WO2004102246A1 - 光学系及び撮像装置 - Google Patents

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WO2004102246A1
WO2004102246A1 PCT/JP2004/006584 JP2004006584W WO2004102246A1 WO 2004102246 A1 WO2004102246 A1 WO 2004102246A1 JP 2004006584 W JP2004006584 W JP 2004006584W WO 2004102246 A1 WO2004102246 A1 WO 2004102246A1
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fluid
optical
optical element
variable
interface
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PCT/JP2004/006584
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English (en)
French (fr)
Inventor
Yuichi Atarashi
Nobuyoshi Mori
Shoji Kogo
Eigo Sano
Original Assignee
Konica Minolta Opto, Inc.
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    • G02—OPTICS
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    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/004—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid
    • G02B26/005—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid based on electrowetting
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B26/004—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid
    • G—PHYSICS
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    • G02B3/00—Simple or compound lenses
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    • G02B3/14—Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
    • G02B5/189—Structurally combined with optical elements not having diffractive power
    • G02B5/1895—Structurally combined with optical elements not having diffractive power such optical elements having dioptric power

Definitions

  • the present invention relates to a small-sized imaging device and an imaging optical system used for a mobile phone, a personal computer, a PDA, a surveillance camera, a sensor camera, and the like.
  • the present invention relates to a small-sized imaging device using a solid-state imaging device such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor, and an imaging optical system.
  • CCD Charge Coupled Device
  • the optical element used in the imaging optical system of the imaging apparatus as described above is required to have an optical characteristic of condensing light onto the imaging element without causing various aberrations. There is no disclosure of optical characteristics required as optical elements of the system.
  • the refractive-effect-variable optical element has a large individual difference in manufacturing, and requires calibration.
  • the present invention has been made in view of these problems, and according to the present invention, it is possible to provide an imaging device capable of performing appropriate imaging using an optical element utilizing an electric wetting phenomenon. Further, the present invention provides an image pickup optical system (hereinafter, also simply referred to as an optical system) and an image pickup apparatus, which have a variable refraction function optical element using an electric wetting phenomenon as an autofocus means, and which have well-corrected aberrations. can do.
  • an image pickup optical system hereinafter, also simply referred to as an optical system
  • an image pickup apparatus which have a variable refraction function optical element using an electric wetting phenomenon as an autofocus means, and which have well-corrected aberrations. can do.
  • the present invention is achieved by the following configurations.
  • a substrate an image sensor provided on the substrate, which converts the collected light beam into an electric signal, and is arranged to collect the light beam from a subject onto the image sensor.
  • a photographing optical element a light-blocking member that integrally covers the image pickup element and the photographing optical element, a control device that outputs the electric signal and controls the image pickup element, and a variable refraction action optical element. It is an imaging device having.
  • the refractive action variable optical element has a first refractive index, a first fluid having conductivity, and does not have an affinity with the first fluid, and has substantially the same density as the first fluid.
  • a second fluid having a second refractive index different from the first refractive index, and having an insulating property;
  • An outer shell member comprising a body, wherein the first fluid and the second fluid are hermetically filled, and having an opening for allowing a light flux to pass through the first fluid and the second fluid;
  • a second configuration of the present invention is an optical system having an optical stop (also referred to as an aperture stop) for limiting the amount of light flux passing therethrough, and a variable refraction action optical element.
  • an optical stop also referred to as an aperture stop
  • the refractive action variable optical element has a first refractive index, a first fluid having conductivity, and does not have an affinity with the first fluid, and has substantially the same density as the first fluid.
  • a second fluid having a second refractive index different from the first refractive index and having an insulating property, and an insulator, wherein the first fluid and the second fluid are hermetically filled.
  • An outer shell member having an opening for allowing a light flux to pass through the first fluid and the second fluid; a first electrode in contact with the fluid; an electrode provided on the outer shell member; And a voltage application device that changes a shape of an interface between the first fluid and the second fluid by applying a voltage between the first electrode and the second electrode.
  • the optical system When the absolute value of the radius of curvature of the interface between the first fluid and the second fluid has a minimum value, the optical system has a direction from the interface vertex to the center of the radius of curvature and from the interface vertex. The directions to the optical aperture coincide.
  • variable refraction function optical element By using the variable refraction function optical element, a movable part such as an actuator Since the autofocus mechanism can be realized without having the above, there is an effect on simplification of the configuration, super long life, silent operation, and the like. However, when an optical system is configured using the variable refraction action optical element, how to suppress aberrations becomes a problem.
  • the interface When the interface has a minimum radius of curvature, if an optical stop is installed in the direction from the interface vertex to the center of the radius of curvature, the interface will be close to concentric to the stop. Accordingly, the angle of incidence of the off-axis ray to the interface when the absolute value of the refractive power of the interface becomes the largest (the angle between the incident ray and the normal to the interface) can be reduced, and the off-axis ray is generated at the interface. Thus, the aberration of the off-axis ray can be further reduced.
  • FIG. 1 is a sectional view of the imaging device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view according to a modified example of the imaging device.
  • FIG. 3 (a) is a perspective view of a protective cover-integrated imaging device
  • FIGS. 3 (b) and 3 (c) are cross-sectional views.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view according to a modified example of the imaging device.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the imaging device according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view according to a modified example of the imaging device.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the imaging device according to the third embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the imaging device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a strobe device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 10 is a sectional view of an imaging device according to a seventh embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram of an imaging device according to the present embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a variable refractive optical element QL and its driving unit.
  • FIGS. 13 (a) and 13 (b) are cross-sectional views of the optical system according to the first embodiment.
  • FIGS. 14A and 14B are aberration diagrams of the optical system according to the first embodiment.
  • FIG. 15 (a) and FIG. 15 (b) are cross-sectional views of an optical system of a comparative example.
  • FIG. 16 (a) and FIG. 16 (b) are aberration diagrams of the optical system of the comparative example.
  • FIG. 17 (a) and FIG. 17 (b) are cross-sectional views of the optical system according to the second embodiment.
  • FIG. 18 (a) and FIG. 18 (b) are aberration diagrams of the optical system according to the second embodiment.
  • FIGS. 19 (a) and 19 (b) are cross-sectional views of the optical system according to the third embodiment.
  • FIG. 20 (a) and FIG. 20 (b) are aberration diagrams of the optical system according to the third embodiment.
  • FIG. 21 (a) and FIG. 21 (b) are cross-sectional views of another optical system according to the present embodiment. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the refractive action variable optical element further includes a sealing member that is transparent to light and has an aspherical optical surface on at least one optical surface.
  • the opening is preferably sealed by sealing the opening with a sealing member having a light-transmitting aspheric optical surface.
  • the aspherical surface is an optical surface that eliminates an aberration caused by a light flux passing through the first fluid and the second fluid.
  • variable refraction action optical element is disposed closer to a subject than the imaging optical element.
  • the imaging optical element includes an optical element closest to the subject, and the optical element is a sealing member of the refraction function variable optical element on the imaging device side. It is one of the preferred embodiments.
  • variable-refractive-action optical element further includes an IR cut filter that blocks infrared light, and the opening is sealed by the IR cut filter.
  • an optimal focal length, aberration characteristics, and the like are secured, and a more appropriate optical image is received by the imaging element.
  • sealing the opening with an IR cut filter the incidence of infrared light can be suppressed, and a more appropriate optical image can be formed on the light receiving surface of the imaging element. be able to.
  • variable refraction action optical element further stores a relationship between a value of a voltage applied by the voltage application device and a filling shape of the second fluid corresponding thereto.
  • control means applies a voltage to the voltage means based on the relationship stored in the storage means, for example, the first voltage in the close-up shooting mode and the first voltage in the long-distance shooting mode. By switching and using the two voltages, it is possible to shoot in accordance with the desired scene.
  • variable refraction action optical element adjusts a focal length
  • variable refraction action optical element performs focus adjustment.
  • the optical axis of the refraction variable optical element is shifted and adjusted with respect to the optical axis of the imaging optical element by a voltage applied by the voltage application device.
  • the voltage is applied by the voltage applying device, so that the optical axis of the variable refraction action optical element is adjusted by a chinolette with respect to the optical axis of the imaging optical element. I do.
  • the absolute value of the radius of curvature of the interface is greater than the minimum value, and the radius of curvature of at least one surface of a member (outer shell member) that seals the fluid of the variable-refractive-effect optical element. It is preferable that the sign and the sign of the radius of curvature of the interface be the same sign.
  • the absolute value of the radius of curvature of the interface is greater than the minimum value, and at least one surface of the member that seals the fluid is formed as a curved surface having the same sign as the sign of the radius of curvature of the interface.
  • the refractive power of the curved surface of the member that seals the fluid If the absolute value of the radius of curvature of the interface has the same sign as the bending force that has the minimum value, the curved surface of the member that seals the fluid Since the refractive power of the optical system functions to share the refractive power of the interface, it is possible to reduce aberrations generated in the entire optical system. On the other hand, if the refractive power of the curved surface of the member that seals the fluid has a sign opposite to that of the refractive power when the absolute value of the radius of curvature of the interface has the minimum value, the fluid is sealed.
  • the member that seals the fluid of the variable refraction action optical element is a parallel plate, and at least one surface of the optical element that is close to or in close contact with the parallel plate is an absolute value of a radius of curvature of the interface. Is the minimum value, the sign of the radius of curvature of the interface It is also preferable to form it on a curved surface having the same reference numeral. That is, the combination of the parallel plate and the optical element can exert the same function as a curved member that seals the fluid having a refractive power.
  • the at least one surface has a refractive power having an opposite sign to a refractive power having a minimum absolute value of a radius of curvature of the interface.
  • the at least one surface has a refracting power of a sign opposite to that of the interface having the minimum absolute value of the radius of curvature of the interface, the absolute value of the radius of curvature of the interface is minimized.
  • the boundary between the air and the two members that seal the fluid is defined by the same sign as the sign of the radius of curvature where the absolute value of the radius of curvature of the interface is the smallest. It is characterized by being formed on a curved surface.
  • the interface between the two members that seals the fluid and the air is formed as a curved surface having the same radius of curvature as that of the radius of curvature of the interface where the absolute value of the radius of curvature is the minimum.
  • the aberration generated on this curved surface is ,
  • the interface Since it has the function of canceling out the aberration generated in the optical system, it is possible to reduce the aberration generated in the entire optical system.
  • the refractive index of the fluid of the variable-refractive-action optical element is set to ni and no in the order from the aperture stop of the optical system, and the interface at the time of focusing on a long-distance object and at the time of focusing a short-distance object
  • R f and Rn be the curvature radii of
  • the absolute value of the radius of curvature of the interface can be increased to a minimum value, and the aberration of off-axis rays generated at the interface can be reduced.
  • the angle of the off-axis ray incident on the interface is smaller when focusing on a near-field object where the refractive power of the interface becomes the largest than when focusing on a far-field object, when satisfying the formula (1). Off-axis ray aberration at the time of object focusing can be corrected.
  • the absolute value of the refractive power of the interface becomes smaller at the time of focusing on a long-distance object where the absolute value of the refractive power becomes largest than at the time of focusing on a short-distance object. External ray aberration can be corrected.
  • the photographing lens includes the variable refraction action optical element and the main lens in order from the object side, and within the focusable object distance range of the optical system, the refraction action variable optical element is When the value when the absolute value of the focal length is the largest is I f, I, and when the focal length of the main lens is f,
  • each surface of the variable refraction action optical element is decentered from the optical axis. It is possible to reduce optical performance deterioration caused by assembling. Note that If, I / f '> 10 is more desirable, and
  • the member for sealing the fluid of the variable-refractive-action optical element has a function of cutting infrared light, so that it is not necessary to separately provide an infrared cut filter or the like, which is compact. This is preferable in that an optical system can be provided.
  • the imaging device of the present invention has the above-described optical system, an imaging device capable of capturing a higher-performance image can be obtained.
  • Reference numeral 1 denotes an imaging device in which a photographic optical element and an imaging element are integrated.
  • the variable refraction effect optical element 2 (described later) is arranged on the subject side in consideration of the manufacturing procedure and the labor of adjustment. However, disposing it at the aperture position is a point of small size. It is preferable in terms of performance.
  • s is an image sensor, which has a function of converting light condensed on the image pickup surface into an electric signal, and a known CCD or CMOS sensor can be used.
  • This is affixed to the substrate B with a thermosetting silver paste or the like, and is a so-called bare chip (bare chip) mounting.
  • L is a photographing optical element (also referred to as an objective lens), It has the function of condensing light on the imaging surface (also called the light receiving surface) of the child S (condensing light emitted from the subject).
  • an aspherical lens made of a plastic is used, and the flange portion is extended in the optical axis direction and is brought into contact with the image sensor S for focus position adjustment.
  • an optical system that combines a plurality of spherical lenses and aspherical lenses can be used, and various filters and apertures can be provided between these elements. Can also be provided. Further, the structure may be such that the flange portion is not brought into contact with the image sensor.
  • the C denotes a light shielding member, which is an outer shell made of a plastic resin in which a light shielding material such as carbon black is dispersed.
