JP2000081573A - Optical system and image pickup device - Google Patents
Optical system and image pickup deviceInfo
- Publication number
- JP2000081573A JP2000081573A JP10349311A JP34931198A JP2000081573A JP 2000081573 A JP2000081573 A JP 2000081573A JP 10349311 A JP10349311 A JP 10349311A JP 34931198 A JP34931198 A JP 34931198A JP 2000081573 A JP2000081573 A JP 2000081573A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid crystal
- optical
- optical system
- lens
- variable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Instruments For Viewing The Inside Of Hollow Bodies (AREA)
- Lenses (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は自由曲面光学素子と
光学特性可変反射鏡を用いた撮像装置に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup apparatus using a free-form surface optical element and a variable optical characteristic reflecting mirror.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の可変焦点レンズや可変焦点ミラー
等の光学特性可変光学素子について可変焦点レンズを例
として述べる。2. Description of the Related Art A conventional variable-focus lens, a variable-focus mirror, and other optical characteristic variable optical elements will be described by taking a variable-focus lens as an example.
【0003】本発明の光学系にて用いる自由曲面光学素
子の自由曲面とは、非回転対称面にて構成された面であ
って、さらに対称面を1面のみ有するものもしくは対称
面を有しない曲面である。本発明の光学系のように自由
曲面(非回転対称面)を有する光学素子を用いた光学系
は、自由曲面の反射面を利用する光学系であるため、色
収差が発生しないというメリットがある。しかしその形
状が異形であるため素子を動かしてフォーカシングやズ
ーミングを行なうと移動機構等の機械的構造が複雑にな
るという欠点があった。The free-form surface of the free-form surface optical element used in the optical system of the present invention is a surface constituted by a non-rotationally symmetric surface and further has only one symmetric surface or no symmetric surface. It is a curved surface. An optical system using an optical element having a free-form surface (non-rotationally symmetric surface) like the optical system of the present invention is an optical system using a free-form surface reflecting surface, and therefore has an advantage that chromatic aberration does not occur. However, because of its irregular shape, there is a drawback that when focusing and zooming are performed by moving the element, a mechanical structure such as a moving mechanism becomes complicated.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記欠点を
解消するためになされたもので、自由曲面を有する光学
素子と光学特性可変反射鏡とよりなる光学系を提供する
ものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks, and has as its object to provide an optical system including an optical element having a free-form surface and a variable-optical-characteristic reflecting mirror.
【0005】又、本発明は、前記光学系と撮像素子とを
備えた撮像装置を提供するものである。[0005] The present invention also provides an image pickup apparatus provided with the above-mentioned optical system and an image pickup device.
【0006】又、本発明は前記光学系と表示素子とを備
えた観察装置、光学ファインダー等を提供するものであ
る。Another object of the present invention is to provide an observation device, an optical finder and the like provided with the optical system and a display element.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の光学系は非回転
対称面と光学特性可変反射鏡とを備えたことを特徴とす
る。According to the present invention, there is provided an optical system including a non-rotationally symmetric surface and a reflecting mirror having variable optical characteristics.
【0008】本発明の撮像装置は、非回転対称面を有す
る光学素子と光学特性可変反射鏡と、撮像素子とを備
え、前記反射鏡と前記撮像素子とが同一の基板上に配置
され、前記反射鏡と前記非回転対称面を有する光学素子
の全部又は一部が光学系を構成することを特徴とする。An image pickup apparatus according to the present invention comprises an optical element having a non-rotationally symmetric surface, a variable optical property reflecting mirror, and an image pickup element, wherein the reflection mirror and the image pickup element are arranged on the same substrate, All or part of the reflecting mirror and the optical element having the non-rotationally symmetric surface constitute an optical system.
【0009】又本発明の撮像装置は、非回転対称面を有
する光学素子と光学特性可変反射鏡とを備え、前記反射
鏡が前記光学素子のいずれかの面の近傍に配置されてい
ることを特徴とする。Further, the image pickup apparatus according to the present invention includes an optical element having a non-rotationally symmetric surface and a variable optical characteristic reflecting mirror, wherein the reflecting mirror is arranged near any surface of the optical element. Features.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】次の本発明の光学特性可変光学素
子の実施の形態について述べる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The following describes embodiments of the optical characteristic variable optical element of the present invention.
【0011】本発明の光学特性可変光学素子の第1の実
施の形態についてその光学素子として可変焦点レンズを
例として述べると、例えば図1に示す通りの構成であ
る。図1において1は屈折率の異方性が負の液晶、2は
配向膜、3は透明電極で透明基板4、5に設けられてい
る。The first embodiment of the optical characteristic variable optical element according to the present invention will be described with reference to a variable focus lens as an example of the optical element, for example, as shown in FIG. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a liquid crystal having a negative refractive index anisotropy, 2 denotes an alignment film, and 3 denotes a transparent electrode provided on transparent substrates 4 and 5.
【0012】このような構成の光学素子において、屈折
率の異方性が負の液晶1は、屈折率楕円体が図2に示す
ような形状をし、次の式(1)にて示す関係を有するこ
とを特徴としている。 ne<nox, ne<noy (1) ここでneは異常光線の屈折率、noxはx方向偏光の屈
折率、noyはy方向偏光の屈折率である。In the optical element having such a structure, the liquid crystal 1 having a negative refractive index anisotropy has a refractive index ellipsoid having a shape as shown in FIG. 2 and a relation represented by the following equation (1). It is characterized by having. n e <n ox, n e <n oy (1) where n e is the refractive index of the extraordinary ray, the refractive index of n ox is the x direction polarization, n oy is the refractive index in the y-direction polarized light.
【0013】又、上記液晶1は、下記式(2)を満足す
る。 nox=noy≡no (2) ただしnoは常光線の屈折率である。The liquid crystal 1 satisfies the following equation (2). n ox = n oy ≡n o ( 2) provided that n o is the refractive index of the ordinary ray.
【0014】このような屈折率の異方性が負の液晶より
なる可変焦点光学素子は、電圧が印加されない場合、液
晶1の分子のz方向が光軸の方向つまりZ方向を向くよ
うに配向膜3が形成されている。Such a variable focus optical element made of a liquid crystal having a negative anisotropy of refractive index is oriented so that the z direction of the molecules of the liquid crystal 1 is oriented in the direction of the optical axis, that is, the Z direction when no voltage is applied. The film 3 is formed.
【0015】このとき入射光に対する液晶の屈折率はn
oであって、光学素子は凸レンズとして作用する。At this time, the refractive index of the liquid crystal with respect to the incident light is n
o , wherein the optical element acts as a convex lens.
【0016】次に図1においてスイッチ9をオンにする
と液晶分子10の方向は図3に示すように向くため入射
光に対する屈折率は、下記式(3)のようになり低下す
る。 n=(ne+no)/2 (3)Next, when the switch 9 is turned on in FIG. 1, the direction of the liquid crystal molecules 10 is oriented as shown in FIG. 3, and the refractive index with respect to incident light is reduced as shown in the following equation (3). n = (n e + n o ) / 2 (3)
【0017】このような屈折力の低下により、素子は凸
レンズとしての屈折力が弱くなり焦点距離が大になって
可変焦点レンズとして作用する。又可変抵抗13を変化
させることにより、屈折率の変化は連続的になり、した
がって光学素子の焦点距離は連続的に変化させ得る。Due to such a decrease in the refractive power, the element has a weak refractive power as a convex lens, has a large focal length, and functions as a varifocal lens. Also, by changing the variable resistor 13, the change in the refractive index becomes continuous, and therefore the focal length of the optical element can be changed continuously.
【0018】ここで、配向膜2は液晶分子10を垂直配
向するように作られており、液晶分子10の方位角A
は、図4に示すようにx,y平面内でランダムになる。Here, the alignment film 2 is formed so as to vertically align the liquid crystal molecules 10, and the azimuth angle A of the liquid crystal molecules 10 is adjusted.
Becomes random in the x, y plane as shown in FIG.
【0019】したがって、どのような偏光の光が光学素
子に入射しても同一の焦点距離を有する可変焦点レンズ
として作用する。Therefore, no matter what kind of polarized light is incident on the optical element, it functions as a variable focus lens having the same focal length.
【0020】なお、液晶1はもともと図1に示すような
ホメオトロピック配向を有する性質を有しており、その
ため配向膜2は用いなくともよい。Note that the liquid crystal 1 originally has the property of having homeotropic alignment as shown in FIG. 1, so that the alignment film 2 does not have to be used.
【0021】また、液晶分子10の配向を変えるために
電圧の変化に代えて電場の周波数、磁場、温度等を変化
させてもよい。Further, in order to change the orientation of the liquid crystal molecules 10, the frequency of the electric field, the magnetic field, the temperature, etc. may be changed instead of changing the voltage.
【0022】又、液晶分子10が図5に示すように規則
的にほぼ直交する配向にしても図4に示す場合と同様な
効果が得られる。この時の液晶分子10の配列の周期S
は、下記式(4)のように使用する光の波長λに比べて
小さい方が光の散乱が少なくフレアーが減るため好まし
い。 0.5nm<S<λ (4)Further, even when the liquid crystal molecules 10 are regularly and substantially orthogonally aligned as shown in FIG. 5, the same effect as that shown in FIG. 4 can be obtained. At this time, the period S of the arrangement of the liquid crystal molecules 10 is
Is preferably smaller than the wavelength λ of the light used as in the following formula (4) because light scattering is reduced and flare is reduced. 0.5 nm <S <λ (4)
【0023】ここで波長λは可視光の場合350nm〜
700nmである。つまり可視光の場合式(4)は下記
の通りである。 0.5nm<S<700nmHere, the wavelength λ is 350 nm or more in the case of visible light.
700 nm. That is, in the case of visible light, equation (4) is as follows. 0.5 nm <S <700 nm
【0024】又、近赤外光の場合は、波長λは650n
m〜1200nmであり、したがって式(4)は下記の
ように表わすことができる。 0.5nm<S<1200nmIn the case of near-infrared light, the wavelength λ is 650 n
m to 1200 nm, so equation (4) can be expressed as: 0.5 nm <S <1200 nm
【0025】図5に示すように液晶分子10を配向させ
るためには、図6に示すようなピッチSの細かい溝11
を規則的に設ければよい。この溝11の深さは0.1n
m〜 数十nmで、例えば、日本光学会発行の菊田・
岩田共著、「波長より細かな格子構造による光制御光
学」27巻1号12頁〜17頁(1998)に記載され
ているような、描画露光とエッチングにより作ることが
できる。又、エッチング等により溝を形成した型を作
り、この型を用いてプラスチックに転写してもよい。In order to orient the liquid crystal molecules 10 as shown in FIG. 5, fine grooves 11 having a pitch S as shown in FIG.
May be provided regularly. The depth of this groove 11 is 0.1 n
m to several tens of nm. For example, Kikuta
It can be formed by drawing exposure and etching as described in Iwata, "Light control optics by lattice structure finer than wavelength", Vol. 27, No. 1, pp. 12-17 (1998). Alternatively, a mold in which a groove is formed by etching or the like may be formed, and the mold may be used for transfer to plastic.
【0026】図6に示すパターンの代わりに、図7に示
すような格子パターンの凹凸12等を用いてもよく、
x,y平面内で見た時の液晶分子10の方位が平均して
いればよい。つまり液晶1の屈折率が方位により異なら
なければよい。Instead of the pattern shown in FIG. 6, irregularities 12 or the like of a lattice pattern as shown in FIG. 7 may be used.
It is only necessary that the directions of the liquid crystal molecules 10 when viewed in the x and y planes are averaged. That is, it is sufficient that the refractive index of the liquid crystal 1 does not differ depending on the direction.
【0027】このパターンは、配向膜3ではなく、透明
基板5又は6の表面に形成してもよい。この場合、配向
膜3は省略し得ることもある。又微細な溝11はへこみ
でなく逆に出っ張っていてもよい。This pattern may be formed on the surface of the transparent substrate 5 or 6 instead of the alignment film 3. In this case, the alignment film 3 may be omitted in some cases. Further, the fine grooves 11 may protrude not concavities but on the contrary.
【0028】このように、xy平面内での液晶分子10
の方位を平均化して偏光によらず、ぼけない液晶レンズ
は、液晶が屈折率の異方性が負の場合のみでなく、下記
式(5)に示すような正のネマチック液晶を用いても、
図1と同様の構成の本発明の光学特性光学素子が実現で
きる。 ne>no (5)As described above, the liquid crystal molecules 10 in the xy plane
The liquid crystal lens which is not blurred regardless of polarization by averaging the orientation of not only the case where the liquid crystal has a negative refractive index anisotropy but also the case where a positive nematic liquid crystal represented by the following formula (5) is used. ,
An optical element of the present invention having the same configuration as that of FIG. 1 can be realized. n e> n o (5)
【0029】又、高分子分散液晶、カイラルスメクチッ
ク液晶、カイラルコレステリック液晶、強誘電性液晶、
反誘電性液晶、強誘電体等の電気光学効果、磁気光学効
果をもつ物質も本発明に適用できる。Also, polymer dispersed liquid crystal, chiral smectic liquid crystal, chiral cholesteric liquid crystal, ferroelectric liquid crystal,
Substances having an electro-optical effect and a magneto-optical effect, such as a ferroelectric liquid crystal and a ferroelectric, can also be applied to the present invention.
【0030】上記の各物質は、本発明の前記実施の形態
の他、後に詳細に述べる実施の形態にも適用できる。Each of the above-mentioned substances can be applied to the embodiment described later in detail, in addition to the above-mentioned embodiment of the present invention.
【0031】図8、図9は、本発明の他の第2の実施の
形態を示す図で、光軸方向及びそれと直交する方向に電
場を加えることにより液晶14の配向変化を高速にした
液晶レンズの例である。FIGS. 8 and 9 show another embodiment of the present invention, in which an electric field is applied in the direction of the optical axis and in the direction perpendicular thereto, so that the orientation of the liquid crystal 14 changes at high speed. It is an example of a lens.
【0032】これら図における、液晶14は図1に示す
液晶と同様屈折率異方性が負の液晶である。又この実施
の形態は、電場を印加する部材として、図1等に示すよ
うな電極とこれに接続する交流電源8、スイッチ9、可
変抵抗13よりなる部材のほかに光軸6を挟んで相対し
て配置した電極19とこれに接続する交流電源18、ス
イッチ16、可変抵抗17よりなる他の電場を印加する
部材を備えた構成の光学特性可変光学素子(可変焦点レ
ンズ)である。In these figures, the liquid crystal 14 is a liquid crystal having a negative refractive index anisotropy like the liquid crystal shown in FIG. In this embodiment, as a member to which an electric field is applied, in addition to a member including an electrode as shown in FIG. This is an optical characteristic variable optical element (variable focus lens) having a configuration including an electrode 19 that is disposed in the above-described manner, and a member for applying another electric field, such as an AC power supply 18, a switch 16, and a variable resistor 17 connected thereto.
【0033】この可変焦点レンズつまり、液晶レンズに
おいて、図8はスイッチ9がオンでスイッチ16がオフ
の状態を示してある。FIG. 8 shows a state in which the switch 9 is turned on and the switch 16 is turned off in the variable focus lens, that is, the liquid crystal lens.
【0034】この液晶レンズ15の焦点距離を変化させ
るためには、図9に示すようにスイッチ9をオフにし、
これとほぼ同時にスイッチ16をオンにする。これによ
り電極19を通して液晶14に電場が加わり、液晶14
は、そのz方向を光軸と平行に変え、したがって液晶レ
ンズの屈折率は大になり凹レンズとしての作用が強くな
り焦点距離が変化する。In order to change the focal length of the liquid crystal lens 15, the switch 9 is turned off as shown in FIG.
At about the same time, the switch 16 is turned on. As a result, an electric field is applied to the liquid crystal 14 through the electrode 19,
Changes its z direction parallel to the optical axis, so that the refractive index of the liquid crystal lens increases, the action as a concave lens increases, and the focal length changes.
【0035】図10は、図8、図9に示す液晶光学素子
15を+z軸方向より見た図であって、電極19の配置
位置とその形を示した図である。FIG. 10 is a view of the liquid crystal optical element 15 shown in FIGS. 8 and 9 as viewed from the + z-axis direction, and is a view showing the arrangement position of the electrode 19 and its shape.
【0036】図11は、図8、図9、図10に示す第2
の実施の形態の変形例であって、これらと電極19の配
置位置と形状が異なる変形例である。尚図11において
(A)は+z方向から見た図、(B)は−x方向から見
た図である。つまり図11(B)に示す透明基板4又は
5のうちの少なくとも一方の外周部に図11(A)のよ
うに透明電極4とは絶縁された状態で電極19を設けた
もので、図10に示すものとほぼ同様の効果が得られ
る。FIG. 11 is a sectional view showing the second embodiment shown in FIGS. 8, 9 and 10.
This is a modification of the above embodiment, in which the arrangement positions and shapes of the electrodes 19 are different from those of the above embodiments. 11A is a diagram viewed from the + z direction, and FIG. 11B is a diagram viewed from the -x direction. That is, as shown in FIG. 11A, an electrode 19 is provided on the outer peripheral portion of at least one of the transparent substrates 4 and 5 shown in FIG. 11B while being insulated from the transparent electrode 4. Almost the same effects as those shown in FIG.
【0037】図8等に示す第2の実施の形態は、液晶分
子14のz軸を光軸6に平行に向ける時の応答速度が図
3等に示す実施の形態の液晶レンズに比べて速くできる
ことが特徴である。In the second embodiment shown in FIG. 8 and the like, the response speed when the z-axis of the liquid crystal molecules 14 is oriented parallel to the optical axis 6 is faster than the liquid crystal lens of the embodiment shown in FIG. The feature is that you can do it.
【0038】また、液晶分子14には、液晶レンズ15
の焦点距離が長い場合も短くなる場合も電場が加わって
おり、液晶分子の配向にばらつきが少なく光の散乱が少
ない点で優れている。The liquid crystal molecules 14 include a liquid crystal lens 15.
The electric field is applied when the focal length of the liquid crystal is long or short, and the method is excellent in that there is little variation in the alignment of liquid crystal molecules and light scattering is small.
