(57)【要約】【課題】可変ミラー，可変焦点レンズなどの光学特性可変光学素子を備えていて、オートフォーカスと並行してズームなどの他の機能を好適に働かせることを可能にした、消費電力が少なく且つ小型・軽量の光学装置を提供すること。【解決手段】電子撮像装置３０１はコントラスト方式のオートフォーカス機能を備えている。マイクロコンピュータ３１１は、物体距離とズーム状態との関係から電圧値を定めたルックアップテーブル３００を参照しながら、可変ミラー駆動回路３１０を介して、可変ミラー４０９の電極４０９ｂに異なる電圧を加えて反射膜４０９ａを変形させ、予め何枚かの画像を撮像する。そして、固体撮像素子４０８から電子回路３１２を介して入力されたそれらの画像情報のうち高周波成分を取り出して、ルックアップテーブル３００の参照によって、高周波成分が最大になる駆動電圧を算出し、その駆動電圧によって撮像が行なわれる。【選択図】　図１
2004069874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学特性可変光学素子を備え、オートフォーカスとズームとを同時に行なうことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
光学特性可変光学素子を備え、オートフォーカスを行ないつつ音声入り撮影を行なうことを特徴とする光学装置。
【請求項３】
光学特性可変光学素子を備え、表示装置に画像を表示しているときにはオートフォーカスを行なうことを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学特性可変光学素子を備えた光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばデジタルカメラ，ビデオカメラ，顕微鏡，電子内視鏡などの光学装置には、オートフォーカス機能を備えたものがある。そして、通常の場合、そのフォーカシングは、モータによって、レンズを光軸に沿って移動させて行なうようにしている。他方、特開２０００−２６７０１０号公報には、これまでのような硝子製やプラスチック製の光学部品とは異なり、特殊な構成をしていて、電気的な制御によって光学特性の変化する、可変ミラー，可変焦点レンズ，可変プリズムなどの光学特性可変光学素子が開示されている。本発明は、このような光学特性可変光学素子を備えた光学装置に関するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
デジタルカメラなどの光学装置においてオートフォーカスを行なう場合、これまでは、上記のようにモータを駆動源とし、機械的な駆動機構を介してレンズを移動させるようにしていた。そして、このようなオートフォーカス機構は、モータや駆動機構が騒音を発生させたり、消費電力が大きかったり、機構全体の寸法や重量が大きいなどの欠点を有していた。このため、騒音を出したり消費電力が大きいことから、フォーカシングを行なっている最中には、光学装置に要求されている他の機能を並行して働かせることができなかったり、それを可能にするためには特別な対策が必要になるという問題点があった。また、フォーカシング用レンズを移動させるためにモータや駆動機構が必要であることから、必然的に光学装置が大型化してしまうという問題点があった。
【０００４】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、例えば上記の可変ミラー，可変焦点レンズなどの光学特性可変光学素子を備えていて、オートフォーカスと並行して他の機能を好適に働かせることを可能にした、消費電力が少なく且つ小型・軽量の光学装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の光学装置は、光学特性可変光学素子を備え、オートフォーカスとズームとを同時に行なうことを特徴とする。また、本発明の光学装置は、光学特性可変光学素子を備え、オートフォーカスを行ないつつ音声入り撮影を行なうことを特徴とする。更に、本発明の光学装置は、光学特性可変光学素子を備え、表示装置に画像を表示しているときにはオートフォーカスを行なうことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、複数の実施例によって説明する。また、図１〜図９は、それらの実施例の説明に用いるためのものである。そのうち、図１及び図２は、基本的には実施例１を説明するためのものであるが、そこには、他の実施例に共通する構成が示されており、しかも、図１には、他の実施例に関する固有な事項も示されている。従って、図１は、実施例１以外の実施例にも適用される。
【０００７】
［実施例１］
図１に示されている電子撮像装置３０１は、光学装置の一例として示したものであって、反射面の形状を電気的制御で変形させフォーカシングをすることのできる可変ミラー４０９を備えている。このような、電子撮像装置３０１は、たとえばＴＶカメラ、デジタルカメラ、カムコーダ、監視用カメラ、ロボットの眼、等に用いることが可能であり、いずれの場合にも、電源としては電池を用いたものにすることが要求されている。
【０００８】
