(57)【要約】      （修正有）【課題】解像度の低下を招くことなく均一な屈折率変化を得ることができ、光学ユニットの小型化を図ることが可能な、電気レンズ、光学ユニット及び撮像装置を提供する。【解決手段】電気レンズ１０は、互いに隣り合う第１のレンズ１０１及び第２のレンズ１０３と、互いに同一の曲面を有する前記第１のレンズのレンズ面１０１A及び前記第２のレンズのレンズ面１０３Aによって挟持されており、外部から印加される電気信号に応じて屈折率が変化する屈折率可変体１０５と、を備え、少なくとも、撮像に寄与する光線が透過する部分の前記屈折率可変体１０５の厚みが均一である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに隣り合う第１のレンズ及び第２のレンズと、
互いに同一の曲面を有する前記第１のレンズのレンズ面及び前記第２のレンズのレンズ面によって挟持されており、外部から印加される電気信号に応じて屈折率が変化する屈折率可変体と、
を備え、
少なくとも、撮像に寄与する光線が透過する部分の前記屈折率可変体の厚みが均一である、電気レンズ。
【請求項２】
前記屈折率可変体は、液晶、又は、液体レンズである、請求項１に記載の電気レンズ。
【請求項３】
前記屈折率可変体に最大の電気信号を印加した場合と、電気信号を印加しなかった場合と、の間の焦点距離の変化の比率が、２倍〜３倍である、請求項１に記載の電気レンズ。
【請求項４】
１又は複数のレンズから構成されるレンズ群を備え、
前記レンズ群を構成するレンズのうち少なくとも１つのレンズは、
互いに隣り合う第１のレンズ及び第２のレンズと、
互いに同一の曲面を有する前記第１のレンズのレンズ面及び前記第２のレンズのレンズ面によって挟持されており、外部から印加される電気信号に応じて屈折率が変化する屈折率可変体と、
を有しており、かつ、少なくとも、撮像に寄与する光線が透過する部分の前記屈折率可変体の厚みが均一な電気レンズである、光学ユニット。
【請求項５】
前記電気レンズは、前記レンズ群の内部での設置位置が可変となるように設けられる、請求項４に記載の光学ユニット。
【請求項６】
前記光学ユニットは、光学倍率を調整するズーム光学系レンズ群を有しており、
前記電気レンズは、前記ズーム光学系レンズ群を構成するレンズとして設けられる、請求項５に記載の光学ユニット。
【請求項７】
前記光学ユニットは、焦点位置を調整するフォーカス光学系レンズ群を有しており、
前記電気レンズは、前記フォーカス光学系レンズ群を構成するレンズとして設けられる、請求項５に記載の光学ユニット。
【請求項８】
前記光学ユニットは、光学倍率を調整するズーム光学系レンズ群と、焦点位置を調整するフォーカス光学系レンズ群と、を有しており、
前記電気レンズは、前記ズーム光学系レンズ群を構成するレンズ、及び、前記フォーカス光学系レンズ群を構成するレンズとして設けられる、請求項５に記載の光学ユニット。
【請求項９】
１又は複数のレンズから構成されるレンズ群を有し、当該レンズ群の一方の側に位置する物体の像を他方の側へと伝送する光学ユニットと、
前記光学ユニットによって伝送された前記物体の像が結像する撮像素子と、
を備え、
前記レンズ群を構成するレンズのうち少なくとも１つのレンズは、
互いに隣り合う第１のレンズ及び第２のレンズと、
互いに同一の曲面を有する前記第１のレンズのレンズ面及び前記第２のレンズのレンズ面によって挟持されており、外部から印加される電気信号に応じて屈折率が変化する屈折率可変体と、
を有しており、かつ、少なくとも、撮像に寄与する光線が透過する部分の前記屈折率可変体の厚みが均一な電気レンズである、撮像装置。
【請求項１０】
前記撮像装置は、内視鏡装置又は手術用顕微鏡装置である、請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記撮像装置は、デジタルビデオカメラ又はデジタルスチルカメラである、請求項９に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電気レンズ、光学ユニット及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の像を光学系により撮像素子へと結像させて、物体の撮像画像を生成する撮像装置は、様々な分野で広く用いられている。このような撮像装置の光学系は、物体の像を適切に撮像素子へと結像させるための結像光学系（以下、フォーカス光学系ともいう。）や、物体の像を拡大させるための変倍光学系（以下、ズーム光学系ともいう。）から構成されている。これらフォーカス光学系やズーム光学系では、レンズの配設位置が可変の可動レンズを利用し、可動レンズの位置を変化させることで、物体の像を結像させたり、物体の像を拡大させたりしている。このようなフォーカス光学系やズーム光学系では、結像範囲やズーム倍率は可動レンズの可動距離の大きさに依存しており、結像範囲の広域化や高倍率ズームを実現しようとする場合には、可動レンズの可動距離の大きさを大きく設定することになる。
【０００３】