【0039】また、可変抵抗13および17を適当に調
整することによって液晶レンズ15の焦点距離を連続的
に変化させることができる。その時の液晶分子14の配
向は図8に示すスイッチ9がオンでスイッチ16がオフ
の状態と、図9に示すスイッチ9がオフでスイッチ16
がオンの状態の中間の状態になる。The focal length of the liquid crystal lens 15 can be continuously changed by appropriately adjusting the variable resistors 13 and 17. At this time, the orientation of the liquid crystal molecules 14 is such that the switch 9 shown in FIG. 8 is on and the switch 16 is off, and the switch 9 shown in FIG.
Is in an intermediate state of the ON state.
【0040】以上の説明は、液晶分子10又は14の駆
動交流周波数に対する誘電異方性も屈折率異方性と同様
に負であるとして説明した。In the above description, the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecules 10 or 14 with respect to the driving AC frequency is also negative similarly to the refractive index anisotropy.
【0041】このような液晶の例としてはディスコティ
ック液晶があげれらている。As an example of such a liquid crystal, a discotic liquid crystal is cited.
【0042】また、図8等に示す第2の実施の形態にお
いて液晶分子14の代わりに正の屈折率異方性と誘電異
方性をもつネマチック液晶20を用いた液晶レンズが図
12に示す可変焦点レンズ21である。したがって下記
の式(5)の関係が成り立つ。 ne>no (5)FIG. 12 shows a liquid crystal lens using a nematic liquid crystal 20 having a positive refractive index anisotropy and a dielectric anisotropy instead of the liquid crystal molecules 14 in the second embodiment shown in FIG. It is a variable focus lens 21. Therefore, the following equation (5) holds. n e> n o (5)
【0043】ネマチック液晶20は、螺旋状にピッチP
で配向している。The nematic liquid crystal 20 has a pitch P
Orientation.
【0044】図12は、前記可変焦点レンズを用いたデ
ジタルカメラ撮像装置である。この図12に示す撮像装
置にて用いられている可変焦点レンズは、一つの液晶分
子20の方向はほぼX−Y平面に平行である。液晶のピ
ッチPの値が可変焦点レンズ21を使用する光の波長λ
の20倍〜60倍程度以下であるとすれば、液晶分子2
0は、実用上等方媒質であるとみなすことができる。FIG. 12 shows a digital camera image pickup apparatus using the variable focus lens. In the variable focus lens used in the imaging apparatus shown in FIG. 12, the direction of one liquid crystal molecule 20 is substantially parallel to the XY plane. The value of the pitch P of the liquid crystal is the wavelength λ of light using the varifocal lens 21.
20 to 60 times or less of the liquid crystal molecules 2
0 can be regarded as a practically isotropic medium.
【0045】今ピッチPが波長λ以下つまり下記式
(6)にて示す通りであるとする。 P<λ (6)It is assumed that the pitch P is equal to or less than the wavelength λ, that is, as shown by the following equation (6). P <λ (6)
【0046】するとこの液晶は等方媒質に近づく。以下
その理由をのべる。Then, the liquid crystal approaches an isotropic medium. The reasons will be described below.
【0047】今、下記条件(5−1)を満足するとす
る。 P<<λ (5−1)Assume that the following condition (5-1) is satisfied. P << λ (5-1)
【0048】このように、ピッチPが光の波長λに比べ
て非常に小さいと、液晶は入射光の偏光によらず、下記
(5−2)にて与えられる屈折率n’をもつ媒質として
作用する。 n’=(ne+no)/2 (5−2)As described above, when the pitch P is much smaller than the wavelength λ of the light, the liquid crystal is a medium having a refractive index n ′ given by the following (5-2) regardless of the polarization of the incident light. Works. n '= (n e + n o) / 2 (5-2)
【0049】次に、ジョーンズのベクトルと行列によっ
て、なぜ、この実施の形態のネマッテク液晶が実行的に
屈折率n’の等方的な媒質としてふるまうのかを説明す
る。Next, the reason why the nematic liquid crystal of this embodiment behaves effectively as an isotropic medium having a refractive index n 'will be described with reference to Jones' vector and matrix.
【0050】コロナ社発行の吉野勝美、尾崎雅則共著
「液晶とディスプレイ応用の基礎」の85頁〜92頁に
示される、式によれば、絶対的な位相の変化exp(−
iα)を含めた時、図12に示した厚さdのネマテック
液晶に対するジョーンズの行列Wtは下記の式(5−
3)にて与えられる。 According to the equations shown on pages 85 to 92 of "Konomi Yoshino and Masanori Ozaki", published by Corona Co., Ltd., "Basics of Liquid Crystal and Display Applications", the absolute phase change exp (-
i.alpha) when including matrix W t Jones for nematic liquid crystal thickness d shown in FIG. 12 below formula (5
Given in 3).
【0051】ただし、Φ、Γ、α、X、R(−Φ)は夫
々下記の式(5−4)、(5−5)、(5−6)、(5
−7)、(5−8)の通りである。 Φ=2πd/P (5−4) ここで、常光を液晶分子の短軸方向の偏光と定義し、異
常光を液晶分子の長軸方向の偏光、又は、長軸を光軸に
垂直な平面へ投影した時の方向の偏光と定義すると、Γ
はネマテック液晶による常光と異常光の位相差を表わ
す。Here, Φ, Γ, α, X, and R (−Φ) are represented by the following equations (5-4), (5-5), (5-6), and (5-6), respectively.
-7) and (5-8). Φ = 2πd / P (5-4) Here, ordinary light is defined as polarization in the short axis direction of liquid crystal molecules, and extraordinary light is defined as polarization in the long axis direction of liquid crystal molecules, or polarization in the direction when the long axis is projected on a plane perpendicular to the optical axis. Then Γ
Represents the phase difference between ordinary light and extraordinary light by the nematic liquid crystal.
【0052】なお、Φはネマテック液晶の液晶分子の、
捩れ角をラジアンで表わしたものである。又式(5−
3)、式(5−8)の座標系は、図12に示すx,y,
z軸のように取るものとする。つまり、x軸は紙面の表
から裏側へ向かっており、y軸はカイラルネマテック液
晶の入射面での液晶分子長軸の方向である。式(5−
1)の条件のもとで、式(5−3)のWtがどのように
なるかを調べてみる。Φ is the number of the liquid crystal molecules of the nematic liquid crystal,
The torsion angle is expressed in radians. The formula (5-
3), the coordinate system of equation (5-8) is represented by x, y,
It is taken like the z-axis. That is, the x-axis is from the front to the back of the paper, and the y-axis is the direction of the long axis of the liquid crystal molecules on the plane of incidence of the chiral nematic liquid crystal. The formula (5-
Under the condition of 1), let us examine what W t in the equation (5-3) looks like.
【0053】式(5−1)は次の式(5−9)のように
変形できる。 0<P/λ<<1 (5−9)The equation (5-1) can be transformed into the following equation (5-9). 0 <P / λ << 1 (5-9)
【0054】そこでp/λ→0の時、式(5−3)のW
tの極限値WtLを求める。Therefore, when p / λ → 0, W in equation (5-3)
Find the limit value W t L of t .
【0055】Γ/Φは(5−10)にて与えられる。 Γ/Φ=(ne−no)(P/λ) (5−10)Γ / Φ is given by (5-10). Γ / Φ = (n e -n o) (P / λ) (5-10)
【0056】したがって、P/λ<<1のときΓ/Φは
式(5−11)に示すようになる。 |Γ/Φ|<<1 (5−11)Therefore, when P / λ << 1, Γ / Φ is as shown in equation (5-11). | Γ / Φ | << 1 (5-11)
【0057】したがってP/λ→0のとき|Γ/Φ|→
0となる。Therefore, when P / λ → 0, | Γ / Φ | →
It becomes 0.
【0058】式(5−11)の条件のもとでは、式(5
−7)のXは、下記式(5−12)、(5−13)、
(5−14)のようになる。 と近似でき、P/λ→0のとき、それぞれ、 X→Φ (5−16) cosX→cosΦ (5−17) となるので、P/λ→0のとき、WtLは(5−20)の
ようになる。 Under the condition of Expression (5-11), Expression (5)
X in -7) is the following formula (5-12), (5-13),
(5-14). When P / λ → 0, X → Φ (5-16) cosX → cosΦ (5-17) Therefore, when P / λ → 0, W tL becomes as (5-20).
【0059】これは屈折率n’=(ne+no)/2、厚
さdの、光軸に沿って等方な媒質のジョーンズ行列にほ
かならない。[0059] This is the refractive index n '= (n e + n o) / 2, the thickness d, none other than isotropic medium Jones matrix along the optical axis.
【0060】したがって、P/λ<<1であるので、図
12の可変焦点レンズ21は、屈折率n’のレンズとし
て作用しぼけのない結像が実現できる。Therefore, since P / λ << 1, the varifocal lens 21 shown in FIG. 12 functions as a lens having a refractive index n ′, and an image without blur can be realized.
【0061】尚、図14のように液晶が中間の配列の場
合においても、neの値を、neとnoのある中間の値で
ある異常光の屈折率ne’で置きかえることで、上記の
式(5−3)〜(5−20)を満足するようにすること
が可能である。[0061] Incidentally, even when the liquid crystal is intermediate sequence as shown in FIG. 14, the value of n e, by replacing in n e and n o of some intermediate value a is extraordinary light refractive index n e ' , (5-3) to (5-20) described above can be satisfied.
【0062】尚、図12のように構成することにより電
圧の印加のしかたとしては、連続可変に限らず、いくつ
かの離散的な電圧値の中から印加電圧を選択するように
しても、可変焦点レンズが実現できる。By applying the configuration shown in FIG. 12, the method of applying the voltage is not limited to continuously variable, and the voltage may be varied by selecting the applied voltage from several discrete voltage values. A focus lens can be realized.
【0063】ここで、図12のような構成の可変焦点レ
ンズの実際的な例について、詳細に説明する。Here, a practical example of the varifocal lens having the configuration shown in FIG. 12 will be described in detail.
【0064】式(5−20)にはP/λ→0の極限の場
合が示されているが、実際の液晶レンズ、可変焦点レン
ズではかならずしも極限値があてはまらない場合もある
ので、式(5−3)の近似式を導いてみる。P/λ<1
でなくても良い。Equation (5-20) shows the limit case of P / λ → 0. However, since the limit value may not always be applied to an actual liquid crystal lens or varifocal lens, the equation (5-20) is used. Let us derive the approximate expression of -3). P / λ <1
It is not necessary.
【0065】式(5−3)をP/λの1次までを考えて
近似すると、次のようになる。つまり、式(5−12)
〜式(5−14)で、P/λの1次まで、即ち式(5−
10)より、Γ/Φの1次までを残し、Γ/Φの2次以
上を省略すると式(5−21)のようになる。 Equation (5-3) can be approximated by considering the first order of P / λ as follows. That is, equation (5-12)
In the expression (5-14), up to the first order of P / λ, that is, the expression (5-
From equation (10), if the first order of Γ / Φ is left and the second or higher order of Γ / Φ is omitted, equation (5-21) is obtained.
【0066】これら式(5−20)、(5−21)、
(5−22)より下記式(5−23)が得られる。 These formulas (5-20), (5-21),
The following formula (5-23) is obtained from (5-22).
【0067】したがって、WtNの値が、等方媒質のジョ
ーンズ行列とほぼ等しいとみなせるためには、|i・Γ
/2Φ|が0に近ければよい。この時WtNは下記式(5
−24)に近づく。 Therefore, in order for the value of W tN to be considered substantially equal to the Jones matrix of the isotropic medium, | i · |
/ 2Φ | should be close to 0. At this time, W tN is given by the following equation (5)
-24).
【0068】この式(5−24)は、液晶が入射光の偏
光方向Γ/4・Γ/Φだけ回転するが、等方媒質である
とみなせることを意味している。The equation (5-24) means that the liquid crystal rotates by the polarization direction Γ / 4 光 / Φ of the incident light, but can be regarded as an isotropic medium.
【0069】したがって、式(5−25)を満足する、
つまりおよそ式(5−26)を満足すれば、ぼけない可
変焦点レンズが得られる。Therefore, the expression (5-25) is satisfied.
That is, if approximately the expression (5-26) is satisfied, a variable-focus lens that does not blur can be obtained.
【0070】 |i・(Γ/2Φ)|≒0 (5−25) |Γ/2Φ|<0.11 (5−26) 式(5−10)より、Γ/2Φは下記式(5−27)に
て表わされる。 | I · (Γ / 2Φ) | ≒ 0 (5-25) | Γ / 2Φ | <0.11 (5-26) From equation (5-10), Γ / 2Φ is calculated by the following equation (5- 27).
【0071】実際のレンズ付撮像装置、例えば電子カメ
ラ、VTRカメラ、電子内視鏡等の、比較的低コストの
製品等のレンズに本発明の可変焦点レンズを用いる場
合、固体撮像素子の画素数が少なく、高解像を要求しな
い場合もあるので、式(5−26)は条件をゆるめるこ
とができ、下記条件(5−28)を満足すればよい。 |Γ/2Φ|<1 (5−28)When the variable focus lens of the present invention is used for an actual imaging device with a lens, for example, a relatively low-cost product such as an electronic camera, a VTR camera, and an electronic endoscope, the number of pixels of the solid-state imaging device In some cases, high resolution is not required, so that the condition of the equation (5-26) can be relaxed, and the condition (5-28) below must be satisfied. | Γ / 2Φ | <1 (5-28)
【0072】画素数の多い電子撮像装置のレンズ、フィ
ルムカメラ、顕微鏡等の高画質の製品等のレンズでは高
解像が要求されるので、下記条件(5−29)を満足す
ることが望ましい。 |Γ/2Φ|<π/6 (5−29)High resolution is required for a lens of an electronic image pickup device having a large number of pixels, a lens of a high image quality such as a film camera, a microscope, or the like. Therefore, it is desirable to satisfy the following condition (5-29). | Γ / 2Φ | <π / 6 (5-29)
【0073】光ディスクのレンズ等結像に用いないレン
ズあるいは画素数の少ない電子撮像装置等の場合、条件
はさらにゆるめられ、下記条件(5−30)を満足すれ
ばよい。 |Γ/2Φ|<π (5−30)In the case of a lens not used for image formation, such as a lens of an optical disk, or an electronic image pickup device having a small number of pixels, the conditions are further relaxed, and the following condition (5-30) may be satisfied. | Γ / 2Φ | <π (5-30)
【0074】尚、本実施の形態に共通して言えることで
あるが、液晶がらせん状の配列の時、液晶分子の長軸方
向が光軸に対して垂直でない時、つまり斜めの時は、式
(5−1)、式(5−26)〜式(5−30)のneを
上記のne’で置きかえればよい。As can be said in common with this embodiment, when the liquid crystal has a helical arrangement, when the major axis direction of the liquid crystal molecules is not perpendicular to the optical axis, that is, when the liquid crystal molecules are oblique, equation (5-1), the formula (5-26) to formula a n e of (5-30) may be replaced by the above n e '.
【0075】次に設計例を述べる。Next, a design example will be described.
【0076】ネマテック液晶の厚さdは、薄いとレンズ
のパワーが弱く役に立たないし、厚いと光が散乱しフレ
アの原因となるので、厚さdは下記条件(5−31)を
満足することが望ましい。 2μ<d<300μ (5−31)When the thickness d of the nematic liquid crystal is small, the lens power is weak and useless. When the thickness d is large, light is scattered and causes flare. Therefore, the thickness d may satisfy the following condition (5-31). desirable. 2μ <d <300μ (5-31)
【0077】又、光の波長λは可視光を考えると、下記
条件(5−32)の範囲である。 0.35μ<λ<0.7μ (5−32)The wavelength λ of the light is in the range of the following condition (5-32) in consideration of visible light. 0.35μ <λ <0.7μ (5-32)
【0078】又、ne−noの値は液晶の物性で決まり、
下記(5−33)の範囲の物質が多い。 0.01<|ne−no|<0.4 (5−33)[0078] In addition, the value of n e -n o is determined by the physical properties of the liquid crystal,
There are many substances in the following range (5-33). 0.01 <| n e -n o | <0.4 (5-33)
【0079】次に設計例として下記第1〜第4の設計例
を示す。 第1設計例 d=15μ λ=0.5μ ne−no=0.2 P=0.06μ したがって Γ/2Φ=(1/2)・0.2×0.06/0.5=
0.012 となり、式(5−20)、式(5−28)、式(5−2
9)、式(5−30)を満たす。Next, the following first to fourth design examples are shown as design examples. The first design example d = 15μ λ = 0.5μ n e -n o = 0.2 P = 0.06μ thus Γ / 2Φ = (1/2) · 0.2 × 0.06 / 0.5 =
0.012, and the expressions (5-20), (5-28), and (5-2)
9), satisfying the expression (5-30).
【0080】第2設計例 d=50μ λ=0.6μ ne−no=0.25 P=0.5μ したがって Γ/2Φ=(1/2)・0.5×0.25/0.6=
0.1042 となり、式(5−26)、式(5−28)、式(5−2
9)、式(5−30)を満たす。[0080] The second design example d = 50μ λ = 0.6μ n e -n o = 0.25 P = 0.5μ Therefore Γ / 2Φ = (1/2) · 0.5 × 0.25 / 0. 6 =
0.1042, and the formula (5-26), the formula (5-28), and the formula (5-2)
9), satisfying the expression (5-30).
【0081】第3設計例 d=100μ λ=0.55μ ne−no=0.2 P=3μ したがって Γ/2Φ=(1/2)・0.2×3/0.55=0.5
454 となり、式(5−28)、式(5−30)を満たす。[0081] The third design example d = 100μ λ = 0.55μ n e -n o = 0.2 P = 3μ Thus Γ / 2Φ = (1/2) · 0.2 × 3 / 0.55 = 0. 5
454, thereby satisfying the expressions (5-28) and (5-30).
