸中心に時計回りに回転している。ただし、回転角は±１８０°の範囲でとるものとする。
【００７６】
以上では、本発明の光学系として、撮像光学系を想定しているが、物体面と像面を入れ替えることで、プロジェクター等の投影光学系としても使用することができる。
【００７７】
なお、本発明で使用する自由曲面とは、次の式（ａ）で定義されるものである。この定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
2004102219.tif 000003
ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。
球面項中、
ｃ：頂点の曲率
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ２　＋Ｙ２　）
Ｎ：２以上の自然数
である。
自由曲面項は、
2004102219.tif 000004
ただし、Ｃｊ　（ｊは２以上の整数）は係数である。
【００７８】
上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、Ｘの奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。また、Ｙの奇数次項を全て０にすることによって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。
【００７９】
また、上記の回転非対称な曲面形状の面である自由曲面の他の定義式として、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式により定義できる。この面の形状は次の式（ｂ）により定義される。その定義式（ｂ）のＺ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。回転非対称面の定義は、Ｘ−Ｙ面に対するＺの高さの極座標で定義され、ＲはＸ−Ｙ面内のＺ軸からの距離、ＡはＺ軸回りの方位角で、Ｚ軸から測った回転角で表される。
【００８０】
2004102219.tif 000005
ただし、Ｄｍ　（ｍは２以上の整数）は係数である。なお、Ｘ軸方向に対称な光学系として設計するには、Ｄ４　，Ｄ５　，Ｄ６　、Ｄ１０，Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４，Ｄ２０，Ｄ２１，Ｄ２２…を利用する。
【００８１】
なお上記定義式は、回転非対称な曲面形状の面の例示のために示したものであり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。数学的に同値ならば他の定義で曲面形状を表してもよい。
本発明においては、（ａ）式の中のＸの奇数次の項を全て０とすることで、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面を持つ自由曲面としている。
【００８２】
なお、非球面形状は、光軸方向をＺ、光軸に直行する方向をＹにとり、円錐係数をｋ、非球面係数をａ、ｂ、ｃ、ｄとしたとき、次式（ｃ）で表される。
Ｚ＝（Ｙ２／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）・（Ｙ／ｒ）２｝１／２］＋ａｙ４＋ｂｙ６＋ｃｙ８＋ｄｙ１０　　　　…（ｃ）
なお、上記数値データに関する説明は、以下で説明する本発明の各実施例の数値データに共通である。
【００８３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
以下の実施例の中で、“ＡＳＰ”は非球面、“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＤＭ”は形状可変ミラーを表す。データに記載されていない非球面、自由曲面等に関する項は０である。また、“ＷＥ”、“ＳＴ”、“ＴＥ”はそれぞれ広角端、中間状態、望遠端の状態を表す。可変の間隔Ｄｉ（ｉ＝１、２、３）は、順に広角端、中間状態、望遠端での値を表す。屈折率、アッベ数はともにｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍ、角度の単位はｄｅｇである。また、各実施例ともに最像面側に２枚の平行平板を挿入しているが、これは撮像素子のカバーガラス、ＩＲカットフィルタ、ローパスフィルタを想定したものである。
【００８４】
また、以下の実施例では、物体面における座標系のＺ軸を、物体中心を通り、物体面に垂直な直線で定義する。このＺ軸と直交する方向をＹ軸とし、このＹ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸とする。また、光線が反射面で反射された後の光学系の座標系は、反射前の座標系をＸ軸中心に１８０°回転させたものとして定義する。これによって、常に光学系のＺ軸正方向に沿って光線が進行することになる。
【００８５】
また、光軸は物体面中心と絞り中心あるいは射出瞳を通る光線の通り道で定義する。従って、光軸は一般的には形状可変ミラーの変形と共に変化することになるが、その変化はわずかである場合が多い。従って、以下の実施例ではＺ軸と光軸が略一致しているので、以下に出てくるδ、ε等はＺ軸を基準として測っても、光軸を基準として測っても、略同一の値をとることになる。
【００８６】
偏心面は、その座標系の原点から、その面の面頂位置のシフト（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面については、前記（ａ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とするティルト（それぞれα、β、γ（ｄｅｇ））で与えられる。偏心を行うときの座標系の原点は、偏心を行う面をｋ面としたとき、ｋ−１面の面頂位置からＺ軸方向に面間隔の分だけ移動した点とする。偏心の順序は、Ｘシフト、Ｙシフト、Ｚシフト、αティルト、βティルト、γティルトの順である。なお、その場合αとβの正は、Ｘ軸、Ｙ軸それぞれをマイナス側から見たときの反時計回り方向を、γの正はＺ軸をマイナス方向から見たときの時計回り方向で定義する。
【００８７】
なお、以下の実施例において、偏心はディセンタアンドリターン（以下ＤＡＲ）とディセンタオンリー（以下ＤＥＯ）の２種類がある。ＤＡＲによる偏心では、ｋ面が偏心していたとき、ｋ＋１面以降の座標系が、偏心前のｋ面の座標系と一致する。ｋ＋１面の面頂位置は、偏心前のｋ面の面頂位置からＺ軸方向に面間隔の分だけ移動した点として定義する。一方、ＤＥＯでは、ｋ面が偏心していたとき、ｋ＋１面以降の座標系は、偏心後のｋ面の座標系と一致する。ｋ＋１面の面頂位置は、偏心後のｋ面の面頂位置からＺ軸方向に面間隔の分だけ移動した点として定義する。
【００８８】
また、反射面の座標系のＺ軸正方向は、表面から裏面側に向かう方向になる。従って、反射面がＸＹ多項式で表される自由曲面形状に変形している場合、パワー成分であるＣ４、Ｃ６が正のとき、凸面ミラーになる。つまり、負のパワーを持つミラーになる。逆に、パワー成分であるＣ４、Ｃ６が負のとき、凹面ミラーになる。つまり、正のパワーを持つミラーになる。
【００８９】
前記形状可変ミラーは、遠点から近点までフォーカシングするためにパワーを変えることができるが、コントラスト方式のオートフォーカスを行うために遠点合焦時よりも弱いパワーの状態、及び近点合焦時よりも強いパワーの状態を取れるように設計されている。以下の実施例では、遠点合焦時よりも弱いパワーの状態を遠点余裕、近点合焦時よりも強いパワーの状態を近点余裕と定義している。つまり、形状可変ミラーは遠点余裕、遠点、近点、近点余裕の４状態それぞれに、変倍の広角端、中間状態、望遠端の３状態が存在するので、全部で１２状態が存在することになる。
【００９０】
なお、第１実施例〜第３実施例における形状可変ミラーは、実際の製作時の製造誤差による像面のＺ方向のずれ、及び温度変化による像面のＺ方向のずれを考慮して、フォーカス範囲の前後に変形量の余裕を持たせた設計になっている。
また、第１実施例〜第３実施例における光学系の焦点距離は、形状可変ミラーが平面形状のときの焦点距離として定義する。その際に、形状可変ミラーを含んだ全ての光学素子の偏心は除去しないものとする。
また、形状可変ミラーのパワーは、形状可変ミラーの２次の自由曲面係数を４倍したものとして定義する。すなわち、形状可変ミラーのＸ方向のパワーをφＤＭｘ、形状可変ミラーのＹ方向のパワーをφＤＭｙとしたとき、φＤＭｘ＝４×Ｃ４、φＤＭｙ＝４×Ｃ６となる。ここで、Ｃ４、Ｃ６は、それぞれＸ方向、Ｙ方向の２次の自由曲面係数である。
【００９１】
第１実施例〜第３実施例
第１実施例〜第３実施例は、形状可変ミラーにフォーカシングの機能をもたせたズーム光学系の実施例である。
図１は本発明の第１実施例にかかる光学系の概略構成を示すＹ−Ｚ断面図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端の状態を示している。図２は第１実施例の光学系の物点距離無限遠時での広角端における横収差を示す図、図３は第１実施例の光学系の物点距離無限遠時での中間状態における横収差を示す図、図４は第１実施例の光学系の物点距離無限遠時での望遠端における横収差を示す図である。図５は第１実施例の光学系の物点距離３００ｍ時での広角端における横収差を示す図、図６は第１実施例の光学系の物点距離３００ｍ時での中間状態における横収差を示す図、図７は第１実施例の光学系の物点距離３００ｍ時での望遠端における横収差を示す図である。図８は本発明の第２実施例にかかる光学系の概略構成を示すＹ−Ｚ断面図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端の状態を示している。図９は本発明の第３実施例にかかる光学系の概略構成を示すＹ−Ｚ断面図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端の状態を示している。なお、図１、図８、図９において、偏心の方向を望遠端の光路図において矢印で示してある。また、図２〜図７中、夫々（ａ）はＸ方向画角がゼロ、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＹ方向の横収差、（ｂ）はＸ方向画角がゼロ、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＸ方向の横収差、（ｃ）はＸ方向画角がゼロ、Ｙ負方向最大画角を通る主光線のＹ方向の横収差、（ｄ）はＸ方向画角がゼロ、Ｙ負方向最大画角を通る主光線のＸ方向の横収差、（ｅ）はＸ正方向最大画角、Ｙ負方向最大画角を通る主光線のＹ方向の横収差、（ｆ）はＸ正方向最大画角、Ｙ負方向最大画角を通る主光線のＸ方向の横収差、（ｇ）はＸ正方向最大画角、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＹ方向の横収差、（ｈ）はＸ正方向最大画角、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＸ方向の横収差、（ｉ）はＸ正方向最大画角、Ｙ正方向最大画角を通る主光線のＹ方向の横収差、（ｊ）はＸ正方向最大画角、Ｙ正方向最大画角を通る主光線のＸ方向の横収差、（ｋ）はＸ方向画角がゼロ、Ｙ正方向最大画角を通る主光線のＹ方向の横収差、（ｌ）はＸ方向画角がゼロ、Ｙ正方向最大画角を通る主光線のＸ方向の横収差を示している。