  • the light shielding member C is adhered to the substrate with an adhesive.
  • the flange portion of the photographing optical element L has a D-cut shape, and is fitted with the light blocking member C to prevent rotation around the optical axis.
  • the position of the photographing optical element L in the optical axis direction is determined by urging the flange portion by an elastic member Sp composed of a metal spring.
  • E is an electric component, and constitutes control means that contributes to input / output of an imaging signal / control signal, input / output of a power supply, and the like. These can be provided on the front and back of the substrate B as required.
  • CN is a connector section, from which it is connected via a flexible board or the like so that electric signals can be transmitted to a device-side CPU such as a personal computer, PDA, or mobile phone.
  • a device-side CPU such as a personal computer, PDA, or mobile phone.
  • C H is an outer shell member, which is formed of an insulator.
  • the electrode member indicated by P1 is disposed inside the outer shell member CH. That is, a large number of electrode members P 11S are arranged in the optical axis direction and the circumferential direction with a predetermined gap therebetween. This enables complex fluid shape control.
  • P2 is an electrode that protrudes from the hermetically filled portion of the outer shell CH and contacts the first fluid LQ1.
  • the electrode P2 is attached to the outer shell member CH via an insulating and fluid-tight member.
  • LQ1 is a first fluid, has conductivity, and has a first refractive index.
  • LQ 2 is a second fluid having an insulating property, and has a second refractive index larger than the first refractive index. Since oil is used here, it has a very low affinity for the first fluid, and maintains a two-layer state without mixing.
  • the second fluid LQ2 has a convex lens shape
  • the first fluid LQ1 has a concave lens shape.
  • PL 1 is a plastic plate constituting a first sealing member for sealing the opening HO side (lower side) of the outer shell member CH, and also functions as a fixing member for biasing the elastic member Sp. are doing. Further, the sealing plate PL1 may be used as an IR cut-finished letter or an aperture.
  • PL 2 is a second sealing member for sealing the opposite side (upper side) of the opening HO of the outer shell member CH, is also made of plastic, and has a flat surface in contact with the first fluid LQ 1.
  • the opposite surface is an optical surface consisting of an aspheric surface.
  • the imaging device 1 and the variable refraction action optical element 2 are integrated is disclosed.
  • the imaging device portion and the variable-refractive-action optical element may be separately formed and arranged close to each other.
  • the voltage application device schematically shown as V is connected to the electrodes P1 and P2, and applies a voltage as needed to generate an electric field.
  • an “electric wetting phenomenon” occurs, the shape of the second fluid L Q 2 changes, and the refraction action changes.
  • the voltage application device V applies a relatively high voltage
  • a booster circuit is required. Therefore, it is possible to adopt a configuration in which a strobe light emitting device (not shown) is combined and a high voltage is applied by using a booster circuit included in the strobe light emitting device.
  • the present invention is not limited to this example, and it is a matter of course that the number and location of electrodes may be more limited depending on the purpose.
  • the wetting action is changed by the formation of an electric field.For example, as in a bubble jet method, which is a type of ink jet, heat is generated to generate bubbles, thereby changing the volume. A method of causing a change in the refractive index by deforming the shape of the second fluid LQ 2 can also be adopted.
  • the refraction surface formed by each of the fluids L Q1 and L Q2 is not a single aberration, but has various aberrations. Therefore, in the present embodiment, this problem is solved by making the second sealing member PL 2 an aspherical plastic lens.
  • the optical element can be used as an optical element without aberration, and by further devising the aspherical shape, regardless of whether the voltage is applied or not, Optics to correct aberrations caused by the refractive surface of a fluid Surfaces are also possible.
  • FIG. 2 shows an example in which a diffraction structure D is provided on the lower surface of the second sealing member PL2.
  • the shape of the opening H ⁇ of the outer shell member C H may not be a perfect circle. As will be described later, when performing correction of an off-axis target, such as when the target to be corrected is AS (astigmatism), it is preferable to provide an aperture shape that easily causes such correction. In such a case, the shape may be an elliptical shape or a rectangular shape.
  • the imaging element S is usually in a rectangular shape, it is preferable to form an opening corresponding to the rectangular shape also from the viewpoint of light-collecting efficiency.
  • the storage means M schematically shows an LUT indicating the correspondence between the voltage value applied to the voltage application device V and the refraction of the refraction surface formed by the fluid LQ 2 based on the voltage value.
  • This consists of a ROM section that records the values obtained by design and experiment in advance, and a RAM section that stores correction values by performing calibration to eliminate individual differences.
  • the control means CTR which is also schematically shown, outputs a voltage value from the storage means M based on the refraction action to form a desired refraction surface based on an instruction from a main body CPU (not shown) (not shown). Read and instruct the voltage application device V.
  • the storage means M may store LUT for correcting the detected temperature by changing the refraction effect for the detected temperature.
  • variable refraction optical element 2 utilizing the electric wetting phenomenon
  • Example of adjusting the focal length The focal length changes between a state where no voltage is applied and a state where a voltage is applied by the combination of the imaging optical element and the variable refraction action optical element 2. In this case, since a precise focusing action cannot be provided, a pan-focus state is obtained. However, since a focal length can be changed, a degree of freedom in photographing increases.
  • variable refraction action optical element 2 By applying a voltage, the refraction is changed to adjust the focus. This makes it possible to focus on subjects at various distances. In particular, even if the position adjustment and the performance of the imaging optical element L are not sufficient, the use of the variable refraction action optical element 2 can provide a sufficient focus 'I' performance.
  • the refracting surface is made aspheric. In this way, not only chromatic aberration but also various aberrations such as image surface distortion and coma are corrected. It is also possible to provide a temperature sensor, and to change the refractive index due to the temperature difference, thereby correcting the spherical aberration caused by the change.
  • the photographing optical element L and the optical element If the optical axis of the fluid 2 is shifted, the optical axis of the fluid is shifted by devising the degree of voltage application so that the optical axis of the fluid coincides with the imaging optical element. Eccentricity correction can be performed in the same way.
  • the optical axes are inclined to each other! /, Even if you need to correct.
  • the photographing is performed with the optical axis tilted intentionally. Therefore, by adjusting the degree of voltage application, the optical axis of the fluid is tilted to adjust it to a desired axis angle.
  • a vibration sensor is incorporated, and the above-described shift adjustment and tilt adjustment are performed based on information obtained from the vibration sensor, thereby performing camera shake correction. In this case, it is preferable to slow down the shutter speed to prevent the phenomenon of increasing noise.
  • the light beam has aberrations in a direction (X direction) perpendicular to the optical axis (Z axis) and a direction perpendicular to it (Y direction), devise the voltage application to correct them. By doing so, the curvature in the X and Y directions can be determined, and astigmatism can be corrected. As described above, in this case, it is preferable that the shape of the opening HO is not a perfect circle.
  • FIG. 3 (a) is not a bare chip as described above, but a packaged device having a protective cover C V, and is often used in a VTR camera, a digital still camera, and the like.
  • FIG. 3 (b) is a sectional view.
  • Such an image sensor SPK includes a protective cover made of glass or plastic. Force provided with V As shown in FIG. 3 (c), the protective cover CV is often slightly inclined with respect to the imaging surface due to a mounting error in manufacturing. However, if such a state is left unattended, the error caused by the inclination of the protective cover cannot be eliminated even if other optical elements are accurately arranged, so-called “one-sided blur” occurs.
  • the tilt correction may be performed simultaneously.
  • Fig. 4 shows a schematic diagram of this example.
  • a surface waving in a substantially sine curve is formed, and a pseudo diffraction surface is formed.
  • the depth D and pitch P of the diffraction surface are controlled by controlling the applied voltage and frequency.
  • the combination of the aspherical surface and the diffraction surface can be freely controlled by frequency superposition. This makes it possible to freely correct chromatic aberration, spherical aberration, and the like.
  • the fluid to be filled preferably has a small dispersion as an optical element material, a relatively small Abbe number is desired.
  • the ability to adopt what is in the prior art can be applied.
  • ND filters with variable concentration by coloring the fluid This can be either the first fluid or the second fluid, or both can be colored.
  • This example will be described with reference to FIG. This is one in which a plurality of variable refraction action optical elements 2 are connected in the optical axis direction. The description of the parts common to the first embodiment is omitted.
  • the configuration in Fig. 5 is in principle the same as arranging two refraction lenses movably in the direction of the optical axis, and an optical system functionally the same as the zoom lens system can be realized. . Also, as shown in FIG. 6, it is possible to arrange the variable refraction action optical elements 2 in a combination opposite to each other.
  • variable refraction action optical elements 2 are also possible, and in this case, more abundant optical functions can be realized. Further, the correction function described in the first embodiment can be simultaneously applied.
  • the sealing member PL is also used to shorten the optical axis direction. This facilitates positioning in manufacturing and prevents optical axis tilt from occurring. There is also an advantage.
  • an interference effect may occur if the two outer shell members are close to each other. Therefore, it is preferable to devise the arrangement of the electrodes or to arrange a member SH for shielding the electric field between the variable refraction action optical elements 2.
  • This member SH can also be used as a diaphragm.
  • This example will be described with reference to FIG. This is a further downsizing in the optical axis direction from the first embodiment, in which the imaging optical element is buried inside the fluid. A description of parts common to the first embodiment is omitted.
  • a member T1 protruding downward from the sealing member P L1 is provided so as to be in contact with the upper surface of the image sensor S.
  • the member T2 projecting downward from the flange of the imaging optical element L does not touch the second fluid LQ2 and abuts on the sealing member PL1. It is configured as follows. With such a configuration, a small-sized imaging device can be realized in the optical axis direction.
  • each of the embodiments described above the optical elements are arranged in the optical path of the photographing optical system.
  • each pixel or some pixels of the image pickup device is caused by an electric wetting phenomenon.
  • a fluctuating small optical element is provided.
  • SLQ 2 in FIG. 8 is a second fluid disposed immediately above a region corresponding to one pixel of the image sensor S.
  • Fig. 8 is a schematic diagram.In practice, tens of thousands to millions of pixels Since the imaging element is configured from the force, SLQs 2 are actually arranged more than shown in this schematic diagram.
  • fine droplets can be formed by ejecting fine droplets of the second fluid SLQ 2 by employing the ink jet technology.
  • the second fluid SLQ 2 droplets may be placed directly above the image sensor S, but a transparent coat is applied to prevent the second fluid SLQ 2 from spreading unnecessarily on the bracket coat. It is preferable to have a smooth finish.
  • the first fluid LQ1 is filled in the outer shell member CH and sealed with the transparent member PL2.
  • the outer shell member CH When employing an optical element utilizing the electrical wetting phenomenon, it is preferable to provide a large number of electrodes provided on the outer shell member CH. Specifically, by providing a large number of electrodes in the optical axis direction and the circumferential direction and controlling the energization state, it is possible to enrich the combinations of electric fields to be generated. It becomes possible to control the shape of the two droplets.
  • the second fluid SQL 2 it is possible to control the shape of the microphone aperture lens corresponding to each pixel of the image sensor S, so that exposure control, shading correction, and the like can be performed.
  • variable refraction effect optical element 2 is provided between the light emitting member F such as a xenon tube and a white LED and the subject (projecting target).
  • the angle and the like at the time of disposing and projecting light can be made variable. For example, shooting a subject at a relatively short distance and shooting a subject at a long distance
  • by forming the above-mentioned diffractive surface it is possible to obtain a divergent light by deforming the fluid into a Fresnel plate shape. In this case, there is an advantage that a shadow is hardly generated on the subject.
  • the image pickup device S is provided with two optical members, and the light beams from the subject are collected by these two members.
  • the PL 2 serving as the sealing member 2 is made aspherical, thereby correcting the aberration of the variable refractive index optical element 2.
  • PL 2 ′ is a flat plate having optical transparency.
  • the aberration of the optical element 2 may not be a problem. In such a case, it is not necessary to make the plate PL 2 ′ an aspheric surface.
  • the objective optical element may have a function of correcting the aberration of the variable refractive index optical element 2. In this case, it is preferable that the objective optical element be composed of a plurality of objective optical elements.
  • the ink jet technology can be employed when manufacturing the refractive action variable optical element 2 utilizing the “electric wetting phenomenon” according to the present invention. According to the inkjet technology, it can eject a small amount of droplets Therefore, the liquid amount of the second fluid can be controlled with high accuracy.
  • a dispenser can also be used as a high-precision liquid supply technology.
  • the second fluid it is preferable to subject the second fluid to surface treatment in order to regulate or smooth the spread of the second fluid inside the outer shell member.
  • the ability to coat the surface with silicon-based resin or organic compound, etc. A surface modification method using plasma under atmospheric pressure, which has been recently proposed, can be adopted.
  • the first fluid is degassed and defoamed before filling the first fluid.
  • unnecessary gas components can be efficiently removed by placing the first fluid in a predetermined container and then applying ultrasonic vibration. At this time, by superimposing and applying ultrasonic waves of different frequencies, degassing and defoaming can be performed effectively.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view in the optical axis direction of an image pickup apparatus including an optical system according to an embodiment of the present invention, but omits a drive unit of the variable refraction action optical element QL and other electric circuits.