【0082】第4設計例 d=200μ λ=0.95μ ne−no=0.2 P=7μ したがって Γ/2Φ=(1/2)・0.2×7/0.95=0.7
37 となり、式(5−28)、式(5−30)を満たす。[0082] The fourth design example d = 200μ λ = 0.95μ n e -n o = 0.2 P = 7μ Therefore Γ / 2Φ = (1/2) · 0.2 × 7 / 0.95 = 0. 7
37, thereby satisfying the expressions (5-28) and (5-30).
【0083】以上の各設計例は、カイラルネマチック液
晶を例にとって説明したが、ネマチック液晶のらせんの
ピッチを用いる光の波長よりも小さくするためには、カ
イラル剤を液晶に混ぜるとよい。In each of the above design examples, a chiral nematic liquid crystal has been described as an example. However, in order to make the helical pitch of the nematic liquid crystal smaller than the wavelength of light using a chiral agent, it is advisable to mix a chiral agent with the liquid crystal.
【0084】カイラル剤としては、コレステリック液晶
又は合成品の光学活性化合物等が用いられる。下記化学
式(1)、化学式(2)はネマチック液晶の例で又化学
式(3)、化学式(4)はカイラル剤の例である。 As the chiral agent, a cholesteric liquid crystal or a synthetic optically active compound is used. The following chemical formulas (1) and (2) are examples of nematic liquid crystals, and chemical formulas (3) and (4) are examples of chiral agents.
【0085】前記式(5−30)において、展型的な液
晶の例で考えると ne−no=0.1 として (1/2)×0.1(P/λ)<π より P<20π・λ≒62.8λ (5−61)が得ら
れる。[0085] In Formula (5-30), exhibition type specific Considering the example of the liquid crystal n e -n o = 0.1 as (1/2) × 0.1 (P / λ) <π than P <20π · λ ≒ 62.8λ (5-61) is obtained.
【0086】同様にne−no=0.1を式(5−28)
にあてはめると、 P<20λ (5−62)が得ら
れる。[0086] Similarly, the n e -n o = 0.1 formula (5-28)
By applying to, P <20λ (5-62) is obtained.
【0087】したがって液晶を用いる製品によって式
(5−61)又は式(5−62)を満足するようにすれ
ば、ぼけ(フレアー)の少ない可変焦点レンズ等の光学
特性可変光学素子が得られる。又式(5−1)〜(5−
30)はネマチック液晶に限らず、ピッチPの螺旋構造
をもつ液晶すべてにあてはまる。そのような液晶の例と
しては、コレステリック液晶、スメクチック液晶、強誘
電性液晶、反強誘電性液晶等が挙げられる。Therefore, by satisfying the expression (5-61) or the expression (5-62) with a product using a liquid crystal, an optical element with variable optical characteristics such as a variable focus lens with less blurring (flare) can be obtained. Also, the formulas (5-1) to (5-
30) applies not only to nematic liquid crystals but also to all liquid crystals having a helical structure with a pitch P. Examples of such liquid crystals include cholesteric liquid crystals, smectic liquid crystals, ferroelectric liquid crystals, antiferroelectric liquid crystals, and the like.
【0088】図13は、図12に示す撮像装置で用いる
可変焦点レンズ21をZ方向より見た図で、電極22
a,22b,22c,23a,23b,23cを可変焦
点レンズ21の外周に6分割して透明電極4とは絶縁し
て配置されている。これら電極の対22a−23a,2
2b−23b,22c−23cは、3連スイッチ24に
より順番に交流電圧が加わるようになっている。このよ
うに電場の方向を変えることにより液晶の配向がほぼ等
方的になるようにできる。もし、一方向だけに電場をか
けると液晶分子の螺旋がほどけてしまうことがある。FIG. 13 is a view of the varifocal lens 21 used in the image pickup apparatus shown in FIG.
a, 22b, 22c, 23a, 23b, and 23c are divided into six parts on the outer periphery of the varifocal lens 21 and are arranged insulated from the transparent electrode 4. These electrode pairs 22a-23a, 2
AC voltages are sequentially applied to the switches 2 b-23 b and 22 c-23 c by the triple switch 24. By changing the direction of the electric field, the orientation of the liquid crystal can be made almost isotropic. If an electric field is applied in only one direction, the spiral of liquid crystal molecules may be unwound.
【0089】次に図12、図13に示す装置の動作につ
いて述べる。Next, the operation of the apparatus shown in FIGS. 12 and 13 will be described.
【0090】まず、スイッチ9がオンの時、3連スイッ
チ24はオフにしておく。これにより液晶分子20は分
子長軸が光軸とほぼ平行になっている。この時液晶レン
ズ部25は弱いパワーの凹レンズになる。First, when the switch 9 is on, the triple switch 24 is off. As a result, the liquid crystal molecules 20 have the molecular major axis substantially parallel to the optical axis. At this time, the liquid crystal lens unit 25 becomes a concave lens having a low power.
【0091】次にスイッチ9をオフにして、同時に3連
スイッチ24をオンにすると、液晶分子20には横方向
の電場が加わるために、分子20の配向は高速で図12
に示すように変わる。Next, when the switch 9 is turned off and the triple switch 24 is turned on at the same time, since a horizontal electric field is applied to the liquid crystal molecules 20, the molecules 20 are oriented at high speed as shown in FIG.
Changes as shown.
【0092】又、3連スイッチ24の三つの電極に加わ
る電圧の切り換えの周期Tは、次の関係を満足させる必
要がある。The switching period T of the voltage applied to the three electrodes of the triple switch 24 must satisfy the following relationship.
【0093】図12に示す光学系で、3連スイッチ24
がオフでスイッチ9がオンの状態で、ある時刻にスイッ
チ9をオフにすると液晶分子20は配向膜3の配向規制
力等により3連スイッチをオンにしなくとも、自然に図
12に示すような配向になる。In the optical system shown in FIG.
When the switch 9 is turned off at a certain time while the switch 9 is turned on and the switch 9 is turned on, the liquid crystal molecules 20 are naturally turned on as shown in FIG. Orientation.
【0094】このように、自然に図12に示すような配
向になるまでの時間をτとすると次の関係を有すること
が必要である。 T≦τ (7) もしTがあまり大で上記(7)を満足しないと液晶分子
20の螺旋がほどけて液晶分子20の配向が配向膜2に
平行なホモジニアス配向になるおそれがある。As described above, when the time until the orientation naturally becomes as shown in FIG. 12 is τ, it is necessary to have the following relationship. T ≦ τ (7) If T is too large and does not satisfy the above (7), the helix of the liquid crystal molecules 20 may be loosened, and the alignment of the liquid crystal molecules 20 may become a homogeneous alignment parallel to the alignment film 2.
【0095】上記式(7)は実用的には下記式(7−
1)を満足すればよい。 T≦10τ (7−1)The above equation (7) is practically the following equation (7-
It is only necessary to satisfy 1). T ≦ 10τ (7-1)
【0096】この式(7−1)を満足しないと、電極2
2、23に加わる電圧が弱いと、液晶分子20が完全な
螺旋状配向になるまでに時間がかかる場合もあるからで
ある。If the expression (7-1) is not satisfied, the electrode 2
This is because if the voltage applied to 2, 23 is weak, it may take time until the liquid crystal molecules 20 are completely helically aligned.
【0097】なお、液晶分子20の配向が一度図12に
示すような状態に戻った後は、3連スイッチ24を継続
的にオフにしてもよい。つまり、液晶分子20の配向が
光軸7に平行な状態のホメオトロピック配向からスイッ
チ9をオフにしても図12に示すような螺旋状配向に変
化するまでの間だけ3連スイッチ24をオンにしておい
てもよい。これにより電気を節約でき有利である。After the orientation of the liquid crystal molecules 20 returns to the state as shown in FIG. 12, the triple switch 24 may be continuously turned off. That is, even when the switch 9 is turned off from the homeotropic alignment in which the alignment of the liquid crystal molecules 20 is parallel to the optical axis 7, the triple switch 24 is turned on only until it changes to a helical alignment as shown in FIG. You may keep it. This advantageously saves electricity.
【0098】又、図14に示すように可変抵抗13およ
び17を適当に調整して液晶分子20の方向を光軸に対
して斜めに配列させることによって可変焦点レンズ21
の焦点距離を連続的に変えることができる。つまりズー
ムレンズ等に用いると便利である。Also, as shown in FIG. 14, the variable resistors 13 and 17 are appropriately adjusted so that the direction of the liquid crystal molecules 20 is obliquely arranged with respect to the optical axis, so that the variable focus lens 21 is formed.
Can be continuously changed. That is, it is convenient to use it for a zoom lens or the like.
【0099】図15は、第3の実施の形態を示す図で、
図12乃至図14に示す可変焦点レンズをズームレンズ
に用いた例である。図において21A、21Bは夫々図
12等に示す可変焦点レンズ21であり、そのうち21
Aは絞り26の前方に又、21Bは絞り26の後方に配
置された夫々前群と後群である。つまりこのズームレン
ズは、凹の作用をもつ可変焦点レンズ21Aよりなる負
の屈折力の前群と絞り26と凸の作用をもつ可変焦点レ
ンズ21Aと凸レンズ29よりなり全体として正の屈折
力をもつ後群とよりなり、各レンズを機械的に移動させ
ることなしに可変焦点レンズ21Aと21Bの焦点距離
を変化させることにより、レンズ系全系の焦点距離を変
化させると共に像面の移動を補正することができる。
又、同様にピント合わせを行なうことができる。FIG. 15 shows the third embodiment.
15 is an example in which the varifocal lens shown in FIGS. 12 to 14 is used for a zoom lens. In the figure, reference numerals 21A and 21B denote variable focus lenses 21 shown in FIG.
A denotes a front group and 21B denotes a front group and a rear group disposed behind the stop 26, respectively. That is, this zoom lens has a front group of negative refractive power composed of a variable focal length lens 21A having a concave function, a diaphragm 26, a variable focal length lens 21A having a convex function and a convex lens 29, and has a positive refractive power as a whole. The rear lens group includes a rear lens group. By changing the focal length of the varifocal lenses 21A and 21B without mechanically moving each lens, the focal length of the entire lens system is changed and the movement of the image plane is corrected. be able to.
In addition, focusing can be performed similarly.
【0100】又、この例では、可変焦点レンズ21Aを
駆動してその焦点距離を変化させる際に液晶25bに加
える電界強度を変化させる代りに電界の周波数をf1、
f2、f3、f4の4段階に変化させるもので、液晶とし
て周波数によって誘電異方性の符号が変わる液晶を用い
ている。周波数f1、f2、f3、f4をf1<f2<f3<
f4とすると液晶25bの誘電異方性がf1とf4とで符
号が逆になるように選んでいる。In this example, instead of changing the electric field intensity applied to the liquid crystal 25b when driving the varifocal lens 21A to change its focal length, the frequency of the electric field is changed to f 1 ,
The liquid crystal is changed in four steps of f 2 , f 3 , and f 4 , and a liquid crystal whose sign of dielectric anisotropy changes depending on the frequency is used as the liquid crystal. The frequencies f 1 , f 2 , f 3 , f 4 are set to f 1 <f 2 <f 3 <
dielectric anisotropy of liquid crystal 25b When f 4 are choosing to code are reversed between f 1 and f 4.
【0101】このズームレンズにおいて、スイッチ24
を切り換えることにより、周波数を変化させる。この場
合、電極22Fは省略してもよい。又周波数は、f1、
f2、f3、f4のように段階的に変化させる代りに連続
的に変化させるようにしてもよい。又周波数の変化と同
時に電界の強さを変化させてもよい。In this zoom lens, the switch 24
To change the frequency. In this case, the electrode 22F may be omitted. The frequency is f 1 ,
f 2, f 3, may be changed continuously instead of stepwise change as f 4. Further, the intensity of the electric field may be changed simultaneously with the change of the frequency.
【0102】又、液晶21A、21Bは螺旋状液晶に限
らず誘電異方性が周波数とともに変化する液晶を高分子
中に分散させた高分子分散液晶を用いてもよい。可変焦
点レンズ21Bは、高分子分散液晶を用いた光学特性可
変光学素子の一例である。The liquid crystals 21A and 21B are not limited to helical liquid crystals but may be polymer dispersed liquid crystals in which liquid crystals whose dielectric anisotropy changes with frequency are dispersed in polymers. The varifocal lens 21B is an example of an optical characteristic variable optical element using a polymer dispersed liquid crystal.
【0103】周波数を連続的に変え得る交流電源9eが
二つの電極3に接続され、交流電源の周波数を変えるこ
とにより光学素子の焦点距離を変化させ得る。An AC power supply 9e whose frequency can be continuously changed is connected to the two electrodes 3, and the focal length of the optical element can be changed by changing the frequency of the AC power supply.
【0104】また液晶レンズ21Aと液晶レンズ21B
とを連動させることによって、ズーミングを行なうこと
ができる。又、液晶レンズ21Bのみを変化させればフ
ォーカシングを行なうことができる。The liquid crystal lens 21A and the liquid crystal lens 21B
The zooming can be performed by interlocking with. Focusing can be performed by changing only the liquid crystal lens 21B.
【0105】尚、電極22Gは用いなくともよいし、交
流電源9eの周波数fの変化に連動させて22Gに加わ
る電圧を変化させてもよい。The electrode 22G need not be used, and the voltage applied to the electrode 22G may be changed in conjunction with the change in the frequency f of the AC power supply 9e.
【0106】尚、図12に示す撮像装置において、液晶
分子20の代わりにカイラルコレスチック液晶、カイラ
ルスメチック液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、屈
折率異方性が負の液晶、強誘電体高分子分散液晶等を用
いてもよい。これら液晶を用いた場合も前記式(6)、
(7)、(7−1)、(5−26)、(5−28)、
(5−29)、(5−30)、(5−61)、(5−6
2)は同様にあてはまる。In the image pickup apparatus shown in FIG. 12, a chiral cholesteric liquid crystal, a chiral smectic liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, a liquid crystal having a negative refractive index anisotropy are used instead of the liquid crystal molecules 20. A ferroelectric polymer dispersed liquid crystal or the like may be used. When these liquid crystals are used, the above formula (6)
(7), (7-1), (5-26), (5-28),
(5-29), (5-30), (5-61), (5-6)
2) applies similarly.
【0107】図16、図17に示す光学系は、図12に
示す光学系において、液晶分子20の代わりにポリマー
の中に直径の平均値がDのネマチック液晶34を粒状に
配置したものである。The optical system shown in FIGS. 16 and 17 is different from the optical system shown in FIG. 12 in that nematic liquid crystal 34 having an average diameter of D is arranged in a polymer instead of liquid crystal molecules 20 in a granular form. .
【0108】この図16、17に示す例は、分割電極2
2、23は、図13と同じような動作をするがレンズ3
2、33の周辺に透明電極3に対し絶縁させ配置されて
いる。又3連スイッチ24の動作は、図12、13に示
す光学系と同じである。The example shown in FIGS.
2 and 23 operate in the same manner as in FIG.
Around the periphery of the transparent electrodes 2 and 33, the transparent electrodes 3 are insulated. The operation of the triple switch 24 is the same as that of the optical system shown in FIGS.
【0109】この図16、17に示す光学系は、スイッ
チ9がオンであり、液晶分子29が図16に示すように
ホメオトロピック配向の状態であり、又スイッチ9をオ
フにし、3連スイッチ24をオンにすると液晶分子29
に横方向の電場が加わり液晶分子29は高速に、ややラ
ンダムではあるがxy平面に平行に配向し、図17のよ
うになる。又式(7)、(7−1)は、いずれも図1
6、17の光学系にもあてはまる。In the optical system shown in FIGS. 16 and 17, the switch 9 is on, the liquid crystal molecules 29 are in a homeotropic alignment state as shown in FIG. 16, the switch 9 is turned off, and the triple switch 24 is turned on. To turn on the liquid crystal molecules 29
In addition, a horizontal electric field is applied to the liquid crystal molecules 29, and the liquid crystal molecules 29 are oriented at a high speed, albeit somewhat randomly, in parallel to the xy plane, as shown in FIG. Equations (7) and (7-1) are both shown in FIG.
The same applies to the optical systems 6 and 17.
【0110】このように、つまり図17のように液晶分
子29の配列は、光軸6に直角に近く液晶35の屈折率
の変化が一層大になる点で優れている。As described above, that is, as shown in FIG. 17, the arrangement of the liquid crystal molecules 29 is excellent in that the change in the refractive index of the liquid crystal 35 is closer to the right angle to the optical axis 6 and the change is further increased.
【0111】ここで、液晶分子34の平均径Dが下記条
件(8)を満足するようにすれば、光の散乱を防ぐこと
ができ望ましい。 D<λ/5 (8) ただしλは入射する光の波長である。Here, it is preferable that the average diameter D of the liquid crystal molecules 34 satisfies the following condition (8), since scattering of light can be prevented. D <λ / 5 (8) where λ is the wavelength of the incident light.
【0112】又、液晶35の厚さが薄い場合、式(8)
の代わりに下記の式(8−1)を満足すれば実用上問題
はない。 D<2λ (8−1)When the thickness of the liquid crystal 35 is small, the expression (8)
If the following expression (8-1) is satisfied instead of the above, there is no practical problem. D <2λ (8-1)
【0113】また液晶35の全体の体積に対して液晶分
子34の占める割合をffとすると可変焦点レンズとし
ての効果が十分得られるようにするためには下記条件
(9)を満足することが望ましい。 0.5<ff<0.999 (9)When the ratio of the liquid crystal molecules 34 to the total volume of the liquid crystal 35 is ff, it is desirable that the following condition (9) is satisfied in order to sufficiently obtain the effect as a variable focus lens. . 0.5 <ff <0.999 (9)
【0114】ffの値が条件(10)の上限0.999
を超えるとポリマーが少なくなり、液晶分子34の粒子
が形成できなくなる。又下限の0.5を下回ると可変焦
点レンズとしての効果つまり焦点距離の変化量が減少す
る。The value of ff is the upper limit of condition (10) 0.999
When the value exceeds, the amount of the polymer decreases, and the particles of the liquid crystal molecules 34 cannot be formed. If the lower limit of 0.5 is not reached, the effect as a varifocal lens, that is, the change amount of the focal length decreases.