上記のような撮像装置の例として、例えば以下の特許文献１に開示されているような内視鏡装置がある。内視鏡装置のような、元来、光学系が設けられる撮像部分の大きさに制約のある装置に対して、特許文献１に記載されているようなズーム機能を実現しようとする場合、可動レンズの可動許容幅を如何に小さくできるかが、小型化を図る際には重要となる。しかしながら、可動レンズの可動許容幅が小さいと高倍率のズームが実現できないため、小型化に向けては様々な工夫が求められることとなる。
【０００４】
光学系の小型化を実現するにあたっては、平板状の２枚のレンズ基板の間に液晶を配置した、いわゆる液晶レンズを用いることが考えられる。液晶に対して電気信号を印加して液晶の屈折率を変化させることで、レンズ自体を可動させることなく、レンズの焦点距離を変化させることが可能となるからである。しかしながら、屈折率は、液晶の厚みが厚くなるほど大きな値となる一方で、液晶の厚みが厚くなるほど、伝送される像の解像度は低下してしまうという問題がある。また、かかる液晶レンズを特許文献１に開示されているような、大きさに制約のある撮像装置に対して適用しようとした場合、撮像装置の光学系に対して液晶レンズを更に追加することとなるため、部品点数が増加してしまって小型化を図ることはできない。
【０００５】
一方で、以下の特許文献２には、光ディスク用のピックアップ装置に設けられる光学系に対して、２つの球面凹レンズの間に凸レンズ形状の液晶を配設した液晶レンズを用いることで、光の拡散・収束度合いを調整する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−６１６１８号公報
【特許文献２】特開２００５−１２９１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献２に開示されているような、球面凹レンズの間に凸レンズ形状の液晶を配設した液晶レンズは、液晶を挟み込む球面凹レンズのレンズ面が凹形状の曲面を有することにより、このレンズ面で屈折率を大きく得られ、光学系の小型化を図れる反面、液晶が凸レンズ形状を有している関係上、光軸に対して平行な方向での液晶の厚みが一定ではなく、液晶レンズ全体として均一な屈折率を得ることが困難である。
【０００８】
そのため、解像度が低下することなく均一な屈折率変化を実現させ、光学系の小型化を実現させることが可能な技術が希求されていた。
【０００９】
そこで、本開示では、上記事情に鑑みて、解像度の低下を招くことなく均一な屈折率変化を得ることができ、光学ユニットの小型化を図ることが可能な、電気レンズ、光学ユニット及び撮像装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示によれば、互いに隣り合う第１のレンズ及び第２のレンズと、互いに同一の曲面を有する前記第１のレンズのレンズ面及び前記第２のレンズのレンズ面によって挟持されており、外部から印加される電気信号に応じて屈折率が変化する屈折率可変体と、を備え、少なくとも、撮像に寄与する光線が透過する部分の前記屈折率可変体の厚みが均一である、電気レンズが提供される。
【００１１】
また、本開示によれば、１又は複数のレンズから構成されるレンズ群を備え、前記レンズ群を構成するレンズのうち少なくとも１つのレンズは、互いに隣り合う第１のレンズ及び第２のレンズと、互いに同一の曲面を有する前記第１のレンズのレンズ面及び前記第２のレンズのレンズ面によって挟持されており、外部から印加される電気信号に応じて屈折率が変化する屈折率可変体と、を有しており、かつ、少なくとも、撮像に寄与する光線が透過する部分の前記屈折率可変体の厚みが均一な電気レンズである、光学ユニットが提供される。
【００１２】
また、本開示によれば、１又は複数のレンズから構成されるレンズ群を有し、当該レンズ群の一方の側に位置する物体の像を他方の側へと伝送する光学ユニットと、前記光学ユニットによって伝送された前記物体の像が結像する撮像素子と、を備え、前記レンズ群を構成するレンズのうち少なくとも１つのレンズは、互いに隣り合う第１のレンズ及び第２のレンズと、互いに同一の曲面を有する前記第１のレンズのレンズ面及び前記第２のレンズのレンズ面によって挟持されており、外部から印加される電気信号に応じて屈折率が変化する屈折率可変体と、を有しており、かつ、少なくとも、撮像に寄与する光線が透過する部分の前記屈折率可変体の厚みが均一な電気レンズである、撮像装置が提供される。
【００１３】
本開示によれば、互いに同一の曲面を有する第１のレンズのレンズ面及び第２のレンズのレンズ面によって、厚みが均一な屈折率可変体が挟持される。これにより、屈折率可変体に対して電気信号を印加した際に、少なくとも撮像に寄与する光線が透過する部分については屈折率可変体の屈折率変化が均一となり、かつ、解像度の低下を招くこともない。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本開示によれば、解像度の低下を招くことなく均一な屈折率変化を得ることができ、光学ユニットの小型化を図ることが可能となる。
【００１５】
