ズーム光学系及びそれを用いた撮像装置
【課題】 レンズの可動群が極力少なく、非常に小型で消費電力が極めて少なく、動作音が静かなズーム光学系及びそれを用いた撮像装置を提供する。
【解決手段】 変倍時に移動する光学素子群を１つのみと、変倍に伴う像面ずれを補正するコンペンセート作用及びフォーカス作用を有する少なくとも１つの形状可変ミラーと、を有する。
【解決手段】 変倍時に移動する光学素子群を１つのみと、変倍に伴う像面ずれを補正するコンペンセート作用及びフォーカス作用を有する少なくとも１つの形状可変ミラーと、を有する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子撮像装置に用いるズーム光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のズーム光学系は、変倍作用を有するバリーエータ群と、それに伴う像面ずれ及び収差を補償するコンペンセータ群と、被写体にフォーカスをあわせるフォーカシング群等を有する。そして、ズーム光学系は、前記各々のレンズ群のうち、所定のレンズ群を光軸方向に移動させて、変倍及びピント調整、フォーカシングを行うように構成されている。
【０００３】変倍時やフォーカシングの際にはモーターを駆動してレンズを移動させるため、ズームの動作が緩慢であったり、動作音が大きかったり、電力消費量が大きいといった問題があった。しかも、モーターやそれを動作させる駆動回路を設ける必要があり、レンズ群を移動させる為の機械的機構は複雑であり、またその機械的機構を設ける為に広いスペースが必要になるため、装置が大型化してしまうという問題もあった。
【０００４】また、近年、小型で高解像なズーム光学系を用いた撮像装置が要求されてきており、例えば、特開平8-248318号公報、特開平11-220646号公報には、光路を折り返すことでコンパクト化したズーム光学系を用いた撮像装置が開示されているが、これらは単純に光路を折り返しただけに過ぎず、低消費電力化の問題に関しては解決していない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の課題を解決する為になされたものであり、レンズの可動群を極力少なくし、非常に小型で消費電力が極めて少なく、動作音が静かなズーム光学系及びそれを用いた撮像装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明では、電子撮像装置用のズーム光学系に、形状の変化する反射面を設けることにより、焦点ずれを補正するコンペンセート機能もしくはフォーカシング機能を有する撮像装置を構成することができるようにしている。
【０００７】すなわち、本発明のズーム光学系は、（１） 変倍時に移動する光学素子群を１つのみと、変倍に伴う像面ずれを補正するコンペンセート作用及びフォーカス作用を有する少なくとも１つの形状可変ミラーと、を有するズーム光学系。（第１の発明）
第１の発明によれば、フォーカシング作用及びコンペンセート作用を形状可変ミラーに持たせることで、メカ的な駆動機構が必要なレンズ群は変倍レンズ群のみとなり、モーター及び駆動回路などが１つのみあればよく、従属的に他のレンズ群を動かすためのカム等の部材を設けずにすみ、鏡枠構造が非常に簡易となり、撮像装置全体として、小型化、低コスト化が可能となる。
（２） 変倍作用もしくはその変倍に伴う像面ずれを補正するコンペンセート作用を有する変倍時に可動な少なくとも２つのレンズ群と、フォーカシング作用を有する形状可変ミラーと、を有するズーム光学系。（第２の発明）
第２の発明によれば、フォーカシング作用を形状可変ミラーに持たせることで、フォーカシングのために必要なモーター及び駆動回路などのレンズ移動機構を設ける必要がなく、小型化、低コスト化できる。
【０００８】また、これら第１、第２の発明によれば、反射面の形状を瞬間的に変化させることが可能であることから、フォーカシングが非常に高速で、しかも動作音が静かで低消費電力の撮像装置を実現することが可能となる。
（３） 前記形状可変ミラーは、偏心収差補正機能を有する回転非対称な曲面形状であることを特徴とする（１）、（２）項に記載のズーム光学系。（第３の発明）
形状可変ミラーが形状を変化させることによりパワーを持つとき、反射面が偏心配置されているため、偏心コマ収差が発生する。従って、良好な光学性能を得るためには、第３の発明のように、前記形状可変ミラーは、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面形状であることが望ましい。これにより、変倍時あるいは、フォーカシング時全域で、良好な結像性能を得ることが可能となる。
（４） 前記形状可変ミラーが、以下の条件式を満足することを特徴とする（１）、（３）項に記載のズーム光学系。
【０００９】φＤＭＷ ＞ φＤＭＳ （１−１）
φＤＭＴ ＞ φＤＭＳ （１−２）
ただし、φＤＭＷ、φＤＭＳ、φＤＭＴはそれぞれ、広角端、中間状態、望遠端における前記形状可変ミラーのパワーであり、物点距離無限遠時での値である。また前記値φＤＭＷ、φＤＭＳ、φＤＭＴは、前記形状可変ミラーの偏心方向（Y方向）面内でのパワーφＤＭｉｙ（ｉ＝Ｗ、Ｓ、Ｔ）と、それと垂直方向（X方向）面内でのパワーφＤＭｉｘ（ｉ＝Ｗ、Ｓ、Ｔ）との平均値であり、以下の定義とする。
【００１０】
φＤＭＷ＝（φＤＭＷｘ+φＤＭＷｙ）／２φＤＭＳ＝（φＤＭＳｘ+φＤＭＳｙ）／２φＤＭＴ＝（φＤＭＴｘ+φＤＭＴｙ）／２前記条件式（１−１）、（１−２）は、変倍における形状可変ミラーの変形量を小さくするための条件式であり、形状可変ミラーのパワーの変動を規定したもので、広角端におけるパワーが中間状態におけるパワーよりも強く、且つ望遠端におけるパワーも中間状態におけるパワーよりも強いことを示している。
【００１１】これにより最もパワーが小さくなるのは中間状態のときとなる。本発明の物点無距離限遠時の形状可変ミラーの変形を図１１に示す。（ａ）は広角端時、（ｂ）は中間状態時、（ｃ）は望遠端時の形状である。この例の場合は、広角端で正パワーの凹面鏡の形状となり、中間状態で平面形状となり、望遠端に近づくにつれて、又正パワーの凹面鏡となるように形状が変化する。
【００１２】また前記形状可変ミラーは、パワーを持たせれば持たせるほど、その反射面で発生する偏心収差が増大する。そのため条件式（１−１）、（１−２）とは異なる変形の仕方、例えば広角端で最もパワーが小さく、望遠端で最もパワーが大きくなるように変形すると、変形量が線形的に増加する構成となるため、最も変形量が大きくなる状態で性能が著しく悪化する。本発明の条件式（１−１）、（１−２）のような変形の仕方をすれば、最大変形量を小さくすることができ、良好な性能を確保することができる。
【００１３】また図１１の例は、物点距離無限遠時の中間状態の時に平面としたが、実際には製造ばらつきや、フォーカシングの際に必要な余裕量を持たせるために、すべての状態で凹面形状として、前記要因を吸収できるような構成にすればさらに望ましい。
（５） 前記形状可変ミラーは、負のパワーと正のパワーの状態を両方有し得ることを特徴とする（１）〜（４）項に記載のズーム光学系。
【００１４】変形量を極力小さくするためには、正パワーつまりは凹面鏡のみの変形にするよりも、正負両方のパワーになるように形状変形ミラーを変形させることで、変形量の絶対値を小さくすることができ、偏心収差の発生量を小さく抑えることが可能となる。その場合でも前記条件式（１−１）、（１−２）を満たせばなお好ましい。
（６） 前記形状可変ミラーは、正のパワーのみを有することを特徴とする（１）〜（４）項に記載のズーム光学系。
【００１５】形状可変ミラーの製造的な点から、正負両パワーに変形させるよりも、凹面鏡の形状のみにすることで、非常に簡単な構造で作製することが可能であり、安価な光学系を提供することが可能となる。
（７） 前記可変ミラーより物体側に少なくとも１つの負レンズを有することを特徴とする（１）〜（６）項に記載のズーム光学系。
【００１６】形状可変ミラーは、半導体プロセスで製造する場合を考え、有効径が小さいほど安価に生産することが可能である。そのためには可変ミラーより物体側に少なくとも負レンズを用いることで、特に広角端の軸外光線高を低く抑え、ミラーに入射する光線のエリアを小さくすることができるため、低価格化を実現することが可能となる。
（９） 少なくとも１つの屈折面が、回転非対称な面で構成されていることを特徴とする（１）〜（７）項に記載のズーム光学系。
【００１７】これにより、形状可変ミラーで発生する偏心収差を緩和することが可能となる。
（１０） 以下の条件式を満足することを特徴とする、（１）〜（９）項に記載のズーム光学系。
【００１８】
０．３ ＜ ｜ηＷ｜×｜ηＴ｜ ＜ ３．０ （２−１）
ただし、ηＷ、ηTはそれぞれ広角端及び望遠端における、変倍作用を有するバリエータ群の倍率である。
【００１９】条件式（２−１）は広角端と望遠端のバリエータの倍率を掛け合わせものであり、光学系全体を小さくするための条件式である。負正の２群ズームを考えた場合、近軸的には、バリエータの焦点距離をｆ２、倍率をηとしたときに、物体から像面までの距離IOはIO＝ｆ２（−η−（１／η）＋２）
で与えられるため、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜=１とした場合にズーム光学系の全長を最も小さくできる。そのため条件式（２−１）の下限もしくは上限を超えると、光学系全体が大きくなり好ましくない。条件式（２−１）の範囲内でズームレンズを構成することで、形状可変ミラーのコンペンセート作用が広角端もしくは望遠端で最もパワーを強く必要とし、中間状態で最もパワーを弱くできるため、形状可変ミラーの変形量を小さくするような構成をとることができる。
（１１） 以下の条件式を満足することを特徴とする、（１）〜（９）項に記載のズーム光学系。
【００２０】
０．５ ＜ ｜ηＷ｜×｜ηＴ｜ ＜ ２．０ （２−２）
ただし、ηＷ、ηTはそれぞれ広角端及び望遠端における、変倍作用を有するバリエータ群の倍率である。
【００２１】条件式（２−１）に代えて条件式（２−２）を満足すれば、さらにレンズ全体を小さくでき、形状可変ミラーの変形量も小さくすることが可能となる。
（１２） 以下の条件式を満足することを特徴とする、（１）〜（９）項に記載のズーム光学系。
【００２２】
０．６ ＜ ｜ηＷ｜×｜ηＴ｜ ＜ １．５ （２−３）
ただし、ηＷ、ηTはそれぞれ広角端及び望遠端における、変倍作用を有するバリエータ群の倍率である。
【００２３】条件式（２−２）に代えて条件式（２−３）を満足すれば、より好ましい。
（１３） 前記形状可変ミラーが、最も物体側の負レンズ群に配置されていることを特徴とする（１）〜（１２）項に記載のズーム光学系。
【００２４】フォーカシングを行う場合、最も物体側の負レンズ群に形状可変ミラーを挿入することで、変倍における収差変動を小さくできる。前群でフォーカシングすると、全体繰り出しと比較して、同一物点距離での変形量を略等しくできるため、広角端から望遠端にいたるまで変倍したときに、フォーカシングずれが生じない等のメリットがある。
（１４） 前記形状可変ミラーよりも物体側にある光学素子の焦点距離をｆ１ａとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする（１３）項に記載のズーム光学系。
【００２５】
−８．０ ＜ ｆ１ａ／ｆＷＴ ＜ −０．５ （３−１）
ただし、ｆＷＴは、物点距離無限遠時の広角端及び望遠端の全系焦点距離をそれぞれｆＷ、ｆＴとしたときに以下の式により定義される値である。
【００２６】ｆＷＴ ＝ √( ｆＷ × ｆＴ )条件式（３−１）の下限を超えると負レンズ群のパワーが非常に弱くなり、形状可変ミラーの広角端での軸外光線高を小さくすることができず、ミラーの大型化を招くとともに、そのミラーで発生する偏心収差を小さく抑えられず好ましくない。条件式（３−１）の上限を超えると、負レンズ群のパワーが強くなりすぎ、ミラーを小さくすることは可能であるが、その負レンズで発生する回転対称な収差、特にコマ収差や倍率色収差を補正することが難しくなり好ましくない。条件式（３−１）を満足すれば、形状可変ミラーの小型化、低価格化、及び良好な性能の確保を達成できる。
（１５） 前記形状可変ミラーよりも物体側にある光学素子の焦点距離をｆ１ａとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする（１３）項に記載のズーム光学系。
【００２７】
−６．０ ＜ ｆ１ａ／ｆＷＴ ＜ −０．８ （３−２）
ただし、ｆＷＴは、物点距離無限遠時の広角端及び望遠端の全系焦点距離をそれぞれｆＷ、ｆＴとしたときに以下の式により定義される値である。
【００２８】ｆＷＴ ＝ √( ｆＷ × ｆＴ )条件式（３−１）に代えて条件式（３−２）を満足すれば、形状可変ミラーをさらに小さくでき、良好な性能を確保できる。
（１６） 前記形状可変ミラーよりも物体側にある光学素子の焦点距離をｆ１ａとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする（１３）項に記載のズーム光学系。
【００２９】
−４．０ ＜ ｆ１ａ／ｆＷＴ ＜ −１．０ （３−３）
ただし、ｆＷＴは、物点距離無限遠時の広角端及び望遠端の全系焦点距離をそれぞれｆＷ、ｆＴとしたときに以下の式により定義される値である。
【００３０】ｆＷＴ ＝ √( ｆＷ × ｆＴ )条件式（３−２）に代えて条件式（３−３）を満足すれば、上記効果は更に大きくなる。
（１７） 前記形状可変ミラーがピント合わせ機能を有し、変倍群の前方に前記形状可変ミラーを配置したことを特徴とする（２）〜（１６）項に記載のズーム光学系。
（１８） 光学素子群が変倍機能を有する変倍群であり、前記形状可変ミラーがピント合わせ機能とコンペセート機能を有し、前記変倍群の前方に前記形状可変ミラーを配置したことを特徴とする（１）、（３）〜（１６）項に記載のズーム光学系。
（１９） 物体側から順に、負のパワーの第１群、変倍作用を有する正のパワーの第２群、正のパワーの第３群で構成され、前記負のパワーの第１群に形状可変ミラーを配置したことを特徴とする（１）〜（１８）項に記載のズーム光学系。
（２０） 物体側から順に、負のパワーの第１群、変倍作用を有する正のパワーの第２群、正のパワーの第３群、正のパワーの第４群で構成され、前記負のパワーの第１群に形状可変ミラーを配置したことを特徴とする（１）〜（１９）項に記載のズーム光学系。
【００３１】これら負先行のズームレンズは、変倍群として正レンズを移動させるものが主流であるが、これにより広角ズームレンズが可能となり、さらに負レンズ群に形状可変ミラーを配置すれば、形状可変ミラーを小さくすることが可能で、低価格化等のメリットがある。
【００３２】また更に、正先行型のズームレンズにしても良い。その場合変倍群としては負レンズ群が好ましく、そのような構成にすることで高変倍なズームレンズを達成することが可能となる。
（２１） 少なくとも２つの形状可変ミラーを有し、少なくとも１つの形状可変ミラーが（１）〜（２０）項のいずれかに記載の特徴を有するズーム光学系。
【００３３】形状可変ミラーで発生する偏心収差を、すべてのズーム時、すべての物点距離で無収差とすることはできない。そのため、その偏心収差をコンペンセートする補正素子として、もう１つの形状可変ミラーを用いることで、両方で発生する偏心収差をうまくコンペンセートすることができると同時に、変形量を２つの形状可変ミラーに分散させることが可能であり、すべての撮影状態で良好な性能を確保することが可能となる。
（２２） ２枚の形状可変ミラーに入射する軸上光線の方位を表すベクトルの内積が負であることを特徴とする（２１）項に記載のズームレンズ。
（２３） ２枚の形状可変ミラーの間に絞りがあることを特徴とする（２１）、（２２）に記載のズーム光学系。
（２４） 形状可変ミラーによる光軸の折り曲げ角Φが７０°≦Φ≦１１０°を満足することを特徴とする（１）〜（２３）項に記載のズーム光学系。
（２５） （１）〜（２４）項に記載のズーム光学系を用いた撮像装置。
（２６） 静電気駆動又は電磁気力駆動又は圧電効果又は流体駆動の形状可変ミラーを用いたことを特徴とする（１）〜（２５）に記載のズーム光学系又は撮像装置。
（２７） 形状可変ミラーに代えて通常のミラーを用いたことを特徴とする（１）〜（２６）に記載のズーム光学系又は撮像装置。また、形状可変ミラーを、他のレンズの製作誤差による光学性能の劣化を補償する形状に変形するように構成すれば、不良品の数を極端に減らすことができ、製作コストを抑えることができる。
【００３４】またズーム時において、絞り面を独立に移動させて、絞り面をできる限り形状可変ミラーの近くに配置すれば、形状可変ミラーの光線有効径を小さくすることができるため好ましい。
【００３５】また、形状可変ミラーの偏心方向に対して、撮像素子の短辺方向が平行になるように形状可変ミラーを配置すれば、形状可変ミラーの光線有効径を小さくすることができ、且つ収差補正上も有利なため望ましい。一方、デジタルカメラ等でデザイン上のメリット等の為に、形状可変ミラーの偏心方向に対して撮像素子の長辺方向が平行になるように配置してもよい。
【００３６】その他、形状可変ミラーがコンペンセート作用のみを有するようにし、その他のレンズ群を介してパンフォーカスとなるようにズーム光学系を構成しても、小型化、低コスト化できるので良い。なお、本発明で使用する自由曲面とは次の式(a)で定義されるものである。この定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【００３７】
ここで、上式(a)の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。
【００３８】球面項中、ｃ：頂点の曲率ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ2＋Ｙ2）
N：2以上の自然数である。
【００３９】自由曲面項は、 Σ(j=2〜66)ＣjＸmＹn ＝Ｃ2Ｘ＋Ｃ3Ｙ＋ ＋Ｃ4Ｘ2＋Ｃ5ＸＹ＋Ｃ6Ｙ2 ＋Ｃ7Ｘ3＋Ｃ8Ｘ2Ｙ＋Ｃ9ＸＹ2＋Ｃ10Ｙ3 ＋Ｃ11Ｘ4＋Ｃ12Ｘ3Ｙ＋Ｃ13Ｘ2Ｙ2＋Ｃ14ＸＹ3＋Ｃ15Ｙ4 ＋Ｃ16Ｘ5＋Ｃ17Ｘ4Ｙ＋Ｃ18Ｘ3Ｙ2＋Ｃ19Ｘ2Ｙ3＋Ｃ20ＸＹ4＋Ｃ21Ｙ5 ＋Ｃ22Ｘ6＋Ｃ23Ｘ5Ｙ＋Ｃ24Ｘ4Ｙ2＋Ｃ25Ｘ3Ｙ3＋Ｃ26Ｘ2Ｙ4＋Ｃ27ＸＹ5＋Ｃ28Ｙ6 ＋Ｃ29Ｘ7＋Ｃ30Ｘ6Ｙ＋Ｃ31Ｘ5Ｙ2＋Ｃ32Ｘ4Ｙ3＋Ｃ33Ｘ3Ｙ4＋Ｃ34Ｘ2Ｙ5 ＋Ｃ35ＸＹ6＋Ｃ36Ｙ7・・・ただし、Ｃj（ｊは２以上の整数）は係数である。
【００４０】上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、Ｘの奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。また、Ｙの奇数次項を全て０にすることによって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。
【００４１】また、上記の回転非対称な曲面形状の面である自由曲面の他の定義式として、Zernike多項式により定義できる。この面の形状は次式(b)により定義する。式(b)のＺ軸がZernike多項式の軸となる。回転非対称面の定義は、Ｘ−Ｙ面に対するＺの軸の高さの極座標で定義され、ＡはＸ−Ｙ面内のＺ軸からの距離、ＲはＺ軸回りの方位角で、Ｚ軸から測った回転角で表せられる。
【００４２】
ｘ＝Ｒ×cos(A) ｙ＝Ｒ×sin(A) Ｚ＝Ｄ2＋Ｄ3Ｒcos(A)＋Ｄ4Ｒsin(A) ＋Ｄ5Ｒ2cos(2A)＋Ｄ6（Ｒ2−１）＋Ｄ7Ｒ2sin(2A) ＋Ｄ8Ｒ3cos(3A)＋Ｄ9（３Ｒ3−２Ｒ）cos(A)＋Ｄ10（３Ｒ3−２Ｒ）sin(A) ＋Ｄ11Ｒ3sin(3A)＋Ｄ12Ｒ4cos(4A)＋Ｄ13（４Ｒ4−３Ｒ2）cos(2A) ＋Ｄ14（６Ｒ4−６Ｒ2＋１）＋Ｄ15（４Ｒ4−３Ｒ2）sin(2A)＋Ｄ16Ｒ4sin(4A) ＋Ｄ17Ｒ5cos(5A) ＋Ｄ18（５Ｒ5−４Ｒ3）cos(3A) ＋Ｄ19（１０Ｒ5−１２Ｒ3＋３Ｒ）cos(A) ＋Ｄ20（１０Ｒ5−１２Ｒ3＋３Ｒ）sin(A) ＋Ｄ21（５Ｒ5−４Ｒ3）sin(3A)＋Ｄ22Ｒ5sin(5A) ＋Ｄ23Ｒ6cos(6A)＋Ｄ24（６Ｒ6−５Ｒ4）cos(4A) ＋Ｄ25（１５Ｒ6−２０Ｒ4＋６Ｒ2）cos(2A) ＋Ｄ26（２０Ｒ6−３０Ｒ4＋１２Ｒ2−１）