【0115】又ポリマーを多くして液晶35を固体状に
近づけたいときは、条件(9)の代わりに下記条件(9
−1)を満足することが望ましい。 0.1<ff<0.5 (9−1) 図18は、本発明の光学系の他の実施の形態を示すもの
で、温度を変化させて液晶の屈折率を変化させるように
した光学系の例を示す。When it is desired to make the liquid crystal 35 close to a solid state by increasing the amount of the polymer, the following condition (9) is used instead of the condition (9).
It is desirable to satisfy -1). 0.1 <ff <0.5 (9-1) FIG. 18 shows another embodiment of the optical system of the present invention, in which the refractive index of the liquid crystal is changed by changing the temperature. The example of a system is shown.
【0116】正の屈折率異方性をもつネマチック液晶3
6は、転移温度TC以下の場合、図18に示すようにZ
方向に分子長軸を向けたホメオトロピック配向であり、
屈折率が低いnOの状態である。この時、図示するよう
にスイッチ9はオンである。Nematic liquid crystal 3 having positive refractive index anisotropy
6, when the temperature is equal to or lower than the transition temperature T C , as shown in FIG.
Homeotropic orientation with the molecular long axis oriented in the direction
This is a state where n O has a low refractive index. At this time, the switch 9 is on as shown.
【0117】次にヒーター41のスイッチ43をオンに
して、ヒーター41により液晶を加熱することにより液
晶分子36の温度が転移温度TCよりも高くなると図1
9に示すように液晶分子36がランダムに動く透明な液
体になる。この時、スイッチ9はオフにしておく。[0117] Next, turn on the switch 43 of the heater 41, the temperature of the liquid crystal molecules 36 becomes higher than the transition temperature T C by heating the liquid crystal by the heater 41 1
As shown in FIG. 9, the liquid crystal molecules 36 become a transparent liquid that moves randomly. At this time, the switch 9 is turned off.
【0118】この図19に示す状態では、液晶分子36
の屈折率nは下記の式(10)にて与えられる。 n=(2nO+ne)/3 (10)In the state shown in FIG. 19, the liquid crystal molecules 36
Is given by the following equation (10). n = (2n O + n e ) / 3 (10)
【0119】つまり液晶の屈折率nは高くなり、その結
果、凸レンズ32bの屈折力が強くなる。That is, the refractive index n of the liquid crystal increases, and as a result, the refractive power of the convex lens 32b increases.
【0120】図18の状態において、配向膜2による配
向規制力が充分であれは、スイッチ9はオフでもよい。
しかし、スイッチ9をオンにすれば液晶分子36が規則
的に並ぶため液晶分子33による光の散乱を防止し得る
ので望ましい。In the state of FIG. 18, the switch 9 may be turned off if the alignment regulating force by the alignment film 2 is sufficient.
However, it is desirable to turn on the switch 9 because the liquid crystal molecules 36 are regularly arranged, so that light scattering by the liquid crystal molecules 33 can be prevented.
【0121】液晶に液体への相転移をおこさせるため
に、図18、図19に示す光学系は、ヒーター41を用
いて加熱したが、交流電源の周波数を高周波にして液晶
分子33の分子振動を高めることによって温度を上昇さ
せて相転移をおこさせてもよい。The optical system shown in FIGS. 18 and 19 was heated using a heater 41 in order to cause the liquid crystal to undergo a phase transition to a liquid. The phase transition may be caused by increasing the temperature by increasing the temperature.
【0122】以上述べた本発明の光学特性可変光学素子
は、光学素子を構成する液晶の分子の配向を変えるため
に主として電場の強さと方向を変化させることにより行
なった。The optical characteristic variable optical element of the present invention described above was performed by mainly changing the intensity and direction of the electric field in order to change the orientation of the molecules of the liquid crystal constituting the optical element.
【0123】しかしながら、液晶分子の配向を変えるた
めには、電場の強さ等の変化に限ることなく、液晶に加
える電場の周波数を変えることによっても行なうことが
できる。又磁場の強さを変化させることによっても液晶
分子の配向を変えることができる。However, the orientation of the liquid crystal molecules can be changed by changing the frequency of the electric field applied to the liquid crystal without being limited to the change of the electric field strength. Also, the orientation of the liquid crystal molecules can be changed by changing the strength of the magnetic field.
【0124】又、このように液晶に加える電場の周波数
を変化させることによって液晶分子の配向を変化させる
方法や、液晶に加える磁場の強さを変化させる方法は、
例えば、図1、図3、図8、図9、図12、図15、図
16、図19、図20等に例として示した各光学系に対
して適用することができる。The method of changing the orientation of the liquid crystal molecules by changing the frequency of the electric field applied to the liquid crystal and the method of changing the strength of the magnetic field applied to the liquid crystal are as follows.
For example, the present invention can be applied to the optical systems shown as examples in FIGS. 1, 3, 8, 9, 12, 15, 15, 16, 19, and 20.
【0125】電場の周波数の変化により液晶分子の配向
を変化させる方法においては、誘電異方性の正、負が入
れ替わる液晶を用いれば、電場の周波数の変化により高
速に液晶分子の配向を変化させ得るため特に有利であ
る。In the method of changing the orientation of liquid crystal molecules by changing the frequency of an electric field, if a liquid crystal whose dielectric anisotropy is switched between positive and negative is used, the orientation of the liquid crystal molecules can be changed at a high speed by changing the frequency of the electric field. It is particularly advantageous to obtain.
【0126】又、図20は磁場Hによって屈折率を変化
させるレンズの例を示す。この図において、45はレン
ズ、46は磁気光学効果をもつ物質、47は基板、48
は配向膜、49Aはスイッチ、49Bは交流電源、49
Cは可変抵抗、49Dはコイル、49Eは鉄芯である。FIG. 20 shows an example of a lens whose refractive index is changed by a magnetic field H. In this figure, 45 is a lens, 46 is a substance having a magneto-optical effect, 47 is a substrate, 48
Is an alignment film, 49A is a switch, 49B is an AC power supply, 49
C is a variable resistor, 49D is a coil, and 49E is an iron core.
【0127】使用する磁気光学効果をもつ物質46とし
ては、鉛ガラス、水長、液晶等がある。配向膜48は液
晶の場合は設けた方が良い。Examples of the substance 46 having a magneto-optical effect include lead glass, water length, liquid crystal and the like. It is better to provide the alignment film 48 in the case of liquid crystal.
【0128】又高速にて液晶分子の配向を変化させるた
めには、電圧がオフの状態の代わりにある程度の電圧を
あらかじめ付与しておくことが好ましい。そして、液晶
分子の配向を変化させたい時に、電圧をより高い電圧に
することにより液晶分子の配向を高速で変化させ得る。In order to change the orientation of liquid crystal molecules at high speed, it is preferable to apply a certain voltage in advance in place of the off-state. Then, when it is desired to change the orientation of the liquid crystal molecules, the orientation of the liquid crystal molecules can be changed at a high speed by increasing the voltage.
【0129】前述の図12に示す例は、光学特性可変光
学素子を用いた本発明のデジタルカメラ用撮像装置であ
るが、この例について更に詳細に述べる。The example shown in FIG. 12 is an image pickup apparatus for a digital camera according to the present invention using an optical element with variable optical characteristics. This example will be described in further detail.
【0130】図12において、絞り26の後方に可変焦
点液晶レンズ21と凹面を含むレンズ28と凸レンズ4
2と液晶レンズ部25とにて構成された光学系が配置さ
れている。凸レンズ42は、固体撮像素子30に対して
主光線が垂直又はほぼ垂直例えば固体撮像素子の受光面
に対して主光線の角度が90°±20°で入射するよう
にするために設けてある。又、凹レンズ28はペッツバ
ール和を改善して像面湾曲を補正するために設けてあ
る。又絞り26側(入射側)の凸レンズ27は、物体側
の面が凸面であり、これにより球面収差を良好に補正す
るようにしている。又液晶レンズ25は、色収差を補正
するために凹レンズの形状にしてある。又、レンズ2
7、28、29のレンズ面のうちのいずれかの面を非球
面にすることにより収差を一層良好に補正することが可
能になり好ましい。又液晶レンズ25は絞り26の近傍
に位置させることが液晶レンズ25の有効径を小さくす
ることができ、その厚さを減少させ得るため好ましい。In FIG. 12, a varifocal liquid crystal lens 21, a lens 28 including a concave surface, and a convex lens 4
2 and an optical system configured by the liquid crystal lens unit 25 are arranged. The convex lens 42 is provided so that the principal ray is perpendicular or almost perpendicular to the solid-state imaging device 30, for example, at an angle of 90 ° ± 20 ° to the light receiving surface of the solid-state imaging device. The concave lens 28 is provided for improving Petzval sum and correcting curvature of field. The convex lens 27 on the aperture 26 side (incident side) has a convex surface on the object side, so that spherical aberration can be satisfactorily corrected. The liquid crystal lens 25 has a concave lens shape to correct chromatic aberration. Also, lens 2
By making any one of the lens surfaces 7, 28 and 29 aspherical, aberrations can be more favorably corrected, which is preferable. It is preferable that the liquid crystal lens 25 is located near the stop 26 because the effective diameter of the liquid crystal lens 25 can be reduced and the thickness thereof can be reduced.
【0131】更に液晶レンズ25の中の液晶分子20の
配向が変化した場合、凸レンズ27、液晶レンズ25、
凹レンズ28、凸レンズ29からなる光学系の収差が変
動し、又液晶レンズ25によって生ずる光の散乱の大き
さも変化し、これによって光学系31のMTFが変化す
る。When the orientation of the liquid crystal molecules 20 in the liquid crystal lens 25 changes, the convex lens 27, the liquid crystal lens 25,
The aberration of the optical system composed of the concave lens 28 and the convex lens 29 fluctuates, and the magnitude of the scattering of light generated by the liquid crystal lens 25 also changes, whereby the MTF of the optical system 31 changes.
【0132】前述の図12にて示す撮像装置において
は、前記の収差の変動や光の散乱の大きさの変化による
MTFの変化を電子回路にて補正するようにしている。
つまり物体位置の変化によりピント合わせを行なうため
に液晶レンズ25の焦点距離を変化させたときのMTF
の変化の補償を、回路44の中のエンハンス回路あるい
は画像処理回路の処理を変えて行なうようにした。具体
的には、ウイナーフィルター等のデジタルフィルターの
特性を変化させる、あるいはエンハンス回路のエッジ強
調の量を変える等の手段を用いればよい。ここでMTF
の変化は光学系31の設計データから求めてもよく、又
実際のカメラを1台1台測定してMTF補償量を変えて
もよい。In the image pickup apparatus shown in FIG. 12, the change in MTF due to the change in the aberration and the change in the magnitude of light scattering is corrected by an electronic circuit.
That is, the MTF when the focal length of the liquid crystal lens 25 is changed in order to perform focusing by changing the object position
Is compensated for by changing the processing of the enhancement circuit or the image processing circuit in the circuit 44. Specifically, means for changing the characteristics of a digital filter such as a Wiener filter, or changing the amount of edge enhancement of an enhancement circuit may be used. Where MTF
May be obtained from the design data of the optical system 31, or the MTF compensation amount may be changed by measuring each actual camera one by one.
【0133】図35は、前記電子回路による補正に付い
て説明するための図で、この図では、赤外光投射型のア
クティブ測距方式での測距をおこなう例である。ここで
得られた距離情報によって、液晶レンズのMTF変化を
補うべく、エンハンス量等が選択される。そしてデジタ
ルフィルターが掛けられて最終画像が作られる。FIG. 35 is a diagram for explaining the correction by the electronic circuit. In FIG. 35, an example is shown in which distance measurement is performed by an infrared light projection type active distance measurement method. Based on the distance information obtained here, an enhancement amount or the like is selected so as to compensate for the MTF change of the liquid crystal lens. Then a digital filter is applied to create the final image.
【0134】図21は、本発明の撮像装置の他の例を示
す図で、自由曲面レンズ51(非回転対称面を有するレ
ンズ)を用いたデジタルカメラ50の例である。52は
可変焦点ミラー、53はアルミコーティングされた薄
膜、54は電極、55は固体撮像素子、56は基板、5
7は電源、58はスイッチ、59は可変抵抗器である。FIG. 21 is a view showing another example of the image pickup apparatus of the present invention, which is an example of a digital camera 50 using a free-form surface lens 51 (a lens having a non-rotationally symmetric surface). 52 is a variable focus mirror, 53 is an aluminum-coated thin film, 54 is an electrode, 55 is a solid-state imaging device, 56 is a substrate,
7 is a power supply, 58 is a switch, and 59 is a variable resistor.
【0135】可変焦点ミラー52の例としては、オプテ
ィックス コミュニケーションズ(Optics Co
mmunications),140巻(1997年)
187頁乃至190頁に示されているメンブレインミラ
ーがあり、電極54の間に電圧を印加すると静電気力に
より薄膜53を変形させて反射鏡の焦点距離が変化す
る。そしてピント調整ができる。物体からの光60は自
由曲面プリズム51の面R1、R2で屈折され、反射鏡
(薄膜)53にて反射され、自由曲面プリズム51の面
R3で反射され、面R4で屈折されてから固体撮像素子5
5に入射する。As an example of the variable focus mirror 52, Optics Communications (Optics Co.)
munications), 140 volumes (1997)
There is a membrane mirror shown on pages 187 to 190, and when a voltage is applied between the electrodes 54, the thin film 53 is deformed by electrostatic force and the focal length of the reflecting mirror changes. And the focus can be adjusted. Light 60 from the object is refracted by the surfaces R 1 and R 2 of the free-form surface prism 51, reflected by the reflecting mirror (thin film) 53, reflected by the surface R 3 of the free-form surface prism 51, and refracted by the surface R 4. And then the solid-state imaging device 5
5 is incident.
【0136】このように、この装置は、自由曲面R1、
R2、R3、R4および反射鏡53とにより撮像光学系を
構成する。特に自由曲面R1、R2、R3、R4の形状を最
適化することにより物体像の収差を最小にしている。As described above, this device has a free-form surface R 1 ,
An imaging optical system is constituted by R 2 , R 3 , R 4 and the reflecting mirror 53. In particular, the aberration of the object image is minimized by optimizing the shapes of the free-form surfaces R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 .
【0137】図21の撮像装置において、反射鏡の開口
の形状は、非点収差等を補正するためにY軸方向に長い
楕円形にするのがよい。反射鏡52への入射光と反射鏡
52からの出射光を含む平面と反射鏡52との交線の方
向に長い楕円形にするのがよい。又、この図に示す例で
は、反射鏡52と薄膜53と固体撮像素子55とを別体
で作って基板56上に配置している。しかし、反射鏡5
2および薄膜53をシリコンリソグラフィープロセス等
で作ることもできるので基板56をシリコンにて形成
し、固体撮像素子55と共にリソグラフィープロセスで
反射鏡52の少なくとも一部を基板56上に形成しても
よい。In the image pickup apparatus shown in FIG. 21, the shape of the opening of the reflecting mirror is preferably an ellipse long in the Y-axis direction in order to correct astigmatism and the like. It is preferable that the shape be long elliptical in the direction of the line of intersection of the plane containing the incident light on the reflecting mirror 52 and the light emitted from the reflecting mirror 52 and the reflecting mirror 52. In the example shown in this figure, the reflecting mirror 52, the thin film 53, and the solid-state imaging device 55 are formed separately and are arranged on the substrate 56. However, the reflector 5
Since the substrate 2 and the thin film 53 can be formed by a silicon lithography process or the like, the substrate 56 may be formed of silicon, and at least a part of the reflecting mirror 52 may be formed on the substrate 56 by a lithography process together with the solid-state imaging device 55.
【0138】これによって、固体撮像素子55と共に反
射鏡52とが一体化され小型化、低コスト化等の点で有
利である。また反射鏡52は固定焦点のミラーとしても
良い。この場合でも反射鏡52はリソグラフィープロセ
スで作ることができる。Thus, the reflecting mirror 52 is integrated with the solid-state imaging device 55, which is advantageous in miniaturization and cost reduction. The reflecting mirror 52 may be a fixed focus mirror. Even in this case, the reflecting mirror 52 can be made by a lithography process.
【0139】又、図示していないが、基板56上に反射
型液晶ディスプレー又は透過型液晶ディスプレーをリソ
グラフィープロセスにより一体に形成してもよい。この
基板56は、ガラスにて形成してもよく、このガラス基
板上に薄膜トランジスター等の技術により固体撮像素子
や液晶ディスプレーを形成すればよい。Although not shown, a reflection type liquid crystal display or a transmission type liquid crystal display may be integrally formed on the substrate 56 by a lithography process. The substrate 56 may be formed of glass, and a solid-state imaging device or a liquid crystal display may be formed on the glass substrate by a technique such as a thin film transistor.
【0140】尚、自由曲面プリズム51は、プラスチッ
クモールドやガラスモールド等にて形成することにより
任意の所望形状の曲面を容易に形成することができ、製
作も簡単である。It should be noted that the free-form surface prism 51 can be easily formed with a curved surface of any desired shape by being formed with a plastic mold, a glass mold, or the like, and is easy to manufacture.
【0141】図22は自由曲面プリズム51を用いたデ
ジタルカメラの他の例である。このデジタルカメラは、
図21に示すデジタルカメラにおける反射鏡52の代わ
りに可変焦点ミラー61を用いた例である。FIG. 22 shows another example of a digital camera using a free-form surface prism 51. This digital camera is
This is an example in which a variable focus mirror 61 is used instead of the reflecting mirror 52 in the digital camera shown in FIG.
【0142】可変焦点ミラー61は、自由曲面プリズム
51の面R2にこのプリズム51と一体に設けてある。
この可変焦点ミラー61は、反射鏡62、自由曲面プリ
ズムの面R2に形成した透明電極63と、配向膜64、
65とよりなり、配向膜64、65との間に液晶66を
設けたものである。[0142] variable focal-length mirror 61, is provided on the surface R 2 of the free-form surface prisms 51 integrally with the prism 51.
The varifocal mirror 61 includes a reflecting mirror 62, a transparent electrode 63 formed on the surface R 2 of the free-form surface prism, an alignment film 64,
A liquid crystal 66 is provided between the alignment films 64 and 65.