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、又は、本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本開示の第１の実施形態に係る電気レンズの構造を模式的に示した説明図である。
【図２】同実施形態に係る電気レンズが設けられる光学ユニットの構成の一例を模式的に示したブロック図である。
【図３Ａ】同実施形態に係る電気レンズが設けられる光学ユニットの構成の一例を模式的に示したブロック図である。
【図３Ｂ】同実施形態に係る電気レンズが設けられる光学ユニットの構成の一例を模式的に示したブロック図である。
【図４】同実施形態に係る電気レンズが設けられた光学ユニットについて説明するための説明図である。
【図５】同実施形態に係る電気レンズが設けられた光学ユニットの具体例を示した説明図である。
【図６】同実施形態に係る電気レンズが設けられた光学ユニットの具体例を示した説明図である。
【図７】同実施形態に係る電気レンズを有する光学ユニットが設けられる撮像装置の一例を模式的に示したブロック図である。
【図８】同実施形態に係る電気レンズを有する光学ユニットが設けられる撮像装置の一例を模式的に示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１８】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．第１の実施形態
１．１  電気レンズについて
１．２  光学ユニットについて
１．３  撮像装置について
【００１９】
（第１の実施形態）
＜電気レンズについて＞
まず、図１を参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る電気レンズについて、詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る電気レンズの構造を模式的に示した説明図である。
【００２０】
図１に模式的に示したように、本実施形態に係る電気レンズ１０は、互いに隣り合う第１のレンズ１０１及び第２のレンズ１０３と、第１のレンズ１０１のうち、撮像に寄与する光線が通過するレンズ面であるレンズ面１０１Ａ及び第２のレンズ１０３のうち、撮像に寄与する光線が通過するレンズ面であるレンズ面１０３Ａによって挟持されている屈折率可変体１０５と、から構成されている。また、本実施形態に係る電気レンズ１０は、屈折率可変体１０５を封止するための封止部材１０７を有することが好ましい。
【００２１】
本実施形態に係る電気レンズ１０において、第１のレンズ１０１のうち、撮像に寄与する光線が通過するレンズ面であるレンズ面１０１Ａと、第２のレンズ１０３のうち、撮像に寄与する光線が通過するレンズ面であるレンズ面１０３Ａとは、互いに同一の曲面を有するように形成されている。換言すれば、レンズ面１０１Ａ及びレンズ面１０３Ａの何れか一方は凸面となっており、残りの一方は凹面となっていて、各面は同一の曲率となっている。少なくともレンズ面１０１Ａとレンズ面１０３Ａとが互いに同一の曲面を有することで、これらレンズ面１０１Ａ，１０３Ａによって挟持されている屈折率可変体１０５の厚み（光軸方向の厚み）を、均一にすることが可能となる。
【００２２】
第１のレンズ１０１におけるレンズ面１０１Ａの形状や、第２のレンズ１０３におけるレンズ面１０３Ａの形状は、互いに同一の曲面となってさえいれば特に限定されるものではなく、球面であってもよいし、非球面であってもよい。
【００２３】
なお、撮像に寄与する光線が通過しない部分のレンズ面の曲率については、特に限定されるものではなく、撮像に寄与する光線が通過しない部分に対応する屈折率可変体１０５の厚みは、均一となっていなくともよい。
【００２４】
また、第１のレンズ１０１において、レンズ面１０１Ａとは逆側に位置するレンズ面であるレンズ面１０１Ｂの形状や、第２のレンズ１０３において、レンズ面１０３Ａとは逆側に位置するレンズ面であるレンズ面１０３Ｂの形状については、特に限定されるものではなく、求められるレンズ特性に応じて、所望の形状を形成すればよい。レンズ面１０１Ｂ及びレンズ面１０３Ｂの形状は、それぞれ独立に、平面であってもよいし、球面であってもよいし、非球面であってもよい。
【００２５】
また、第１のレンズ１０１及び第２のレンズ１０３の材質についても、特に限定されるものではなく、各種の光学ガラス、光学結晶、プラスチックなど、公知のレンズ材料を利用すればよい。
【００２６】
互いに同一の曲面を有するレンズ面１０１Ａ，１０３Ａによって挟持されている屈折率可変体１０５は、外部から印加される電気信号に応じて、屈折率が変化する。かかる電気信号は、本実施形態に係る電気レンズ１０の外部に設けられた制御部１５から、各種の配線やフレキシブルプリント回路基板等を介して、屈折率可変体１０５へと印加される。
【００２７】
本実施形態に係る電気レンズ１０では、上記のように、屈折率可変体１０５を挟持するレンズ面１０１Ａ，１０３Ａが、互いに同一の曲面を有している。そのため、屈折率可変体１０５の光軸方向の厚みは、光軸からの位置に依らず均一となっている。屈折率可変体１０５の光軸方向の厚みが均一であるため、外部から電気信号が印加されると、屈折率可変体１０５全体の屈折率は、光軸からの位置に依らず一定となる。屈折率可変体１０５の屈折率が一様に変化することで、電気レンズ１０全体としての焦点距離を、電気レンズ１０自体の光軸上の位置を変更することなく、電気的に変化させることが可能となる。