＋Ｄ27（１５Ｒ6−２０Ｒ4＋６Ｒ2）sin(2A) ＋Ｄ28（６Ｒ6−５Ｒ4）sin(4A)＋Ｄ29Ｒ6sin(6A) ・・・(b)ただし、Ｄm（ｍは２以上の整数）は係数である。なお、Ｘ軸方向に対称な光学系として設計するには、Ｄ4，Ｄ5，Ｄ6、Ｄ10，Ｄ11，Ｄ12，Ｄ13，Ｄ14，Ｄ20，Ｄ21，Ｄ22・・・を利用する。
【００４３】上記定義式は、回転非対称な曲面形状の面の例示のために示したものであり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。数学的に同値ならば他の定義で曲面形状を表してもよい。
【００４４】本発明においては、(a)式中のxの奇数次の項を全て０とすることで、ｙ−ｚ面と平行な対称面を持つ自由曲面としている。また、偏心面については、光学系の基準面の中心からその面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面については、上記(a)式のＺ軸を中心とする傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβとγの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを意味する。
【００４５】また、偏心の順序は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の偏心が行われた後、α、β、γの順で座標系を回転させる。その座標系がミラー面のローカル座標となる。その後、反射された光線の座標系を定義するために、再びα、β、γの順で座標系を回転させて、定義座標系を定義する。
【００４６】また、反射面の傾きだけを示す場合も、偏心量としてその面の中心軸の傾き角が与えられている。また、非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、円錐係数をｋ、非球面係数をａ、ｂ、ｃ、ｄとしたとき、次式(c)で表される。
【００４７】
ｚ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）・（ｙ／ｒ）2｝1/2］＋ａｙ4 ＋ｂｙ6＋ｃｙ8＋ｄｙ10 ・・・(c)なお、上記数値データに関する説明は、本発明の各実施例の数値データに共通である。
【００４８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明のズーム光学系の実施例を説明する。実施例１〜８は、形状可変ミラーに、変倍による焦点ずれを補正するコンペンセート機能とフォーカシング機能の両方を持たせている。通常、コンペンセート及びフォーカシングの際にはレンズをメカ的に駆動するが、この場合はレンズを駆動させる必要がなく、形状可変ミラーを変形させるのみなので、鏡枠構造が非常に簡素化でき、低消費電力化等のメリットがある。
【００４９】実施例９、１０は、形状可変ミラーにフォーカシング機能のみを持たせている。この場合やはりメカ機構によるフォーカシングよりも低消費電力化が可能となり、フォーカシングに必要なメカ機構がなくなるため、鏡枠構造の簡素化が達成できる。
【００５０】実施例１〜１０のレンズ断面図をそれぞれ図１〜１０に示す。又、実施例１の収差図を図１２〜１７に、実施例１０の収差図を図１８〜２３に示す。図１２R>２〜２３中、それぞれ(a)はＸ正方向最大画角24.9°、Ｙ負方向最大画角-19.3°を通る主光線のＹ方向の横収差、(b)はＸ正方向最大画角24.9°、Ｙ負方向最大画角-19.3°を通る主光線のＸ方向の横収差、(c)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ負方向最大画角-19.3°を通る主光線のＹ方向の横収差、(d)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ負方向最大画角-19.3°を通る主光線のＸ方向の横収差、(e)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＹ方向の横収差、(f)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＸ方向の横収差、(g)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ正方向最大画角19.3°を通る主光線のＹ方向の横収差、(h)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ正方向最大画角19.3°を通る主光線のＸ方向の横収差、(i)はＸ正方向最大画角24.9°、Ｙ正方向最大画角19.3°を通る主光線のＹ方向の横収差、(j)はＸ正方向最大画角24.9°、Ｙ正方向最大画角19.3°を通る主光線のＸ方向の横収差、(k)はＸ正方向最大画角24.9°、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＹ方向の横収差、(l)はＸ正方向最大画角24.9°、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＸ方向の横収差を表している。
【００５１】又、実施例１〜１０の各状態における形状可変ミラーの焦点距離の表を図２４に示す。Ｙは形状可変ミラーの偏心方向、ＸはＹと垂直方向での値である。実施例１〜１０のレンズデータ中、"ASP"は非球面、"FFS"は自由曲面、"DM"は形状可変ミラー、"OB"は物体距離を示す。屈折率、アッベ数はd線のものである。可変の間隔Ｄi（i＝１、２、…）は順に広角端〜中間状態〜望遠端での値を表す。また各実施例とも最も像面側に２枚の平行平板が挿入されているが、これは撮像素子のカバーガラス、ＩＲカットフィルタ、ローパスフィルタを想定したものである。
（実施例１）
焦点距離：５．５mm〜７．７mm、開放Fナンバー：２．８〜３．４、撮像面のサイズ：５．３mm×４．０mm条件式の値：φＤＭＷ＝0.00080、φＤＭＳ＝0、φＤＭＴ＝0.00059ｆW＝5.48、ｆT＝7.74、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜＝1.00、f1a/fWT＝-2.33面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 0.00 2 30.47 1.20 1.7433 49.3 3 ASP[1] 8.00 4 FFS[1] （DM） 6.00 偏心[1] 5 11.43 1.50 1.7433 49.3 6 7.24 0.45 7 6.66 1.41 1.8467 23.8 8 7.94 D1＝4.51〜2.56〜1.00 9 絞り面 1.00 10 ASP[2] 1.50 1.5891 61.1 11 -14.44 0.15 12 5.11 1.81 1.4970 81.5 13 100.34 1.05 14 21.76 1.00 1.8467 23.8 15 3.87 D2＝4.01〜5.96〜7.52 16 45.00 2.53 1.5891 61.1 17 ASP[3] 1.21 18 ∞ 1.44 1.5477 62.8 19 ∞ 0.80 20 ∞ 0.60 1.5163 64.1 21 ∞ 0.50像 面 ∞ASP[1]曲率半径 8.10、k 0.0000a -2.1273×10-4、b 1.9957×10-6、c -4.6450×10-8、d -2.1118×10-10ASP[2]曲率半径 12.64、k 0.0000a -4.1455×10-4、b 4.3395×10-6、c -1.4426×10-6、d 9.2669×10-8ASP[3]曲率半径 -5.91、k 0.0000a 2.5869×10-3、b -5.1567×10-5、c 1.6963×10-6、d -1.7320×10-8FFS[1] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4 -0.2620×10-3 0.00000 -0.1983×10-3 -0.7545×10-3 -0.4217×10-3 -0.6827×10-3C6 -0.1499×10-3 0.00000 -0.1084×10-3 -0.4058×10-3 -0.2221×10-3 -0.3547×10-3C8 0.2868×10-5 0.00000 0.1210×10-5 -0.1345×10-5 0.7816×10-6 0.2216×10-6C10 -0.4234×10-6 0.00000 -0.6980×10-6 -0.3000×10-5 -0.1264×10-5 -0.2467×10-5C11 0.5954×10-6 0.00000 -0.5001×10-7 -0.6658×10-6 -0.1622×10-5 -0.2540×10-5C13 0.2226×10-5 0.00000 0.1603×10-7 0.9280×10-6 -0.3729×10-6 -0.7070×10-6C15 0.1669×10-6 0.00000 0.1154×10-6 -0.2434×10-6 -0.4477×10-6 -0.6478×10-6偏心[1]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α 45.00 β 0.00 γ 0.00（実施例２）
焦点距離：６．２mm〜８．７mm、開放Fナンバー：２．８〜３．４、撮像面のサイズ：５．３mm×４．０mm条件式の値：φＤＭＷ＝0.00082、φＤＭＳ＝0、φＤＭＴ＝0.00033ｆW＝6.15、ｆT＝8.69、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜＝0.96、f1a/fWT＝-1.86面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 0.00 2 ASP[1] 1.20 1.7433 49.3 3 ASP[2] 8.63 4 FFS[1] （DM） 5.00 偏心[1] 5 8.67 1.49 1.6584 50.9 6 6.29 0.61 7 6.92 2.61 1.8010 35.0 8 8.21 D1＝4.88〜2.81〜1.00 9 絞り面 1.00 10 ASP[3] 1.50 1.5891 61.1 11 -16.62 0.21 12 5.26 2.34 1.4970 81.5 13 -161.25 1.10 14 -669.86 1.01 1.8052 25.4 15 3.94 D2＝3.40〜5.46〜7.28 16 17.47 2.94 1.5891 61.1 17 ASP[4] 1.34 18 ∞ 1.44 1.5477 62.8 19 ∞ 0.80 20 ∞ 0.60 1.5163 64.1 21 ∞ 0.50像 面 ∞ASP[1]曲率半径 -58.50、k 0.0000a -6.6247×10-6、b 9.8071×10-7ASP[2]曲率半径 12.32、k 0.0000a -1.1146×10-4、b 3.8680×10-6、c -6.2088×10-8、d 1.1297×10-9ASP[3]曲率半径 12.82、k 0.0000a -3.1136×10-4、b 7.1143×10-6、c -1.3002×10-6、d 6.8836×10-8ASP[4]曲率半径 -8.27、k 0.0000a 1.2234×10-3、b -4.9830×10-5、c 2.5374×10-6、d -6.1373×10-8FFS[1] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4 -0.2855×10-3 0.00000 -0.1077×10-3 -0.6917×10-3 -0.3795×10-3 -0.5224×10-3C6 -0.1484×10-3 0.00000 -0.5770×10-4 -0.3592×10-3 -0.1942×10-3 -0.2658×10-3C8 -0.4089×10-5 0.00000 -0.1369×10-5 -0.8687×10-5 -0.4097×10-5 -0.6243×10-5C10 -0.2060×10-5 0.00000 -0.8674×10-6 -0.5115×10-5 -0.2677×10-5 -0.3812×10-5C11 0.3563×10-5 0.00000 -0.1528×10-5 0.4427×10-5 0.9609×10-6 -0.5822×10-6C13 0.4478×10-5 0.00000 -0.1256×10-5 0.5425×10-5 0.1665×10-5 0.2475×10-6C15 0.8594×10-6 0.00000 -0.3041×10-6 0.1000×10-5 0.1291×10-6 -0.2954×10-6偏心[1]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α 45.00 β 0.00 γ 0.00（実施例３）
焦点距離：６．３mm〜１４．３mm、開放Fナンバー：２．８〜４．９、撮像面のサイズ：５．３mm×４．０mm条件式の値：φＤＭＷ＝0.00221、φＤＭＳ＝-0.00007、φＤＭＴ＝0.00277ｆW＝6.28、ｆT＝14.24、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜＝1.39、f1a/fWT＝-3.03面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 0.00 2 ASP[1] 1.20 偏心[1] 1.7017 43.4 3 ASP[2] 10.99 偏心[1] 4 FFS[1] （DM） 6.00 偏心[2] 6 35.09 1.50 偏心[3] 1.7775 50.1 7 17.63 0.48 偏心[3] 8 11.06 4.40 偏心[3] 1.8467 23.8 9 11.62 D1＝12.56〜7.28〜1.00 偏心[3] 10 絞り面 1.00 偏心[4] 11 ASP[3] 1.50 1.7433 49.3 12 -32.15 1.63 13 6.17 3.19 1.4970 81.5 14 43.62 0.45 15 23.97 1.43 1.8467 23.8 16 4.56 D2＝2.03〜7.31〜13.59 17 ASP[4] 3.38 1.5891 61.1 18 ASP[5] 2.09 19 ∞ 1.44 1.5477 62.8 20 ∞ 0.80 21 ∞ 0.60 1.5163 64.1 22 ∞ 0.50像 面 ∞ASP[1]曲率半径 -61.10、k 0.0000a 2.3291×10-8、b 3.1336×10-9、c 8.2212×10-11、d 7.3824×10-13ASP[2]曲率半径 30.19、k 0.0000a -3.6882×10-5、b 4.9180×10-7、c -4.8873×10-9、d 2.5287×10-11ASP[3]曲率半径 17.23、k 0.0000a -1.1355×10-4、b 2.8904×10-6、c -4.2581×10-7、d 1.8353×10-8ASP[4]曲率半径 27.79、k 0.0000a 4.4055×10-6、b -2.5690×10-5、c 9.2414×10-7、d -3.7156×10-8ASP[5]曲率半径 -6.99、k 0.0000a 1.2820×10-3、b -4.1317×10-5、c 8.7857×10-7、d -1.7395×10-8FFS[1] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4-0.7887×10-3 -0.8674×10-18 -0.9872×10-3 -0.1077×10-2 -0.2094×10-3 -0.1278×10-2C6-0.4141×10-3 -0.5421×10-18 -0.5039×10-3 -0.5685×10-3 -0.1046×10-3 -0.6487×10-3C8 -0.1014×10-4 0.1814×10-5 0.6911×10-5 0.1518×10-5 0.6295×10-5 0.3752×10-5C10 0.4536×10-5 0.1772×10-5 0.2476×10-6 0.1183×10-5 0.1966×10-5 -0.7993×10-6C11 0.8289×10-5 0.9446×10-5 0.9715×10-5 0.8847×10-5 0.8051×10-5 0.9628×10-5C13 0.7933×10-5 0.7783×10-5 0.9975×10-5 0.8228×10-5 0.7237×10-5 0.1024×10-4C15 0.2279×10-5 0.2452×10-5 0.2712×10-5 0.2289×10-5 0.1930×10-5 0.2641×10-5C17-0.2938×10-6 0.1623×10-6 -0.5628×10-6 -0.4227×10-6 -0.2783×10-6 -0.4702×10-6C19 0.7544×10-7 -0.2348×10-6 0.4162×10-6 0.2028×10-7 0.2833×10-7 0.3645×10-6C21 -0.7082×10-7 0.4064×10-7 0.4552×10-7 -0.2609×10-7 -0.1019×10-7 -0.5763×10-8偏心[1]Ｘ 0.00 Ｙ -0.14 Ｚ 0.00α 0.00 β 0.00 γ 0.00偏心[2]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α 45.00 β 0.00 γ 0.00偏心[3]Ｘ 0.00 Ｙ -0.29 Ｚ 0.00α 0.00 β 0.00 γ 0.00偏心[4]Ｘ 0.00 Ｙ -0.20 Ｚ 0.00α 0.00 β 0.00 γ 0.00実施例１〜３は、物体側から順に、負パワーを有する第１群Ｇ１と、正パワーを有する第２群Ｇ２と、正パワーを有する第３群Ｇ３とからなり、第２群Ｇ２を移動させることにより変倍作用を持たせ、それにより生じる焦点ずれを、第１群Ｇ１中に設けた形状可変ミラーＤＭの反射面によって補正すると同時に、フォーカシングを行うように構成されている。
【００５２】また形状可変ミラーは、物点距離が無限遠で、変倍の中間状態の時に平面形状とし、中間状態から広角端に変倍するにつれ、また中間状態から望遠端に変倍するにつれ、それぞれ凸パワーの凹面鏡に変形するように設計してある。このような形状変化をすると形状の変形量を最も小さく抑えることができる。
【００５３】また、可変形状ミラーが変形すると、微小ではあるが偏心コマ収差が発生する。特に物点無限遠時と比較して、至近の時に形状可変ミラーの変形量が最も大きくなり、変形量が大きくなるほど発生するコマ収差も大きくなる。そのため実施例３に関しては、物点無限遠時の性能と至近の性能とをバランスさせて、全域で良好な性能を保つために、第１群Ｇ１の最も物体側の負レンズ及び第１群１Gの像側のレンズと、第２群G２から像面までのレンズ系とを相対的に偏心させて配置してある。これにより、フォーカシング時の偏心コマ収差の発生をバランスさせることができ、全域で良好な性能を確保することが可能となる。
（実施例４）
