(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋構造を持つ液晶の配向を変化させることにより、光学特性が変化する光学特性可変光学素子であって、下記式（５−３１’）と、（５−６３）、（５−６４）、（５−６５）、（５−６６）、（５−６７）、（５−６８）のいずれかを満足することを特徴とする可変焦点レンズ。
λ≦Ｐ＜２０λ                        （５−６３）
λ≦Ｐかつ  ｜Γ／２Φ｜＜π          （５−６４）
２λ≦Ｐ＜２０λ                      （５−６５）
２λ≦Ｐかつ  ｜Γ／２Φ｜＜π        （５−６６）
２／３λ≦Ｐ＜２０λ                  （５−６７）
２／３λ≦Ｐかつ  ｜Γ／２Φ｜＜π    （５−６８）
１５μｍ≦ｄ＜３００μｍ              （５−３１’）
ここで、λは光の波長、Ｐは前記液晶のピッチ、ｄは前記液晶の厚み、ｎOは常光線に対する前記液晶の屈折率、ｎeは異常光線に対する前記液晶の屈折率、Φは下記式（５−４）で表され、Γは下記の式（５−５）で表される。
Φ＝２πｄ／Ｐ            （５−４）
0004429407.tif 000020
【請求項２】
液晶に加わる電場の周波数を変化させることにより光学特性を変化させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載する光学特性可変光学素子として、正の屈折率異方性を持つ液晶を用いたことを特徴とする可変焦点レンズ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載する可変焦点レンズを備えた撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか１項に記載する可変焦点レンズを備えた観察装置。
【請求項６】
請求項１〜３の何れか１項に記載する可変焦点レンズを備えた眼鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変焦点レンズ、可変焦点回折光学素子、可変偏角プリズム、可変焦点ミラー等の光学特性可変光学素子を含む光学系を備えた撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の可変焦点レンズは、ガラスを研磨して製造したレンズを用い、レンズ自体で焦点距離を変化させることができないために、例えばカメラのズームレンズのように、レンズ群の一部を光軸方向に移動させて焦点距離を変化させるために、機械的構造が複雑である。
【０００３】
このような欠点を除去するためには、レンズ自体の焦点距離を変化させる必要があり、例えば図３６に示すように偏光板１５１と液晶レンズ１５２を用いた光学系が提案されている。この光学系で用いる液晶レンズ１５２は、レンズ１５３ａと１５３ｂと、これらレンズ１５３ａ、１５３ｂの間に透明電極１５４ａと１５４ｂを介して設けた液晶層１５５とを有している。この液晶レンズ１５２の透明電極１５４ａ、１５４ｂ間にスイッチ１５６を介して交流電源１５７を接続し、液晶層１５５に選択的に電界を印加することにより、液晶層の屈折率を変化させるように構成されている。
【０００４】
この図３６に示すような偏光板１５１を液晶レンズ１５２とにより構成された光学系は、光学系に例えば自然光を入射させると、その所定の直線偏光成分のみが偏光板１５１を透過し、液晶レンズに入射する。
【０００５】
ここで図３６に示すように、スイッチ１５６がオフで液晶レンズ１５２の液晶層１５５に電界が印加されない状態では、液晶分子１５５ａはその長軸が入射する直線偏光と同じ方向に向くため、液晶層１５５の屈折率が高くなり、液晶レンズ１５２の焦点距離が短くなる。
【０００６】
これに対し、図３７に示すように、スイッチ１５６がオンであって、液晶層１５５に電界が印加された状態では、液晶分子１５５ａは、その長軸方向が光軸と平行になるので液晶層１５５の屈折率が低くなり、液晶レンズ１５２の焦点距離は長くなる。
【０００７】
このように、図３６，３７に示す光学系は、液晶レンズ１５２に選択的に電界を印加することにより、その焦点距離が変化する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図３６，３７に示す液晶レンズを用いた光学系は、液晶レンズ１５２の前方に偏光板１５１を配置して、所定の直線偏光成分のみを液晶レンズ１５２に入射させる必要があり、そのために偏光板１５１を透過して液晶レンズ１５２に入射する光が減少し、光の利用効率が減少するという欠点がある。
【０００９】
又、このように利用効率が低いために、この光学系を適用し得る製品が限定され、汎用性に欠けるという欠点もある。更に焦点距離を変化させるのに時間を要するという欠点もある。
【００１０】
又、液晶レンズ等の光学特性可変光学素子は、一つの光学素子にて焦点距離等の光学特性を変化させ得るという特徴を有している。しかし光学特性可変光学素子のみでは、球面収差、歪曲収差、色収差等が発生するため好ましくない。
【００１１】
本発明は、光学特性可変光学素子に他の曲面を付加することによって、光学特性が可変でしかも諸収差を良好に補正した小型な光学系を備えた撮像装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、螺旋構造を持つ液晶の配向を変化させることにより、光学特性が変化する光学特性可変光学素子であって、下記式（５−６３）、（５−６４）、（５−６５）、（５−６６）、（５−６７）、（５−６８）のいずれかを満足することを特徴とする。
λ≦Ｐ＜２０λ                        （５−６３）
λ≦Ｐかつ  ｜Γ／２Φ｜＜π          （５−６４）
２λ≦Ｐ＜２０λ                      （５−６５）
２λ≦Ｐかつ  ｜Γ／２Φ｜＜π        （５−６６）
２／３λ≦Ｐ＜２０λ                  （５−６７）
２／３λ≦Ｐかつ  ｜Γ／２Φ｜＜π    （５−６８）
【００１３】
【発明の実施の形態】
次の本発明の光学特性可変光学素子の実施の形態について述べる。
【００１４】
本発明の光学特性可変光学素子の第１の実施の形態についてその光学素子として可変焦点レンズを例として述べると、例えば図１に示す通りの構成である。図１において１は屈折率の異方性が負の液晶、２は配向膜、３は透明電極で透明基板４、５に設けられている。
【００１５】
このような構成の光学素子において、屈折率の異方性が負の液晶１は、屈折率楕円体が図２に示すような形状をし、次の式（１）にて示す関係を有することを特徴としている。
【００１６】
ｎe＜ｎox，      ｎe＜ｎoy      （１）
ここでｎeは異常光線の屈折率、ｎoxはｘ方向偏光の屈折率、ｎoyはｙ方向偏光の屈折率である。
【００１７】
又、上記液晶１は、下記式（２）を満足する。
ｎox＝ｎoy≡ｎo                  （２）
ただしｎoは常光線の屈折率である。
【００１８】
このような屈折率の異方性が負の液晶よりなる可変焦点光学素子は、電圧が印加されない場合、液晶１の分子のｚ方向が光軸の方向つまりＺ方向を向くように配向膜３が形成されている。
【００１９】
このとき入射光に対する液晶の屈折率はｎoであって、光学素子は凸レンズとして作用する。
【００２０】
次に図１においてスイッチ９をオンにすると液晶分子１０の方向は図３に示すように向くため入射光に対する屈折率は、下記式（３）のようになり低下する。
ｎ＝（ｎe＋ｎo）／２            （３）
【００２１】
このような屈折力の低下により、素子は凸レンズとしての屈折力が弱くなり焦点距離が大になって可変焦点レンズとして作用する。又可変抵抗１３を変化させることにより、屈折率の変化は連続的になり、したがって光学素子の焦点距離は連続的に変化させ得る。
【００２２】
ここで、配向膜２は液晶分子１０を垂直配向するように作られており、液晶分子１０の方位角Ａは、図４に示すようにｘ，ｙ平面内でランダムになる。
【００２３】
したがって、どのような偏光の光が光学素子に入射しても同一の焦点距離を有する可変焦点レンズとして作用する。
【００２４】
なお、液晶１はもともと図１に示すようなホメオトロピック配向を有する性質を有しており、そのため配向膜２は用いなくともよい。
【００２５】
また、液晶分子１０の配向を変えるために電圧の変化に代えて電場の周波数、磁場、温度等を変化させてもよい。
【００２６】
又、液晶分子１０が図５に示すように規則的にほぼ直交する配向にしても図４に示す場合と同様な効果が得られる。この時の液晶分子１０の配列の周期Ｓは、下記式（４）のように使用する光の波長λに比べて小さい方が光の散乱が少なくフレアーが減るため好ましい。
０．５ｎｍ＜Ｓ＜λ                      （４）
【００２７】
ここで波長λは可視光の場合３５０ｎｍ〜７００ｎｍである。つまり可視光の場合式（４）は下記の通りである。
０．５ｎｍ＜Ｓ＜７００ｎｍ
【００２８】
又、近赤外光の場合は、波長λは６５０ｎｍ〜１２００ｎｍであり、したがって式（４）は下記のように表わすことができる。
０．５ｎｍ＜Ｓ＜１２００ｎｍ
【００２９】
