ズームレンズユニット及びカメラ
【課題】 従来と比較して消費電力を低減する。
【解決手段】 ズームレンズユニット２は、焦点距離を調整可能な複数の可変焦点レンズ３ａ，３ｂを有する光学素子群と、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離を制御する制御装置５とを備える。
【解決手段】 ズームレンズユニット２は、焦点距離を調整可能な複数の可変焦点レンズ３ａ，３ｂを有する光学素子群と、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離を制御する制御装置５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光学素子を備えるズームレンズユニットと、このズームレンズユニットを備えるカメラとに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ等の光学機器に備えられるズームレンズユニットにおいては、複数のレンズの１つをいわゆる可変焦点レンズをとし、この可変焦点レンズの焦点距離を調整することにより光学系全体のフォーカス位置を調整している（例えば、特許文献１参照）。ここで、可変焦点レンズとは、焦点距離を調整可能なレンズであり、例えば２種の流体間の界面で形成された光学面を電気毛管現象やエレクトロウェッティング等によって変形することにより、焦点距離を調整するものである。
【０００３】
このようなズームレンズユニットによれば、レンズを移動させてフォーカス位置を調整する場合と比較して、消費電力を低減することができる。
【特許文献１】特開２００２−６２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示のズームレンズユニットでは、光学系全体の焦点距離を調整する際にレンズを駆動装置で移動させる必要があるため、依然として消費電力が嵩んでしまう。
【０００５】
本発明の課題は、従来と比較して消費電力を低減することができるズームレンズユニット及びカメラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、ズームレンズユニットにおいて、
焦点距離を調整可能な複数の可変焦点光学素子を有する光学素子群と、
前記可変焦点光学素子の焦点距離を制御する制御装置とを備えることを特徴とする。
【０００７】
ここで、光学素子としてはレンズやミラー、プリズム等がある。
また、可変焦点光学素子としては、２種の流体間の界面で形成された光学面を有する光学素子や、フレキシブルな素材で形成された光学面を有する光学素子、液晶分子の配向状態によって屈折率が変化する光学素子などがある。
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、複数の可変焦点光学素子の焦点距離がそれぞれ調整可能であるので、これら焦点距離を調整することにより、ズームレンズユニット全体の焦点距離及びフォーカス位置を調整することができる。従って、光学素子を駆動装置で移動させる従来の場合と比較して、消費電力を低減することができる。また、光学素子を移動させるための駆動装置が必要ないため、ズームレンズユニット全体を小型化することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のズームレンズユニットにおいて、
前記複数の可変焦点光学素子の焦点距離の組合せと、前記光学素子群の焦点距離との関係情報を記憶する第１記憶部を備え、
前記制御装置は、
前記第１記憶部中の前記関係情報に基づいて各可変焦点光学素子の焦点距離を制御することにより、前記光学素子群の焦点距離を調整することを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、第１記憶部中の前記関係情報に基づいて各可変焦点光学素子の焦点距離を制御するので、光学素子群の焦点距離の調整を正確に行うことができる。
【００１１】
なお、前記関係情報としては、可変焦点光学素子の焦点距離の組合せと光学素子群の焦点距離との関係式についての情報や、可変焦点光学素子の焦点距離の組合せと光学素子群の焦点距離とが対応付けられたテーブルについての情報などがある。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のズームレンズユニットにおいて、
前記複数の可変焦点光学素子の焦点距離についての制御パラメータを記憶する第２記憶部を備え、
前記制御装置は、
前記第２記憶部内の前記制御パラメータに基づいて、前記可変焦点光学素子の焦点距離を制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、第２記憶部内の制御パラメータに基づいて可変焦点光学素子の焦点距離を制御するので、制御パラメータを計算する手順を簡略化することができる。従って、可変焦点光学素子の焦点距離の制御処理速度を高めることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載のズームレンズユニットにおいて、
前記制御装置は、前記光学素子群のフォーカス位置を固定した状態で、当該光学素子群の焦点距離を変化させることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、光学素子群のフォーカス位置を固定した状態でその焦点距離を変化させるので、光学素子群のフォーカス位置と焦点距離とを別々に制御することができる。また、焦点距離の調整の際にフォーカス位置がずれるのを防止することができる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項４記載のズームレンズユニットにおいて、
前記制御装置は、
前記光学素子群のフォーカス位置を固定した状態で、当該光学素子群の焦点位置を変化させた後、
複数の前記可変焦点光学素子のうち、何れか１つの焦点距離を変化させることにより、
前記光学素子群のフォーカス位置を調整することを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、光学素子群の焦点位置を変化させた後にフォーカス位置を調整するので、焦点位置とフォーカス位置とを別々に制御することができる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載のズームレンズユニットにおいて、
前記光学素子群は、剛体レンズを備え、
前記制御装置は、
複数の前記可変焦点光学素子によってアフォーカル系を形成した状態で前記剛体レンズの位置を移動させることにより、前記光学素子群のフォーカス位置を調整することを特徴とする。
【００１９】
ここで、例えば２つの光学素子がアフォーカル系を形成した状態とは、物体側の光学素子の像側焦点と像側の光学素子の物体側焦点とが一致している状態である。
【００２０】
請求項６記載の発明によれば、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６の何れか一項に記載のズームレンズユニットにおいて、
前記光学素子群は、少なくとも２つの可変焦点光学素子と、１つの結像レンズとを備え、
前記制御装置は、
前記２つの可変焦点光学素子の屈折力の積が負の値となるように、これら可変焦点光学素子の焦点距離を調整することを特徴とする。
【００２２】
ここで、２つの屈折力の積が負の値であるとは、２つの屈折力の組み合わせが（正，負）または（負，正）であることをいう。物体側の光学素子の屈折力が正の値であり、像側の光学素子の屈折力が負の値である場合には、光学素子群によって望遠ズーム用のレンズユニットが形成される。また、物体側の光学素子の屈折力が負の値であり、像側の光学素子の屈折力が正の値である場合には、光学素子群によって広角ズーム用のレンズユニットが形成される。
また、結像レンズは、剛体レンズであっても良いし、可変焦点レンズであっても良い。
【００２３】
請求項７記載の発明によれば、２つの可変焦点光学素子の屈折力の積が負の値となるので、光学素子群を望遠ズーム用のレンズユニットや、広角ズーム用のレンズユニットとして機能させることができる。
【００２４】
請求項８記載の発明は、請求項７記載のズームレンズユニットにおいて、
前記制御装置は、
前記２つの可変焦点光学素子のうち、物体側の可変焦点光学素子の屈折力が正の値、像側の可変焦点光学素子の屈折力が負の値となるように、これら可変焦点光学素子の焦点距離を調整することを特徴とする。
【００２５】
請求項８記載の発明によれば、物体側の可変焦点光学素子の屈折力が正の値、像側の可変焦点光学素子の屈折力が負の値となるので、光学素子群を望遠ズーム用のレンズユニットとして機能させることができる。
【００２６】
請求項９記載の発明は、請求項７記載のズームレンズユニットにおいて、
前記制御装置は、
前記２つの可変焦点光学素子のうち、物体側の可変焦点光学素子の屈折力が負の値、像側の可変焦点光学素子の屈折力が正の値となるように、これら可変焦点光学素子の焦点距離を調整することを特徴とする。
【００２７】
請求項９記載の発明によれば、物体側の可変焦点光学素子の屈折力が負の値、像側の可変焦点光学素子の屈折力が正の値となるので、光学素子群を広角ズーム用のレンズユニットとして機能させることができる。
【００２８】
請求項１０記載の発明は、請求項１〜９の何れか一項に記載のズームレンズユニットにおいて、
前記可変焦点光学素子は、
２枚の透明板と、
前記透明板の間に介在した、屈折率の異なる２種の流体とを備え、
前記２種の流体間の界面を光学面として機能させるものであり、
前記制御装置は、
前記光学面の形状を変化させることにより、前記可変焦点光学素子の焦点距離を制御することを特徴とする。
【００２９】
請求項１０記載の発明によれば、光学面の形状の変化によって可変焦点光学素子の焦点距離が変化するので、光学素子を移動させることによって焦点距離を変化させる場合と比較して、調整の際の騒音を低減することができるとともに、反応性を高めることができる。
【００３０】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載のズームレンズユニットにおいて、
前記可変焦点光学素子は、略水平に配設されていることを特徴とする。
【００３１】
ここで、可変焦点光学素子が略水平に配設されているとは、前記２種の流体が光軸上で上下に並んでいる状態をいう。
請求項１１記載の発明によれば、可変焦点光学素子が略水平に配設されているので、可変焦点光学素子中の流体を安定な状態に維持することができる。従って、振動や重力、加速度などの影響によって流体が流動したり、前記光学面が変形したりするのを防止することができる。また、可変焦点光学素子が縦に配設された場合と比較して、前記光学面の面積が広くなる、つまり、可変焦点光学素子のＦナンバーが小さくなるため、像の明るさを向上させることができる。
【００３２】
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載のズームレンズユニットにおいて、
前記光学素子群は、入射光を下方に案内するプリズムまたはミラーを前記複数の可変焦点光学素子の上方に備えることを特徴とする。
【００３３】
請求項１２記載の発明によれば、入射光を下方に案内するプリズムまたはミラーを可変焦点光学素子の上方に備えるので、略水平に配設された可変焦点光学素子に対し、横方向からの光線を案内することができる。
【００３４】
請求項１３記載の発明は、カメラにおいて、
請求項１〜１２の何れか一項に記載のズームレンズユニットと、
前記ズームレンズユニットの前記光学素子群による被写体像を撮像する撮像素子とを備えることを特徴とする。
【００３５】
請求項１３記載の発明によれば、請求項１〜１２の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００３６】
請求項１記載の発明によれば、光学素子を駆動装置で移動させる従来の場合と比較して、消費電力を低減することができる。また、光学素子を移動させるための駆動装置が必要ないため、ズームレンズユニット全体を小型化することができる。
【００３７】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、光学素子群の焦点距離及びフォーカス位置の調整を正確に行うことができる。
【００３８】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、可変焦点光学素子の焦点距離の制御処理速度を高めることができる。
【００３９】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、光学素子群のフォーカス位置と焦点距離とを別々に制御することができる。また、焦点距離の調整の際にフォーカス位置がずれるのを防止することができる。
【００４０】
請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、焦点位置とフォーカス位置とを別々に制御することができる。
請求項６記載の発明によれば、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
請求項７記載の発明によれば、請求項１〜６の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、光学素子群を望遠ズーム用のレンズユニットや、広角ズーム用のレンズユニットとして機能させることができる。
【００４２】
請求項８記載の発明によれば、請求項７記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、光学素子群を望遠ズーム用のレンズユニットとして機能させることができる。
請求項９記載の発明によれば、請求項７記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、光学素子群を広角ズーム用のレンズユニットとして機能させることができる。
【００４３】
請求項１０記載の発明によれば、請求項１〜９の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、光学素子を移動させることによって焦点距離を変化させる場合と比較して、調整の際の騒音を低減することができるとともに、反応性を高めることができる。
【００４４】
請求項１１記載の発明によれば、請求項１０記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、振動や重力、加速度などの影響によって流体が流動したり、前記光学面が変形したりするのを防止することができる。
【００４５】
請求項１２記載の発明によれば、請求項１１記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、略水平に配設された可変焦点光学素子に対し、横方向からの光線を案内することができる。
【００４６】
請求項１３記載の発明によれば、請求項１〜１２の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１（ａ）は、本発明に係るカメラ１の外観を示す図である。
この図に示すように、カメラ１は、いわゆるコンパクトカメラであり、筐体１０の前面にストロボ１１、ファインダー１２、撮影用受光窓１３及び測光・測距センサ１４（図２参照）を備えている。
【００４８】
ストロボ１１は、被写体に閃光を照射するものである。このストロボ１１としては、従来より公知のものが用いられている。ファインダー１２は、ユーザーが撮影範囲を確認するための窓であり、撮影用受光窓１３と並んで設けられている。撮影用受光窓１３は、被写体からの光を筐体１０の内部に取り込むための窓である。この撮影用受光窓１３よりも筐体１０の内側には、図２に示すように、温度センサ１５と、本発明に係るズームレンズユニット２とが互いに近接して配設されている。
【００４９】
温度センサ１５は、筐体１０の内部の温度、より詳細にはズームレンズユニット２の近傍の温度を測定するものである。
【００５０】
ズームレンズユニット２は、本発明における光学素子群として、プリズム２０、可変焦点レンズ３ａ，３ｂ及び剛体レンズ２１を備えている。これらの光学素子は、光軸Ｌに沿ってこの順で上下に配列されている。
【００５１】
プリズム２０は、撮影用受光窓１３から入射した光を屈折させて下方の可変焦点レンズ３ａに入射させるものである。
【００５２】
可変焦点レンズ３ａ，３ｂは、本発明における可変焦点光学素子であり、水平な状態で光軸上に固設されている。これら可変焦点レンズ３ａ，３ｂは、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、２枚の透明板３０ａ，３０ｂを備えている。
【００５３】
透明板３０ａ，３０ｂは、ガラスやアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂製の円板であり、透明板３０ａが透明板３０ｂの直上に位置するよう配設されている。ここで、これら透明板３０ａをレンズとして見た場合、その焦点距離ｆTa，ｆTbは以下の式（１），（２）のように示される。