【００９２】
第１実施例〜第３実施例の光学系は、物体側から順に、負のパワーを有する固定レンズ群Ｇ１と、形状可変ミラーＤＭと、正のパワーを有する移動レンズ群Ｇ２と、絞りと負のパワーを有する固定レンズ群Ｇ３と、正のパワーを有する移動レンズ群Ｇ４と、正のパワーを有する固定レンズ群Ｇ５とを有して構成されている。図１、８、９中、符号Ｆはフィルター群である。
移動レンズ群Ｇ２と移動レンズ群Ｇ４とが移動することで、光学系に変倍作用を持たせている。また、形状可変ミラーＤＭが変形することで、無限遠から近点３００ｍｍまでフォーカシングを行うことができるようになっている。
【００９３】
形状可変ミラーが平面から曲面に変形すると、ミラー面の反射によって偏心収差が発生する。特に形状可変ミラーの変形量が大きい至近合焦時に偏心収差は増大する。第１実施例〜第３実施例では、遠点から近点まで良好な光学性能を得るために、レンズ群あるいは撮像面にシフト及びティルトの偏心を加えている。これにより、フォーカシング時の偏心収差の発生をバランスさせることができる。
【００９４】
第１実施例〜第３実施例の光学系によれば、メカ的な駆動を行わずにフォーカシングできるので、鏡枠構造が簡単になり、小型化、低コスト化を実現することができる。さらに、フォーカシング時のモーターの駆動音がなくなるメリットがある。
【００９５】
次に、第１実施例〜第３実施例の光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
2004102219.tif 000006
2004102219.tif 000007
【００９６】
2004102219.tif 000008
2004102219.tif 000009
【００９８】
2004102219.tif 000010
2004102219.tif 000011
【００９９】
2004102219.tif 000012
2004102219.tif 000013
【０１００】
2004102219.tif 000014
【０１０１】
2004102219.tif 000015
【０１０２】
2004102219.tif 000016
2004102219.tif 000017
【０１０３】
2004102219.tif 000018
2004102219.tif 000019
【０１０４】
2004102219.tif 000020
【０１０５】
2004102219.tif 000021
【０１０６】
2004102219.tif 000022
2004102219.tif 000023
【０１０７】
次に、第１実施例〜第３実施例における条件式のパラメータ値を表１〜１５に示す。
数値データ１（第１実施例）
【表１】
2004102219.tif 000024
【表２】
2004102219.tif 000025
【表３】
2004102219.tif 000026
【表４】
2004102219.tif 000027
【表５】
2004102219.tif 000028
【０１０８】
数値データ２（第２実施例）
【表６】
2004102219.tif 000029
【表７】
2004102219.tif 000030
【表８】
2004102219.tif 000031
【表９】
2004102219.tif 000032
【表１０】
2004102219.tif 000033
【０１０９】
数値データ３（第３実施例）
【表１１】
2004102219.tif 000034
【表１２】
2004102219.tif 000035
【表１３】
2004102219.tif 000036
【表１４】
2004102219.tif 000037
【表１５】
2004102219.tif 000038
【０１１０】
第１実施例〜第３実施例では、形状可変ミラーを用いた光学系について述べてきた。しかしながら、形状可変ミラーの代わりに形状が変わらない平面ミラーあるいは曲面ミラーを用いた光学系の場合でも、特に支障をきたさない限り前述の条件式及び制限等を適用してよい。なぜならばミラーを用いた屈曲光学系における小型化のメリットはそのまま保たれるからである。
【０１１１】
また、第１実施例〜第３実施例のズーム光学系では、レンズ群中に反射面を有する構成のズーム光学系について説明したが、反射面を有しないズーム光学系についても可変形状面を備えた光学素子、例えば、可変焦点レンズ等を用いて構成すれば、小型化、低コスト化、省電力化、作動音の静音化等の効果を得ることが可能である。さらに、可変形状面を有しない可変焦点ミラーを以上の実施例に用いても良い。
【０１１２】
第４実施例、第５実施例
第４実施例、第５実施例は、形状可変ミラーを用いない、共軸系のズーム光学系の実施例である。
図１０は本発明の第４実施例にかかる光学系の概略構成を示すＹ−Ｚ断面図である。図１１は第４実施例の光学系の物点距離無限遠時での広角端における横収差を示す図、図１２は第４実施例の光学系の物点距離無限遠時での中間状態における横収差を示す図、図１３は第４実施例の光学系の物点距離無限遠時での望遠端における横収差を示す図であり、図１１〜図１３中、（ａ）は像高０．００ｄに到達する主光線のメリディオナル方向の横収差、（ｂ）は像高０．００ｄに到達する主光線のサジタル方向の横収差、（ｃ）は像高０．２０ｄに到達する主光線のメリディオナル方向の横収差、（ｄ）は像高０．２０ｄに到達する主光線のサジタル方向の横収差、（ｅ）は像高０．３５ｄに到達する主光線のメリディオナル方向の横収差、（ｆ）は像高０．３５ｄに到達する主光線のサジタル方向の横収差、（ｇ）は像高０．４５ｄに到達する主光線のメリディオナル方向の横収差、（ｈ）は像高０．４５ｄに到達する主光線のサジタル方向の横収差、（ｊ）は像高０．５０ｄに到達する主光線のメリディオナル方向の横収差、（ｊ）は像高０．５０ｄに到達する主光線のサジタル方向の横収差を示している。なお、ｄは撮像面の対角長を表している。図１４は本発明の第５実施例にかかる光学系の概略構成を示すＹ−Ｚ断面図である。
【０１１３】
第４実施例、第５実施例の光学系は、物体側から順に配置された、負のパワーを有する固定レンズ群Ｇ１と、正のパワーを有する移動レンズ群Ｇ２と、絞りと負のパワーを有する固定レンズ群Ｇ３と、正のパワーを有する移動レンズ群Ｇ４と、正のパワーを有する固定レンズ群Ｇ５とを有して構成されている。図１０、１４中、符号Ｆはフィルター群である。
移動レンズ群Ｇ２と移動レンズ群Ｇ４とが移動することで、光学系に変倍作用を持たせている。
【０１１４】
第４実施例、第５実施例の光学系によれば、変倍時にレンズ群は移動するが絞りは固定なので、シャッターも固定することができ、鏡枠の機械的構造を簡素化することができる。これによって鏡枠の小型化、低コスト化を実現できる。
なお、コンパクトな光学系を達成するために、固定レンズ群Ｇ１と移動レンズ群Ｇ２との間に形状可変ミラー、あるいは形状の変化しない平面ミラーや曲面ミラーを配置しても良い。
【０１１５】
次に、第４実施例、第５実施例の光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
2004102219.tif 000039
【０１１６】
2004102219.tif 000040
【０１１７】
2004102219.tif 000041
【０１１８】
2004102219.tif 000042
【０１１９】以上のような本発明による光学系は、フィルムカメラ、デジタルカメラ、テレビカメラ、携帯端末用のカメラ、監視カメラ、ロボットの眼、電子内視鏡等に適用可能である。
また、上述の光学系では、レンズ群中に反射面を有する構成の光学系について説明したが、反射面を有しない構成の光学系についても可変形状面を備えた光学素子、例えば、可変焦点レンズ等を用いて構成すれば、小型化、低コスト化、省電力化、作動音の静音化等の効果を達成することが可能である。更に、可変形状面を有しない可変焦点ミラーを前記実施例に用いても良い。なお、可変焦点ミラーについては、その一例を図３０を用いて後述する。
【０１２０】
次に、本発明の光学系あるいは撮像装置に適用可能な形状可変ミラーの構成例について説明する。
図１５は本発明の光学系に適用可能な可変ミラーとして光学特性可変ミラーを用いたデジタルカメラのケプラー式ファインダーの概略構成図である。本例の構成は、もちろん銀塩フィルムカメラにも使うことができる。まず、光学特性可変形状鏡４０９について説明する。
光学特性可変形状鏡４０９は、アルミコーティングされた薄膜（反射面）４０９ａと複数の電極４０９ｂからなる光学特性可変形状鏡（以下、単に可変形状鏡と言う。）であり、４１１は各電極４０９ｂにそれぞれ接続された複数の可変抵抗器、４１２は可変抵抗器４１１と電源スイッチ４１３を介して薄膜４０９ａと電極４０９ｂ間に接続された電源、４１４は複数の可変抵抗器４１１の抵抗値を制御するための演算装置、４１５，４１６及び４１７はそれぞれ演算装置４１４に接続された温度センサー、湿度センサー及び距離センサーで、これらは図示のように配設されて１つの光学装置を構成している。
【０１２１】
なお、対物レンズ９０２、接眼レンズ９０１、及び、プリズム４０４、二等辺直角プリズム４０５、ミラー４０６及び可変形状鏡の各面は、平面でなくてもよく、球面、回転対称非球面の他、光軸に対して偏心した球面、平面、回転対称非球面、あるいは、対称面を有する非球面、対称面を１つだけ有する非球面、対称面のない非球面、自由曲面、微分不可能な点又は線を有する面等、いかなる形状をしていてもよく、さらに、反射面でも屈折面でも光に何らかの影響を与え得る面ならばよい。以下、これらの面を総称して拡張曲面という。
【０１２２】