図５に示すように液晶分子１０を配向させるためには、図６に示すようなピッチＳの細かい溝１１を規則的に設ければよい。この溝１１の深さは０．１ｎｍ〜    数十ｎｍで、例えば、日本光学会発行の菊田・岩田共著、「波長より細かな格子構造による光制御」光学２７巻１号１２頁〜１７頁（１９９８）に記載されているような、描画露光とエッチングにより作ることができる。又、エッチング等により溝を形成した型を作り、この型を用いてプラスチックに転写してもよい。
【００３０】
図６に示すパターンの代わりに、図７に示すような格子パターンの凹凸１２等を用いてもよく、ｘ，ｙ平面内で見た時の液晶分子１０の方位が平均していればよい。つまり液晶１の屈折率が方位により異ならなければよい。
【００３１】
このパターンは、配向膜３ではなく、透明基板４又は５の表面に形成してもよい。この場合、配向膜３は省略し得ることもある。又微細な溝１１はへこみでなく逆に出っ張っていてもよい。
【００３２】
このように、ｘｙ平面内での液晶分子１０の方位を平均化して偏光によらず、ぼけない液晶レンズは、液晶が屈折率の異方性が負の場合のみでなく、下記式（５）に示すような正のネマチック液晶を用いても、図１と同様の構成の本発明の光学特性光学素子が実現できる。
ｎe＞ｎo                    （５）
【００３３】
又、高分子分散液晶、カイラルスメクチック液晶、カイラルコレステリック液晶、強誘電性液晶、反誘電性液晶、強誘電体等の電気光学効果、磁気光学効果をもつ物質も本発明に適用できる。
【００３４】
上記の各物質は、本発明の前記実施の形態の他、後に詳細に述べる実施の形態にも適用できる。
【００３５】
図８、図９は、本発明の他の第２の実施の形態を示す図で、光軸方向及びそれと直交する方向に電場を加えることにより液晶１４の配向変化を高速にした液晶レンズの例である。
【００３６】
これら図における、液晶１４は図１に示す液晶と同様屈折率異方性が負の液晶である。又この実施の形態は、電場を印加する部材として、図１等に示すような電極とこれに接続する交流電源８、スイッチ９、可変抵抗１３よりなる部材のほかに光軸６を挟んで相対して配置した電極１９とこれに接続する交流電源１８、スイッチ１６、可変抵抗１７よりなる他の電場を印加する部材を備えた構成の光学特性可変光学素子（可変焦点レンズ）である。
【００３７】
この可変焦点レンズつまり、液晶レンズにおいて、図８はスイッチ９がオンでスイッチ１６がオフの状態を示してある。
【００３８】
この液晶レンズ１５の焦点距離を変化させるためには、図９に示すようにスイッチ９をオフにし、これとほぼ同時にスイッチ１６をオンにする。これにより電極１９を通して液晶１４に電場が加わり、液晶１４は、そのｚ方向を光軸と平行に変え、したがって液晶レンズの屈折率は大になり凹レンズとしての作用が強くなり焦点距離が変化する。
【００３９】
図１０は、図８、図９に示す液晶光学素子１５を＋ｚ軸方向より見た図であって、電極１９の配置位置とその形を示した図である。
【００４０】
図１１は、図８、図９、図１０に示す第２の実施の形態の変形例であって、これらと電極１９の配置位置と形状が異なる変形例である。尚図１１において（Ａ）は＋ｚ方向から見た図、（Ｂ）は−ｘ方向から見た図である。つまり図１１（Ｂ）に示す透明基板４又は５のうちの少なくとも一方の外周部に図１１（Ａ）のように透明電極４とは絶縁された状態で電極１９を設けたもので、図１０に示すものとほぼ同様の効果が得られる。
【００４１】
図８等に示す第２の実施の形態は、液晶分子１４のｚ軸を光軸６に平行に向ける時の応答速度が図３等に示す実施の形態の液晶レンズに比べて速くできることが特徴である。
【００４２】
また、液晶分子１４には、液晶レンズ１５の焦点距離が長い場合も短くなる場合も電場が加わっており、液晶分子の配向にばらつきが少なく光の散乱が少ない点で優れている。
【００４３】
また、可変抵抗１３および１７を適当に調整することによって液晶レンズ１５の焦点距離を連続的に変化させることができる。その時の液晶分子１４の配向は図８に示すスイッチ９がオンでスイッチ１６がオフの状態と、図９に示すスイッチ９がオフでスイッチ１６がオンの状態の中間の状態になる。
【００４４】
以上の説明は、液晶分子１０又は１４の駆動交流周波数に対する誘電異方性も屈折率異方性と同様に負であるとして説明した。
【００４５】
このような液晶の例としてはディスコティック液晶があげられている。
【００４６】
また、図８等に示す第２の実施の形態において液晶分子１４の代わりに正の屈折率異方性と誘電異方性をもつネマチック液晶２０を用いた液晶レンズが図１２に示す可変焦点レンズ２１である。したがって下記の式（５）の関係が成り立つ。
ｎe＞ｎo                    （５）
【００４７】
ネマチック液晶２０は、螺旋状にピッチＰで配向している。
【００４８】
図１２は、前記可変焦点レンズを用いたデジタルカメラ撮像装置である。この図１２に示す撮像装置にて用いられている可変焦点レンズは、一つの液晶分子２０の方向はほぼＸ−Ｙ平面に平行である。液晶のピッチＰの値が可変焦点レンズ２１を使用する光の波長λの２０倍〜６０倍程度以下であるとすれば、液晶分子２０は、実用上等方媒質であるとみなすことができる。
【００４９】
今ピッチＰが波長λ以下つまり下記式（６）にて示す通りであるとする。
Ｐ＜λ                        （６）
【００５０】
するとこの液晶は等方媒質に近づく。以下その理由をのべる。
【００５１】
今、下記条件（５−１）を満足するとする。
Ｐ＜＜λ                    （５−１）
【００５２】
このように、ピッチＰが光の波長λに比べて非常に小さいと、液晶は入射光の偏光によらず、下記（５−２）にて与えられる屈折率ｎ’をもつ媒質として作用する。
ｎ’＝（ｎe＋ｎo）／２        （５−２）
【００５３】
次に、ジョーンズのベクトルと行列によって、なぜ、この実施の形態のネマチック液晶が実行的に屈折率ｎ’の等方的な媒質としてふるまうのかを説明する。
【００５４】
コロナ社発行の吉野勝美、尾崎雅則共著「液晶とディスプレイ応用の基礎」の８５頁〜９２頁に示される、式によれば、絶対的な位相の変化ｅｘｐ（−ｉα）を含めた時、図１２に示した厚さｄのネマテック液晶に対するジョーンズの行列Ｗtは下記の式（５−３）にて与えられる。
0004429407.tif 000002
【００５５】
ただし、Φ、Γ、α、Ｘ、Ｒ（−Φ）は夫々下記の式（５−４）、（５−５）、（５−６）、（５−７）、（５−８）の通りである。
Φ＝２πｄ／Ｐ                    （５−４）
0004429407.tif 000003
0004429407.tif 000004
0004429407.tif 000005
0004429407.tif 000006
ここで、常光を液晶分子の短軸方向の偏光と定義し、異常光を液晶分子の長軸方向の偏光、又は、長軸を光軸に垂直な平面へ投影した時の方向の偏光と定義すると、Γはネマテック液晶による常光と異常光の位相差を表わす。
【００５６】
なお、Φはネマテック液晶の液晶分子の、捩れ角をラジアンで表わしたものである。又式（５−３）、式（５−８）の座標系は、図１２に示すｘ，ｙ，ｚ軸のように取るものとする。つまり、ｘ軸は紙面の表から裏側へ向かっており、ｙ軸はカイラルネマテック液晶の入射面での液晶分子長軸の方向である。式（５−１）の条件のもとで、式（５−３）のＷtがどのようになるかを調べてみる。
【００５７】
式（５−１）は次の式（５−９）のように変形できる。
０＜Ｐ／λ＜＜１                    （５−９）
【００５８】
そこでｐ／λ→０の時、式（５−３）のＷtの極限値ＷtＬを求める。
【００５９】
Γ／Φは（５−１０）にて与えられる。
Γ／Φ＝（ｎe−ｎo）（Ｐ／λ）      （５−１０）
【００６０】
したがって、Ｐ／λ＜＜１のときΓ／Φは式（５−１１）に示すようになる。
【００６１】
｜Γ／Φ｜＜＜１                    （５−１１）
【００６２】
したがってＰ／λ→０のとき｜Γ／Φ｜→０となる。
【００６３】
式（５−１１）の条件のもとでは、式（５−７）のＸは、下記式（５−１２）、（５−１３）、（５−１４）のようになる。
0004429407.tif 000007
0004429407.tif 000008
0004429407.tif 000009
0004429407.tif 000010
と近似でき、Ｐ／λ→０のとき、それぞれ、
Ｘ→Φ                                  （５−１６）
ｃｏｓＸ→ｃｏｓΦ                      （５−１７）
0004429407.tif 000011
0004429407.tif 000012
となるので、Ｐ／λ→０のとき、ＷtLは（５−２０）のようになる。
0004429407.tif 000013
【００６４】
これは屈折率ｎ’＝（ｎe＋ｎo）／２、厚さｄの、光軸に沿って等方な媒質のジョーンズ行列にほかならない。
【００６５】
したがって、Ｐ／λ＜＜１であるので、図１２の可変焦点レンズ２１は、屈折率ｎ’のレンズとして作用しぼけのない結像が実現できる。
【００６６】
尚、図１４のように液晶が中間の配列の場合においても、ｎeの値を、ｎeとｎoのある中間の値である異常光の屈折率ｎe’で置きかえることで、上記の式（５−３）〜（５−２０）を満足するようにすることが可能である。
【００６７】
尚、図１２のように構成することにより電圧の印加のしかたとしては、連続可変に限らず、いくつかの離散的な電圧値の中から印加電圧を選択するようにしても、可変焦点レンズが実現できる。
【００６８】