【００５４】
1/fTa=(nTa‐1)(1/RTa1‐1/RTa2)+(nTa‐1)2・dLTa/(nTa・RTa1・RTa2)…（１）
1/fTb=(nTb‐1)(1/RTb1‐1/RTb2)+(nTb‐1)2・dLTb/(nTb・RTb1・RTb2)…（２）
【００５５】
但し、式（１）中、「RTa1」，「RTa2」は透明板３０ａの上下面の曲率半径、「nTa」は透明板３０ａの屈折率、「dLTa」は透明板３０ａの厚さである。同様に、式（２）中、「RTb1」，「RTb2」は透明板３０ｂの上下面の曲率半径、「nTb」は透明板３０ｂの屈折率、「dLTb」は透明板３０ｂの厚さである。
【００５６】
透明板３０ａ，３０ｂの間には、本発明における流体として、２種類の液体３１ａ，３１ｂが介在している。
これら液体３１ａ，３１ｂは、互いに混合せずにこの順で上下に分離した状態となっており、かつ、屈折率が異なっている。そのため、液体３１ａ，３１ｂの間には、これら液体間の界面により光学面Ｓが形成されている。
また、液体３１ａ，３１ｂの一方は非導電性、他方は導電性の液体である。
【００５７】
このような液体３１ａ，３１ｂとしては、例えば以下の表１に示す液体を用いることができる。液体３１ａ，３１ｂの組合せとしては、例えば、液体３１ａがシリコンオイル、液体３１ｂが水溶液である組合せや、液体３１ａがイマージョンオイル、液体３１ｂがグリコール系の不凍液である組合せ、液体３１ａがフッ素系不活性液体、液体３１ｂが水溶液である組合せ等がある。ここで、重力や姿勢による光学面Ｓの変化を少なくする観点からは、液体３１ａ，３１ｂの比重は略等しく調製されていることが好ましい。本実施の形態においては、液体３１ａとしてイマージョンオイルまたはジメチルシリコン・オイル、液体３１ｂとして水溶液が用いられている。
【００５８】
【表１】
なお、表１中、「フロリナート」とは、３Ｍ社製の商品の商品名である。
また、表１中、水溶液の溶質としては、無機物でも良いし、有機物でも良い。溶解される無機物としては、例えば、塩化カリウム（KCl）や塩化ナトリウム（NaCl）、塩化バリウム（BaCl2）、ヘキサシアノ鉄（III）カリウム（K3[Fe(Cl6)]）、ヘキサシアノ鉄（II）カリウム（K4[Fe(Cl6)]）、チオシアン酸カリウム（KCNS）等の無機塩類がある。また、有機物としては、例えばアルコールやアミノ酸、各種の界面活性剤などがある。ここで、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、水溶液の界面張力（表面張力）は濃度に応じて変化する。そのため、水溶液の濃度は、光学面Ｓの曲率が所定の範囲内となるように設定されることが好ましい。
【００５９】
更に、表１中、イマージョンオイルとしては、「Ｔｙｐｅ A」や、「Ｔｙｐｅ NVH」の代わりに、以下の表２に示すイマージョンオイルを用いることとしても良いし、更に、市販の油浸顕微鏡用のイマージョンオイルを組み合わせたものを用いることとしても良い。ここで、「Ｔｙｐｅ A」のオイルはテルフェニルや水素化テルフェニル、ポリブタン、炭化水素などを混合した短焦点観察用の低粘度合成オイルであり、「Ｔｙｐｅ B」のオイルは医療機器レンズ用の中粘度合成オイルであり、「Ｔｙｐｅ NVH」や「Ｔｙｐｅ OVH」は長距離観察用の高粘度合成オイルである。
【００６０】
【表２】
なお、上記の表２には、イマージョンオイルの光学特性の他に、参考としてショットグラス社製の光学ガラス「ＢＫ７」（商品名）等の光学特性も示している。
【００６１】
ここで、これら液体３１ａ，３１ｂをレンズとして見た場合、その焦点距離ｆEa，ｆEbは以下の式（３），（４）のように示される。
【００６２】
1/fEa=(nEa‐1)(1/REa1‐1/REa2)+(nEa‐1)2・dLEa/(nEa・REa1・REa2)…（３）
1/fEb=(nEb‐1)(1/REb1‐1/REb2)+(nEb‐1)2・dLEb/(nEb・REb1・REb2)…（４）
但し、式（３）中、「REa1」，「REa2」は液体３１ａの上下面の曲率半径、「nEa」は液体３１ａの屈折率、「dLEa」は光軸上における液体３１ａの厚さである。同様に、式（４）中、「REb1」，「REb2」は液体３１ｂの上下面の曲率半径、「nEb」は液体３１ｂの屈折率、「dLEb」は光軸上における液体３１ｂの厚さである。
【００６３】
なお、液体３１ａ，３１ｂの半径を「ｒ」、高さを「ｈ」とすると、液体３１ａ，３１ｂの接触角θ及び曲率半径Ｒは以下の式（４），（５）のように求めることができる。
θ＝２tan-1（ｈ／ｒ） …（４）
Ｒ＝ｒ／sinθ …（５）
【００６４】
液体３１ａ，３１ｂの外側には、環状の電極部３２が配設されている。
この電極部３２は、図３（ｃ）に示すように、絶縁層３３及び電極３４ａ，３４ｂを備えており、透明板３０ａ，３０ｂと一体となって液体３１ａ，３１ｂを内部に封入している。
【００６５】
絶縁層３３は、電気を通さない性質を有しており、液体３１ａ，３１ｂを側方から囲むとともに、外周部において電極３４ａ及び電極３４ｂの間に介在している。絶縁層３３の内周面と前記透明板３０ａの下面とには、撥水層３５が設けられ、液体３１ｂとで液体３１ａを囲んだ状態となっている。
【００６６】
撥水層３５は、例えば、以下の表３に示す化合物の何れかによって形成されている。ここで、この表に示すように、液体３１ａの接触角は撥水層３５の化合物によって変化する。そのため、化合物の種類は、光学面Ｓの曲率が所定の範囲内となるように設定されることが好ましい。
【表３】
【００６７】
なお、撥水層３５としては、表３の化合物の代わりに、ポリエチレンテレフタレート（PET）やエチレン４フッ化エチレン共重合体（ETFE）、アクリルウレタンクリアー、アクリルメラミンクリアー、ポリ塩化ビニル等を塗膜処理したものを用いることとしても良いし、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン（PE）、ポリプロピレン（PP）、ポリスチレン（PS）、ポリカーボネート（PB）等の疎水性フィルムを用いることとしても良い。更に、ジメチルシリコンオイルやメチルハイドロジェン・シリコンオイル等を一様に塗布してから加熱処理することにより形成される膜を用いることとしても良い。このように加熱処理を行う場合には、ジブチル錫ジラウレートや鉄オクトエート等の金属の有機酸塩を硬化触媒として用いることにより、加熱温度を下げることが好ましい。
また、撥水層３５の代わりにポリビニルアルコール等の水溶性樹脂や、「ＳＣフィルム」（商品名：関西ペイント株式会社製）等の親水性フィルム等を設けることによって、液体３１ａ，３１ｂの界面張力を調整することとしても良い。ここで、ＳＣフィルムとは、ポリエチレンテレフタレートのフィルムに親水性クリヤーを塗装したものである。
【００６８】
電極３４ａ，３４ｂは、酸化スズ（SnO2）や酸化インジウム（In2O3）、インジウム−スズ酸化物（ITO）等によって形成された透明の導電性膜である。これら電極３４ａ，３４ｂは、絶縁層３３及び撥水層３５を介して液体３１ａ，３１ｂに電圧を印加することにより、光学面Ｓの形状を変化させ、その結果、図３（ａ），（ｂ），図５に示すように、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離を変化させるようになっている。
【００６９】
具体的には、電圧を印加しない状態では、図３（ａ）に示すように、光学面Ｓは液体３１ａ，３１ｂの界面張力により、下方から上方に向かって中心部が突き出た曲面状となっている。ここで、液体３１ａの屈折率（約１．４〜１．５）は液体３１ｂの屈折率（約１．３３）や空気の屈折率（約１．０）よりも大きいため、上記のように光学面Ｓが上向き凸状である場合には、可変焦点レンズ３ａ，３ｂは全体として負の屈折力を有し、凹レンズとして機能する。なお、液体３１ａの屈折率が液体３１ｂの屈折率よりも小さい場合には、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの屈折力の正負は逆となる。また、液体３１ａと液体３１ｂとの間の界面張力γEaEbは、液体３１ｂと透明板３０ｂとの間の界面張力γEbTb、液体３１ａと透明板３０ｂとの間の界面張力γEaTb及び液体３１ｂの接触角θを用いて、以下の式（６）のように示される。
γEaTb＝γEbTb＋γEaEb・cosθ …（６）
【００７０】
この状態から電極３４ａ，３４ｂが電圧を印加すると、図３（ｃ）に示すように、界面静電現象によって液体３１ｂの電極３４ａ側の界面と液体３１ｂの内部とに電気二重層が形成され、液体３１ａ，３１ｂの界面張力や接触角が変化する結果、上方への光学面Ｓの膨らみが小さくなる。そして、印加電圧を大きくすると、光学面は平坦となり、更には、図３（ｂ）に示すように、下方に突き出た曲面状となる。このように光学面Ｓの膨らみが上側から下側に変化すると、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの全体としての屈折力は負から正に変化する。つまり、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの機能が凹レンズから凸レンズに変化する。
【００７１】
ここで、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの印加電圧と曲率ディオプトリー（diopter＝媒質の屈折率ｎ／焦点距離ｆ）との関係を図６（ａ）に、印加電圧と焦点距離ｆとの関係を図６（ｂ）に例示する。これらの図に示すように、電圧を印加しないときや印加電圧が小さいときには、可変焦点レンズ３ａ，３ｂは負の屈折率を有する凹レンズとして機能する。一方、印加電圧が所定の電圧（図では約４５Ｖ）より大きいときには、可変焦点レンズ３ａ，３ｂは正の屈折率を有する凸レンズとして機能する。
【００７２】
以上の可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離ｆa，ｆbは、以下の式（７），（８）のように算出される。
ｆa＝ｆa1×ｆa2／（ｆa1＋ｆa2） …（７）
ｆb＝ｆb1×ｆb2／（ｆb1＋ｆb2） …（８）
但し、下記の式（９），（１０）に示すように、ｆa1，ｆb1は、透明板３０ａ及び液体３１ａの部分の焦点距離であり、ｆa2，ｆb2は透明板３０ｂ及び液体３１ｂの部分の焦点距離である。
ｆa1，ｆb1＝ｆTa×ｆEa／（ｆTa＋ｆEa） …（９）
ｆa2，ｆb2＝ｆTb×ｆEb／（ｆTb＋ｆEb） …（１０）
【００７３】
また、図７に示すように、可変焦点レンズ３ａ，３ｂはアフォーカル系を形成している。そのため、図８に示すように、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離ｆa，ｆbは以下の式（１１），（１２）を満たし、ズームレンズユニット２の焦点距離ｆは以下の式（１３）を満たす。但し、式（１１）中、「ｄ」は可変焦点レンズ３ａの像側主点Ｈ1’と可変焦点レンズ３ｂの物体側主点Ｈ2との間隔（図９参照）である。また、式（１２）中、「ｍ」はアフォーカル倍率であり、図８の直線上の点（ｆb，ｆa）と原点とを結ぶ直線の傾きに対して（−１）をかけた値である。また、式（１３）中、「ｆ0」は、剛体レンズ２１の焦点距離である。
【００７４】
ｆa＋ｆb＝ｄ …（１１）
ｍ＝−ｆa／ｆb …（１２）
ｆ＝ｍ×ｆ0 …（１３）
【００７５】
よって、上記の式（１１），（１２）から、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離ｆa，ｆbは、以下の式（１４），（１５）で表される。
ｆa＝ｄ×ｍ／（ｍ−１） …（１４）
ｆb＝−ｄ／（ｍ−１） …（１５）
【００７６】
また、図８に示されるように、ｆa≧ｄ＞０、かつｆb＜０の場合、つまり、可変焦点レンズ３ａが凸レンズで可変焦点レンズ３ｂが凹レンズの場合には、アフォーカル倍率ｍはｍ≧１となり、図９（ａ）に示すように、ズームレンズユニット２は望遠ズームとなる。なお、図９では、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの図示を簡略化するとともに、剛体レンズ２１の図示を省略している。
【００７７】
また、０＜ｆa≦ｄ、かつ０＜ｆb≦ｄの場合、つまり、可変焦点レンズ３ａ，３ｂが凸レンズの場合には、アフォーカル倍率ｍはｍ＜０となり、図９（ｂ）に示すように、ズームレンズユニット２はいわゆるケプラー望遠鏡タイプとなる。
【００７８】
また、ｆa＜０、かつｆb≧ｄ＞０の場合、つまり、可変焦点レンズ３ａが凹レンズで可変焦点レンズ３ｂが凸レンズの場合には、アフォーカル倍率ｍは０≦ｍ≦１となり、図９（ｃ）に示すように、ズームレンズユニット２はレトロフォーカス系の広角ズームとなる。
【００７９】
なお、このような可変焦点レンズ３ａ，３ｂとしては、例えば「Fluid Focus Lens」（商品名：Royal Philips Electronics社製）等を用いることができるが、図１０に示すような「PDN-1000 可変レンズユニット」（商品名：Varioptic社製）を用いることとしても良い。
また、可変焦点レンズ３ａ，３ｂは界面静電現象によって焦点距離を変化させることとして説明したが、他の原理や現象によって変化させることとしても良い。
【００８０】
具体的には、例えば“Electrocapillarity and wetting of insulator films by water , C.R.Acad.Sci.Paris, t.137,p.157 (1993)”や特表２００１−５１９５３９号公報などに開示のように、電気濡れ現象（エレクトロウェッティング）によって液体の接触角を調整し、光学面を変形させる結果、焦点距離を変化させることとしても良い。このような場合には、印加電圧がＶのときの接触角を「cosθ（Ｖ）」、印加電圧が０のときの接触角を「cosθ（０）」とすると、印加電圧Ｖと接触角θとの関係は、概ね以下の式（１６）のように示される（浅野浩一、“溶融炭酸塩形燃料電池における陽極反応場評価手法の開発−印加電圧による溶融炭酸塩の濡れメカニズムの検討−”［online]、（財）電力中央研究所、［平成１６年９月３０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://ge-rd-info.denken.or.jp/ge_cgi-bin/rep_details.cgi?rep_num=W00022&host=＞参照）。
cosθ（Ｖ）＝cosθ（０）＋（１／２)×（Ｃｄ／γLG）×Ｖ2 …（１６）
（但し、Cd:電気二重層容量[μF/cm2]、γLG:気相−液相間の表面張力[N/m]）
【００８１】
また、例えば特表平１１−５１３１２９号公報や特表２００１−５１９５３９号公報、特開２００１−１３３０６号公報に開示のように、液体の界面と内部とに生じる電気二重層の近傍の液体を電気泳動現象や電気浸透現象などの界面動電現象で流動させることによって接触角を調整し、光学面を変形させる結果、焦点距離を変化させることとしても良い。
【００８２】
また、例えば米国特許第３５９８４７９号明細書や米国特許第５１３８４９４号明細書、米国特許第５６６８６２０号明細書、実公昭４０−２８６１４号公報、実公昭５１−４９９５６号公報、特開昭５５−３６８５７号公報、特開平６−３０８３０３号公報、特開２００２−３１１２１３号公報などに開示のように、膨張性の薄膜の間に液体を満たしたものを可変焦点レンズとして用い、液体の容積や圧力を調整することによって液面（光学面）を変形させる結果、焦点距離を変化させることとしても良い。
【００８３】
また、例えば特開２０００−８１５０４号公報や特許第３４００２７０号公報、特開２００２−３１１２１３号公報、特開２００３−１４９０９号公報に開示のように、液体と密着した弾性膜に圧電素子や圧電アクチュエータ等で外圧を加えることによって光学面を変形させる結果、焦点距離を変化させることとしても良い。
【００８４】
また、「ハイブリッド配向液晶電気光学マイクロレンズにおける光学特性及び分子配向」（「光学」第２０巻第４号（１９９１，４））や特許第３１５８０１６号公報に開示のように、透明な基板間の液晶分子の配向状態を電界によって変化させることにより焦点距離を変化させることとしても良い。
【００８５】
また、特開２００２−２４３９１８号公報に開示のように、液体の表面（光学面）に密着する透明な基板を静電吸引力で変形することによって光学面を変形させる結果、焦点距離を変化させることとしても良い。
【００８６】
また、図１１に示すように、液体中に立設された管の内部の液体を可変光学素子として用い、管内部の毛細管または多孔性プラグの両端に電位差（流動電位）を生じさせることによって、管内の液面（光学面）の形状や高さを変化させる結果、焦点距離を変化させることとしても良い。
【００８７】