  • the optical system includes, in order from the object side, a variable refraction action optical element QL, a main lens L1, an aperture stop S, a main lens L2, and a main lens L3.
  • the system and the image sensor CMOS form an imaging device.
  • the refracting action variable optical element QL is simplified.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a variable refractive optical element QL and its driving unit.
  • QL indicates the refractive action variable optical element according to the present embodiment.
  • 40 is nonconductor It is a lower container formed.
  • a first concave portion 41 is formed in a peripheral portion of the bottom surface (the right inner side surface in the figure) of the lower container 40, and a first sealing plate is provided on the inner diameter side (center side) further than this.
  • a second recess 42 holding the second 2 is formed.
  • the first sealing plate (a member for sealing a fluid) 2 is made of transparent acrylic or glass.
  • a second electrode ring 43 is provided on the entire inner periphery of the peripheral wall of the lower container 40. The surface of the second electrode ring 43 has a clearance covering the electrode end surface 43a.
  • An insulating layer 44 made of metal resin or the like is closely formed.
  • the peripheral wall of the lower container 40 is inclined with respect to the optical axis X such that the right end side in the figure is closer to the optical axis X than the left end side. Therefore, both the first electrode ring 43 and the insulating layer 44 are inclined with respect to the optical axis X.
  • the thickness of the insulating layer 44 gradually increases toward the right in the figure.
  • a water-repellent agent is applied on the lower side of the entire inner surface of the insulating layer 44 to form a water-repellent layer 11.
  • a hydrophilic treatment agent is applied to the left side of the entire inner surface of the insulating layer 44 to form a hydrophilic layer 12.
  • Reference numeral 50 denotes an upper container made of a non-conductor, which holds a second sealing plate (a member for sealing a fluid) 6 made of transparent acryl or glass on its inner diameter side. Further, a sheet-like first electrode ring 51 is formed in close contact with the right end face of the peripheral portion of the upper container 50.
  • An insulating layer 52 is formed in close contact with the surface of the first electrode ring 51, and is exposed to a first fluid 21 to be described later to apply a voltage thereto.
  • the insulating layer 52 is formed so as to cover only the outer edge side of the first electrode ring 51 so as to provide the following.
  • a container as a housing having a liquid chamber of a predetermined volume surrounded by the container 40, the upper container 50, the first sealing plate 2, and the second sealing plate 6 is formed.
  • This container has an axisymmetric shape with respect to the optical axis X.
  • the liquid chamber is filled with two types of fluids as follows.
  • the second fluid 22 is set so that the height of the liquid column is at the middle height of the water-repellent film 11 on the peripheral wall. A certain amount is dropped.
  • the second fluid 22 is a colorless and transparent silicone oil having a specific gravity of 1.06 and a refractive index of 1.45 at room temperature. Subsequently, the remaining space in the liquid chamber is filled with the first fluid 21.
  • the first fluid 21 is an electrolytic solution (conductivity) having a specific gravity of 1.06 and a refractive index of 1.35 at room temperature, in which water and ethyl alcohol are mixed at a predetermined ratio and a predetermined amount of salt is added. Fluid having polarity or polarity).
  • first and second fluids 21 and 22 fluids having the same specific gravity, different refractive indices, and being immiscible (insoluble) are selected. Then, the two fluids 21 and 22 form the interface 24 and exist independently without being mixed.
  • the shape of the interface 24 is based on the inner surface of the liquid chamber (vessel), the point where the three substances of the first fluid 21 and the second fluid 22 intersect, that is, the three interfaces acting on the outer edge of the interface 24. It is determined by the balance of the tension.
  • the upper container 50 to which the second sealing plate 6 is attached is attached to the lower container 40, whereby two types of fluids are sealed.
  • Reference numeral 31 denotes a power supply circuit connected to the first electrode ring 25 and the second electrode ring 3.
  • the two amplifiers (not shown) of the feed circuit 31 are connected to the first electrode ring 51 and the first electrode ring 51, respectively.
  • the second electrode ring 43 are connected to terminal portions 51 b and 43 b extending in the direction orthogonal to the optical axis along the right end surface of the upper container 50.
  • the shape of the interface 24 is determined by the interfacial tension between the two fluids 21 and 22, the first fluid 2 1 Interfacial tension between water-repellent film 1 1 on insulating layer 4 4 or hydrophilic film 1 2, interface between second fluid 2 2 and water-repellent film 1 1 on insulating layer 4 4 or hydrophilic film 1 2 It is determined by the tension and the volume of the second fluid 22.
  • optical power (l_f: f is a focal length) as an optical lens is given, and The focal length of the refraction variable optical element QL changes due to a change in the shape of the interface 24.
  • the power supply circuit 31 calculates the distance from the distance measurement sensor (not shown) to the subject, and calculates the voltage applied to the refraction function variable optical element QL at each magnification. An applied voltage corresponding to the set subject distance is obtained from a table stored in advance, and applied to the variable refraction action optical element QL.
  • the refractive power variable optical element QL can change the optical power as desired.
  • the change in the optical power is preferably multi-step, and more preferably continuous.
  • the optical image formed on the imaging surface by passing through the variable focal length optical system whose focal length has been adjusted in this way is converted into an electric signal by the image sensor CMOS, and further subjected to predetermined processing. Is converted into an image signal.
  • N d refractive index of lens material for d-line
  • V d Abbe number of lens material
  • the shape of the aspherical surface is expressed by the following “Formula 1”, where the origin is the vertex of the surface, the X axis is in the optical axis direction, and the height in the direction perpendicular to the optical axis is h.
  • the center thickness of each fluid is constant when the radius of curvature of the interface of the variable-refractive-action optical element changes, but this is an approximation to show the effect of the invention. In fact, when the radius of curvature of the interface changes, the center thickness of each fluid changes so that the volume of each fluid does not change.
  • FIG. 13 (a) is a sectional view of the optical system when an object at infinity is photographed
  • FIG. Fig. 4 (a) shows a cross-sectional view of the optical system shown in Fig. 13 (b) when an object is photographed at an object distance of 5 cm (the absolute value of the radius of curvature of the interface B of the refractive optical element QL has a minimum value).
  • Fig. 14 (b) shows the aberration diagram in that case. 90-3 xo ri IV
  • go-yo xobian ⁇ sy
  • Tables 3 and 4 show the lens data of the optical system according to the comparative example, and Fig. 15 (a) shows a cross-sectional view of the optical system when shooting an object at infinity.
  • Fig. 16 (a) shows the cross section of the optical system at the time of shooting an object with an object distance of 5 cm (the interface B of the variable refraction optical element QL has the minimum radius of curvature). The aberration diagram in that case is shown in Fig. 16 (b).
  • variable-refractive-effect optical element QL is mounted in the direction opposite to the optical axis. At the time of imaging an infinite object, the interface is controlled so as to be orthogonal to the optical axis.
  • Example 1 shows off-axis field curvature and It can be seen that astigmatism is reduced. Also, distortion is kept small. Thus, when the absolute value of the radius of curvature of the fluid interface B of the variable refractive optical element has the minimum value, the direction from the interface vertex to the center of the radius of curvature coincides with the direction from the interface vertex to the aperture stop. By doing so, the aberration of off-axis rays can be reduced.
  • Tables 5 and 6 show lens data of the optical system according to the second embodiment.
  • Fig. 17 (a) is a cross-sectional view of the optical system when an object at infinity is photographed.
  • Fig. 17 is an aberration diagram in that case.
  • Fig. 8 (a) shows a cross-sectional view of the optical system at the time of photographing an object at an object distance of 5 cm (the absolute value of the radius of curvature of the interface B of the refractive optical element QL has a minimum value).
  • Fig. 18 (b) shows the aberration diagram in that case, and Fig. 18 (b) shows the aberration diagram.
  • the sealing plates 2 and 6 of the variable-refractive-action optical element QL have refractive power. SO- 3 ⁇ 006 ⁇ 9 ⁇ ⁇ - S0-3X0 flat
  • FIG. 18 (a) and FIG. 18 (b) Example 2
  • FIG. 14 (a) and FIG. 14 (b) comparativative example
  • FIG. reduces off-axis astigmatism.
  • the surface of the member (sealing plates 2 and 6) that seals the variable-refractive-action optical element QL changes its curvature according to the object distance when the absolute value of the radius of curvature of the interface B is the minimum. By forming it on a curved surface having the same sign as the sign of the radius, it is possible to particularly reduce aberrations of off-axis light rays.
  • the lens data of the optical system according to Example 3 is shown in Tables 7 and 8, and when the object at infinity is photographed (the absolute value of the radius of curvature of the interface B of the refractive optical element QL has the minimum value).
  • Fig. 19 (a) shows a cross-sectional view of the optical system
  • Fig. 20 (a) shows the aberration diagram in that case
  • Fig. 19 (b) shows a cross-sectional view of the optical system when shooting an object at an object distance of 5 cm.
  • Fig. 20 (b) shows the aberration diagram in that case.
  • the sealing plates 2 and 6 of the variable refractive optical element QL have refractive power.
  • Example 3 Comparing the astigmatism diagrams of FIGS. 20 (a) and 20 (b) (Example 3) with FIGS. 14 (a) and 14 (b) (comparative example), it can be seen that in Example 3 It can be seen that reduces off-axis astigmatism.
  • the surface of the member (sealing plates 2 and 6) that seals the variable-refractive-action optical element QL has a radius of curvature when the radius of curvature of the interface B that changes according to the object distance has a minimum value. By forming it on a curved surface having the same sign as the sign, it is possible to particularly reduce aberrations of off-axis rays.
  • Examples 1 to 3 are examples in which three lenses L1 to L3 constituting the main lens are formed from a plastic material. Therefore, if the ambient temperature changes even if the object distance is fixed, the image point position of the entire optical system may fluctuate due to changes in the refractive index of the plastic material and thermal expansion. Also in this case, an in-focus image can be obtained by adjusting the refractive power of the variable-refractive-action optical element in accordance with the temperature.
  • the same effect can be obtained even if the curved surface of the sealing member is a force aspherical surface having a spherical shape, and the boundary surface between the fluid and the sealing member may be spherical or aspherical. It is desirable that an anti-reflection coating be applied to the sealing plate 2 or 6 on the interface side with the air, because the transmittance of the entire optical system can be improved. Further, if at least one of the sealing members is formed of a material having an infrared absorption characteristic, it is desirable since there is no need to separately provide an infrared power filter.
  • FIGS. 21 (a) and 21 (b) Another embodiment of the present invention is an optical system shown in FIGS. 21 (a) and 21 (b).
  • This embodiment is characterized in that the variable refraction action optical element QL and the optical stop are arranged adjacent to each other.
  • Fig. 21 (a) shows the state of the optical system when the object distance is infinity
  • Fig. 21 (b) shows the state of the optical system when the object distance is short.
  • the same reference numerals as those in the above-mentioned drawings denote the same members, and a description thereof will not be repeated.
  • the optical stop by arranging the optical stop at a position close to the variable-refractive-action optical element QL, the outer diameter of the variable-refractive-action optical element QL can be reduced, which facilitates manufacturing.
  • the imaging apparatus of the present invention is preferably mounted on a portable terminal such as a small digital still camera, a mobile phone, or a PDA, but can be used for other uses such as a personal computer camera.
  • an imaging device that is small, versatile, and capable of various corrections and adjustments can be obtained.