焦点距離：４．８mm〜６．７mm、開放Fナンバー：２．８〜３．５、撮像面のサイズ：４．０mm×３．０mm条件式の値：φＤＭＷ＝0.00058、φＤＭＳ＝0、φＤＭＴ＝0.00054ｆW＝4.78、ｆT＝6.65、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜＝0.99、f1a/fWT＝-2.11面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 0.00 2 -28.79 1.20 1.6864 31.4 3 ASP[1] 8.00 4 FFS[1] （DM） 5.00 偏心[1] 5 6.59 0.80 1.7260 51.8 6 5.06 0.58 7 5.50 2.00 1.8500 24.0 8 5.99 D1＝4.04〜2.46〜1.00 9 絞り面 1.00 10 ASP[2] 1.50 1.5891 61.1 11 -16.32 0.96 12 5.93 2.11 1.4970 81.5 13 -8.29 0.83 14 -16.16 1.00 1.8467 23.8 15 3.69 D2＝1.83〜3.42〜4.87 16 20.45 2.00 1.5891 61.1 17 ASP[3] 1.00 18 ∞ 1.44 1.5477 62.8 19 ∞ 0.80 20 ∞ 0.60 1.5163 64.1 21 ∞ 0.50像 面 ∞ASP[1]曲率半径 11.58、k 0.0000a -2.3084×10-4、b 4.7641×10-6、c -1.6028×10-7、d 1.7944×10-9ASP[2]曲率半径 8.86、k 0.0000a -1.0073×10-3、b -2.7489×10-6、c -4.5129×10-6、d 1.8575×10-7ASP[3]曲率半径 -5.89、k 0.0000a 2.2698×10-3、b -6.3017×10-5、c 2.4640×10-6、d -6.2419×10-8FFS[1] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4 -0.2092×10-3 0.00000 -0.1768×10-3 -0.5943×10-3 -0.3505×10-3 -0.5650×10-3C6 -0.1097×10-3 0.00000 -0.9391×10-4 -0.3104×10-3 -0.1794×10-3 -0.2866×10-3C8 -0.4827×10-5 0.00000 -0.8284×10-6 -0.8890×10-5 -0.2404×10-5 -0.4196×10-5C10 -0.1774×10-5 0.00000 -0.1194×10-5 -0.4818×10-5 -0.2137×10-5 -0.4316×10-5C11 0.7025×10-5 0.00000 -0.2567×10-5 0.9087×10-5 0.1360×10-5 -0.1341×10-5C13 0.7642×10-5 0.00000 -0.1743×10-5 0.1067×10-4 0.3101×10-5 0.1004×10-5C15 0.1833×10-5 0.00000 -0.5602×10-6 0.2189×10-5 0.7518×10-7 -0.6562×10-6偏心[1]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α 45.00 β 0.00 γ 0.00（実施例５）
焦点距離：４．７mm〜６．７mm、開放Fナンバー：２．８〜３．５、撮像面のサイズ：４．０mm×３．０mm条件式の値：φＤＭＷ＝-0.00009、φＤＭＳ＝-0.00131、φＤＭＴ＝-0.00022ｆW＝4.68、ｆT＝6.70、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜＝0.95、f1a/fWT＝-2.22面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 0.00 2 22.53 1.20 1.6960 51.4 3 ASP[1] 8.00 4 FFS[1] （DM） 5.00 偏心[1] 6 13.17 0.80 1.7433 49.3 7 8.43 0.37 8 6.61 2.00 1.8467 23.8 9 7.19 D1＝4.09〜2.46〜1.00 10 絞り面 1.00 11 ASP[2] 1.50 1.5891 61.1 12 -13.83 0.15 13 4.99 1.74 1.4970 81.5 14 -53.88 0.90 15 14.76 1.20 1.8467 23.8 16 3.35 D2＝2.50〜4.14〜5.59 17 42.69 2.00 1.5891 61.1 18 ASP[3] 1.40 19 ∞ 1.44 1.5477 62.8 20 ∞ 0.80 21 ∞ 0.60 1.5163 64.1 22 ∞ 0.50像 面 ∞ASP[1]曲率半径 6.12、k 0.0000a -2.4900×10-4、b -3.3204×10-6、c 2.5404×10-8、d -8.6523×10-9ASP[2]曲率半径 12.14、k 0.0000a -7.1556×10-4、b 1.4336×10-5、c -4.3692×10-6、d 3.0318×10-7ASP[3]曲率半径 -7.33、k 0.0000a 1.0166×10-3、b -3.4308×10-5、c 6.4571×10-7、d -1.4614×10-8FFS[1] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4 0.2333×10-4 0.4534×10-3 0.8940×10-4 -0.3912×10-3 0.3594×10-4 -0.3351×10-3C6 0.1189×10-4 0.2352×10-3 0.4308×10-4 -0.2068×10-3 0.1760×10-4 -0.1717×10-3C8 -0.3877×10-5 -0.1534×10-5 0.1511×10-5 -0.4828×10-5 0.1810×10-5 -0.1177×10-5C10 -0.1190×10-5 0.1910×10-5 0.5476×10-6 -0.3362×10-5 0.6621×10-6 -0.2459×10-5C11 0.5844×10-5 -0.1311×10-5 -0.5379×10-5 0.3679×10-5 -0.3500×10-5 -0.7348×10-5C13 0.5814×10-5 -0.2703×10-5 -0.5762×10-5 0.3846×10-5 -0.3642×10-5 -0.6718×10-5C15 0.1397×10-5 -0.4743×10-6 -0.1374×10-5 0.9066×10-6 -0.9087×10-6 -0.1891×10-5偏心[1]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α 45.00 β 0.00 γ 0.00（実施例６）
焦点距離：４．８mm〜８．９mm、開放Fナンバー：２．８〜４．２、撮像面のサイズ：４．０mm×３．０mm条件式の値：φＤＭＷ＝0.00028、φＤＭＳ＝-0.00152、φＤＭＴ＝0.00009ｆW＝4.80、ｆT＝8.89、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜＝0.97、f1a/fWT＝-2.43面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 0.00 2 -41.63 1.70 1.4900 70.0 3 ASP[1] 10.00 4 FFS[1] （DM） 5.00 偏心[1] 6 9.66 1.50 1.5483 43.7 7 5.92 0.61 8 6.40 3.00 1.7875 44.4 9 7.74 D1＝8.25〜3.99〜1.00 10 絞り面 1.00 11 ASP[2] 1.50 1.5891 61.1 12 -13.89 0.63 13 4.94 2.01 1.4970 81.5 14 12.09 1.25 15 22.64 1.47 1.8467 23.8 16 3.82 D2＝1.32〜5.58〜8.57 17 10.15 2.78 1.5891 61.1 18 ASP[3] 1.00 19 ∞ 1.44 1.5477 62.8 20 ∞ 0.80 21 ∞ 0.60 1.5163 64.1 22 ∞ 0.50像 面 ∞ASP[1]曲率半径 9.69、k 0.0000a -1.8247×10-4、b 1.4614×10-6、c -5.5828×10-8、d 2.9088×10-10ASP[2]曲率半径 13.85、k 0.0000a -2.8799×10-4、b 2.4557×10-5、c -6.0817×10-6、d 5.1231×10-7ASP[3]曲率半径 -7.90、k 0.0000a 1.4751×10-3、b -4.1539×10-5、c 1.2881×10-6、d -1.9277×10-8FFS[1] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4 -0.1050×10-3 0.5382×10-3 -0.1525×10-4 -0.5104×10-3 0.1341×10-3 -0.4302×10-3C6 -0.5252×10-4 0.2787×10-3 -0.8943×10-5 -0.2672×10-3 0.6889×10-4 -0.2167×10-3C8 -0.5658×10-5 -0.5258×10-5 0.4209×10-6 -0.7952×10-5 0.3004×10-5 -0.2887×10-5C10 -0.1924×10-5 0.6389×10-6 -0.1642×10-6 -0.4258×10-5 0.1262×10-5 -0.2989×10-5C11 0.5585×10-5 -0.6362×10-5 -0.7457×10-5 0.5948×10-5 -0.6452×10-5 -0.7643×10-5C13 0.6128×10-5 -0.7801×10-5 -0.7828×10-5 0.6799×10-5 -0.6266×10-5 -0.7248×10-5C15 0.1364×10-5 -0.1718×10-5 -0.1832×10-5 0.1400×10-5 -0.1735×10-5 -0.2027×10-5偏心[1]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α 45.00 β 0.00 γ 0.00実施例４〜６に関しては、構成は実施例１と同様である。実施例５、６に関しては、形状可変ミラーＤＭの変形を凹面及び凸面の両方に変形するように設計してある。上述したように、偏心コマ収差をあまり発生させない条件は、形状可変ミラーにパワーをあまり持たせないことであり、凹凸両方に変形させるとパワーの絶対値は小さくなるため、良好な性能を確保できる。
（実施例７）
焦点距離：７．１mm〜１１．９mm、開放Fナンバー：２．８〜３．５、撮像面のサイズ：５．３mm×４．０mm条件式の値：（ＤＭ1）φＤＭＷ＝0.00105、φＤＭＳ＝0、φＤＭＴ＝0.00220（ＤＭ2）φＤＭＷ＝0.00062、φＤＭＳ＝-0.00114、φＤＭＴ＝-0.00129ｆW＝7.14、ｆT＝11.93、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜＝1.12、f1a/fWT＝-2.74面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 0.00 2 ASP[1] 1.20 1.7433 49.3 4 FFS[1]（DM1） 6.00 偏心[1] 5 -82.61 0.80 1.6622 49.9 6 10.47 0.61 7 11.89 3.86 1.8467 23.8 8 36.83 D1＝8.11〜4.12〜1.00 9 絞り面 1.00 10 ASP[3] 1.86 1.5891 61.1 11 -39.40 0.15 12 10.81 2.88 1.4970 81.5 13 -20.54 0.33 14 21.28 1.00 1.8467 23.8 15 7.85 D2＝3.44〜7.43〜10.55 16 -7.55 1.27 1.8467 23.8 17 -10.92 2.00 1.4901 70.0 18 -7.75 0.20 19 ASP[4] 2.00 1.5891 61.1 20 -7.38 4.50 21 FFS[2]（DM2） 4.50 偏心[2] 22 ∞ 1.44 1.5477 62.8 23 ∞ 0.80 24 ∞ 0.60 1.5163 64.1 25 ∞ 0.50像 面 ∞ASP[1]曲率半径 -14.83、k 0.0000a -9.0525×10-6、b 2.3540×10-7、c 2.1197×10-8、d -2.0309×10-10ASP[2]曲率半径 -72.56、k 0.0000a -1.2376×10-4、b 4.4288×10-7、c 2.0938×10-8、d -2.1987×10-10ASP[3]曲率半径 16.54、k 0.0000a -2.4802×10-4、b -1.7093×10-7、c -5.2350×10-8、d 7.2794×10-10ASP[4]曲率半径 -15.04、k 0.0000a -5.5003×10-4、b -3.4369×10-6、c 3.3520×10-8、d -2.9237×10-9FFS[1] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4 -0.2959×10-3 0.00000 -0.6792×10-3 -0.6866×10-3 -0.2944×10-3 -0.9251×10-3C6 -0.2344×10-3 0.00000 -0.4345×10-3 -0.3704×10-3 -0.1585×10-17 -0.6659×10-3C8 -0.5887×10-6 0.00000 -0.1672×10-5 -0.1159×10-4 -0.4107×10-5 -0.1242×10-4C10 0.5270×10-5 0.00000 -0.1217×10-5 -0.7552×10-5 -0.2805×10-5 -0.9175×10-5C11 0.1004×10-5 0.00000 -0.3657×10-6 0.3098×10-5 0.4024×10-6 -0.4411×10-6C13 0.1695×10-5 0.00000 -0.9645×10-6 0.3139×10-5 -0.8054×10-7 0.1925×10-6C15 0.1377×10-6 0.00000 0.1810×10-6 0.8728×10-6 -0.6982×10-7 0.4317×10-6FFS[2] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4 0.4127×10-3 -0.3113×10-3 0.7130×10-4 0.9262×10-3 0.6530×10-3 0.2059×10-2C6 0.6767×10-4 -0.2188×10-3 -0.3914×10-3 0.4102×10-3 0.7690×10-3 0.4400×10-4C8 0.1751×10-4 -0.6127×10-5 0.7527×10-5 0.7257×10-4 0.4556×10-4 0.2088×10-3C10 -0.1996×10-4 -0.8252×10-5 -0.3782×10-4 0.4337×10-4 0.6140×10-4 0.5172×10-4C11 -0.1706×10-5 -0.5449×10-5 0.2091×10-5 -0.5018×10-5 -0.7665×10-5 0.3725×10-5C13-0.8451×10-6 -0.3821×10-5 -0.6043×10-5 -0.1267×10-5 -0.2409×10-5 0.1117×10-4C15-0.3113×10-5 -0.9084×10-6 -0.5430×10-5 0.1344×10-5 0.2986×10-5 0.1691×10-5偏心[1]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α 45.00 β 0.00 γ 0.00偏心[2]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α -45.00 β 0.00 γ 0.00（実施例８）
焦点距離：６．２mm〜１１．３mm、開放Fナンバー：２．８〜３．５、撮像面のサイズ：５．３mm×４．０mm条件式の値：φＤＭＷ＝0.00230、φＤＭＳ＝0、φＤＭＴ＝0.00214ｆW＝6.24、ｆT＝11.30、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜＝1.19、f1a/fWT＝-1.58面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 0.00 2 ASP[1] 1.20 1.7349 51.5 3 ASP[2] 11.00 4 FFS[1] （DM） 6.00 偏心[1] 6 12.58 0.80 1.5189 50.5 7 7.52 0.60 8 8.40 1.27 1.8500 24.0 9 11.32 D1＝12.40〜5.38〜1.00 10 絞り面 1.00 11 ASP[3] 1.50 1.5891 61.1 12 -60.60 0.15 13 6.66 1.92 1.4970 81.5 14 -27.73 0.32 15 42.57 1.00 1.8010 35.0 16 5.43 D2＝1.56〜8.58〜12.96 17 84.56 2.17 1.7800 50.0 18 -4.89 1.00 1.8010 35.0 19 ASP[4] 0.30 20 FFS[2] 4.30 1.5254 55.8 21 FFS[3] 4.20 偏心[2] 1.5254 55.8 22 FFS[4] 3.91 23 ∞ 1.44 1.5477 62.8 24 ∞ 0.80 25 ∞ 0.60 1.5163 64.1 26 ∞ 0.50像 面 ∞ASP[1]曲率半径 ∞、k 0.0000a -2.2144×10-4、b 3.5125×10-6、c -6.7064×10-9、d -4.5346×10-10ASP[2]曲率半径 9.78、k 0.0000a -4.5914×10-4、b 3.2493×10-6、c 2.3687×10-8、d -1.8362×10-9ASP[3]曲率半径 13.09、k 0.0000a -2.5917×10-4、b -1.1577×10-6、c -1.5219×10-7、d 3.0646×10-9ASP[4]曲率半径 -15.63、k 0.0000a -4.8761×10-4、b 1.9793×10-5、c -1.1371×10-7、d 4.9099×10-8FFS[1] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4 -0.8174×10-3 0.00000 -0.7192×10-3 -0.1173×10-2 -0.3175×10-3 -0.1056×10-2C6 -0.4262×10-3 0.00000 -0.3696×10-3 -0.6119×10-3 -0.1663×10-3 -0.5365×10-3C8 -0.2325×10-4 0.00000 -0.1557×10-4 -0.2680×10-4 -0.1139×10-4 -0.2410×10-4C10 -0.3381×10-5 0.00000 -0.7205×10-5 -0.6975×10-5 -0.1887×10-5 -0.1138×10-4C11 0.1363×10-4 0.00000 -0.5743×10-5 0.1389×10-4 -0.1325×10-5 -0.6598×10-5C13 0.1273×10-4 0.00000 -0.5205×10-5 0.1298×10-4 -0.1293×10-5 -0.6364×10-5C15 0.4293×10-5 0.00000 -0.1173×10-5 0.4170×10-5 -0.6192×10-7 -0.1577×10-5FFS[2]Ｃ4 -1.3509×10-1 Ｃ6 -1.3447×10-1 Ｃ8 8.8280×10-5Ｃ10 -4.4253×10-4 Ｃ11 -2.0610×10-3 Ｃ13 -4.0152×10-3Ｃ15 -1.9202×10-3 Ｃ68 1.0000FFS[3]Ｃ4 -8.4640×10-4 Ｃ6 -3.0023×10-4 Ｃ8 -1.9366×10-5Ｃ10 -1.7860×10-4 Ｃ11 -8.8384×10-6 Ｃ13 2.5759×10-5Ｃ15 1.2823×10-5 Ｃ68 1.0000FFS[4]Ｃ4 -6.0302×10-3 Ｃ6 -5.6802×10-3 Ｃ8 7.8972×10-5Ｃ10 2.2703×10-3 Ｃ11 2.8357×10-4 Ｃ13 3.8813×10-4Ｃ15 7.4152×10-5偏心[1]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α 45.00 β 0.00 γ 0.00偏心[2]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α -45.00 β 0.00 γ 0.00実施例７、８に関しても実施例１と同様の構成であるが、実施例７は形状可変ミラーの変形量を小さくし、また偏心コマ収差を良好に補正するために、コンペンセート及びフォーカシングの機能を第１群G１及び第３群G３中の２枚の形状可変ミラーＤＭ１、ＤＭ２を用いて行っている。特に実施例８に関しては、物点距離無限遠時と至近の時の性能をバランスよくさせるために第３群G３に自由曲面形状のプリズムＰを使用している。