【００２８】
ここで、屈折率可変体１０５の光軸方向の厚みは、厚ければ厚いほど、高い屈折率の値を実現することが可能となるが、屈折率の値が高くなりすぎると、伝送された像の解像度が低下してしまう。そこで、本実施形態に係る屈折率可変体１０５では、具体的な値を特には限定しないものの、光軸方向の厚みは、薄い方が好ましい。具体的には、本実施形態に係る屈折率可変体１０５では、最大の電気信号を印加した場合と、電気信号を印加しなかった場合と、の間の焦点距離の変化の比率が、２倍〜３倍程度となるように、屈折率可変体１０５の光軸方向の厚みや、印加する電気信号の大きさを適宜調整することが好ましい。これにより、解像度の低下を招くことなく、電気レンズ１０の焦点距離を変化させることが可能となる。
【００２９】
屈折率可変体１０５は、透光性を有し、印加される電気信号に応じて屈折率が変化する物質であれば、任意のものを素材として用いることが可能である。具体的には、本実施形態に係る屈折率可変体１０５は、例えば、各種の液晶や液体レンズを用いて形成することが可能である。また、封止部材１０７の素材についても、特に限定されるものではなく、任意のものを利用することが可能である。
【００３０】
以上説明したような本実施形態に係る電気レンズ１０は、屈折率可変体１０５が均一な厚みを有しているために、解像度の低下を招くことなく均一な屈折率変化を得ることができる。そのため、かかる電気レンズ１０を用いて光学ユニットを構成することで、光学ユニットの小型化を図ることが可能となる。
【００３１】
なお、このような電気レンズ１０の製造方法については、特に限定するものではなく、公知の製造方法を適用すればよい。すなわち、公知の方法に基づき第１のレンズ１０１及び第２のレンズ１０３を製造し、第１のレンズ１０１のレンズ面１０１Ａと、第２のレンズ１０３のレンズ面１０３Ａと、の間に、上記のような屈折率可変体１０５を配置して、公知の方法によりこれら３つの部材を固定すればよい。また、必要に応じて、屈折率可変体１０５の端部を覆うように封止部材１０７を設けて、屈折率可変体１０５を封止すればよい。
【００３２】
以上、図１を参照しながら、本実施形態に係る電気レンズ１０について、詳細に説明した。
【００３３】
＜光学ユニットについて＞
次に、図２〜図６を参照しながら、本実施形態に係る電気レンズが設けられた光学ユニットについて、詳細に説明する。図２〜図３Ｂは、本実施形態に係る電気レンズが設けられる光学ユニットの構成の一例を模式的に示したブロック図である。図４は、本実施形態に係る電気レンズが設けられた光学ユニットについて説明するための説明図である。図５及び図６は、本実施形態に係る電気レンズが設けられた光学ユニットの具体例を示した説明図である。
【００３４】
以上説明したような本実施形態に係る電気レンズ１０は、固定レンズと可動レンズとを組み合わせて構成されている各種の光学ユニットに対して、適用することができる。本実施形態に係る電気レンズ１０は、屈折率可変体１０５が適切に動作することで、電気レンズ１０自体を光軸上で移動させることなく、焦点距離をある程度変化させることが可能となる。そのため、本実施形態に係る電気レンズ１０を、固定レンズと可動レンズとを組み合わせて構成されている各種の光学ユニットに対して適用することで、可動レンズの可動範囲として確保されている空間を削減することができ、光学ユニットの小型化を図ることが可能となる。
【００３５】
固定レンズと可動レンズとを組み合わせ構成されている光学ユニットとして、例えば図２に模式的に示したような、ズーム機能を有していない単焦点の光学ユニット２０を挙げることができる。この光学ユニット２０は、物面に位置する物体の像を像面に適切に結像させるためのフォーカス光学系レンズ群２０１を有している。
【００３６】
また、固定レンズと可動レンズとを組み合わせ構成されている光学ユニットとして、図３Ａ及び図３Ｂに示したような、ズーム機能を実現するための光学ユニット２０を挙げることができる。図３Ａ及び図３Ｂに示したような、ズーム機能を実現するための光学ユニット２０は、物体の像を像面に適切に結像させるためのフォーカス光学系レンズ群２０１と、物面に位置する物体の像の大きさを拡大させるためのズーム光学系レンズ群２０３と、を有している。このような、ズーム機能を実現するための光学ユニット２０は、図３Ａに示したように、ズーム光学系レンズ群２０３がフォーカス光学系レンズ群２０１の物面側に位置しているような光学ユニットと、図３Ｂに示したように、ズーム光学系レンズ群２０３がフォーカス光学系レンズ群２０１の像面側に位置しているような光学ユニットと、がある。
【００３７】
図２〜図３Ｂに示したような光学ユニット２０では、図４の上段に模式的に示したように、光学系の内部でのある空間（図４では、固定レンズＡと固定レンズＢとの間の長さＬの空間）に可動レンズを配設している。この可動レンズが長さＬの空間内の光軸上を可動することで、フォーカス位置を調整したり、像の拡大倍率を調整したりしている。