ここで、図１２のような構成の可変焦点レンズの実際的な例について、詳細に説明する。
【００６９】
式（５−２０）にはＰ／λ→０の極限の場合が示されているが、実際の液晶レンズ、可変焦点レンズではかならずしも極限値があてはまらない場合もあるので、式（５−３）の近似式を導いてみる。Ｐ／λ＜１でなくても良い。
【００７０】
式（５−３）をＰ／λの１次までを考えて近似すると、次のようになる。つまり、式（５−１２）〜式（５−１４）で、Ｐ／λの１次まで、即ち式（５−１０）より、Γ／Φの１次までを残し、Γ／Φの２次以上を省略すると式（５−２１）のようになる。
0004429407.tif 000014
0004429407.tif 000015
【００７１】
これら式（５−２０）、（５−２１）、（５−２２）より下記式（５−２３）が得られる。
0004429407.tif 000016
【００７２】
したがって、ＷtNの値が、等方媒質のジョーンズ行列とほぼ等しいとみなせるためには、｜ｉ・Γ／２Φ｜が０に近ければよい。この時ＷtNは下記式（５−２４）に近づく。
0004429407.tif 000017
【００７３】
この式（５−２４）は、液晶が入射光の偏光方向Γ／４・Γ／Φだけ回転するが、等方媒質であるとみなせることを意味している。
【００７４】
したがって、式（５−２５）を満足する、つまりおよそ式（５−２６）を満足すれば、ぼけない可変焦点レンズが得られる。
【００７５】
｜ｉ・（Γ／２Φ）｜≒０                      （５−２５）
｜Γ／２Φ｜＜０．１１                        （５−２６）
式（５−１０）より、Γ／２Φは下記式（５−２７）にて表わされる。
0004429407.tif 000018
【００７６】
実際のレンズ付撮像装置、例えば電子カメラ、ＶＴＲカメラ、電子内視鏡等の、比較的低コストの製品等のレンズに本発明の可変焦点レンズを用いる場合、固体撮像素子の画素数が少なく、高解像を要求しない場合もあるので、式（５−２６）は条件をゆるめることができ、下記条件（５−２８）を満足すればよい。
｜Γ／２Φ｜＜１                              （５−２８）
【００７７】
画素数の多い電子撮像装置のレンズ、フィルムカメラ、顕微鏡等の高画質の製品等のレンズでは高解像が要求されるので、下記条件（５−２９）を満足することが望ましい。
｜Γ／２Φ｜＜π／６                            （５−２９）
【００７８】
光ディスクのレンズ等結像に用いないレンズあるいは画素数の少ない電子撮像装置等の場合、条件はさらにゆるめられ、下記条件（５−３０）を満足すればよい。
｜Γ／２Φ｜＜π                                （５−３０）
【００７９】
尚、本実施の形態に共通して言えることであるが、液晶がらせん状の配列の時、液晶分子の長軸方向が光軸に対して垂直でない時、つまり斜めの時は、式（５−１）、式（５−２６）〜式（５−３０）のｎeを上記のｎe’で置きかえればよい。
【００８０】
次に設計例を述べる。
【００８１】
ネマテック液晶の厚さｄは、薄いとレンズのパワーが弱く役に立たないし、厚いと光が散乱しフレアの原因となるので、厚さｄは下記条件（５−３１）を満足することが望ましい。
２μ＜ｄ＜３００μ                      （５−３１）
【００８２】
又、光の波長λは可視光を考えると、下記条件（５−３２）の範囲である。
０．３５μ＜λ＜０．７μ                （５−３２）
【００８３】
又、ｎe−ｎoの値は液晶の物性で決まり、下記（５−３３）の範囲の物質が多い。
０．０１＜｜ｎe−ｎo｜＜０．４            （５−３３）
【００８４】
次に設計例として下記第１〜第４の設計例を示す。
第１設計例
ｄ＝１５μ
λ＝０．５μ
ｎe−ｎo＝０．２
Ｐ＝０．０６μ
したがって
Γ／２Φ＝（１／２）・０．２×０．０６／０．５＝０．０１２
となり、式（５−２０）、式（５−２８）、式（５−２９）、式（５−３０）を満たす。
【００８５】
第２設計例
ｄ＝５０μ
λ＝０．６μ
ｎe−ｎo＝０．２５
Ｐ＝０．５μ
したがって
Γ／２Φ＝（１／２）・０．５×０．２５／０．６＝０．１０４２
となり、式（５−２６）、式（５−２８）、式（５−２９）、式（５−３０）を満たす。
【００８６】
第３設計例
ｄ＝１００μ
λ＝０．５５μ
ｎe−ｎo＝０．２
Ｐ＝３μ
したがって
Γ／２Φ＝（１／２）・０．２×３／０．５５＝０．５４５４
となり、式（５−２８）、式（５−３０）を満たす。
【００８７】
第４設計例
ｄ＝２００μ
λ＝０．９５μ
ｎe−ｎo＝０．２
Ｐ＝７μ
したがって
Γ／２Φ＝（１／２）・０．２×７／０．９５＝０．７３７
となり、式（５−２８）、式（５−３０）を満たす。
【００８８】
以上の各設計例は、カイラルネマチック液晶を例にとって説明したが、ネマチック液晶のらせんのピッチを用いる光の波長よりも小さくするためには、カイラル剤を液晶に混ぜるとよい。
【００８９】
カイラル剤としては、コレステリック液晶又は合成品の光学活性化合物等が用いられる。下記化学式（１）、化学式（２）はネマチック液晶の例で又化学式（３）、化学式（４）はカイラル剤の例である。
0004429407.tif 000019
【００９０】
前記式（５−３０）において、展型的な液晶の例で考えると
ｎe−ｎo＝０．１      として
（１／２）×０．１（Ｐ／λ）＜π      より
Ｐ＜２０π・λ≒６２．８λ      （５−６１）が得られる。
同様にｎe−ｎo＝０．１を式（５−２８）にあてはめると、
Ｐ＜２０λ                      （５−６２）が得られる。
【００９１】
したがって液晶を用いる製品によって式（５−６１）又は式（５−６２）を満足するようにすれば、ぼけ（フレアー）の少ない可変焦点レンズ等の光学特性可変光学素子が得られる。又式（５−１）〜（５−３０）はネマチック液晶に限らず、ピッチＰの螺旋構造をもつ液晶すべてにあてはまる。そのような液晶の例としては、コレステリック液晶、スメクチック液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等が挙げられる。
光学系の性能を向上させるためには、ピッチＰの値は小さい方がよい。しかし一般に液晶ではピッチＰの値が小になると液晶の粘性が増大し、電場の変化に対する屈折率の変化の応答速度が遅くなる。この点を考慮すると、実験の結果ピッチＰの値は、およそ波長λよりは大きい方がよく、式（５−２８）、式（５−２９）、式（５−３０）、式（５−６１）、式（５−６２）等をも考慮すると下記の式（５−６３）又は式（５−６４）を満足することが望ましい。
λ≦Ｐ＜２０λ                  （５−６３）
λ≦Ｐかつ  ｜Γ／２Φ｜＜π    （５−６４）
また、オートフォーカステレビカメラの光学系等では、さらに早い応答速度が要求される。そのためそれらの光学系においては、下記式（５−６５）又は式（５−６６）を満足することが望ましい。
２λ≦Ｐ＜２０λ                  （５−６５）
２λ≦Ｐかつ  ｜Γ／２Φ｜＜π    （５−６６）
逆にそれほど早い応答速度が要求されない光学系、例えば眼鏡、視度調整装置等においては下記式（５−６７）または式（５−６８）を満足すればよい。
２／３λ≦Ｐ＜２０λ                  （５−６７）
２／３λ≦Ｐかつ  ｜Γ／２Φ｜＜π    （５−６８）
式（５−６３）、式（５−６５）、式（５−６７）におけるＰの値の上限は、高い光学性能を要求しない安価な光学系、例えばカメラのファインダー等では、６０λまで許される。
なお厚さ９ミクロン、Ｐ＝１．１ミクロンのカイラルネマチック液晶の場合、交流電場の変化に対応する応答時間は、１秒以下から３０秒程度であった。
【００９２】
図１３は、図１２に示す撮像装置で用いる可変焦点レンズ２１をＺ方向より見た図で、電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃを可変焦点レンズ２１の外周に６分割して透明電極４とは絶縁して配置されている。これら電極の対２２ａ−２３ａ，２２ｂ−２３ｂ，２２ｃ−２３ｃは、３連スイッチ２４により順番に交流電圧が加わるようになっている。このように電場の方向を変えることにより液晶の配向がほぼ等方的になるようにできる。もし、一方向だけに電場をかけると液晶分子の螺旋がほどけてしまうことがある。
【００９３】
次に図１２、図１３に示す装置の動作について述べる。
【００９４】
まず、スイッチ９がオンの時、３連スイッチ２４はオフにしておく。これにより液晶分子２０は分子長軸が光軸とほぼ平行になっている。この時液晶レンズ部２５は弱いパワーの凹レンズになる。
【００９５】
次にスイッチ９をオフにして、同時に３連スイッチ２４をオンにすると、液晶分子２０には横方向の電場が加わるために、分子２０の配向は高速で図１２に示すように変わる。
【００９６】
又、３連スイッチ２４の三つの電極に加わる電圧の切り換えの周期Ｔは、次の関係を満足させる必要がある。
【００９７】
図１２に示す光学系で、３連スイッチ２４がオフでスイッチ９がオンの状態で、ある時刻にスイッチ９をオフにすると液晶分子２０は配向膜３の配向規制力等により３連スイッチをオンにしなくとも、自然に図１２に示すような配向になる。
【００９８】
このように、自然に図１２に示すような配向になるまでの時間をτとすると次の関係を有することが必要である。