【００５４】実施例７、８で２枚の形状可変ミラーに入射する軸上光線の向きはほぼ逆向き（反平行）になっている。これは２枚の形状可変ミラーの間に絞りを置いた場合、軸外の物体の上側光線と下側光線の高さが２枚の形状可変ミラーで入れ替わるのでコマ収差の補正がしやすいメリットがあるからである。上記２枚の形状可変ミラーのレイアウトは次のように言い表すこともできる：２枚の形状可変ミラーに入射する"軸上光線の方位を表すベクトルの内積が負である"。
【００５５】又、形状可変ミラー１枚の実施例にも共通して言えることであるが、形状可変ミラーによる光軸の折り曲げ角Φは７０°≦Φ≦１１０°とするのが良い。７０°を下回ると光学部品、電子部品等がぶつかりやすくなる。１１０°を超えるとスペース的には楽だが収差が増える。
【００５６】８０°≦Φ≦１００°とするとなお良い。
（実施例９）
焦点距離：４．６mm〜１３．８mm、開放Fナンバー：２．８〜５．７、撮像面のサイズ：４．０mm×３．０mm条件式の値：φＤＭＷ＝0、φＤＭＳ＝0、φＤＭＴ＝0ｆW＝4.60、ｆT＝13.80、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜＝0.74、f1a/fWT＝-2.27面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 0.00 2 -50.02 1.70 1.4900 70.0 3 ASP[1] 11.74 4 FFS[1] （DM） 6.00 偏心[1] 5 -20.68 0.80 1.5704 46.9 6 446.69 0.15 7 10.08 2.00 1.8467 23.8 8 ASP[2] D1＝16.81〜9.51〜1.00 9 絞り面 1.00 10 ASP[3] 1.50 1.5891 61.1 11 19.75 0.25 12 6.60 1.92 1.4970 81.5 13 -36.65 1.16 14 7.51 1.01 1.8467 23.8 15 3.85 D2＝3.17〜12.87〜21.38 16 12.90 2.00 1.5891 61.1 17 ASP[4] D3＝3.39〜1.00〜1.00 18 ∞ 1.44 1.5477 62.8 19 ∞ 0.80 20 ∞ 0.60 1.5163 64.1 21 ∞ 1.00像 面 ∞ASP[1]曲率半径 10.89、k 0.0000a -2.3904×10-4、b 3.0098×10-7、c -1.5230×10-8、d 4.5277×10-11ASP[2]曲率半径 13.37、k 0.0000a 1.4368×10-4、b 3.3526×10-7、c 9.1518×10-8、d -2.0296×10-9ASP[3]曲率半径 9.68、k 0.0000a -3.4369×10-4、b -4.1559×10-6、c 8.7325×10-8、d -1.4374×10-8ASP[4]曲率半径 -36.59、k 0.0000a -2.0596×10-5、b -1.2193×10-5、c 3.1267×10-7、d 7.1790×10-10FFS[1] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4 0.00000 0.00000 0.00000 -0.4232×10-3 -0.3731×10-3 -0.4111×10-3C6 0.00000 0.00000 0.00000 -0.2309×10-3 -0.1878×10-3 -0.2065×10-3C8 0.00000 0.00000 0.00000 0.1430×10-5 0.6384×10-6 -0.6522×10-5C10 0.00000 0.00000 0.00000 -0.1198×10-5 -0.8587×10-6 -0.3864×10-5C11 0.00000 0.00000 0.00000 -0.3293×10-6 -0.4582×10-5 -0.8385×10-6C13 0.00000 0.00000 0.00000 -0.4014×10-6 -0.4615×10-5 -0.2660×10-6C15 0.00000 0.00000 0.00000 0.1126×10-6 -0.1249×10-5 -0.2518×10-6偏心[1]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α 45.00 β 0.00 γ 0.00実施例９は、物体側から順に、負パワーを有する第１群Ｇ１と、正パワーを有する第２群Ｇ２と、正パワーを有する第３群Ｇ３とからなり、第２群Ｇ２を移動させることにより変倍作用を持たせ、それにより生じる焦点ずれを、第３群を移動して補正し、第１群Ｇ１中に設けた形状可変ミラーＤＭの反射面によってフォーカシングを行うことができるように構成されている。
（実施例１０）
焦点距離：４．０mm〜１０．０mm、開放Fナンバー：２．８〜４．９、撮像面のサイズ：４．０mm×３．０mm条件式の値：φＤＭＷ＝0、φＤＭＳ＝0、φＤＭＴ＝0ｆW＝4.00、ｆT＝10.00、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜＝0.98、f1a/fWT＝-1.93ただし上記ηＷとηTの値はそれぞれ広角端及び望遠端の、第２群から第３群までの倍率であり、第１０面から第１７面までのものである。
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 31.03 1.20 1.7725 49.6 2 9.43 7.50 3 ∞ 0.00 4 FFS[1] （DM） 6.00 偏心[1] 5 18.86 0.80 1.7433 49.3 6 ASP[1] 0.51 7 7.54 1.50 1.8467 23.8 8 11.20 D1＝9.79〜3.62〜1.00 9 絞り面 1.00 10 67.49 1.50 1.7292 54.7 11 -5.08 0.80 1.7627 37.4 12 -15.76 D2＝1.00〜3.09〜1.00 13 ASP[2] 1.87 1.7433 49.3 14 63.70 0.99 16 -14.77 1.01 1.7666 27.2 17 3.41 D3＝1.71〜5.79〜10.50 18 16.41 2.23 1.6935 53.2 19 ASP[3] 1.00 20 ∞ 1.00 1.5477 62.8 21 ∞ 0.50 22 ∞ 0.50 1.5163 64.1 23 ∞ 0.50像 面 ∞ASP[1]曲率半径 7.44、k -7.4873×10-1a 1.1872×10-4、b 9.9022×10-6、c -5.5493×10-7、d 1.7399×10-8ASP[2]曲率半径 6.41、k 3.3506×10-1a -3.5713×10-4、b 5.7439×10-6、c -2.4704×10-6、d 1.4017×10-7ASP[3]曲率半径 -8.22、k -4.2108×10-1a 1.4533×10-3、b -1.0326×10-4、c 4.4853×10-6、d -7.3043×10-8FFS[1] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4 0.00000 0.00000 0.00000 -0.5787×10-3 -0.5394×10-3 -0.5774×10-3C6 0.00000 0.00000 0.00000 -0.3101×10-3 -0.2755×10-3 -0.2875×10-3C8 0.00000 0.00000 0.00000 -0.1000×10-4 -0.3985×10-5 -0.4936×10-5C10 0.00000 0.00000 0.00000 -0.5066×10-5 -0.1636×10-5 -0.2879×10-5C11 0.00000 0.00000 0.00000 0.2234×10-5 -0.3496×10-5 -0.2316×10-6C13 0.00000 0.00000 0.00000 0.3180×10-5 0.7594×10-6 0.5011×10-5C15 0.00000 0.00000 0.00000 0.6290×10-6 -0.7623×10-6 -0.4072×10-6偏心[1]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α 45.00 β 0.00 γ 0.00実施例１０は、物体側から順に、負パワーを有する第１群Ｇ１と、正パワーを有する第２群Ｇ２と、正のパワーを有する第３群G３と、正パワーを有する第４群Ｇ４とからなり、第２群Ｇ２及び第３群Ｇ３を移動させることにより変倍作用を持たせると同時に焦点ずれも補正し、第１群Ｇ１中に設けた形状可変ミラーＤＭの反射面によってフォーカシングを行うことができるように構成されている。以上の説明では、すべて可変ミラーを用いた光学系について述べてきた。しかしながら、可変ミラーの代わりに通常の（形状の変わらない）ミラーを用いた場合にも、特に支障を来さない限り前述の条件式・制限等を適用してよい。なぜならミラーを用いた折り曲げ光学系の小型化のメリットはそのまま保たれるからである。以上のような本発明によるズーム光学系は、フィルムカメラ、デジタルカメラ、テレビカメラ、携帯端末用のカメラ、監視カメラ、ロボットの眼、電子内視鏡等に適用可能である。
【００５７】また、上述のズーム光学系では、レンズ群中に反射面を有する構成のズーム光学系について説明したが、反射面を有しない構成のズーム光学系についても可変形状面を備えた光学素子、例えば、可変焦点レンズ等を用いて構成すれば、小型化、低コスト化、省電力化、作動音の静音化等の効果を達成することが可能である。更に、可変形状面を有しない可変焦点ミラーを前記実施例に用いても良い。なお、可変焦点ミラーについては、その一例を図４０を用いて後述する。
【００５８】次に、本発明のズーム光学系に適用可能な形状可変ミラーの構成例について説明する。図２５は本発明のズーム光学系に適用可能な可変ミラーとして光学特性可変ミラーを用いたデジタルカメラのケプラー式ファインダーの概略構成図である。本例の構成は、もちろん銀塩フィルムカメラにも使うことができる。まず、光学特性可変形状鏡４０９について説明する。
【００５９】光学特性可変形状鏡４０９は、アルミコーティングされた薄膜（反射面）４０９ａと複数の電極４０９ｂからなる光学特性可変形状鏡（以下、単に可変形状鏡と言う。）であり、４１１は各電極４０９ｂにそれぞれ接続された複数の可変抵抗器、４１２は可変抵抗器４１１と電源スイッチ４１３を介して薄膜４０９ａと電極４０９ｂ間に接続された電源、４１４は複数の可変抵抗器４１１の抵抗値を制御するための演算装置、４１５，４１６及び４１７はそれぞれ演算装置４１４に接続された温度センサー、湿度センサー及び距離センサーで、これらは図示のように配設されて１つの光学装置を構成している。
【００６０】なお、対物レンズ９０２、接眼レンズ９０１、及び、プリズム４０４、二等辺直角プリズム４０５、ミラー４０６及び可変形状鏡の各面は、平面でなくてもよく、球面、回転対称非球面の他、光軸に対して偏心した球面、平面、回転対称非球面、あるいは、対称面を有する非球面、対称面を１つだけ有する非球面、対称面のない非球面、自由曲面、微分不可能な点又は線を有する面等、いかなる形状をしていてもよく、さらに、反射面でも屈折面でも光に何らかの影響を与え得る面ならばよい。以下、これらの面を総称して拡張曲面という。
【００６１】また、薄膜４０９ａは、例えば、P.Rai-choudhury編、Handbook of MichrolithoＧraphy, MichromachininＧ and Michrofabrication, Volume 2:MichromachininＧ and Michrofabrication,P495,FiＧ.8.58, SPIE PRESS刊やOptics Communication, 140巻（1997年）P187〜190に記載されているメンブレインミラーのように、複数の電極４０９ｂとの間に電圧が印加されると、静電気力により薄膜４０９ａが変形してその面形状が変化するようになっており、これにより、観察者の視度に合わせたピント調整ができるだけでなく、さらに、レンズ９０１，９０２及び／又はプリズム４０４、二等辺直角プリズム４０５、ミラー４０６の温度や湿度変化による変形や屈折率の変化、あるいは、レンズ枠の伸縮や変形及び光学素子、枠等の部品の組立誤差による結像性能の低下が抑制され、常に適正にピント調整並びにピント調整で生じた収差の補正が行われ得る。
【００６２】なお、電極４０９ｂの形は、例えば図２７R>７、図２８に示すように、薄膜４０９ａの変形のさせ方に応じて選べばよい。本例によれば、物体からの光は、対物レンズ９０２及びプリズム４０４の各入射面と射出面で屈折され、可変形状鏡４０９で反射され、プリズム４０４を透過して、二等辺直角プリズム４０５でさらに反射され（図２５中、光路中の＋印は、紙面の裏側へ向かって光線が進むことを示している）、ミラー４０６で反射され、接眼レンズ９０１を介して眼に入射するようになっている。このように、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、及び、可変形状鏡４０９によって、本例の光学装置の観察光学系を構成しており、これらの各光学素子の面形状と肉厚を最適化することにより、物体面の収差を最小にすることができるようになっている。
【００６３】すなわち、反射面としての薄膜４０９ａの形状は、結像性能が最適になるように演算装置４１４からの信号により各可変抵抗器４１１の抵抗値を変化させることにより制御される。すなわち、演算装置４１４へ、温度センサー４１５、湿度センサー４１６及び距離サンサー４１７から周囲温度及び湿度並びに物体までの距離に応じた大きさの信号が入力され、演算装置４１４は、これらの入力信号に基づき周囲の温度及び湿度条件と物体までの距離による結像性能の低下を補償すべく、薄膜４０９ａの形状が決定されるような電圧を電極４０９ｂに印加するように、可変抵抗器４１１の抵抗値を決定するための信号を出力する。このように、薄膜４０９ａは電極４０９ｂに印加される電圧すなわち静電気力で変形させられるため、その形状は状況により非球面を含む様々な形状をとる。
【００６４】なお、距離センサー４１７はなくてもよく、その場合、固体撮像素子４０８からの像の信号の高周波成分が略最大になるように、デジタルカメラの撮像レンズ４０３を動かし、その位置から逆に物体距離を算出し、可変形状鏡を変形させて観察者の眼にピントが合うようにすればよい。
【００６５】また、薄膜４０９ａをポリイミド等の合成樹脂で製作すれば、低電圧でも大きな変形が可能であるので好都合である。なお、プリズム４０４と可変形状鏡４０９を一体的に形成してユニット化することができる。また、図示を省略したが、可変形状鏡４０９の基板上に固体撮像素子４０８をリソグラフィープロセスにより一体的に形成してもよい。
【００６６】また、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、ミラー４０６は、プラスチックモールド等で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。なお、本例の撮像装置では、レンズ９０１，９０２がプリズム４０４から離れて形成されているが、レンズ９０１，９０２を設けることなく収差を除去することができるようにプリズム４０４，４０５、ミラー４０６、可変形状鏡４０９を設計すれば、プリズム４０４，４０５、可変形状鏡４０９は１つの光学ブロックとなり、組立が容易となる。また、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、ミラー４０６の一部あるいは全部をガラスで作製してもよく、このように構成すれば、さらに精度の良い撮像装置が得られる。
【００６７】なお、図２５の例では、演算装置４１４、温度センサー４１５、湿度センサー４１６、距離センサー４１７を設け、温湿度変化、物体距離の変化等も可変形状鏡４０９で補償するようにしたが、そうではなくてもよい。つまり、演算装置４１４、温度センサー４１５、湿度センサー４１６、距離センサー４１７を省き、観察者の視度変化のみを可変形状鏡４０９で補正するようにしてもよい。
【００６８】図２６は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９の他の例を示す概略構成図である。本例の可変形状鏡は、薄膜４０９ａと電極４０９ｂとの間に圧電素子４０９ｃが介装されていて、これらが支持台４２３上に設けられている。そして、圧電素子４０９ｃに加わる電圧を各電極４０９ｂ毎に変えることにより、圧電素子４０９ｃに部分的に異なる伸縮を生じさせて、薄膜４０９ａの形状を変えることができるようになっている。電極４０９ｂの形は、図２７に示すように同心分割であってもよいし、図２８２８に示すように矩形分割であってもよく、その他、適宜の形のものを選択することができる。
【００６９】図２６中、４２４は演算装置４１４に接続された振れ（ブレ）センサーであって、例えばデジタルカメラの振れを検知し、振れによる像の乱れを補償するように薄膜４０９ａを変形させるべく、演算装置４１４及び可変抵抗器４１１を介して電極４０９ｂに印加される電圧を変化させる。このとき、温度センサー４１５、湿度センサー４１６及び距離センサー４１７からの信号も同時に考慮され、ピント合わせ、温湿度補償等が行われる。この場合、薄膜４０９ａには圧電素子４０９ｃの変形に伴う応力が加わるので、薄膜４０９ａの厚さはある程度厚めに作られて相応の強度を持たせるようにするのがよい。
【００７０】図２９は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。本例の可変形状鏡は、薄膜４０９ａと電極４０９ｂの間に介置される圧電素子が逆方向の圧電特性を持つ材料で作られた２枚の圧電素子４０９ｃ及び４０９ｃ’で構成されている点で図２６２６に示された実施例の可変形状鏡とは異なる。すなわち、圧電素子４０９ｃと４０９ｃ’が強誘電性結晶で作られているとすれば、結晶軸の向きが互いに逆になるように配置される。この場合、圧電素子４０９ｃと４０９ｃ’は電圧が印加されると逆方向に伸縮するので、薄膜４０９ａを変形させる力が図２６に示した実施例の場合よりも強くなり、結果的にミラー表面の形を大きく変えることができるという利点がある。
【００７１】圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’に用いる材料としては、例えばチタン酸バリウム、ロッシエル塩、水晶、電気石、リン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）、リン酸二水素アンモニウム（ＡＤＰ）、ニオブ酸リチウム等の圧電物質、同物質の多結晶体、同物質の結晶、ＰｂＺｒＯ3とＰｂＴｉＯ3の固溶体の圧電セラミックス、二フッ化ポリビニール（ＰＶＤＦ）等の有機圧電物質、上記以外の強誘電体等があり、特に有機圧電物質はヤング率が小さく、低電圧でも大きな変形が可能であるので好ましい。なお、これらの圧電素子を利用する場合、厚さを不均一にすれば、上記例において薄膜４０９ａの形状を適切に変形させることも可能である。
【００７２】また、圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’の材質としては、ポリウレタン、シリコンゴム、アクリルエラストマー、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分子圧電体、シアン化ビニリデン共重合体、ビニリデンフルオライドとトリフルオロエチレンの共重合体等が用いられる。圧電性を有する有機材料や、圧電性を有する合成樹脂、圧電性を有するエラストマー等を用いると可変形状鏡面の大きな変形が実現できてよい。
【００７３】なお、図２６、図３０の圧電素子４０９ｃに電歪材料、例えば、アクリルエラストマー、シリコンゴム等を用いる場合には、圧電素子４０９ｃを別の基板４０９ｃ−１と電歪材料４０９ｃ−２を貼り合わせた構造にしてもよい。