【００３８】
本実施形態に係る電気レンズ１０は、屈折率可変体１０５の屈折率が変化することで、可動レンズが可動するのと同様の効果を実現している。しかしながら、屈折率可変体１０５の屈折率変化量だけでは、所望の状態（例えば、所望のズーム倍率等）を実現できない場合には、図４下段に示したように、本実施形態に係る電気レンズ１０を可動レンズとして、光学ユニット２０の内部の光軸上に設置すればよい。これにより、可動レンズの可動範囲として設けられている領域の長さＬ’を、従来の可動レンズを用いる場合に設定される長さＬよりも短くすることができる。その結果、本実施形態に係る電気レンズ１０を用いることで、光学ユニット２０の小型化を図ることができる。具体的には、電気レンズ１０により実現される焦点距離の可変倍数がＮ倍である場合、可動範囲の長さＬ’は、Ｌの（１／Ｎ）倍となる。
【００３９】
ここで、図２に示したようなフォーカス光学系レンズ群２０１に対して、本実施形態に係る電気レンズ１０を設ける場合を考える。フォーカス光学系レンズ群２０１に元来設置される可動レンズの可動範囲Ｌは、像の合焦状態を調整するために利用されるという点から、比較的小さな値に設定されることが多い。従って、フォーカス光学系レンズ群２０１に求められる可動レンズの可動量を、屈折率可変体１０５の屈折率変化量だけで代替できる場合には、電気レンズ１０を固定レンズとしてフォーカス光学系レンズ群２０１に設置して、フォーカス光学系レンズ群２０１を固定レンズのみで実現することも可能となる。その結果、フォーカス光学系レンズ群２０１にアクチュエータを設けなくとも良くなり、フォーカス光学系レンズ群２０１に生じうる振動を減らし、像ブレの発生を抑制することが可能となる。
【００４０】
次に、図３Ａ及び図３Ｂに示したようなズーム光学系レンズ群２０３に対して、本実施形態に係る電気レンズ１０を設ける場合を考える。ズーム光学系レンズ群２０３では、所望のズーム倍率を実現するために、図４上段に示した可動範囲Ｌが大きな値に設定されることが多い。そのため、このようなズーム光学系レンズ群２０３に電気レンズ１０を設ける場合には、電気レンズ１０を可動レンズとしてズーム光学系レンズ群２０３の内部に設置することが好ましい。これにより、電気レンズ１０で実現される屈折率変化量と、電気レンズ１０自体が可動レンズとして光軸上を物理的に移動する効果と、により、可動範囲Ｌ’を小さくしつつ、解像度を維持したまま高いズーム倍率を実現することが可能となる。
【００４１】
なお、図３Ａ及び図３Ｂに示したような光学ユニット２０において、ズーム光学系レンズ群２０３に電気レンズ１０を設置する方が光学ユニット２０全体の小型化に与える影響は大きいが、ズーム光学系レンズ群２０３だけでなく、フォーカス光学系レンズ群２０１に対しても電気レンズ１０を設置しても良いことは言うまでもない。
【００４２】
続いて、図５及び図６に示した具体例を参照しながら、本実施形態に係る光学ユニット２０を具体的に説明する。
図５に示した光学ユニット２０は、ズームレンズを実現するための光学ユニットの一具体例であり、像面の上流側に設けられたフォーカス光学系レンズ群と、このフォーカス光学系レンズ群の更に上流側に設けられたズーム光学系レンズ群と、から構成されている。
【００４３】
ここで、ズーム光学系レンズ群は、２つの固定レンズと、これら固定レンズの間に、光軸上を可動できるように配設された電気レンズ１０と、から構成されている。図５の左方からズーム光学系レンズ群に入射した物体の像は、電気レンズ１０の屈折率可変体１０５の屈折率変化や電気レンズ１０自体の光軸上の移動によって拡大されて、電気レンズ１０の図中右側に位置する固定レンズの前で一度焦点を結ぶ。その後、拡大後の物体の像は、フォーカス光学系レンズ群へと伝送される。
【００４４】
図５に示したフォーカス光学系レンズ群は、固定レンズ及び可動レンズや、手ぶれ補正用のレンズ群などから構成されている。フォーカス光学系レンズ群に入射した拡大後の物体の像は、可動レンズによって像面への結像状態が調整され、手ぶれ補正用レンズ群により手ぶれによる像ブレ等が補正されて、像面へと結像する。
【００４５】
図５に示したようなズームレンズ用の光学ユニット２０において、本実施形態に係る電気レンズ１０をズーム光学系レンズ群に設置することで、図４に示したような可動レンズの可動範囲の大きさを削減することが可能となる。その結果、本実施形態に係る電気レンズ１０を用いない場合にはズーム光学系レンズ群が大型化してしまうようなズーム倍率を、ズーム光学系レンズ群の小型化を図りつつ実現することが可能となる。
【００４６】
図６は、図５に示したズームレンズを実現するための光学ユニット２０について、ズーム光学系レンズ群だけでなく、フォーカス光学系レンズ群に対しても、本実施形態に係る電気レンズ１０を配設した具体例を示したものである。図６に示した例では、フォーカス光学系レンズ群における電気レンズ１０の可動範囲を、上記と同様に削減することが可能となる。その結果、図５に示した例から更に、光学ユニット２０の小型化を図ることが可能となる。
【００４７】