また、薄膜４０９ａは、例えば、Ｐ．Ｒａｉ−ｃｈｏｕｄｈｕｒｙ編、Ｈａｎｄｂｏｏｋ　ｏｆ　ＭｉｃｈｒｏｌｉｔｈｏＧｒａｐｈｙ，　ＭｉｃｈｒｏｍａｃｈｉｎｉｎＧ　ａｎｄ　Ｍｉｃｈｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，　Ｖｏｌｕｍｅ　２：ＭｉｃｈｒｏｍａｃｈｉｎｉｎＧ　ａｎｄ　Ｍｉｃｈｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，Ｐ４９５，ＦｉＧ．８．５８，　ＳＰＩＥ　ＰＲＥＳＳ刊やＯｐｔｉｃｓ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，　１４０巻（１９９７年）Ｐ１８７〜１９０に記載されているメンブレインミラーのように、複数の電極４０９ｂとの間に電圧が印加されると、静電気力により薄膜４０９ａが変形してその面形状が変化するようになっており、これにより、観察者の視度に合わせたピント調整ができるだけでなく、さらに、レンズ９０１，９０２及び／又はプリズム４０４、二等辺直角プリズム４０５、ミラー４０６の温度や湿度変化による変形や屈折率の変化、あるいは、レンズ枠の伸縮や変形及び光学素子、枠等の部品の組立誤差による結像性能の低下が抑制され、常に適正にピント調整並びにピント調整で生じた収差の補正が行われ得る。
なお、電極４０９ｂの形は、例えば図１７、図１８に示すように、薄膜４０９ａの変形のさせ方に応じて選べばよい。
【０１２３】
本例によれば、物体からの光は、対物レンズ９０２及びプリズム４０４の各入射面と射出面で屈折され、可変形状鏡４０９で反射され、プリズム４０４を透過して、二等辺直角プリズム４０５でさらに反射され（図１５中、光路中の＋印は、紙面の裏側へ向かって光線が進むことを示している）、ミラー４０６で反射され、接眼レンズ９０１を介して眼に入射するようになっている。このように、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、及び、可変形状鏡４０９によって、本例の光学装置の観察光学系を構成しており、これらの各光学素子の面形状と肉厚を最適化することにより、物体面の収差を最小にすることができるようになっている。
すなわち、反射面としての薄膜４０９ａの形状は、結像性能が最適になるように演算装置４１４からの信号により各可変抵抗器４１１の抵抗値を変化させることにより制御される。すなわち、演算装置４１４へ、温度センサー４１５、湿度センサー４１６及び距離サンサー４１７から周囲温度及び湿度並びに物体までの距離に応じた大きさの信号が入力され、演算装置４１４は、これらの入力信号に基づき周囲の温度及び湿度条件と物体までの距離による結像性能の低下を補償すべく、薄膜４０９ａの形状が決定されるような電圧を電極４０９ｂに印加するように、可変抵抗器４１１の抵抗値を決定するための信号を出力する。このように、薄膜４０９ａは電極４０９ｂに印加される電圧すなわち静電気力で変形させられるため、その形状は状況により非球面を含む様々な形状をとる。
【０１２４】
なお、距離センサー４１７はなくてもよく、その場合、固体撮像素子４０８からの像の信号の高周波成分が略最大になるように、デジタルカメラの撮像レンズ４０３を動かし、その位置から逆に物体距離を算出し、可変形状鏡を変形させて観察者の眼にピントが合うようにすればよい。
また、薄膜４０９ａをポリイミド等の合成樹脂で製作すれば、低電圧でも大きな変形が可能であるので好都合である。なお、プリズム４０４と可変形状鏡４０９を一体的に形成してユニット化することができる。また、図示を省略したが、可変形状鏡４０９の基板上に固体撮像素子４０８をリソグラフィープロセスにより一体的に形成してもよい。
また、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、ミラー４０６は、プラスチックモールド等で形成することにより任意の所望形状の曲面を容易に形成することができ、製作も簡単である。なお、本例の撮像装置では、レンズ９０１，９０２がプリズム４０４から離れて形成されているが、レンズ９０１，９０２を設けることなく収差を除去することができるようにプリズム４０４，４０５、ミラー４０６、可変形状鏡４０９を設計すれば、プリズム４０４，４０５、可変形状鏡４０９は１つの光学ブロックとなり、組立が容易となる。また、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、ミラー４０６の一部あるいは全部をガラスで作製してもよく、このように構成すれば、さらに精度の良い撮像装置が得られる。
【０１２５】
なお、図１５の例では、演算装置４１４、温度センサー４１５、湿度センサー４１６、距離センサー４１７を設け、温湿度変化、物体距離の変化等も可変形状鏡４０９で補償するようにしたが、そうではなくてもよい。つまり、演算装置４１４、温度センサー４１５、湿度センサー４１６、距離センサー４１７を省き、観察者の視度変化のみを可変形状鏡４０９で補正するようにしてもよい。
【０１２６】
図１６は本発明の光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９の他の例を示す概略構成図である。
本例の可変形状鏡は、薄膜４０９ａと電極４０９ｂとの間に圧電素子４０９ｃが介装されていて、これらが支持台４２３上に設けられている。そして、圧電素子４０９ｃに加わる電圧を各電極４０９ｂ毎に変えることにより、圧電素子４０９ｃに部分的に異なる伸縮を生じさせて、薄膜４０９ａの形状を変えることができるようになっている。電極４０９ｂの形は、図１７に示すように同心分割であってもよいし、図１８に示すように矩形分割であってもよく、その他、適宜の形のものを選択することができる。
【０１２７】
図１６中、４２４は演算装置４１４に接続された振れ（ブレ）センサーであって、例えばデジタルカメラの振れを検知し、振れによる像の乱れを補償するように薄膜４０９ａを変形させるべく、演算装置４１４及び可変抵抗器４１１を介して電極４０９ｂに印加される電圧を変化させる。このとき、温度センサー４１５、湿度センサー４１６及び距離センサー４１７からの信号も同時に考慮され、ピント合わせ、温湿度補償等が行われる。この場合、薄膜４０９ａには圧電素子４０９ｃの変形に伴う応力が加わるので、薄膜４０９ａの厚さはある程度厚めに作られて相応の強度を持たせるようにするのがよい。
【０１２８】
図１９は本発明の光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
本例の可変形状鏡は、薄膜４０９ａと電極４０９ｂの間に介置される圧電素子が逆方向の圧電特性を持つ材料で作られた２枚の圧電素子４０９ｃ及び４０９ｃ’で構成されている点で図１６に示された実施例の可変形状鏡とは異なる。すなわち、圧電素子４０９ｃと４０９ｃ’が強誘電性結晶で作られているとすれば、結晶軸の向きが互いに逆になるように配置される。この場合、圧電素子４０９ｃと４０９ｃ’は電圧が印加されると逆方向に伸縮するので、薄膜４０９ａを変形させる力が図１６に示した実施例の場合よりも強くなり、結果的にミラー表面の形を大きく変えることができるという利点がある。
【０１２９】
圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’に用いる材料としては、例えばチタン酸バリウム、ロッシエル塩、水晶、電気石、リン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）、リン酸二水素アンモニウム（ＡＤＰ）、ニオブ酸リチウム等の圧電物質、同物質の多結晶体、同物質の結晶、ＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３の固溶体の圧電セラミックス、二フッ化ポリビニール（ＰＶＤＦ）等の有機圧電物質、上記以外の強誘電体等があり、特に有機圧電物質はヤング率が小さく、低電圧でも大きな変形が可能であるので好ましい。なお、これらの圧電素子を利用する場合、厚さを不均一にすれば、上記例において薄膜４０９ａの形状を適切に変形させることも可能である。
また、圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’の材質としては、ポリウレタン、シリコンゴム、アクリルエラストマー、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分子圧電体、シアン化ビニリデン共重合体、ビニリデンフルオライドとトリフルオロエチレンの共重合体等が用いられる。圧電性を有する有機材料や、圧電性を有する合成樹脂、圧電性を有するエラストマー等を用いると可変形状鏡面の大きな変形が実現できてよい。
なお、図１６、図２０の圧電素子４０９ｃに電歪材料、例えば、アクリルエラストマー、シリコンゴム等を用いる場合には、圧電素子４０９ｃを別の基板４０９ｃ−１と電歪材料４０９ｃ−２を貼り合わせた構造にしてもよい。
【０１３０】
図２０は本発明の光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
本例の可変形状鏡は、圧電素子４０９ｃが薄膜４０９ａと電極４０９ｄとにより挟持され、薄膜４０９ａと電極４０９ｄ間に演算装置４１４により制御される駆動回路４２５を介して電圧が印加されるようになっており、さらにこれとは別に、支持台４２３上に設けられた電極４０９ｂにも演算装置４１４により制御される駆動回路４２５を介して電圧が印加されるように構成されている。したがって、本例では、薄膜４０９ａは電極４０９ｄとの間に印加される電圧と電極４０９ｂに印加される電圧による静電気力とにより二重に変形され得、上記例に示した何れのものよりもより多くの変形パターンが可能であり、かつ、応答性も速いという利点がある。
そして、薄膜４０９ａ、電極４０９ｄ間の電圧の符号を変えれば、可変形状鏡を凸面にも凹面にも変形させることができる。その場合、大きな変形を圧電効果で行ない、微細な形状変化を静電気力で行なってもよい。また、凸面の変形には圧電効果を主に用い、凹面の変形には静電気力を主に用いてもよい。なお、電極４０９ｄは電極４０９ｂのように複数の電極から構成されてもよい。この様子を図２０に示した。なお、本発明では、圧電効果と電歪効果、電歪をすべてまとめて圧電効果と述べている。従って、電歪材料も圧電材料に含むものとする。
【０１３１】
図２１は本発明の光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