また、図１２に示すように、透明な浴槽内に立設された毛管内部の液体を可変光学素子として用い、浴槽内の液面に加わる圧力Ｆを調整することによって、毛管内部の液面（光学面）の形状や高さを変化させる結果、焦点距離を変化させることとしても良い。このような場合には、液面の表面張力を「γ」、圧力変化量を「ΔＦ」、液相と気相との密度差を「Δρ」、重力加速度を「ｇ」、毛管の半径を「ｒ」とし、図１２に示すように角度θをおくと、毛管内部の液面の曲率Ｃと高さｈとは以下の式（１７），（１８）のように示される。
Ｃ＝２γ／ΔＦ（＝２γ／Δρｇｈ） …（１７）
ｈ＝２γcosθ／Δρｒｇ …（１８）
【００８８】
また、図１３に示すように、Lippmannの電気毛管装置中の２種の液体を可変光学素子として用い、毛管内の界面（光学面）の高さや界面張力を電気毛管現象で変化させることによって光学面を変形させる結果、焦点距離を変化させることとしても良い。
【００８９】
剛体レンズ２１は、本発明における結像レンズであり、本実施の形態においては、図２，図７に示すように凸レンズとなっている。この剛体レンズ２１は、位置が固定されていても良いし、移動可能に設けられていても良い。
【００９０】
剛体レンズ２１と可変焦点レンズ３ｂとの間には、図２に示すように、絞り２２が配設されている。
剛体レンズ２１の下方には、シャッター２３及び撮像素子２４が配設されている。シャッター２３は、後述のシャッターボタン４１（図１参照）が押されると開状態となり、ズームレンズユニット２からの光を所定の時間だけ撮像素子２４に当てるようになっている。撮像素子２４は、例えばＣＣＤ等、受光量に応じてアナログ信号を生じるものである。
【００９１】
測光・測距センサ１４は、被写体周辺の光量や色温度、カメラ１から被写体までの距離（以下、被写体距離とする）を測定するものであり、撮影用受光窓１３に近接して設けられている。
【００９２】
また、図１（ｂ）に示すように、筐体１０の裏面には表示部１６が設けられている。
表示部１６は、表示駆動部１６０（図２参照）によって駆動されて撮影画像や、操作者への操作案内などを表示するものである。なお、本実施の形態においては、表示部１６として液晶パネルが用いられている。
【００９３】
表示部１６の周辺には操作部４が配設されている。
操作部４は、操作者から操作指示が入力される複数のキーを備えている。本実施の形態においては、図１（ａ），（ｂ）に示すように、操作部４は、電源のオン／オフを切り換えるための電源スイッチ４０、シャッター２３の開閉を指示するシャッターボタン４１、各モードにおいて決定を指示する決定キー４２、上下左右方向に選択操作を行うためのカーソルキー４３、ズーム操作を指示するズームキー（図示せず）等を備えている。
【００９４】
また、図２に示すように、筐体１０の内部には、制御装置５が配設されている。
制御装置５は、演算処理部５０と撮影制御部５１とを備えている。
【００９５】
演算処理部５０は、図示しないＣＰＵやＲＯＭ，ＲＡＭ等によって構成されている。この演算処理部５０は、操作部４から送信される操作指示信号に基づいてカメラ１を撮影モードや撮影条件設定モード、画像表示モード等に切り換えるようになっている。
【００９６】
また、演算処理部５０は、撮影モードにおいて、操作部４からの操作指示信号や、測光・測距センサ１４による測定結果などに基づき、ズームレンズユニット２の焦点距離やフォーカス位置、撮影画像のホワイトバランスなどの撮影条件を算出するようになっている。また、演算処理部５０は、後述のプログラムメモリ６６に記憶されたテーブルに基づいて、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの電極３４ａ，３４ｂへの印加電圧を算出するようになっている。更に、演算処理部５０は、温度センサ１５による測定温度に基づいて、可変焦点レンズ３ａ，３ｂへの印加電圧を補正するようになっている。
【００９７】
撮影制御部５１は、演算処理部５０によって算出された撮影条件に基づいて、ズームレンズユニット２等を制御するものである。この撮影制御部５１には、レンズ駆動部６０ａ，６０ｂや絞り駆動部６１、シャッター駆動部６２、タイミング制御部６３、画像信号処理部６５、ストロボ駆動部６４等が接続されている。
【００９８】
レンズ駆動部６０ａ，６０ｂは、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの電極３４ａ，３４ｂに電圧を印加するものであり、印加電圧を調整できるようになっている。
絞り駆動部６１は、絞り２２の絞り量を調整するものである。
シャッター駆動部６２は、シャッター２３の開閉を制御するものである。
タイミング制御部６３は、撮像素子２４による撮影タイミングと同期して画像信号処理部６５に信号処理を行わせるものである。
【００９９】
画像信号処理部６５は、撮像素子２４から送信されるアナログ信号にCDS（Correlated Double Sampling）処理や、AGC（Automatic Gain Control）処理、Ａ／Ｄ変換処理などを施すものである。
ストロボ駆動部６４は、ストロボ１１を駆動して閃光を照射させるものである。
【０１００】
以上の制御装置５には、上述の操作部４及び表示部１６の他、プログラムメモリ６６やメモリインターフェース６７、内部メモリ６８、画像処理部６９、圧縮解凍部７０、電源制御部７１等が接続されている。
【０１０１】
プログラムメモリ６６は、本発明における第１記憶部及び第２記憶部であり、図５の右上のグラフに示すように、アフォーカル系のアフォーカル倍率ｍと、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離の組合せとを対応付け、テーブルとして記憶している。また、このプログラムメモリ６６は、図５の右下及び左上のグラフに示すように、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離と、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの制御パラメータ、本実施の形態においては電極３４ａ，３４ｂへの印加電圧とを対応付け、テーブルとして記憶している。
【０１０２】
メモリインターフェース（ＩＦ）６７は、外部メモリ６７ａと内部メモリ６８との間において、画像データや撮影条件などを送信可能にするものである。
【０１０３】
内部メモリ６８は、撮像素子２４による撮影画像の画像データや、メモリインターフェース６７を介して外部メモリ６７ａから入力された画像データ等を記憶するものである。また、この内部メモリ６８は、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離などの撮影条件を画像データと対応付けて記憶するようになっている。
【０１０４】
画像処理部６９は、内部メモリ６８の内部に記憶された画像データに対し、種々の画像処理を行うものである。
【０１０５】
圧縮解凍部７０は、撮像素子２４による撮影画像の画像データを圧縮符号化したり、外部メモリ６７ａや内部メモリ６８に記憶された画像データを解凍して復号化したりするものである。
電源制御部７１は、電池７１ａから制御装置５に電力を供給するものである。
【０１０６】
続いて、画像を撮影する際のカメラ１の動作について、図１４を参照しながら説明する。
まず、演算処理部５０は、撮影モードが指示されているか否かを判別する（ステップＳ１）。撮影モード以外のモードが指示されている場合（ステップＳ１；Ｎｏ）には、演算処理部５０は、選択中のモードを実行するよう各部を制御する（ステップＳ２）。一方、撮影モードが指示されている場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）には、演算処理部５０は、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離を初期設定値に設定する（ステップＳ３）。
【０１０７】
次に、操作者がカメラ１を被写体に向けると、被写体からの光線がズームレンズユニット２に入射する。このとき、プリズム２０が可変焦点レンズ３ａ，３ｂの上方に配設されているので、水平に配設された可変焦点レンズ３ａ，３ｂに対し、横方向からの光線が案内される。また、可変焦点レンズ３ａ，３ｂが水平に配設されているので、液体３１ａ，３１ｂが安定な状態で維持される結果、振動や重力、加速度などの影響による液体３１ａ，３１ｂの流動や、光学面Ｓの変形が防止される。また、可変焦点レンズ３ａ，３ｂが縦に配設された場合と比較して、前記光学面Ｓの面積が広くなる、つまり、可変焦点レンズ３ａ，３ｂのＦナンバーが小さくなるため、像の明るさを向上させることが可能となる。
【０１０８】
また、このとき、演算処理部５０は、測光・測距センサ１４による光量や色温度、被写体距離などの測定結果に基づいて、シャッタースピードや、ストロボ１１での光量、ホワイトバランス等の撮影条件を設定する（ステップＳ４）。
【０１０９】
次に、演算処理部５０は、操作者からズーム操作が指示されているか否かを、操作部４からの信号に基づいて判別し（ステップＳ５）、ズーム操作が指示されていない場合（ステップＳ５；Ｎｏ）には、後述のステップＳ９の処理を行う。
一方、ズーム操作が指示されている場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）には、演算処理部５０は、望遠ズームが指示されているか否か、即ち、アフォーカル倍率ｍがｍ≧１と指示されているか否かを判別する（ステップＳ６）。
【０１１０】
望遠ズームが指示されている場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）には、演算処理部５０は望遠ズーム処理を行う（ステップＳ７）。
【０１１１】
具体的には、図１５（ａ）に示すように、まず演算処理部５０は、操作部４からの信号中で指示されている焦点距離ｆ（＝ｍ×ｆ0）またはアフォーカル倍率ｍを算出する（ステップＳ７１）。
【０１１２】
次に、演算処理部５０は、図５において矢印Ｙ1で示すように、プログラムメモリ６６中のテーブルに基づいて、必要とされる可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離ｆa，ｆbを算出する（ステップＳ７２）。即ち、上記の式（１４），（１５）と、ｆa＞０，ｆb＜０の条件式とを用いて焦点距離ｆa，ｆbを算出する。このように、物体側の可変焦点レンズ３ａの屈折力が正の値、像側の可変焦点レンズの屈折力が負の値となる場合には、ズームレンズユニット２は望遠ズーム用のレンズユニットとして機能することとなる。
【０１１３】
次に、演算処理部５０は、図５において矢印Ｙ2で示すように、プログラムメモリ６６中のテーブルに基づいて、焦点距離ｆa，ｆbに対応する駆動電圧Ｖa，Ｖbを算出する。
【０１１４】
演算処理部５０が駆動電圧Ｖa，Ｖbを算出したら、この駆動電圧Ｖa，Ｖbを指示する信号を撮影制御部５１がレンズ駆動部６０ａ，６０ｂに送信する。この指示信号を受けたレンズ駆動部６０ａ，６０ｂは、指示された駆動電圧Ｖa，Ｖbで電極３４ａ，３４ｂに電圧を印加し、光学面Ｓを変形させることにより、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離をｆa，ｆbに設定する（ステップＳ７３）。このとき、撮影制御部５１は、ズームレンズユニット２のフォーカス位置が変化しないように固定する。これにより、焦点距離の調整の際にフォーカス位置がずれるのが防止される。また、ズームレンズユニット２のフォーカス位置及び焦点距離の制御を別々に行うことが可能となる。
【０１１５】
次に、演算処理部５０は、操作部４からの信号に基づいて、ズーム操作が終了したか否かを判別し（ステップＳ７４）、ズーム操作が終了していない場合（ステップＳ７４；Ｎｏ）には、前記ステップＳ７１に戻り、望遠ズーム処理を再度行う。
【０１１６】
そして、ズーム操作が終了している場合（ステップＳ７４；Ｙｅｓ）には、演算処理部５０は望遠ズーム処理を終了し、後述のステップＳ９の処理を行う。
【０１１７】
一方、図１４に示すように、望遠ズームが指示されていない場合（ステップＳ６；Ｎｏ）には、演算処理部５０は、レトロフォーカスズーム処理を行う（ステップＳ８）。
【０１１８】
具体的には、図１５（ｂ）に示すように、まず演算処理部５０は、操作部４からの信号中で指示されている焦点距離ｆまたはアフォーカル倍率ｍを算出する（ステップＳ８１）。
【０１１９】
次に、演算処理部５０は、図５において矢印Ｙ3で示すように、プログラムメモリ６６中のテーブルに基づいて、必要とされる可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離ｆa，ｆbを算出する（ステップＳ８２）。即ち、上記の式（１４），（１５）と、ｆa＜０，ｆb＞０の条件式とを用いて焦点距離ｆa，ｆbを算出する。このように、物体側の可変焦点レンズ３ａの屈折力が負の値、像側の可変焦点レンズの屈折力が正の値となる場合には、ズームレンズユニット２は広角ズーム用のレンズユニットとして機能することとなる。
【０１２０】
次に、演算処理部５０は、図５において矢印Ｙ4で示すように、プログラムメモリ６６中のテーブルに基づいて、焦点距離ｆa，ｆbに対応する駆動電圧Ｖa，Ｖbを算出する。
【０１２１】
演算処理部５０が駆動電圧Ｖa，Ｖbを算出したら、この駆動電圧Ｖa，Ｖbを指示する信号を撮影制御部５１がレンズ駆動部６０ａ，６０ｂに送信する。この指示信号を受けたレンズ駆動部６０ａ，６０ｂは、指示された駆動電圧Ｖa，Ｖbで電極３４ａ，３４ｂに電圧を印加し、光学面Ｓを変形させることにより、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離をｆa，ｆbに設定する（ステップＳ８３）。このとき、撮影制御部５１は、ズームレンズユニット２のフォーカス位置が変化しないように固定する。これにより、焦点距離の調整の際にフォーカス位置がずれるのが防止される。また、ズームレンズユニット２のフォーカス位置及び焦点距離の制御を別々に行うことが可能となる。
【０１２２】
次に、演算処理部５０は、操作部４からの信号に基づいて、ズーム操作が終了したか否かを判別し（ステップＳ８４）、ズーム操作が終了していない場合（ステップＳ８４；Ｎｏ）には、前記ステップＳ８１に戻り、レトロフォーカスズーム処理を再度行う。
そして、ズーム操作が終了している場合（ステップＳ８４；Ｙｅｓ）には、演算処理部５０は望遠ズーム処理を終了する。
【０１２３】
次に、演算処理部５０は、撮像素子２４から送信される電気信号に基づいて画像のコントラスト等を算出し、更に、この算出結果に基づいてデフォーカス量を計算する（ステップＳ９）。
【０１２４】
次に、演算処理部５０は、算出したデフォーカス量に基づいて、オートフォーカス処理を行う（ステップＳ１０）。このオートフォーカス処理は、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの何れか一方に対する印加電圧を微調整することにより行うことが好ましいが、剛体レンズ２１を移動させることにより行うこととしても良い。
【０１２５】
また、演算処理部５０は、温度センサ１５により測定された温度に基づいて、可変焦点レンズ３ａ，３ｂへの印加電圧を補正する。具体的には、まず演算処理部５０は、温度変化に起因する液体３１ａ，３１ｂの界面張力や接触角、屈折率などの変化量を算出し、この算出結果に基づいて焦点距離の変化量を算出する。そして、演算処理部５０は、この焦点距離の変化量を補償するように、可変焦点レンズ３ａ，３ｂへの印加電圧を補正する。これにより、温度変化に基づいて可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離が変化する場合であっても、ズームレンズユニット２の光学特性が維持される。
【０１２６】
次に、演算処理部５０は、撮像素子２４から送信される電気信号に基づいて、フォーカスが合っているか否かを判別し（ステップＳ１１）、フォーカスが合っていない場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）には、前記ステップＳ９に戻り、再度フォーカス調整を行う。
【０１２７】
一方、フォーカスが合っている場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）には、演算処理部５０は、撮像素子２４から送信される電気信号に基づいて被写体画像を表示部１６にスルー表示させる（ステップＳ１２）。
【０１２８】
次に、演算処理部５０は、所定時間内にシャッターボタン４１が押されたか否かを判別する（ステップＳ１３）。
シャッターボタン４１が押された場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）には、演算処理部５０は、シャッター駆動部６２やストロボ１１などを制御して被写体画像を撮影する（ステップＳ１４）。撮影を行ったら、演算処理部５０は画像データを圧縮解凍部７０に圧縮符号化させた後、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離や倍率などとともに内部メモリ６８に記憶させる（ステップＳ１５）。そして、操作部からの信号に基づいて処理を行った後、撮影モードを終了する。