【００７４】図３０は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。本例の可変形状鏡は、圧電素子４０９ｃが薄膜４０９ａと電極４０９ｄとにより挟持され、薄膜４０９ａと電極４０９ｄ間に演算装置４１４により制御される駆動回路４２５を介して電圧が印加されるようになっており、さらにこれとは別に、支持台４２３上に設けられた電極４０９ｂにも演算装置４１４により制御される駆動回路４２５を介して電圧が印加されるように構成されている。したがって、本例では、薄膜４０９ａは電極４０９ｄとの間に印加される電圧と電極４０９ｂに印加される電圧による静電気力とにより二重に変形され得、上記例に示した何れのものよりもより多くの変形パターンが可能であり、かつ、応答性も速いという利点がある。
【００７５】そして、薄膜４０９ａ、電極４０９ｄ間の電圧の符号を変えれば、可変形状鏡を凸面にも凹面にも変形させることができる。その場合、大きな変形を圧電効果で行ない、微細な形状変化を静電気力で行なってもよい。また、凸面の変形には圧電効果を主に用い、凹面の変形には静電気力を主に用いてもよい。なお、電極４０９ｄは電極４０９ｂのように複数の電極から構成されてもよい。この様子を図３０に示した。なお、本発明では、圧電効果と電歪効果、電歪をすべてまとめて圧電効果と述べている。従って、電歪材料も圧電材料に含むものとする。
【００７６】図３１は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。本例の可変形状鏡は、電磁気力を利用して反射面の形状を変化させ得るようにしたもので、支持台４２３の内部底面上には永久磁石４２６が、頂面上には窒化シリコン又はポリイミド等からなる基板４０９ｅの周縁部が載置固定されており、基板４０９ｅの表面にはアルミニウム等の金属コートで作られた薄膜４０９ａが付設されていて、可変形状鏡４０９を構成している。
【００７７】基板４０９ｅの下面には複数のコイル４２７が配設されており、これらのコイル４２７はそれぞれ駆動回路４２８を介して演算装置４１４に接続されている。したがって、各センサー４１５，４１６，４１７，４２４からの信号によって演算装置４１４において求められる光学系の変化に対応した演算装置４１４からの出力信号により、各駆動回路４２８から各コイル４２７にそれぞれ適当な電流が供給されると、永久磁石４２６との間に働く電磁気力で各コイル４２７は反発又は吸着され、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａを変形させる。
【００７８】この場合、各コイル４２７はそれぞれ異なる量の電流を流すようにすることもできる。また、コイル４２７は１個でもよいし、永久磁石４２６を基板４０９ｅに付設しコイル４２７を支持台４２３の内部底面側に設けるようにしてもよい。また、コイル４２７はリソグラフィー等の手法で作るとよく、さらに、コイル４２７には強磁性体よりなる鉄心を入れるようにしてもよい。
【００７９】この場合、薄膜コイル４２７の巻密度を、図３２に示すように、場所によって変化させることにより、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａに所望の変形を与えるようにすることもできる。また、コイル４２７は１個でもよいし、また、これらのコイル４２７には強磁性体よりなる鉄心を挿入してもよい。
【００８０】図３３は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。本例の可変形状鏡では、基板４０９ｅは鉄等の強磁性体で作られており、反射膜としての薄膜４０９ａはアルミニウム等からなっている。この場合、薄膜コイルを設けなくてもすむから、構造が簡単で、製造コストを低減することができる。また、電源スイッチ４１３を切換え兼電源開閉用スイッチに置換すれば、コイル４２７に流れる電流の方向を変えることができ、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａの形状を自由に変えることができる。
【００８１】図３４は本例におけるコイル４２７の配置を示し、図３５はコイル４２７の他の配置例を示しているが、これらの配置は、図３１に示した実施例にも適用することができる。なお、図３６は、図３１に示した例において、コイル４２７を図３９のように配置した場合に適する永久磁石４２６の配置を示している。すなわち、図３６に示すように永久磁石４２６を放射状に配置すれば、図３１に示した例に比べて、微妙な変形を基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａに与えることができる。また、このように電磁気力を用いて基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａを変形させる場合（図３１及び図３３の例）は、静電気力を用いた場合よりも低電圧で駆動できるという利点がある。
【００８２】以上いくつかの可変形状鏡の例を述べたが、ミラーの形を変形させるのに、図３０の例に示すように、２種類以上の力を用いてもよい。つまり静電気力、電磁力、圧電効果、磁歪、流体の圧力、電場、磁場、温度変化、電磁波等のうちから２つ以上を同時に用いて可変形状鏡を変形させてもよい。つまり２つ以上の異なる駆動方法を用いて光学特性可変光学素子を作れば、大きな変形と微細な変形とを同時に実現でき、精度の良い鏡面が実現できる。
【００８３】また、形状可変ミラーの変形する部分の外形は、軸上光線の入射面に平行な方向に長い形状とするのが好ましく、このように構成すれば、収差補正に有利な楕円面に近い形状に変形させやすいという利点がある。前記入射面に平行な方向に長い形状としては、トラック形状、多角形、楕円等が利用できる。
【００８４】図３７は本発明のズーム光学系を用いた撮像装置に適用可能な形状可変ミラーとして可変形状鏡４０９を用いた撮像系、例えば携帯電話のデジタルカメラ、カプセル内視鏡、電子内視鏡、パソコン用デジタルカメラ、ＰＤＡ用デジタルカメラ等に用いられる撮像系の概略構成図である。
【００８５】本例の撮像系は、可変形状鏡４０９と、レンズ９０２と、固体撮像素子４０８と、制御系１０３とで一つの撮像ユニット１０４を構成している。本例の撮像ユニット１０４では、レンズ１０２を通った物体からの光は可変形状鏡４０９で集光され、固体撮像素子４０８の上に結像する。可変形状鏡４０９は、光学特性可変光学素子の一種であり、可変焦点ミラーとも呼ばれている。
【００８６】本例によれば、物体距離が変わっても可変形状鏡４０９を変形させることでピント合わせをすることができ、レンズをモータ等で駆動する必要がなく、小型化、軽量化、低消費電力化の点で優れている。また、撮像ユニット１０４は本発明の撮像系としてすべての実施例で用いることができる。また、可変形状鏡４０９を複数用いることでズーム、変倍の撮像系、光学系を作ることができる。
【００８７】なお、図３７では、制御系１０３にコイルを用いたトランスの昇圧回路を含む制御系の構成例を示している。特に積層型圧電トランスを用いると、小型化できてよい。昇圧回路は本発明のすべての電気を用いる可変形状鏡、可変焦点レンズに用いることができるが、特に静電気力、圧電効果を用いる場合の可変形状鏡、可変焦点レンズに有用である。
【００８８】図３８は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能なさらに他の例に係る、マイクロポンプ１８０で流体１６１を出し入れしミラー面を変形させる可変形状鏡１８８の概略構成図である。本例によれば、ミラー面を大きく変形させることが可能になるというメリットがある。マイクロポンプ１８０は、例えば、マイクロマシンの技術で作られた小型のポンプで、電力で動くように構成されている。マイクロマシンの技術で作られたポンプの例としては、熱変形を利用したもの、圧電材料を用いたもの、静電気力を用いたものなどがある。
【００８９】図３９は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーに適用可能なマイクロポンプの一例を示す概略構成図である。本例のマイクロポンプ１８０では、振動板１８１は静電気力、圧電効果等の電気力により振動する。図３９では静電気力により振動する例を示しており、図３９中、１８２，１８３は電極である。また、点線は変形した時の振動板１８１を示している。振動板１８１の振動に伴い、２つの弁１８４，１８５が開閉し、流体１６１を右から左へ送るようになっている。
【００９０】本例の可変形状鏡１８８では、反射膜１８９が流体１６１の量に応じて凹凸に変形することで、可変形状鏡として機能する。可変形状鏡１８８は流体１６１で駆動されている。流体としては、シリコンオイル、空気、水、ゼリー、等の有機物、無機物を用いることができる。
【００９１】なお、静電気力、圧電効果を用いた可変形状鏡、可変焦点レンズなどにおいては、駆動用に高電圧が必要になる場合がある。その場合には、例えば図３７に示すように、昇圧用のトランス、あるいは圧電トランス等を用いて制御系を構成するとよい。
【００９２】また、反射用の薄膜４０９ａは、変形しない部分にも設けておくと、可変形状鏡の形状を干渉計等で測定する場合に、基準面として使うことができ便利である。
【００９３】図４０は本発明のズーム光学系に適用可能な、可変焦点レンズを応用した可変焦点ミラーを示すものである。この可変焦点ミラー５６５は、第１，第２の面５６６ａ，５６６ｂを有する第１の透明基板５６６と、第３，第４の面５６７ａ，５６７ｂを有する第２の透明基板５６７とを有する。第１の透明基板５６６は、平板状またはレンズ状に形成して、内面（第２の面）５６６ｂに透明電極５１３ａを設け、第２の透明基板５６７は、内面（第３の面）５６７ａを凹面状に形成して、該凹面上に反射膜５６８を施し、さらにこの反射膜５６８上に透明電極５１３ｂを設ける。透明電極５１３ａ，５１３ｂ間には高分子分散液晶層５１４を設け、これら透明電極５１３ａ，５１３ｂをスイッチ５１５および可変抵抗器５１９を経て交流電源５１６に接続して、高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加するようにする。なお、図４０では液晶分子の図示を省略してある。
【００９４】かかる構成によれば、透明基板５６６側から入射する光線は、反射膜５６８により高分子分散液晶層５１４を折り返す光路となるので、高分子分散液晶層５１４の作用を２回もたせることができると共に、高分子分散液晶層５１４への印加電圧を変えることにより、反射光の焦点位置を変えることができる。この場合、可変焦点ミラー５６５に入射した光線は、高分子分散液晶層５１４を２回透過するので、高分子分散液晶層５１４の厚さの２倍をｔとすれば、上記の各式を同様に用いることができる。なお、透明基板５６６または５６７の内面を回折格子状にして、高分子分散液晶層５１４の厚さを薄くすることもできる。このようにすれば、散乱光をより少なくできる利点がある。
【００９５】以上の説明では、液晶の劣化を防止するため、電源として交流電源５１６を用いて、液晶に交流電界を印加するようにしたが、直流電源を用いて液晶に直流電界を印加するようにすることもできる。また、液晶分子の方向を変える方法としては、電圧を変化させること以外に、液晶にかける電場の周波数、液晶にかける磁場の強さ・周波数、あるいは液晶の温度等を変化させることによってもよい。なお、本発明では図４０のような形状の変化しない可変焦点ミラーも、可変形状鏡の中に含めるものとする。
【００９６】図４１は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡のさらに他の例を示す概略構成図である。本例では、デジタルカメラに用いられるものとして説明する。図４１中、４１１は可変抵抗器、４１４は演算装置、４１５は温度センサー、４１６は湿度センサー、４１７は距離センサー、４２４は振れセンサーである。
【００９７】本例の可変形状鏡４５は、アクリルエラストマー等の有機材料からなる電歪材料４５３と間を隔てて分割電極４０９ｂを設け、電歪材料４５３の上に順に電極４５２、変形可能な基板４５１を設け、さらにその上に入射光を反射するアルミニウム等の金属からなる反射膜４５０を設けて構成されている。このように構成すると、分割電極４０９ｂを電歪材料４５３と一体化した場合に比べて、反射膜４５０の面形状が滑らかになり、光学的に収差を発生させにくくなるというメリットがある。なお、変形可能な基板４５１と電極４５２の配置は逆でも良い。
【００９８】また、図４１中、４４９は光学系の変倍、あるいはズームを行なう釦であり、可変形状鏡４５は、釦４４９を使用者が押すことで反射膜４５０の形を変形させて、変倍あるいは、ズームをすることができるように演算装置４１４を介して制御されている。
【００９９】なお、アクリルエラストマー等の有機材料からなる電歪材料の代わりに既に述べたチタン酸バリウム等の圧電材料を用いてもよい。最後に、本発明で用いる用語の定義を述べておく。
【０１００】光学装置とは、光学系あるいは光学素子を含む装置のことである。光学装置単体で機能しなくてもよい。つまり、装置の一部でもよい。光学装置には、撮像装置、観察装置、表示装置、照明装置、信号処理装置等が含まれる。
【０１０１】撮像装置の例としては、フィルムカメラ、デジタルカメラ、ロボットの眼、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラ、テレビカメラ、動画記録装置、電子動画記録装置、カムコーダ、ＶＴＲカメラ、電子内視鏡等がある。デジカメ、カード型デジカメ、テレビカメラ、ＶＴＲカメラ、動画記録カメラなどはいずれも電子撮像装置の一例である。
【０１０２】観察装置の例としては、顕微鏡、望遠鏡、眼鏡、双眼鏡、ルーペ、ファイバースコープ、ファインダー、ビューファインダー等がある。表示装置の例としては、液晶ディスプレイ、ビューファインダー、ゲームマシン（ソニー社製プレイステーション）、ビデオプロジェクター、液晶プロジェクター、頭部装着型画像表示装置（head mounted display：ＨＭＤ）、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話等がある。
【０１０３】照明装置の例としては、カメラのストロボ、自動車のヘッドライト、内視鏡光源、顕微鏡光源等がある。信号処理装置の例としては、携帯電話、パソコン、ゲームマシン、光ディスクの読取・書込装置、光計算機の演算装置等がある。
【０１０４】なお、本発明の光学系は小型軽量なので、電子撮像装置、信号処理装置、特に、デジタルカメラ、携帯電話の撮像系に用いると効果がある。撮像素子は、例えばＣＣＤ、撮像管、固体撮像素子、写真フィルム等を指す。また、平行平面板はプリズムの１つに含まれるものとする。観察者の変化には、視度の変化を含むものとする。被写体の変化には、被写体となる物体距離の変化、物体の移動、物体の動き、振動、物体のぶれ等を含むものとする。
【０１０５】拡張曲面の定義は以下の通りである。球面、平面、回転対称非球面のほか、光軸に対して偏心した球面、平面、回転対称非球面、あるいは対称面を有する非球面、対称面を１つだけ有する非球面、対称面のない非球面、自由曲面、微分不可能な点や線を有する面等、いかなる形をしていても良い。反射面でも、屈折面でも、光になんらかの影響を与えうる面ならば良い。本発明では、これらを総称して拡張曲面と呼ぶことにする。
【０１０６】光学特性可変光学素子とは、可変焦点レンズ、可変形状鏡、面形状の変わる偏光プリズム、頂角可変プリズム、光偏向作用の変わる可変回折光学素子、つまり可変ＨＯＥ，可変ＤＯＥ等を含む。可変焦点レンズには、焦点距離が変化せず、収差量が変化するような可変レンズも含むものとする。可変形状鏡についても同様である。要するに、光学素子で、光の反射、屈折、回折等の光偏向作用が変化しうるものを光学特性可変光学素子と呼ぶ。
【０１０７】情報発信装置とは、携帯電話、固定式の電話、ゲームマシン、テレビ、ラジカセ、ステレオ等のリモコンや、パソコン、パソコンのキーボード、マウス、タッチパネル等の何らかの情報を入力し、送信することができる装置を指す。撮像装置のついたテレビモニター、パソコンのモニター、ディスプレイも含むものとする。情報発信装置は、信号処理装置の中に含まれる。以上説明したように、本発明によるズーム光学系は、下記に示す特徴を備える。
（１） 変倍時に移動する光学素子群を１つのみと、変倍に伴う像面ずれを補正するコンペンセート作用及びフォーカス作用を有する少なくとも１つの形状可変ミラーと、を有するズーム光学系。
（２） 変倍作用もしくはその変倍に伴う像面ずれを補正するコンペンセート作用を有する変倍時に可動な少なくとも２つのレンズ群と、フォーカシング作用を有する形状可変ミラーと、を有するズーム光学系。
（３） 前記形状可変ミラーは、偏心収差補正機能を有する回転非対称な曲面形状であることを特徴とする（１）、（２）項に記載のズーム光学系。
（４） 前記形状可変ミラーが、以下の条件式を満足することを特徴とする（１）、（３）項に記載のズーム光学系。
【０１０８】φＤＭＷ ＞ φＤＭＳ （１−１）
φＤＭＴ ＞ φＤＭＳ （１−２）
ただし、φＤＭＷ、φＤＭＳ、φＤＭＴはそれぞれ、広角端、中間状態、望遠端における前記形状可変ミラーのパワーであり、物点距離無限遠時での値である。また前記値φＤＭＷ、φＤＭＳ、φＤＭＴは、前記形状可変ミラーの偏心方向（Y方向）面内でのパワーφＤＭｉｙ（ｉ＝Ｗ、Ｓ、Ｔ）と、それと垂直方向（X方向）面内でのパワーφＤＭｉｘ（ｉ＝Ｗ、Ｓ、Ｔ）との平均値であり、以下の定義とする。
【０１０９】
φＤＭＷ＝（φＤＭＷｘ+φＤＭＷｙ）／２φＤＭＳ＝（φＤＭＳｘ+φＤＭＳｙ）／２φＤＭＴ＝（φＤＭＴｘ+φＤＭＴｙ）／２（５） 前記形状可変ミラーは、負のパワーと正のパワーの状態を両方有し得ることを特徴とする（１）〜（４）項に記載のズーム光学系。
（６） 前記形状可変ミラーは、正のパワーのみを有することを特徴とする（１）〜（４）項に記載のズーム光学系。
（７） 前記可変ミラーより物体側に少なくとも１つの負レンズを有することを特徴とする（１）〜（６）項に記載のズーム光学系。
（９） 少なくとも１つの屈折面が、回転非対称な面で構成されていることを特徴とする（１）〜（７）項に記載のズーム光学系。
（１０） 以下の条件式を満足することを特徴とする、（１）〜（９）項に記載のズーム光学系。
【０１１０】
０．３ ＜ ｜ηＷ｜×｜ηＴ｜ ＜ ３．０ （２−１）
ただし、ηＷ、ηTはそれぞれ広角端及び望遠端における、変倍作用を有するバリエータ群の倍率である。
（１１） 以下の条件式を満足することを特徴とする、（１）〜（９）項に記載のズーム光学系。
【０１１１】
０．５ ＜ ｜ηＷ｜×｜ηＴ｜ ＜ ２．０ （２−２）
ただし、ηＷ、ηTはそれぞれ広角端及び望遠端における、変倍作用を有するバリエータ群の倍率である。
（１２） 以下の条件式を満足することを特徴とする、（１）〜（９）項に記載のズーム光学系。
【０１１２】
０．６ ＜ ｜ηＷ｜×｜ηＴ｜ ＜ １．５ （２−３）
ただし、ηＷ、ηTはそれぞれ広角端及び望遠端における、変倍作用を有するバリエータ群の倍率である。
（１３） 前記形状可変ミラーが、最も物体側の負レンズ群に配置されていることを特徴とする（１）〜（１２）項に記載のズーム光学系。
（１４） 前記形状可変ミラーよりも物体側にある光学素子の焦点距離をｆ１ａとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする（１３）項に記載のズーム光学系。
【０１１３】
−８．０ ＜ ｆ１ａ／ｆＷＴ ＜ −０．５ （３−１）
ただし、ｆＷＴは、物点距離無限遠時の広角端及び望遠端の全系焦点距離をそれぞれｆＷ、ｆＴとしたときに以下の式により定義される値である。
【０１１４】ｆＷＴ ＝ √( ｆＷ × ｆＴ )（１５） 前記形状可変ミラーよりも物体側にある光学素子の焦点距離をｆ１ａとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする（１３）項に記載のズーム光学系。
【０１１５】
−６．０ ＜ ｆ１ａ／ｆＷＴ ＜ −０．８ （３−２）
ただし、ｆＷＴは、物点距離無限遠時の広角端及び望遠端の全系焦点距離をそれぞれｆＷ、ｆＴとしたときに以下の式により定義される値である。
【０１１６】ｆＷＴ ＝ √( ｆＷ × ｆＴ )（１６） 前記形状可変ミラーよりも物体側にある光学素子の焦点距離をｆ１ａとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする（１３）項に記載のズーム光学系。