Ｔ≦τ                      （７）
もしＴがあまり大で上記（７）を満足しないと液晶分子２０の螺旋がほどけて液晶分子２０の配向が配向膜２に平行なホモジニアス配向になるおそれがある。
【００９９】
上記式（７）は実用的には下記式（７−１）を満足すればよい。
Ｔ≦１０τ                  （７−１）
この式（７−１）を満足しないと、電極２２、２３に加わる電圧が弱いと、液晶分子２０が完全な螺旋状配向になるまでに時間がかかる場合もあるからである。
【０１００】
なお、液晶分子２０の配向が一度図１２に示すような状態に戻った後は、３連スイッチ２４を継続的にオフにしてもよい。つまり、液晶分子２０の配向が光軸７に平行な状態のホメオトロピック配向からスイッチ９をオフにしても図１２に示すような螺旋状配向に変化するまでの間だけ３連スイッチ２４をオンにしておいてもよい。これにより電気を節約でき有利である。
【０１０１】
又、図１４に示すように可変抵抗１３および１７を適当に調整して液晶分子２０の方向を光軸に対して斜めに配列させることによって可変焦点レンズ２１の焦点距離を連続的に変えることができる。つまりズームレンズ等に用いると便利である。
【０１０２】
図１５は、第３の実施の形態を示す図で、図１２乃至図１４に示す可変焦点レンズをズームレンズに用いた例である。図において２１Ａ、２１Ｂは夫々図１２等に示す可変焦点レンズ２１であり、そのうち２１Ａは絞り２６の前方に又、２１Ｂは絞り２６の後方に配置された夫々前群と後群である。つまりこのズームレンズは、凹の作用をもつ可変焦点レンズ２１Ａよりなる負の屈折力の前群と絞り２６と凸の作用をもつ可変焦点レンズ２１Ｂと凸レンズ２９よりなり全体として正の屈折力をもつ後群とよりなり、各レンズを機械的に移動させることなしに可変焦点レンズ２１Ａと２１Ｂの焦点距離を変化させることにより、レンズ系全系の焦点距離を変化させると共に像面の移動を補正することができる。又、同様にピント合わせを行なうことができる。
【０１０３】
又、この例では、可変焦点レンズ２１Ａを駆動してその焦点距離を変化させる際に液晶２５ｂに加える電界強度を変化させる代りに電界の周波数をｆ1、ｆ2、ｆ3、ｆ4の４段階に変化させるもので、液晶として周波数によって誘電異方性の符号が変わる液晶を用いている。周波数ｆ1、ｆ2、ｆ3、ｆ4をｆ1＜ｆ2＜ｆ3＜ｆ4とすると液晶２５ｂの誘電異方性がｆ1とｆ4とで符号が逆になるように選んでいる。
【０１０４】
このズームレンズにおいて、スイッチ２４を切り換えることにより、周波数を変化させる。この場合、電極２２Ｆは省略してもよい。又周波数は、ｆ1、ｆ2、ｆ3、ｆ4のように段階的に変化させる代りに連続的に変化させるようにしてもよい。又周波数の変化と同時に電界の強さを変化させてもよい。
【０１０５】
又、液晶２５ｂ、２５Ｇは螺旋状液晶に限らず誘電異方性が周波数とともに変化する液晶を高分子中に分散させた高分子分散液晶を用いてもよい。可変焦点レンズ２１Ｂは、高分子分散液晶を用いた光学特性可変光学素子の一例である。
【０１０６】
周波数を連続的に変え得る交流電源９ｅが二つの電極３に接続され、交流電源の周波数を変えることにより光学素子の焦点距離を変化させ得る。
【０１０７】
また液晶レンズ２１Ａと液晶レンズ２１Ｂとを連動させることによって、ズーミングを行なうことができる。又、液晶レンズ２１Ｂのみを変化させればフォーカシングを行なうことができる。
【０１０８】
尚、電極２２Ｇは用いなくともよいし、交流電源９ｅの周波数ｆの変化に連動させて２２Ｇに加わる電圧を変化させてもよい。
【０１０９】
尚、図１２に示す撮像装置において、液晶分子２０の代わりにカイラルコレスチック液晶、カイラルスメチック液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、屈折率異方性が負の液晶、強誘電体高分子分散液晶等を用いてもよい。これら液晶を用いた場合も前記式（６）、（７）、（７−１）、（５−２６）、（５−２８）、（５−２９）、（５−３０）、（５−６１）、（５−６２）、（５−６３）、（５−６４）、（５−６５）、（５−６６）、（５−６７）、（５−６８）は同様にあてはまる。
【０１１０】
図１６、図１７に示す光学系は、図１２に示す光学系において、液晶分子２０の代わりにポリマーの中に直径の平均値がＤのネマチック液晶３４を粒状に配置したものである。
【０１１１】
この図１６、１７に示す例は、分割電極２２、２３は、図１３と同じような動作をするがレンズ３２、３３の周辺に透明電極３に対し絶縁させ配置されている。又３連スイッチ２４の動作は、図１２、１３に示す光学系と同じである。
【０１１２】
この図１６、１７に示す光学系は、スイッチ９がオンであり、液晶分子２９が図１６に示すようにホメオトロピック配向の状態であり、又スイッチ９をオフにし、３連スイッチ２４をオンにすると液晶分子２９に横方向の電場が加わり液晶分子２９は高速に、ややランダムではあるがｘｙ平面に平行に配向し、図１７のようになる。又式（７）、（７−１）は、いずれも図１６、１７の光学系にもあてはまる。
【０１１３】
このように、つまり図１７のように液晶分子２９の配列は、光軸６に直角に近く液晶３５の屈折率の変化が一層大になる点で優れている。
【０１１４】
ここで、液晶分子３４の平均径Ｄが下記条件（８）を満足するようにすれば、光の散乱を防ぐことができ望ましい。
Ｄ＜λ／５                      （８）
ただしλは入射する光の波長である。
【０１１５】
又、液晶３５の厚さが薄い場合、式（８）の代わりに下記の式（８−１）を満足すれば実用上問題はない。
Ｄ＜２λ                        （８−１）
【０１１６】
また液晶３５の全体の体積に対して液晶分子３４の占める割合をｆｆとすると可変焦点レンズとしての効果が十分得られるようにするためには下記条件（９）を満足することが望ましい。
０．５＜ｆｆ＜０．９９９        （９）
【０１１７】
ｆｆの値が条件（９）の上限０．９９９を超えるとポリマーが少なくなり、液晶分子３４の粒子が形成できなくなる。又下限の０．５を下回ると可変焦点レンズとしての効果つまり焦点距離の変化量が減少する。
【０１１８】
又ポリマーを多くして液晶３５を固体状に近づけたいときは、条件（９）の代わりに下記条件（９−１）を満足することが望ましい。
０．１＜ｆｆ＜０．５            （９−１）
【０１１９】
図１８は、本発明の光学系の他の実施の形態を示すもので、温度を変化させて液晶の屈折率を変化させるようにした光学系の例を示す。
【０１２０】
正の屈折率異方性をもつネマチック液晶３６は、転移温度ＴC以下の場合、図１８に示すようにＺ方向に分子長軸を向けたホメオトロピック配向であり、屈折率が低いｎOの状態である。この時、図示するようにスイッチ９はオンである。
【０１２１】
次にヒーター４１のスイッチ４３をオンにして、ヒーター４１により液晶を加熱することにより液晶分子３６の温度が転移温度ＴCよりも高くなると図１９に示すように液晶分子３６がランダムに動く透明な液体になる。この時、スイッチ９はオフにしておく。
【０１２２】
この図１９に示す状態では、液晶分子３６の屈折率ｎは下記の式（１０）にて与えられる。
ｎ＝（２ｎO＋ｎe）／３            （１０）
【０１２３】
つまり液晶の屈折率ｎは高くなり、その結果、凸レンズ３２ｂの屈折力が強くなる。
【０１２４】
図１８の状態において、配向膜２による配向規制力が充分であれば、スイッチ９はオフでもよい。しかし、スイッチ９をオンにすれば液晶分子３６が規則的に並ぶため液晶分子３６による光の散乱を防止し得るので望ましい。
【０１２５】
液晶に液体への相転移をおこさせるために、図１８、図１９に示す光学系は、ヒーター４１を用いて加熱したが、交流電源の周波数を高周波にして液晶分子３３の分子振動を高めることによって温度を上昇させて相転移をおこさせてもよい。
【０１２６】
以上述べた本発明の光学特性可変光学素子は、光学素子を構成する液晶の分子の配向を変えるために主として電場の強さと方向を変化させることにより行なった。
【０１２７】
しかしながら、液晶分子の配向を変えるためには、電場の強さ等の変化に限ることなく、液晶に加える電場の周波数を変えることによっても行なうことができる。又磁場の強さを変化させることによっても液晶分子の配向を変えることができる。
【０１２８】
又、このように液晶に加える電場の周波数を変化させることによって液晶分子の配向を変化させる方法や、液晶に加える磁場の強さを変化させる方法は、例えば、図１、図３、図８、図９、図１２、図１５、図１６、図１９、図２０等に例として示した各光学系に対して適用することができる。
【０１２９】
電場の周波数の変化により液晶分子の配向を変化させる方法においては、誘電異方性の正、負が入れ替わる液晶を用いれば、電場の周波数の変化により高速に液晶分子の配向を変化させ得るため特に有利である。
【０１３０】
又、図２０は磁場Ｈによって屈折率を変化させるレンズの例を示す。この図において、４５はレンズ、４６は磁気光学効果をもつ物質、４７は基板、４８は配向膜、４９Ａはスイッチ、４９Ｂは交流電源、４９Ｃは可変抵抗、４９Ｄはコイル、４９Ｅは鉄芯である。
【０１３１】
使用する磁気光学効果をもつ物質４６としては、鉛ガラス、水長、液晶等がある。配向膜４８は液晶の場合は設けた方が良い。
【０１３２】