【０１２９】
一方、所定の時間内にシャッターボタン４１が押されていない場合や、撮影条件の変更が指示された場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）には、操作部からの信号に基づいて処理を行った後、演算処理部５０はそのまま撮影モードを終了する。
【０１３０】
以上のカメラ１によれば、複数の可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離をそれぞれ調整することによりズームレンズユニット２全体の焦点距離及びフォーカス位置を調整することができるため、光学素子を駆動装置で移動させる従来の場合と比較して、消費電力を低減することができる。また、光学素子を移動させるための駆動装置が必要ないため、ズームレンズユニット２を小型化することができる。
【０１３１】
また、光学面Ｓを変形させることによって可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離を変化させるので、光学素子を移動させて焦点距離を変化させる場合と比較して、調整の際の騒音を低減することができるとともに、反応性を高めることができる。
【０１３２】
また、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離をプログラムメモリ６６中のテーブルに基づいて制御するので、ズームレンズユニット２の焦点距離及びフォーカス位置を正確に調整することができる。
【０１３３】
また、可変焦点レンズ３ａ，３ｂへの印加電圧を前記テーブルから算出するので、関係式から算出する場合と比較して計算手順を簡略化することができる。従って、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離の制御処理速度を高めることができる。
【０１３４】
なお、上記の実施の形態においては、プリズム２０は可変焦点レンズ３ａ，３ｂよりも物体側に配設されることとして説明したが、図１６に示すように、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの間に配設されることとしても良い。この場合には、可変焦点レンズ３ｂは略水平に配設されることが好ましい。
【０１３５】
また、可変焦点レンズ３ａ，３ｂは剛体レンズ２１よりも物体側に配置されていることとして説明したが、像側に配置されていることとしても良い。
【０１３６】
また、剛体レンズ２１を単レンズとして説明したが、図１７に示すように、複数枚のレンズからなるレンズユニットとしても良い。このような場合におけるズームレンズユニットは、例えば図１８（ａ）〜（ｄ）に示すような設計データに基づいて形成することができる。ここで、図１８（ｂ）中、「液面の位置」とは、図１７に示すように、透明板３０ａ，３０ｂから、界面の中心までの距離である。また、図１８（ｃ）はアフォーカル倍率ｍ＝０．６、焦点距離ｆ＝１５ｍｍのときの縦収差図であり、図１８（ｄ）はアフォーカル倍率ｍ＝０．６、焦点距離ｆ＝１５ｍｍ、入射角５°のときの横収差図である。また、図１８（ｃ）、（ｄ）中、「Ｃ線」とは波長６５６．２７ｎｍの光、「ｄ線」とは波長５８７．５６ｎｍの光、「Ｆ線」とは波長４８６．１３ｎｍの光である。
【０１３７】
また、撮影用受光窓１３から入射した光をプリズム２０によって屈折させることとして説明したが、マンジャン（Mangin）鏡などのミラーによって屈折させることとしても良い。
【０１３８】
また、ズームレンズユニット２のプリズム２０、可変焦点レンズ３ａ，３ｂ及び剛体レンズ２１は上下方向に配列されていることとして説明したが、横方向に配列されることとしても良い。
【０１３９】
また、演算処理部５０は、操作者によって望遠ズームが指示されていない場合にはレトロフォーカスズーム処理を行うこととして説明したが、レトロフォーカスズーム処理が指示されているか否かを判別し、指示されていない場合には、ケプラー望遠鏡タイプのズーム処理を行うこととしても良い。
【０１４０】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１４１】
本実施の形態におけるカメラ１のズームレンズユニット２Ａは、図１９に示すように、光軸Ｌに沿ってプリズム２０、可変焦点レンズ３ｃ，３ｄ，３ｅをこの順に備えている。
【０１４２】
可変焦点レンズ３ｃ，３ｄは、前記可変焦点レンズ３ａ，３ｂと同様に、アフォーカル系を形成している。
可変焦点レンズ３ｅは、本発明における結像レンズであり、光学面Ｓの形状を変形させることによってズームレンズユニット２Ａのフォーカス位置を調整可能となっている。
【０１４３】
このようなカメラ１によっても、上記第１の実施の形態におけるカメラ１と同様の効果を得ることができる。
【０１４４】
また、ズームレンズユニット２Ａのフォーカス位置を調整する際に可変焦点レンズ３ｃ，３ｄの焦点距離を変化させる必要がないため、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離を変化させることによりズームレンズユニット２Ａの焦点距離とフォーカス位置とをそれぞれ調整する場合と比較して、可変焦点レンズ３ｃ，３ｄの制御を容易化することができる。
【０１４５】
なお、上記第２の実施の形態においては、可変焦点レンズ３ｃ，３ｄがアフォーカル系を形成し、可変焦点レンズ３ｅが正の屈折力を有することとして説明したが、可変焦点レンズ３ｃ，３ｄが正の屈折力を有する光学系を形成し、可変焦点レンズ３ｅが負の屈折力を有することとしても良い。このような場合にも、撮像素子２４によって被写体画像を撮影することができる。
【０１４６】
＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１４７】
本実施の形態におけるカメラ１のズームレンズユニット２Ｂは、図２０（ａ）に示すように、光軸Ｌに沿ってプリズム２０、剛体レンズ２１ａ、可変焦点レンズ３ｆ，３ｇ及び剛体レンズ２１をこの順に備えている。
【０１４８】
剛体レンズ２１ａは、本実施の形態においては、凸レンズとなっている。また、この剛体レンズ２１ａは、可変焦点レンズ３ｆ，３ｇや剛体レンズ２１の収差を補正するようになっている。
【０１４９】
可変焦点レンズ３ｆ，３ｇは、剛体レンズ２１よりも像側に配設されており、剛体レンズ２１ａとでアフォーカル系を形成している。
【０１５０】
このようなカメラ１によっても、上記第１の実施の形態におけるカメラ１と同様の効果を得ることができる。
【０１５１】
また、剛体レンズ２１ａによってズームレンズユニット２Ｂの屈折力を正または負の側に偏らせることができるため、液体３１ａ，３１ｂの界面張力の可変域や電極３４ａ，３４ｂからの印加電圧の可変域に起因して可変焦点レンズ３ｆ，３ｇの焦点距離に制限がある場合であっても、ズームレンズユニット２Ｂの全体としての焦点距離やフォーカス位置を広い範囲で調整することができる。
【０１５２】
なお、上記第３の実施の形態においては、剛体レンズ２１ａは凸レンズであることとして説明したが、凹レンズであることとしても良い。
また、剛体レンズ２１ａは可変焦点レンズ３ｆよりも物体側に配設されていることとして説明したが、可変焦点レンズ３ｇよりも像側に配設されることとしても良いし、図２０（ｂ）に示すように、可変焦点レンズ３ｆ，３ｇの間に配設されることとしても良い。更に、図２１（ａ），（ｂ）に示すように、プリズム２０よりも物体側に剛体レンズ２１ａが配設されることとしても良い。
【０１５３】
また、剛体レンズ２１ａは可変焦点レンズ３ｆ，３ｇと離れて配設されることとして説明したが、図２２に示すように、可変焦点レンズ３ｆ，３ｇと一体に設けられることとしても良い。更に、剛体レンズ２１と可変焦点レンズ３ｆ，３ｇとが一体に設けられる場合には、剛体レンズ２１は、可変焦点レンズ３ｆ，３ｇに貼り付けられることとしても良いし、透明板３０ａ，３０ｂと一体に成形されることとしても良い。ここで、図２２では、可変焦点レンズ３ｆと一体に設けられた剛体レンズ２１ａは凸レンズであり、可変焦点レンズ３ｇと一体に設けられた剛体レンズ２１ａは凹レンズとなっている。
【０１５４】
＜第４の実施の形態＞
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１５５】
本実施の形態におけるカメラ１のズームレンズユニット２Ｃは、図２３（ａ），（ｂ）に示すように、光軸Ｌに沿って可変焦点ミラー２０ａ、可変焦点レンズ３ｈ及び剛体レンズ２１ｂをこの順に備えている。
【０１５６】
可変焦点ミラー２０ａは、本発明における可変焦点光学素子であり、より詳細には、反射面Ｓaの形状が可変なマンジャン鏡である。この可変焦点ミラー２０ａは、前記第１の実施の形態における可変焦点レンズ３ａにおける液体３１ａとして水銀（Hg)を用いることにより形成されている。なお、この可変焦点ミラー２０ａは、可撓性を有する反射鏡の曲率を静電吸引力や外力によって調整するもの等であっても良い。
【０１５７】
可変焦点レンズ３ｈは、可変焦点ミラー２０ａとでアフォーカル系を形成している。
剛体レンズ２１ｂは、複数枚のレンズからなるレンズユニットであるが、上記剛体レンズ２１と同様に単レンズであっても良い。
【０１５８】
このようなカメラ１によっても、上記第１の実施の形態におけるカメラ１と同様の効果を得ることができる。
【０１５９】
また、プリズム２０と可変焦点レンズ３ａとを別々に設けた前記ズームレンズユニット２と異なり、光学素子の数を減らすことができる。従って、ズームレンズユニット２と比較してズームレンズユニット２Ｃを小型化することができる。
【０１６０】
なお、上記第４の実施の形態においては、可変焦点ミラー２０ａが可変焦点レンズ３ｈよりも物体側に配設されていることとして説明したが、図２４に示すように、像側に配設されていることとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１６１】
【図１】本発明に係るカメラの外観図である。
【図２】本発明に係るカメラのブロック図である。
【図３】可変焦点レンズを示す断面図である。
【図４】溶液の濃度と表面張力との関係を示す図である。
【図５】アフォーカル倍率と各可変焦点レンズに対する印加電圧との関係を示す図である。
【図６】（ａ）は可変焦点レンズの印加電圧と曲率ディオプトリーとの関係を示す図であり、（ｂ）は印加電圧と焦点距離との関係を示す図である。
【図７】本発明に係るズームレンズユニットを示す図である。
【図８】可変焦点レンズの焦点距離ｆa，ｆbの関係を示す図である。
【図９】アフォーカル系を示す図である。
【図１０】可変焦点レンズの他の形態を示す図である。
【図１１】可変焦点レンズの他の形態を示す図である。
【図１２】可変焦点レンズの他の形態を示す図である。
【図１３】可変焦点レンズの他の形態を示す図である。
【図１４】本発明に係るカメラの動作を示すフローチャートである。
【図１５】（ａ）は望遠ズーム処理のサブルーチンを示すフローチャートであり、（ｂ）はレトロフォーカスズーム処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】本発明に係るズームレンズユニットの変形例を示す図である。
【図１７】本発明に係るズームレンズユニットの変形例を示す図である。
【図１８】（ａ），（ｂ）は本発明に係るズームレンズユニットの構成例を示す図であり、（ｃ），（ｄ）はこのズームレンズユニットの縦収差図，横収差図である。
【図１９】本発明に係るズームレンズユニットの変形例を示す図である。
【図２０】本発明に係るズームレンズユニットの変形例を示す図である。
【図２１】本発明に係るズームレンズユニットの変形例を示す図である。
【図２２】本発明に係るズームレンズユニットの変形例を示す図である。
【図２３】本発明に係るズームレンズユニットの変形例を示す図である。
【図２４】本発明に係るズームレンズユニットの変形例を示す図である。
【符号の説明】
【０１６２】
１ カメラ
２ ズームレンズユニット
３ａ〜３ｄ，３ｆ〜３ｈ 可変焦点レンズ（可変焦点光学素子）
３ｅ 可変焦点レンズ（可変焦点光学素子、結像レンズ）
５ 制御装置
２０ａ 可変焦点ミラー（可変焦点光学素子）
２１，２１ｂ 剛体レンズ（結像レンズ）
２４ 撮像素子
３０ａ，３０ｂ 透明板
３１ａ，３１ｂ 液体
６６ プログラムメモリ（第１記憶部，第２記憶部）
Ｓ 光学面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光学素子を備えるズームレンズユニットと、このズームレンズユニットを備えるカメラとに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ等の光学機器に備えられるズームレンズユニットにおいては、複数のレンズの１つをいわゆる可変焦点レンズをとし、この可変焦点レンズの焦点距離を調整することにより光学系全体のフォーカス位置を調整している（例えば、特許文献１参照）。ここで、可変焦点レンズとは、焦点距離を調整可能なレンズであり、例えば２種の流体間の界面で形成された光学面を電気毛管現象やエレクトロウェッティング等によって変形することにより、焦点距離を調整するものである。
【０００３】
このようなズームレンズユニットによれば、レンズを移動させてフォーカス位置を調整する場合と比較して、消費電力を低減することができる。
【特許文献１】特開２００２−６２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示のズームレンズユニットでは、光学系全体の焦点距離を調整する際にレンズを駆動装置で移動させる必要があるため、依然として消費電力が嵩んでしまう。
【０００５】
本発明の課題は、従来と比較して消費電力を低減することができるズームレンズユニット及びカメラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、ズームレンズユニットにおいて、
焦点距離を調整可能な複数の可変焦点光学素子を有する光学素子群と、
前記可変焦点光学素子の焦点距離を制御する制御装置とを備えることを特徴とする。
【０００７】
ここで、光学素子としてはレンズやミラー、プリズム等がある。
また、可変焦点光学素子としては、２種の流体間の界面で形成された光学面を有する光学素子や、フレキシブルな素材で形成された光学面を有する光学素子、液晶分子の配向状態によって屈折率が変化する光学素子などがある。
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、複数の可変焦点光学素子の焦点距離がそれぞれ調整可能であるので、これら焦点距離を調整することにより、ズームレンズユニット全体の焦点距離及びフォーカス位置を調整することができる。従って、光学素子を駆動装置で移動させる従来の場合と比較して、消費電力を低減することができる。また、光学素子を移動させるための駆動装置が必要ないため、ズームレンズユニット全体を小型化することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のズームレンズユニットにおいて、
前記複数の可変焦点光学素子の焦点距離の組合せと、前記光学素子群の焦点距離との関係情報を記憶する第１記憶部を備え、
前記制御装置は、
前記第１記憶部中の前記関係情報に基づいて各可変焦点光学素子の焦点距離を制御することにより、前記光学素子群の焦点距離を調整することを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、第１記憶部中の前記関係情報に基づいて各可変焦点光学素子の焦点距離を制御するので、光学素子群の焦点距離の調整を正確に行うことができる。
【００１１】
なお、前記関係情報としては、可変焦点光学素子の焦点距離の組合せと光学素子群の焦点距離との関係式についての情報や、可変焦点光学素子の焦点距離の組合せと光学素子群の焦点距離とが対応付けられたテーブルについての情報などがある。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のズームレンズユニットにおいて、
前記複数の可変焦点光学素子の焦点距離についての制御パラメータを記憶する第２記憶部を備え、
前記制御装置は、
前記第２記憶部内の前記制御パラメータに基づいて、前記可変焦点光学素子の焦点距離を制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、第２記憶部内の制御パラメータに基づいて可変焦点光学素子の焦点距離を制御するので、制御パラメータを計算する手順を簡略化することができる。従って、可変焦点光学素子の焦点距離の制御処理速度を高めることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載のズームレンズユニットにおいて、