【0143】ここで、可変焦点ミラー61は、自由曲面
プリズム51とは別体にて形成し、両者を貼り合わせて
もよく、又自由曲面プリズムの面R2に透明電極63と
配向膜64とを形成してもよい。[0143] Here, a variable focal-length mirror 61, formed in a separate and free-form surface prisms 51 body may be bonded to each other, and the transparent electrode 63 on the surface R 2 of the free-form surface prism and the alignment layer 64 May be formed.
【0144】物体よりデジタルカメラへ入射する光60
は、図21に示すカメラと同様に自由曲面プリズム51
の面R1、R2にて夫々屈折され、その後反射鏡62にて
反射され、配向膜64、液晶65、配向膜63、透明電
極62を通って自由曲面プリズム51に入射し、面R3
にて反射され面R4より出射して固体撮像素子55の受
光面に入射する。ここで、可変焦点ミラー61に加える
電圧を変化させることによりこのミラー61の焦点距離
を変化させ、ピント調整することが可能である。Light 60 incident on a digital camera from an object
Is a free-form surface prism 51 similar to the camera shown in FIG.
Are respectively refracted by the surface R 1, R 2, is reflected by subsequent reflection mirror 62, an alignment film 64, liquid crystal 65, alignment layer 63 through the transparent electrode 62 and incident on the free-form surface prisms 51, the surface R 3
Is emitted from the to surface R 4 reflected by the incident on the light receiving surface of the solid-state imaging device 55. Here, by changing the voltage applied to the variable focus mirror 61, it is possible to change the focal length of the mirror 61 and adjust the focus.
【0145】この可変焦点ミラー61にて用いる液晶6
6には高分子分散液晶が用いられており、図15、図1
6、図17にもとづき説明したように、液晶分子に加わ
る電場を変化させることによって、例えば、図16に示
す状態から図17に示す状態に変化し、これにより液晶
の屈折率は変化し、可変焦点ミラーの焦点距離は変化す
る。The liquid crystal 6 used in the variable focus mirror 61
6, a polymer-dispersed liquid crystal is used.
6, as described with reference to FIG. 17, by changing the electric field applied to the liquid crystal molecules, for example, the state shown in FIG. 16 changes to the state shown in FIG. 17, whereby the refractive index of the liquid crystal changes, The focal length of the focusing mirror changes.
【0146】この図22に示すデジタルカメラの実施の
形態の場合、この図に示すように図16に示すデジタル
カメラにて用いられている電極22、23は用いなくと
も図16のデジタルカメラと同様の作用を有する。In the case of the embodiment of the digital camera shown in FIG. 22, the electrodes 22 and 23 used in the digital camera shown in FIG. Has the action of
【0147】つまり図22において、スイッチ58がオ
フの場合、液晶の配列はランダムであり、屈折率の高い
状態にある。したがって可変焦点ミラー61は光を収束
させる作用が強い。ここでスイッチ58をオンにすると
液晶は一方向に揃った配列になるので、屈折率は低くな
り、光を収束させる作用は弱くなる。したがって可変焦
点ミラー61は焦点調整が行なわれる。That is, in FIG. 22, when the switch 58 is off, the arrangement of the liquid crystal is random and the refractive index is high. Therefore, the variable focus mirror 61 has a strong effect of converging light. Here, when the switch 58 is turned on, the liquid crystal is aligned in one direction, so that the refractive index is lowered and the effect of converging light is weakened. Therefore, the focus of the variable focus mirror 61 is adjusted.
【0148】また可変焦点ミラー61を自由曲面プリズ
ム51に二つ以上用いることによりズームレンズとして
用いることが可能になる。By using two or more variable focus mirrors 61 for the free-form surface prism 51, it becomes possible to use them as zoom lenses.
【0149】又、図21に示すデジタルカメラの可変焦
点ミラー52を図22に示す可変焦点ミラー61におき
代えてもよい。又配光膜64、65は用いなくともよ
い。The variable focus mirror 52 of the digital camera shown in FIG. 21 may be replaced with a variable focus mirror 61 shown in FIG. The light distribution films 64 and 65 need not be used.
【0150】又、可変焦点ミラー61の液晶光学素子と
して透明電極63を電極を兼ねた反射鏡62で代用して
もよい。As the liquid crystal optical element of the variable focus mirror 61, the transparent electrode 63 may be replaced by a reflecting mirror 62 also serving as an electrode.
【0151】また高分子分散液晶66の替わりに螺旋配
向のネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチッ
ク液晶等を用いてもよい。In place of the polymer-dispersed liquid crystal 66, a helically aligned nematic liquid crystal, cholesteric liquid crystal, smectic liquid crystal, or the like may be used.
【0152】図23は、図21又は図22に示すデジタ
ルカメラにおける反射板53又は可変焦点ミラー61の
代わりに回折光学素子70を用いた例である。つまり回
折光学素子70は反射板72上に形成された回折面71
と透明電極73、配向膜74と、液晶75とより構成さ
れている。FIG. 23 shows an example in which a diffractive optical element 70 is used instead of the reflecting plate 53 or the varifocal mirror 61 in the digital camera shown in FIG. 21 or FIG. That is, the diffractive optical element 70 has a diffractive surface 71 formed on the reflecting plate 72.
, A transparent electrode 73, an alignment film 74, and a liquid crystal 75.
【0153】この図23に示すデジタルカメラは、物体
よりの光が、他の例と同様に自由曲面プリズムに入射
し、プリズム51を透過後回折光学素子70に入射し、
ここで回折面71にて回折作用を受けた後に回折光学素
子70を射出して再び自由曲面プリズム51に入射し、
図示するように反射してからこれより射出して固体撮像
素子55に入射する。In the digital camera shown in FIG. 23, the light from the object enters the free-form surface prism similarly to the other examples, passes through the prism 51, enters the diffractive optical element 70,
Here, after being subjected to the diffractive action on the diffractive surface 71, the diffractive optical element 70 exits and enters the free-form surface prism 51 again,
After being reflected as shown in the drawing, the light is emitted from this and enters the solid-state imaging device 55.
【0154】ここでスイッチ77をオンにすると液晶分
子の配向が垂直方向に変わり回折光学素子70の回折次
数が変化するために焦点距離が変化してフォーカシング
を行なうことができる。When the switch 77 is turned on, the orientation of the liquid crystal molecules changes in the vertical direction and the diffraction order of the diffractive optical element 70 changes, so that the focal length changes and focusing can be performed.
【0155】ここで液晶分子のピッチは、図12に示す
液晶と同様に式(6)を満足する。又この例は、回折面
71が反射面になっており、反射型の回折光学素子の例
である。Here, the pitch of the liquid crystal molecules satisfies the expression (6) as in the case of the liquid crystal shown in FIG. In this example, the diffraction surface 71 is a reflection surface, and is an example of a reflection type diffractive optical element.
【0156】図24は図12に示す可変焦点レンズを用
いた可変焦点眼鏡の例である。つまり眼鏡レンズとして
可変焦点レンズを用いたもので、レンズ30H、31H
と配向膜(図示せず)と電極3等よりなる可変焦点レン
ズを眼鏡枠80に取り付けた構成である。FIG. 24 shows an example of variable focus glasses using the variable focus lens shown in FIG. That is, a variable focus lens is used as the spectacle lens, and the lenses 30H, 31H
In this configuration, a varifocal lens including an alignment film (not shown), an electrode 3 and the like is attached to the spectacle frame 80.
【0157】尚図において、8、18は交流電源、9、
24はスイッチ、13、17は可変抵抗、25は液晶で
ある。又Pはピッチである。In the figure, reference numerals 8 and 18 denote AC power supplies,
24 is a switch, 13 and 17 are variable resistors, and 25 is a liquid crystal. P is a pitch.
【0158】この可変焦点レンズは、電極22、23が
図15に示すものと同様にレンズ30H、31Hの周辺
部に設けられている。この電極22、23を透明電極に
すれば、眼鏡の視野の周辺が明るくなり好ましい。In this variable focus lens, the electrodes 22 and 23 are provided around the lenses 30H and 31H in the same manner as that shown in FIG. It is preferable that the electrodes 22 and 23 be transparent electrodes because the periphery of the field of view of the spectacles becomes bright.
【0159】以上述べた本発明の実施の形態は、光学特
性可変光学素子として主として可変焦点レンズを用いた
ものであるが、光学特性可変光学素子として、回折光学
素子、フレネルレンズ、プリズム、レンチキュラーレン
ズ等を用いてもよい。夫々の素子を構成する光の屈折又
は反射する部分を屈折率可変物質つまり種々の液晶、強
誘電体、電気光学効果を持つ物質にておきかえればよ
い。In the embodiment of the present invention described above, a variable focus lens is mainly used as the optical characteristic variable optical element. However, as the optical characteristic variable optical element, a diffractive optical element, a Fresnel lens, a prism, a lenticular lens Etc. may be used. The portions of each element that refract or reflect light may be replaced with a variable refractive index material, that is, various liquid crystals, ferroelectric materials, or materials having an electro-optic effect.
【0160】又、液晶の分子配向を変化させるために電
場以外に磁場、電場の周波数、磁場の周波数を変化させ
てもよい。In addition to the electric field, the magnetic field, the frequency of the electric field, and the frequency of the magnetic field may be changed in order to change the molecular orientation of the liquid crystal.
【0161】以上述べた本発明の光学特性可変光学素子
を用いた光学系は、物体像を形成しその像をCCDや銀
塩フィルムといった撮像素子に受光させて撮影を行なう
撮影装置、とりわけカメラや内視鏡に用いることができ
る。また、物体像を接眼レンズを通して観察する観察装
置、とりわけカメラのファインダー部の対物光学系とし
ても用いることが可能である。以下に、その実施形態を
例示する。The optical system using the optical characteristic variable optical element of the present invention described above is a photographing apparatus for forming an object image and receiving the image with an image pickup element such as a CCD or a silver halide film to perform photographing. It can be used for endoscopes. It can also be used as an observation device for observing an object image through an eyepiece, particularly as an objective optical system for a finder section of a camera. Below, the embodiment is illustrated.
【0162】図25、26、27は、第5の実施の形態
で本発明の光学特性可変光学素子を含む結像光学系を電
子カメラのファインダー部の対物光学系に組み込んだ構
成の概念図を示す。これらの図のうち図25は電子カメ
ラ80の外観を示す前方斜視図、図26は同後方斜視
図、図27は電子カメラ80の構成を示す断面図であ
る。電子カメラ80は、この実施の形態では、撮影用光
路82を有する撮影光学系81、ファインダー用光路8
4を有するファインダー光学系83、レリーズ85、フ
ラッシュ86、液晶表示モニター87等を含み、カメラ
80の上部に配置されたレリーズ85を押圧すると、そ
れに連動して撮影用対物光学系88を通して撮影が行な
われる。撮影用対物光学系は、透過型の光学特性可変光
学素子(図の斜線部、ここでは液晶を用いている)を、
複数備えており、ズーミングやフォーカシング作用を行
なう。撮影用対物光学系88によって形成された物体像
が、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等のフ
ィルタ91を介してCCD89の撮像面90上に形成さ
れる。このCCD89で受光された物体像は、処理手段
92を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液
晶表示モニター87に表示される。また、この処理手段
92にはメモリー等が配置され、撮影された電子画像を
記録することもできる。なお、このメモリーは処理手段
92と別体に設けてもよいし、フロッピーディスク等に
より電子的に記録書き込みを行なうように構成してもよ
い。またCCD89の代わりに銀塩フィルムを配置した
銀塩カメラとして構成してもよい。FIGS. 25, 26, and 27 are conceptual diagrams of a configuration in which the imaging optical system including the optical characteristic variable optical element of the present invention is incorporated in the objective optical system of the finder section of the electronic camera in the fifth embodiment. Show. 25 is a front perspective view showing the appearance of the electronic camera 80, FIG. 26 is a rear perspective view of the same, and FIG. 27 is a cross-sectional view showing the configuration of the electronic camera 80. In this embodiment, the electronic camera 80 includes a photographing optical system 81 having a photographing optical path 82 and a viewfinder optical path 8.
4 includes a viewfinder optical system 83, a release 85, a flash 86, a liquid crystal display monitor 87, and the like. When the release 85 disposed on the upper part of the camera 80 is pressed, the photographing is performed through the photographing objective optical system 88 in conjunction therewith. It is. The photographing objective optical system includes a transmission-type optical characteristic variable optical element (a hatched portion in the figure, in which a liquid crystal is used).
It is equipped with a plurality and performs zooming and focusing actions. An object image formed by the photographing objective optical system 88 is formed on an imaging surface 90 of the CCD 89 via a filter 91 such as a low-pass filter or an infrared cut filter. The object image received by the CCD 89 is displayed as an electronic image on a liquid crystal display monitor 87 provided on the back of the camera via a processing means 92. Further, a memory or the like is arranged in the processing means 92, and a photographed electronic image can be recorded. This memory may be provided separately from the processing means 92, or may be configured to record and write electronically using a floppy disk or the like. Further, instead of the CCD 89, a silver halide camera in which a silver halide film is arranged may be configured.
【0163】さらに、ファインダー用光路84には、反
射型光学特性可変光学素子66Hを備えた結像光学系を
ファインダー用対物光学系として配置してある。また、
カバー部材として正のパワーを有するカバーレンズ94
を配置し、画角を拡大している。なお、このカバーレン
ズ94と結像光学系の絞りSより物体側のプリズムVP
1とでファインダー用対物光学系93の前群GFを、結
像光学系の絞りSより像側のプリズムVPでファインダ
ー用対物光学系93の後群GRを構成している。絞りS
を挟んだ前群GFと後群GRのおのおのに、光学特性可
変光学素子66Hを配置することにより、ズーミングと
フォーカシングを行なっている。ここでは、反射プリズ
ムと一体形成した、反射型の光学特性可変光学素子を用
いている。ここでは、液晶を用いているが、前述した通
り光学特性を変化させることによりズーミングとフォー
カシングの操作を行なっている。この制御は、処理手段
により撮影用対物光学系のズーミング、フォーカシング
作用に連動して行なわれる。このファインダー用対物光
学系93によって形成された物体像は、像正立部材であ
るポロフリズム95の視野枠97上に形成される。尚、
視野枠97は、ポロプリズム95の第1反射面96と第
2反射面98との間を分離し、その間に視野枠97は配
置されている。このポリプリズム95の後方には、正立
正像にされた像を観察者眼球Eに導く接眼光学系99が
配置されている。Further, in the finder optical path 84, an imaging optical system having a reflection type optical characteristic variable optical element 66H is arranged as a finder objective optical system. Also,
Cover lens 94 having positive power as cover member
And enlarge the angle of view. The cover lens 94 and the prism VP located on the object side of the stop S of the imaging optical system.
1 constitutes the front group GF of the finder objective optical system 93, and the rear group GR of the finder objective optical system 93 is constituted by the prism VP on the image side of the stop S of the imaging optical system. Aperture S
Zooming and focusing are performed by arranging the optical characteristic variable optical element 66H on each of the front group GF and the rear group GR sandwiching. Here, a reflection type optical characteristic variable optical element formed integrally with the reflection prism is used. Although liquid crystal is used here, zooming and focusing operations are performed by changing the optical characteristics as described above. This control is performed by the processing means in conjunction with the zooming and focusing actions of the photographing objective optical system. The object image formed by the finder objective optical system 93 is formed on a field frame 97 of a porofrism 95 which is an image erecting member. still,
The field frame 97 separates between the first reflection surface 96 and the second reflection surface 98 of the Porro prism 95, and the field frame 97 is disposed therebetween. Behind the polyprism 95, an eyepiece optical system 99 that guides the erect image into the observer's eyeball E is disposed.
【0164】このように構成されたカメラ80は、ファ
インダー用対物光学系93を少ない光学部材で構成で
き、高性能及び小型化が実現できると共に、対物光学系
93の光路自体を折り曲げて構成できるため、カメラ内
部での配置の自由度が増し、設計上有利となる。In the camera 80 thus configured, the finder objective optical system 93 can be configured with a small number of optical members, high performance and miniaturization can be realized, and the optical path itself of the objective optical system 93 can be bent so as to be configured. This increases the degree of freedom of arrangement inside the camera, which is advantageous in design.
【0165】次に、図28は、本発明の結像光学系を電
子カメラ80の撮影部の対物光学系88に組み込んだ構
成の概念図を示す。この例の場合、撮影用光路82上に
配置された撮影用対物光学系88は、反射型の光学特性
可変光学素子を用いた結像光学系である。この撮影用対
物光学系により形成された物体像は、ローパスフィルタ
ー、赤外カットフィルター等のフィルタ91を介してC
CD89の撮像面90上に形成される。このCCD89
で受光された物体像は、処理手段92を介し、液晶表示
素子(LCD)100上に電子像として表示される。ま
た、この処理手段92は、CCD89で撮影された物体
像を電子情報として記録する記録手段101の制御も行
なう。LCD100に表示された画像は、接眼光学系9
9を介して観察者の眼Eに導かれる。この接眼光学系9
9は、本発明の結像光学系に用いられているものと同様
の形態を持つ光学特性可変光学素子66Hを備えた偏芯
プリズムからなり、前記光学素子の特性を変化させるこ
とにより観察者の視度に合わせてLCDの虚像の奥行き
を調整可能としている。この例では入射面102と、反
射面103と、反射と屈折とを兼用する面104の3面
から構成されている。また、2つの反射作用を持った面
103、104のうち少なくとも一方の面、望ましくは
両方の面が、光束にパワーを与え、かつ、偏芯収差を補
正する唯一の対称面を持つ面対称自由曲面にて構成され
ている。そして、この唯一の対称面は、撮影用対物光学
系88の前後の群GF、GRに配置された偏芯プリズ
ム、VP1、VP2が有する面対称自由曲面の唯一の対
称面と略同一平面上に形成されている。図38は、図2
8と同様に本発明の結像光学系を電子カメラ80の撮像
部の対物光学系88に組み込んだ他の構成の概念図で、
図28と接眼光学系99Bが異なっている。即ち図38
に示す電子カメラは、図28に示す電子カメラの接眼光
学系99における偏角プリズムVP3の射出側の面10
4の近傍に、図12等に示すような可変焦点レンズ21
を設けたものである。このように偏角プリズムVP3と
可変焦点レンズ21とを組み合わせることにより、偏角
プリズムによる視度変換と可変焦点レンズによる倍率の
変化の両方を行ない得るようにした。Next, FIG. 28 is a conceptual diagram showing a configuration in which the image forming optical system of the present invention is incorporated in an objective optical system 88 of a photographing section of an electronic camera 80. In the case of this example, the photographing objective optical system 88 arranged on the photographing optical path 82 is an image forming optical system using a reflection type optical characteristic variable optical element. The object image formed by the photographing objective optical system is converted to a C image via a filter 91 such as a low-pass filter or an infrared cut filter.