又高速にて液晶分子の配向を変化させるためには、電圧がオフの状態の代わりにある程度の電圧をあらかじめ付与しておくことが好ましい。そして、液晶分子の配向を変化させたい時に、電圧をより高い電圧にすることにより液晶分子の配向を高速で変化させ得る。
【０１３３】
前述の図１２に示す例は、光学特性可変光学素子を用いた本発明のデジタルカメラ用撮像装置であるが、この例について更に詳細に述べる。
【０１３４】
図１２において、絞り２６の後方に可変焦点液晶レンズ２１（凹面を含むレンズ２８と凸レンズ２７と液晶レンズ部２５）と凸レンズ２９とにて構成された光学系が配置されている。凸レンズ２９は、固体撮像素子３０に対して主光線が垂直又はほぼ垂直例えば固体撮像素子の受光面に対して主光線の角度が９０°±２０°で入射するようにするために設けてある。又、凹レンズ２８はペッツバール和を改善して像面湾曲を補正するために設けてある。又絞り２６側（入射側）の凸レンズ２７は、物体側の面が凸面であり、これにより球面収差を良好に補正するようにしている。又液晶レンズ２５は、色収差を補正するために凹レンズの形状にしてある。又、レンズ２７、２８、２９のレンズ面のうちのいずれかの面を非球面にすることにより収差を一層良好に補正することが可能になり好ましい。又液晶レンズ２５は絞り２６の近傍に位置させることが液晶レンズ２５の有効径を小さくすることができ、その厚さを減少させ得るため好ましい。
【０１３５】
更に液晶レンズ２５の中の液晶分子２０の配向が変化した場合、凸レンズ２７、液晶レンズ２５、凹レンズ２８、凸レンズ２９からなる光学系の収差が変動し、又液晶レンズ２５によって生ずる光の散乱の大きさも変化し、これによって光学系３１のＭＴＦが変化する。
【０１３６】
前述の図１２にて示す撮像装置においては、前記の収差の変動や光の散乱の大きさの変化によるＭＴＦの変化を電子回路にて補正するようにしている。つまり物体位置の変化によりピント合わせを行なうために液晶レンズ２５の焦点距離を変化させたときのＭＴＦの変化の補償を、回路４４の中のエンハンス回路あるいは画像処理回路の処理を変えて行なうようにした。具体的には、ウイナーフィルター等のデジタルフィルターの特性を変化させる、あるいはエンハンス回路のエッジ強調の量を変える等の手段を用いればよい。ここでＭＴＦの変化は光学系３１の設計データから求めてもよく、又実際のカメラを１台１台測定してＭＴＦ補償量を変えてもよい。
【０１３７】
図３５は、前記電子回路による補正に付いて説明するための図で、この図では、赤外光投射型のアクティブ測距方式での測距をおこなう例である。ここで得られた距離情報によって、液晶レンズのＭＴＦ変化を補うべく、エンハンス量等が選択される。そしてデジタルフィルターが掛けられて最終画像が作られる。
【０１３８】
図２１は、本発明の撮像装置の他の例を示す図で、自由曲面レンズ５１（非回転対称面を有するレンズ）を用いたデジタルカメラ５０の例である。５２は可変焦点ミラー、５３はアルミコーティングされた薄膜、５４は電極、５５は固体撮像素子、５６は基板、５７は電源、５８はスイッチ、５９は可変抵抗器である。
【０１３９】
可変焦点ミラー５２の例としては、オプティックス  コミュニケーションズ（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ），１４０巻（１９９７年）１８７頁乃至１９０頁に示されているメンブレインミラーがあり、電極５４の間に電圧を印加すると静電気力により薄膜５３を変形させて反射鏡の焦点距離が変化する。そしてピント調整ができる。物体からの光６０は自由曲面プリズム５１の面Ｒ1、Ｒ2で屈折され、反射鏡（薄膜）５３にて反射され、自由曲面プリズム５１の面Ｒ3で反射され、面Ｒ4で屈折されてから固体撮像素子５５に入射する。
【０１４０】
このように、この装置は、自由曲面Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4および反射鏡５３とにより撮像光学系を構成する。特に自由曲面Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4の形状を最適化することにより物体像の収差を最小にしている。
【０１４１】
図２１の撮像装置において、反射鏡の開口の形状は、非点収差等を補正するためにＹ軸方向に長い楕円形にするのがよい。反射鏡５２への入射光と反射鏡５２からの出射光を含む平面と反射鏡５２との交線の方向に長い楕円形にするのがよい。又、この図に示す例では、反射鏡５２と薄膜５３と固体撮像素子５５とを別体で作って基板５６上に配置している。しかし、反射鏡５２および薄膜５３をシリコンリソグラフィープロセス等で作ることもできるので基板５６をシリコンにて形成し、固体撮像素子５５と共にリソグラフィープロセスで反射鏡５２の少なくとも一部を基板５６上に形成してもよい。
【０１４２】
これによって、固体撮像素子５５と共に反射鏡５２とが一体化され小型化、低コスト化等の点で有利である。また反射鏡５２は固定焦点のミラーとしても良い。この場合でも反射鏡５２はリソグラフィープロセスで作ることができる。
【０１４３】
又、図示していないが、基板５６上に反射型液晶ディスプレー又は透過型液晶ディスプレーをリソグラフィープロセスにより一体に形成してもよい。この基板５６は、ガラスにて形成してもよく、このガラス基板上に薄膜トランジスター等の技術により固体撮像素子や液晶ディスプレーを形成すればよい。
【０１４４】
尚、自由曲面プリズム５１は、プラスチックモールドやガラスモールド等にて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。
【０１４５】
図２２は自由曲面プリズム５１を用いたデジタルカメラの他の例である。このデジタルカメラは、図２１に示すデジタルカメラにおける反射鏡５２の代わりに可変焦点ミラー６１を用いた例である。
【０１４６】
可変焦点ミラー６１は、自由曲面プリズム５１の面Ｒ2にこのプリズム５１と一体に設けてある。この可変焦点ミラー６１は、反射鏡６２、自由曲面プリズムの面Ｒ2に形成した透明電極６３と、配向膜６４、６５とよりなり、配向膜６４、６５との間に液晶６６を設けたものである。
【０１４７】
ここで、可変焦点ミラー６１は、自由曲面プリズム５１とは別体にて形成し、両者を貼り合わせてもよく、又自由曲面プリズムの面Ｒ2に透明電極６３と配向膜６４とを形成してもよい。
【０１４８】
物体よりデジタルカメラへ入射する光６０は、図２１に示すカメラと同様に自由曲面プリズム５１の面Ｒ1、Ｒ2にて夫々屈折され、その後反射鏡６２にて反射され、配向膜６４、液晶６５、配向膜６３、透明電極６２を通って自由曲面プリズム５１に入射し、面Ｒ3にて反射され面Ｒ4より出射して固体撮像素子５５の受光面に入射する。ここで、可変焦点ミラー６１に加える電圧を変化させることによりこのミラー６１の焦点距離を変化させ、ピント調整することが可能である。
【０１４９】
この可変焦点ミラー６１にて用いる液晶６６には高分子分散液晶が用いられており、図１５、図１６、図１７にもとづき説明したように、液晶分子に加わる電場を変化させることによって、例えば、図１６に示す状態から図１７に示す状態に変化し、これにより液晶の屈折率は変化し、可変焦点ミラーの焦点距離は変化する。
【０１５０】
この図２２に示すデジタルカメラの実施の形態の場合、この図に示すように図１６に示すデジタルカメラにて用いられている電極２２、２３は用いなくとも図１６のデジタルカメラと同様の作用を有する。
【０１５１】
つまり図２２において、スイッチ５８がオフの場合、液晶の配列はランダムであり、屈折率の高い状態にある。したがって可変焦点ミラー６１は光を収束させる作用が強い。ここでスイッチ５８をオンにすると液晶は一方向に揃った配列になるので、屈折率は低くなり、光を収束させる作用は弱くなる。したがって可変焦点ミラー６１は焦点調整が行なわれる。
【０１５２】
また可変焦点ミラー６１を自由曲面プリズム５１に二つ以上用いることによりズームレンズとして用いることが可能になる。
【０１５３】
又、図２１に示すデジタルカメラの可変焦点ミラー５２を図２２に示す可変焦点ミラー６１におき代えてもよい。又配向膜６４、６５は用いなくともよい。
【０１５４】
又、可変焦点ミラー６１の液晶光学素子として透明電極６３を電極を兼ねた反射鏡６２で代用してもよい。
【０１５５】
また高分子分散液晶６６の替わりに螺旋配向のネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶等を用いてもよい。
【０１５６】
図２３は、図２１又は図２２に示すデジタルカメラにおける反射鏡５３又は可変焦点ミラー６１の代わりに回折光学素子７０を用いた例である。つまり回折光学素子７０は反射鏡７２上に形成された回折面７１と透明電極７３、配向膜７４と、液晶７５とより構成されている。
【０１５７】
この図２３に示すデジタルカメラ７６は、物体よりの光が、他の例と同様に自由曲面プリズムに入射し、プリズム５１を透過後回折光学素子７０に入射し、ここで回折面７１にて回折作用を受けた後に回折光学素子７０を射出して再び自由曲面プリズム５１に入射し、図示するように反射してからこれより射出して固体撮像素子５５に入射する。
【０１５８】
ここでスイッチ７７をオンにすると液晶分子の配向が垂直方向に変わり回折光学素子７０の回折次数が変化するために焦点距離が変化してフォーカシングを行なうことができる。
【０１５９】
ここで液晶分子のピッチは、図１２に示す液晶と同様に式（６）を満足する。又この例は、回折面７１が反射面になっており、反射型の回折光学素子の例である。
【０１６０】