Description

明細書 光学系及び撮像装置 技術分野
本発明は、携帯電話、 パーソナルコンピュータ、 PDA、 監視カメラ、 センサー カメラなどに用いられる小型の撮像装置及び撮像光学系に関する。特に、 CCD型 イメージセンサあるいは C MO S型イメージセンサ等の固体撮像素子を用レ、た小 型の撮像装置、 及び撮像光学系に関する。 背景技術
従来、 CCD (Ch a r g e d C o up l e d D e v i c e )型イメージセ ンサゃ CMO S (C o mp 1 e m e n t a r y Me t a l O i d e S em i c o n du c t o r) 型イメージセンサなどの撮像素子 （光電子変換素子） と、 撮影レンズとを一体ィ匕した小型の撮像装置が知られており、携帯電話や PDA (Pe r s o n a l D i g i t a l A s s i s t a n c e)等、様々な用途に採用 されている。 力かる撮像装置は、 特に最近では携帯電話への採用が盛んに行われ、 またそれに用いる撮像素子の高画素化も進歩が著しい。 さらには、 これらの撮像装 置にオートフォーカス （合焦） 機構.を搭載したいという要求も高まりつつある。 ここで、一般的に用いられるオートフォーカス機構では、ステッピングモーター 等のァクチユエ一ターを搭載し、撮影する物体距離に応じて撮像レンズの全体また は一部を移動させている力 機械的にレンズを駆動させる従来の手法では、携帯電 話等に搭載される撮像装置に強く求められている耐衝擊性を十分満足させること ができない恐れがある。
これに対し、 従来、 「電気的濡れ現象」 （電気毛細管現象ともいう） を利用する ことにより、電気的でありながら、モーター等の駆動手段を用いずに、光学的機能 を切り替え可能な光学要素が提案されている。例えば、特表 2001— 51953 9 (WO 99/18456, U. S. P a t e n t No. 6, 369, 954) ゃ特表 2002-540464 (WO 00/58763) にこのような技術につい て記載されている。 これらの文献では、 上述の 「電気的濡れ現象」 を利用した光学 要素に関し、 特に流動体の形状を変形させることによって屈折力を変化させたり、 光軸中心を保持する技術を開示している。
ところで、 上述したような撮像装置の撮影光学系に用いる光学要素に対しては、 様々な収差を生じることなく撮像素子に集光させる光学特性が要求されるが、上記 の文献には、撮影光学系の光学要素として要求される光学特 1·生については開示がな い。
つまり、 この光学要素を、撮影光学系、 とくに上述のような撮影レンズ一体型の 撮像装置に適用する場合における問題、及びその解決策等については全く開示がな レ、。 これに対し、 本発明者らは、 検討の結果、 次のような課題を見出した。
(1) このような 「電気的濡れ現象」 を利用した、 屈折作用可変光学要素において は、屈折作用を変化させることはできる力 非電圧印加状態で形成される屈折面の 有する収差を考慮する必要がある。
(2) この屈折作用可変光学要素は、製造上の個体差が大きく、 キヤリプレーショ ンが必要である。
(3)撮影光学系に用いる光学要素としては、光軸ズレの問題がもっとも重要であ るが、 それを動的に補正する必要がある。 また、 「電気的濡れ現象」 を用いた屈折作用可変光学要素は、 単独では適切な撮 像レンズを構成し得ず、複数の光学素子や絞りと組み合わせることで、初めてォー トフォーカス可能な撮像レンズを実現可能となる場合が多い。そこで、他の光学部 材と組み合わせた際に、どのようにして収差を抑えるかという問題がある。しかし、 上記の文献には、 「電気的濡れ現象」 を用いた屈折作用可変光学要素を用いてォー トフォーカス可能な撮像光学系を構成した場合に、光学系全体として収差をどのよ うに抑えるかについて開示も示唆もされていない。 発明の開示
本発明は、 これらの課題に鑑みてなされたものであり、本発明によれば、電気的 濡れ現象を利用した光学要素を用いて適切な撮像を行える撮像装置を提供するこ とできる。更には、オートフォーカス手段として電気的濡れ現象を用いた屈折作用 可変光学要素を有しながらも、収差が良好に補正された撮像光学系 （以下、単に光 学系とも言う） 及び撮像装置を提供することができる。
本発明は、 以下の構成により達成される。
本発明の第 1の構成は、基板と、基板上に設けられ、集光された光束を電気信号 に変換する撮像素子と、前記撮像素子に対して被写体からの光束を集光させるよう 配置された撮影光学素子と、前記撮像素子および撮影光学素子とを一体的に掩蔽す る遮光部材と、 前記電気信号の出力及び前記撮像素子の制御を行う制御装置及び、 屈折作用可変光学要素、 とを有する撮像装置である。
前記屈折作用可変光学要素は、第 1屈折率を有し、導電性を有する第 1流動体と、 前記第 1流動体と親和性を有さず、前記第 1流動体と実質的に同密度であり、前記 第 1屈折率と異なる第 2屈折率を有し、且つ、絶縁性を有する第 2流動体と、絶縁 体から構成され、 前記第 1流動体及び前記第 2流動体が密閉充填されるとともに、 前記第 1流動体及び前記第 2流動体に光束を通過させる為の開口を有する外殻部 材と、 前記流動体に接触する第 1電極と、前記外殻部材に設けられた電極及び、前 記第 1電極及び前記第 2電極との間に電圧を印加することによって、前記外殻部材 の前記第 2流動体に対する濡れ性を変化させることによって、前記第 2流動体の前 記外殻部材内における充填形状を変化せしめる電圧印加装置を有する。
前記第 1の構成によれば、前記電圧印加装置により前記第 2流動体の充填形状を 変化させることで、最適な焦点距離や収差特性等を確保し、 より適切な光学像を前 記撮像素子の受光面に結像させることができる。
本発明の第 2の構成は、通過する光束の量を制限する光学絞り （開口絞りとも言 う） と、 屈折作用可変光学要素を有する光学系である。
前記屈折作用可変光学要素は、第 1屈折率を有し、導電性を有する第 1流動体と、 前記第 1流動体と親和性を有さず、前記第 1流動体と実質的に同密度であり、前記 第 1屈折率と異なる第 2屈折率を有し、 且つ、絶縁性を有する第 2流動体と、絶縁 体から構成され、 前記第 1流動体及び前記第 2流動体が密閉充填されるとともに、 前記第 1流動体及び前記第 2流動体に光束を通過させる為の開口を有する外殻部 材；前記流動体に接触する第 1電極；前記外殻部材に設けられた電極、 及び、 前記 第 1電極及び前記第 2電極との間に電圧を印加することによって、前記第 1流動体 と前記第 2流動体の間の界面の形状を変化せしめる電圧印加装置を有する。前記光 学系は、前記第 1流動体と前記第 2流動体の間の前記界面の曲率半径の絶対値が最 小の値を持つとき、界面頂点から曲率半径中心の方向と、界面頂点から前記光学絞 りへの方向が一致する。
前記屈折作用可変光学要素を用レ、ることにより、ァクチユエ一ターなどの可動部 を有することなくォートフォーカス機構を実現できるため、構成の簡素化、超寿命 ィ匕、静音化等に効果がある。 しかるに、前記屈折作用可変光学要素を用いて光学系 を構成する場合、 収差をどのように抑えるかが問題となる。
前記界面が最小の曲率半径を持つときの、 界面頂点から曲率半径中心の方向に、 光学絞りを設置するようにすれば、前記界面は絞りに対してコンセントリックに近 い構成となるので、これにより前記界面の屈折力の絶対値がもっとも大きくなる時 の軸外光線の前記界面への入射角度（入射光線と界面の法線とのなす角度） を小さ くすることができ、前記界面で発生する軸外光線の収差をより低減することができ る。 図面の簡単な説明
第 1図は、 第 1の実施の形態にかかる撮像装置の断面図である。
第 2図は、 撮像装置の変形例にかかる一部断面図である。
第 3 ( a ) 図は、 保護カバ一一体型の撮像装置の斜視図、 及び第 3 ( b ) 図、 第 3 ( c ) 図は断面図である。
第 4図は、 撮像装置の変形例にかかる一部断面図である。
第 5図は、 第 2の実施の形態にかかる撮像装置の断面図である。
第 6図は、 撮像装置の変形例にかかる断面図である。
第 7図は、 第 3の実施の形態にかかる撮像装置の断面図である。
第 8図は、 第 4の実施の形態にかかる撮像装置の断面図である。
第 9図は、 第 5の実施の形態にかかるストロボ装置の断面図である。
第 1 0図は、 第 7の実施の形態にかかる撮像装置の断面図である。
第 1 1図は、 本実施の形態にかかる撮像装置の概略構成図である。 第 1 2図は、 屈折作用可変光学素子 QLおよびその駆動部の概略構成図である。 第 1 3 (a ) 図及ぴ第 1 3 (b) 図は、 実施例 1の光学系の断面図である。 第 1 4 (a ) 図及び第 1 4 (b) 図は、 実施例 1の光学系の収差図である。 第 1 5 (a ) 図及び第 1 5 (b) 図は、 比較例の光学系の断面図である。
第 1 6 (a ) 図及ぴ第 1 6 (b) 図は、 比較例の光学系の収差図である。
第 1 7 (a ) 図及ぴ第 1 7 (b) 図は、 実施例 2の光学系の断面図である。 第 1 8 (a ) 図及び第 1 8 (b) 図は、 実施例 2の光学系の収差図である。 第 1 9 (a ) 図及び第 1 9 (b) 図は、 実施例 3の光学系の断面図である。 第 2 0 (a ) 図及ぴ第 20 (b) 図は、 実施例 3の光学系の収差図である。 第 2 1 (a)図及び第 2 1 (b)図は、本実施に係る別の光学系の断面図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明の撮像装置において、前記屈折作用可変光学要素は、 さらに、光透過 'I"生で あり、少なくとも 1つの光学面に非球面光学面を有する封止部材を有し、前記封止 部材により、前記開口を封止することが好ましい。光透過性の非球面光学面を有す る封止部材によつて前記開口を封止することで、前記第 2流動体の形状変化と相ま つて、 前記撮像素子に対する結像特性をより向上させることができる。
さらに、前記非球面は、前記第 1流動体及び前記第 2流動体を光束が通過するこ とによって生じる収差を解消する光学面とされていることが好ましい。
本発明の撮像装置において、前記屈折作用可変光学要素は、前記撮影光学素子よ りも被写体側に配置されることが好ましい態様の 1つである。
本発明の撮像素子において、前記撮影光学素子が、最も被写体側の光学素子を有 し、前記光学素子が、前記屈折作用可変光学要素の、前記撮像装置側の封止部材で あることが好ましい態様の 1つである。
本発明の撮像装置において、前記屈折作用可変光学要素が、 さらに、赤外光を遮 断する I Rカツトフィルターを有し、前記 I Rカツトフィルタ一により前記開口を 封止することが好ましい。
上記の態様によれば、前記電圧印加装置により前記第 2流動体の充填形状を変化 させることで、最適な焦点距離や収差特性等を確保し、 より適切な光学像を前記撮 像素子の受光面に結像させることができ、更に I Rカットフィルターによって前記 開口を封止することで、赤外光が入射することを抑え、更に適切な光学像を前記撮 像素子の受光面に結像させることができる。
また、本発明の撮像素子においては、 前記屈折作用可変光学要素が、 さらに、 該 電圧印加装置により印加される電圧の値と、それに応じた前記第 2流動体の充填形 状との関係を記憶した記憶手段と、 該記憶手段に記憶された関係に基づいて、前 記電圧印加装置に電圧を印加させる制御手段とを有することを特徴とする。
上記の態様によれば、前記電圧印加装置により前記第 2流動体の充填形状を変化 させることで、最適な焦点距離や収差特性等を確保し、高画質な画像を前記撮像素 子の受光面に結像させることができ、更に前記記憶手段に記憶された関係に基づい て、前記制御手段が前記電圧手段に電圧を印加させるため、例えば近接撮影モード では第 1の電圧、遠方撮影モードでは第 2の電圧というように切り替えて使用する ことで、 所望のシーンに合わせた撮影を行うことが可能となる。
本発明の撮像装置において、前記屈折作用可変光学要素が焦点距離調節を行うこ とが好ましい。
また、本発明の撮像装置において、前記屈折作用可変光学要素が、 ピント調整を 行うことも好ましい態様である。 本発明の撮像装置においては、前記電圧印加装置によって印加された電圧により、 前記屈折作用可変光学要素の光軸を、前記撮影光学素子の光軸に対してシフト調整 することを特徴とする。
本発明の撮像装置においては、前記電圧印加装置によって電圧を印加することに より、前記屈折作用可変光学要素の光軸を、前記撮影光学素子の光軸に対してチノレ ト調整することを特徴とする。
本発明の光学系においては、前記界面の曲率半径の絶対値が最小の値をもっとき、 前記屈折作用可変光学要素の流動体を密閉する部材（外殻部材） の少なくとも 1面 の曲率半径の符号と、前記界面の曲率半径の符号が、同符号であることが好ましい。 前記界面の曲率半径の絶対値が最小の値をもっとき、前記流動体を密閉する部材 の少なくとも 1面を、前記界面の曲率半径の符号と同符号の曲面に形成することに より、前記界面の曲率半径の絶対値が最小の値を持った場合の前記屈折作用可変光 学要素で発生する収差を低減することができる。前記流動体を密閉する部材曲面の 有する屈折力力 前記界面の曲率半径の絶対値が最小の値を持ったときに有する屈 折力と同符号であれば、前記流動体を密閉する部材の曲面が有する屈折力が前記界 面の屈折力を分担する働きをするため、前記光学系全体で発生する収差を低減する ことができる。 一方、前記流動体を密閉する部材の曲面が有する屈折力が、前記界 面の曲率半径の絶対値が最小の値を持つたときに有する屈折力と異符号であれば、 前記流動体を密閉する部材の曲面で発生する収差力 S、前記界面で発生する収差を打 ち消す働きをするため、 前記光学系全体で発生する収差を低減することができる。 本発明の光学系において、前記屈折作用可変光学素子の流動体を密閉する部材を 平行平板とし、前記平行平板に近換もしくは密着する光学素子の少なくとも 1面を、 前記界面の曲率半径の絶対値が最小の値をも'つときの、前記界面の曲率半径の符号 と同符号の曲面に形成することも好ましい。すなわち前記平行平板と前記光学素子 との組み合わせで、屈折力を持った前記流動体を密閉する曲面の部材と同様な機能 を発揮させることもできる。