It is formed on the imaging surface 90 of the CD 89. This CCD 89
Is displayed as an electronic image on the liquid crystal display device (LCD) 100 via the processing means 92. The processing unit 92 also controls a recording unit 101 that records an object image captured by the CCD 89 as electronic information. The image displayed on the LCD 100 is the eyepiece optical system 9.
It is guided to the observer's eye E via 9. This eyepiece optical system 9
Reference numeral 9 denotes an eccentric prism provided with an optical characteristic variable optical element 66H having the same form as that used in the imaging optical system of the present invention. The depth of the virtual image of the LCD can be adjusted according to the diopter. In this example, it is composed of three surfaces: an incident surface 102, a reflecting surface 103, and a surface 104 that serves both reflection and refraction. Also, at least one of the two reflecting surfaces 103 and 104, desirably both surfaces, provide power to the luminous flux and have only one symmetric surface for correcting eccentric aberration. It is composed of curved surfaces. The only plane of symmetry is substantially coplanar with the only plane of symmetry of the plane-symmetric free-form surfaces of the eccentric prisms VP1 and VP2 arranged in the groups GF and GR before and after the objective optical system 88 for photographing. Is formed. FIG. 38 shows FIG.
8 is a conceptual diagram of another configuration in which the imaging optical system of the present invention is incorporated in an objective optical system 88 of an imaging unit of an electronic camera 80 in the same manner as FIG.
FIG. 28 differs from the eyepiece optical system 99B. That is, FIG.
The electronic camera shown in FIG. 28 is a surface 10 on the exit side of the deflection prism VP3 in the eyepiece optical system 99 of the electronic camera shown in FIG.
The variable focus lens 21 as shown in FIG.
Is provided. By combining the deflection prism VP3 and the varifocal lens 21 in this manner, both diopter conversion by the deflection prism and a change in magnification by the varifocal lens can be performed.
【0166】このように構成されたカメラ80は、撮影
用対物光学系88を少ない光学部材で構成でき、高性能
で小型にできると共に、光学系全体を同一平面上に並べ
て配置できるため、この配置平面と垂直方向の厚みの薄
型化が実現できる。In the camera 80 constructed as described above, the photographing objective optical system 88 can be composed of a small number of optical members, so that it can be made high-performance and compact, and the entire optical system can be arranged on the same plane. The thickness in the direction perpendicular to the plane can be reduced.
【0167】次に、図29は、本発明の光学特性可変光
学素子を電子内視鏡の観察系の対物光学系120に組み
込んだ構成の概念図を示す。この例の場合も、観察系の
対物光学系110は、ズーミングフォーカシングを行な
う反射型光学特性可変光学素子128を備えた結像光学
系を用いている。この電子内視鏡は、図29(A)に示
すように、電子内視鏡111と、照明光を供給する光源
装置112と、その電子内視鏡111に対応する信号処
理を行なうビデオプロセッサ113と、このビデオプロ
セッサ113から出力される映像信号を表示するモニタ
ー114と、このビデオプロセッサ113と接続され映
像信号等に記録するVTRデッキ115、および、ビデ
オディスク116と、映像信号を映像としてプリントア
ウトするビデオプリンタ117と共に構成されており、
電子内視鏡111の挿入部118の先端部119は、図
29(B)に示すように構成されている。光源装置11
2から照明された光束は、ライトガイドファイバー束1
26を通って照明用対物光学系127により、観察部位
を照明する。そして、この観察部位からの光が、カバー
部材124を介して、観察用対物光学系125によって
物体像として形成される。この物体像は、ローパスフー
フィルター、赤外カットフィルター等のフィルター12
1を介してCCD122の撮像面123上に形成され
る。さらに、この物体像は、CCD122によって映像
信号に変換され、その映像信号は、図29(A)に示す
ビデオプロセッサ113により、モニター114上に直
接表示されると共に、VTRデッキ115、ビデオディ
スク116中に記録され、また、ビデオプリンタ117
から映像としてプリントアウトされる。Next, FIG. 29 shows a conceptual diagram of a configuration in which the optical characteristic variable optical element of the present invention is incorporated in an objective optical system 120 of an observation system of an electronic endoscope. Also in this example, the objective optical system 110 of the observation system uses an imaging optical system including a reflective optical characteristic variable optical element 128 for performing zooming focusing. As shown in FIG. 29A, the electronic endoscope includes an electronic endoscope 111, a light source device 112 that supplies illumination light, and a video processor 113 that performs signal processing corresponding to the electronic endoscope 111. A monitor 114 for displaying a video signal output from the video processor 113; a VTR deck 115 connected to the video processor 113 for recording video signals and the like; and a video disk 116, and printing out the video signal as video. And a video printer 117 that
The distal end 119 of the insertion section 118 of the electronic endoscope 111 is configured as shown in FIG. Light source device 11
The light beam illuminated from 2 is a light guide fiber bundle 1
The observation site is illuminated by the illumination objective optical system 127 through the light source 26. Then, the light from the observation site is formed as an object image by the observation objective optical system 125 via the cover member 124. This object image is filtered by a filter 12 such as a low-pass fu filter or an infrared cut filter.
1 is formed on the imaging surface 123 of the CCD 122 through the first through-hole 1. Further, this object image is converted into a video signal by the CCD 122, and the video signal is directly displayed on the monitor 114 by the video processor 113 shown in FIG. And the video printer 117
Is printed out as a video.
【0168】このように構成された内視鏡は、ズーミン
グや、フォーカシング機能を備えているにもかかわら
ず、少ない光学部材で構成でき、高性能・小型化が実現
できる。The endoscope thus configured can be configured with a small number of optical members despite having zooming and focusing functions, and high performance and downsizing can be realized.
【0169】また、以上のプリズムを複数用いた実施の
形態の結像光学系の前群や後群に設けられた偏芯プリズ
ムとしては、何れも光学面3面からなり、その中の1面
が全反射作用と透過作用とを兼用する面で構成された内
部反射回数2回のタイプのプリズムを用いたが、本発明
に用いる偏芯プリズムはこれに限られるものではない。
以上述べた本発明の撮像装置において、例えば図21に
示す撮像装置は、自由曲面と可変ミラーとよりなる光学
系を備えたものであるが、これら装置の光学系で用いら
れている自由曲面は、他の光学特性可変光学素子を用い
た撮像装置の光学系に用いることも可能である。例えば
図12等に記載された可変焦点レンズを用いた撮像装置
の光学系にこの自由曲面を用いることも可能である。即
ち前記自由曲面は、光学特性可変反射鏡以外の光学特性
可変光学素子を用いた光学系、撮像光学系、光学装置、
観察装置に適用することも可能である。また、本発明の
光学系は接眼光学系、ファインダー光学系、電子撮像装
置のレンズ系(例えば図15)、デジタルカメラ撮像装
置のレンズ系として用いられる。Each of the eccentric prisms provided in the front group and the rear group of the imaging optical system according to the embodiment using a plurality of the above prisms has three optical surfaces, one of which is one. Used a prism of a type having two times of internal reflection constituted by a surface having both a total reflection function and a transmission function, but the eccentric prism used in the present invention is not limited to this.
In the imaging apparatus of the present invention described above, for example, the imaging apparatus shown in FIG. 21 has an optical system composed of a free-form surface and a variable mirror, but the free-form surface used in the optical system of these devices is It is also possible to use the present invention in an optical system of an imaging apparatus using another optical characteristic variable optical element. For example, it is possible to use this free-form surface in an optical system of an imaging apparatus using a variable focus lens described in FIG. That is, the free-form surface is an optical system using an optical characteristic variable optical element other than the optical characteristic variable reflecting mirror, an imaging optical system, an optical device,
It is also possible to apply to an observation device. The optical system of the present invention is used as an eyepiece optical system, a finder optical system, a lens system of an electronic imaging device (for example, FIG. 15), and a lens system of a digital camera imaging device.
【0170】本発明に用いることができるいくつかの可
変焦点プリズムVPの例を図30〜図32に示す。な
お、いずれも像面136に結像するプリズムVPとして
説明するが、光路を逆にして像面136側から被写体か
らの光線が入射し、瞳131側に結像するプリズムVP
としても使用することができる。又単体で結像光学系
や、観察光学系として構成してもよい。又、どの面に光
学特性可変光学素子を用いるかは、使用形態により決定
してよい。Some examples of the varifocal prism VP that can be used in the present invention are shown in FIGS. Each of the prisms VP forms an image on the image plane 136. However, the prism VP forms an image on the pupil 131 side when a light beam from a subject enters from the image plane 136 by reversing the optical path.
Can also be used as Further, it may be configured as an imaging optical system or an observation optical system by itself. The surface on which the optical characteristic variable optical element is used may be determined depending on the use form.
【0171】図30の場合は、プリズムVPは第1面1
32、第2面133、第3面134、第4面135から
なり、入射瞳131を通って入射した光は、第1面13
2で屈折してプリズムVPに入射し、第2面133で内
部反射し、第3面134に入射して内部反射し、第4面
135に入射して屈折されて、像面136に結像する。
光学特性可変光学素子を第3面134と第2面133に
設けることにより、ズーミングとフォーカシングを可能
としている。In the case of FIG. 30, the prism VP is the first surface 1
32, a second surface 133, a third surface 134, and a fourth surface 135. Light incident through the entrance pupil 131 passes through the first surface 13.
2 and is incident on the prism VP, is internally reflected on the second surface 133, is incident on the third surface 134 and is internally reflected, is incident on the fourth surface 135 and is refracted, and forms an image on the image surface 136. I do.
The provision of the optical characteristic variable optical element on the third surface 134 and the second surface 133 enables zooming and focusing.
【0172】図31の場合は、プリズムVPは第1面1
32、第2面133、第3面134、第4面135から
なり、入射瞳131を通って入射した光は、第1面13
2で屈折してプリズムVPに入射し、第2面133で内
部反射し、第3面134に入射して全反射し、第4面1
35に入射して内部反射し、再び第3面134に入射し
て今度は屈折されて、像面136に結像する。ここで
は、第2面133と第4面135に光学特性可変光学素
子を用いた。In the case of FIG. 31, the prism VP is the first surface 1
32, a second surface 133, a third surface 134, and a fourth surface 135. Light incident through the entrance pupil 131 passes through the first surface 13.
2 is incident on the prism VP, is internally reflected on the second surface 133, is incident on the third surface 134, is totally reflected, and is reflected on the fourth surface 1
At 35, the light is internally reflected, re-enters the third surface 134, is refracted at this time, and forms an image on the image surface 136. Here, an optical characteristic variable optical element is used for the second surface 133 and the fourth surface 135.
【0173】図32の場合は、プリズムVPは第1面1
32、第2面133、第3面134、第4面135から
なり、入射瞳131を通って入射した光は、第1面13
2で屈折してプリズムVPに入射し、第2面133で内
部反射し、第3面134に入射して内部反射し、第2面
133に再度入射して内部反射し、第4面135に入射
して屈折されて、像面136に結像する。ここでは第2
面133と第3面134に光学特性可変光学素子を用い
た。In the case of FIG. 32, the prism VP is
32, a second surface 133, a third surface 134, and a fourth surface 135. Light incident through the entrance pupil 131 passes through the first surface 13.
The light is refracted at 2 and is incident on the prism VP, is internally reflected on the second surface 133, is incident on the third surface 134 and is internally reflected, is incident again on the second surface 133 and is internally reflected, and is incident on the fourth surface 135. The incident light is refracted and forms an image on the image plane 136. Here the second
The optical characteristics variable optical element was used for the surface 133 and the third surface 134.
【0174】又、本発明の光学特性可変光学素子は、画
像表示装置に利用することができる。この画像表示装置
を用いた第6の実施の形態として、図33に頭部装着型
の画像表示装置を観察者頭部に装着した状態を、図34
にその断面図を示す。この構成は、本発明の反射型光学
特性可変光学素子を視度調節のために用いた偏芯プリズ
ム光学系を図34に示すように接眼光学系140として
用いており、接眼光学系140と画像表示素子141か
らなる組みを左右一対用意し、それらを眼輻距離だけ離
して支持することにより、両眼で観察できる据え付け型
又は頭部装着型画像表示装置のようなポータブル型の画
像表示装置142として構成されている。The optical characteristic variable optical element of the present invention can be used for an image display device. As a sixth embodiment using this image display device, FIG. 33 shows a state in which a head-mounted image display device is mounted on the observer's head.
FIG. In this configuration, an eccentric prism optical system using the reflective optical characteristic variable optical element of the present invention for diopter adjustment is used as an eyepiece optical system 140 as shown in FIG. A pair of left and right pairs of display elements 141 are prepared and supported at a distance of the eye distance, so that a portable image display device 142 such as a stationary or head mounted image display device that can be observed with both eyes. Is configured as
【0175】すなわち、表示装置本体142には、上記
のような接眼光学系140が左右一対備えられ、それら
に対応して像面に液晶表示素子からなる画像表示素子1
41が配置されている。そして、表示装置本体142に
は、図33に示すように、左右に連続して図示のような
側頭フレーム143が設けられ、表示装置本体142を
観察者の眼前に保持できるようになっている。That is, the display device main body 142 is provided with a pair of left and right eyepiece optical systems 140 as described above.
41 are arranged. As shown in FIG. 33, the display device main body 142 is provided with a temporal frame 143 as shown in FIG. 33, which can be held in front of the observer's eyes. .
【0176】また、側頭フレーム143にはスピーカー
144が付設されており、画像観察と共に立体音響を聞
くことができるようになっている。このようにスピーカ
ー144を有する表示装置本体142には、映像音声伝
達コード145を介してポータブルビデオカセット等の
再生装置136が接続されているので、観察者はこの再
生装置146を図示のようにベルト箇所等の任意の位置
に保持して、映像音響を楽しむことができるようになっ
ている。図33の符号147は再生装置146のスイッ
チ、ボリューム等の調節部である。なお、表示装置本体
142の内部に映像処理、音声処理回路等の電子部品を
内蔵させてある。A speaker 144 is attached to the temporal frame 143 so that stereophonic sound can be heard together with image observation. As described above, the playback device 136 such as a portable video cassette is connected to the display device main body 142 having the speaker 144 via the video / audio transmission code 145, so that the viewer can attach the playback device 146 to the belt as shown in the figure. The video and audio can be enjoyed while being held at an arbitrary position such as a location. Reference numeral 147 in FIG. 33 denotes an adjustment unit for the switch, volume, and the like of the playback device 146. Note that electronic components such as a video processing and audio processing circuit are built in the display device main body 142.
【0177】なお、コード145は先端をジャックにし
て、既存のビデオデッキ等に取り付け可能としてもよ
い。さらに、TV電波受信用チューナーに接続してTV
鑑賞用としてもよいし、コンピュータに接続してコンピ
ュータグラフィックスの映像や、コンピュータからのメ
ッセージ映像等を受信するようにしてもよい。又、邪魔
なコードを排斥するために、アンテナを接続して外部か
らの信号を電波によって受信するようにしてもよい。The cord 145 may have a jack at the tip so that it can be attached to an existing video deck or the like. Furthermore, it is connected to a tuner for TV radio wave reception,
It may be used for viewing, or may be connected to a computer to receive computer graphics images, message images from the computer, and the like. Further, in order to reject an obstructive code, an antenna may be connected to receive an external signal by radio wave.
【0178】本発明において、特許請求の範囲に記載す
るもののほか下記の各項に記載するものもその目的に寄
与する。なお、本発明全般に言えることであるが、接眼
光学系、ファインダー光学系、撮影用対物光学系、撮像
光学系、顕微鏡のレンズ系、電子撮像装置のレンズ系
(例えば図15)、デジタルカメラ撮像装置のレンズ系
等はいずれも結像光学系の例である。また光学装置とい
うのは光学系を有する装置のことである。In the present invention, those described in the following items in addition to those described in the claims contribute to the object. In general, the present invention can be applied to an eyepiece optical system, a viewfinder optical system, a photographing objective optical system, an imaging optical system, a microscope lens system, an electronic imaging device lens system (for example, FIG. 15), and a digital camera imaging system. The lens system and the like of the apparatus are all examples of the imaging optical system. An optical device is a device having an optical system.
【0179】(0) 特許請求の範囲の請求項1に記載
する光学系で、光学特性可変反射鏡としてメインブレイ
ンミラーを用いたことを特徴とする光学系。(0) The optical system according to claim 1, wherein a main brain mirror is used as the variable optical characteristic reflecting mirror.
【0180】(1) 特許請求の範囲の請求項2又は3
に記載する撮像装置で、光学特性可変反射鏡としてメイ
ンブレインミラーを用いたことを特徴とする撮像装置。(1) Claim 2 or 3 of the claims
3. The imaging apparatus according to claim 1, wherein a main brain mirror is used as the variable optical characteristic reflecting mirror.
【0181】(2) 特許請求の範囲の請求項2又は3
あるいは前記の(1)の項に記載する撮像装置で、前記
光学特性可変反射鏡および撮像素子をリソグラフィープ
ロセスを用いて製作することを特徴とする撮像装置。(2) Claim 2 or 3 of the claims
Alternatively, in the imaging device according to the above item (1), the variable optical property reflecting mirror and the imaging device are manufactured using a lithography process.
【0182】(3) 特許請求の範囲の請求項3に記載
する撮像装置で、前記非回転対称面を有する光学素子の
少なくとも1面に光学特性可変反射鏡を又他の少なくと
も1面に固体撮像素子を配設したことを特徴とする撮像
装置。(3) The image pickup apparatus according to claim 3, wherein the optical element having a non-rotationally symmetric surface has a variable optical property reflecting mirror on at least one surface and a solid-state image pickup on at least one other surface. An imaging device comprising an element.