可変ミラー４０９の構成は、特願２００１−３７４５４号の明細書で図１を用いて説明されている可変形状鏡と実質的に同じである。即ち、３層の膜は、例えばポリイミドなどで製作された薄い基板４０９ｊと、その一方の面に例えばアルミコーティングなどで形成された薄い反射膜４０９ａと、他方の面に薄く形成された電極４０９ｋとからなっており、電極４０９ｋと対向する面領域に配置されている複数の固定電極４０９ｂに対して、可変ミラー駆動回路３１０が異なる電圧を印加すると、静電気力によって、その印加電圧の分布状態に対応した形状に変形させられ、反射面の形状が変えられるようになっている。
【０００９】
この可変ミラー４０９を取り付けている枠体には、撮影対象となる物体３２０に向けられた凹レンズ３１５と、凸レンズ３１６と、絞り３２１が取り付けられている。また、固体撮像素子４０８の取り付けられている枠体には、可動のプラスチックレンズ枠３０３，３０４が配置され、それらに変倍レンズ３０６，プラスチックレンズ３０２が取り付けられており、変倍レンズ３０６は、凸レンズ３１７，非球面凸レンズ３１８，凹レンズ３１９で構成されている。
【００１０】
ズーミング機構は、プラスチックレンズ枠３０３に設けられたカムピン３０７Ｃと、プラスチックレンズ枠３０４に設けられたカムピン３０７Ｂと、それらのカムピン３０７Ｂ，３０７Ｃを挿入するカム溝を設けたカム板３０７Ａと、カム板３０７Ａを回転させるズームモータ３０７Ｄと、ズームモータ駆動回路３０７Ｅとで構成され、変倍レンズ３０６の移動により変倍を行ない、プラスチックレンズ３０２の動きによりピント移動を補償するようになっている。尚、ズームモータ３０７Ｄは、ステッピングモータである。
【００１１】
この電子撮像装置３０１は、コントラスト方式のオートフォーカス機能を備えており、可変ミラー４０９は次のように駆動される。マイクロコンピュータ３１１は、ルックアップテーブル３００を参照しつつ、可変ミラー駆動回路３１０を介して可変ミラー４０９の電極４０９ｂに異なる電圧を加えて反射膜４０９ａを変形させ、予め何枚かの画像を撮像する。そして、固体撮像素子４０８から電子回路３１２を介して入力されたそれらの画像情報の中から高周波成分を取り出し、ルックアップテーブル３００の参照あるいはルックアップテーブル３００の中の数値の補間あるいは外挿によって、高周波成分が最大になる駆動電圧を算出する。そして、その算出された駆動電圧を可変ミラー４０９に印加して撮像が行なわれる。尚、マイクロコンピュータ３１１には、温度センサー４１５と湿度センサー４１６が接続されている。
【００１２】
このとき、参照するルックアップテーブル３００の一例が図２に示されている。このように、ルックアップテーブル３００は、縦軸，横軸の一方を物体距離、他方をズーム状態としたものであればよい。また、ズーム状態は、例えばズームモータ３０７Ｄに送られるパルス数によって検出され、ズーム状態に対応した部分、即ち物体距離を変えた数値によって、可変ミラー４０９に加わる電圧を変えればよい。このほか、ズーム状態は、変倍レンズ３０６の位置を検出するエンコーダで検出するようにしてもよい。
【００１３】
このようにして、固体撮像素子４０８で撮像した画像は、電子回路３１２で処理され、記憶装置３１３に記憶される。また、表示装置３１４に表示させることもできる。その場合、表示装置３１４としては、ＣＲＴディスプレイであっても差し支えないが、通常の液晶ディスプレイ，反射・透過兼用のディスプレイ，反射型液晶ディスプレイ，有機ＥＬディスプレイ等の方が、消費電力が少ないので好ましい。
【００１４】
このような本実施例において、可変ミラー４０９と可変ミラー駆動回路３１０で消費される電力は、通常にフォーカシング用レンズをモータで駆動する場合（０．３〜５Ｗ程度）に比べて、数分の１〜数十分の１（数十ｍＷ〜２００ｍＷ）と小さい。従って、ズームモータ駆動時（このとき、ズームモータ３０７Ｄ，ズームモータ駆動回路３０７Ｅで０．３〜５Ｗの電力を消費する）でも、可変ミラー４０９によってオートフォーカスを行なうことが可能になり、ビデオカメラあるいはデジタルカメラ等での動画撮影時に、ズーミングをしているときでも常にピントの合った動画が撮影できることになる。
【００１５】
また、このメリットは、ビデオカメラやデジタルカメラの場合には勿論であるが、図１に示した光学系を、テレビカメラや映画用フィルムカメラ等に用いた場合にも得られる。但し、映画用フィルムカメラに用いる場合は、図１における固体撮像素子４０８が、フィルムに置き換わることになる。
【００１６】
本実施例におけるズームの制御についてのフローチャートを図３（ａ）に示し、オートフォーカスの制御についてのフローチャートを図３（ｂ）に示した。また、本実施例は、動画撮影に限らず、静止画撮影をする場合でも、オートフォーカスを行ないつつズーミングを行なって、良いフレーミングになったときにシャッターを押せば、オートフォーカスのタイムラグがなく、ピントの合った画像が得られる。
【００１７】
［実施例２］
図１には、本実施例の構成に必要な音声集録用のマイクロフォン３２５と、マイクロフォン制御回路３２５Ｂが示されている。そして、このように構成すると、動画，静止画の撮影中に音声の集録ができ、記憶装置３１３に記録することが可能になる。即ち、従来のように、フォーカシング用レンズをモータで駆動する場合には、ズルズルという騒音やジーッという騒音が出るため、オートフォーカスを行ないつつ録音することはできなかったが、本実施例の場合には、可変ミラー４０９の動作時に騒音を発生しないため、オートフォーカスを行ないつつ録音することが可能になる。図４に、動画撮影時のフローチャートを示した。