本例の可変形状鏡は、電磁気力を利用して反射面の形状を変化させ得るようにしたもので、支持台４２３の内部底面上には永久磁石４２６が、頂面上には窒化シリコン又はポリイミド等からなる基板４０９ｅの周縁部が載置固定されており、基板４０９ｅの表面にはアルミニウム等の金属コートで作られた薄膜４０９ａが付設されていて、可変形状鏡４０９を構成している。
【０１３２】
基板４０９ｅの下面には複数のコイル４２７が配設されており、これらのコイル４２７はそれぞれ駆動回路４２８を介して演算装置４１４に接続されている。したがって、各センサー４１５，４１６，４１７，４２４からの信号によって演算装置４１４において求められる光学系の変化に対応した演算装置４１４からの出力信号により、各駆動回路４２８から各コイル４２７にそれぞれ適当な電流が供給されると、永久磁石４２６との間に働く電磁気力で各コイル４２７は反発又は吸着され、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａを変形させる。
この場合、各コイル４２７はそれぞれ異なる量の電流を流すようにすることもできる。また、コイル４２７は１個でもよいし、永久磁石４２６を基板４０９ｅに付設しコイル４２７を支持台４２３の内部底面側に設けるようにしてもよい。また、コイル４２７はリソグラフィー等の手法で作るとよく、さらに、コイル４２７には強磁性体よりなる鉄心を入れるようにしてもよい。
この場合、薄膜コイル４２７の巻密度を、図２２に示すように、場所によって変化させることにより、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａに所望の変形を与えるようにすることもできる。また、コイル４２７は１個でもよいし、また、これらのコイル４２７には強磁性体よりなる鉄心を挿入してもよい。
【０１３３】
図２３は本発明の光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
本例の可変形状鏡では、基板４０９ｅは鉄等の強磁性体で作られており、反射膜としての薄膜４０９ａはアルミニウム等からなっている。この場合、薄膜コイルを設けなくてもすむから、構造が簡単で、製造コストを低減することができる。また、電源スイッチ４１３を切換え兼電源開閉用スイッチに置換すれば、コイル４２７に流れる電流の方向を変えることができ、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａの形状を自由に変えることができる。
【０１３４】
図２４は本例におけるコイル４２７の配置を示し、図２５はコイル４２７の他の配置例を示しているが、これらの配置は、図２１に示した実施例にも適用することができる。なお、図２６は、図２１に示した例において、コイル４２７を図２９のように配置した場合に適する永久磁石４２６の配置を示している。すなわち、図２６に示すように永久磁石４２６を放射状に配置すれば、図２１に示した例に比べて、微妙な変形を基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａに与えることができる。また、このように電磁気力を用いて基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａを変形させる場合（図２１及び図２３の例）は、静電気力を用いた場合よりも低電圧で駆動できるという利点がある。
【０１３５】
以上いくつかの可変形状鏡の例を述べたが、ミラーの形を変形させるのに、図２０の例に示すように、２種類以上の力を用いてもよい。つまり静電気力、電磁力、圧電効果、磁歪、流体の圧力、電場、磁場、温度変化、電磁波等のうちから２つ以上を同時に用いて可変形状鏡を変形させてもよい。つまり２つ以上の異なる駆動方法を用いて光学特性可変光学素子を作れば、大きな変形と微細な変形とを同時に実現でき、精度の良い鏡面が実現できる。
また、形状可変ミラーの変形する部分の外形は、軸上光線の入射面に平行な方向に長い形状とするのが好ましく、このように構成すれば、収差補正に有利な楕円面に近い形状に変形させやすいという利点がある。前記入射面に平行な方向に長い形状としては、トラック形状、多角形、楕円等が利用できる。
【０１３６】
図２７は本発明の光学系を用いた撮像装置に適用可能な形状可変ミラーとして可変形状鏡４０９を用いた撮像系、例えば携帯電話のデジタルカメラ、カプセル内視鏡、電子内視鏡、パソコン用デジタルカメラ、ＰＤＡ用デジタルカメラ等に用いられる撮像系の概略構成図である。
本例の撮像系は、可変形状鏡４０９と、レンズ９０２と、固体撮像素子４０８と、制御系１０３とで一つの撮像ユニット１０４を構成している。本例の撮像ユニット１０４では、レンズ９０２を通った物体からの光は可変形状鏡４０９で集光され、固体撮像素子４０８の上に結像する。固体撮像素子４０８で得られた画像信号は、電子回路で処理され、表示装置に画像を表示することができる。また、記録装置に画像情報を蓄えることもできる。可変形状鏡４０９は、光学特性可変光学素子の一種であり、可変焦点ミラーとも呼ばれている。
【０１３７】
本例によれば、物体距離が変わっても可変形状鏡４０９を変形させることでピント合わせをすることができ、レンズをモータ等で駆動する必要がなく、小型化、軽量化、低消費電力化の点で優れている。また、撮像ユニット１０４は本発明の撮像系としてすべての実施例で用いることができる。また、可変形状鏡４０９を複数用いることでズーム、変倍の撮像系、光学系を作ることができる。
なお、図２７では、制御系１０３にコイルを用いたトランスの昇圧回路を含む制御系の構成例を示している。特に積層型圧電トランスを用いると、小型化できてよい。昇圧回路は本発明のすべての電気を用いる可変形状鏡、可変焦点レンズに用いることができるが、特に静電気力、圧電効果を用いる場合の可変形状鏡、可変焦点レンズに有用である。
【０１３８】
図２８は本発明の光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能なさらに他の例に係る、マイクロポンプ１８０で流体１６１を出し入れしミラー面を変形させる可変形状鏡１８８の概略構成図である。本例によれば、ミラー面を大きく変形させることが可能になるというメリットがある。マイクロポンプ１８０は、例えば、マイクロマシンの技術で作られた小型のポンプで、電力で動くように構成されている。マイクロマシンの技術で作られたポンプの例としては、熱変形を利用したもの、圧電材料を用いたもの、静電気力を用いたものなどがある。
【０１３９】
図２９は本発明の光学系に用いる形状可変ミラーに適用可能なマイクロポンプの一例を示す概略構成図である。本例のマイクロポンプ１８０では、振動板１８１は静電気力、圧電効果等の電気力により振動する。図２９では静電気力により振動する例を示しており、図２９中、１８２，１８３は電極である。また、点線は変形した時の振動板１８１を示している。振動板１８１の振動に伴い、２つの弁１８４，１８５が開閉し、流体１６１を右から左へ送るようになっている。
本例の可変形状鏡１８８では、反射膜１８９が流体１６１の量に応じて凹凸に変形することで、可変形状鏡として機能する。可変形状鏡１８８は流体１６１で駆動されている。流体としては、シリコンオイル、空気、水、ゼリー、等の有機物、無機物を用いることができる。
【０１４０】
なお、静電気力、圧電効果を用いた可変形状鏡、可変焦点レンズなどにおいては、駆動用に高電圧が必要になる場合がある。その場合には、例えば図２７に示すように、昇圧用のトランス、あるいは圧電トランス等を用いて制御系を構成するとよい。
また、反射用の薄膜４０９ａは、変形しない部分にも設けておくと、可変形状鏡の形状を干渉計等で測定する場合に、基準面として使うことができ便利である。
【０１４１】
図３０は本発明の光学系に適用可能な、可変焦点レンズを応用した可変焦点ミラーを示すものである。この可変焦点ミラー５６５は、第１，第２の面５６６ａ，５６６ｂを有する第１の透明基板５６６と、第３，第４の面５６７ａ，５６７ｂを有する第２の透明基板５６７とを有する。第１の透明基板５６６は、平板状またはレンズ状に形成して、内面（第２の面）５６６ｂに透明電極５１３ａを設け、第２の透明基板５６７は、内面（第３の面）５６７ａを凹面状に形成して、該凹面上に反射膜５６８を施し、さらにこの反射膜５６８上に透明電極５１３ｂを設ける。透明電極５１３ａ，５１３ｂ間には高分子分散液晶層５１４を設け、これら透明電極５１３ａ，５１３ｂをスイッチ５１５および可変抵抗器５１９を経て交流電源５１６に接続して、高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加するようにする。なお、図３０では液晶分子の図示を省略してある。このように、可変焦点ミラー５６５は、透明電極５１３ａ、高分子分散液晶層５１４、透明電極５１３ｂからなる可変焦点レンズと、第２の透明基板５６７、反射膜５６８からなる凹面鏡を組み合わせた構造になっている。
【０１４２】
かかる構成によれば、透明基板５６６側から入射する光線は、反射膜５６８により高分子分散液晶層５１４を折り返す光路となるので、高分子分散液晶層５１４の作用を２回もたせることができると共に、高分子分散液晶層５１４への印加電圧を変えることにより、反射光の焦点位置を変えることができる。この場合、可変焦点ミラー５６５に入射した光線は、高分子分散液晶層５１４を２回透過するので、高分子分散液晶層５１４の厚さの２倍をｔとすれば、上記の各式を同様に用いることができる。なお、透明基板５６６または５６７の内面を回折格子状にして、高分子分散液晶層５１４の厚さを薄くすることもできる。このようにすれば、散乱光をより少なくできる利点がある。
【０１４３】
以上の説明では、液晶の劣化を防止するため、電源として交流電源５１６を用いて、液晶に交流電界を印加するようにしたが、直流電源を用いて液晶に直流電界を印加するようにすることもできる。また、液晶分子の方向を変える方法としては、電圧を変化させること以外に、液晶にかける電場の周波数、液晶にかける磁場の強さ・周波数、あるいは液晶の温度等を変化させることによってもよい。なお、本発明では図３０のような形状の変化しない可変焦点ミラーも、可変形状鏡の中に含めるものとする。
【０１４４】
図３１は本発明の光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡のさらに他の例を示す概略構成図である。本例では、デジタルカメラに用いられるものとして説明する。図３１中、４１１は可変抵抗器、４１４は演算装置、４１５は温度センサー、４１６は湿度センサー、４１７は距離センサー、４２４は振れセンサーである。