なお、図５や図６では、それぞれの光学系レンズ群において、本実施形態に係る電気レンズ１０を１つだけ配設した場合を図示しているが、これらの光学系レンズ群に対する電気レンズ１０の配設個数は、１つに限定されるものではない。図５や図６からも明らかなように、光学ユニット２０を構成するレンズ群には、例えば図５や図６の最も左側に位置する固定レンズや、手ぶれ補正用レンズ群を構成するレンズのように、本実施形態に係る電気レンズ１０に置換可能な、互いに同一の曲面を有しつつ、互いに隣り合っている２つのレンズは多く存在している。これらの電気レンズ１０に置換可能なレンズを、本実施形態に係る電気レンズ１０に適宜置換して、各光学系レンズ群に複数の電気レンズ１０が存在していてもよいことは、言うまでもない。
【００４８】
以上、図２〜図６を参照しながら、本実施形態に係る電気レンズ１０が設けられた光学ユニットについて、詳細に説明した。
【００４９】
＜撮像装置について＞
次に、図７及び図８を参照しながら、本実施形態に係る電気レンズを有する光学ユニットが設けられる撮像装置について、簡単に説明する。図７及び図８は、本実施形態に係る電気レンズを有する光学ユニットが設けられる撮像装置の一例を模式的に示したブロック図である。
【００５０】
先だって説明したような、本実施形態に係る電気レンズ１０は、固定レンズと可動レンズとを組み合わせて構成されている各種の光学ユニットを利用した様々な撮像装置に対して、適用することができる。このような撮像装置として、例えば、内視鏡装置又は手術用顕微鏡装置などといった、医療用の撮像装置や、デジタルビデオカメラ又はデジタルスチルカメラなどといった、一般的に用いられる撮像装置がある。
【００５１】
以上説明したように、電気レンズ１０を用いることで光学ユニット２０の更なる小型化を図ることが可能であるため、例えば小型のデジタルビデオカメラや、コンパクトデジタルスチルカメラなどに電気レンズ１０を適用することで、これらの撮像装置の更なる小型化を図ることが可能となる。
【００５２】
以下では、上記のような撮像装置として、内視鏡装置や手術用顕微鏡装置を例に挙げて、本実施形態に係る撮像装置について簡単に説明する。
【００５３】
［内視鏡装置について］
図７は、本実施形態に係る電気レンズ１０や光学ユニット２０を適用可能な撮像装置３０のうち、内視鏡装置の構成を模式的に示したブロック図である。
【００５４】
内視鏡装置は、フレキシブルな形状を取ることが可能なファイバースコープを利用し、かかるファイバースコープの先端に各種の光学系と撮像素子とを配設した軟性内視鏡装置と、各種の光学系が配設されたリジッドな硬性管と、硬性管が接続されており、撮像素子などが配設されたカメラユニットと、から構成される硬性内視鏡装置と、に大別することができる。本実施形態に係る電気レンズ１０や光学ユニット２０は、このような軟性内視鏡装置及び硬性内視鏡装置のいずれに対しても適宜適用することが可能である。
【００５５】
このような内視鏡装置に代表される撮像装置３０は、図６に示したように、被撮像物（主に、体内に位置する様々な臓器であることが多い。）を撮像するための撮像部３０１と、光源装置３０３と、制御装置３０５と、表示装置３０７と、を主に備えている。
【００５６】
撮像部３０１は、被撮像物の拡大画像を撮像する部分であり、光源装置３０３から出射された照明光を伝送するバンドルファイバ３１１と、照明光を被撮像物へと照射するための照明光学系３１３と、対物光学系３２１と、ズーム光学系３２３と、フォーカス光学系３２５と、撮像素子３２７と、を有する。この撮像部３０１は、後述する制御装置３０５によってその動作が制御されている。
【００５７】
照明光学系３１３から照射された照明光の被撮像物からの反射光は、対物光学系３２１を通過して撮像部３０１へと入射し、ズーム光学系３２３及びフォーカス光学系３２５を通過して、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）センサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ等の公知の各種の撮像素子３２７へと結像する。撮像素子３２７によって電気信号に変換された被撮像物の撮像画像は、後述する制御装置３０５へと出力される。
【００５８】
光源装置３０３は、被撮像物の像を撮像するために用いられる照明光を発生させる光源であり、その動作が後述する制御装置３０５によって制御されている。光源装置３０３にから出射された照明光は、複数の光ファイバが束ねられたバンドルファイバ３１１を介して、撮像部３０１へと伝送される。
【００５９】
制御装置３０５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、入力装置、出力装置、ストレージ装置等により実現されるコンピュータなどで構成されており、撮像装置３０全体の動作を統括的に制御する装置である。制御装置３０５は、上記の撮像部３０１及び光源装置３０３や、後述する表示装置３０７の全般的な動作を制御しつつ、撮像部３０１から出力された撮像画像に対して必要に応じて各種の画像処理を施した後、得られた撮像画像を後述する表示装置３０７に出力する。
【００６０】