【００１８】
［実施例３］
図１において、表示装置３１４がオンになっているときには、表示装置３１４には、固体撮像素子４０８で撮像された画像が表示されている。そのため、例えば、静止画像を撮影するときのファインダーのように、撮影時以外でも動画を表示し続けているようにすることができる。ところが、従来は、このような表示装置３１４の使い方をしたとき、オートフォーカスを常時行なっているようにすることができなかった。なぜなら、オートフォーカス用のモータの消費電力が大きく、電池の消耗が激しかったからである。
【００１９】
ところが、図１に示した電子撮像装置３０１の場合は、可変ミラー４０９の消費電力が少ないため、表示装置３１４を使用しているときにも、常時、オートフォーカスを行なうことが可能となる。そのため、被写界中の物体距離が変わっても、表示装置３１４には、常にピントの合った画像が表示されることになる。また、上記した特願２００１−３７４５４号の図１に示された実施例には、光学式ファインダーが設けられているが、表示装置３１４に、常にピントの合った画像が表示されることによって、そのような光学式ファインダーを設ける必要がなくなるとともに、撮像装置が小型・軽量になるというメリットもある。図５には、そのように構成した場合のフローチャートを示してある。
【００２０】
尚、さらに消費電力を減らすためには、表示装置３１４の使用時に常にオートフォーカスを行なわせず、可変ミラー４０９に対して、常に遠方の距離（例えば７０ｃｍ、あるいは１ｍ以上）にピントが合うように、電圧を印加しておくようにすればよい。そうすれば、殆どの使用状態では表示装置３１４にボケのない画像が表示でき便利である。また、可変ミラー４０９に印加する電圧をオフにしても差し支えない。その場合には、撮影系のピントは、∞又はその近傍に合うようになるので、殆どの使用状態では表示装置３１４にボケの少ない画像が表示され、実用に供せるものとなる。また、消費電力を減らすために、表示装置３１４がオフにされ、かつオートフォーカスを行なっていない場合には、可変ミラーへの通電を行なわないようにすると良い。
【００２１】
［実施例４］
また、実施例１と実施例３で説明したように、可変ミラー４０９を用いると、消費電力が減るので、予備の電池を持ち歩かなくてもよくなるというメリットがある。そこで、本実施例の場合は、図１に示されているように、電源回路３４０用の電源に、充電式電池３３０を用いる。そして、その電池３３０を電子撮像装置３０１のボディー内に埋め込み、接点３３１だけをボディーの外面に出すことによって、充電器３３２で随時充電して使うようにしている。このようにしたことによって、電池交換のための機械的部材（電池のフタ、ケース等）が不要になり、電子撮像装置３０１の小型・軽量化が可能になる。また、接点３３１をボディー外面に設けず、電磁誘導により充電器と非接触で電池３３０を充電できるようにしてもよく、そのようにすると、接点３３１がなくなるので、一層好適なものになる。
【００２２】
［実施例５］
本実施例は、図１に示されている可変ミラー駆動回路３１０を工夫することによって、特殊な機能が得られるようにしたものである。図６は、可変ミラー４０９を、時間的に変化する電気で駆動するようにした例を示したものである。そのため、図１に示された可変ミラー駆動回路３１０に代わって可変ミラー駆動回路３３３が用いられる。この可変ミラー駆動回路３３３は、ＡＣ駆動回路３３３ＡとＤＣ駆動回路３３３Ｂとを内蔵しており、これまで説明したような撮影時におけるオートフォーカス用には、ＤＣ駆動回路３３３Ｂが用いられる。
【００２３】
他方、ＡＣ駆動回路３３３Ａを用いて可変ミラー４０９を駆動する場合、周波数ｆが可聴周波数（２０〜２０ｋＨｚ）内であって、例えば、ｆ＝８８０Ｈｚ，４４０Ｈｚ，２ｋＨｚなどにすると、３層の変形膜（４０９ａ，４０９ｊ，４０９ｋ）は振動し、音を発生する。そこで、本実施例の場合には、このスピーカー機能を有効に活用することにする。例えば、電子撮像装置３０１がデジタルカメラの場合には、デジタルカメラの各種警告音の発生源として使うことができる。また、電子撮像装置３０１が携帯電話に内蔵された撮像装置の場合には、受話器のスピーカとして使え、電話の音声伝達，着メロの発生などに使うことができる。
【００２４】
また、図７に示したように、可変ミラー駆動回路３３３として、周波数ｆｐのパルス幅変調（ＰＷＭ）方式の駆動回路３３３ｃを用いると、周波数ｆｐを可聴帯域内に選ぶことによって、可変ミラー４０９をスピーカとして使用することができる。また、周波数ｆｐを可変ミラー４０９の変形膜の共振周波数ｆｅ以上の高周波（好ましくはｆｐ≧１０ｆｅ）に選べば、変形膜は殆ど振動しないので、可変ミラー４０９を撮影時のオートフォーカスに用いることが可能になる。図８は、パルス幅変調方式の駆動回路３３３ｃから出力される電圧の時間変化を示したもので、Ｖｃの値は一定であり、電圧が０の時とＶｃのときとの時間比率を変えることで、実効的に可変ミラー４０９に加わる電圧を変化させるようにする。周期Τ＝１／ｆｐの関係がある。尚、本実施例の場合、可変ミラー４０９の近傍であって光学系の光路外にホーン３３４を設けておけば、可変ミラー４０９の発する音が増幅されて好適になる。