【０１１７】
−４．０ ＜ ｆ１ａ／ｆＷＴ ＜ −１．０ （３−３）
ただし、ｆＷＴは、物点距離無限遠時の広角端及び望遠端の全系焦点距離をそれぞれｆＷ、ｆＴとしたときに以下の式により定義される値である。
【０１１８】ｆＷＴ ＝ √( ｆＷ × ｆＴ )（１７） 前記形状可変ミラーがピント合わせ機能を有し、変倍群の前方に前記形状可変ミラーを配置したことを特徴とする（２）〜（１６）項に記載のズーム光学系。
（１８） 光学素子群が変倍機能を有する変倍群であり、前記形状可変ミラーがピント合わせ機能とコンペセート機能を有し、前記変倍群の前方に前記形状可変ミラーを配置したことを特徴とする（１）、（３）〜（１６）項に記載のズーム光学系。
（１９） 物体側から順に、負のパワーの第１群、変倍作用を有する正のパワーの第２群、正のパワーの第３群で構成され、前記負のパワーの第１群に形状可変ミラーを配置したことを特徴とする（１）〜（１８）項に記載のズーム光学系。
（２０） 物体側から順に、負のパワーの第１群、変倍作用を有する正のパワーの第２群、正のパワーの第３群、正のパワーの第４群で構成され、前記負のパワーの第１群に形状可変ミラーを配置したことを特徴とする（１）〜（１９）項に記載のズーム光学系。
（２１） 少なくとも２つの形状可変ミラーを有し、少なくとも１つの形状可変ミラーが（１）〜（２０）項のいずれかに記載の特徴を有するズーム光学系。
（２２） ２枚の形状可変ミラーに入射する軸上光線の方位を表すベクトルの内積が負であることを特徴とする（２１）項に記載のズームレンズ。
（２３） ２枚の形状可変ミラーの間に絞りがあることを特徴とする（２１）、（２２）に記載のズーム光学系。
（２４） 形状可変ミラーによる光軸の折り曲げ角Φが７０°≦Φ≦１１０°を満足することを特徴とする（１）〜（２３）項に記載のズーム光学系。
（２５） （１）〜（２４）項に記載のズーム光学系を用いた撮像装置。
（２６） 静電気駆動又は電磁気力駆動又は圧電効果又は流体駆動の形状可変ミラーを用いたことを特徴とする（１）〜（２５）に記載のズーム光学系又は撮像装置。
（２７） 形状可変ミラーに代えて通常のミラーを用いたことを特徴とする（１）〜（２６）に記載のズーム光学系又は撮像装置。
【０１１９】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明のズーム光学系によれば、レンズの可動群が極力少なく、非常に小型で消費電力が極めて少なく、動作音が静かなズーム光学系及びそれを用いた撮像装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１のレンズ断面図である。
【図２】 本発明の実施例２のレンズ断面図である。
【図３】 本発明の実施例３のレンズ断面図である。
【図４】 本発明の実施例４のレンズ断面図である。
【図５】 本発明の実施例５のレンズ断面図である。
【図６】 本発明の実施例６のレンズ断面図である。
【図７】 本発明の実施例７のレンズ断面図である。
【図８】 本発明の実施例８のレンズ断面図である。
【図９】 本発明の実施例９のレンズ断面図である。
【図１０】 本発明の実施例１０のレンズ断面図である。
【図１１】 本発明の形状可変ミラーの変形を示す図である。
【図１２】 本発明の実施例１の物点距離無限遠時、広角端における横収差を表す図である。
【図１３】 本発明の実施例１の物点距離無限遠時、中間状態における横収差を表す図である。
【図１４】 本発明の実施例１の物点距離無限遠時、望遠端における横収差を表す図である。
【図１５】 本発明の実施例１の物点距離３００mm時、広角端における横収差を表す図である。
【図１６】 本発明の実施例１の物点距離３００mm時、中間状態における横収差を表す図である。
【図１７】 本発明の実施例１の物点距離３００mm時、望遠端における横収差を表す図である。
【図１８】 本発明の実施例１０の物点距離無限遠時、広角端における横収差を表す図である。
【図１９】 本発明の実施例１０の物点距離無限遠時、中間状態における横収差を表す図である。
【図２０】 本発明の実施例１０の物点距離無限遠時、望遠端における横収差を表す図である。
【図２１】 本発明の実施例１０の物点距離３００mm時、広角端における横収差を表す図である。
【図２２】 本発明の実施例１０の物点距離３００mm時、中間状態における横収差を表す図である。
【図２３】 本発明の実施例１０の物点距離３００mm時、望遠端における横収差を表す図である。
【図２４】 実施例１〜１０の各状態における形状可変ミラーの焦点距離を示す表である。
【図２５】 本発明に適用可能な形状可変ミラーとしての光学特性可変ミラーを用いたデジタルカメラのケプラー式ファインダーの概略構成図である。
【図２６】 本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９の他の例を示す概略構成図である。
【図２７】 図２６の例の可変形状鏡に用いる電極の一形態を示す説明図である。
【図２８】 図２６の例の可変形状鏡に用いる電極の他の形態を示す説明図である。
【図２９】 本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
【図３０】 本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
【図３１】 本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
【図３２】 図３１の例における薄膜コイル４２７の巻密度の状態を示す説明図である。
【図３３】 本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
【図３４】 図３３の例におけるコイル４２７の一配置例を示す説明図である。
【図３５】 図３３の例におけるコイル４２７の他の配置例を示す説明図である。
【図３６】 図３１に示した例において、コイル４２７を図３５のように配置した場合に適する永久磁石４２６の配置を示す説明図である。
【図３７】 本発明のズーム光学系を用いた撮像装置に適用可能な形状可変ミラーとしての可変形状鏡４０９を用いた撮像系の概略構成図である。
【図３８】 本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能なさらに他の例の可変形状鏡１８８の概略構成図である。
【図３９】 本発明に用いる形状可変ミラーに適用可能なマイクロポンプの一例を示す概略構成図である。
【図４０】 本発明に適用可能な、可変焦点レンズを応用した可変焦点ミラーを示す図である。
【図４１】 本発明に用いる形状可変ミラーに適用可能な可変形状鏡のさらに他の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
Ｇ１ 第１群
Ｇ２ 第２群
Ｇ３ 第３群
Ｇ４ 第４群
ＤＭ、ＤＭ１、ＤＭ２ 形状可変ミラー
Ｐ プリズム
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子撮像装置に用いるズーム光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のズーム光学系は、変倍作用を有するバリーエータ群と、それに伴う像面ずれ及び収差を補償するコンペンセータ群と、被写体にフォーカスをあわせるフォーカシング群等を有する。そして、ズーム光学系は、前記各々のレンズ群のうち、所定のレンズ群を光軸方向に移動させて、変倍及びピント調整、フォーカシングを行うように構成されている。
【０００３】変倍時やフォーカシングの際にはモーターを駆動してレンズを移動させるため、ズームの動作が緩慢であったり、動作音が大きかったり、電力消費量が大きいといった問題があった。しかも、モーターやそれを動作させる駆動回路を設ける必要があり、レンズ群を移動させる為の機械的機構は複雑であり、またその機械的機構を設ける為に広いスペースが必要になるため、装置が大型化してしまうという問題もあった。
【０００４】また、近年、小型で高解像なズーム光学系を用いた撮像装置が要求されてきており、例えば、特開平8-248318号公報、特開平11-220646号公報には、光路を折り返すことでコンパクト化したズーム光学系を用いた撮像装置が開示されているが、これらは単純に光路を折り返しただけに過ぎず、低消費電力化の問題に関しては解決していない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の課題を解決する為になされたものであり、レンズの可動群を極力少なくし、非常に小型で消費電力が極めて少なく、動作音が静かなズーム光学系及びそれを用いた撮像装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明では、電子撮像装置用のズーム光学系に、形状の変化する反射面を設けることにより、焦点ずれを補正するコンペンセート機能もしくはフォーカシング機能を有する撮像装置を構成することができるようにしている。
【０００７】すなわち、本発明のズーム光学系は、（１） 変倍時に移動する光学素子群を１つのみと、変倍に伴う像面ずれを補正するコンペンセート作用及びフォーカス作用を有する少なくとも１つの形状可変ミラーと、を有するズーム光学系。（第１の発明）
第１の発明によれば、フォーカシング作用及びコンペンセート作用を形状可変ミラーに持たせることで、メカ的な駆動機構が必要なレンズ群は変倍レンズ群のみとなり、モーター及び駆動回路などが１つのみあればよく、従属的に他のレンズ群を動かすためのカム等の部材を設けずにすみ、鏡枠構造が非常に簡易となり、撮像装置全体として、小型化、低コスト化が可能となる。
（２） 変倍作用もしくはその変倍に伴う像面ずれを補正するコンペンセート作用を有する変倍時に可動な少なくとも２つのレンズ群と、フォーカシング作用を有する形状可変ミラーと、を有するズーム光学系。（第２の発明）
第２の発明によれば、フォーカシング作用を形状可変ミラーに持たせることで、フォーカシングのために必要なモーター及び駆動回路などのレンズ移動機構を設ける必要がなく、小型化、低コスト化できる。
【０００８】また、これら第１、第２の発明によれば、反射面の形状を瞬間的に変化させることが可能であることから、フォーカシングが非常に高速で、しかも動作音が静かで低消費電力の撮像装置を実現することが可能となる。
（３） 前記形状可変ミラーは、偏心収差補正機能を有する回転非対称な曲面形状であることを特徴とする（１）、（２）項に記載のズーム光学系。（第３の発明）
形状可変ミラーが形状を変化させることによりパワーを持つとき、反射面が偏心配置されているため、偏心コマ収差が発生する。従って、良好な光学性能を得るためには、第３の発明のように、前記形状可変ミラーは、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面形状であることが望ましい。これにより、変倍時あるいは、フォーカシング時全域で、良好な結像性能を得ることが可能となる。
（４） 前記形状可変ミラーが、以下の条件式を満足することを特徴とする（１）、（３）項に記載のズーム光学系。
【０００９】φＤＭＷ ＞ φＤＭＳ （１−１）
φＤＭＴ ＞ φＤＭＳ （１−２）
ただし、φＤＭＷ、φＤＭＳ、φＤＭＴはそれぞれ、広角端、中間状態、望遠端における前記形状可変ミラーのパワーであり、物点距離無限遠時での値である。また前記値φＤＭＷ、φＤＭＳ、φＤＭＴは、前記形状可変ミラーの偏心方向（Y方向）面内でのパワーφＤＭｉｙ（ｉ＝Ｗ、Ｓ、Ｔ）と、それと垂直方向（X方向）面内でのパワーφＤＭｉｘ（ｉ＝Ｗ、Ｓ、Ｔ）との平均値であり、以下の定義とする。
【００１０】
φＤＭＷ＝（φＤＭＷｘ+φＤＭＷｙ）／２φＤＭＳ＝（φＤＭＳｘ+φＤＭＳｙ）／２φＤＭＴ＝（φＤＭＴｘ+φＤＭＴｙ）／２前記条件式（１−１）、（１−２）は、変倍における形状可変ミラーの変形量を小さくするための条件式であり、形状可変ミラーのパワーの変動を規定したもので、広角端におけるパワーが中間状態におけるパワーよりも強く、且つ望遠端におけるパワーも中間状態におけるパワーよりも強いことを示している。
【００１１】これにより最もパワーが小さくなるのは中間状態のときとなる。本発明の物点無距離限遠時の形状可変ミラーの変形を図１１に示す。（ａ）は広角端時、（ｂ）は中間状態時、（ｃ）は望遠端時の形状である。この例の場合は、広角端で正パワーの凹面鏡の形状となり、中間状態で平面形状となり、望遠端に近づくにつれて、又正パワーの凹面鏡となるように形状が変化する。
【００１２】また前記形状可変ミラーは、パワーを持たせれば持たせるほど、その反射面で発生する偏心収差が増大する。そのため条件式（１−１）、（１−２）とは異なる変形の仕方、例えば広角端で最もパワーが小さく、望遠端で最もパワーが大きくなるように変形すると、変形量が線形的に増加する構成となるため、最も変形量が大きくなる状態で性能が著しく悪化する。本発明の条件式（１−１）、（１−２）のような変形の仕方をすれば、最大変形量を小さくすることができ、良好な性能を確保することができる。
【００１３】また図１１の例は、物点距離無限遠時の中間状態の時に平面としたが、実際には製造ばらつきや、フォーカシングの際に必要な余裕量を持たせるために、すべての状態で凹面形状として、前記要因を吸収できるような構成にすればさらに望ましい。
（５） 前記形状可変ミラーは、負のパワーと正のパワーの状態を両方有し得ることを特徴とする（１）〜（４）項に記載のズーム光学系。
【００１４】変形量を極力小さくするためには、正パワーつまりは凹面鏡のみの変形にするよりも、正負両方のパワーになるように形状変形ミラーを変形させることで、変形量の絶対値を小さくすることができ、偏心収差の発生量を小さく抑えることが可能となる。その場合でも前記条件式（１−１）、（１−２）を満たせばなお好ましい。
（６） 前記形状可変ミラーは、正のパワーのみを有することを特徴とする（１）〜（４）項に記載のズーム光学系。
【００１５】形状可変ミラーの製造的な点から、正負両パワーに変形させるよりも、凹面鏡の形状のみにすることで、非常に簡単な構造で作製することが可能であり、安価な光学系を提供することが可能となる。
（７） 前記可変ミラーより物体側に少なくとも１つの負レンズを有することを特徴とする（１）〜（６）項に記載のズーム光学系。
【００１６】形状可変ミラーは、半導体プロセスで製造する場合を考え、有効径が小さいほど安価に生産することが可能である。そのためには可変ミラーより物体側に少なくとも負レンズを用いることで、特に広角端の軸外光線高を低く抑え、ミラーに入射する光線のエリアを小さくすることができるため、低価格化を実現することが可能となる。
（９） 少なくとも１つの屈折面が、回転非対称な面で構成されていることを特徴とする（１）〜（７）項に記載のズーム光学系。
【００１７】これにより、形状可変ミラーで発生する偏心収差を緩和することが可能となる。
（１０） 以下の条件式を満足することを特徴とする、（１）〜（９）項に記載のズーム光学系。
【００１８】
０．３ ＜ ｜ηＷ｜×｜ηＴ｜ ＜ ３．０ （２−１）
ただし、ηＷ、ηTはそれぞれ広角端及び望遠端における、変倍作用を有するバリエータ群の倍率である。
【００１９】条件式（２−１）は広角端と望遠端のバリエータの倍率を掛け合わせものであり、光学系全体を小さくするための条件式である。負正の２群ズームを考えた場合、近軸的には、バリエータの焦点距離をｆ２、倍率をηとしたときに、物体から像面までの距離IOはIO＝ｆ２（−η−（１／η）＋２）
で与えられるため、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜=１とした場合にズーム光学系の全長を最も小さくできる。そのため条件式（２−１）の下限もしくは上限を超えると、光学系全体が大きくなり好ましくない。条件式（２−１）の範囲内でズームレンズを構成することで、形状可変ミラーのコンペンセート作用が広角端もしくは望遠端で最もパワーを強く必要とし、中間状態で最もパワーを弱くできるため、形状可変ミラーの変形量を小さくするような構成をとることができる。
（１１） 以下の条件式を満足することを特徴とする、（１）〜（９）項に記載のズーム光学系。
【００２０】
０．５ ＜ ｜ηＷ｜×｜ηＴ｜ ＜ ２．０ （２−２）
ただし、ηＷ、ηTはそれぞれ広角端及び望遠端における、変倍作用を有するバリエータ群の倍率である。
【００２１】条件式（２−１）に代えて条件式（２−２）を満足すれば、さらにレンズ全体を小さくでき、形状可変ミラーの変形量も小さくすることが可能となる。
（１２） 以下の条件式を満足することを特徴とする、（１）〜（９）項に記載のズーム光学系。
【００２２】
０．６ ＜ ｜ηＷ｜×｜ηＴ｜ ＜ １．５ （２−３）
ただし、ηＷ、ηTはそれぞれ広角端及び望遠端における、変倍作用を有するバリエータ群の倍率である。
【００２３】条件式（２−２）に代えて条件式（２−３）を満足すれば、より好ましい。
（１３） 前記形状可変ミラーが、最も物体側の負レンズ群に配置されていることを特徴とする（１）〜（１２）項に記載のズーム光学系。
【００２４】フォーカシングを行う場合、最も物体側の負レンズ群に形状可変ミラーを挿入することで、変倍における収差変動を小さくできる。前群でフォーカシングすると、全体繰り出しと比較して、同一物点距離での変形量を略等しくできるため、広角端から望遠端にいたるまで変倍したときに、フォーカシングずれが生じない等のメリットがある。
（１４） 前記形状可変ミラーよりも物体側にある光学素子の焦点距離をｆ１ａとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする（１３）項に記載のズーム光学系。
【００２５】
−８．０ ＜ ｆ１ａ／ｆＷＴ ＜ −０．５ （３−１）
ただし、ｆＷＴは、物点距離無限遠時の広角端及び望遠端の全系焦点距離をそれぞれｆＷ、ｆＴとしたときに以下の式により定義される値である。
【００２６】ｆＷＴ ＝ √( ｆＷ × ｆＴ )条件式（３−１）の下限を超えると負レンズ群のパワーが非常に弱くなり、形状可変ミラーの広角端での軸外光線高を小さくすることができず、ミラーの大型化を招くとともに、そのミラーで発生する偏心収差を小さく抑えられず好ましくない。条件式（３−１）の上限を超えると、負レンズ群のパワーが強くなりすぎ、ミラーを小さくすることは可能であるが、その負レンズで発生する回転対称な収差、特にコマ収差や倍率色収差を補正することが難しくなり好ましくない。条件式（３−１）を満足すれば、形状可変ミラーの小型化、低価格化、及び良好な性能の確保を達成できる。
（１５） 前記形状可変ミラーよりも物体側にある光学素子の焦点距離をｆ１ａとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする（１３）項に記載のズーム光学系。
【００２７】
−６．０ ＜ ｆ１ａ／ｆＷＴ ＜ −０．８ （３−２）
ただし、ｆＷＴは、物点距離無限遠時の広角端及び望遠端の全系焦点距離をそれぞれｆＷ、ｆＴとしたときに以下の式により定義される値である。
【００２８】ｆＷＴ ＝ √( ｆＷ × ｆＴ )条件式（３−１）に代えて条件式（３−２）を満足すれば、形状可変ミラーをさらに小さくでき、良好な性能を確保できる。
（１６） 前記形状可変ミラーよりも物体側にある光学素子の焦点距離をｆ１ａとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする（１３）項に記載のズーム光学系。
【００２９】
−４．０ ＜ ｆ１ａ／ｆＷＴ ＜ −１．０ （３−３）
ただし、ｆＷＴは、物点距離無限遠時の広角端及び望遠端の全系焦点距離をそれぞれｆＷ、ｆＴとしたときに以下の式により定義される値である。
【００３０】ｆＷＴ ＝ √( ｆＷ × ｆＴ )条件式（３−２）に代えて条件式（３−３）を満足すれば、上記効果は更に大きくなる。
（１７） 前記形状可変ミラーがピント合わせ機能を有し、変倍群の前方に前記形状可変ミラーを配置したことを特徴とする（２）〜（１６）項に記載のズーム光学系。
（１８） 光学素子群が変倍機能を有する変倍群であり、前記形状可変ミラーがピント合わせ機能とコンペセート機能を有し、前記変倍群の前方に前記形状可変ミラーを配置したことを特徴とする（１）、（３）〜（１６）項に記載のズーム光学系。