前記制御装置は、前記光学素子群のフォーカス位置を固定した状態で、当該光学素子群の焦点距離を変化させることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、光学素子群のフォーカス位置を固定した状態でその焦点距離を変化させるので、光学素子群のフォーカス位置と焦点距離とを別々に制御することができる。また、焦点距離の調整の際にフォーカス位置がずれるのを防止することができる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項４記載のズームレンズユニットにおいて、
前記制御装置は、
前記光学素子群のフォーカス位置を固定した状態で、当該光学素子群の焦点位置を変化させた後、
複数の前記可変焦点光学素子のうち、何れか１つの焦点距離を変化させることにより、
前記光学素子群のフォーカス位置を調整することを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、光学素子群の焦点位置を変化させた後にフォーカス位置を調整するので、焦点位置とフォーカス位置とを別々に制御することができる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載のズームレンズユニットにおいて、
前記光学素子群は、剛体レンズを備え、
前記制御装置は、
複数の前記可変焦点光学素子によってアフォーカル系を形成した状態で前記剛体レンズの位置を移動させることにより、前記光学素子群のフォーカス位置を調整することを特徴とする。
【００１９】
ここで、例えば２つの光学素子がアフォーカル系を形成した状態とは、物体側の光学素子の像側焦点と像側の光学素子の物体側焦点とが一致している状態である。
【００２０】
請求項６記載の発明によれば、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６の何れか一項に記載のズームレンズユニットにおいて、
前記光学素子群は、少なくとも２つの可変焦点光学素子と、１つの結像レンズとを備え、
前記制御装置は、
前記２つの可変焦点光学素子の屈折力の積が負の値となるように、これら可変焦点光学素子の焦点距離を調整することを特徴とする。
【００２２】
ここで、２つの屈折力の積が負の値であるとは、２つの屈折力の組み合わせが（正，負）または（負，正）であることをいう。物体側の光学素子の屈折力が正の値であり、像側の光学素子の屈折力が負の値である場合には、光学素子群によって望遠ズーム用のレンズユニットが形成される。また、物体側の光学素子の屈折力が負の値であり、像側の光学素子の屈折力が正の値である場合には、光学素子群によって広角ズーム用のレンズユニットが形成される。
また、結像レンズは、剛体レンズであっても良いし、可変焦点レンズであっても良い。
【００２３】
請求項７記載の発明によれば、２つの可変焦点光学素子の屈折力の積が負の値となるので、光学素子群を望遠ズーム用のレンズユニットや、広角ズーム用のレンズユニットとして機能させることができる。
【００２４】
請求項８記載の発明は、請求項７記載のズームレンズユニットにおいて、
前記制御装置は、
前記２つの可変焦点光学素子のうち、物体側の可変焦点光学素子の屈折力が正の値、像側の可変焦点光学素子の屈折力が負の値となるように、これら可変焦点光学素子の焦点距離を調整することを特徴とする。
【００２５】
請求項８記載の発明によれば、物体側の可変焦点光学素子の屈折力が正の値、像側の可変焦点光学素子の屈折力が負の値となるので、光学素子群を望遠ズーム用のレンズユニットとして機能させることができる。
【００２６】
請求項９記載の発明は、請求項７記載のズームレンズユニットにおいて、
前記制御装置は、
前記２つの可変焦点光学素子のうち、物体側の可変焦点光学素子の屈折力が負の値、像側の可変焦点光学素子の屈折力が正の値となるように、これら可変焦点光学素子の焦点距離を調整することを特徴とする。
【００２７】
請求項９記載の発明によれば、物体側の可変焦点光学素子の屈折力が負の値、像側の可変焦点光学素子の屈折力が正の値となるので、光学素子群を広角ズーム用のレンズユニットとして機能させることができる。
【００２８】
請求項１０記載の発明は、請求項１〜９の何れか一項に記載のズームレンズユニットにおいて、
前記可変焦点光学素子は、
２枚の透明板と、
前記透明板の間に介在した、屈折率の異なる２種の流体とを備え、
前記２種の流体間の界面を光学面として機能させるものであり、
前記制御装置は、
前記光学面の形状を変化させることにより、前記可変焦点光学素子の焦点距離を制御することを特徴とする。
【００２９】
請求項１０記載の発明によれば、光学面の形状の変化によって可変焦点光学素子の焦点距離が変化するので、光学素子を移動させることによって焦点距離を変化させる場合と比較して、調整の際の騒音を低減することができるとともに、反応性を高めることができる。
【００３０】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載のズームレンズユニットにおいて、
前記可変焦点光学素子は、略水平に配設されていることを特徴とする。
【００３１】
ここで、可変焦点光学素子が略水平に配設されているとは、前記２種の流体が光軸上で上下に並んでいる状態をいう。
請求項１１記載の発明によれば、可変焦点光学素子が略水平に配設されているので、可変焦点光学素子中の流体を安定な状態に維持することができる。従って、振動や重力、加速度などの影響によって流体が流動したり、前記光学面が変形したりするのを防止することができる。また、可変焦点光学素子が縦に配設された場合と比較して、前記光学面の面積が広くなる、つまり、可変焦点光学素子のＦナンバーが小さくなるため、像の明るさを向上させることができる。
【００３２】
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載のズームレンズユニットにおいて、
前記光学素子群は、入射光を下方に案内するプリズムまたはミラーを前記複数の可変焦点光学素子の上方に備えることを特徴とする。
【００３３】
請求項１２記載の発明によれば、入射光を下方に案内するプリズムまたはミラーを可変焦点光学素子の上方に備えるので、略水平に配設された可変焦点光学素子に対し、横方向からの光線を案内することができる。
【００３４】
請求項１３記載の発明は、カメラにおいて、
請求項１〜１２の何れか一項に記載のズームレンズユニットと、
前記ズームレンズユニットの前記光学素子群による被写体像を撮像する撮像素子とを備えることを特徴とする。
【００３５】
請求項１３記載の発明によれば、請求項１〜１２の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００３６】
請求項１記載の発明によれば、光学素子を駆動装置で移動させる従来の場合と比較して、消費電力を低減することができる。また、光学素子を移動させるための駆動装置が必要ないため、ズームレンズユニット全体を小型化することができる。
【００３７】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、光学素子群の焦点距離及びフォーカス位置の調整を正確に行うことができる。
【００３８】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、可変焦点光学素子の焦点距離の制御処理速度を高めることができる。
【００３９】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、光学素子群のフォーカス位置と焦点距離とを別々に制御することができる。また、焦点距離の調整の際にフォーカス位置がずれるのを防止することができる。
【００４０】
請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、焦点位置とフォーカス位置とを別々に制御することができる。
請求項６記載の発明によれば、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
請求項７記載の発明によれば、請求項１〜６の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、光学素子群を望遠ズーム用のレンズユニットや、広角ズーム用のレンズユニットとして機能させることができる。
【００４２】
請求項８記載の発明によれば、請求項７記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、光学素子群を望遠ズーム用のレンズユニットとして機能させることができる。
請求項９記載の発明によれば、請求項７記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、光学素子群を広角ズーム用のレンズユニットとして機能させることができる。
【００４３】
請求項１０記載の発明によれば、請求項１〜９の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、光学素子を移動させることによって焦点距離を変化させる場合と比較して、調整の際の騒音を低減することができるとともに、反応性を高めることができる。
【００４４】
請求項１１記載の発明によれば、請求項１０記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、振動や重力、加速度などの影響によって流体が流動したり、前記光学面が変形したりするのを防止することができる。
【００４５】
請求項１２記載の発明によれば、請求項１１記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、略水平に配設された可変焦点光学素子に対し、横方向からの光線を案内することができる。
【００４６】
請求項１３記載の発明によれば、請求項１〜１２の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１（ａ）は、本発明に係るカメラ１の外観を示す図である。
この図に示すように、カメラ１は、いわゆるコンパクトカメラであり、筐体１０の前面にストロボ１１、ファインダー１２、撮影用受光窓１３及び測光・測距センサ１４（図２参照）を備えている。
【００４８】
ストロボ１１は、被写体に閃光を照射するものである。このストロボ１１としては、従来より公知のものが用いられている。ファインダー１２は、ユーザーが撮影範囲を確認するための窓であり、撮影用受光窓１３と並んで設けられている。撮影用受光窓１３は、被写体からの光を筐体１０の内部に取り込むための窓である。この撮影用受光窓１３よりも筐体１０の内側には、図２に示すように、温度センサ１５と、本発明に係るズームレンズユニット２とが互いに近接して配設されている。
【００４９】
温度センサ１５は、筐体１０の内部の温度、より詳細にはズームレンズユニット２の近傍の温度を測定するものである。
【００５０】
ズームレンズユニット２は、本発明における光学素子群として、プリズム２０、可変焦点レンズ３ａ，３ｂ及び剛体レンズ２１を備えている。これらの光学素子は、光軸Ｌに沿ってこの順で上下に配列されている。
【００５１】
プリズム２０は、撮影用受光窓１３から入射した光を屈折させて下方の可変焦点レンズ３ａに入射させるものである。
【００５２】
可変焦点レンズ３ａ，３ｂは、本発明における可変焦点光学素子であり、水平な状態で光軸上に固設されている。これら可変焦点レンズ３ａ，３ｂは、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、２枚の透明板３０ａ，３０ｂを備えている。
【００５３】
透明板３０ａ，３０ｂは、ガラスやアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂製の円板であり、透明板３０ａが透明板３０ｂの直上に位置するよう配設されている。ここで、これら透明板３０ａをレンズとして見た場合、その焦点距離ｆTa，ｆTbは以下の式（１），（２）のように示される。
【００５４】
1/fTa=(nTa‐1)(1/RTa1‐1/RTa2)+(nTa‐1)2・dLTa/(nTa・RTa1・RTa2)…（１）
1/fTb=(nTb‐1)(1/RTb1‐1/RTb2)+(nTb‐1)2・dLTb/(nTb・RTb1・RTb2)…（２）
【００５５】
但し、式（１）中、「RTa1」，「RTa2」は透明板３０ａの上下面の曲率半径、「nTa」は透明板３０ａの屈折率、「dLTa」は透明板３０ａの厚さである。同様に、式（２）中、「RTb1」，「RTb2」は透明板３０ｂの上下面の曲率半径、「nTb」は透明板３０ｂの屈折率、「dLTb」は透明板３０ｂの厚さである。
【００５６】
透明板３０ａ，３０ｂの間には、本発明における流体として、２種類の液体３１ａ，３１ｂが介在している。
これら液体３１ａ，３１ｂは、互いに混合せずにこの順で上下に分離した状態となっており、かつ、屈折率が異なっている。そのため、液体３１ａ，３１ｂの間には、これら液体間の界面により光学面Ｓが形成されている。
また、液体３１ａ，３１ｂの一方は非導電性、他方は導電性の液体である。
【００５７】
このような液体３１ａ，３１ｂとしては、例えば以下の表１に示す液体を用いることができる。液体３１ａ，３１ｂの組合せとしては、例えば、液体３１ａがシリコンオイル、液体３１ｂが水溶液である組合せや、液体３１ａがイマージョンオイル、液体３１ｂがグリコール系の不凍液である組合せ、液体３１ａがフッ素系不活性液体、液体３１ｂが水溶液である組合せ等がある。ここで、重力や姿勢による光学面Ｓの変化を少なくする観点からは、液体３１ａ，３１ｂの比重は略等しく調製されていることが好ましい。本実施の形態においては、液体３１ａとしてイマージョンオイルまたはジメチルシリコン・オイル、液体３１ｂとして水溶液が用いられている。
【００５８】
【表１】
なお、表１中、「フロリナート」とは、３Ｍ社製の商品の商品名である。
また、表１中、水溶液の溶質としては、無機物でも良いし、有機物でも良い。溶解される無機物としては、例えば、塩化カリウム（KCl）や塩化ナトリウム（NaCl）、塩化バリウム（BaCl2）、ヘキサシアノ鉄（III）カリウム（K3[Fe(Cl6)]）、ヘキサシアノ鉄（II）カリウム（K4[Fe(Cl6)]）、チオシアン酸カリウム（KCNS）等の無機塩類がある。また、有機物としては、例えばアルコールやアミノ酸、各種の界面活性剤などがある。ここで、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、水溶液の界面張力（表面張力）は濃度に応じて変化する。そのため、水溶液の濃度は、光学面Ｓの曲率が所定の範囲内となるように設定されることが好ましい。
【００５９】
更に、表１中、イマージョンオイルとしては、「Ｔｙｐｅ A」や、「Ｔｙｐｅ NVH」の代わりに、以下の表２に示すイマージョンオイルを用いることとしても良いし、更に、市販の油浸顕微鏡用のイマージョンオイルを組み合わせたものを用いることとしても良い。ここで、「Ｔｙｐｅ A」のオイルはテルフェニルや水素化テルフェニル、ポリブタン、炭化水素などを混合した短焦点観察用の低粘度合成オイルであり、「Ｔｙｐｅ B」のオイルは医療機器レンズ用の中粘度合成オイルであり、「Ｔｙｐｅ NVH」や「Ｔｙｐｅ OVH」は長距離観察用の高粘度合成オイルである。
【００６０】
【表２】
なお、上記の表２には、イマージョンオイルの光学特性の他に、参考としてショットグラス社製の光学ガラス「ＢＫ７」（商品名）等の光学特性も示している。
【００６１】
ここで、これら液体３１ａ，３１ｂをレンズとして見た場合、その焦点距離ｆEa，ｆEbは以下の式（３），（４）のように示される。
【００６２】
1/fEa=(nEa‐1)(1/REa1‐1/REa2)+(nEa‐1)2・dLEa/(nEa・REa1・REa2)…（３）
1/fEb=(nEb‐1)(1/REb1‐1/REb2)+(nEb‐1)2・dLEb/(nEb・REb1・REb2)…（４）
但し、式（３）中、「REa1」，「REa2」は液体３１ａの上下面の曲率半径、「nEa」は液体３１ａの屈折率、「dLEa」は光軸上における液体３１ａの厚さである。同様に、式（４）中、「REb1」，「REb2」は液体３１ｂの上下面の曲率半径、「nEb」は液体３１ｂの屈折率、「dLEb」は光軸上における液体３１ｂの厚さである。
【００６３】
なお、液体３１ａ，３１ｂの半径を「ｒ」、高さを「ｈ」とすると、液体３１ａ，３１ｂの接触角θ及び曲率半径Ｒは以下の式（４），（５）のように求めることができる。
θ＝２tan-1（ｈ／ｒ） …（４）
Ｒ＝ｒ／sinθ …（５）
【００６４】
液体３１ａ，３１ｂの外側には、環状の電極部３２が配設されている。
この電極部３２は、図３（ｃ）に示すように、絶縁層３３及び電極３４ａ，３４ｂを備えており、透明板３０ａ，３０ｂと一体となって液体３１ａ，３１ｂを内部に封入している。
【００６５】
絶縁層３３は、電気を通さない性質を有しており、液体３１ａ，３１ｂを側方から囲むとともに、外周部において電極３４ａ及び電極３４ｂの間に介在している。絶縁層３３の内周面と前記透明板３０ａの下面とには、撥水層３５が設けられ、液体３１ｂとで液体３１ａを囲んだ状態となっている。
【００６６】