【００２５】
［実施例６］
本実施例は、図９に示されているように、可変ミラー４０９を、音の集録用のマイクロフォンとしても使用した例である。可変ミラー４０９の二つの電極４０９ｋ，４０９ｂ間には直流電圧が加えられており、音波によって、３層の変形膜（４０９ａ，４０９ｊ，４０９ｋ）が振動すると、可変ミラー４０９の静電容量が変化するので、電流が流れ、抵抗３３５の両端に電位差ΔＶが生ずる。この電圧を増幅すれば、スピーカから音を出せるわけで、可変ミラー４０９は、マイクロフォンとして動作することになる。尚、可変ミラー４０９の電極間には、可聴帯域より高い周波数の交流電圧を加えてもよい。更に、集音用のホーン３３６を、可変ミラー４０９の近傍であって光学系の光路外に設ければ、マイクロフォンの能率を上げることが可能となる。
【００２６】
［実施例７］
本実施例は、撮影時に、物体までの距離に応じて、光学系のモード切り替えをしないようにしたものである。図１に示された電子撮像装置３０１によれば、それが可能である。なぜならば、従来のように、モータを駆動源としたコントラスト方式のオートフォーカスを行なう場合には、レンズの移動量が大きいため、全ての距離に対して迅速にオートフォーカスを行なうことができず、例えば物体距離を、∞から７０ｃｍまで（通常）と、７０ｃｍから２０ｃｍまで（マクロ）との二つに分けて、使用者がどちらの距離に物体があるかを判断した上で、オートフォーカスのモードを選択し撮影していたが、可変ミラー４０９を用いれば、３層の変形膜の変形速度は数ｍｓ以下と速いので、全ての物体距離についてオートフォーカスが行なえるからである。従って、使用者によるマクロモードへの切り替えが不要になる。
【００２７】
以上の実施例１〜７においては、光学特性可変光学素子として、面形状可変光学素子（面形状の変化するミラー，レンズ，プリズム等）の一つである可変ミラー４０９を用いていたが、本発明は、これに限るものではない。実施例１，２，４，７の場合には、可変ミラー４０９の代わりに、図１０〜図２０に示す可変焦点レンズや、図２１に示す可変焦点ミラー等を用いても同等の効果を得ることができる。そこで、それらの可変焦点レンズや可変焦点ミラー等を、以下に説明する。
【００２８】
図１０は可変焦点レンズの原理的構成を示す図である。この可変焦点レンズ５１１は、第１．第２の面としてのレンズ面５０８ａ，５０８ｂを有する第１のレンズ５１２ａと、第３，第４の面としてのレンズ面５０９ａ，５０９ｂを有する第２のレンズ５１２ｂと、これらレンズ間に透明電極５１３ａ，５１３ｂを介して設けた高分子分散液晶層５１４とを有し、入射光を第１，第２のレンズ５１２ａ，５１２ｂを経て収束させるものである。透明電極５１３ａ，５２３ｂは、スイッチ５１５を介して交流電源５１６に接続して、高分子分散液晶層５１４に交流電界を選択的に印加するようにする。尚、高分子分散液晶層５１４は、それぞれ液晶分子５１７を含む球状、多面体等の任意の形状の多数の微小な高分子セル５１８を有して構成し、その体積は、高分子セル５１８を構成する高分子及び液晶分子５１７がそれぞれ占める体積の和に一致させる。
【００２９】
ここで、高分子セル５１８の大きさは、例えば球状とする場合、使用する光の波長をλとしたとき、その平均の直径Ｄを、例えば、
２ｎｍ≦Ｄ≦λ／５　　・・・（１）
とする。即ち、液晶分子５１７の大きさは、２ｎｍ程度以上であるので、平均の直径Ｄの下限値は、２ｎｍ以上とする。また、Ｄの上限値は、可変焦点レンズ５１１の光軸方向における高分子分散液晶層５１４の厚さｔにも依存するが、λに比べて大きいと、高分子の屈折率と液晶分子５１７の屈折率との差により、高分子セル５１８の境界面で光が散乱して高分子分散液晶層５１４が不透明になってしまうため、好ましくはλ／５以下とする。可変焦点レンズが用いられる光学製品によっては高精度を要求しない場合もあり、そのときにはＤはλ以下でも良い。尚、高分子分散液晶層５１４の透明度は、厚さｔが厚いほど悪くなる。
【００３０】
ここで、図１０に示すように、スイッチ５１５をオフ、即ち高分子分散液晶５１４に電界を印加しない状態では、液晶分子５１７が様々な方向を向いているので、入射光に対する高分子分散液晶層５１４の屈折率は高く、屈折力の強いレンズとなる。これに対し、図１１に示すように、スイッチ５１５をオンとして高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加すると、液晶分子５１７は、屈折率楕円体の長軸方向が可変焦点レンズ５１１の光軸と平行となるように配向するので、屈折率が低くなり、屈折力の弱いレンズとなる。
【００３１】
図１２は可変焦点回折光学素子の一例の構成を示す図である。この可変焦点回折光学素子５３１は、平行な第１，第２の面５３２ａ，５３２ｂを有する第１の透明基板５３２と、光の波長オーダーの溝深さを有する断面鋸歯状のリング状回折格子を形成した第３の面５３３ａ及び平坦な第４の面５３３ｂを有する第２の透明基板５３３とを有し、入射光を第１，第２の透明基板５３２，５３３を経て出射させるものである。第１，第２の透明基板５３２，５３３間には、透明電極５１３ａ，５１３ｂを介して高分子分散液晶層５１４を設け、透明電極５１３ａ，５１３ｂをスイッチ５１５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。