【0183】(4) 特許請求の範囲の請求項2に記載
する撮像装置で、光学特性可変反射鏡が屈折率異方性が
負の液晶よりなり、前記液晶に電場または磁場または温
度を加えることにより屈折率を変化させて光学特性を変
化させることを特徴とする撮像装置。(4) In the image pickup apparatus according to the second aspect of the present invention, the variable optical property reflecting mirror is made of a liquid crystal having a negative refractive index anisotropy, and an electric field, a magnetic field, or a temperature is applied to the liquid crystal. An image pickup apparatus, wherein the optical characteristic is changed by changing the refractive index of the image pickup apparatus.
【0184】(5) 特許請求の範囲の請求項2に記載
する撮像装置で、光学特性可変反射鏡が入射光軸に垂直
な面内で液晶分子の方位がほぼ均一である液晶よりなる
ことを特徴とする撮像装置。(5) The image pickup apparatus according to claim 2, wherein the variable optical property reflecting mirror is made of liquid crystal in which the orientation of liquid crystal molecules is substantially uniform in a plane perpendicular to the incident optical axis. Characteristic imaging device.
【0185】(6) 特許請求の範囲の請求項2に記載
する撮像装置で、光学特性可変反射鏡が入射光軸に垂直
な面内で電気光学効果をもつ物質の方位がほぼ均一であ
る物質よりなることを特徴とする撮像装置。(6) In the image pickup apparatus according to the second aspect of the present invention, the variable optical property reflecting mirror has a substance whose electro-optical effect is substantially uniform in a plane perpendicular to the incident optical axis. An imaging device, comprising:
【0186】(7) 特許請求の範囲の請求項2に記載
する撮像装置で、光学特性可変反射鏡が液晶素子を有
し、前記液晶素子の光軸とほぼ直交する方向に電場を加
えて光学特性を変化させることを特徴とする撮像装置。(7) In the imaging device according to the second aspect of the present invention, the optical characteristic variable reflecting mirror has a liquid crystal element, and an optical field is applied by applying an electric field in a direction substantially orthogonal to the optical axis of the liquid crystal element. An imaging device characterized by changing characteristics.
【0187】(8) 特許請求の範囲の請求項2に記載
する撮像装置で、光学特性可変反射鏡が屈折率異方性が
負の電気光学効果又は磁気光学効果を持つ物質よりな
り、この物質に電場又は磁場を加えることにより前記物
質の屈折率を変化させて光学特性を変化させることを特
徴とする撮像装置。(8) In the image pickup apparatus according to the second aspect of the present invention, the variable optical property reflecting mirror is made of a material having a negative refractive index anisotropy having an electro-optical effect or a magneto-optical effect. An imaging apparatus, wherein an electric field or a magnetic field is applied to change the refractive index of the substance to change the optical characteristics.
【0188】(9) 特許請求の範囲の請求項2に記載
する撮像装置で、光学特性可変反射鏡が入射光軸にほぼ
垂直な面内での液晶分子の方位が前記面内でほぼ均一な
液晶よりなり、この液晶に電場又は磁場または温度を加
えることにより液晶の屈折率を変化させて光学特性を変
化させるようにしたことを特徴とする撮像装置。(9) In the imaging device according to the second aspect of the present invention, the azimuth of the liquid crystal molecules in the plane substantially perpendicular to the incident optical axis is substantially uniform in the plane. An imaging apparatus comprising a liquid crystal, wherein an electric field, a magnetic field, or a temperature is applied to the liquid crystal to change a refractive index of the liquid crystal to change optical characteristics.
【0189】(10) 特許請求の範囲の請求項2に記
載する撮像装置で、光学特性可変反射鏡が液晶素子より
なり、更に前記液晶素子の光軸とほぼ直交する方向に電
場を加える部材を備え、前記部材による電場が時間と共
に方向を変化させるようにしたことを特徴とする撮像装
置。(10) In the image pickup apparatus according to the second aspect of the present invention, the optical characteristic variable reflecting mirror comprises a liquid crystal element, and further includes a member for applying an electric field in a direction substantially orthogonal to the optical axis of the liquid crystal element. An imaging apparatus, comprising: an electric field generated by the member, the direction of which changes with time.
【0190】(11) 特許請求の範囲の請求項2に記
載する撮像装置で、光学特性可変反射鏡が液晶素子より
なり、更に前記液晶素子の光軸とほぼ平行な方向に電場
を加える部材と、前記液晶素子の光軸とほぼ直交する方
向に電場を加える部材とを備えたことを特徴とする撮像
装置。(11) In the image pickup apparatus according to the second aspect of the present invention, the variable optical property reflecting mirror comprises a liquid crystal element, and a member for applying an electric field in a direction substantially parallel to the optical axis of the liquid crystal element. A member for applying an electric field in a direction substantially perpendicular to the optical axis of the liquid crystal element.
【0191】(12) 特許請求の範囲の請求項2に記
載する撮像装置で、光学特性可変反射鏡が前記の
(7)、(10)又は(11)に記載する光学素子で、
下記式(7)を満足することを特徴とする撮像装置。 T≦τ (7)(12) In the imaging device according to the second aspect of the present invention, the variable optical characteristic reflecting mirror is the optical element according to the above (7), (10) or (11),
An imaging apparatus characterized by satisfying the following expression (7). T ≦ τ (7)
【0192】(13) 前記(12)の項に記載する撮
像装置で、条件(7)の代りに下記条件式(7−1)を
満足することを特徴とする撮像装置。 T≦10τ (7−1)(13) The imaging apparatus according to the above (12), wherein the following conditional expression (7-1) is satisfied instead of the condition (7). T ≦ 10τ (7-1)
【0193】(14) 特許請求の範囲の請求項2に記
載する撮像装置で、光学特性可変反射鏡が液晶素子を有
し、前記液晶素子に用いる液晶が螺旋状の配向の液晶で
あることを特徴とする撮像装置。(14) In the image pickup apparatus according to the second aspect of the present invention, it is preferable that the variable optical property reflecting mirror has a liquid crystal element, and the liquid crystal used for the liquid crystal element is a liquid crystal having a helical alignment. Characteristic imaging device.
【0194】(15) 前記の(14)の項に記載する
撮像装置で、下記式(6)、(5−61)、(5−6
2)、(5−28)、(5−29)、(5−30)のい
ずれかを満足することを特徴とする撮像装置。 P<λ (6) P<20π・λ≒62.8λ (5−61) P<20λ (5−62) |Γ/2Φ|<1 (5−28) |Γ/2Φ|<π/6 (5−29) |Γ/2Φ|<π (5−30)(15) The imaging apparatus described in the above (14), wherein the following equations (6), (5-61), and (5-6)
2) An imaging apparatus satisfying any one of (5-28), (5-29), and (5-30). P <λ (6) P <20π · λ ≒ 62.8λ (5-61) P <20λ (5-62) | Γ / 2Φ | <1 (5-28) | Γ / 2Φ | <π / 6 ( 5-29) | Γ / 2Φ | <π (5-30)
【0195】(16) 特許請求の範囲の請求項2に記
載する撮像装置で、光学特性可変反射鏡が液晶素子より
なり、高分子分散液晶を用いたことを特徴とする撮像装
置。(16) The imaging apparatus according to claim 2, wherein the variable optical property reflecting mirror comprises a liquid crystal element and uses a polymer dispersed liquid crystal.
【0196】(17) 前記(16)の項に記載する撮
像装置で、下記式(8)、(9)のうちの少なくとも一
つの式を満足することを特徴とする撮像装置。 D<λ/5 (8) 0.5<ff<0.999 (9)(17) The imaging device according to the above (16), wherein at least one of the following expressions (8) and (9) is satisfied. D <λ / 5 (8) 0.5 <ff <0.999 (9)
【0197】(18) 前記(16)の項に記載する光
学素子で、下記式(8−1)、(9−1)のうちの少な
くとも一つの式を満足することを特徴とする撮像装置。 D<2λ (8−1) 0.1<ff<0.5 (9−1)(18) The imaging device according to item (16), wherein at least one of the following expressions (8-1) and (9-1) is satisfied. D <2λ (8-1) 0.1 <ff <0.5 (9-1)
【0198】(19) 特許請求の範囲の請求項2に記
載する撮像装置で、光学特性可変反射鏡が、液晶素子の
温度を変化させることで特性を変えることを特徴とする
撮像装置。(19) The imaging apparatus according to claim 2, wherein the variable optical characteristic reflecting mirror changes the characteristic by changing the temperature of the liquid crystal element.
【0199】(20) (17)又は(18)の項に記
載する光学素子で、強度可変の磁場を加えて液晶の配向
方向を制御することを特徴とする撮像装置。(20) An imaging device according to the item (17) or (18), wherein the orientation direction of the liquid crystal is controlled by applying a magnetic field of variable intensity.
【0200】(21) 特許請求の範囲の請求項2に記
載する撮像装置で、光学特性可変反射鏡が液晶を有し、
前記液晶に電場の強さあるいは周波数を変化させること
によって液晶の配向方向を制御することを特徴とする撮
像装置。(21) In the imaging device according to the second aspect of the present invention, the optical characteristic variable reflecting mirror has a liquid crystal,
An imaging device, wherein the orientation direction of the liquid crystal is controlled by changing the intensity or frequency of an electric field in the liquid crystal.
【0201】(22) 特許請求の範囲の請求項2に記
載する撮像装置で、光学特性可変反射鏡が液晶素子を有
し、前記液晶素子として電場の周波数によって誘電異方
性が変化する液晶素子を用いたことを特徴とする撮像装
置。(22) The image pickup apparatus according to claim 2, wherein the variable optical property reflecting mirror has a liquid crystal element, and the liquid crystal element whose dielectric anisotropy changes depending on the frequency of an electric field as the liquid crystal element. An imaging apparatus characterized by using:
【0202】(23) 特許請求の範囲の請求項1に記
載する光学系で、前記非回転対称面が対称面を1面のみ
有する面であることを特徴とする撮像装置。(23) The optical system according to claim 1, wherein the non-rotationally symmetric surface is a surface having only one symmetric surface.
【0203】(24) 非回転対称面を有する光学素子
と反射鏡と撮像素子とを備え、前記反射鏡と前記撮像素
子とが同一の基板上に配置されている撮像装置。(24) An imaging apparatus comprising an optical element having a non-rotationally symmetric surface, a reflecting mirror, and an imaging element, wherein the reflecting mirror and the imaging element are arranged on the same substrate.
【0204】(25) 非回転対称面を有する光学素子
と反射鏡と撮像素子とを備え、前記反射鏡と前記撮像素
子とが同一の基板上に配置されている光学系。(25) An optical system comprising an optical element having a non-rotationally symmetric surface, a reflecting mirror, and an image sensor, wherein the reflecting mirror and the image sensor are arranged on the same substrate.
【0205】(26) 特許請求の範囲の請求項1に記
載する光学系で、光学特性可変反射鏡が屈折率異方性が
負の液晶よりなり、前記液晶に電場または磁場または温
度を加えることにより屈折率を変化させて光学特性を変
化させることを特徴とする光学系(26) In the optical system according to the first aspect of the present invention, the variable optical property reflecting mirror is made of a liquid crystal having a negative refractive index anisotropy, and an electric field, a magnetic field, or a temperature is applied to the liquid crystal. Optical system characterized by changing the refractive index by means of the optical system to change the optical characteristics
【0206】(27) 特許請求の範囲の請求項1に記
載する光学系で、光学特性可変反射鏡が入射光軸に垂直
な面内で液晶分子の方位がほぼ均一である液晶よりなる
ことを特徴とする光学系。(27) The optical system according to claim 1, wherein the variable optical property reflecting mirror is made of liquid crystal in which the orientation of liquid crystal molecules is substantially uniform in a plane perpendicular to the incident optical axis. Characteristic optical system.
【0207】(28) 特許請求の範囲の請求項1に記
載する光学系で、光学特性可変反射鏡が入射光軸に垂直
な面内で電気光学効果をもつ物質の方位がほぼ均一であ
る物質よりなることを特徴とする光学系。(28) In the optical system according to the above item (1), the variable optical property reflecting mirror has a substantially uniform orientation of a substance having an electro-optic effect in a plane perpendicular to the incident optical axis. An optical system characterized by comprising:
【0208】(29) 特許請求の範囲の請求項1に記
載する光学系で、光学特性可変反射鏡が液晶素子を有
し、前記液晶素子の光軸とほぼ直交する方向に電場を加
えて光学特性を変化させることを特徴とする光学系。(29) In the optical system according to claim 1, the optical characteristic variable reflecting mirror has a liquid crystal element, and applies an electric field in a direction substantially orthogonal to the optical axis of the liquid crystal element. An optical system characterized by changing characteristics.
【0209】(30) 特許請求の範囲の請求項1に記
載する光学系で、光学特性可変反射鏡が屈折率異方性が
負の電気光学効果又は磁気光学効果を持つ物質よりな
り、この物質に電場又は磁場を加えることにより前記物
質の屈折率を変化させて光学特性を変化させることを特
徴とする光学系。(30) In the optical system according to claim 1, wherein the variable optical property reflecting mirror is made of a material having a negative refractive index anisotropy having an electro-optical effect or a magneto-optical effect. An optical system characterized by changing an optical property by changing an index of refraction of the substance by applying an electric or magnetic field to the material.
【0210】(31) 特許請求の範囲の請求項1に記
載する光学系で、光学特性可変反射鏡が入射光軸にほぼ
垂直な面内での液晶分子の方位が前記面内でほぼ均一な
液晶よりなり、この液晶に電場又は磁場または温度を加
えることにより液晶の屈折率を変化させて光学特性を変
化させるようにしたことを特徴とする光学系。(31) In the optical system according to the first aspect of the present invention, in the optical system according to the first aspect of the present invention, the variable optical property reflecting mirror has a liquid crystal molecule in a plane substantially perpendicular to the incident optical axis, and the orientation is substantially uniform in the plane. An optical system comprising a liquid crystal, wherein an electric field, a magnetic field, or a temperature is applied to the liquid crystal to change a refractive index of the liquid crystal to change optical characteristics.
【0211】(32) 特許請求の範囲の請求項1に記
載する光学系で、光学特性可変反射鏡が液晶素子よりな
り、更に前記液晶素子の光軸とほぼ直交する方向に電場
を加える部材を備え、前記部材による電場が時間と共に
方向を変化させるようにしたことを特徴とする光学系。(32) In the optical system according to the first aspect of the present invention, the optical characteristic variable reflecting mirror comprises a liquid crystal element, and further includes a member for applying an electric field in a direction substantially orthogonal to the optical axis of the liquid crystal element. An optical system, wherein the electric field generated by the member changes its direction with time.
【0212】(33) 特許請求の範囲の請求項1に記
載する光学系で、光学特性可変反射鏡が液晶素子よりな
り、更に前記液晶素子の光軸とほぼ平行な方向に電場を
加える部材と、前記液晶素子の光軸とほぼ直交する方向
に電場を加える部材とを備えたことを特徴とする光学
系。(33) In the optical system according to the first aspect of the present invention, the optical characteristic variable reflecting mirror comprises a liquid crystal element, and further includes a member for applying an electric field in a direction substantially parallel to an optical axis of the liquid crystal element. A member for applying an electric field in a direction substantially perpendicular to the optical axis of the liquid crystal element.
【0213】(34) 前記の(29)、(32)又は
(33)の項に記載する光学系で、下記式(7)を満足
することを特徴とする光学系。 T≦τ (7)(34) The optical system according to the above (29), (32) or (33), wherein the following formula (7) is satisfied. T ≦ τ (7)
【0214】(35) 前記(34)の項に記載する光
学系で、条件(7)の代りに下記条件式(7−1)を満
足することを特徴とする光学系。 T≦10τ (7−1)(35) The optical system described in the above item (34), wherein the following conditional expression (7-1) is satisfied instead of the condition (7). T ≦ 10τ (7-1)
【0215】(36) 特許請求の範囲の請求項1に記
載する光学系で、光学特性可変反射鏡が液晶素子を有
し、前記液晶素子に用いる液晶が螺旋状の配向の液晶で
あることを特徴とする光学系。(36) The optical system according to claim 1, wherein the variable optical property reflecting mirror has a liquid crystal element, and the liquid crystal used for the liquid crystal element is a liquid crystal having a helical alignment. Characteristic optical system.
【0216】(37) 前記の(36)の項に記載する
光学系で、下記式(6)、(5−61)、(5−6
2)、(5−28)、(5−29)、(5−30)のい
ずれかを満足することを特徴とする光学系。 P<λ (6) P<20π・λ≒62.8λ (5−61) P<20λ (5−62) |Γ/2Φ|<1 (5−28) |Γ/2Φ|<π/6 (5−29) |Γ/2Φ|<π (5−30)(37) In the optical system described in the above item (36), the following formulas (6), (5-61) and (5-6) are used.
2) An optical system satisfying any one of (5-28), (5-29) and (5-30). P <λ (6) P <20π · λ ≒ 62.8λ (5-61) P <20λ (5-62) | Γ / 2Φ | <1 (5-28) | Γ / 2Φ | <π / 6 ( 5-29) | Γ / 2Φ | <π (5-30)
【0217】(38) 特許請求の範囲の請求項1に記
載する光学系で、光学特性可変反射鏡が液晶素子よりな
り、高分子分散液晶を用いたことを特徴とする光学系。(38) The optical system according to claim 1, wherein the variable optical characteristic reflecting mirror comprises a liquid crystal element and uses a polymer dispersed liquid crystal.