撥水層３５は、例えば、以下の表３に示す化合物の何れかによって形成されている。ここで、この表に示すように、液体３１ａの接触角は撥水層３５の化合物によって変化する。そのため、化合物の種類は、光学面Ｓの曲率が所定の範囲内となるように設定されることが好ましい。
【表３】
【００６７】
なお、撥水層３５としては、表３の化合物の代わりに、ポリエチレンテレフタレート（PET）やエチレン４フッ化エチレン共重合体（ETFE）、アクリルウレタンクリアー、アクリルメラミンクリアー、ポリ塩化ビニル等を塗膜処理したものを用いることとしても良いし、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン（PE）、ポリプロピレン（PP）、ポリスチレン（PS）、ポリカーボネート（PB）等の疎水性フィルムを用いることとしても良い。更に、ジメチルシリコンオイルやメチルハイドロジェン・シリコンオイル等を一様に塗布してから加熱処理することにより形成される膜を用いることとしても良い。このように加熱処理を行う場合には、ジブチル錫ジラウレートや鉄オクトエート等の金属の有機酸塩を硬化触媒として用いることにより、加熱温度を下げることが好ましい。
また、撥水層３５の代わりにポリビニルアルコール等の水溶性樹脂や、「ＳＣフィルム」（商品名：関西ペイント株式会社製）等の親水性フィルム等を設けることによって、液体３１ａ，３１ｂの界面張力を調整することとしても良い。ここで、ＳＣフィルムとは、ポリエチレンテレフタレートのフィルムに親水性クリヤーを塗装したものである。
【００６８】
電極３４ａ，３４ｂは、酸化スズ（SnO2）や酸化インジウム（In2O3）、インジウム−スズ酸化物（ITO）等によって形成された透明の導電性膜である。これら電極３４ａ，３４ｂは、絶縁層３３及び撥水層３５を介して液体３１ａ，３１ｂに電圧を印加することにより、光学面Ｓの形状を変化させ、その結果、図３（ａ），（ｂ），図５に示すように、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離を変化させるようになっている。
【００６９】
具体的には、電圧を印加しない状態では、図３（ａ）に示すように、光学面Ｓは液体３１ａ，３１ｂの界面張力により、下方から上方に向かって中心部が突き出た曲面状となっている。ここで、液体３１ａの屈折率（約１．４〜１．５）は液体３１ｂの屈折率（約１．３３）や空気の屈折率（約１．０）よりも大きいため、上記のように光学面Ｓが上向き凸状である場合には、可変焦点レンズ３ａ，３ｂは全体として負の屈折力を有し、凹レンズとして機能する。なお、液体３１ａの屈折率が液体３１ｂの屈折率よりも小さい場合には、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの屈折力の正負は逆となる。また、液体３１ａと液体３１ｂとの間の界面張力γEaEbは、液体３１ｂと透明板３０ｂとの間の界面張力γEbTb、液体３１ａと透明板３０ｂとの間の界面張力γEaTb及び液体３１ｂの接触角θを用いて、以下の式（６）のように示される。
γEaTb＝γEbTb＋γEaEb・cosθ …（６）
【００７０】
この状態から電極３４ａ，３４ｂが電圧を印加すると、図３（ｃ）に示すように、界面静電現象によって液体３１ｂの電極３４ａ側の界面と液体３１ｂの内部とに電気二重層が形成され、液体３１ａ，３１ｂの界面張力や接触角が変化する結果、上方への光学面Ｓの膨らみが小さくなる。そして、印加電圧を大きくすると、光学面は平坦となり、更には、図３（ｂ）に示すように、下方に突き出た曲面状となる。このように光学面Ｓの膨らみが上側から下側に変化すると、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの全体としての屈折力は負から正に変化する。つまり、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの機能が凹レンズから凸レンズに変化する。
【００７１】
ここで、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの印加電圧と曲率ディオプトリー（diopter＝媒質の屈折率ｎ／焦点距離ｆ）との関係を図６（ａ）に、印加電圧と焦点距離ｆとの関係を図６（ｂ）に例示する。これらの図に示すように、電圧を印加しないときや印加電圧が小さいときには、可変焦点レンズ３ａ，３ｂは負の屈折率を有する凹レンズとして機能する。一方、印加電圧が所定の電圧（図では約４５Ｖ）より大きいときには、可変焦点レンズ３ａ，３ｂは正の屈折率を有する凸レンズとして機能する。
【００７２】
以上の可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離ｆa，ｆbは、以下の式（７），（８）のように算出される。
ｆa＝ｆa1×ｆa2／（ｆa1＋ｆa2） …（７）
ｆb＝ｆb1×ｆb2／（ｆb1＋ｆb2） …（８）
但し、下記の式（９），（１０）に示すように、ｆa1，ｆb1は、透明板３０ａ及び液体３１ａの部分の焦点距離であり、ｆa2，ｆb2は透明板３０ｂ及び液体３１ｂの部分の焦点距離である。
ｆa1，ｆb1＝ｆTa×ｆEa／（ｆTa＋ｆEa） …（９）
ｆa2，ｆb2＝ｆTb×ｆEb／（ｆTb＋ｆEb） …（１０）
【００７３】
また、図７に示すように、可変焦点レンズ３ａ，３ｂはアフォーカル系を形成している。そのため、図８に示すように、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離ｆa，ｆbは以下の式（１１），（１２）を満たし、ズームレンズユニット２の焦点距離ｆは以下の式（１３）を満たす。但し、式（１１）中、「ｄ」は可変焦点レンズ３ａの像側主点Ｈ1’と可変焦点レンズ３ｂの物体側主点Ｈ2との間隔（図９参照）である。また、式（１２）中、「ｍ」はアフォーカル倍率であり、図８の直線上の点（ｆb，ｆa）と原点とを結ぶ直線の傾きに対して（−１）をかけた値である。また、式（１３）中、「ｆ0」は、剛体レンズ２１の焦点距離である。
【００７４】
ｆa＋ｆb＝ｄ …（１１）
ｍ＝−ｆa／ｆb …（１２）
ｆ＝ｍ×ｆ0 …（１３）
【００７５】
よって、上記の式（１１），（１２）から、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離ｆa，ｆbは、以下の式（１４），（１５）で表される。
ｆa＝ｄ×ｍ／（ｍ−１） …（１４）
ｆb＝−ｄ／（ｍ−１） …（１５）
【００７６】
また、図８に示されるように、ｆa≧ｄ＞０、かつｆb＜０の場合、つまり、可変焦点レンズ３ａが凸レンズで可変焦点レンズ３ｂが凹レンズの場合には、アフォーカル倍率ｍはｍ≧１となり、図９（ａ）に示すように、ズームレンズユニット２は望遠ズームとなる。なお、図９では、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの図示を簡略化するとともに、剛体レンズ２１の図示を省略している。
【００７７】
また、０＜ｆa≦ｄ、かつ０＜ｆb≦ｄの場合、つまり、可変焦点レンズ３ａ，３ｂが凸レンズの場合には、アフォーカル倍率ｍはｍ＜０となり、図９（ｂ）に示すように、ズームレンズユニット２はいわゆるケプラー望遠鏡タイプとなる。
【００７８】
また、ｆa＜０、かつｆb≧ｄ＞０の場合、つまり、可変焦点レンズ３ａが凹レンズで可変焦点レンズ３ｂが凸レンズの場合には、アフォーカル倍率ｍは０≦ｍ≦１となり、図９（ｃ）に示すように、ズームレンズユニット２はレトロフォーカス系の広角ズームとなる。
【００７９】
なお、このような可変焦点レンズ３ａ，３ｂとしては、例えば「Fluid Focus Lens」（商品名：Royal Philips Electronics社製）等を用いることができるが、図１０に示すような「PDN-1000 可変レンズユニット」（商品名：Varioptic社製）を用いることとしても良い。
また、可変焦点レンズ３ａ，３ｂは界面静電現象によって焦点距離を変化させることとして説明したが、他の原理や現象によって変化させることとしても良い。
【００８０】
具体的には、例えば“Electrocapillarity and wetting of insulator films by water , C.R.Acad.Sci.Paris, t.137,p.157 (1993)”や特表２００１−５１９５３９号公報などに開示のように、電気濡れ現象（エレクトロウェッティング）によって液体の接触角を調整し、光学面を変形させる結果、焦点距離を変化させることとしても良い。このような場合には、印加電圧がＶのときの接触角を「cosθ（Ｖ）」、印加電圧が０のときの接触角を「cosθ（０）」とすると、印加電圧Ｖと接触角θとの関係は、概ね以下の式（１６）のように示される（浅野浩一、“溶融炭酸塩形燃料電池における陽極反応場評価手法の開発−印加電圧による溶融炭酸塩の濡れメカニズムの検討−”［online]、（財）電力中央研究所、［平成１６年９月３０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://ge-rd-info.denken.or.jp/ge_cgi-bin/rep_details.cgi?rep_num=W00022&host=＞参照）。
cosθ（Ｖ）＝cosθ（０）＋（１／２)×（Ｃｄ／γLG）×Ｖ2 …（１６）
（但し、Cd:電気二重層容量[μF/cm2]、γLG:気相−液相間の表面張力[N/m]）
【００８１】
また、例えば特表平１１−５１３１２９号公報や特表２００１−５１９５３９号公報、特開２００１−１３３０６号公報に開示のように、液体の界面と内部とに生じる電気二重層の近傍の液体を電気泳動現象や電気浸透現象などの界面動電現象で流動させることによって接触角を調整し、光学面を変形させる結果、焦点距離を変化させることとしても良い。
【００８２】
また、例えば米国特許第３５９８４７９号明細書や米国特許第５１３８４９４号明細書、米国特許第５６６８６２０号明細書、実公昭４０−２８６１４号公報、実公昭５１−４９９５６号公報、特開昭５５−３６８５７号公報、特開平６−３０８３０３号公報、特開２００２−３１１２１３号公報などに開示のように、膨張性の薄膜の間に液体を満たしたものを可変焦点レンズとして用い、液体の容積や圧力を調整することによって液面（光学面）を変形させる結果、焦点距離を変化させることとしても良い。
【００８３】
また、例えば特開２０００−８１５０４号公報や特許第３４００２７０号公報、特開２００２−３１１２１３号公報、特開２００３−１４９０９号公報に開示のように、液体と密着した弾性膜に圧電素子や圧電アクチュエータ等で外圧を加えることによって光学面を変形させる結果、焦点距離を変化させることとしても良い。
【００８４】
また、「ハイブリッド配向液晶電気光学マイクロレンズにおける光学特性及び分子配向」（「光学」第２０巻第４号（１９９１，４））や特許第３１５８０１６号公報に開示のように、透明な基板間の液晶分子の配向状態を電界によって変化させることにより焦点距離を変化させることとしても良い。
【００８５】
また、特開２００２−２４３９１８号公報に開示のように、液体の表面（光学面）に密着する透明な基板を静電吸引力で変形することによって光学面を変形させる結果、焦点距離を変化させることとしても良い。
【００８６】
また、図１１に示すように、液体中に立設された管の内部の液体を可変光学素子として用い、管内部の毛細管または多孔性プラグの両端に電位差（流動電位）を生じさせることによって、管内の液面（光学面）の形状や高さを変化させる結果、焦点距離を変化させることとしても良い。
【００８７】
また、図１２に示すように、透明な浴槽内に立設された毛管内部の液体を可変光学素子として用い、浴槽内の液面に加わる圧力Ｆを調整することによって、毛管内部の液面（光学面）の形状や高さを変化させる結果、焦点距離を変化させることとしても良い。このような場合には、液面の表面張力を「γ」、圧力変化量を「ΔＦ」、液相と気相との密度差を「Δρ」、重力加速度を「ｇ」、毛管の半径を「ｒ」とし、図１２に示すように角度θをおくと、毛管内部の液面の曲率Ｃと高さｈとは以下の式（１７），（１８）のように示される。
Ｃ＝２γ／ΔＦ（＝２γ／Δρｇｈ） …（１７）
ｈ＝２γcosθ／Δρｒｇ …（１８）
【００８８】
また、図１３に示すように、Lippmannの電気毛管装置中の２種の液体を可変光学素子として用い、毛管内の界面（光学面）の高さや界面張力を電気毛管現象で変化させることによって光学面を変形させる結果、焦点距離を変化させることとしても良い。
【００８９】
剛体レンズ２１は、本発明における結像レンズであり、本実施の形態においては、図２，図７に示すように凸レンズとなっている。この剛体レンズ２１は、位置が固定されていても良いし、移動可能に設けられていても良い。
【００９０】
剛体レンズ２１と可変焦点レンズ３ｂとの間には、図２に示すように、絞り２２が配設されている。
剛体レンズ２１の下方には、シャッター２３及び撮像素子２４が配設されている。シャッター２３は、後述のシャッターボタン４１（図１参照）が押されると開状態となり、ズームレンズユニット２からの光を所定の時間だけ撮像素子２４に当てるようになっている。撮像素子２４は、例えばＣＣＤ等、受光量に応じてアナログ信号を生じるものである。
【００９１】
測光・測距センサ１４は、被写体周辺の光量や色温度、カメラ１から被写体までの距離（以下、被写体距離とする）を測定するものであり、撮影用受光窓１３に近接して設けられている。
【００９２】
また、図１（ｂ）に示すように、筐体１０の裏面には表示部１６が設けられている。
表示部１６は、表示駆動部１６０（図２参照）によって駆動されて撮影画像や、操作者への操作案内などを表示するものである。なお、本実施の形態においては、表示部１６として液晶パネルが用いられている。
【００９３】
表示部１６の周辺には操作部４が配設されている。
操作部４は、操作者から操作指示が入力される複数のキーを備えている。本実施の形態においては、図１（ａ），（ｂ）に示すように、操作部４は、電源のオン／オフを切り換えるための電源スイッチ４０、シャッター２３の開閉を指示するシャッターボタン４１、各モードにおいて決定を指示する決定キー４２、上下左右方向に選択操作を行うためのカーソルキー４３、ズーム操作を指示するズームキー（図示せず）等を備えている。
【００９４】
また、図２に示すように、筐体１０の内部には、制御装置５が配設されている。
制御装置５は、演算処理部５０と撮影制御部５１とを備えている。
【００９５】
演算処理部５０は、図示しないＣＰＵやＲＯＭ，ＲＡＭ等によって構成されている。この演算処理部５０は、操作部４から送信される操作指示信号に基づいてカメラ１を撮影モードや撮影条件設定モード、画像表示モード等に切り換えるようになっている。
【００９６】
また、演算処理部５０は、撮影モードにおいて、操作部４からの操作指示信号や、測光・測距センサ１４による測定結果などに基づき、ズームレンズユニット２の焦点距離やフォーカス位置、撮影画像のホワイトバランスなどの撮影条件を算出するようになっている。また、演算処理部５０は、後述のプログラムメモリ６６に記憶されたテーブルに基づいて、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの電極３４ａ，３４ｂへの印加電圧を算出するようになっている。更に、演算処理部５０は、温度センサ１５による測定温度に基づいて、可変焦点レンズ３ａ，３ｂへの印加電圧を補正するようになっている。
【００９７】
撮影制御部５１は、演算処理部５０によって算出された撮影条件に基づいて、ズームレンズユニット２等を制御するものである。この撮影制御部５１には、レンズ駆動部６０ａ，６０ｂや絞り駆動部６１、シャッター駆動部６２、タイミング制御部６３、画像信号処理部６５、ストロボ駆動部６４等が接続されている。
【００９８】
レンズ駆動部６０ａ，６０ｂは、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの電極３４ａ，３４ｂに電圧を印加するものであり、印加電圧を調整できるようになっている。
絞り駆動部６１は、絞り２２の絞り量を調整するものである。
シャッター駆動部６２は、シャッター２３の開閉を制御するものである。
タイミング制御部６３は、撮像素子２４による撮影タイミングと同期して画像信号処理部６５に信号処理を行わせるものである。
【００９９】
画像信号処理部６５は、撮像素子２４から送信されるアナログ信号にCDS（Correlated Double Sampling）処理や、AGC（Automatic Gain Control）処理、Ａ／Ｄ変換処理などを施すものである。
ストロボ駆動部６４は、ストロボ１１を駆動して閃光を照射させるものである。
【０１００】
以上の制御装置５には、上述の操作部４及び表示部１６の他、プログラムメモリ６６やメモリインターフェース６７、内部メモリ６８、画像処理部６９、圧縮解凍部７０、電源制御部７１等が接続されている。
【０１０１】