【００３２】
図１３及び図１４は、可変焦点眼鏡５５０の構成を示すものであり、可変焦点レンズ５５１は、レンズ５５２及び５５３と、これらレンズの内面上にそれぞれ透明電極５１３ａ，５１３ｂを介して設けた配向膜５３９ａ，５３９ｂと、これらは以降膜間に設けたツイストネマティック液晶層５５４とを有して構成し、その透明電極５１３ａ，５１３ｂを可変抵抗器５１９を経て交流電源５１６に接続して、ツイストネマティック液晶層５５４に交流電界を印加するようにする。かかる構成において、ツイストネマティック液晶層５５４に印加する電圧を高くすると、液晶分子５５５は、図１４に示すようにホメオトロピック配向となり、図１３に示す印加電圧が低いツイストネマティック状態の場合に比べて、ツイストネマティック液晶層５５４の屈折率は小さくなり、焦点距離が長くなる。
【００３３】
図１５は、可変焦点レンズ１４０を用いた撮像ユニット１４１の概略構成図である。撮像ユニット１４１は本発明の撮像系として用いることができる。本例では、レンズ１０２と可変焦点レンズ１４０とで、撮像レンズを構成している。そして、この撮像レンズと固体撮像素子４０８とで撮像ユニット１４１を構成している。可変焦点レンズ１４０は、透明部材１４２と圧電性のある合成樹脂等の柔らかい透明物質１４３とで、光を透過する流体あるいはゼリー状物質１４４を挟んで構成されている。
【００３４】
流体あるいはゼリー状物質１４４としては、シリコンオイル，弾性ゴム，ゼリー，水等を用いることができる。透明物質１４３の両面には透明電極１４５が設けられており、回路１０３を介して電圧を加えることで、透明物質１４３の圧電効果により透明物質１４３が変形し、可変焦点レンズ１４０の焦点距離が変わるようになっている。従って、本例によれば、物体距離が変わった場合でも光学系をモータ等で動かすことなくフォーカスができ、小型、軽量、消費電力が少ない点で優れている。
【００３５】
図１６は圧電材料２００を用いた可変焦点レンズ２０１の概略構成図である。圧電材料２００には透明物質１４３と同様の材料が用いられており、圧電材料２００は、透明で柔らかい基板２０２の上に設けられている。尚、基板２０２には、合成樹脂、有機材料を用いるのが望ましい。このような本例においては、２つの透明電極５９を介して電圧を圧電材料２００に加えることで圧電材料２００は変形し、図１６において凸レンズとしての作用を持っている。
【００３６】
尚、基板２０２の形をあらかじめ凸状に形成しておき、かつ、２つの透明電極５９のうち、少なくとも一方の電極の大きさを基板２０２と異ならせておく、例えば、一方の透明電極５９を基板２０２より小さくしておくと、電圧を切ったときに、図１７に示すように、２つの透明電極５９が対向する所定部分だけが凹状に変形して凹レンズの作用を持つようになり、可変焦点レンズとして動作する。このとき、基板２０２は、流体１６１の体積が変化しないように変化するので、液溜１６８が不要になるというメリットがある。
【００３７】
図１８は圧電材料からなる２枚の薄板２００Ａ，２００Ｂを用いた可変焦点レンズの概略構成図である。本例の可変焦点レンズは、薄板２０００Ａと２００Ｂの材料の方向性を反転させることで、変形量を大きくし、大きな可変焦点範囲が得られるというメリットがある。尚、図１８中、２０４はレンズ形状の透明基板である。
【００３８】
図１９は可変焦点レンズの例を示す概略構成図である。本例の可変焦点レンズ２０７は、例えばシリコンゴムやアクリルエラストマー等の電歪材料２０６を用いて構成されている。本例の構成によれば、電圧が低いときには、図１９に示すように、凸レンズとして作用し、電圧を上げると、図２０に示すように、電歪材料２０６が上下方向に伸びて左右方向に縮むので、焦点距離が伸びる。従って、可変焦点レンズとして動作する。このような本例の可変焦点レンズによれば、大電源を必要としないので、消費電力が小さくて済むというメリットがある。
【００３９】
図２１は可変焦点レンズを用い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、平板状又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及び可変抵抗器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。尚、図２１では、液晶分子の図示を省略してある。
【００４０】
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。尚、透明基板５６６又は５６７の内面を、図１２に示したように回折格子状にして、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。
【００４１】
また、上記の実施例１，２，３，４，７は、図２２〜図２４に示す光学装置に適用しても、その効果を発揮することができる。そこで、それらの光学装置を以下に説明する。
【００４２】
図２２は、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。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２２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。