本例の可変形状鏡４５は、アクリルエラストマー等の有機材料からなる電歪材料４５３と間を隔てて分割電極４０９ｂを設け、電歪材料４５３の上に順に電極４５２、変形可能な基板４５１を設け、さらにその上に入射光を反射するアルミニウム等の金属からなる反射膜４５０を設けて構成されている。このように構成すると、分割電極４０９ｂを電歪材料４５３と一体化した場合に比べて、反射膜４５０の面形状が滑らかになり、光学的に収差を発生させにくくなるというメリットがある。なお、変形可能な基板４５１と電極４５２の配置は逆でも良い。
【０１４５】
また、図３１中、４４９は光学系の変倍、あるいはズームを行なう釦であり、可変形状鏡４５は、釦４４９を使用者が押すことで反射膜４５０の形を変形させて、変倍あるいは、ズームをすることができるように演算装置４１４を介して制御されている。
なお、アクリルエラストマー等の有機材料からなる電歪材料の代わりに既に述べたチタン酸バリウム等の圧電材料を用いてもよい。
【０１４６】
最後に、本発明で用いる用語の定義を述べておく。
光学装置とは、光学系あるいは光学素子を含む装置のことである。光学装置単体で機能しなくてもよい。つまり、装置の一部でもよい。光学装置には、撮像装置、観察装置、表示装置、照明装置、信号処理装置等が含まれる。
【０１４７】
撮像装置の例としては、フィルムカメラ、デジタルカメラ、ロボットの眼、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラ、テレビカメラ、動画記録装置、電子動画記録装置、カムコーダ、ＶＴＲカメラ、電子内視鏡等がある。デジカメ、カード型デジカメ、テレビカメラ、ＶＴＲカメラ、動画記録カメラなどはいずれも電子撮像装置の一例である。
【０１４８】
観察装置の例としては、顕微鏡、望遠鏡、眼鏡、双眼鏡、ルーペ、ファイバースコープ、ファインダー、ビューファインダー等がある。
表示装置の例としては、液晶ディスプレイ、ビューファインダー、ゲームマシン（ソニー社製プレイステーション）、ビデオプロジェクター、液晶プロジェクター、頭部装着型画像表示装置（ｈｅａｄ　ｍｏｕｎｔｅｄ　ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話等がある。
【０１４９】
照明装置の例としては、カメラのストロボ、自動車のヘッドライト、内視鏡光源、顕微鏡光源等がある。
【０１５０】
信号処理装置の例としては、携帯電話、パソコン、ゲームマシン、光ディスクの読取・書込装置、光計算機の演算装置等がある。
【０１５１】
なお、本発明の光学系は小型軽量なので、電子撮像装置、信号処理装置、特に、デジタルカメラ、携帯電話の撮像系に用いると効果がある。
【０１５２】
撮像素子は、例えばＣＣＤ、撮像管、固体撮像素子、写真フィルム等を指す。また、平行平面板はプリズムの１つに含まれるものとする。観察者の変化には、視度の変化を含むものとする。被写体の変化には、被写体となる物体距離の変化、物体の移動、物体の動き、振動、物体のぶれ等を含むものとする。
【０１５３】
拡張曲面の定義は以下の通りである。
球面、平面、回転対称非球面のほか、光軸に対して偏心した球面、平面、回転対称非球面、あるいは対称面を有する非球面、対称面を１つだけ有する非球面、対称面のない非球面、自由曲面、微分不可能な点や線を有する面等、いかなる形をしていても良い。反射面でも、屈折面でも、光になんらかの影響を与えうる面ならば良い。本発明では、これらを総称して拡張曲面と呼ぶことにする。
【０１５４】
光学特性可変光学素子とは、可変焦点レンズ、可変形状鏡、面形状の変わる偏光プリズム、頂角可変プリズム、光偏向作用の変わる可変回折光学素子、つまり可変ＨＯＥ，可変ＤＯＥ等を含む。可変焦点レンズには、焦点距離が変化せず、収差量が変化するような可変レンズも含むものとする。可変形状鏡についても同様である。要するに、光学素子で、光の反射、屈折、回折等の光偏向作用が変化しうるものを光学特性可変光学素子と呼ぶ。
【０１５５】
情報発信装置とは、携帯電話、固定式の電話、ゲームマシン、テレビ、ラジカセ、ステレオ等のリモコンや、パソコン、パソコンのキーボード、マウス、タッチパネル等の何らかの情報を入力し、送信することができる装置を指す。撮像装置のついたテレビモニター、パソコンのモニター、ディスプレイも含むものとする。情報発信装置は、信号処理装置の中に含まれる。
【０１５６】
以上説明したように、本発明による光学系及びそれを用いた装置は、特許請求の範囲に記載された発明の他に、次のような特徴も備えている。
【０１５７】
（１）前記形状可変ミラーがフォーカシング作用を有し、前記移動可能なレンズ群が変倍及びその変倍時に伴う像面の移動を補正するコンペンセート作用を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１５８】
（２）前記形状可変ミラーが、偏心収差を低減するためにある状態で回転非対称な形状に変形することを特徴とする上記（１）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１５９】
（３）前記形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つの回転対称なレンズあるいは撮像面がＺ軸に対して偏心していることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１６０】
（４）前記形状可変ミラーは、フォーカシングする物体距離が近くなるにつれて正のパワーが大きくなることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１６１】
（５）前記形状可変ミラーは、変形することにより正パワーと負パワーの両方を取ることができる請求項１〜４、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１６２】
（６）前記形状可変ミラーは、正パワーのみを取ることができる請求項１〜４、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１６３】
（７）前記形状可変ミラーは、ミラー面の変形の際に周辺部が固定であることを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（６）のいずれかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１６４】
（８）変倍時に光学系の絞りが固定されていることを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（７）のいずれかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１６５】
（９）少なくとも１つ以上の接合レンズを有することを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（８）のいずれかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１６６】
（１０）少なくとも２つ以上の移動可能なレンズ群の移動方向が、互いにほぼ平行であることを特徴とする請求項１〜４、上記（１）〜（９）のいずれかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
なお、ほぼ平行とは±５°以内のことを指す。
【０１６７】
（１１）形状可変ミラーを含んだ光学系において、移動可能なレンズ群がＺ軸にほぼ平行に移動することを特徴とする光学系及びそれを用いた光学装置。
なお、ほぼ平行とは±５°以内のことを指す。
【０１６８】
（１２）移動可能なレンズ群がＺ軸に対して偏心していることを特徴とする上記（１１）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１６９】
（１３）形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーの最大変形量をｍｄ、広角端における光学系の焦点距離をｆｗ、望遠端における光学系の焦点距離をｆｔとしたときに、ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする光学系及びそれを用いた光学装置。
０　　＜　｜ｍｄ／√（ｆｗ×ｆｔ）｜　＜　０．１
なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
【０１７０】
（１４）ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする上記（１３）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０　　＜　｜ｍｄ／√（ｆｗ×ｆｔ）｜　＜　０．０５
ただし、ｍｄは形状可変ミラーの最大変形量、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離、ｆｔは望遠端における光学系の焦点距離である。なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
【０１７１】
（１５）ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする上記（１３）又は（１４）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０　　＜　｜ｍｄ／√（ｆｗ×ｆｔ）｜　＜　０．０３
ただし、ｍｄは形状可変ミラーの最大変形量、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離、ｆｔは望遠端における光学系の焦点距離である。なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
【０１７２】
（１６）形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーの最大変形量をｍｄ、形状可変ミラーにおける光学的に有効な反射面の面積をＳｍとしたときに、ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする光学系及びそれを用いた光学装置。
０　　＜　ｍｄ２／Ｓｍ　＜　０．０００５
【０１７３】
（１７）ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする上記（１６）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０　　＜　ｍｄ２／Ｓｍ　＜　０．０００２