図２４は図１２に示す可変焦点レンズを用いた可変焦点眼鏡の例である。つまり眼鏡レンズとして可変焦点レンズを用いたもので、レンズ３０Ｈ、３１Ｈと配向膜（図示せず）と電極３等よりなる可変焦点レンズを眼鏡枠８０に取り付けた構成である。
【０１６１】
尚図において、８、１８は交流電源、９、２４はスイッチ、１３、１７は可変抵抗、２５は液晶である。又Ｐはピッチである。
【０１６２】
この可変焦点レンズは、電極２２、２３が図１５に示すものと同様にレンズ３０Ｈ、３１Ｈの周辺部に設けられている。この電極２２、２３を透明電極にすれば、眼鏡の視野の周辺が明るくなり好ましい。
【０１６３】
以上述べた本発明の実施の形態は、光学特性可変光学素子として主として可変焦点レンズを用いたものであるが、光学特性可変光学素子として、回折光学素子、フレネルレンズ、プリズム、レンチキュラーレンズ等を用いてもよい。夫々の素子を構成する光の屈折又は反射する部分を屈折率可変物質つまり種々の液晶、強誘電体、電気光学効果を持つ物質にておきかえればよい。
【０１６４】
又、液晶の分子配向を変化させるために電場以外に磁場、電場の周波数、磁場の周波数を変化させてもよい。
【０１６５】
以上述べた本発明の光学特性可変光学素子を用いた光学系は、物体像を形成しその像をＣＣＤや銀塩フィルムといった撮像素子に受光させて撮影を行なう撮影装置、とりわけカメラや内視鏡に用いることができる。また、物体像を接眼レンズを通して観察する観察装置、とりわけカメラのファインダー部の対物光学系としても用いることが可能である。以下に、その実施形態を例示する。
【０１６６】
図２５、２６、２７は、第５の実施の形態で本発明の光学特性可変光学素子を含む結像光学系を電子カメラのファインダー部の対物光学系に組み込んだ構成の概念図を示す。これらの図のうち図２５は電子カメラ８０の外観を示す前方斜視図、図２６は同後方斜視図、図２７は電子カメラ８０の構成を示す断面図である。電子カメラ８０は、この実施の形態では、撮影用光路８２を有する撮影光学系８１、ファインダー用光路８４を有するファインダー光学系８３、レリーズ８５、フラッシュ８６、液晶表示モニター８７等を含み、カメラ８０の上部に配置されたレリーズ８５を押圧すると、それに連動して撮影用対物光学系８８を通して撮影が行なわれる。撮影用対物光学系は、透過型の光学特性可変光学素子（ここでは液晶を用いている）を、複数備えており、ズーミングやフォーカシング作用を行なう。撮影用対物光学系８８によって形成された物体像が、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等のフィルタ９１を介してＣＣＤ８９の撮像面９０上に形成される。このＣＣＤ８９で受光された物体像は、処理手段９２を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター８７に表示される。また、この処理手段９２にはメモリー等が配置され、撮影された電子画像を記録することもできる。なお、このメモリーは処理手段９２と別体に設けてもよいし、フロッピーディスク等により電子的に記録書き込みを行なうように構成してもよい。またＣＣＤ８９の代わりに銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。
【０１６７】
さらに、ファインダー用光路８４には、反射型光学特性可変光学素子を備えた結像光学系をファインダー用対物光学系として配置してある。また、カバー部材として正のパワーを有するカバーレンズ９４を配置し、画角を拡大している。なお、このカバーレンズ９４と結像光学系の絞りＳより物体側のプリズムＶＰ１とでファインダー用対物光学系９３の前群ＧＦを、結像光学系の絞りＳより像側のプリズムＶＰでファインダー用対物光学系９３の後群ＧＲを構成している。絞りＳを挟んだ前群ＧＦと後群ＧＲのおのおのに、光学特性可変光学素子を配置することにより、ズーミングとフォーカシングを行なっている。ここでは、反射プリズムと一体形成した、反射型の光学特性可変光学素子を用いている。ここでは、液晶６６Ｈを用いているが、前述した通り光学特性を変化させることによりズーミングとフォーカシングの操作を行なっている。この制御は、処理手段により撮影用対物光学系のズーミング、フォーカシング作用に連動して行なわれる。このファインダー用対物光学系９３によって形成された物体像は、像正立部材であるポロフリズム９５の視野枠９７上に形成される。尚、視野枠９７は、ポロプリズム９５の第１反射面９６と第２反射面９８との間を分離し、その間に視野枠９７は配置されている。このポリプリズム９５の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球Ｅに導く接眼光学系９９が配置されている。
【０１６８】
このように構成されたカメラ８０は、ファインダー用対物光学系９３を少ない光学部材で構成でき、高性能及び小型化が実現できると共に、対物光学系９３の光路自体を折り曲げて構成できるため、カメラ内部での配置の自由度が増し、設計上有利となる。
【０１６９】
次に、図２８は、本発明の結像光学系を電子カメラ８０の撮影部の対物光学系８８に組み込んだ構成の概念図を示す。この例の場合、撮影用光路８２上に配置された撮影用対物光学系８８は、反射型の光学特性可変光学素子を用いた結像光学系である。この撮影用対物光学系により形成された物体像は、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等のフィルタ９１を介してＣＣＤ８９の撮像面９０上に形成される。このＣＣＤ８９で受光された物体像は、処理手段９２を介し、液晶表示素子（ＬＣＤ）１００上に電子像として表示される。また、この処理手段９２は、ＣＣＤ８９で撮影された物体像を電子情報として記録する記録手段１０１の制御も行なう。ＬＣＤ１００に表示された画像は、接眼光学系９９を介して観察者の眼Ｅに導かれる。この接眼光学系９９は、本発明の結像光学系に用いられているものと同様の形態を持つ光学特性可変光学素子を備えた偏芯プリズムからなり、前記光学素子の特性を変化させることにより観察者の視度に合わせてＬＣＤの虚像の奥行きを調整可能としている。この例では入射面１０２と、反射面１０３と、反射と屈折とを兼用する面１０４の３面から構成されている。また、２つの反射作用を持った面１０３、１０４のうち少なくとも一方の面、望ましくは両方の面が、光束にパワーを与え、かつ、偏芯収差を補正する唯一の対称面を持つ面対称自由曲面にて構成されている。そして、この唯一の対称面は、撮影用対物光学系８８の前後の群ＧＦ、ＧＲに配置された偏芯プリズム、ＶＰ１、ＶＰ２が有する面対称自由曲面の唯一の対称面と略同一平面上に形成されている。ここでも液晶６６Ｈを用いた反射型の光学特性可変光学素子が用いられている。
【０１７０】
このように構成されたカメラ８０は、撮影用対物光学系８８を少ない光学部材で構成でき、高性能で小型にできると共に、光学系全体を同一平面上に並べて配置できるため、この配置平面と垂直方向の厚みの薄型化が実現できる。
【０１７１】
次に、図２９は、本発明の光学特性可変光学素子を電子内視鏡の観察系の対物光学系１２０に組み込んだ構成の概念図を示す。この例の場合も、観察系の対物光学系１２５は、ズーミングフォーカシングを行なう反射型光学特性可変光学素子１２８を備えた結像光学系を用いている。これら反射型光学特性可変光学素子は液晶６６Ｈが用いられている。この電子内視鏡は、図２９（Ａ）に示すように、電子内視鏡１１１と、照明光を供給する光源装置１１２と、その電子内視鏡１１１に対応する信号処理を行なうビデオプロセッサ１１３と、このビデオプロセッサ１１３から出力される映像信号を表示するモニター１１４と、このビデオプロセッサ１１３と接続され映像信号等に記録するＶＴＲデッキ１１５、および、ビデオディスク１１６と、映像信号を映像としてプリントアウトするビデオプリンタ１１７と共に構成されており、電子内視鏡１１１の挿入部１１８の先端部１１９は、図２９（Ｂ）に示すように構成されている。光源装置１１２から照明された光束は、ライトガイドファイバー束１２６を通って照明用対物光学系１２７により、観察部位を照明する。そして、この観察部位からの光が、カバー部材１２４を介して、観察用対物光学系１２５によって物体像として形成される。この物体像は、ローパスフーフィルター、赤外カットフィルター等のフィルター１２１を介してＣＣＤ１２２の撮像面１２３上に形成される。さらに、この物体像は、ＣＣＤ１２２によって映像信号に変換され、その映像信号は、図２９（Ａ）に示すビデオプロセッサ１１３により、モニター１１４上に直接表示されると共に、ＶＴＲデッキ１１５、ビデオディスク１１６中に記録され、また、ビデオプリンタ１１７から映像としてプリントアウトされる。
【０１７２】
このように構成された内視鏡は、ズーミングや、フォーカシング機能を備えているにもかかわらず、少ない光学部材で構成でき、高性能・小型化が実現できる。
【０１７３】
また、以上のプリズムを複数用いた実施の形態の結像光学系の前群や後群に設けられた偏芯プリズムとしては、何れも光学面３面からなり、その中の１面が全反射作用と透過作用とを兼用する面で構成された内部反射回数２回のタイプのプリズムを用いたが、本発明に用いる偏芯プリズムはこれに限られるものではない。
【０１７４】
本発明に用いることができるいくつかの可変焦点プリズムＶＰの例を図３０〜図３２に示す。なお、いずれも像面１３６に結像するプリズムＶＰとして説明するが、光路を逆にして像面１３６側から被写体からの光線が入射し、瞳１３１側に結像するプリズムＶＰとしても使用することができる。又単体で結像光学系や、観察光学系として構成してもよい。又、どの面に光学特性可変光学素子を用いるかは、使用形態により決定してよい。