【００４３】
即ち、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。即ち、演算装置４１４へ、温度センサー４１５、湿度センサー４１６及び距離センサー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り、印加される電圧の極性を変えれば凸面とすることもできる。尚、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。
【００４４】
図２３は、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１０２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。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。
【００４５】
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、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。尚、図２３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、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。
【００４６】
図２４は、デジタルカメラ用の撮像光学系の構成を示すものである。この撮像光学系においては、物体（図示せず）の像を、絞り５２１、可変焦点レンズ５１１及びレンズ５２２を介して、例えばＣＣＤよりなる固体撮像素子５２３上に結像させる。尚、図２４では、液晶分子の図示を省略してある。かかる撮像光学系によれば、可変抵抗器５１９により可変焦点レンズ５１１の高分子分散液晶層５１４に印加する交流電圧を調整して、可変焦点レンズ５１１の焦点距離を変えることにより、可変焦点レンズ５１１及びレンズ５２２を光軸方向に移動させることなく、例えば、無限遠から６００ｍｍまでの物体距離に対して、連続的に合焦させることが可能となる。
【００４７】
また、上記の実施例１，２，３，４，７における可変ミラーとしては、図２７に示すような、圧電効果を有する材料等で駆動するもの、あるいは図２８に示す電磁力で駆動するものを用いてもよい。そこで、それらについて説明する。
【００４８】
先ず、図２７は、圧電効果を有する材料で駆動する可変形状鏡４０９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、同心分割であってもよいし、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。
【００４９】
図２７中、符号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・湿度補償等が行なわれる。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。
【００５０】
次に、図２８は、電磁力で駆動する可変形状鏡４０９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。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。
【００５１】
従って、各センサー４１５，４１６，４１７，４２４からの信号によって演算装置４１４において求められてい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。
【００５２】
また、上記の実施例５，６の場合に、可変ミラー４０９の代わりに用いることのできる光学特性可変光学素子は、上記の面形状可変光学素子である必要がある。そして、その面形状可変光学素子としては、図１５〜図２０に示されたもののほかに、図２５，図２６に示す可変焦点レンズ等があり、それらを可変ミラー４０９の代わりに用いても、実施例５，６の場合と同様な効果を得ることができる。そこで、それらの可変焦点レンズについて説明する。
【００５３】
図２５は、図１５の例において、シリンダー１４６を設ける代わりに、支援部材１４７を設けてシリンダー１４６を省略した構造にした例である。支援部材１４７は、間に透明電極１４５を挟んで、透明物質１４３の一部の周辺部分を固定している。本例によれば、透明物質１４３に電圧をかけることによって、透明物質１４３が変形しても、可変焦点レンズ１４０全体の体積が変わらないように変形するため、シリンダー１４６が不要になる。尚、図２５中、符号１４８は変形可能な部材で、弾性体、アコーディオン状の合成樹脂または金属等でできている。
【００５４】
また、図２６は、マイクロポンプ１６０で流体１６１を出し入れし、レンズ面を変形させる可変焦点レンズ１６２の概略構成図である。マイクロポンプ１６０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。流体１６１は、透明基板１６３と、弾性体１６４との間に挟まれている。図２６中、符号１６５は弾性体１６４を保護するための透明基板であるが、設けなくてもよい。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。