プログラムメモリ６６は、本発明における第１記憶部及び第２記憶部であり、図５の右上のグラフに示すように、アフォーカル系のアフォーカル倍率ｍと、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離の組合せとを対応付け、テーブルとして記憶している。また、このプログラムメモリ６６は、図５の右下及び左上のグラフに示すように、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離と、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの制御パラメータ、本実施の形態においては電極３４ａ，３４ｂへの印加電圧とを対応付け、テーブルとして記憶している。
【０１０２】
メモリインターフェース（ＩＦ）６７は、外部メモリ６７ａと内部メモリ６８との間において、画像データや撮影条件などを送信可能にするものである。
【０１０３】
内部メモリ６８は、撮像素子２４による撮影画像の画像データや、メモリインターフェース６７を介して外部メモリ６７ａから入力された画像データ等を記憶するものである。また、この内部メモリ６８は、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離などの撮影条件を画像データと対応付けて記憶するようになっている。
【０１０４】
画像処理部６９は、内部メモリ６８の内部に記憶された画像データに対し、種々の画像処理を行うものである。
【０１０５】
圧縮解凍部７０は、撮像素子２４による撮影画像の画像データを圧縮符号化したり、外部メモリ６７ａや内部メモリ６８に記憶された画像データを解凍して復号化したりするものである。
電源制御部７１は、電池７１ａから制御装置５に電力を供給するものである。
【０１０６】
続いて、画像を撮影する際のカメラ１の動作について、図１４を参照しながら説明する。
まず、演算処理部５０は、撮影モードが指示されているか否かを判別する（ステップＳ１）。撮影モード以外のモードが指示されている場合（ステップＳ１；Ｎｏ）には、演算処理部５０は、選択中のモードを実行するよう各部を制御する（ステップＳ２）。一方、撮影モードが指示されている場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）には、演算処理部５０は、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離を初期設定値に設定する（ステップＳ３）。
【０１０７】
次に、操作者がカメラ１を被写体に向けると、被写体からの光線がズームレンズユニット２に入射する。このとき、プリズム２０が可変焦点レンズ３ａ，３ｂの上方に配設されているので、水平に配設された可変焦点レンズ３ａ，３ｂに対し、横方向からの光線が案内される。また、可変焦点レンズ３ａ，３ｂが水平に配設されているので、液体３１ａ，３１ｂが安定な状態で維持される結果、振動や重力、加速度などの影響による液体３１ａ，３１ｂの流動や、光学面Ｓの変形が防止される。また、可変焦点レンズ３ａ，３ｂが縦に配設された場合と比較して、前記光学面Ｓの面積が広くなる、つまり、可変焦点レンズ３ａ，３ｂのＦナンバーが小さくなるため、像の明るさを向上させることが可能となる。
【０１０８】
また、このとき、演算処理部５０は、測光・測距センサ１４による光量や色温度、被写体距離などの測定結果に基づいて、シャッタースピードや、ストロボ１１での光量、ホワイトバランス等の撮影条件を設定する（ステップＳ４）。
【０１０９】
次に、演算処理部５０は、操作者からズーム操作が指示されているか否かを、操作部４からの信号に基づいて判別し（ステップＳ５）、ズーム操作が指示されていない場合（ステップＳ５；Ｎｏ）には、後述のステップＳ９の処理を行う。
一方、ズーム操作が指示されている場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）には、演算処理部５０は、望遠ズームが指示されているか否か、即ち、アフォーカル倍率ｍがｍ≧１と指示されているか否かを判別する（ステップＳ６）。
【０１１０】
望遠ズームが指示されている場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）には、演算処理部５０は望遠ズーム処理を行う（ステップＳ７）。
【０１１１】
具体的には、図１５（ａ）に示すように、まず演算処理部５０は、操作部４からの信号中で指示されている焦点距離ｆ（＝ｍ×ｆ0）またはアフォーカル倍率ｍを算出する（ステップＳ７１）。
【０１１２】
次に、演算処理部５０は、図５において矢印Ｙ1で示すように、プログラムメモリ６６中のテーブルに基づいて、必要とされる可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離ｆa，ｆbを算出する（ステップＳ７２）。即ち、上記の式（１４），（１５）と、ｆa＞０，ｆb＜０の条件式とを用いて焦点距離ｆa，ｆbを算出する。このように、物体側の可変焦点レンズ３ａの屈折力が正の値、像側の可変焦点レンズの屈折力が負の値となる場合には、ズームレンズユニット２は望遠ズーム用のレンズユニットとして機能することとなる。
【０１１３】
次に、演算処理部５０は、図５において矢印Ｙ2で示すように、プログラムメモリ６６中のテーブルに基づいて、焦点距離ｆa，ｆbに対応する駆動電圧Ｖa，Ｖbを算出する。
【０１１４】
演算処理部５０が駆動電圧Ｖa，Ｖbを算出したら、この駆動電圧Ｖa，Ｖbを指示する信号を撮影制御部５１がレンズ駆動部６０ａ，６０ｂに送信する。この指示信号を受けたレンズ駆動部６０ａ，６０ｂは、指示された駆動電圧Ｖa，Ｖbで電極３４ａ，３４ｂに電圧を印加し、光学面Ｓを変形させることにより、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離をｆa，ｆbに設定する（ステップＳ７３）。このとき、撮影制御部５１は、ズームレンズユニット２のフォーカス位置が変化しないように固定する。これにより、焦点距離の調整の際にフォーカス位置がずれるのが防止される。また、ズームレンズユニット２のフォーカス位置及び焦点距離の制御を別々に行うことが可能となる。
【０１１５】
次に、演算処理部５０は、操作部４からの信号に基づいて、ズーム操作が終了したか否かを判別し（ステップＳ７４）、ズーム操作が終了していない場合（ステップＳ７４；Ｎｏ）には、前記ステップＳ７１に戻り、望遠ズーム処理を再度行う。
【０１１６】
そして、ズーム操作が終了している場合（ステップＳ７４；Ｙｅｓ）には、演算処理部５０は望遠ズーム処理を終了し、後述のステップＳ９の処理を行う。
【０１１７】
一方、図１４に示すように、望遠ズームが指示されていない場合（ステップＳ６；Ｎｏ）には、演算処理部５０は、レトロフォーカスズーム処理を行う（ステップＳ８）。
【０１１８】
具体的には、図１５（ｂ）に示すように、まず演算処理部５０は、操作部４からの信号中で指示されている焦点距離ｆまたはアフォーカル倍率ｍを算出する（ステップＳ８１）。
【０１１９】
次に、演算処理部５０は、図５において矢印Ｙ3で示すように、プログラムメモリ６６中のテーブルに基づいて、必要とされる可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離ｆa，ｆbを算出する（ステップＳ８２）。即ち、上記の式（１４），（１５）と、ｆa＜０，ｆb＞０の条件式とを用いて焦点距離ｆa，ｆbを算出する。このように、物体側の可変焦点レンズ３ａの屈折力が負の値、像側の可変焦点レンズの屈折力が正の値となる場合には、ズームレンズユニット２は広角ズーム用のレンズユニットとして機能することとなる。
【０１２０】
次に、演算処理部５０は、図５において矢印Ｙ4で示すように、プログラムメモリ６６中のテーブルに基づいて、焦点距離ｆa，ｆbに対応する駆動電圧Ｖa，Ｖbを算出する。
【０１２１】
演算処理部５０が駆動電圧Ｖa，Ｖbを算出したら、この駆動電圧Ｖa，Ｖbを指示する信号を撮影制御部５１がレンズ駆動部６０ａ，６０ｂに送信する。この指示信号を受けたレンズ駆動部６０ａ，６０ｂは、指示された駆動電圧Ｖa，Ｖbで電極３４ａ，３４ｂに電圧を印加し、光学面Ｓを変形させることにより、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離をｆa，ｆbに設定する（ステップＳ８３）。このとき、撮影制御部５１は、ズームレンズユニット２のフォーカス位置が変化しないように固定する。これにより、焦点距離の調整の際にフォーカス位置がずれるのが防止される。また、ズームレンズユニット２のフォーカス位置及び焦点距離の制御を別々に行うことが可能となる。
【０１２２】
次に、演算処理部５０は、操作部４からの信号に基づいて、ズーム操作が終了したか否かを判別し（ステップＳ８４）、ズーム操作が終了していない場合（ステップＳ８４；Ｎｏ）には、前記ステップＳ８１に戻り、レトロフォーカスズーム処理を再度行う。
そして、ズーム操作が終了している場合（ステップＳ８４；Ｙｅｓ）には、演算処理部５０は望遠ズーム処理を終了する。
【０１２３】
次に、演算処理部５０は、撮像素子２４から送信される電気信号に基づいて画像のコントラスト等を算出し、更に、この算出結果に基づいてデフォーカス量を計算する（ステップＳ９）。
【０１２４】
次に、演算処理部５０は、算出したデフォーカス量に基づいて、オートフォーカス処理を行う（ステップＳ１０）。このオートフォーカス処理は、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの何れか一方に対する印加電圧を微調整することにより行うことが好ましいが、剛体レンズ２１を移動させることにより行うこととしても良い。
【０１２５】
また、演算処理部５０は、温度センサ１５により測定された温度に基づいて、可変焦点レンズ３ａ，３ｂへの印加電圧を補正する。具体的には、まず演算処理部５０は、温度変化に起因する液体３１ａ，３１ｂの界面張力や接触角、屈折率などの変化量を算出し、この算出結果に基づいて焦点距離の変化量を算出する。そして、演算処理部５０は、この焦点距離の変化量を補償するように、可変焦点レンズ３ａ，３ｂへの印加電圧を補正する。これにより、温度変化に基づいて可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離が変化する場合であっても、ズームレンズユニット２の光学特性が維持される。
【０１２６】
次に、演算処理部５０は、撮像素子２４から送信される電気信号に基づいて、フォーカスが合っているか否かを判別し（ステップＳ１１）、フォーカスが合っていない場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）には、前記ステップＳ９に戻り、再度フォーカス調整を行う。
【０１２７】
一方、フォーカスが合っている場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）には、演算処理部５０は、撮像素子２４から送信される電気信号に基づいて被写体画像を表示部１６にスルー表示させる（ステップＳ１２）。
【０１２８】
次に、演算処理部５０は、所定時間内にシャッターボタン４１が押されたか否かを判別する（ステップＳ１３）。
シャッターボタン４１が押された場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）には、演算処理部５０は、シャッター駆動部６２やストロボ１１などを制御して被写体画像を撮影する（ステップＳ１４）。撮影を行ったら、演算処理部５０は画像データを圧縮解凍部７０に圧縮符号化させた後、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離や倍率などとともに内部メモリ６８に記憶させる（ステップＳ１５）。そして、操作部からの信号に基づいて処理を行った後、撮影モードを終了する。
【０１２９】
一方、所定の時間内にシャッターボタン４１が押されていない場合や、撮影条件の変更が指示された場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）には、操作部からの信号に基づいて処理を行った後、演算処理部５０はそのまま撮影モードを終了する。
【０１３０】
以上のカメラ１によれば、複数の可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離をそれぞれ調整することによりズームレンズユニット２全体の焦点距離及びフォーカス位置を調整することができるため、光学素子を駆動装置で移動させる従来の場合と比較して、消費電力を低減することができる。また、光学素子を移動させるための駆動装置が必要ないため、ズームレンズユニット２を小型化することができる。
【０１３１】
また、光学面Ｓを変形させることによって可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離を変化させるので、光学素子を移動させて焦点距離を変化させる場合と比較して、調整の際の騒音を低減することができるとともに、反応性を高めることができる。
【０１３２】
また、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離をプログラムメモリ６６中のテーブルに基づいて制御するので、ズームレンズユニット２の焦点距離及びフォーカス位置を正確に調整することができる。
【０１３３】
また、可変焦点レンズ３ａ，３ｂへの印加電圧を前記テーブルから算出するので、関係式から算出する場合と比較して計算手順を簡略化することができる。従って、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離の制御処理速度を高めることができる。
【０１３４】
なお、上記の実施の形態においては、プリズム２０は可変焦点レンズ３ａ，３ｂよりも物体側に配設されることとして説明したが、図１６に示すように、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの間に配設されることとしても良い。この場合には、可変焦点レンズ３ｂは略水平に配設されることが好ましい。
【０１３５】
また、可変焦点レンズ３ａ，３ｂは剛体レンズ２１よりも物体側に配置されていることとして説明したが、像側に配置されていることとしても良い。
【０１３６】
また、剛体レンズ２１を単レンズとして説明したが、図１７に示すように、複数枚のレンズからなるレンズユニットとしても良い。このような場合におけるズームレンズユニットは、例えば図１８（ａ）〜（ｄ）に示すような設計データに基づいて形成することができる。ここで、図１８（ｂ）中、「液面の位置」とは、図１７に示すように、透明板３０ａ，３０ｂから、界面の中心までの距離である。また、図１８（ｃ）はアフォーカル倍率ｍ＝０．６、焦点距離ｆ＝１５ｍｍのときの縦収差図であり、図１８（ｄ）はアフォーカル倍率ｍ＝０．６、焦点距離ｆ＝１５ｍｍ、入射角５°のときの横収差図である。また、図１８（ｃ）、（ｄ）中、「Ｃ線」とは波長６５６．２７ｎｍの光、「ｄ線」とは波長５８７．５６ｎｍの光、「Ｆ線」とは波長４８６．１３ｎｍの光である。
【０１３７】
また、撮影用受光窓１３から入射した光をプリズム２０によって屈折させることとして説明したが、マンジャン（Mangin）鏡などのミラーによって屈折させることとしても良い。
【０１３８】
また、ズームレンズユニット２のプリズム２０、可変焦点レンズ３ａ，３ｂ及び剛体レンズ２１は上下方向に配列されていることとして説明したが、横方向に配列されることとしても良い。
【０１３９】
また、演算処理部５０は、操作者によって望遠ズームが指示されていない場合にはレトロフォーカスズーム処理を行うこととして説明したが、レトロフォーカスズーム処理が指示されているか否かを判別し、指示されていない場合には、ケプラー望遠鏡タイプのズーム処理を行うこととしても良い。
【０１４０】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１４１】
本実施の形態におけるカメラ１のズームレンズユニット２Ａは、図１９に示すように、光軸Ｌに沿ってプリズム２０、可変焦点レンズ３ｃ，３ｄ，３ｅをこの順に備えている。
【０１４２】
可変焦点レンズ３ｃ，３ｄは、前記可変焦点レンズ３ａ，３ｂと同様に、アフォーカル系を形成している。
可変焦点レンズ３ｅは、本発明における結像レンズであり、光学面Ｓの形状を変形させることによってズームレンズユニット２Ａのフォーカス位置を調整可能となっている。
【０１４３】
このようなカメラ１によっても、上記第１の実施の形態におけるカメラ１と同様の効果を得ることができる。
【０１４４】
また、ズームレンズユニット２Ａのフォーカス位置を調整する際に可変焦点レンズ３ｃ，３ｄの焦点距離を変化させる必要がないため、可変焦点レンズ３ａ，３ｂの焦点距離を変化させることによりズームレンズユニット２Ａの焦点距離とフォーカス位置とをそれぞれ調整する場合と比較して、可変焦点レンズ３ｃ，３ｄの制御を容易化することができる。
【０１４５】