表示装置３０７は、各種のディスプレイなどにより実現される出力装置の一例であり、制御装置３０５による制御のもとで、撮像部３０１により撮像された被撮像物の画像を、表示画面に表示する。これにより、本実施形態に係る撮像装置３０（すなわち、各種の内視鏡装置）の利用者は、被撮像物の映像をその場で確認することが可能である。
【００６１】
このような構成を有する内視鏡装置に代表される撮像装置３０の撮像部３０１に対して、本実施形態に係る電気レンズ１０や光学ユニット２０を適用することが可能である。すなわち、本実施形態に係る電気レンズ１０を、ズーム光学系３２３やフォーカス光学系３２５を構成する可動レンズの代替として設置し、撮像部３０１の更なる小型化を図ることが可能である。この際、電気レンズ１０の屈折率可変体１０５は、制御装置３０５から出力される電気信号に基づいて、その屈折率が制御されることとなる。
【００６２】
なお、図７では、フォーカス光学系３２５の前段にズーム光学系３２３が位置する場合について図示しているが、上述のように、対物光学系３２１−フォーカス光学系３２５−ズーム光学系３２３−撮像素子３２７という光学ユニットが実現されていてもよい点は言うまでもない。
【００６３】
以上、本実施形態に係る電気レンズ１０や光学ユニット２０が適用可能な内視鏡装置について、簡単に説明した。
【００６４】
［手術用顕微鏡装置について］
図８は、本実施形態に係る電気レンズ１０や光学ユニット２０を適用可能な撮像装置３０のうち、手術用顕微鏡装置の構成を模式的に示したブロック図である。
【００６５】
手術用顕微鏡装置は、微細な術野を拡大観察しながら手術を行うために用いられる装置である。手術用顕微鏡装置は、術野の拡大画像を撮像し、撮像された映像を表示装置へと出力する。これにより、術者は、術野の拡大画像を観察しながら、手術を行うことが可能となる。
【００６６】
このような手術用顕微鏡装置に代表される撮像装置４０は、図８に示したように、アーム機構４０１と、撮像部４０３と、制御装置４０５と、表示装置４０７と、を主に備えている。
【００６７】
アーム機構４０１は、複数のバランスアームが関節部によって互いに接続されることで実現されており、複数のバランスアームの先端部に後述する撮像部４０３が設けられている。かかるアーム機構４０１は、後述する制御装置４０５によって、その動作が制御されている。また、アーム機構４０１に、カウンターウェイトを更に設けることで、手術用顕微鏡装置を用いる術者は、あたかも無重力のような感覚で、後述する撮像部４０３を移動させることが可能となる。このようなアーム機構４０１については、特に限定されるものではなく、様々な構造を有する各種のアーム機構を適宜利用することが可能である。
【００６８】
撮像部４０３は、アーム機構４０１の先端部に設けられており、術野の拡大画像を撮像する部分である。この撮像部４０３は、図８に模式的に示したように、対物光学系４１１、ズーム光学系４１３、フォーカス光学系４１５、及び、撮像素子４１７を有している。この撮像部４０３は、後述する制御装置４０５によってその動作が制御されている。
【００６９】
被撮像物の像は、対物光学系４１１を通過して撮像部４０３へと入射し、ズーム光学系４１３及びフォーカス光学系４１５を通過して、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の公知の各種の撮像素子４１７へと結像する。撮像素子４１７によって電気信号に変換された被撮像物の撮像画像は、後述する制御装置４０５へと出力される。
【００７０】
制御装置４０５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力装置、出力装置、ストレージ装置等により実現されるコンピュータなどで構成されており、撮像装置４０全体の動作を統括的に制御する装置である。制御装置４０５は、上記のアーム機構４０１及び撮像部４０３や、後述する表示装置４０７の全般的な動作を制御しつつ、撮像部４０３から出力された撮像画像に対して必要に応じて各種の画像処理を施した後、得られた撮像画像を後述する表示装置４０７に出力する。
【００７１】
表示装置４０７は、各種のディスプレイなどにより実現される出力装置の一例であり、制御装置４０５による制御のもとで、撮像部４０３により撮像された被撮像物の画像を、表示画面に表示する。これにより、本実施形態に係る撮像装置４０（すなわち、各種の手術用顕微鏡装置）の利用者は、被撮像物の映像をその場で確認することが可能である。
【００７２】
このような構成を有する手術用顕微鏡装置に代表される撮像装置４０の撮像部４０３に対して、本実施形態に係る電気レンズ１０や光学ユニット２０を適用することが可能である。すなわち、本実施形態に係る電気レンズ１０を、ズーム光学系４１３やフォーカス光学系４１５を構成する可動レンズの代替として設置し、撮像部４０３の更なる小型化を図ることが可能である。この際、電気レンズ１０の屈折率可変体１０５は、制御装置４０５から出力される電気信号に基づいて、その屈折率が制御されることとなる。
【００７３】
なお、図８では、フォーカス光学系４１５の前段にズーム光学系４１３が位置する場合について図示しているが、上述のように、対物光学系４１１−フォーカス光学系４１５−ズーム光学系４１３−撮像素子４１７という光学ユニットが実現されていてもよい点は言うまでもない。