【００５５】
尚、上記の実施例の光学装置では、電源として、充電式電池を用いた場合で説明したが、使い捨ての乾電池を用いてもよい。また、電池と商用電源（ＡＣ１００Ｖ，２００Ｖ等）とを併用できるようにしてもよい。
【００５６】
以上説明したように、本発明は、特許請求の範囲に記載した特徴のほかに下記の特徴を有している。
【００５７】
（１）動画撮影時にオートフォーカスとズームとを同時に行なうことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
（２）オートフォーカスとズームとを同時に行ないつつ静止画を撮影することができることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【００５８】
（３）光学特性可変光学素子を備え、オートフォーカスを行ないつつ音声入り動画撮影を行なうことを特徴とする光学装置。
（４）光学特性可変光学素子を備え、オートフォーカスを行ないつつ音声入り静止画撮影を行なうことを特徴とする光学装置。
【００５９】
（５）光学ファインダーを備えないことを特徴とする請求項３記載の光学装置。
（６）光学特性可変光学素子を備えており、表示装置に画像を表示しているときにオートフォーカスを行なわない場合には、無限遠あるいは遠方（たとえば１ｍ以上）にピントが合うように前記光学特性可変光学素子が構成されていることを特徴とする光学装置。
【００６０】
（７）充電式電池を備えており、前記充電式電池が光学装置のボディーと一体化されていることを特徴とする光学特性可変光学素子を備えた光学装置。
（８）充電式電池を備えており、前記充電式電池が光学装置のボディと一体化されていて、充電用の接点をボディ外面に有することを特徴とする光学装置。
【００６１】
（９）充電式電池を備えており、前記充電式電池が光学装置のボディと一体化されているが、充電用の接点をボディ外面に有しないことを特徴とする光学装置。
（１０）電磁誘導によって前記充電式電池を充電することを特徴とする上記（９）に記載の光学装置。
【００６２】
（１１）充電式電池を備えており、前記充電式電池の交換がユーザにはできないことを特徴とする光学特性可変光学素子を備えた光学装置。
（１２）形状可変光学素子を時間的に変化する電気で駆動し、前記光学素子面を振動させることで、音を出すことを特徴とする、形状可変光学素子とその駆動回路。
【００６３】
（１３）光学系の邪魔にならない位置にホーンを設けたことを特徴とする上記（１２）に記載の形状可変光学素子とその駆動回路。
（１４）形状可変光学素子を周波数ｆの時間的に変化する電気で駆動し、かつｆ＞ｆｅであり、前記光学素子面を振動させることで、音を出すことを特徴とする、形状可変光学素子とその駆動回路。
但し、ｆｅは形状可変光学素子の変形する部材の共振周波数である。
【００６４】
（１５）前記形状可変光学素子をＰＷＭ駆動回路で駆動することを特徴とする上記（１２）〜（１４）の何れかに記載の、形状可変光学素子とその駆動回路。
（１６）ホーンを備えたことを特徴とする上記（１２），（１４），（１５）の何れかに記載の形状可変光学素子とその駆動回路。
【００６５】
（１７）変形可能な電極を備えた形状可変光学素子において、電極間に電圧を加え、前記変形可能な電極が音波で振動する際の静電容量の変化を電気的に検出することでマイクロフォンの機能を持たせたことを特徴とする形状可変光学素子。
（１８）変形可能な電極を備えた形状可変光学素子において、電極間に直流電流を加え、前記変形可能な電極が音波で振動する際の静電容量の変化を電気的に検出することでマイクロフォンの機能を持たせたことを特徴とする形状可変光学素子。
【００６６】
（１９）変形可能な電極を備えた形状可変光学素子において、電極間に交流電流を加え、前記変形可能な電極が音波で振動する際の静電容量の変化を電気的に検出することでマイクロフォンの機能を持たせたことを特徴とする形状可変光学素子。
（２０）ホーンを備えたことを特徴とする上記（１７）〜（１９）の何れかに記載の形状可変光学素子。
【００６７】
（２１）光学特性可変光学素子を備え、被写体の距離によってマクロモード切り替えを行なわずに撮影ができることを特徴とする光学装置。
（２２）光学特性可変光学素子が可変ミラーであることを特徴とする請求項１，２，３、上記（１）〜（２１）の何れかに記載の光学装置。
【００６８】
（２３）光学特性可変光学素子が可変焦点レンズであることを特徴とする請求項１，２，３、上記（１）〜（２１）の何れかに記載の光学装置。
（２４）電源が電池であることを特徴とする請求項１，２，３、上記（１）〜（２１）の何れかに記載の光学装置。
【００６９】
（２５）電源が充電式の電池であることを特徴とする請求項１，２，３、上記（１）〜（２１）の何れかに記載の光学装置。
（２６）形状可変光学素子が、可変ミラーであることを特徴とする上記（１２）〜（２１）の何れかに記載の光学装置。
【００７０】
（２７）形状可変光学素子が、可変焦点レンズであることを特徴とする上記（１２）〜（２１）の何れかに記載の光学装置。