なお、上記第２の実施の形態においては、可変焦点レンズ３ｃ，３ｄがアフォーカル系を形成し、可変焦点レンズ３ｅが正の屈折力を有することとして説明したが、可変焦点レンズ３ｃ，３ｄが正の屈折力を有する光学系を形成し、可変焦点レンズ３ｅが負の屈折力を有することとしても良い。このような場合にも、撮像素子２４によって被写体画像を撮影することができる。
【０１４６】
＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１４７】
本実施の形態におけるカメラ１のズームレンズユニット２Ｂは、図２０（ａ）に示すように、光軸Ｌに沿ってプリズム２０、剛体レンズ２１ａ、可変焦点レンズ３ｆ，３ｇ及び剛体レンズ２１をこの順に備えている。
【０１４８】
剛体レンズ２１ａは、本実施の形態においては、凸レンズとなっている。また、この剛体レンズ２１ａは、可変焦点レンズ３ｆ，３ｇや剛体レンズ２１の収差を補正するようになっている。
【０１４９】
可変焦点レンズ３ｆ，３ｇは、剛体レンズ２１よりも像側に配設されており、剛体レンズ２１ａとでアフォーカル系を形成している。
【０１５０】
このようなカメラ１によっても、上記第１の実施の形態におけるカメラ１と同様の効果を得ることができる。
【０１５１】
また、剛体レンズ２１ａによってズームレンズユニット２Ｂの屈折力を正または負の側に偏らせることができるため、液体３１ａ，３１ｂの界面張力の可変域や電極３４ａ，３４ｂからの印加電圧の可変域に起因して可変焦点レンズ３ｆ，３ｇの焦点距離に制限がある場合であっても、ズームレンズユニット２Ｂの全体としての焦点距離やフォーカス位置を広い範囲で調整することができる。
【０１５２】
なお、上記第３の実施の形態においては、剛体レンズ２１ａは凸レンズであることとして説明したが、凹レンズであることとしても良い。
また、剛体レンズ２１ａは可変焦点レンズ３ｆよりも物体側に配設されていることとして説明したが、可変焦点レンズ３ｇよりも像側に配設されることとしても良いし、図２０（ｂ）に示すように、可変焦点レンズ３ｆ，３ｇの間に配設されることとしても良い。更に、図２１（ａ），（ｂ）に示すように、プリズム２０よりも物体側に剛体レンズ２１ａが配設されることとしても良い。
【０１５３】
また、剛体レンズ２１ａは可変焦点レンズ３ｆ，３ｇと離れて配設されることとして説明したが、図２２に示すように、可変焦点レンズ３ｆ，３ｇと一体に設けられることとしても良い。更に、剛体レンズ２１と可変焦点レンズ３ｆ，３ｇとが一体に設けられる場合には、剛体レンズ２１は、可変焦点レンズ３ｆ，３ｇに貼り付けられることとしても良いし、透明板３０ａ，３０ｂと一体に成形されることとしても良い。ここで、図２２では、可変焦点レンズ３ｆと一体に設けられた剛体レンズ２１ａは凸レンズであり、可変焦点レンズ３ｇと一体に設けられた剛体レンズ２１ａは凹レンズとなっている。
【０１５４】
＜第４の実施の形態＞
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１５５】
本実施の形態におけるカメラ１のズームレンズユニット２Ｃは、図２３（ａ），（ｂ）に示すように、光軸Ｌに沿って可変焦点ミラー２０ａ、可変焦点レンズ３ｈ及び剛体レンズ２１ｂをこの順に備えている。
【０１５６】
可変焦点ミラー２０ａは、本発明における可変焦点光学素子であり、より詳細には、反射面Ｓaの形状が可変なマンジャン鏡である。この可変焦点ミラー２０ａは、前記第１の実施の形態における可変焦点レンズ３ａにおける液体３１ａとして水銀（Hg)を用いることにより形成されている。なお、この可変焦点ミラー２０ａは、可撓性を有する反射鏡の曲率を静電吸引力や外力によって調整するもの等であっても良い。
【０１５７】
可変焦点レンズ３ｈは、可変焦点ミラー２０ａとでアフォーカル系を形成している。
剛体レンズ２１ｂは、複数枚のレンズからなるレンズユニットであるが、上記剛体レンズ２１と同様に単レンズであっても良い。
【０１５８】
このようなカメラ１によっても、上記第１の実施の形態におけるカメラ１と同様の効果を得ることができる。
【０１５９】
また、プリズム２０と可変焦点レンズ３ａとを別々に設けた前記ズームレンズユニット２と異なり、光学素子の数を減らすことができる。従って、ズームレンズユニット２と比較してズームレンズユニット２Ｃを小型化することができる。
【０１６０】
なお、上記第４の実施の形態においては、可変焦点ミラー２０ａが可変焦点レンズ３ｈよりも物体側に配設されていることとして説明したが、図２４に示すように、像側に配設されていることとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１６１】
【図１】本発明に係るカメラの外観図である。
【図２】本発明に係るカメラのブロック図である。
【図３】可変焦点レンズを示す断面図である。
【図４】溶液の濃度と表面張力との関係を示す図である。
【図５】アフォーカル倍率と各可変焦点レンズに対する印加電圧との関係を示す図である。
【図６】（ａ）は可変焦点レンズの印加電圧と曲率ディオプトリーとの関係を示す図であり、（ｂ）は印加電圧と焦点距離との関係を示す図である。
【図７】本発明に係るズームレンズユニットを示す図である。
【図８】可変焦点レンズの焦点距離ｆa，ｆbの関係を示す図である。
【図９】アフォーカル系を示す図である。
【図１０】可変焦点レンズの他の形態を示す図である。
【図１１】可変焦点レンズの他の形態を示す図である。
【図１２】可変焦点レンズの他の形態を示す図である。
【図１３】可変焦点レンズの他の形態を示す図である。
【図１４】本発明に係るカメラの動作を示すフローチャートである。
【図１５】（ａ）は望遠ズーム処理のサブルーチンを示すフローチャートであり、（ｂ）はレトロフォーカスズーム処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】本発明に係るズームレンズユニットの変形例を示す図である。
【図１７】本発明に係るズームレンズユニットの変形例を示す図である。
【図１８】（ａ），（ｂ）は本発明に係るズームレンズユニットの構成例を示す図であり、（ｃ），（ｄ）はこのズームレンズユニットの縦収差図，横収差図である。
【図１９】本発明に係るズームレンズユニットの変形例を示す図である。
【図２０】本発明に係るズームレンズユニットの変形例を示す図である。
【図２１】本発明に係るズームレンズユニットの変形例を示す図である。
【図２２】本発明に係るズームレンズユニットの変形例を示す図である。
【図２３】本発明に係るズームレンズユニットの変形例を示す図である。
【図２４】本発明に係るズームレンズユニットの変形例を示す図である。
【符号の説明】
【０１６２】
１ カメラ
２ ズームレンズユニット
３ａ〜３ｄ，３ｆ〜３ｈ 可変焦点レンズ（可変焦点光学素子）
３ｅ 可変焦点レンズ（可変焦点光学素子、結像レンズ）
５ 制御装置
２０ａ 可変焦点ミラー（可変焦点光学素子）
２１，２１ｂ 剛体レンズ（結像レンズ）
２４ 撮像素子
３０ａ，３０ｂ 透明板
３１ａ，３１ｂ 液体
６６ プログラムメモリ（第１記憶部，第２記憶部）
Ｓ 光学面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点距離を調整可能な複数の可変焦点光学素子を有する光学素子群と、
前記可変焦点光学素子の焦点距離を制御する制御装置とを備えることを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項２】
請求項１記載のズームレンズユニットにおいて、
前記複数の可変焦点光学素子の焦点距離の組合せと、前記光学素子群の焦点距離との関係情報を記憶する第１記憶部を備え、
前記制御装置は、
前記第１記憶部中の前記関係情報に基づいて各可変焦点光学素子の焦点距離を制御することにより、前記光学素子群の焦点距離を調整することを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項３】
請求項１または２記載のズームレンズユニットにおいて、
前記複数の可変焦点光学素子の焦点距離についての制御パラメータを記憶する第２記憶部を備え、
前記制御装置は、
前記第２記憶部内の前記制御パラメータに基づいて、前記可変焦点光学素子の焦点距離を制御することを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載のズームレンズユニットにおいて、
前記制御装置は、前記光学素子群のフォーカス位置を固定した状態で、当該光学素子群の焦点距離を変化させることを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項５】
請求項４記載のズームレンズユニットにおいて、
前記制御装置は、
前記光学素子群のフォーカス位置を固定した状態で、当該光学素子群の焦点位置を変化させた後、
複数の前記可変焦点光学素子のうち、何れか１つの焦点距離を変化させることにより、
前記光学素子群のフォーカス位置を調整することを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載のズームレンズユニットにおいて、
前記光学素子群は、剛体レンズを備え、
前記制御装置は、
複数の前記可変焦点光学素子によってアフォーカル系を形成した状態で前記剛体レンズの位置を移動させることにより、前記光学素子群のフォーカス位置を調整することを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載のズームレンズユニットにおいて、
前記光学素子群は、少なくとも２つの可変焦点光学素子と、１つの結像レンズとを備え、
前記制御装置は、
前記２つの可変焦点光学素子の屈折力の積が負の値となるように、これら可変焦点光学素子の焦点距離を調整することを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項８】
請求項７記載のズームレンズユニットにおいて、
前記制御装置は、
前記２つの可変焦点光学素子のうち、物体側の可変焦点光学素子の屈折力が正の値、像側の可変焦点光学素子の屈折力が負の値となるように、これら可変焦点光学素子の焦点距離を調整することを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項９】
請求項７記載のズームレンズユニットにおいて、
前記制御装置は、
前記２つの可変焦点光学素子のうち、物体側の可変焦点光学素子の屈折力が負の値、像側の可変焦点光学素子の屈折力が正の値となるように、これら可変焦点光学素子の焦点距離を調整することを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載のズームレンズユニットにおいて、
前記可変焦点光学素子は、
２枚の透明板と、
前記透明板の間に介在した、屈折率の異なる２種の流体とを備え、
前記２種の流体間の界面を光学面として機能させるものであり、
前記制御装置は、
前記光学面の形状を変化させることにより、前記可変焦点光学素子の焦点距離を制御することを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項１１】
請求項１０記載のズームレンズユニットにおいて、
前記可変焦点光学素子は、略水平に配設されていることを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項１２】
請求項１１記載のズームレンズユニットにおいて、
前記光学素子群は、入射光を下方に案内するプリズムまたはミラーを前記複数の可変焦点光学素子の上方に備えることを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れか一項に記載のズームレンズユニットと、
前記ズームレンズユニットの前記光学素子群による被写体像を撮像する撮像素子とを備えることを特徴とするカメラ。
【請求項１】
焦点距離を調整可能な複数の可変焦点光学素子を有する光学素子群と、
前記可変焦点光学素子の焦点距離を制御する制御装置とを備えることを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項２】
請求項１記載のズームレンズユニットにおいて、
前記複数の可変焦点光学素子の焦点距離の組合せと、前記光学素子群の焦点距離との関係情報を記憶する第１記憶部を備え、
前記制御装置は、
前記第１記憶部中の前記関係情報に基づいて各可変焦点光学素子の焦点距離を制御することにより、前記光学素子群の焦点距離を調整することを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項３】
請求項１または２記載のズームレンズユニットにおいて、
前記複数の可変焦点光学素子の焦点距離についての制御パラメータを記憶する第２記憶部を備え、
前記制御装置は、
前記第２記憶部内の前記制御パラメータに基づいて、前記可変焦点光学素子の焦点距離を制御することを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載のズームレンズユニットにおいて、
前記制御装置は、前記光学素子群のフォーカス位置を固定した状態で、当該光学素子群の焦点距離を変化させることを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項５】
請求項４記載のズームレンズユニットにおいて、
前記制御装置は、
前記光学素子群のフォーカス位置を固定した状態で、当該光学素子群の焦点位置を変化させた後、
複数の前記可変焦点光学素子のうち、何れか１つの焦点距離を変化させることにより、
前記光学素子群のフォーカス位置を調整することを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載のズームレンズユニットにおいて、
前記光学素子群は、剛体レンズを備え、
前記制御装置は、
複数の前記可変焦点光学素子によってアフォーカル系を形成した状態で前記剛体レンズの位置を移動させることにより、前記光学素子群のフォーカス位置を調整することを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載のズームレンズユニットにおいて、
前記光学素子群は、少なくとも２つの可変焦点光学素子と、１つの結像レンズとを備え、
前記制御装置は、
前記２つの可変焦点光学素子の屈折力の積が負の値となるように、これら可変焦点光学素子の焦点距離を調整することを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項８】
請求項７記載のズームレンズユニットにおいて、
前記制御装置は、
前記２つの可変焦点光学素子のうち、物体側の可変焦点光学素子の屈折力が正の値、像側の可変焦点光学素子の屈折力が負の値となるように、これら可変焦点光学素子の焦点距離を調整することを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項９】
請求項７記載のズームレンズユニットにおいて、
前記制御装置は、
前記２つの可変焦点光学素子のうち、物体側の可変焦点光学素子の屈折力が負の値、像側の可変焦点光学素子の屈折力が正の値となるように、これら可変焦点光学素子の焦点距離を調整することを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載のズームレンズユニットにおいて、
前記可変焦点光学素子は、
２枚の透明板と、
前記透明板の間に介在した、屈折率の異なる２種の流体とを備え、
前記２種の流体間の界面を光学面として機能させるものであり、
前記制御装置は、
前記光学面の形状を変化させることにより、前記可変焦点光学素子の焦点距離を制御することを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項１１】
請求項１０記載のズームレンズユニットにおいて、
前記可変焦点光学素子は、略水平に配設されていることを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項１２】
請求項１１記載のズームレンズユニットにおいて、
前記光学素子群は、入射光を下方に案内するプリズムまたはミラーを前記複数の可変焦点光学素子の上方に備えることを特徴とするズームレンズユニット。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れか一項に記載のズームレンズユニットと、
前記ズームレンズユニットの前記光学素子群による被写体像を撮像する撮像素子とを備えることを特徴とするカメラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２００６−９８９７２（Ｐ２００６−９８９７２Ａ）
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２８７５６０（Ｐ２００４−２８７５６０）
【出願日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
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