【００７４】
以上、本実施形態に係る電気レンズ１０や光学ユニット２０が適用可能な手術用顕微鏡装置について、簡単に説明した。
【００７５】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７６】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的又は例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【００７７】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）互いに隣り合う第１のレンズ及び第２のレンズと、互いに同一の曲面を有する前記第１のレンズのレンズ面及び前記第２のレンズのレンズ面によって挟持されており、外部から印加される電気信号に応じて屈折率が変化する屈折率可変体と、を備え、少なくとも、撮像に寄与する光線が透過する部分の前記屈折率可変体の厚みが均一である、電気レンズ。
（２）前記屈折率可変体は、液晶、又は、液体レンズである、（１）に記載の電気レンズ。
（３）前記屈折率可変体に最大の電気信号を印加した場合と、電気信号を印加しなかった場合と、の間の焦点距離の変化の比率が、２倍〜３倍である、（１）又は（２）に記載の電気レンズ。
（４）１又は複数のレンズから構成されるレンズ群を備え、前記レンズ群を構成するレンズのうち少なくとも１つのレンズは、互いに隣り合う第１のレンズ及び第２のレンズと、互いに同一の曲面を有する前記第１のレンズのレンズ面及び前記第２のレンズのレンズ面によって挟持されており、外部から印加される電気信号に応じて屈折率が変化する屈折率可変体と、を有しており、かつ、少なくとも、撮像に寄与する光線が透過する部分の前記屈折率可変体の厚みが均一な電気レンズである、光学ユニット。
（５）前記電気レンズは、前記レンズ群の内部での設置位置が可変となるように設けられる、（４）に記載の光学ユニット。
（６）前記光学ユニットは、光学倍率を調整するズーム光学系レンズ群を有しており、前記電気レンズは、前記ズーム光学系レンズ群を構成するレンズとして設けられる、（５）に記載の光学ユニット。
（７）前記光学ユニットは、焦点位置を調整するフォーカス光学系レンズ群を有しており、前記電気レンズは、前記フォーカス光学系レンズ群を構成するレンズとして設けられる、（５）に記載の光学ユニット。
（８）前記光学ユニットは、光学倍率を調整するズーム光学系レンズ群と、焦点位置を調整するフォーカス光学系レンズ群と、を有しており、前記電気レンズは、前記ズーム光学系レンズ群を構成するレンズ、及び、前記フォーカス光学系レンズ群を構成するレンズとして設けられる、（５）に記載の光学ユニット。
（９）１又は複数のレンズから構成されるレンズ群を有し、当該レンズ群の一方の側に位置する物体の像を他方の側へと伝送する光学ユニットと、前記光学ユニットによって伝送された前記物体の像が結像する撮像素子と、を備え、前記レンズ群を構成するレンズのうち少なくとも１つのレンズは、互いに隣り合う第１のレンズ及び第２のレンズと、互いに同一の曲面を有する前記第１のレンズのレンズ面及び前記第２のレンズのレンズ面によって挟持されており、外部から印加される電気信号に応じて屈折率が変化する屈折率可変体と、を有しており、かつ、少なくとも、撮像に寄与する光線が透過する部分の前記屈折率可変体の厚みが均一な電気レンズである、撮像装置。
（１０）前記撮像装置は、内視鏡装置又は手術用顕微鏡装置である、（９）に記載の撮像装置。
（１１）前記撮像装置は、デジタルビデオカメラ又はデジタルスチルカメラである、（９）に記載の撮像装置。
【符号の説明】
【００７８】
１０    電気レンズ
１５    制御部
２０    光学ユニット
３０，４０    撮像装置
１０１    第１のレンズ
１０３    第２のレンズ
１０５    屈折率可変体
１０７    封止部材
２０１    フォーカス光学系レンズ群
２０３    ズーム光学系レンズ群
３０１，４０３    撮像部
３０３    光源装置
３０５，４０５    制御装置
３０７，４０７    表示装置
３１１    バンドルファイバ
３１３    照明光学系
３２１，４１１    対物光学系
３２３，４１３    ズーム光学系
３２５，４１５    フォーカス光学系
３２７，４１７    撮像素子
４０１    アーム機構
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2017003810.tif 000006
【図４】
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【図５】
2017003810.tif 000008
【図６】
2017003810.tif 000009
【図７】
2017003810.tif 000010
【図８】
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