本発明の光学系において、前記少なくとも 1面は、前記界面の曲率半径の絶対値 が最小の値をもっときに有する屈折力と異符号の屈折力を有することが好ましレ、。 前記少なくとも 1面を、前記界面の曲率半径の絶対値が最小の値を持ったときに 有する屈折力と異符号の屈折力を有するようにすることで、前記界面の曲率半径の 絶対値が最小の値を持った場合の前記屈折作用可変光学要素で発生する収差を低 減することができる。前記流動体を密閉する部材曲面で発生する収差は、最小の曲 率半径を持つ前記界面で発生する収差を打ち消す働きをするため、前記屈折作用可 変光学要素で発生する収差を低減することができる。
本発明に記載の光学系において、前記流動体を密閉する 2つの部材の空気との境 界面を、前記界面の曲率半径の絶対値が最小の値をもっときの曲率半径の符号と同 符号の曲面に形成することを特徴とする。
前記流動体を密閉する 2つの部材の空気との境界面を、前記界面の曲率半径の絶 対値が最小の値をもっときの曲率半径の符号と同符号の曲率半径を有する曲面に 形成することにより、前記界面の曲率半径の絶対値が最小の値を持った場合の前記 屈折作用可変光学要素で発生する収差を低減することができる。前記界面の曲率半 径の絶対値が最小の値を持ったときに有する屈折力と同符号である前記流動体を 密閉する部材曲面の屈折力は、前記界面の屈折力を分担する働きをするため、前記 光学系全体で発生する収差を低減することができる。 さらに、前記界面の曲率半径 の絶対値が最小の値を持ったときに有する屈折力と異符号の屈折力を有する前記 流動体を密閉するもう一方の部材曲面では、 この曲面で発生する収差が、前記界面 で発生する収差を打ち消す働きをするため、前記光学系全体で発生する収差を低減 することができる。
本発明の光学系において、前記屈折作用可変光学要素の流動体の屈折率を、光学 系の開口絞りから近い順に n i、 n oとし、遠方距離物体合焦時および近距離物体 合焦時の前記界面の曲率半径をそれぞれ R f、 Rnとするとき、
n i〉n oならば | R f | 〉 l Rn | (1)
を満たし、
n i < n oならば I R f Iく I Rn I (2)
を満たすことが好ましい。
本発明によれば、特に前記界面の曲率半径の絶対値が最小の値をもっとき、前記 界面で発生する軸外光線の収差を低減することができる。前記界面に入射する軸外 光線の角度は、 （1) 式を満たす場合、遠方距離物体合焦時より、 前記界面の屈折 力が最も大きくなる近距離物体合焦時で小さくなり、特に近距離物体合焦時の軸外 光線収差を補正することができる。 一方、 ( 2 ) 式を満たす場合、 近距離物体合焦 時より、前記界面の屈折力の絶対値が最も大きくなる遠距離物体合焦時で小さくな り、 特に遠距離物体合焦時の軸外光線収差を補正することができる。
本発明の光学系において、前記撮影レンズは物体側より順に前記屈折作用可変光 学要素、 主レンズを有し、前記光学系の合焦可能物体距離範囲中において、 前記屈 折作用可変光学要素の焦点距離の絶対値が最も大きくなるときの値を I f ， I と し、 主レンズの焦点距離を f とするとき、
I f \ /ί > 5 (3)
を満たすことが好ましい。
(3) 式を満たすことで、前記屈折作用可変光学要素の各面が光軸から偏芯した 揚合に生じる光学性能劣化を低減することができる。 尚、 I f ， I / f ' 〉1 0が より望ましく、 | f ， | Z f が∞なら最も望ましレ、。 また、主レンズよりも物体側 に前記屈折作用可変光学要素を配置することにより、光学系から簡単に前記屈折作 用可変光学要素を取り除いたり、装着したりすることができる。 また、本発明の光 学系においては、前記屈折作用可変光学要素と前記主レンズの間に前記光学絞りを 有することが好ましい。
本発明の光学系において、前記屈折作用可変光学要素の流動体を密閉する部材に、 赤外光をカツトする機能を持たせることが、別個に赤外線カツトフィルタなどを設 ける必要がなくなり、 コンパクトな光学系を提供できる点で好ましい。
また、本発明の撮像装置は上述の光学系を有することにより、 より高性能な画像 を撮像可能な撮像装置を得ることができる。
以下、図面に基づいて本発明にかかる実施の形態を詳細に説明する力 本発明は、 かかる実施の形態に限定されるものではない。
(第 1の実施の形態）
第 1図を用いて、本発明の一例について説明する。 1は、撮影光学素子と撮像素 子とを一体ィ匕した撮像装置である。 ここでは製造上の手順や、調整の手間を考慮し て、 屈折作用可変光学要素 2 (後述） を被写体側に配置しているが、 絞り位置に配 置することが、 小型ィヒの点おょぴ性能上好ましい。
sは撮像素子であり、撮像面に集光された光を電気信号に変換する機能を有する もので、公知の C C Dあるいは CMO Sセンサを用いることができる。 これは基板 Bに熱硬化性銀ペーストなどにより貼着されており、いわゆるベアチップ（裸チッ プ） 実装である。
Lは撮影光学素子 (対物レンズともいう) であり、被写体画像を集光して撮像素 子 Sの撮像面（受光面ともいう） に集光させる機能を有する （被写体から発した光 を集光させる） 。 この例ではブラスティック製の非球面レンズを採用しており、 ま たピント位置調整のため、 フランジ部を光軸方向に延伸させ、撮像素子 Sに当接さ せた構成となっている。 このような構造とする事により、組み立て時のピント調整 が不要となる。
またこのような単玉の撮影光学素子 Lのみならず、複数の球面レンズ ·非球面レ ンズを組合わせた光学系の構成とすることもできるし、それらの素子の間に各種の フィルターや絞りを設けることも出来る。さらにフランジ部を撮像素子に当接させ ない構造であってもかまわない。
Cは遮光部材であって、カーボンブラック等の遮光材料を分散したプラスティッ ク樹脂によって構成された外殻である。遮光部材 Cは、接着剤によって基板に貼着 されている。 また撮影光学素子 Lのフランジ部は Dカツト形状となっており、遮光 部材 Cと嵌合して、光軸周りの回転が防止される。 又、 そのフランジ部が金属バネ からなる弾性部材 S pによって付勢されることで、撮影光学素子 Lの光軸方向の位 置決めがなされている。
Eは電気部品であって、撮像信号 ·制御信号の入出力、動力電源の入出力などに 寄与する制御手段を構成している。 これらは必要に応じて、基板 Bの表裏に設ける ことが出来る。
CNはコネクタ部であり、 ここからフレキシブル基板などを介して、パーソナル コンピュータや PDA、携帯電話などの機器側 CPUへ、電気信号伝達可能に接続 される。
2は、 いわゆる 「電気的濡れ現象」 を利用した屈折作用可変光学素子である。 こ れは、 特表 2001— 519539 (WO 99/18456, U. S. Pa t e n t No. 6， 369, 954) に詳述されているものと基本的に同様な構造であ るため、 その説明は省略する。
C Hは外殻部材であり、絶縁体によって形成されている。 また P 1で示す電極部 材が外殻部材 CHの内部に配設されている。つまり多数の電極部材 P 11S 光軸方 向及ぴ周方向に、所定の間隙を介して多数配列されていることになる。これにより、 複雑な流体形状制御が可能となる。一方、 P2は、外殻 CHの密閉充填部に突出し て設けられ、第 1流動体 LQ 1に接触する電極である。 尚、 電極 P 2は絶縁性があ り且つ流体密封性がある部材を介して外殻部材 C Hに取り付けられている。
LQ1は第 1流動体であり、導電性を有し、 また第 1屈折率を有する。 ここでは 食塩水を用いている。 LQ 2は絶縁性を有する第 2流動体であり、第 1屈折率より も大きい第 2屈折率を有する。 ここでは油を用いており、そのため第 1流動体とは 親和性がきわめて低く、混合せずに 2層状態が保たれる。 ここでは、第 2流動体 L Q 2が凸レンズ形状をとり、第 1流動体 LQ 1が凹レンズ形状をとる。 これら 2つ の流動体 LQ1、 LQ2は、外殻部材 CHの中に密閉充填されており、 開口 HOを 介して光学像が通過可能になっている。
PL 1は、外殻部材 CHの開口 HO側 （下側） を封止する第 1封止部材を構成す るプラスティック平板であり、前記弾性部材 S pを付勢するための固定部材として も機能している。 またこの封止板 PL 1を、 I Rカツトフイノレターや絞りとしても よい。
P L 2は、外殻部材 C Hの開口 H Oの反対側（上側） を封止する第 2封止部材で あり、 これまたプラスティック製であり、第 1流動体 LQ 1に接する面は平面であ るが、 反対側の面は、 非球面からなる光 能面となっている。
なおここでは、撮像装置 1と、屈折作用可変光学要素 2とを一体化した例を開示 しているが、撮像装置部分と、屈折作用可変光学素子とを個別に作成し、近接して 配置しても構わない。
Vとして模式的に示す電圧印加装置は、 電極 P 1、 電極 P 2に接続されており、 必要に応じて電圧を印加し、 電界を生じさせる。 これによつて 「電気的濡れ現象」 が生じ、 第 2流動体 L Q 2の形状が変化し、 屈折作用が変化する。
また、電圧印加装置 Vは、比較的高電圧の電圧を印加するので、昇圧回路が必要 になる。 そこで、 ここでは図示しないストロボ発光装置 組み合わせて構成し、 ス ト口ボ発光装置に含まれる昇圧回路を利用して、高電圧を印加するという構成を採 用することができる。
なお、 この例では電極部材 P 1が多数配置され、必要に応じて様々な電界を生じ させ、 もって電気的濡れ現象の多様な制御を行うことができる。 しかしこの例に限 らず、 目的に応じて、 電極の配置位置 ·数をより限定的なものとしても、 もちろん かまわない。 さらにまた、電界形成によって濡れ作用を変化させているが、 たとえ ばインクジエツトの一方式である、バブルジヱット方式のように、熱を発生させて 気泡を生じさせて、 これによつて容積を変化させ、 もって第 2流動体 L Q 2の形状 を変形させて屈折率変化を起こす方法も採用できる。
さて、先に述べたとおり、各流動体 L Q 1、 L Q 2によって形成されている屈折 面は、単体で無収差ではなく、様々な収差を内在した状態にある。 そこで本実施の 形態では、第 2封止部材である P L 2を非球面プラステイツクレンズとすることに より、 この問題を解決している。
このため、電圧を印加していない状態でも、無収差で光学要素として用いること ができ、 また非球面形状をさらに工夫することにより、 電圧を印加している状態、 していない状態にかかわらず、流動体の屈折面によって生じる収差を捕正する光学 面とすることも可能である。
さらにまた、 この第 1封止部材 P L 1および/または第 2封止部材 P L 2に、回 折構造を設けることも可能である。第 2図には、第 2封止部材 P L 2の下面に回折 構造 Dを設けた例を示している。
なお外殼部材 C Hの開口 H〇の形状は、真円状でなくともよい。後述の通り、補 正する対象が A S (非点収差） であるなど、 非軸対象の補正を行う場合は、 それを 生じさせやすい開口形状としておくことが好ましい。 かかる場合、楕円形状や、矩 形形状とすることができる。
とくに、撮像素子 Sは通常、矩形形状となっているので、 これにあわせた開口形 状とすることが、 集光効率の点からも好ましい。
また模式的に示す記憶手段 Mは、電圧印加装置 Vに印加する電圧値と、それに基 づいて流動体 L Q 2が形成する屈折面の屈折作用との対応関係を示す L U Tを記 憶している。 これは予め設計'実験して得られた値を記録した R OM部と、個々の 個体差を解消するためのキヤリプレーションを行って補正値を記憶した R AM部 分とからなつている。
そして同様に模式的に示す制御手段 C T Rは、図示しない本体側 C P U (不図示） からの指示にもとづいて、所望の屈折面を形成するべく、屈折作用にもとづいて記 憶手段 Mから電圧値を読み出し、 電圧印加装置 Vに指示する。
また記憶手段 Mは、 他に温度変化を補正するために、 検出された温度に対して、 屈折作用を変化させて補正を行うための L U Tを記憶していても良い。
以下に、 この電気的濡れ現象を利用した、屈折作用可変光学要素 2を用いた制御 の例について説明する。
( 1 ) 焦点距離調節を行う例 撮影光学素子 と、屈折作用可変光学要素 2との組合せによって、電圧を印加し ない状態と電圧を印加した状態とで、 焦点距離が変化するようにする。 この場合、 精密な合焦作用を持たせることができないので、パンフォーカス状になるが、焦点 距離を変更することができるため、 撮影の自由度が増す。
( 2 ) ピント調整を行う例
電圧を印加することによって、屈折作用を変化させ、 ピント調整を行う。 これに より、様々な距離の被写体に対して、 ピントを合わせた撮影が可能になる。 またと くに、撮影光学素子 Lの位置調整および性能が十分でなくても、屈折作用可変光学 要素 2を用いることによって、 十分なピント' I"生能を得ることが出来る。