（１９） 物体側から順に、負のパワーの第１群、変倍作用を有する正のパワーの第２群、正のパワーの第３群で構成され、前記負のパワーの第１群に形状可変ミラーを配置したことを特徴とする（１）〜（１８）項に記載のズーム光学系。
（２０） 物体側から順に、負のパワーの第１群、変倍作用を有する正のパワーの第２群、正のパワーの第３群、正のパワーの第４群で構成され、前記負のパワーの第１群に形状可変ミラーを配置したことを特徴とする（１）〜（１９）項に記載のズーム光学系。
【００３１】これら負先行のズームレンズは、変倍群として正レンズを移動させるものが主流であるが、これにより広角ズームレンズが可能となり、さらに負レンズ群に形状可変ミラーを配置すれば、形状可変ミラーを小さくすることが可能で、低価格化等のメリットがある。
【００３２】また更に、正先行型のズームレンズにしても良い。その場合変倍群としては負レンズ群が好ましく、そのような構成にすることで高変倍なズームレンズを達成することが可能となる。
（２１） 少なくとも２つの形状可変ミラーを有し、少なくとも１つの形状可変ミラーが（１）〜（２０）項のいずれかに記載の特徴を有するズーム光学系。
【００３３】形状可変ミラーで発生する偏心収差を、すべてのズーム時、すべての物点距離で無収差とすることはできない。そのため、その偏心収差をコンペンセートする補正素子として、もう１つの形状可変ミラーを用いることで、両方で発生する偏心収差をうまくコンペンセートすることができると同時に、変形量を２つの形状可変ミラーに分散させることが可能であり、すべての撮影状態で良好な性能を確保することが可能となる。
（２２） ２枚の形状可変ミラーに入射する軸上光線の方位を表すベクトルの内積が負であることを特徴とする（２１）項に記載のズームレンズ。
（２３） ２枚の形状可変ミラーの間に絞りがあることを特徴とする（２１）、（２２）に記載のズーム光学系。
（２４） 形状可変ミラーによる光軸の折り曲げ角Φが７０°≦Φ≦１１０°を満足することを特徴とする（１）〜（２３）項に記載のズーム光学系。
（２５） （１）〜（２４）項に記載のズーム光学系を用いた撮像装置。
（２６） 静電気駆動又は電磁気力駆動又は圧電効果又は流体駆動の形状可変ミラーを用いたことを特徴とする（１）〜（２５）に記載のズーム光学系又は撮像装置。
（２７） 形状可変ミラーに代えて通常のミラーを用いたことを特徴とする（１）〜（２６）に記載のズーム光学系又は撮像装置。また、形状可変ミラーを、他のレンズの製作誤差による光学性能の劣化を補償する形状に変形するように構成すれば、不良品の数を極端に減らすことができ、製作コストを抑えることができる。
【００３４】またズーム時において、絞り面を独立に移動させて、絞り面をできる限り形状可変ミラーの近くに配置すれば、形状可変ミラーの光線有効径を小さくすることができるため好ましい。
【００３５】また、形状可変ミラーの偏心方向に対して、撮像素子の短辺方向が平行になるように形状可変ミラーを配置すれば、形状可変ミラーの光線有効径を小さくすることができ、且つ収差補正上も有利なため望ましい。一方、デジタルカメラ等でデザイン上のメリット等の為に、形状可変ミラーの偏心方向に対して撮像素子の長辺方向が平行になるように配置してもよい。
【００３６】その他、形状可変ミラーがコンペンセート作用のみを有するようにし、その他のレンズ群を介してパンフォーカスとなるようにズーム光学系を構成しても、小型化、低コスト化できるので良い。なお、本発明で使用する自由曲面とは次の式(a)で定義されるものである。この定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【００３７】
ここで、上式(a)の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。
【００３８】球面項中、ｃ：頂点の曲率ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ2＋Ｙ2）
N：2以上の自然数である。
【００３９】自由曲面項は、 Σ(j=2〜66)ＣjＸmＹn ＝Ｃ2Ｘ＋Ｃ3Ｙ＋ ＋Ｃ4Ｘ2＋Ｃ5ＸＹ＋Ｃ6Ｙ2 ＋Ｃ7Ｘ3＋Ｃ8Ｘ2Ｙ＋Ｃ9ＸＹ2＋Ｃ10Ｙ3 ＋Ｃ11Ｘ4＋Ｃ12Ｘ3Ｙ＋Ｃ13Ｘ2Ｙ2＋Ｃ14ＸＹ3＋Ｃ15Ｙ4 ＋Ｃ16Ｘ5＋Ｃ17Ｘ4Ｙ＋Ｃ18Ｘ3Ｙ2＋Ｃ19Ｘ2Ｙ3＋Ｃ20ＸＹ4＋Ｃ21Ｙ5 ＋Ｃ22Ｘ6＋Ｃ23Ｘ5Ｙ＋Ｃ24Ｘ4Ｙ2＋Ｃ25Ｘ3Ｙ3＋Ｃ26Ｘ2Ｙ4＋Ｃ27ＸＹ5＋Ｃ28Ｙ6 ＋Ｃ29Ｘ7＋Ｃ30Ｘ6Ｙ＋Ｃ31Ｘ5Ｙ2＋Ｃ32Ｘ4Ｙ3＋Ｃ33Ｘ3Ｙ4＋Ｃ34Ｘ2Ｙ5 ＋Ｃ35ＸＹ6＋Ｃ36Ｙ7・・・ただし、Ｃj（ｊは２以上の整数）は係数である。
【００４０】上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、Ｘの奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。また、Ｙの奇数次項を全て０にすることによって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。
【００４１】また、上記の回転非対称な曲面形状の面である自由曲面の他の定義式として、Zernike多項式により定義できる。この面の形状は次式(b)により定義する。式(b)のＺ軸がZernike多項式の軸となる。回転非対称面の定義は、Ｘ−Ｙ面に対するＺの軸の高さの極座標で定義され、ＡはＸ−Ｙ面内のＺ軸からの距離、ＲはＺ軸回りの方位角で、Ｚ軸から測った回転角で表せられる。
【００４２】
ｘ＝Ｒ×cos(A) ｙ＝Ｒ×sin(A) Ｚ＝Ｄ2＋Ｄ3Ｒcos(A)＋Ｄ4Ｒsin(A) ＋Ｄ5Ｒ2cos(2A)＋Ｄ6（Ｒ2−１）＋Ｄ7Ｒ2sin(2A) ＋Ｄ8Ｒ3cos(3A)＋Ｄ9（３Ｒ3−２Ｒ）cos(A)＋Ｄ10（３Ｒ3−２Ｒ）sin(A) ＋Ｄ11Ｒ3sin(3A)＋Ｄ12Ｒ4cos(4A)＋Ｄ13（４Ｒ4−３Ｒ2）cos(2A) ＋Ｄ14（６Ｒ4−６Ｒ2＋１）＋Ｄ15（４Ｒ4−３Ｒ2）sin(2A)＋Ｄ16Ｒ4sin(4A) ＋Ｄ17Ｒ5cos(5A) ＋Ｄ18（５Ｒ5−４Ｒ3）cos(3A) ＋Ｄ19（１０Ｒ5−１２Ｒ3＋３Ｒ）cos(A) ＋Ｄ20（１０Ｒ5−１２Ｒ3＋３Ｒ）sin(A) ＋Ｄ21（５Ｒ5−４Ｒ3）sin(3A)＋Ｄ22Ｒ5sin(5A) ＋Ｄ23Ｒ6cos(6A)＋Ｄ24（６Ｒ6−５Ｒ4）cos(4A) ＋Ｄ25（１５Ｒ6−２０Ｒ4＋６Ｒ2）cos(2A) ＋Ｄ26（２０Ｒ6−３０Ｒ4＋１２Ｒ2−１）
＋Ｄ27（１５Ｒ6−２０Ｒ4＋６Ｒ2）sin(2A) ＋Ｄ28（６Ｒ6−５Ｒ4）sin(4A)＋Ｄ29Ｒ6sin(6A) ・・・(b)ただし、Ｄm（ｍは２以上の整数）は係数である。なお、Ｘ軸方向に対称な光学系として設計するには、Ｄ4，Ｄ5，Ｄ6、Ｄ10，Ｄ11，Ｄ12，Ｄ13，Ｄ14，Ｄ20，Ｄ21，Ｄ22・・・を利用する。
【００４３】上記定義式は、回転非対称な曲面形状の面の例示のために示したものであり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。数学的に同値ならば他の定義で曲面形状を表してもよい。
【００４４】本発明においては、(a)式中のxの奇数次の項を全て０とすることで、ｙ−ｚ面と平行な対称面を持つ自由曲面としている。また、偏心面については、光学系の基準面の中心からその面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面については、上記(a)式のＺ軸を中心とする傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβとγの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを意味する。
【００４５】また、偏心の順序は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の偏心が行われた後、α、β、γの順で座標系を回転させる。その座標系がミラー面のローカル座標となる。その後、反射された光線の座標系を定義するために、再びα、β、γの順で座標系を回転させて、定義座標系を定義する。
【００４６】また、反射面の傾きだけを示す場合も、偏心量としてその面の中心軸の傾き角が与えられている。また、非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、円錐係数をｋ、非球面係数をａ、ｂ、ｃ、ｄとしたとき、次式(c)で表される。
【００４７】
ｚ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）・（ｙ／ｒ）2｝1/2］＋ａｙ4 ＋ｂｙ6＋ｃｙ8＋ｄｙ10 ・・・(c)なお、上記数値データに関する説明は、本発明の各実施例の数値データに共通である。
【００４８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明のズーム光学系の実施例を説明する。実施例１〜８は、形状可変ミラーに、変倍による焦点ずれを補正するコンペンセート機能とフォーカシング機能の両方を持たせている。通常、コンペンセート及びフォーカシングの際にはレンズをメカ的に駆動するが、この場合はレンズを駆動させる必要がなく、形状可変ミラーを変形させるのみなので、鏡枠構造が非常に簡素化でき、低消費電力化等のメリットがある。
【００４９】実施例９、１０は、形状可変ミラーにフォーカシング機能のみを持たせている。この場合やはりメカ機構によるフォーカシングよりも低消費電力化が可能となり、フォーカシングに必要なメカ機構がなくなるため、鏡枠構造の簡素化が達成できる。
【００５０】実施例１〜１０のレンズ断面図をそれぞれ図１〜１０に示す。又、実施例１の収差図を図１２〜１７に、実施例１０の収差図を図１８〜２３に示す。図１２R>２〜２３中、それぞれ(a)はＸ正方向最大画角24.9°、Ｙ負方向最大画角-19.3°を通る主光線のＹ方向の横収差、(b)はＸ正方向最大画角24.9°、Ｙ負方向最大画角-19.3°を通る主光線のＸ方向の横収差、(c)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ負方向最大画角-19.3°を通る主光線のＹ方向の横収差、(d)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ負方向最大画角-19.3°を通る主光線のＸ方向の横収差、(e)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＹ方向の横収差、(f)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＸ方向の横収差、(g)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ正方向最大画角19.3°を通る主光線のＹ方向の横収差、(h)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ正方向最大画角19.3°を通る主光線のＸ方向の横収差、(i)はＸ正方向最大画角24.9°、Ｙ正方向最大画角19.3°を通る主光線のＹ方向の横収差、(j)はＸ正方向最大画角24.9°、Ｙ正方向最大画角19.3°を通る主光線のＸ方向の横収差、(k)はＸ正方向最大画角24.9°、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＹ方向の横収差、(l)はＸ正方向最大画角24.9°、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＸ方向の横収差を表している。
【００５１】又、実施例１〜１０の各状態における形状可変ミラーの焦点距離の表を図２４に示す。Ｙは形状可変ミラーの偏心方向、ＸはＹと垂直方向での値である。実施例１〜１０のレンズデータ中、"ASP"は非球面、"FFS"は自由曲面、"DM"は形状可変ミラー、"OB"は物体距離を示す。屈折率、アッベ数はd線のものである。可変の間隔Ｄi（i＝１、２、…）は順に広角端〜中間状態〜望遠端での値を表す。また各実施例とも最も像面側に２枚の平行平板が挿入されているが、これは撮像素子のカバーガラス、ＩＲカットフィルタ、ローパスフィルタを想定したものである。
（実施例１）
焦点距離：５．５mm〜７．７mm、開放Fナンバー：２．８〜３．４、撮像面のサイズ：５．３mm×４．０mm条件式の値：φＤＭＷ＝0.00080、φＤＭＳ＝0、φＤＭＴ＝0.00059ｆW＝5.48、ｆT＝7.74、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜＝1.00、f1a/fWT＝-2.33面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 0.00 2 30.47 1.20 1.7433 49.3 3 ASP[1] 8.00 4 FFS[1] （DM） 6.00 偏心[1] 5 11.43 1.50 1.7433 49.3 6 7.24 0.45 7 6.66 1.41 1.8467 23.8 8 7.94 D1＝4.51〜2.56〜1.00 9 絞り面 1.00 10 ASP[2] 1.50 1.5891 61.1 11 -14.44 0.15 12 5.11 1.81 1.4970 81.5 13 100.34 1.05 14 21.76 1.00 1.8467 23.8 15 3.87 D2＝4.01〜5.96〜7.52 16 45.00 2.53 1.5891 61.1 17 ASP[3] 1.21 18 ∞ 1.44 1.5477 62.8 19 ∞ 0.80 20 ∞ 0.60 1.5163 64.1 21 ∞ 0.50像 面 ∞ASP[1]曲率半径 8.10、k 0.0000a -2.1273×10-4、b 1.9957×10-6、c -4.6450×10-8、d -2.1118×10-10ASP[2]曲率半径 12.64、k 0.0000a -4.1455×10-4、b 4.3395×10-6、c -1.4426×10-6、d 9.2669×10-8ASP[3]曲率半径 -5.91、k 0.0000a 2.5869×10-3、b -5.1567×10-5、c 1.6963×10-6、d -1.7320×10-8FFS[1] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4 -0.2620×10-3 0.00000 -0.1983×10-3 -0.7545×10-3 -0.4217×10-3 -0.6827×10-3C6 -0.1499×10-3 0.00000 -0.1084×10-3 -0.4058×10-3 -0.2221×10-3 -0.3547×10-3C8 0.2868×10-5 0.00000 0.1210×10-5 -0.1345×10-5 0.7816×10-6 0.2216×10-6C10 -0.4234×10-6 0.00000 -0.6980×10-6 -0.3000×10-5 -0.1264×10-5 -0.2467×10-5C11 0.5954×10-6 0.00000 -0.5001×10-7 -0.6658×10-6 -0.1622×10-5 -0.2540×10-5C13 0.2226×10-5 0.00000 0.1603×10-7 0.9280×10-6 -0.3729×10-6 -0.7070×10-6C15 0.1669×10-6 0.00000 0.1154×10-6 -0.2434×10-6 -0.4477×10-6 -0.6478×10-6偏心[1]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α 45.00 β 0.00 γ 0.00（実施例２）
焦点距離：６．２mm〜８．７mm、開放Fナンバー：２．８〜３．４、撮像面のサイズ：５．３mm×４．０mm条件式の値：φＤＭＷ＝0.00082、φＤＭＳ＝0、φＤＭＴ＝0.00033ｆW＝6.15、ｆT＝8.69、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜＝0.96、f1a/fWT＝-1.86面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 0.00 2 ASP[1] 1.20 1.7433 49.3 3 ASP[2] 8.63 4 FFS[1] （DM） 5.00 偏心[1] 5 8.67 1.49 1.6584 50.9 6 6.29 0.61 7 6.92 2.61 1.8010 35.0 8 8.21 D1＝4.88〜2.81〜1.00 9 絞り面 1.00 10 ASP[3] 1.50 1.5891 61.1 11 -16.62 0.21 12 5.26 2.34 1.4970 81.5 13 -161.25 1.10 14 -669.86 1.01 1.8052 25.4 15 3.94 D2＝3.40〜5.46〜7.28 16 17.47 2.94 1.5891 61.1 17 ASP[4] 1.34 18 ∞ 1.44 1.5477 62.8 19 ∞ 0.80 20 ∞ 0.60 1.5163 64.1 21 ∞ 0.50像 面 ∞ASP[1]曲率半径 -58.50、k 0.0000a -6.6247×10-6、b 9.8071×10-7ASP[2]曲率半径 12.32、k 0.0000a -1.1146×10-4、b 3.8680×10-6、c -6.2088×10-8、d 1.1297×10-9ASP[3]曲率半径 12.82、k 0.0000a -3.1136×10-4、b 7.1143×10-6、c -1.3002×10-6、d 6.8836×10-8ASP[4]曲率半径 -8.27、k 0.0000a 1.2234×10-3、b -4.9830×10-5、c 2.5374×10-6、d -6.1373×10-8FFS[1] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4 -0.2855×10-3 0.00000 -0.1077×10-3 -0.6917×10-3 -0.3795×10-3 -0.5224×10-3C6 -0.1484×10-3 0.00000 -0.5770×10-4 -0.3592×10-3 -0.1942×10-3 -0.2658×10-3C8 -0.4089×10-5 0.00000 -0.1369×10-5 -0.8687×10-5 -0.4097×10-5 -0.6243×10-5C10 -0.2060×10-5 0.00000 -0.8674×10-6 -0.5115×10-5 -0.2677×10-5 -0.3812×10-5C11 0.3563×10-5 0.00000 -0.1528×10-5 0.4427×10-5 0.9609×10-6 -0.5822×10-6C13 0.4478×10-5 0.00000 -0.1256×10-5 0.5425×10-5 0.1665×10-5 0.2475×10-6C15 0.8594×10-6 0.00000 -0.3041×10-6 0.1000×10-5 0.1291×10-6 -0.2954×10-6偏心[1]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α 45.00 β 0.00 γ 0.00（実施例３）