【０１７５】
図３０の場合は、プリズムＶＰは第１面１３２、第２面１３３、第３面１３４、第４面１３５からなり、入射瞳１３１を通って入射した光は、第１面１３２で屈折してプリズムＶＰに入射し、第２面１３３で内部反射し、第３面１３４に入射して内部反射し、第４面１３５に入射して屈折されて、像面１３６に結像する。光学特性可変光学素子を第３面１３４と第２面１３３に設けることにより、ズーミングとフォーカシングを可能としている。
【０１７６】
図３１の場合は、プリズムＶＰは第１面１３２、第２面１３３、第３面１３４、第４面１３５からなり、入射瞳１３１を通って入射した光は、第１面１３２で屈折してプリズムＶＰに入射し、第２面１３３で内部反射し、第３面１３４に入射して全反射し、第４面１３５に入射して内部反射し、再び第３面１３４に入射して今度は屈折されて、像面１３６に結像する。ここでは、第２面１３３と第４面１３５に光学特性可変光学素子を用いた。
【０１７７】
図３２の場合は、プリズムＶＰは第１面１３２、第２面１３３、第３面１３４、第４面１３５からなり、入射瞳１３１を通って入射した光は、第１面１３２で屈折してプリズムＶＰに入射し、第２面１３３で内部反射し、第３面１３４に入射して内部反射し、第２面１３３に再度入射して内部反射し、第４面１３５に入射して屈折されて、像面１３６に結像する。ここでは第２面１３３と第３面１３４に光学特性可変光学素子を用いた。
【０１７８】
又、本発明の光学特性可変光学素子は、画像表示装置に利用することができる。この画像表示装置を用いた第６の実施の形態として、図３３に頭部装着型の画像表示装置を観察者頭部に装着した状態を、図３４にその断面図を示す。この構成は、本発明の反射型光学特性可変光学素子を視度調節のために用いた偏芯プリズム光学系を図３４に示すように接眼光学系１４０として用いており、接眼光学系１４０と画像表示素子１４１からなる組みを左右一対用意し、それらを眼輻距離だけ離して支持することにより、両眼で観察できる据え付け型又は頭部装着型画像表示装置のようなポータブル型の画像表示装置１４２として構成されている。
【０１７９】
すなわち、表示装置本体１４２には、上記のような接眼光学系１４０が左右一対備えられ、それらに対応して像面に液晶表示素子からなる画像表示素子１４１が配置されている。そして、表示装置本体１４２には、図３３に示すように、左右に連続して図示のような側頭フレーム１４３が設けられ、表示装置本体１４２を観察者の眼前に保持できるようになっている。
【０１８０】
また、側頭フレーム１４３にはスピーカー１４４が付設されており、画像観察と共に立体音響を聞くことができるようになっている。このようにスピーカー１４４を有する表示装置本体１４２には、映像音声伝達コード１４５を介してポータブルビデオカセット等の再生装置１４６が接続されているので、観察者はこの再生装置１４６を図示のようにベルト箇所等の任意の位置に保持して、映像音響を楽しむことができるようになっている。図３３の符号１４７は再生装置１４６のスイッチ、ボリューム等の調節部である。なお、表示装置本体１４２の内部に映像処理、音声処理回路等の電子部品を内蔵させてある。
【０１８１】
なお、コード１４５は先端をジャックにして、既存のビデオデッキ等に取り付け可能としてもよい。さらに、ＴＶ電波受信用チューナーに接続してＴＶ鑑賞用としてもよいし、コンピュータに接続してコンピュータグラフィックスの映像や、コンピュータからのメッセージ映像等を受信するようにしてもよい。又、邪魔なコードを排斥するために、アンテナを接続して外部からの信号を電波によって受信するようにしてもよい。
【０１８２】
本発明において、特許請求の範囲に記載するもののほか下記の各項に記載するものもその目的に寄与する。
【０１８３】
（１）  電気光学効果又は磁気光学効果を持つ物質に電場又は磁場を加えることにより前記物質の屈折率を変化させて光学特性を変化させることを特徴とする光学特性可変光学素子。
【０１８４】
（２）  入射光軸にほぼ垂直な面内での液晶分子の方位が前記面内でほぼ均一な液晶に電場又は磁場または温度を加えることにより液晶の屈折率を変化させて光学特性を変化させるようにしたことを特徴とする光学特性可変光学素子。
【０１８５】
（３）  前記（１）の項に記載する光学特性可変光学素子を用いた可変焦点レンズ。
【０１８６】
（４）  電気光学効果を持つ物質の入射光軸にほぼ垂直な面内で方位が前記面内でほぼ均一である物質をもちい、前記物質の屈折率を変化させることにより光学特性を変化させることを特徴とする光学特性可変光学素子。
【０１８７】
（５）  前記（２）の項に記載する光学素子で、前記液晶の方位を規制する部材を備え、前記部材を描画露光とエッチングあるいはリソグラフィー技術を用いて加工したことを特徴とする光学特性可変光学素子。
【０１８８】
（６）  電気光学効果を持つ物質あるいは前記磁気光学効果を持つ物質の方位を規制するための部材を設け、前記部材が描画露光とエッチングあるいはリゾグラフィー技術を用いて加工したことを特徴とする光学特性可変光学素子。
【０１８９】
（７）  前記の（５）又は（６）の光学素子で、前記方位を規制する部材が下記条件（４）を満足することを特徴とする光学特性可変光学素子。
０．５ｎｍ＜Ｓ＜λ                    （４）
【０１９０】
（８）  液晶素子よりなり、液晶が負の屈折率異方性を持つことを特徴とする光学特性可変光学素子。
【０１９１】
（９）  液晶素子と、前記液晶素子の光軸とほぼ直交する方向に電場を加える部材とを備え、前記部材による電場が時間と共に方向を変化させるようにしたことを特徴とする光学特性可変光学素子。
【０１９２】
（１０）  液晶素子と、前記液晶素子の光軸とほぼ平行な方向に電場を加える部材と、前記液晶素子の光軸とほぼ直交する方向に電場を加える部材とを備えたことを特徴とする光学特性可変光学素子。
【０１９３】
（１１）  前記の（７）、（８）、（９）又は（１０）に記載する光学素子で、下記式（７）を満足することを特徴とする光学特性可変光学素子。
Ｔ≦τ                      （７）
【０１９４】
（１２）  前記（１１）の項に記載する光学素子で、条件（７）の代りに下記条件式（７−１）を満足することを特徴とする光学特性可変光学素子。
Ｔ≦１０τ                    （７−１）
【０１９５】
（１３）  前記の（１）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）又は（１２）の項に記載する光学素子で、前記光学素子が螺旋状の配向の液晶であることを特徴とする光学特性可変光学素子。
【０１９６】
（１４）  前記の（１３）の項に記載する光学素子で、下記式（６）、（５−６１）、（５−６２）、（５−２８）、（５−２９）、（５−３０）のいずれかを満足することを特徴とする光学特性可変光学素子。
Ｐ＜λ                        （６）
Ｐ＜２０π・λ≒６２．８λ    （５−６１）
Ｐ＜２０λ                    （５−６２）
｜Γ／２Φ｜＜１              （５−２８）
｜Γ／２Φ｜＜π／６          （５−２９）
｜Γ／２Φ｜＜π              （５−３０）
【０１９７】
（１５）  前記の（１）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）又は（１２）の項に記載する光学素子で、光学素子として高分子分散液晶素子を用いたことを特徴とする光学特性可変光学素子。
【０１９８】
（１６）  下記式（８）、（８−１）（９）、（９−１）のうちの少なくとも一つの式を満足することを特徴とする高分子分散液晶を用いた光学特性可変光学素子。
Ｄ＜λ／５                      （８）
Ｄ＜２λ                        （８−１）
０．５＜ｆｆ＜０．９９９        （９）
０．１＜ｆｆ＜０．５            （９−１）
【０１９９】
（１７）  前記（１５）の項に記載する光学素子で、下記式（８−１）、（９−１）のうちの少なくとも一つの式を満足することを特徴とする光学特性可変光学素子。
Ｄ＜２λ                        （８−１）
０．１＜ｆｆ＜０．５            （９−１）
【０２００】
（１８）  温度変化により液晶相と液体の相転移を起こし、屈折力を変える光学特性可変光学素子。
【０２０１】
（１９）  前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）又は（１７）の項に記載する光学素子で、強度可変の磁場を加えて液晶の配向方向を制御することを特徴とする光学特性可変光学素子。
【０２０２】
（２０）  前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）又は（１７）の項に記載する光学素子で、電場の強さあるいは周波数を変化させることによって液晶の配向方向を制御することを特徴とする光学特性可変光学素子。
【０２０３】
（２１）  前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）又は（１７）の項に記載する光学素子で、前記光学素子として電場の周波数によって誘電異方性が変化する液晶素子を用いたことを特徴とする光学特性可変光学素子。