ただし、ｍｄは形状可変ミラーの最大変形量、Ｓｍは形状可変ミラーにおける光学的に有効な反射面の面積である。
【０１７４】
（１８）形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーによってある物体距離の物点にフォーカシングした際に、望遠端における形状可変ミラーの変形量よりも広角端における形状可変ミラーの変形量が大きいことを特徴とする光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１７５】
（１９）形状可変ミラーを含んだ光学系において、可変ミラーの平面状態から測った、オートフォーカスを行うために必要な変形余裕量や、製造誤差の影響を考慮した変形余裕量等を含んだ形状可変ミラーの変形量をＨとしたときに、広角端における前記形状可変ミラーの変形量Ｈが望遠端における前記形状可変ミラーの変形量Ｈよりも大きいことを特徴とする光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１７６】
（２０）形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーによってフォーカシングを行う際に、形状可変ミラーの駆動方式が静電駆動方式であり、フォーカシング時に形状可変ミラーに印加する電圧をＶｍ（Ｖｏｌｔ）としたときに、ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする光学系及びそれを用いた光学装置。
０　　≦　｜Ｖｍ｜　＜　５００
【０１７７】
（２１）形状可変ミラーによってフォーカシングを行う際に、形状可変ミラーの駆動方式が静電駆動方式であり、フォーカシング時に形状可変ミラーに印加する電圧をＶｍ（Ｖｏｌｔ）としたときに、ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする上記（２０）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０　　≦　｜Ｖｍ｜　＜　３００
【０１７８】
（２２）形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーのパワーをφＤＭ、広角端における光学系の焦点距離をｆｗ、望遠端における光学系の焦点距離をｆｔとしたときに、ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする光学系及びそれを用いた光学装置。
０　　≦　｜φＤＭ×√（ｆｗ×ｆｔ）｜　＜　１．００
ただし、前記形状可変ミラーのパワーφＤＭは、前記形状可変ミラーの偏心方向（Ｙ方向）面内でのパワーφＤＭｙと、それと垂直方向（Ｘ方向）面内でのパワーφＤＭｘとの平均値であり、次のように定義する。
φＤＭ　＝　（φＤＭｘ＋φＤＭｙ）／２
なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
【０１７９】
（２３）ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする上記（２２）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０　　≦　｜φＤＭ×√（ｆｗ×ｆｔ）｜　＜　０．５０
ただし、φＤＭは形状可変ミラーのパワー、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離、ｆｔは望遠端における光学系の焦点距離である。前記形状可変ミラーのパワーφＤＭは、前記形状可変ミラーの偏心方向（Ｙ方向）面内でのパワーφＤＭｙと、それと垂直方向（Ｘ方向）面内でのパワーφＤＭｘとの平均値であり、次のように定義する。
φＤＭ　＝　（φＤＭｘ＋φＤＭｙ）／２
なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
【０１８０】
（２４）ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする上記（２２）又は（２３）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０　　≦　｜φＤＭ×√（ｆｗ×ｆｔ）｜　＜　０．２０
ただし、φＤＭは形状可変ミラーのパワー、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離、ｆｔは望遠端における光学系の焦点距離である。前記形状可変ミラーのパワーφＤＭは、前記形状可変ミラーの偏心方向（Ｙ方向）面内でのパワーφＤＭｙと、それと垂直方向（Ｘ方向）面内でのパワーφＤＭｘとの平均値であり、次のように定義する。
φＤＭ　＝　（φＤＭｘ＋φＤＭｙ）／２
なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
【０１８１】
（２５）前記形状可変ミラーによって遠点にフォーカシングした際に、形状可変ミラーがフォーカシングした状態のパワーよりも小さいパワーの状態に変形できることを特徴とする上記（２２）〜（２４）のいずれかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１８２】
（２６）前記形状可変ミラーによって近点にフォーカシングした際に、形状可変ミラーがフォーカシングした状態のパワーよりも大きいパワーの状態に変形できることを特徴とする上記（２２）から（２４）のいずれかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１８３】
（２７）前記形状可変ミラーによって物体距離が無限大の物点にフォーカシングした際に、形状可変ミラーの形状が平面ではなく、ゼロよりも大きなパワーを持つ凹面形状に変形することを特徴とする請求項１、上記（２２）〜（２４）のいずれかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１８４】
（２８）形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーの物体側に負パワーのレンズ群を有し、該レンズ群の焦点距離をｆ１、広角端における光学系の焦点距離をｆｗ、望遠端における光学系の焦点距離をｆｔとしたときに、ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする光学系及びそれを用いた光学装置。
−５．０　＜　ｆ１／√（ｆｗ×ｆｔ）　＜　−０．１
なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
【０１８５】
（２９）ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする上記（２８）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
−３．０　＜　ｆ１／√（ｆｗ×ｆｔ）　＜　−０．３
ただし、ｆ１は形状可変ミラーの物体側の負パワーのレンズ群の焦点距離、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離、ｆｔは望遠端における光学系の焦点距離である。なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
【０１８６】
（３０）ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする上記（２８）又は（２９）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
−２．５　＜　ｆ１／√（ｆｗ×ｆｔ）　＜　−０．４
ただし、ｆ１は形状可変ミラーの物体側の負パワーのレンズ群の焦点距離、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離、ｆｔは望遠端における光学系の焦点距離である。なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
【０１８７】
（３１）形状可変ミラーの物体側に配置された負パワーのレンズ群が、凹レンズ１枚であることを特徴とする上記（２８）〜（３０）のいずれかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１８８】
（３２）形状可変ミラーを含んだ光学系において、変倍作用もしくはその変倍時に伴う像面の移動を補正するコンペンセート作用を有する変倍時に移動可能なレンズ群が、形状可変ミラーよりも像側に配置されていることを特徴とする光学系及びそれを用いた光学装置。
【０１８９】
（３３）形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーによる主光線の折り曲げ角をθとしたときに、次の条件式を満足することを特徴とする光学系及びそれを用いた光学装置。
７５°＜　θ　＜　１０５°
なお、ここでの主光線とは、物体中心を出て絞り中心を通り、像中心に到達する光線のことを指す。
【０１９０】
（３４）形状可変ミラーを含んだ光学系において、広角端における前記形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率をβｗとしたときに、ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする光学系及びそれを用いた光学装置。
０．２０　＜　｜βｗ｜　＜　１．００
なお、光学系が単焦点の場合には、｜βｗ｜を形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率で置き換えるものとする。
【０１９１】
（３５）ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする上記（３４）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０．３０　＜　｜βｗ｜　＜　０．８５
ただし、βｗは広角端における形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率である。なお、光学系が単焦点の場合には、｜βｗ｜を形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率で置き換えるものとする。