( 3 ) マクロ撮影の場合
近接撮影を行いたい場合、通常であれば撮影レンズの全群をわずかに繰り出す力、、 あるいは撮影レンズの一部をわずかに繰り出すといったことが行われる。ここでは、 そのような繰り出し機構を用いないかわりに、屈折作用をわずかに変化させること で対応する。 また屈折状態は、電圧非印加の状態では通常撮影となり、電圧を印加 した状態でマクロ撮影となるようにすることが、 電力消費の点からも好ましい。
( 4 ) 収差補正を行う場合
電圧印加を工夫することにより、屈折面を非球面とする。 これによつて、色収差 のみならず、 像面歪曲や、 コマ収差などの様々な収差を捕正する。 また、 温度セン サを設けておき、温度差によって屈折率変化が生じ、 これによつて発生する球面収 差を捕正することも可能である。
( 5 ) シフト調整を行う場合
高画質な画像を得るために、撮影光学系で要求される特性の一つは、各光学要素 の光軸を一致させることである。そこで、撮影光学素子 Lと屈折作用可変光学要素 2との光軸がずれている場合、電圧印加の程度を工夫することにより、流動体の光 軸をシフトさせ、結果的に撮影光学素子と光軸が一致するようにする。 同様の考え 方で偏心補正も可能である。
( 6 ) チルト調整を行う場合
上記の場合と同様に、光軸が互レ、に傾！/、ている場合にも補正の必要がある。また、 意図的に光軸を傾けた撮影を行う場合もある。そこで、電圧印加の程度を工夫する ことにより、 流動体の光軸を傾けて、 所望の軸角度となるように調整する。
( 7 ) 手振れ補正を行う場合
撮像装置を含む撮影機器を手持ちで保持して撮影すると、手振れの問題が生じる。 そこで、振動センサを組み込み、 それから得られる情報をもとに、上記のシフト調 整、 チルト調整を行うことにより、 手振れ補正を行う。 この場合、 シャッタースピ ードを遅くして、 ノイズが増大する現象を防ぐことが好ましい。
( 8 ) ァス （非点収差） 補正を行う場合
光軸 （Z軸） に対して、 ある直角な方向 （X方向） と、 それにさらに直交する方 向 （Y方向） とで光線が収差を有する場合、 それらを補正するために、 電圧印加を 工夫することにより、 X方向と Y方向の曲率をことならしめ、非点収差を捕正する。 上述の通り、 この場合は開口部 HOの形状を真円状にしないほうが好ましい。
( 9 ) 保護カバ1 "一体型撮像素子を用いる場合
この例について、 第 3図を用いて説明する。 第 3 ( a ) 図に示す撮像素子 S P K は、上述のようなベアチップではなく、保護カバー C Vを有する、パッケージ化さ れた素子であり、 V T Rカメラ、ディジタルスチルカメラ等に多く採用されている。 第 3 ( b ) 図は断面図である。
このような撮像素子 S P Kには、ガラスやブラスティックからなる保護カバー C Vが設けられている力 第 3 ( c ) 図に示すように、 製造上の取り付け誤差によつ て、この保護カバー C Vが撮像面とわずかながら傾いて配置されてしまうことが多 レ、。 しカ しながら、 かかる状態を放置すると、 その他の光学要素を精度良く配置し ても、保護カバーの傾きによって生じる誤差を解消できず、 いわゆる 「片ボケ」 が 生じてしまう。
これに対し、本実施の形態においては、撮像素子 S P Kから出力された信号をも とに、上述と同様のシフト調整を行うことにより、保護カバーの取り付け誤差に起 因する性能不良を解消することができる。またシフト調整だけでなく、チルト補正 を同時に行ってもよい。
( 1 0 ) 回折面を形成する場合
この例について、第 4図に模式図を示す。電圧印加装置 Vから、高周波の電圧を 印加することにより、概略サインカーブ状に波打った面を形成させ、擬似的な回折 面を形成する。印加する電圧と周波数とをコントロールすることにより、回折面の 深さ D ·ピッチ Pを制御する。 また、 周波数重畳により、 非球面と回折面との組合 せを自由にコントロール可能である。 これによつて、色収差 ·球面収差などを自由 に補正することが可能になる。
次に、流動体について説明する。 充填する流動体は、光学要素素材として分散が 小さいことが好ましいことから、アッベ数が比較的小さいことが望まれる。 さらに 流動体については、従来技術にあるとおりのものを採用することができる力 その ために、 次のような工夫を加えることもできる。
( 1 ) 流動体に微粉末を分散させて、 屈折率を調整する。 たとえば、 流動体として 水や油を用いても、屈折率が補正する機能との関係でマッチしていないことがある。 そこで、透過率を下げない程度に微粉末を分散させることにより、屈折率を調整す る。
( 2 ) 流動体に着色することにより、濃度可変の NDフィルタとする。 これは第 1 流動体、 第 2流動体のどちらでもよく、 また両方に着色してもよレ、。
( 3 )特に凹レンズ形状となる第 1流動体に着色することにより、意図的に周辺光 量を低下させ、 アポタイゼーシヨンフィルタと同様の機能もたせる。
( 4 ) 流動体に、 I Rカット機能を有するものを採用する。 これにより、 封止板や その他の光学素子として、 I R力ット機能を有するものを組み込む必要がなくなり、 小型化に寄与できる。
( 5 ) 流動体に、液晶成分を用いることにより、電圧印加によって形状を変形させ るだけでなく、 偏光状態も変化させて偏光補正を行う。
(第 2の実施の形態）
この例について、第 5図を用いて説明する。 これは、複数の屈折作用可変光学要 素 2を、光軸方向に連設したものである。第 1の実施の形態と共通している部分に ついては説明を省略する。
第 5図の構成は、原理的には、 屈折レンズを 2群、 それぞれ光軸方向に移動可能 に配置したのと同じであり、ズームレンズ系と機能的に同じ光学系を実現可能であ る。 また第 6図のように、屈折作用可変光学要素 2を、互いに逆向きに組み合わせ た配置も可能である。
また、当然 3以上の屈折作用可変光学要素 2の組合せも可能であり、 この際はさ らに豊富な光 能を実現できる。 さらに、第 1の実施の形態で述べた補正機能を 同時に適用することも可能である。
また、 この例では、 光軸方向を短縮するために、 封止部材 P Lを兼用している。 これにより、製造上位置決めが容易になるとともに、光軸のチルトが発生しにくい という利点もある。
また電圧を印加することによつて電界が生じ、もつて電気的濡れ作用が現象する ところ、 2つの外殻部材が近接していると、干渉作用が発生する恐れがある。 そこ で、電極の配置を工夫したり、 あるいは電界を遮蔽する部材 S Hを、屈折作用可変 光学要素 2間に配置することが好ましレ、。この部材 S Hも絞りとして用いることが 出来る。
(第 3の実施の形態）
この例を、第 7図を用いて説明する。 これは第 1の実施の形態から、 さらに光軸 方向の小型化を図ったもので、流動体の内部に撮影光学素子を埋没させた場合であ る。 第 1の実施の形態と共通している部分については説明を省略する。
ここでは、光軸方向の位置決めの為に、封止部材 P L 1から下方に突出した部材 T 1を設け、撮像素子 Sの上面に当接させるようにしている。また流動体同士界面 を乱さないようにするため、撮像光学素子 Lのフランジから下方に突出した部材 T 2は第 2流動体 L Q 2には触れないようにして、封止部材 P L 1に当接するように 構成されている。 このように構成されているので、光軸方向に小型な撮像装置を実 現可能である。
(第 4の実施の形態） '
第 8図を用いて第 4の実施例について説明する。上述の各実施例は、撮影光学系 の光路中に光学要素を配置する例であつたが、この例では撮像素子の各画素あるい はいくつかの画素に対応して、電気的濡れ現象によって変動する微小な光学要素を 設けている。
第 8図における S L Q 2は、撮像素子 Sの 1画素に相当する領域の直上に配置さ れた第 2流動体である。 なお第 8図は模式図であり、実際は数万から数百万の画素 力 ら撮像素子は構成されるため、実際は S L Q 2が、 この模式図に示されるよりも より多く配列される。 制作上は、インクジエツト技術を採用することにより、第 2 流動体 S L Q 2の微小な液滴を噴射することで、微細な液滴を形成できる。ここで、 撮像素子 Sの直上に第 2流動体 S L Q 2液滴を配置してもよいが、透明なコートを 施し、かっこのコートに第 2流動体 S L Q 2が必要以上に濡れ広がることを防止す る加工を施しておいた方が好ましい。 これはコートでなく、透明かつ薄いガラス基 板 ·プラスティック基板等を撮像素子に密着させることによつても実現できる。 このように第 2流動体 S L Q 2の液滴が撮像素子 Sに配置されたのち、第 1流動 体 L Q 1を外殻部材 C H内に充填し、 透明な部材 P L 2で封止する。
このように電気的濡れ現象を利用した光学要素を採用する際は、外殻部材 C Hに 設ける電極を、 多数個にしておくことが好ましい。 具体的には、光軸方向および周 方向に多数の電極を設け、かつ通電状態を制御することにより、発生させる電界の 組合せを豊富にする事ができ、これによつて各第 2流動体 S Q L 2液滴の形状を制 御することが可能となる。
すなわち、第 2流動体 S Q L 2を用いることにより、撮像素子 Sの各画素に対応 したマイク口レンズの形状を制御することが可能となるため、露出制御 ·シエーデ イング補正等が可能になる。
(第 5の実施の形態）
これは、撮影光学系ではなく、 ストロボ装置に応用する例である。第 9図を用い て説明する。 上述してきた通り、屈折作用を変化させることが可能な光学要素であ るので、キセノン管ゃ白色 L E Dなどの発光部材 Fと被写体 (投光対象）との間に、 屈折作用可変光学要素 2を配置し、投光する際の角度等を可変とすることができる。 たとえば、比較的近い距離の被写体を撮影する場合と、遠い距離の被写体を撮影 する場合とで配光を変えることにより、状況に応じた好適な投光を行うことが出来 る。 また、上述した回折面化をさせることにより、 フレネル板状に流動体を変形さ せて、発散光を得ることもできる。 この際は被写体に影が生じにくいという利点が ある。
(第 6の実施の形態）
この例を、第 1 0図を参照して説明する。 この実施の形態では、撮像素子 Sに対 して 2つの光学部材を備えて、 これらによって被写体からの光束を集光させる。第 1図に示す第 1の実施の形態では、封止部材 2である P L 2を非球面とすることに より、屈折率可変型光学要素 2が有している収差を補正するようにしてあるが、 こ の例では P L 2 ' は光透過性を有する平板である。
屈折率可変型光学要素 2自体の調整や性能次第では、これが有している収差が問 題にならない場合もあるので、このような場合は平板 P L 2 ' を非球面とする必要 がない。 また小型化のために、対物光学素子 に、屈折率可変型光学要素 2の収差 を補正させる機能を持たせることも可能である。この場合は対物光学素子を複数枚 数から構成されるようにすることが好ましい。
(第 7の実施の形態）
上述の実施例では、製造上の個体差を解消するため、キヤリブレーションを行つ て、屈折作用変化の程度を測定したり、電圧非印加状態の屈折作用を測定し、基準 を定める技術を説明したが、そのような測定や基準設定の手間を減らすことが好ま しい。
そこで、 上記の実施の形態に限らず、本発明に関わる 「電気的濡れ現象」 を利用 した屈折作用可変光学要素 2を製造する際には、ィンクジェット技術を採用するこ とができる。インクジエツト技術によると、液滴の微小な量を噴射することができ るので、第 2流動体の液量を高精度でコントロールすることができる。 また高精度 の液供給技術として、 デイスペンサを用いることもできる。
さらに、外殼部材内部における第 2流動体の濡れ広がりを規制したり、 あるいは 滑らかにするために、当該部位に表面加工をしておくことが好ましい。 シリコン系 樹脂や有機化合物などによって表面コートすることができる力 近年開発'提案さ れているような、 大気圧下プラズマによる表面改質方法を採用することもできる。 そして、第 2流動体を開口に配置したのち、第 1流動体を充填する前に、第 1流 動体に対して脱気 ·脱泡をしておくことが好ましい。 脱気.脱泡のためには、 所定 の容器内に第 1流動体を入れたのち、超音波振動を加えることによって効率的に不 要な気体成分を排除できる。 この際、異なった周波数の超音波を重畳して加えるこ とにより、 効果的に脱気 ·脱泡を行うことができる。
第 1流動体の充填にあたっては、 これに先立ち密度が小さい流動体を充填して、 微小な位置調整を行った後、第 1流動体を流し込む方法をとることができる。 この 際、 第 1流動体のほうが密度が大きい （=比重が大きい） ので、 自然に最初に流し 込んだ流動体を押しのけて第 2流動体と置き換わる。
第 1 1図は、本発明の実施の形態にかかる光学系を含む撮像装置の光軸方向断面 図であるが、屈折作用可変光学要素 Q Lの駆動部その他の電気回路は省略している。 第 1 1図において、 光学系は、 物体側から順に、 屈折作用可変光学要素 Q Lと、 主 レンズ L 1と、 開口絞り Sと、 主レンズ L 2と、 主レンズ L 3とを含み、 この光学 系とイメージセンサ CMO Sとで、撮像装置が構成される。 尚、第 1 1図では屈折 作用可変光学要素 Q Lを簡略化して示している。