【０２０４】
（２２）  前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）、（１７）、（１８）、（１９）、（２０）又は（２１）の項に記載する光学素子で、光学素子として電気光学効果を有する物質、磁気光学効果を有する物質、強誘電体等のうちの一つを用いることを特徴とする光学特性可変光学素子。
【０２０５】
（２３）  液晶に加わる電場の周波数を変化させることにより光学特性を変化させるようにしたことを特徴とする光学特性可変光学素子。
【０２０６】
（２４）  前記の（２３）の項に記載する光学素子で、光学素子として螺旋構造を持つ液晶を備え、下記式（６）、（５−２６）、（５−２８）、（５−２９）、（５−３０）、（５−６１）、（５−６２）、（５−６３）、（５−６４）、（５−６５）、（５−６６）、（５−６７）、（５−６８）のいずれかを満足することを特徴とする光学特性可変光学素子。
Ｐ＜λ                                （６）
｜Γ／２Φ｜＜０．１１                （５−２６）
｜Γ／２Φ｜＜１                      （５−２８）
｜Γ／２Φ｜＜π／６                  （５−２９）
｜Γ／２Φ｜＜π                      （５−３０）
Ｐ＜２０π・λ≒６２．８λ            （５−６１）
Ｐ＜２０λ                            （５−６２）
λ≦Ｐ＜２０λ                        （５−６３）
λ≦Ｐかつ  ｜Γ／２Φ｜＜π          （５−６４）
２λ≦Ｐ＜２０λ                      （５−６５）
２λ≦Ｐかつ  ｜Γ／２Φ｜＜π        （５−６６）
２／３λ≦Ｐ＜２０λ                  （５−６７）
２／３λ≦Ｐかつ  ｜Γ／２Φ｜＜π    （５−６８）
【０２０７】
（２５）  前記の（２３）又は（２４）の項に記載する光学素子で、光学素子として正の屈折率異方性を持つ液晶を用いたことを特徴とする光学特性可変光学素子。
【０２０８】
（２６）  特許請求の範囲の請求項１、２、３又は４あるいは、前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）、（１７）、（１８）、（１９）、（２０）、（２１）、（２２）、（２３）、（２４）又は（２５）の項に記載する光学特性可変光学素子を備えた撮像装置。
【０２０９】
（２７）  前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）、（１７）、（１８）、（１９）、（２０）、（２１）、（２２）、（２３）、（２４）又は（２５）の項に記載する光学特性可変光学素子を備えた可変焦点眼鏡。
【０２１０】
（２８）  前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）、（１７）、（１８）、（１９）、（２０）、（２１）、（２２）、（２３）、（２４）又は（２５）の項に記載する光学特性可変光学素子を備えた光学機器。
【０２１１】
（２９）  螺旋構造を持つ液晶の配向を変化させることにより光学特性が変化する光学特性可変光学素子。
【０２１２】
（３０）  前記の（２９）の項に記載する光学素子で、下記式（６）、（５−２６）、（５−２８）、（５−２９）、（５−３０）、（５−６１）、（５−６２）、（５−６３）、（５−６４）、（５−６５）、（５−６６）、（５−６７）、（５−６８）のいずれかを満足することを特徴とする光学特性可変光学素子。
Ｐ＜λ                                （６）
｜Γ／２Φ｜＜０．１１                （５−２６）
｜Γ／２Φ｜＜１                      （５−２８）
｜Γ／２Φ｜＜π／６                  （５−２９）
｜Γ／２Φ｜＜π                      （５−３０）
Ｐ＜２０π・λ≒６２．８λ            （５−６１）
Ｐ＜２０λ                            （５−６２）
λ≦Ｐ＜２０λ                        （５−６３）
λ≦Ｐかつ  ｜Γ／２Φ｜＜π          （５−６４）
２λ≦Ｐ＜２０λ                      （５−６５）
２λ≦Ｐかつ  ｜Γ／２Φ｜＜π        （５−６６）
２／３λ≦Ｐ＜２０λ                  （５−６７）
２／３λ≦Ｐかつ  ｜Γ／２Φ｜＜π    （５−６８）
【０２１３】
（３１）  前記（３０）項に記載する光学特性可変光学素子を備えた撮像装置。
【０２１４】
（３２）  前記（３０）項に記載する光学特性可変光学素子を備えた観察装置。
【０２１５】
（３３）  前記（３０）項に記載する光学特性可変光学素子を備えた表示装置。
【０２１６】
（３４）  前記（３０）項に記載する光学特性可変光学素子を備えた眼鏡。
【０２１７】
（３５）  前記の（３１）の項に記載する撮像装置で、絞りと、絞りの近傍に配置された凹の作用を有する前記光学特性可変光学素子を含む前群と、前群より後方に配置されている少なくとも凹面と凸面とを有する後群とよりなる光学系を備えていることを特徴とする撮像装置。
【０２１８】
（３６）  前記の（３１）の項に記載する撮像装置で、絞りと、絞りの近傍に配置されている前記光学特性可変光学素子を含む前群と、前群より後方に配置されている少なくとも凹面と凸面とを有する後群とよりなる光学系を備えていることを特徴とする撮像装置。
【０２１９】
（３７）  前記の（３５）又は（３６）の項に記載する撮像装置で、少なくとも一つの非球面を有することを特徴とする撮像装置。
【０２２０】
（３８）  前記の（３５）、（３６）又は（３７）の項に記載する撮像装置で、撮像面が前記光学系の像面に位置する撮像素子を有し、前記撮像素子に入射する主光線の角度が撮像素子の撮像面に対し９０°±２０°の範囲であることを特徴とする撮像装置。
【０２２１】
【発明の効果】
本発明によれば、光学特性可変光学素子を備えたことにより複雑な機構等を用いずに焦点距離等の光学特性が可変であり、又前記光学特性可変光学素子の他に屈折面を設けることにより、少ない光学素子で機械的構造の簡単な撮像装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態の構成を示す図
【図２】  屈折率の異方性が負の液晶の屈折率楕円体
【図３】  本発明の第１の実施の形態で電場を加えた状態を示す図
【図４】  液晶分子の配向状態を示す図
【図５】  液晶分子の配向状態を示す図
【図６】  配向膜に形成されているパターン
【図７】  配向膜に形成されている他のパターン
【図８】  本発明の第２の実施の形態の構成を示す図
【図９】  本発明の第２の実施の形態の構成を示す図
【図１０】  図８、９の実施の形態でｚ軸方向より見た図
【図１１】  本発明の第２の実施の形態の変形例
【図１２】  本発明の第２の実施の形態の光学素子を用いた撮像装置を示す図
【図１３】  図１２の撮像装置でＺ方向より見た図
【図１４】  本発明の光学特性可変光学素子を用いた可変焦点光学系の構成を示す図
【図１５】  本発明の光学素子を用いたズームレンズを備えた撮像装置を示す図
【図１６】  液晶の代りにポリマーを用いた液晶素子を示す図
【図１７】  液晶の代りにポリマーを用いた液晶素子を示す図
【図１８】  本発明の第３の実施の形態の構成を示す図
【図１９】  本発明の第３の実施の形態の構成を示す図
【図２０】  本発明の光学素子で磁場により配向を変化させる例を示す図
【図２１】  本発明の第４の実施の形態で可変焦点ミラーの構成を示す図
【図２２】  本発明の第４の実施の形態の他の例を示す図
【図２３】  本発明の第４の実施の形態の他の例を示す図
【図２４】  本発明の光学素子を用いた可変焦点眼鏡である第５の実施の形態を示す図
【図２５】  第６の実施の形態で本発明を適用した電子カメラの前方斜視図
【図２６】  第６の実施の形態の後方斜視図
【図２７】  第６の実施の形態の断面図
【図２８】  第６の実施の形態の変形例
【図２９】  第７の実施の形態で本発明を電子内視鏡に適用した例
【図３０】  本発明に適用可能な偏芯プリズムの例
【図３１】  本発明に適用可能な偏芯プリズムの他の例
【図３２】  本発明に適用可能な偏芯プリズムの他の例
【図３３】  本発明の光学特性可変光学素子を適用した画像表示装置
【図３４】  図３３の画像表示装置の断面図
【図３５】  本発明の撮像装置により得られた画像を補正する電子回路を示す図
【図３６】  従来の液晶レンズを用いた光学系の構成を示す図
【図３７】  他の従来の液晶レンズを用いた光学系の構成を示す図
【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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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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