【０１９２】
（３６）形状可変ミラーを含んだズーム光学系において、広角端における形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率をβｗ、望遠端における形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率をβｔとしたときに、ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする光学系及びそれを用いた光学装置。
０．２　＜　｜βｗ｜×｜βｔ｜　＜　５．０
【０１９３】
（３７）ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする上記（３６）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０．３　＜　｜βｗ｜×｜βｔ｜　＜　３．０
ただし、βｗは広角端における形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率、βｔは望遠端における形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率である。
【０１９４】
（３８）ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする上記（３６）又は（３７）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０．５　＜　｜βｗ｜×｜βｔ｜　＜　２．０
ただし、βｗは広角端における形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率、βｔは望遠端における形状可変ミラーの直後の光学面から最終面までのレンズ群の倍率である。
【０１９５】
（３９）形状可変ミラーを含んだ光学系において、光学系の全長をＣｊ、広角端における光学系の焦点距離をｆｗ、望遠端における光学系の焦点距離をｆｔとしたときに、ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする光学系及びそれを用いた光学装置。
１．０　＜　Ｃｊ／√（ｆｗ×ｆｔ）　＜　２０．０
なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
【０１９６】
（４０）ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする上記（３９）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
２．５　＜　Ｃｊ／√（ｆｗ×ｆｔ）　＜　１８．０
ただし、Ｃｊは光学系の全長、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離、ｆｔは望遠端における光学系の焦点距離である。なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
【０１９７】
（４１）ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする上記（３９）又は（４０）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
３．０　＜　Ｃｊ／√（ｆｗ×ｆｔ）　＜　１７．０
ただし、Ｃｊは光学系の全長、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離、ｆｔは望遠端における光学系の焦点距離である。なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。
【０１９８】
（４２）形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズにシフトを加え、そのシフト量をδ、広角端における光学系の焦点距離をｆｗ、望遠端における光学系の焦点距離をｆｔとしたときに、ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする、光学系及びそれを用いた光学装置。
０．０　≦　｜δ／√（ｆｗ×ｆｔ）｜　＜　１．０
なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。ここでのシフト量δとは、シフトを加えたレンズの中心軸と光学系のＺ軸との距離として定義される量である。
【０１９９】
（４３）ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする上記（４２）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０．０　≦　｜δ／√（ｆｗ×ｆｔ）｜　＜　０．５
ただし、δは形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズに加えたシフト量、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離、ｆｔは望遠端における光学系の焦点距離である。なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。ここでのシフト量δとは、シフトを加えたレンズの中心軸と光学系のＺ軸との距離として定義される量である。
【０２００】
（４４）ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする上記（４２）又は（４３）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０．０　≦　｜δ／√（ｆｗ×ｆｔ）｜　＜　０．２
ただし、δは形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズに加えたシフト量、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離、ｆｔは望遠端における光学系の焦点距離である。なお、光学系が単焦点の場合には、√（ｆｗ×ｆｔ）を光学系の焦点距離で置き換えるものとする。ここでのシフト量δとは、シフトを加えたレンズの中心軸と光学系のＺ軸との距離として定義される量である。
【０２０１】
（４５）形状可変ミラーを含んだ光学系において、形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズあるいは撮像面にティルトを加え、そのティルト量をεとしたときに、ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする光学系及びそれを用いた光学装置。
０．０°　≦　｜ε｜　＜　１０．０°
なお、ティルト量εとは、ティルトを加えたレンズあるいは撮像面の中心軸と光学系のＺ軸との傾き角として定義される量である。
【０２０２】
（４６）ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする上記（４５）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０．０°　≦　｜ε｜　＜　７．０°
ただし、εは形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズあるいは撮像面に加えたティルト量である。なお、ティルト量εとは、ティルトを加えたレンズあるいは撮像面の中心軸と光学系のＺ軸との傾き角として定義される量である。
【０２０３】
（４７）ある状態で次の条件式を満足することを特徴とする上記（４５）又は（４６）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
０．０°　≦　｜ε｜　＜　５．５°
ただし、εは形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために、少なくとも１つのレンズあるいは撮像面に加えたティルト量である。なお、ティルト量εとは、ティルトを加えたレンズあるいは撮像面の中心軸と光学系のＺ軸との傾き角として定義される量である。
【０２０４】
（４８）それぞれのティルト量の絶対値の中で、撮像面に加えたティルト量の絶対値が最大であることを特徴とする上記（４５）〜（４７）のいずれかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０２０５】
（４９）形状可変ミラーを含み、形状可変ミラーによって発生する偏心収差を補正するために少なくとも１つのレンズあるいは撮像面にシフト及びティルトを加えた光学系において、それぞれのシフトがある１つの平面内で行われ、かつ、ティルトの回転軸がその平面に垂直であることを特徴とする光学系及びそれを用いた光学装置。
【０２０６】
（５０）形状可変ミラーを含んだ光学系において、固定されたレンズ群の前後に独立して動く少なくとも１つ以上のレンズ群を配置したことを特徴とする光学系及びそれを用いた光学装置。
【０２０７】
（５１）前記独立して動く少なくとも１つ以上のレンズ群のうち、最も物体側に配置されたレンズ群において、形状可変ミラーを該レンズ群のさらに物体側に配置したことを特徴とする上記（５０）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０２０８】
（５２）光学系の絞りが固定されたレンズ群の近傍に配置されていることを特徴とする上記（５０）又は（５１）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０２０９】
（５３）前記形状可変ミラーに光線が斜入射することを特徴とする上記（５０）〜（５２）のいずれかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０２１０】
（５４）変倍作用もしくはその変倍時に伴う像面の移動を補正するコンペンセート作用を有する少なくとも２つの変倍時に移動可能なレンズ群と、少なくとも１つ以上の形状が変化しない平面ミラーあるいは曲面ミラーと、を有することを特徴とする光学系及びそれを用いた光学装置。
【０２１１】
（５５）第１レンズ群と第３レンズ群と最終レンズ群とが機械的に固定されており、変倍時に第２レンズ群と第４レンズ群がＺ軸にほぼ平行に移動することを特徴とする請求項５に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０２１２】