第 1 2図は、 屈折作用可変光学要素 Q Lおよびその駆動部の概略構成図である。 Q Lは本実施の形態にかかる屈折作用可変光学要素を示している。 4 0は不導体で 形成された下容器である。 この下容器 4 0の底面（図で右内側面） のうち周辺部に は第 1の凹部 4 1が形成されているとともに、 これよりも内径側 （中心側） には第 1の封止板 2を保持する第 2の凹部 4 2が形成されている。第 1の封止板（流動体 を密封する部材） 2は、 透明アクリルあるいはガラスにより形成されている。 この下容器 4 0の周辺壁部の内側全周には第 2の電極リング 4 3が設けられて おり、 この第 2の電極リング 4 3の表面には、電極端面 4 3 aもカバーするァクリ ル樹脂等でできた絶縁層 4 4が密着形成されている。
ここで、下容器 4 0の周辺壁部は、光軸 Xに対して図で右端側が左端側よりも光 軸 Xに近づくように傾いている。 このため、第 1の電極リング 4 3と絶縁層 4 4も 共に光軸 Xに対して傾いている。
また、 絶縁層 4 4の厚さは、 図で右に向かって徐々に増加している。 更に、 絶縁 層 4 4の内面全周の下側には、撥水処理剤が塗布されて撥水層 1 1が形成されてい る。 さらに、絶縁層 4 4の内面全周の左側には、親水処理剤が塗布されて親水層 1 2が形成されている。
5 0は不導体で形成された上容器であり、その内径側で、透明ァクリルあるいは ガラスにより形成された第 2の封止板 （流動体を密封する部材） 6を保持する。 ま た、上容器 5 0の周辺部右端面には、シート状の第 1の電極リング 5 1が密着形成 されている。
この第 1の電極リング 5 1の表面には、絶縁層 5 2が密着形成されているが、後 述する第 1流動体 2 1に接してこれに電圧を印加するための露出部 5 1 aが備わ るように、絶縁層 5 2は第 1の電極リング 5 1の外縁側のみをカバーするように形 成されている。
そして、下容器 4 0の周辺壁部と上容器 5 0とを液密に封止することにより、下 容器 4 0、上容器 5 0、第 1の封止板 2および第 2の封止板 6で囲まれた所定体積 の液室を有した筐体としての容器が形成される。
この容器は、 光軸 Xに対して軸対称形状をなしている。 そして、 液室には、 以下 のようにして 2種類の流動体が充填される。
まず、第 1の封止板 2を取り付けた下容器 4 0の光軸 Xを鉛直方向に向けた状態 で、液室の底面である第 1の封止板 2の上面および下容器 4 0の周辺側の底面すな わち （これらが界面対向面に相当する） に、 第 2流動体 2 2が、 その液柱の高さが 周辺壁部の撥水膜 1 1の中間の高さになる分量だけ滴下される。
第 2流動体 2 2は無色透明で、 比重 1 . 0 6、 室温での屈折率 1 . 4 5のシリコ ーンオイルが用いられる。続いて、液室内の残りの空間には、第 1流動体 2 1が充 填される。第 1流動体 2 1は、水とエチルアルコールが所定比率で混合され、更に 所定量の食塩が加えられた、 比重 1 . 0 6、 室温での屈折率 1 . 3 5の電解液 （導 電性又は有極性を有する流動体） である。
すなわち、第 1および第 2流動体 2 1、 2 2は、比重が等しく、屈折率が異なり、 かつ互いに混ざることのない （不溶な） 流動体が選定される。 そして、 両流動体 2 1、 2 2は界面 2 4を形成し、 混ざり合わずにそれぞれが独立して存在する。 この界面 2 4の形状は、液室 （容器） の内面、 第 1流動体 2 1およぴ第 2流動体 2 2の 3物質が交わる点、すなわち界面 2 4の外縁部に働く 3つの界面張力の釣り 合いで決まる。 その後、 第 2の封止板 6を取り付けた上容器 5 0を、下容器 4 0に 取り付けることで、 2種類の流動体が封止される。
3 1は第 1の電極リング 2 5と第 2の電極リング 3とに接続された給電回路で ある。
給電回路 3 1の 2つの増幅器（図示せず） はそれぞれ、第 1の電極リング 5 1お よび第 2の電極リング 4 3から上容器 5 0の右端面に沿って光軸直交方向に引き 出された端子部 5 1 b、 4 3 bに接続されている。
以上の構成において、第 1流動体 2 1に第 1の電極リング 5 1およぴ第 2の電極 リング 4 3を介して電圧が印加されると、いわゆるエレクトロウエツティング効果 によって界面 2 4が変形する。
次に、屈折作用可変光学要素 Q Lにおける界面 2 4の変形と、 この変形によって もたらされる光学作用について説明する。
まず、 第 1流動体 2 1に電圧が印加されていない場合、 第 1 2図に示すように、 界面 2 4の形状は、 両流動体 2 1、 2 2間の界面張力、第 1流動体 2 1と絶縁層 4 4上の撥水膜 1 1あるいは親水膜 1 2との界面張力、第 2流動体 2 2と絶縁層 4 4 上の撥水膜 1 1あるいは親水膜 1 2との界面張力、および第 2流動体 2 2の体積で 決まる。
一方、給電回路 3 1より第 1流動体 2 1に電圧が印加されると、エレクトロウェ ッティング効果によって第 1流動体 2 1と親水膜 1 2との界面張力が減少し、第 1 流動体 2 1が親水膜 1 2と撥水膜 1 1との境界を乗り越えて撥水膜 1 1上に入り 込む。 この結果、 第 2流動体 2 2の光軸上での高さが増加する。
このように第 1および第 2の電極リング 5 1、 4 3を通じた第 1流動体 2 1への 電圧印加によって、 2種類の流動体の界面張力の釣り合いが変ィヒし、両流動体 2 1、 2 2間の界面 2 4の形状が変わる。 こうして、給電回路 3 1の電圧制御によって界 面 2 4の形状を自在に変えられる光学素子が実現できる。
また、第 1および第 2流動体 2 1、 2 2が異なる屈折率を有しているため、光学 レンズとしての光学パワー （l _ f ： f は焦点距離） が付与されることになり、 即 ち屈折作用可変光学要素 Q Lは、界面 2 4の形状変化によって焦点距離が変化する。 第 12図に示す装置においてオートフォーカスがなされたとすると、給電回路 3 1は、不図示の測距センサから被写体までの距離を求めて、各倍率における屈折作 用可変光学要素 QLに印加する電圧を予め記憶しているテーブルから設定された 被写体距離に対応した印加電圧を求め、屈折作用可変光学要素 QLに印加する。 こ のように制御することで、屈折作用可変光学要素 Q Lは所望のように光学パワーを 変化させることができる。 なお、光学パワーの変化は多段階であると好ましく、連 続的であるとより好ましい。
このようにして焦点距離が調整された可変焦点距離光学系を通過することによ つて撮像面に結像された光学像は、イメージセンサ CMO Sで電気信号に変換され、 更に所定の処理を施されることで画像信号に変換されるようになつている。 実施例
以下、上述した撮像装置に好適な光学系の実施例を示す。各実施例に使用する記 号は下記の通りである。 尚、 本明細書中 （表のデータ含む） において、 10のべき 乗数 （例えば 2. 5 X 10—3) を、 E (例えば 2. 5 XE— 3) を用いて表す ものとする。
f tota l ： 光学系全系の焦点距離
f ' ：屈折作用可変光学要素の焦点離離
f ：主レンズの焦点距離
f B ：バックフォーカス
F ： Fナンバー
T ：物体距離
2 Y ：固体撮像素子の撮像面対角線長 R ：曲率半径
D ：軸上面間隔
N d ： レンズ材料の d線に対する屈折率
V d ： レンズ材料のアッベ数
各実施例において非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向に X軸をとり、 光軸と垂直方向の高さを hとして以下の 「数 1」 で表す。
【数 1】 ただし、
A i : i次の非球面係数
R ：曲率半径
K ：円錐定数
尚、以下の実施例データに関し、屈折作用可変光学要素の界面曲率半径が変化し た場合に、各流動体の中心厚が一定となっているが、 これは発明の効果を示すため の近似であり、実際は界面曲率半径が変化した場合、各流動体の体積が変化しない ように各流動体中心厚が変化する。
[実施例 1]
実施例 1にかかる光学系に関して、 そのレンズデータを表 1、表 2に示し、更に 無限遠物体撮影時の光学系の断面図を第 13 (a) 図に、 その場合の収差図を第 1 4 (a) 図に示し、 また物体距離 5 cmの物体撮影時（屈折作用可変光学要素 Q L の界面 Bの曲率半径の絶対値が最小値を有する） の光学系の断面図を第 13 (b) 図に、 その場合の収差図を第 14 (b) 図に示す。 90-3 xo ri IV
SO- 3 Χ006Τ9Ί- =οιγ
εθ-3 Χ0008Ί- =sy
go-ョ xo扁 ·τ =sy
SO -ョ XOS9S6'9- =*?
10+3 XOZSBO'T- =3
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so■3 X 0099S" 'S
- ΗΧΟΟΘΐί'· ■z- =οιγ
so- 3Χ062Ζ,9' '
20- 3X06200' ε
20- '3X0觸' '9-
Ι0+3ΧΟΖ,99 ' •6—
厘 οτ^
0-3 XOOSOS' '9
SO -ョ xo蘭' 'Z =oiy
¾)—ョ X0TI6S' ■8-
TO- a xoeiis' 'ΐ =9y
-ョ X0S6 ' 'Ζ~
00+3 X 08928' 'τ— =2
里6镇
SO- 3 XO丽' Ί-
TO- 3 XOSZO 'g =8?
10-ョ XOOSSS' 'Z-
20-3 X00i99' 'τ— =*v
W-3X0 ' •χ-
S0-3X0S8S0'I- =οι?
SO-ョ χο ί¾'τ: =8V
so- ax 09281 ·χ =9V
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厘 9紫
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Ψ Π TT
o OS 00S89 I. 8ム ·0 008· 9 01
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0'99 08TSS'T 00"ΐ 818 ·Τ 9
09*0 oa S 02Ό oo
0I9IS'I 0^*0 ε O'SS οοεεε'ΐ 0 0 oo z
02*0 oo I 咖 00'S=¾2 88'Z=J
(τΜ賴
Π挲】
62
9 01歸 OAV 【表 2】
—方、 比較例にかかる光学系に関し、 そのレンズデータを表 3、表 4に示し、 更 に無限遠物体撮影時の光学系の断面図を第 15 (a) 図に、 その場合の収差図を第 1 6 (a) 図に示し、 また物体距離 5 cmの物体撮影時（屈折作用可変光学要素 Q Lの界面 Bが最小の曲率半径を有する） の光学系の断面図を第 15 (b) 図に、 そ の場合の収差図を第 16 (b) 図に示す。
2 00ot6c6Gooo1ooo-0-3Χ0ΐ8Μ· - =οι?
I0- OOOOT3TOOOOO XOSZO^"S =8¥
10-ョ XOOSSS'2- =9V
20-3X0OZ9S'2- =·Ύ
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ZO-3 XOOTOT'Z- =(»V
10-3 X0S½O"I- =ey
SO- 3 X0Z9i-9'9 =9V
SO- 3 X0S6^'I =»Ύ
10+3 xm 'i =i
II
o οε 00885 X 008 '9 01
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0'9S 08129· ΐ 2,89' I- 8
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S 'S L
0"9S 08TSS' 9
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S'l OISIS'T oo
1^9 εε9ΐ§·ΐ oo T 各暴 S
( 蘭 )
【ε挲】
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t8S900/^00Zdf/I3d 9mOI請 OAV 【表 4】
実施例 1と比較例との差異は、屈折作用可変光学要素 QLを、光軸方向逆に取り 付けた点のみであり、無限物体撮影時には、界面が光軸と直交するように制御され る。
第 14 (a) 図、 第 14 (b) 図と第 16 (a) 図、 第 16 (b) 図の非点収差 図を比較すると、実施例 1の方が軸外での像面湾曲および非点収差を低減している ことが分かる。また歪曲収差も小さく抑えられている。 このように屈折作用可変光 学要素の流動体界面 Bの曲率半径の絶対値が最小値を持つときの、界面頂点から曲 率半径中心の方向と、 界面頂点から前記開口絞りへの方向が一致することにより、 軸外光線の収差を低減することができる。
[実施例 2]
実施例 2にかかる光学系に関して、 そのレンズデータを表 5、表 6に示し、更に 無限遠物体撮影時の光学系の断面図を第 17 (a) 図に、 その場合の収差図を第 1 8 (a) 図に示し、 また物体距離 5 cmの物体撮影時（屈折作用可変光学要素 Q L の界面 Bの曲率半径の絶対値が最小値を有する） の光学系の断面図を第 1 7 (b) 図に、 その場合の収差図を第 18 (b) 図に示す。 実施例 2では、 屈折作用可変光 学要素 QLの封止板 2、 6に屈折力を持たせている。 SO- 3Χ006Ϊ9 ' ΐ- S0- 3X0扁 ·Τ—
SO—ョ Χ0網 ·ΐ
20- 3Χ 02926 "9- ΐο+ョ xosseo'i—
SO-ョ X0099S'S
一 3X006W2 - S0-3XO6ZiS'i'- ZO-ョ X06ZOO'S
20-3Χ0ϊΐ9Ζ"9- ="?