【0218】(39) 前記(38)の項に記載する光
学系で、下記式(8)、(9)のうちの少なくとも一つ
の式を満足することを特徴とする光学系。 D<λ/5 (8) 0.5<ff<0.999 (9)(39) The optical system described in the above item (38), wherein at least one of the following expressions (8) and (9) is satisfied. D <λ / 5 (8) 0.5 <ff <0.999 (9)
【0219】(40) 前記(38)の項に記載する光
学系で、下記式(8−1)、(9−1)のうちの少なく
とも一つの式を満足することを特徴とする光学系。 D<2λ (8−1) 0.1<ff<0.5 (9−1)(40) The optical system described in the above item (38), wherein at least one of the following expressions (8-1) and (9-1) is satisfied. D <2λ (8-1) 0.1 <ff <0.5 (9-1)
【0220】(41) 特許請求の範囲の請求項1に記
載する光学系で、光学特性可変反射鏡が、液晶素子の温
度を変化させることで特性を変えることを特徴とする光
学系。(41) The optical system according to claim 1, wherein the variable optical property reflecting mirror changes the property by changing the temperature of the liquid crystal element.
【0221】(42) (39)又は(40)の項に記
載する光学系で、強度可変の磁場を加えて液晶の配向方
向を制御することを特徴とする光学系。(42) The optical system according to the above (39) or (40), wherein the orientation direction of the liquid crystal is controlled by applying a magnetic field of variable intensity.
【0222】(43) 特許請求の範囲の請求項1に記
載する光学系で、光学特性可変反射鏡が液晶を有し、前
記液晶に電場の強さあるいは周波数を変化させることに
よって液晶の配向方向を制御することを特徴とする光学
系。(43) In the optical system described in the item (1), the variable optical property reflecting mirror has a liquid crystal, and the orientation of the liquid crystal is changed by changing the intensity or frequency of an electric field in the liquid crystal. An optical system characterized by controlling the following.
【0223】(44) 特許請求の範囲の請求項1に記
載する光学系で、光学特性可変反射鏡が液晶素子を有
し、前記液晶素子として電場の周波数によって誘電異方
性が変化する液晶素子を用いたことを特徴とする光学
系。(44) The optical system according to claim 1, wherein the variable optical property reflecting mirror has a liquid crystal element, and the liquid crystal element has a dielectric anisotropy that changes according to the frequency of an electric field. An optical system characterized by using:
【0224】(45) 非回転対称面を有する光学素子
と光学特性可変反射鏡とディスプレー(表示装置)とを
備えた光学装置。(45) An optical device provided with an optical element having a non-rotationally symmetric surface, a variable optical characteristic reflecting mirror, and a display (display device).
【0225】(46) 非回転対称面を有する光学素子
と光学特性可変反射鏡とを備えた観察装置。 (47) 非回転対称面と光学特性可変光学素子とを備
えた光学系。 (48) 非回転対称面と光学特性可変光学素子とを備
えた結像光学系。 (49) 非回転対称面と光学特性可変光学素子とを備
えた光学装置。 (50) 非回転対称面と光学特性可変光学素子とを備
えた観察装置。(46) An observation apparatus provided with an optical element having a non-rotationally symmetric surface and a variable optical characteristic reflecting mirror. (47) An optical system including a non-rotationally symmetric surface and an optical characteristic variable optical element. (48) An imaging optical system including a non-rotationally symmetric surface and an optical characteristic variable optical element. (49) An optical device including a non-rotationally symmetric surface and an optical characteristic variable optical element. (50) An observation device including a non-rotationally symmetric surface and an optical characteristic variable optical element.
【0226】[0226]
【発明の効果】本発明によれば、自由曲面(非回転対称
面)を有する光学素子を用いることにより色収差の少な
い光学系になし得ると共にこれに光学特性可変反射鏡を
用いることにより焦点距離を変化させた時もぼけ等の光
学性能の劣化の少ない光学系および撮像装置を実現し得
る。According to the present invention, the use of an optical element having a free-form surface (non-rotationally symmetrical surface) makes it possible to provide an optical system with less chromatic aberration, and the use of a variable-optical-characteristic reflecting mirror to reduce the focal length. It is possible to realize an optical system and an image pickup apparatus in which the optical performance such as blurring is less deteriorated even when it is changed.
【図1】 本発明の第1の実施の形態の構成を示す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention.
【図2】 屈折率の異方性が負の液晶の屈折率楕円体FIG. 2 is a refractive index ellipsoid of a liquid crystal having a negative refractive index anisotropy.
【図3】 本発明の第1の実施の形態で電場を加えた状
態を示す図FIG. 3 is a diagram showing a state in which an electric field is applied in the first embodiment of the present invention.
【図4】 液晶分子の配向状態を示す図FIG. 4 is a view showing an alignment state of liquid crystal molecules.
【図5】 液晶分子の配向状態を示す図FIG. 5 is a view showing an alignment state of liquid crystal molecules.
【図6】 配向膜に形成されているパターンFIG. 6 shows patterns formed on an alignment film.
【図7】 配向膜に形成されている他のパターンFIG. 7 shows another pattern formed on the alignment film.
【図8】 本発明の第2の実施の形態の構成を示す図FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a second exemplary embodiment of the present invention.
【図9】 本発明の第2の実施の形態の構成を示す図FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a second exemplary embodiment of the present invention.
【図10】 図8、9の実施の形態でz軸方向より見た
図FIG. 10 is a diagram viewed from the z-axis direction in the embodiment of FIGS.
【図11】 本発明の第2の実施の形態の変形例FIG. 11 is a modification of the second embodiment of the present invention.
【図12】 本発明の第2の実施の形態の光学素子を用
いた撮像装置を示す図FIG. 12 is a diagram illustrating an imaging apparatus using an optical element according to a second embodiment of the present invention.
【図13】 図12の撮像装置でZ方向より見た図13 is a view of the imaging device of FIG. 12 as viewed from the Z direction.
【図14】 本発明の光学特性可変光学素子を用いた可
変焦点光学系の構成を示す図FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a variable focus optical system using the optical characteristic variable optical element of the present invention.
【図15】 本発明の光学素子を用いたズームレンズを
備えた撮像装置を示す図FIG. 15 is a diagram showing an imaging apparatus provided with a zoom lens using the optical element of the present invention.
【図16】 液晶の代りにポリマーを用いた液晶素子を
示す図FIG. 16 is a diagram showing a liquid crystal element using a polymer instead of a liquid crystal.
【図17】 液晶の代りにポリマーを用いた液晶素子を
示す図FIG. 17 shows a liquid crystal element using a polymer instead of a liquid crystal.
【図18】 本発明の第3の実施の形態の構成を示す図FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a third exemplary embodiment of the present invention.
【図19】 本発明の第3の実施の形態の構成を示す図FIG. 19 is a diagram showing a configuration of a third exemplary embodiment of the present invention.
【図20】 本発明の光学素子で磁場により配向を変化
させる例を示す図FIG. 20 is a diagram showing an example in which the orientation is changed by a magnetic field in the optical element of the present invention.
【図21】 本発明の第4の実施の形態で可変焦点ミラ
ーの構成を示す図FIG. 21 is a diagram showing a configuration of a variable focus mirror according to a fourth embodiment of the present invention.
【図22】 本発明の第4の実施の形態の他の例を示す
図FIG. 22 is a diagram showing another example of the fourth embodiment of the present invention.
【図23】 本発明の第4の実施の形態の他の例を示す
図FIG. 23 is a diagram showing another example of the fourth embodiment of the present invention.
【図24】 本発明の光学素子を用いた可変焦点眼鏡で
ある第5の実施の形態を示す図FIG. 24 is a view showing a fifth embodiment which is variable-focus glasses using the optical element of the present invention;
【図25】 第6の実施の形態で本発明を適用した電子
カメラの前方斜視図FIG. 25 is a front perspective view of an electronic camera to which the present invention is applied in the sixth embodiment.
【図26】 第6の実施の形態の後方斜視図FIG. 26 is a rear perspective view of the sixth embodiment.
【図27】 第6の実施の形態の断面図FIG. 27 is a sectional view of the sixth embodiment;
【図28】 第6の実施の形態の変形例FIG. 28 is a modification of the sixth embodiment.
【図29】 第7の実施の形態で本発明を電子内視鏡に
適用した例FIG. 29 shows an example in which the present invention is applied to an electronic endoscope in the seventh embodiment.
【図30】 本発明に適用可能な偏芯プリズムの例FIG. 30 shows an example of an eccentric prism applicable to the present invention.
【図31】 本発明に適用可能な偏芯プリズムの他の例FIG. 31 shows another example of the eccentric prism applicable to the present invention.
【図32】 本発明に適用可能な偏芯プリズムの他の例FIG. 32 shows another example of the eccentric prism applicable to the present invention.
【図33】 本発明の光学特性可変光学素子を適用した
画像表示装置FIG. 33 is an image display device to which the optical characteristic variable optical element according to the invention is applied.
【図34】 図33の画像表示装置の断面図FIG. 34 is a sectional view of the image display device of FIG. 33;
【図35】 本発明の撮像装置により得られた画像を補
正する電子回路を示す図FIG. 35 is a diagram showing an electronic circuit for correcting an image obtained by the imaging device of the present invention.
【図36】 従来の液晶レンズを用いた光学系の構成を
示す図FIG. 36 is a diagram showing a configuration of an optical system using a conventional liquid crystal lens.
【図37】 他の従来の液晶レンズを用いた光学系の構
成を示す図FIG. 37 is a diagram showing a configuration of an optical system using another conventional liquid crystal lens.
【図38】 第6の実施の形態の他の変形例FIG. 38 shows another modification of the sixth embodiment.
Claims (3)
を備えた光学系。1. An optical system comprising a non-rotationally symmetric surface and a variable optical property reflecting mirror.
特性可変反射鏡と、撮像素子とを備え、前記反射鏡と前
記撮像素子とが同一の基板上に配置され、前記反射鏡と
前記非回転対称面を有する光学素子が光学系の全部又は
一部を構成することを特徴とする撮像装置。2. An optical device having a non-rotationally symmetric surface, a variable optical characteristic reflecting mirror, and an image pickup device, wherein the reflecting mirror and the image pickup device are arranged on the same substrate, An imaging device, wherein an optical element having a rotationally symmetric surface forms all or a part of an optical system.
特性可変反射鏡とを備え、前記反射鏡が前記光学素子の
いずれかの面の近傍に配置されていることを特徴とする
撮像装置。3. An imaging apparatus comprising: an optical element having a non-rotationally symmetric surface; and a variable optical property reflecting mirror, wherein the reflecting mirror is arranged near any surface of the optical element.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10349311A JP2000081573A (en) | 1998-06-30 | 1998-11-25 | Optical system and image pickup device |
US09/327,713 US7369327B1 (en) | 1998-06-09 | 1999-06-08 | Variable optical-property element and optical apparatus including the same |
US09/344,490 US6437925B1 (en) | 1998-06-30 | 1999-06-25 | Optical apparatus |
US10/187,982 US6738199B2 (en) | 1998-06-30 | 2002-07-03 | Variable optical-property element |
US10/805,525 US6865009B2 (en) | 1998-06-30 | 2004-03-22 | Variable optical-property element |
US11/049,534 US7088520B2 (en) | 1998-06-30 | 2005-02-03 | Variable-optical-property element |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19815598 | 1998-06-30 | ||
JP10-198155 | 1998-06-30 | ||
JP10349311A JP2000081573A (en) | 1998-06-30 | 1998-11-25 | Optical system and image pickup device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000081573A true JP2000081573A (en) | 2000-03-21 |
JP2000081573A5 JP2000081573A5 (en) | 2006-01-19 |
Family
ID=26510799
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10349311A Pending JP2000081573A (en) | 1998-06-09 | 1998-11-25 | Optical system and image pickup device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000081573A (en) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002122719A (en) * | 2000-08-08 | 2002-04-26 | Olympus Optical Co Ltd | Optical device |
JP2002189173A (en) * | 2000-08-08 | 2002-07-05 | Olympus Optical Co Ltd | Optical device |
WO2003085439A1 (en) * | 2002-04-09 | 2003-10-16 | Olympus Corporation | Zoom lens and electronic imaging apparatus using it |
US6791741B2 (en) | 2001-07-13 | 2004-09-14 | Olympus Corporation | Optical apparatus |
JP2006285185A (en) * | 2004-09-07 | 2006-10-19 | Fuji Photo Film Co Ltd | Optical unit, image taking apparatus and optical finder |
US7212353B2 (en) | 2004-03-31 | 2007-05-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical element, optical system, and optical device |
JP2009276624A (en) * | 2008-05-15 | 2009-11-26 | Dic Corp | Liquid crystal lens and eyesight correcting apparatus using the same |
US20120038812A1 (en) * | 2010-08-11 | 2012-02-16 | Media Lario S.R.L | Three-mirror anastigmat with at least one non-rotationally symmetric mirror |
JP2014215519A (en) * | 2013-04-26 | 2014-11-17 | Tdk株式会社 | Image-capturing device |
JP2015176150A (en) * | 2014-03-12 | 2015-10-05 | 點晶科技股▲ふん▼有限公司 | optical zoom structure |
KR20180095903A (en) * | 2015-12-22 | 2018-08-28 | 이-비전 스마트 옵틱스, 아이엔씨. | Dynamic focusing head-mounted display |
JP2021119378A (en) * | 2020-01-17 | 2021-08-12 | フサオ イシイ | Optical system of display using optical light guide |
-
1998
- 1998-11-25 JP JP10349311A patent/JP2000081573A/en active Pending
Cited By (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002122719A (en) * | 2000-08-08 | 2002-04-26 | Olympus Optical Co Ltd | Optical device |
JP2002189173A (en) * | 2000-08-08 | 2002-07-05 | Olympus Optical Co Ltd | Optical device |
US6791741B2 (en) | 2001-07-13 | 2004-09-14 | Olympus Corporation | Optical apparatus |
US7054053B2 (en) | 2001-07-13 | 2006-05-30 | Olympus Corporation | Optical apparatus |
WO2003085439A1 (en) * | 2002-04-09 | 2003-10-16 | Olympus Corporation | Zoom lens and electronic imaging apparatus using it |
CN1312505C (en) * | 2002-04-09 | 2007-04-25 | 奥林巴斯株式会社 | Zoom lens and electronic imaging apparatus using it |
US7212353B2 (en) | 2004-03-31 | 2007-05-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical element, optical system, and optical device |
JP2006285185A (en) * | 2004-09-07 | 2006-10-19 | Fuji Photo Film Co Ltd | Optical unit, image taking apparatus and optical finder |
JP2009276624A (en) * | 2008-05-15 | 2009-11-26 | Dic Corp | Liquid crystal lens and eyesight correcting apparatus using the same |
US20120038812A1 (en) * | 2010-08-11 | 2012-02-16 | Media Lario S.R.L | Three-mirror anastigmat with at least one non-rotationally symmetric mirror |
US9007497B2 (en) * | 2010-08-11 | 2015-04-14 | Media Lario S.R.L. | Three-mirror anastigmat with at least one non-rotationally symmetric mirror |
JP2014215519A (en) * | 2013-04-26 | 2014-11-17 | Tdk株式会社 | Image-capturing device |
JP2015176150A (en) * | 2014-03-12 | 2015-10-05 | 點晶科技股▲ふん▼有限公司 | optical zoom structure |
US9684101B2 (en) | 2014-03-12 | 2017-06-20 | Silicon Touch Technology Inc. | Optical zoom structure |
KR20180095903A (en) * | 2015-12-22 | 2018-08-28 | 이-비전 스마트 옵틱스, 아이엔씨. | Dynamic focusing head-mounted display |
JP2019507367A (en) * | 2015-12-22 | 2019-03-14 | イー−ビジョン スマート オプティックス, インク.E−Vision Smart Optics, Inc. | Dynamic focusing head mounted display |
US11237396B2 (en) | 2015-12-22 | 2022-02-01 | E-Vision Smart Optics, Inc. | Dynamic focusing head mounted display |
JP2022177078A (en) * | 2015-12-22 | 2022-11-30 | イー-ビジョン スマート オプティックス, インク. | dynamic focus head mounted display |
JP7180873B2 (en) | 2015-12-22 | 2022-11-30 | イー-ビジョン スマート オプティックス, インク. | dynamic focus head mounted display |
US11668941B2 (en) | 2015-12-22 | 2023-06-06 | E-Vision Smart Optics, Inc. | Dynamic focusing head mounted display |
JP7440957B2 (en) | 2015-12-22 | 2024-02-29 | イー-ビジョン スマート オプティックス, インク. | Dynamic focusing head mounted display |
KR102664722B1 (en) * | 2015-12-22 | 2024-05-20 | 이-비전 스마트 옵틱스, 아이엔씨. | Dynamic focus adjustable head-mounted display |
US12222511B2 (en) | 2015-12-22 | 2025-02-11 | E-Vision Smart Optics, Inc. | Dynamic focusing head mounted display |
JP2021119378A (en) * | 2020-01-17 | 2021-08-12 | フサオ イシイ | Optical system of display using optical light guide |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6865009B2 (en) | Variable optical-property element | |
US7054075B2 (en) | Optical apparatus | |
US7369327B1 (en) | Variable optical-property element and optical apparatus including the same | |
US7133172B2 (en) | Variable hologram element, and optical device using the same | |
US6950245B2 (en) | Optical system, and optical apparatus | |
US6166784A (en) | Imaging optical system | |
US7054053B2 (en) | Optical apparatus | |
US20020102102A1 (en) | Focal-length adjusting unit for photographing apparatuses | |
JPH11352445A (en) | Variable focus spectacles | |
US6801370B2 (en) | Imaging optical system | |
US6924944B2 (en) | Optical system, and optical apparatus | |
JP4311782B2 (en) | Optical device | |
JP2000267010A (en) | Optical device | |
JP2000081573A (en) | Optical system and image pickup device | |
JP2002122784A (en) | Optical device | |
JPH0816765B2 (en) | Variable viewfinder optical system | |
JP4547397B2 (en) | Optical device or imaging device | |
JP2000019472A (en) | Optical characteristic variable optical element | |
JP4429407B2 (en) | Imaging device | |
JP2000231009A (en) | Optical device with variable optical characteristic | |
JPH09243806A (en) | Optical characteristic variable optical element | |
JP2000081573A5 (en) | ||
JPH11352453A (en) | Optical characteristic variable optical element | |
US20030170024A1 (en) | Deformable mirror and optical device using the same | |
JP2002189173A (en) | Optical device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051124 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051124 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081211 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090113 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090303 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090407 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090811 |