（５６）光学系の中に形状可変ミラーを含むことを特徴とする請求項５又は上記（５５）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０２１３】
（５７）光学系の中に形状が変化しない平面ミラーあるいは曲面ミラーを含むことを特徴とする請求項５に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０２１４】
（５８）第１レンズ群と第３レンズ群と最終レンズ群とが機械的に固定され、変倍時に第２レンズ群と第４レンズ群が独立してＺ軸にほぼ平行に移動することを特徴とする請求項５に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。なお、ほぼ平行とは±５°以内のことを指す。
【０２１５】
（５９）光学系の中に形状可変ミラーを含むことを特徴とする上記（５８）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０２１６】
（６０）光学系の中に形状が変化しない平面ミラーあるいは曲面ミラーを含むことを特徴とする上記（５８）に記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
【０２１７】
（６１）撮像面に加えたティルトの方向と可変ミラーによる光線の折り曲げ方向とが一致することを特徴とする上記（４５）〜（４７）のいずれかに記載の光学系及びそれを用いた光学装置。
本発明では、図１、図８、図９に示すように、光線の進行方向が可変ミラーによってｘ軸のマイナス側から見て、ｘ軸中心に時計回りに約９０°回転しており、撮像面の法線も同様に、ｘ軸のマイナス側から見てｘ軸中心に時計回りに回転している。ただし、回転角は±１８０°の範囲でとるものとする。
【０２１８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の光学系及びそれを用いた光学装置によれば、レンズの可動群が少なく、小型で、消費電力が少なく、動作音が静かな光学系及びそれを用いた光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例にかかる光学系の概略構成を示すＹ−Ｚ断面図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端の状態を示している。偏心の方向を望遠端の光路図において矢印で示してある。図８と図９も同様である。
【図２】第１実施例の光学系の物点距離無限遠時での広角端における横収差を示す図である。
【図３】第１実施例の光学系の物点距離無限遠時での中間状態における横収差を示す図である。
【図４】第１実施例の光学系の物点距離無限遠時での望遠端における横収差を示す図である。
【図５】第１実施例の光学系の物点距離３００ｍ時での広角端における横収差を示す図である。
【図６】第１実施例の光学系の物点距離３００ｍ時での中間状態における横収差を示す図である。
【図７】第１実施例の光学系の物点距離３００ｍ時での望遠端における横収差を示す図である。
【図８】本発明の第２実施例にかかる光学系の概略構成を示すＹ−Ｚ断面図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端の状態を示している。
【図９】本発明の第３実施例にかかる光学系の概略構成を示すＹ−Ｚ断面図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端の状態を示している。
【図１０】本発明の第４実施例にかかる光学系の概略構成を示すＹ−Ｚ断面図である。
【図１１】第４実施例の光学系の物点距離無限遠時での広角端における横収差を示す図であり、（ａ）は像高０．００ｄに到達する主光線のメリディオナル方向の横収差、（ｂ）は像高０．００ｄに到達する主光線のサジタル方向の横収差、（ｃ）は像高０．２０ｄに到達する主光線のメリディオナル方向の横収差、（ｄ）は像高０．２０ｄに到達する主光線のサジタル方向の横収差、（ｅ）は像高０．３５ｄに到達する主光線のメリディオナル方向の横収差、（ｆ）は像高０．３５ｄに到達する主光線のサジタル方向の横収差、（ｇ）は像高０．４５ｄに到達する主光線のメリディオナル方向の横収差、（ｈ）は像高０．４５ｄに到達する主光線のサジタル方向の横収差、（ｊ）は像高０．５０ｄに到達する主光線のメリディオナル方向の横収差、（ｊ）は像高０．５０ｄに到達する主光線のサジタル方向の横収差を示している。
【図１２】第４実施例の光学系の物点距離無限遠時での中間状態における横収差を示す図であり、（ａ）は像高０．００ｄに到達する主光線のメリディオナル方向の横収差、（ｂ）は像高０．００ｄに到達する主光線のサジタル方向の横収差、（ｃ）は像高０．２０ｄに到達する主光線のメリディオナル方向の横収差、（ｄ）は像高０．２０ｄに到達する主光線のサジタル方向の横収差、（ｅ）は像高０．３５ｄに到達する主光線のメリディオナル方向の横収差、（ｆ）は像高０．３５ｄに到達する主光線のサジタル方向の横収差、（ｇ）は像高０．４５ｄに到達する主光線のメリディオナル方向の横収差、（ｈ）は像高０．４５ｄに到達する主光線のサジタル方向の横収差、（ｊ）は像高０．５０ｄに到達する主光線のメリディオナル方向の横収差、（ｊ）は像高０．５０ｄに到達する主光線のサジタル方向の横収差を示している。
【図１３】第４実施例の光学系の物点距離無限遠時での望遠端における横収差を示す図であり、（ａ）は像高０．００ｄに到達する主光線のメリディオナル方向の横収差、（ｂ）は像高０．００ｄに到達する主光線のサジタル方向の横収差、（ｃ）は像高０．２０ｄに到達する主光線のメリディオナル方向の横収差、（ｄ）は像高０．２０ｄに到達する主光線のサジタル方向の横収差、（ｅ）は像高０．３５ｄに到達する主光線のメリディオナル方向の横収差、（ｆ）は像高０．３５ｄに到達する主光線のサジタル方向の横収差、（ｇ）は像高０．４５ｄに到達する主光線のメリディオナル方向の横収差、（ｈ）は像高０．４５ｄに到達する主光線のサジタル方向の横収差、（ｊ）は像高０．５０ｄに到達する主光線のメリディオナル方向の横収差、（ｊ）は像高０．５０ｄに到達する主光線のサジタル方向の横収差を示している。
【図１４】本発明の第５実施例にかかる光学系の概略構成を示すＹ−Ｚ断面図である。
【図１５】本発明に適用可能な形状可変ミラーとしての光学特性可変ミラーを用いたデジタルカメラのケプラー式ファインダーの概略構成図である。
【図１６】本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９の他の例を示す概略構成図である。
【図１７】図１６の例の可変形状鏡に用いる電極の一形態を示す説明図である。
【図１８】図１６の例の可変形状鏡に用いる電極の他の形態を示す説明図である。
【図１９】本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
【図２０】本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
【図２１】本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
【図２２】図２１の例における薄膜コイル４２７の巻密度の状態を示す説明図である。
【図２３】本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
【図２４】図２３の例におけるコイル４２７の一配置例を示す説明図である。
【図２５】図２３の例におけるコイル４２７の他の配置例を示す説明図である。
【図２６】図２１に示した例において、コイル４２７を図２５のように配置した場合に適する永久磁石４２６の配置を示す説明図である。
【図２７】本発明のズーム光学系を用いた撮像装置に適用可能な形状可変ミラーとしての可変形状鏡４０９を用いた撮像系の概略構成図である。
【図２８】本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能なさらに他の例の可変形状鏡１８８の概略構成図である。
【図２９】本発明に用いる形状可変ミラーに適用可能なマイクロポンプの一例を示す概略構成図である。
【図３０】本発明に適用可能な、可変焦点レンズを応用した可変焦点ミラーを示す図である。
【図３１】本発明に用いる形状可変ミラーに適用可能な可変形状鏡のさらに他の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
ＤＭ　　　　　形状可変ミラー
Ｇ１　　　　　（負のパワーを有する）固定レンズ群
Ｇ２　　　　　（正のパワーを有する）移動レンズ群
Ｇ３　　　　　（負のパワーを有する）固定レンズ群
Ｇ４　　　　　（正のパワーを有する）移動レンズ群
Ｇ５　　　　　（正のパワーを有する）固定レンズ群
Ｆ　　　　　　フィルター群
４５，１８８，４０９　　　　可変形状鏡
１０３　　　　制御系
１０４　　　　撮像ユニット
１６１　　　　流体
１８０　　　　マイクロポンプ
１８１　　　　振動板
１８２，１８３，４０９ｂ，４０９ｄ，４５２　　　　電極
１８４，１８５　　　　弁
１８９　　　　反射膜
４０４　　　　プリズム
４０５　　　　二等辺直角プリズム
４０６　　　　ミラー
４０８　　　　固体撮像素子
４０９ａ　　　薄膜
４０９ｃ，４０９ｃ’　　　　圧電素子
４０９ｃ−１，４０９ｅ　　　基板
４０９ｃ−２，４５３　　　　電歪材料
４１１　　　　可変抵抗器
４１２　　　　電源
４１３　　　　電源スイッチ
４１４　　　　演算装置
４１５　　　　温度センサー
４１６　　　　湿度センサー
４１７　　　　距離センサー
４２３　　　　支持台
４２４　　　　振れセンサー
４２５，４２８　　　　駆動回路
４２６　　　　永久磁石
４２７　　　　コイル
４４９　　　　釦
４５０　　　　反射膜
４５１　　　　変形可能な基板
５１３ａ，５１３ｂ　　　　透明電極
５１４　　　　高分子分散液晶層
５１５　　　　スイッチ
５１６　　　　交流電源
５１９　　　　可変抵抗器
５６５　　　　可変焦点ミラー
５６６　　　　第１の透明基板
５６６ａ　　　第１の面
５６６ｂ　　　第２の面
５６７　　　　第２の透明基板
５６７ａ　　　第３の面
５６７ｂ　　　第４の面
５６８　　　　反射膜
９０１　　　　接眼レンズ
９０２　　　　対物レンズ
【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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