Τ0+3 0Α59Ζ'6- OT
W-3X00S0S'9
SO-ョ X0T&S9
20-3 X 01X69 "8- ΐΟ-3Χ06Ιΐε'Τ =9? ΐο-ョ xosa 's - οο+3χοεεζ8*ζ-
-厘 6镍
z o 89 p
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SO- 3 X0S890"T~
SO-ョ Χ0 ·Ι
SO- 3 X0S26X'I
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10-ョ Χ0¾£Γ6
9
職聽
ρΛ (πππ)α (画) a 各觀
【s挲】
εε
9^ΓΓ0Ϊ/^00∑: OAV 【表 6】
第 18 (a) 図、 第 18 (b) 図 （実施例 2) と第 14 (a) 図、 第 14 (b) 図 （比較例） の非点収差図を比較すると、実施例 2の方が軸外での非点収差を低減 していることが分かる。 このように屈折作用可変光学要素 QLを密閉する部材（封 止板 2、 6) の面を、物体距離に応じて変ィヒする界面 Bの曲率半径の絶対値が最小 値であるときの曲率半径の符号と同符号の曲面に形成することにより、特に軸外光 線の収差を低減することができる。
[実施例 3]
実施例 3にかかる光学系に関して、そのレンズデータを表 7、表 8に示し、更に 無限遠物体撮影時（屈折作用可変光学要素 Q Lの界面 Bの曲率半径の絶対値が最小 値を有する）の光学系の断面図を第 19 (a)図に、その場合の収差図を第 20 (a) 図に示し、また物体距離 5 cmの物体撮影時の光学系の断面図を第 19 (b)図に、 その場合の収差図を第 20 (b) 図に示す。 実施例 3でも、 屈折作用可変光学要素 QLの封止板 2、 6に屈折力を持たせている。
II
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l78S900/1O0Zdf/X3d 9 0謂 OAV 第 20 (a) 図、 第 20 (b) 図 （実施例 3) と第 14 (a) 図、 第 14 (b) 図 （比較例） の非点収差図を比較すると、実施例 3の方が軸外での非点収差を低減 していることが分かる。 このように屈折作用可変光学要素 QLを密閉する部材（封 止板 2、 6) の面を、物体距離に応じて変化する界面 Bの曲率半径が最小値を有す るときの、曲率半径の符号と同符号の曲面に形成することにより、特に軸外光線の 収差を低減することができる。
ここで、実施例 1〜3は、主レンズを構成する 3枚のレンズ L 1〜L3をプラス チック材料から形成した例である。 したがって、物体距離が固定であっても周囲温 度が変化すると、プラスチック材料の屈折率変化や熱膨張が原因となり光学系全系 の像点位置が変動してしまう恐れがあるが、 このような場合も、温度に応じて屈折 作用可変光学要素の屈折力を調整することによりピントの合った画像を得ること ができる。
なお、実施例 2では密閉部材曲面が球面形状である力 非球面形状であっても同 様の効果があり、さらに流動体と密閉部材境界面が球面または非球面であってもよ い。 また、 封止板 2、 6の空気との境界面側には、反射防止コーティングが施され ていると、光学系全体の透過率を向上させることができ望ましい。 さらに、密閉部 材の少なくとも一方が赤外線吸収特性を有する材料から形成されていると、別途赤 外線力ットフィルタを設ける必要がなく望ましい。
また、 本発明の別の形態として、 第 21 (a) 図及び第 21 (b) 図に示される 光学系が挙げられる。 この形態においては、屈折作用可変光学要素 QLと光学絞り が隣接して配置されたことを特徴とする。 第 21 (a) 図は、 物体距離が無限遠の 場合の光学系の状態を表し、 第 21 (b) 図は、 物体距離が短い場合の光学系の状 態を表す。 上述の図面と同じ番号は、 同じ部材を指し、 ここでは説明を省略する。 このように、屈折作用可変光学要素 Q Lに近接した位置に光学絞りを配置すること によって、屈折作用可変光学要素 Q Lの外径を小さくすることが可能となり、製造 が容易となる。
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態 に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更'改良が可能であることはもちろん である。 本発明の撮像装置は、 小型のデジタルスチルカメラや、携帯電話、 P D A 等の携帯端末に搭載されることが好ましいが、パソコンカメラなど他の用途にも用 いることができる。
【発明の効果】
上記の通り、撮像装置と、電気的に屈折作用を切り替え可能な光学用要素とを組 み合わせることにより、小型かつ多用途で、様々な補正や調整が可能な撮像装置を 得ることができる。
本発明によれば、オートフォーカス手段として電気毛細管現象を用いた可変焦点 レンズを有しながらも、収差が良好に捕正された光学系及び撮像装置を提供するこ とができる。

Claims

請求の範囲
1 . 基板と、前記基板上に設けられ、集光された光束を電気信号に変換する撮像 素子と、 被写体からの光束を前記撮像素子に対して集光させるように配置された 撮影光学素子と、前記撮像素子及び前記撮影光学素子を掩蔽する遮光部材と、前記 電気信号の出力及び前記撮像素子の制御を行う制御装置及び、屈折作用可変光学要 素、 とを有する撮像装置において、前記屈折作用可変光学要素が、第 1屈折率を有 するとともに、 導電性を有する第 1流動体と、 第 1屈折率とは異なる第 2屈折率 を有し、 絶縁性を有し、 且つ、 前記第 1流動体と非親和性を有すると共に、 前記第 1流動体と実質的に同密度である第 2流動体と、絶縁性材料から構成され、前記第 1流動体と前記第 2流動体が密閉充填されるとともに、前記第 1流動体と前記第 2 流動体を光束が通過するよう開口部が設けられた外殼部材と、前記第 1流動体に接 触する第 1電極と、前記外殻部材に設けられた第 2電極及び、前記第 1電極と第 2 電極の間に電圧を印加することにより、前記外殻部材の前記第 2流動体に対する濡 れ性を変化させることにより、前記第 2流動体の前記外殻部材内における充填形状 を変化せしめる電圧印加装置、 とを有することを特徴とする撮像装置。
2 . 前記屈折作用可変光学要素が、更に、 前記外殻部材の前記開口部を封止する 封止部材を有し、前記封止部材が光透過性を有するとともに、前記封止部材が少な くとも一方の面に非球面光学面を有することを特徴とする請求の範囲第 1項に記 載の撮像装置。
3 . 前記非球面光学面は、前記第 1流動体及び第 2流動体を前記光束が通過する ことによって生じる収差を解消する光学面とされていることを特徴とする請求の 範囲第 2項に記載の撮像装置。
4 . 前記屈折作用可変光学要素が、前記撮影光学素子よりも被写体側に配置され ることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の撮像装置。
5 . 前記屈折作用可変光学要素が、前記封止部材を撮像装置側に有し、 前記撮影 光学素子が、少なくとも最も被写体側に配置された光学素子を有するとともに、前 記封止部材と前記最も被写体側に配置された光学素子が共通の素子であることを 特徴とする請求の範囲第 4項に記載の撮像装置。
6 . 前記屈折作用可変光学要素が、更に、赤外光を遮断するとともに前記開口部 を封止する IRカツトフィルターを有することを特徴とする請求の範囲第 1項に記 載の撮像装置。
7 . 前記屈折作用可変光学要素が、更に、前記電圧印加装置により印加される電 圧の値と、 それに応じた前記第 2流動体の充填形状との関係を記憶した記憶手段、 及び、前記記憶手段に記憶された関係に基づいて、前記電圧印加装置により印加さ れる電圧を制御する電圧制御装置、とを有することを特徴とする請求の範囲第 1項 に記載の撮像装置。
8 . 前記屈折作用可変光学要素が、前記電圧印加装置によって印加される電圧に より焦点距離調節を行うことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の撮像装置。
9 . 前記屈折作用可変光学要素が、前記電圧印加装置によって印加される電圧に よりピント調整を行うことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の撮像装置。
1 0 . 前記屈折作用可変光学要素が、前記電圧印加装置によって印加される電圧 により、前記屈折作用可変光学要素の光軸を前記撮影光学素子の光軸に一致させる ようにシフト調整することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の撮像装置。
1 1 . 前記屈折作用可変光学要素が、前記電圧印加装置によって印加される電圧 により、前記屈折作用可変光学要素の光軸を前記撮影光学素子の光軸に一致させる ようにチルト調整することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の撮像装置。
1 2. 通過する光量を制限する光学絞,り、 及び、 屈折作用可変光学要素、 とを有 する光学系において、前記屈折作用可変光学要素が、第 1屈折率を有するとともに、 導電性を有する第 1流動体と、第 1屈折率とは異なる第 2屈折率を有し、絶縁性を 有し、 且つ、前記第 1流動体と親和性を有さないと共に、前記第 1流動体と実質的 に同密度である第 2流動体と、絶縁性材料から構成され、前記第 1流動体と前記第 2流動体が密閉充填されるとともに、前記第 1流動体と前記第 2流動体を光束が通 過するよう開口部が設けられた外殻部材と、 前記第 1流動体に接触する第 1電極、 前記外殻部材に設けられた第 2電極、及び、前記第 1電極と第 2電極の間に電圧を 印加することにより、前記第 1流動体と前記第 2流動体との界面の形状を変化せし める電圧印加装置、 とを有し、前記界面の曲率半径の絶対値が最小値を有するとき の、前記界面頂点から前記界面の曲率半径の中心の方向と、前記界面頂点から前記 光学絞りの方向が一致することを特徴とする光学系。
1 3 . 前記外殻部材の、前記光束の光路上の光学面のうち少なくとも一方の光学 面が曲面であるとともに、前記界面の曲率半径の絶対値が最小値を有するとき、前 記曲面の曲率半径の符号と前記第 1流動体と前記第 2流動体との界面の曲率半径 の符号とがー致することを特徴とする請求の範囲第 1 2項に記載の光学系。
1 4 . 前記光学系が、更に、前記屈折作用可変光学要素に近接もしくは接触する 光学素子を有し、
前記外殻部材の、前記光束の光路上の 2つの光学部材が平行平板であり、前記界 面の曲率半径の絶対値が最小値を有するとき、前記光学素子の少なくとも一方の光 学面の曲率半径の符号と、前記界面の曲率半径の符号とがー致することを特徴とす る請求の範囲第 1 2項に記載の光学系。
1 5 . 前記界面の曲率半径の絶対値が最小値を有するとき、前記外殻部材の曲面 の屈折パワーと前記界面の屈折パワーとが異符号を有することを特徴とする請求 の範囲第 1 3項に記載の光学系。
1 6 . 前記界面の曲率半径の絶対値が最小値を有するとき、前記光学素子の一方 の光学面の屈折パワーと、前記界面の屈折パワーとが異符号を有することを特 ¾と する請求の範囲第 1 4項に記載の光学系。
1 7 . 前記外殻部材の、 前記光束の光路上であり、 且つ、空気との境界面である 2つの面がそれぞれ曲面であり、前記界面の曲率半径の絶対値が最小値を有すると き、前記 2つの曲面の曲率半径の符号と、前記界面の曲率半径の符号とがー致する ことを特徴とする請求の範囲第 1 2項に記載の光学系。
1 8 . 前記第 1流動体及び前記第 2流動体のうち、 前記光学絞りに近レ、側の流動 体の屈折率を n i、前記光学絞りから遠い側の流動体の屈折率を n oとし、遠方距 離物体合焦時の前記界面の曲率半径を R f 、近距離物体合焦時の前記界面の曲率半 径を R nとするとき、
11 i > n oならば 1 R f I 〉 I R 11 I ( 1 )
を満たし、
11 iく n oならば i R f Iく I R n I ( 2 )
を満たすことを特徴とする請求の範囲第 1 2項に記載の光学系。
1 9 . 前記光学系が、更に、前記屈折作用可変光学要素よりも物体側から遠い側 に主レンズを有することを特徴とする請求の範囲第 1 2項に記載の光学系。
2 0 . 前記光学絞りが、前記屈折作用可変光学要素と隣接した位置に配置される ことを特徴とする請求の範囲第 1 9項に記載の光学系。
2 1 . 前記光学系の合焦可能物体距離範囲中において、前記屈折作用可変光学要 素の焦点距離の絶対値が最も大きくなるときの値を I f ， I とし、前記主レンズの 焦点距離を f とするとき、
I f I / f > 5 ( 3 ) を満たすことを特徴とする 1 9に記載の光学系。
2 2 . 前記外殻部材に、赤外光を力ットする機能を持たせたことを特徴とする請 求の範囲第 1 2項に記載の光学系。
2 3 . 請求の範囲第 1 2項に記載の光学系、及び、前記光学系によって集光され た光束を電気信号に変換する撮像素子、 とを有することを特徴とする撮像装置。
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