（２８）周期的に変化する電圧または電流で、光学特性可変光学素子または形状可変光学素子を駆動することを特徴とする請求項１，２，３、上記（１２）〜（２６）の何れかに記載の光学装置。
【００７１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、消費電力が少ない、小型で軽量な光学装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一部他の実施例の構成も含めた実施例１の構成説明図である。
【図２】図１に示されているルックアップテーブルの具体的な一例を示した図である。
【図３】図３（ａ）は実施例１におけるズームの制御についてのフローチャートであり、図３（ｂ）は実施例１におけるオートフォーカスの制御についてのフローチャートである。
【図４】実施例２の動画撮影時における制御例を示したフローチャートである。
【図５】実施例３の制御例を示したフローチャートである。
【図６】実施例５の構成を説明するための図である。
【図７】実施例５の変形例の構成を説明するための図である。
【図８】図７に示した変形例の電気的駆動方式を説明するための図である。
【図９】実施例６の構成を説明するための図である。
【図１０】可変焦点レンズの原理的構成を示す図である。
【図１１】図１０に示す高分子分散液晶層に電界を印加した状態を示す図である。
【図１２】可変焦点回折光学素子の一例の構成を示す図である。
【図１３】ツイストネマティック液晶を用いる可変焦点レンズを有する可変焦点眼鏡の構成を示す図である。
【図１４】図１３に示すツイストネマティック液晶層への印加電圧を高くしたときの液晶分子の配向状態を示す図である。
【図１５】可変焦点レンズ１４０を用いた撮像ユニット１４１の概略構成図である。
【図１６】圧電材料２００を用いた可変焦点レンズ２０１の概略構成図である。
【図１７】図１６の変形例に係る可変焦点レンズの状態説明図である。
【図１８】圧電材料からなる２枚の薄板２００Ａ，２００Ｂを用いた可変焦点レンズの概略構成図である。
【図１９】可変焦点レンズの例を示す概略構成図である。
【図２０】図１９の例に係る可変焦点レンズの状態説明図である。
【図２１】可変焦点レンズとしての可変焦点ミラーの一例の構成を示す図である。
【図２２】光学装置の一例に係る光学特性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２３】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。
【図２４】可変焦点レンズを用いたデジタルカメラ用の撮像光学系の一例の構成を示す図である。
【図２５】図１５の例における可変焦点レンズの変形例を示す説明図である。
【図２６】マイクロポンプ１６０で流体１６１を出し入れし、レンズ面を変形させる可変焦点レンズ１６２の概略構成図である。
【図２７】圧電効果を有する材料で駆動する可変形状鏡４０９の例を示す概略構成図である。
【図２８】電磁力で駆動する可変形状鏡４０９の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
３００　　　　　　　　　　　　　ルックアップテーブル
３０１　　　　　　　　　　　　　電子撮像装置
３０２　　　　　　　　　　　　　プラスチックレンズ
３０３，３０４　　　　　　　　　プラスチックレンズ枠
３０６　　　　　　　　　　　　　変倍レンズ
３０７Ａ　　　　　　　　　　　　カム板
３０７Ｂ，３０７Ｃ　　　　　　　カムピン
３０７Ｄ　　　　　　　　　　　　ズームモータ
３０７Ｅ　　　　　　　　　　　　ズームモータ駆動回路
３１０，３３３　　　　　　　　　可変ミラー駆動回路
３１１　　　　　　　　　　　　　マイクロコンピュータ
３１２　　　　　　　　　　　　　電子回路
３１３　　　　　　　　　　　　　記憶装置
３１４　　　　　　　　　　　　　表示装置
３１５，３１９　　　　　　　　　凹レンズ
３１６，３１７　　　　　　　　　凸レンズ
３１８　　　　　　　　　　　　　非球面レンズ
３２０　　　　　　　　　　　　　物体
３２１　　　　　　　　　　　　　絞り
３２５　　　　　　　　　　　　　マイクロフォン
３２５Ｂ　　　　　　　　　　　　マイクロフォン制御回路
３３０　　　　　　　　　　　　　充電式電池
３３１　　　　　　　　　　　　　接点
３３２　　　　　　　　　　　　　充電器
３３３Ａ　　　　　　　　　　　　ＡＣ駆動回路
３３３Ｂ　　　　　　　　　　　　ＤＣ駆動回路
３３３Ｃ　　　　　　　　　　　　パルス幅変調方式の駆動回路
３３４，３３６　　　　　　　　　ホーン
３３５　　　　　　　　　　　　　抵抗
３４０　　　　　　　　　　　　　電源回路
４０８　　　　　　　　　　　　　固体撮像素子
４０９　　　　　　　　　　　　　可変ミラー
４０９ａ　　　　　　　　　　　　反射膜
４０９ｂ，４０９ｋ　　　　　　　電極
４０９ｊ　　　　　　　　　　　　基板
４１５　　　　　　　　　　　　　温度センサ
４１６　　　　　　　　　　　　　湿度センサ
【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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