焦点距離：６．３mm〜１４．３mm、開放Fナンバー：２．８〜４．９、撮像面のサイズ：５．３mm×４．０mm条件式の値：φＤＭＷ＝0.00221、φＤＭＳ＝-0.00007、φＤＭＴ＝0.00277ｆW＝6.28、ｆT＝14.24、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜＝1.39、f1a/fWT＝-3.03面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 0.00 2 ASP[1] 1.20 偏心[1] 1.7017 43.4 3 ASP[2] 10.99 偏心[1] 4 FFS[1] （DM） 6.00 偏心[2] 6 35.09 1.50 偏心[3] 1.7775 50.1 7 17.63 0.48 偏心[3] 8 11.06 4.40 偏心[3] 1.8467 23.8 9 11.62 D1＝12.56〜7.28〜1.00 偏心[3] 10 絞り面 1.00 偏心[4] 11 ASP[3] 1.50 1.7433 49.3 12 -32.15 1.63 13 6.17 3.19 1.4970 81.5 14 43.62 0.45 15 23.97 1.43 1.8467 23.8 16 4.56 D2＝2.03〜7.31〜13.59 17 ASP[4] 3.38 1.5891 61.1 18 ASP[5] 2.09 19 ∞ 1.44 1.5477 62.8 20 ∞ 0.80 21 ∞ 0.60 1.5163 64.1 22 ∞ 0.50像 面 ∞ASP[1]曲率半径 -61.10、k 0.0000a 2.3291×10-8、b 3.1336×10-9、c 8.2212×10-11、d 7.3824×10-13ASP[2]曲率半径 30.19、k 0.0000a -3.6882×10-5、b 4.9180×10-7、c -4.8873×10-9、d 2.5287×10-11ASP[3]曲率半径 17.23、k 0.0000a -1.1355×10-4、b 2.8904×10-6、c -4.2581×10-7、d 1.8353×10-8ASP[4]曲率半径 27.79、k 0.0000a 4.4055×10-6、b -2.5690×10-5、c 9.2414×10-7、d -3.7156×10-8ASP[5]曲率半径 -6.99、k 0.0000a 1.2820×10-3、b -4.1317×10-5、c 8.7857×10-7、d -1.7395×10-8FFS[1] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4-0.7887×10-3 -0.8674×10-18 -0.9872×10-3 -0.1077×10-2 -0.2094×10-3 -0.1278×10-2C6-0.4141×10-3 -0.5421×10-18 -0.5039×10-3 -0.5685×10-3 -0.1046×10-3 -0.6487×10-3C8 -0.1014×10-4 0.1814×10-5 0.6911×10-5 0.1518×10-5 0.6295×10-5 0.3752×10-5C10 0.4536×10-5 0.1772×10-5 0.2476×10-6 0.1183×10-5 0.1966×10-5 -0.7993×10-6C11 0.8289×10-5 0.9446×10-5 0.9715×10-5 0.8847×10-5 0.8051×10-5 0.9628×10-5C13 0.7933×10-5 0.7783×10-5 0.9975×10-5 0.8228×10-5 0.7237×10-5 0.1024×10-4C15 0.2279×10-5 0.2452×10-5 0.2712×10-5 0.2289×10-5 0.1930×10-5 0.2641×10-5C17-0.2938×10-6 0.1623×10-6 -0.5628×10-6 -0.4227×10-6 -0.2783×10-6 -0.4702×10-6C19 0.7544×10-7 -0.2348×10-6 0.4162×10-6 0.2028×10-7 0.2833×10-7 0.3645×10-6C21 -0.7082×10-7 0.4064×10-7 0.4552×10-7 -0.2609×10-7 -0.1019×10-7 -0.5763×10-8偏心[1]Ｘ 0.00 Ｙ -0.14 Ｚ 0.00α 0.00 β 0.00 γ 0.00偏心[2]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α 45.00 β 0.00 γ 0.00偏心[3]Ｘ 0.00 Ｙ -0.29 Ｚ 0.00α 0.00 β 0.00 γ 0.00偏心[4]Ｘ 0.00 Ｙ -0.20 Ｚ 0.00α 0.00 β 0.00 γ 0.00実施例１〜３は、物体側から順に、負パワーを有する第１群Ｇ１と、正パワーを有する第２群Ｇ２と、正パワーを有する第３群Ｇ３とからなり、第２群Ｇ２を移動させることにより変倍作用を持たせ、それにより生じる焦点ずれを、第１群Ｇ１中に設けた形状可変ミラーＤＭの反射面によって補正すると同時に、フォーカシングを行うように構成されている。
【００５２】また形状可変ミラーは、物点距離が無限遠で、変倍の中間状態の時に平面形状とし、中間状態から広角端に変倍するにつれ、また中間状態から望遠端に変倍するにつれ、それぞれ凸パワーの凹面鏡に変形するように設計してある。このような形状変化をすると形状の変形量を最も小さく抑えることができる。
【００５３】また、可変形状ミラーが変形すると、微小ではあるが偏心コマ収差が発生する。特に物点無限遠時と比較して、至近の時に形状可変ミラーの変形量が最も大きくなり、変形量が大きくなるほど発生するコマ収差も大きくなる。そのため実施例３に関しては、物点無限遠時の性能と至近の性能とをバランスさせて、全域で良好な性能を保つために、第１群Ｇ１の最も物体側の負レンズ及び第１群１Gの像側のレンズと、第２群G２から像面までのレンズ系とを相対的に偏心させて配置してある。これにより、フォーカシング時の偏心コマ収差の発生をバランスさせることができ、全域で良好な性能を確保することが可能となる。
（実施例４）
焦点距離：４．８mm〜６．７mm、開放Fナンバー：２．８〜３．５、撮像面のサイズ：４．０mm×３．０mm条件式の値：φＤＭＷ＝0.00058、φＤＭＳ＝0、φＤＭＴ＝0.00054ｆW＝4.78、ｆT＝6.65、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜＝0.99、f1a/fWT＝-2.11面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 0.00 2 -28.79 1.20 1.6864 31.4 3 ASP[1] 8.00 4 FFS[1] （DM） 5.00 偏心[1] 5 6.59 0.80 1.7260 51.8 6 5.06 0.58 7 5.50 2.00 1.8500 24.0 8 5.99 D1＝4.04〜2.46〜1.00 9 絞り面 1.00 10 ASP[2] 1.50 1.5891 61.1 11 -16.32 0.96 12 5.93 2.11 1.4970 81.5 13 -8.29 0.83 14 -16.16 1.00 1.8467 23.8 15 3.69 D2＝1.83〜3.42〜4.87 16 20.45 2.00 1.5891 61.1 17 ASP[3] 1.00 18 ∞ 1.44 1.5477 62.8 19 ∞ 0.80 20 ∞ 0.60 1.5163 64.1 21 ∞ 0.50像 面 ∞ASP[1]曲率半径 11.58、k 0.0000a -2.3084×10-4、b 4.7641×10-6、c -1.6028×10-7、d 1.7944×10-9ASP[2]曲率半径 8.86、k 0.0000a -1.0073×10-3、b -2.7489×10-6、c -4.5129×10-6、d 1.8575×10-7ASP[3]曲率半径 -5.89、k 0.0000a 2.2698×10-3、b -6.3017×10-5、c 2.4640×10-6、d -6.2419×10-8FFS[1] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4 -0.2092×10-3 0.00000 -0.1768×10-3 -0.5943×10-3 -0.3505×10-3 -0.5650×10-3C6 -0.1097×10-3 0.00000 -0.9391×10-4 -0.3104×10-3 -0.1794×10-3 -0.2866×10-3C8 -0.4827×10-5 0.00000 -0.8284×10-6 -0.8890×10-5 -0.2404×10-5 -0.4196×10-5C10 -0.1774×10-5 0.00000 -0.1194×10-5 -0.4818×10-5 -0.2137×10-5 -0.4316×10-5C11 0.7025×10-5 0.00000 -0.2567×10-5 0.9087×10-5 0.1360×10-5 -0.1341×10-5C13 0.7642×10-5 0.00000 -0.1743×10-5 0.1067×10-4 0.3101×10-5 0.1004×10-5C15 0.1833×10-5 0.00000 -0.5602×10-6 0.2189×10-5 0.7518×10-7 -0.6562×10-6偏心[1]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α 45.00 β 0.00 γ 0.00（実施例５）
焦点距離：４．７mm〜６．７mm、開放Fナンバー：２．８〜３．５、撮像面のサイズ：４．０mm×３．０mm条件式の値：φＤＭＷ＝-0.00009、φＤＭＳ＝-0.00131、φＤＭＴ＝-0.00022ｆW＝4.68、ｆT＝6.70、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜＝0.95、f1a/fWT＝-2.22面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 0.00 2 22.53 1.20 1.6960 51.4 3 ASP[1] 8.00 4 FFS[1] （DM） 5.00 偏心[1] 6 13.17 0.80 1.7433 49.3 7 8.43 0.37 8 6.61 2.00 1.8467 23.8 9 7.19 D1＝4.09〜2.46〜1.00 10 絞り面 1.00 11 ASP[2] 1.50 1.5891 61.1 12 -13.83 0.15 13 4.99 1.74 1.4970 81.5 14 -53.88 0.90 15 14.76 1.20 1.8467 23.8 16 3.35 D2＝2.50〜4.14〜5.59 17 42.69 2.00 1.5891 61.1 18 ASP[3] 1.40 19 ∞ 1.44 1.5477 62.8 20 ∞ 0.80 21 ∞ 0.60 1.5163 64.1 22 ∞ 0.50像 面 ∞ASP[1]曲率半径 6.12、k 0.0000a -2.4900×10-4、b -3.3204×10-6、c 2.5404×10-8、d -8.6523×10-9ASP[2]曲率半径 12.14、k 0.0000a -7.1556×10-4、b 1.4336×10-5、c -4.3692×10-6、d 3.0318×10-7ASP[3]曲率半径 -7.33、k 0.0000a 1.0166×10-3、b -3.4308×10-5、c 6.4571×10-7、d -1.4614×10-8FFS[1] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4 0.2333×10-4 0.4534×10-3 0.8940×10-4 -0.3912×10-3 0.3594×10-4 -0.3351×10-3C6 0.1189×10-4 0.2352×10-3 0.4308×10-4 -0.2068×10-3 0.1760×10-4 -0.1717×10-3C8 -0.3877×10-5 -0.1534×10-5 0.1511×10-5 -0.4828×10-5 0.1810×10-5 -0.1177×10-5C10 -0.1190×10-5 0.1910×10-5 0.5476×10-6 -0.3362×10-5 0.6621×10-6 -0.2459×10-5C11 0.5844×10-5 -0.1311×10-5 -0.5379×10-5 0.3679×10-5 -0.3500×10-5 -0.7348×10-5C13 0.5814×10-5 -0.2703×10-5 -0.5762×10-5 0.3846×10-5 -0.3642×10-5 -0.6718×10-5C15 0.1397×10-5 -0.4743×10-6 -0.1374×10-5 0.9066×10-6 -0.9087×10-6 -0.1891×10-5偏心[1]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α 45.00 β 0.00 γ 0.00（実施例６）
焦点距離：４．８mm〜８．９mm、開放Fナンバー：２．８〜４．２、撮像面のサイズ：４．０mm×３．０mm条件式の値：φＤＭＷ＝0.00028、φＤＭＳ＝-0.00152、φＤＭＴ＝0.00009ｆW＝4.80、ｆT＝8.89、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜＝0.97、f1a/fWT＝-2.43面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 0.00 2 -41.63 1.70 1.4900 70.0 3 ASP[1] 10.00 4 FFS[1] （DM） 5.00 偏心[1] 6 9.66 1.50 1.5483 43.7 7 5.92 0.61 8 6.40 3.00 1.7875 44.4 9 7.74 D1＝8.25〜3.99〜1.00 10 絞り面 1.00 11 ASP[2] 1.50 1.5891 61.1 12 -13.89 0.63 13 4.94 2.01 1.4970 81.5 14 12.09 1.25 15 22.64 1.47 1.8467 23.8 16 3.82 D2＝1.32〜5.58〜8.57 17 10.15 2.78 1.5891 61.1 18 ASP[3] 1.00 19 ∞ 1.44 1.5477 62.8 20 ∞ 0.80 21 ∞ 0.60 1.5163 64.1 22 ∞ 0.50像 面 ∞ASP[1]曲率半径 9.69、k 0.0000a -1.8247×10-4、b 1.4614×10-6、c -5.5828×10-8、d 2.9088×10-10ASP[2]曲率半径 13.85、k 0.0000a -2.8799×10-4、b 2.4557×10-5、c -6.0817×10-6、d 5.1231×10-7ASP[3]曲率半径 -7.90、k 0.0000a 1.4751×10-3、b -4.1539×10-5、c 1.2881×10-6、d -1.9277×10-8FFS[1] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4 -0.1050×10-3 0.5382×10-3 -0.1525×10-4 -0.5104×10-3 0.1341×10-3 -0.4302×10-3C6 -0.5252×10-4 0.2787×10-3 -0.8943×10-5 -0.2672×10-3 0.6889×10-4 -0.2167×10-3C8 -0.5658×10-5 -0.5258×10-5 0.4209×10-6 -0.7952×10-5 0.3004×10-5 -0.2887×10-5C10 -0.1924×10-5 0.6389×10-6 -0.1642×10-6 -0.4258×10-5 0.1262×10-5 -0.2989×10-5C11 0.5585×10-5 -0.6362×10-5 -0.7457×10-5 0.5948×10-5 -0.6452×10-5 -0.7643×10-5C13 0.6128×10-5 -0.7801×10-5 -0.7828×10-5 0.6799×10-5 -0.6266×10-5 -0.7248×10-5C15 0.1364×10-5 -0.1718×10-5 -0.1832×10-5 0.1400×10-5 -0.1735×10-5 -0.2027×10-5偏心[1]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α 45.00 β 0.00 γ 0.00実施例４〜６に関しては、構成は実施例１と同様である。実施例５、６に関しては、形状可変ミラーＤＭの変形を凹面及び凸面の両方に変形するように設計してある。上述したように、偏心コマ収差をあまり発生させない条件は、形状可変ミラーにパワーをあまり持たせないことであり、凹凸両方に変形させるとパワーの絶対値は小さくなるため、良好な性能を確保できる。
（実施例７）
焦点距離：７．１mm〜１１．９mm、開放Fナンバー：２．８〜３．５、撮像面のサイズ：５．３mm×４．０mm条件式の値：（ＤＭ1）φＤＭＷ＝0.00105、φＤＭＳ＝0、φＤＭＴ＝0.00220（ＤＭ2）φＤＭＷ＝0.00062、φＤＭＳ＝-0.00114、φＤＭＴ＝-0.00129ｆW＝7.14、ｆT＝11.93、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜＝1.12、f1a/fWT＝-2.74面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 0.00 2 ASP[1] 1.20 1.7433 49.3 4 FFS[1]（DM1） 6.00 偏心[1] 5 -82.61 0.80 1.6622 49.9 6 10.47 0.61 7 11.89 3.86 1.8467 23.8 8 36.83 D1＝8.11〜4.12〜1.00 9 絞り面 1.00 10 ASP[3] 1.86 1.5891 61.1 11 -39.40 0.15 12 10.81 2.88 1.4970 81.5 13 -20.54 0.33 14 21.28 1.00 1.8467 23.8 15 7.85 D2＝3.44〜7.43〜10.55 16 -7.55 1.27 1.8467 23.8 17 -10.92 2.00 1.4901 70.0 18 -7.75 0.20 19 ASP[4] 2.00 1.5891 61.1 20 -7.38 4.50 21 FFS[2]（DM2） 4.50 偏心[2] 22 ∞ 1.44 1.5477 62.8 23 ∞ 0.80 24 ∞ 0.60 1.5163 64.1 25 ∞ 0.50像 面 ∞ASP[1]曲率半径 -14.83、k 0.0000a -9.0525×10-6、b 2.3540×10-7、c 2.1197×10-8、d -2.0309×10-10ASP[2]曲率半径 -72.56、k 0.0000a -1.2376×10-4、b 4.4288×10-7、c 2.0938×10-8、d -2.1987×10-10ASP[3]曲率半径 16.54、k 0.0000a -2.4802×10-4、b -1.7093×10-7、c -5.2350×10-8、d 7.2794×10-10ASP[4]曲率半径 -15.04、k 0.0000a -5.5003×10-4、b -3.4369×10-6、c 3.3520×10-8、d -2.9237×10-9FFS[1] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4 -0.2959×10-3 0.00000 -0.6792×10-3 -0.6866×10-3 -0.2944×10-3 -0.9251×10-3C6 -0.2344×10-3 0.00000 -0.4345×10-3 -0.3704×10-3 -0.1585×10-17 -0.6659×10-3C8 -0.5887×10-6 0.00000 -0.1672×10-5 -0.1159×10-4 -0.4107×10-5 -0.1242×10-4C10 0.5270×10-5 0.00000 -0.1217×10-5 -0.7552×10-5 -0.2805×10-5 -0.9175×10-5C11 0.1004×10-5 0.00000 -0.3657×10-6 0.3098×10-5 0.4024×10-6 -0.4411×10-6C13 0.1695×10-5 0.00000 -0.9645×10-6 0.3139×10-5 -0.8054×10-7 0.1925×10-6C15 0.1377×10-6 0.00000 0.1810×10-6 0.8728×10-6 -0.6982×10-7 0.4317×10-6FFS[2] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4 0.4127×10-3 -0.3113×10-3 0.7130×10-4 0.9262×10-3 0.6530×10-3 0.2059×10-2C6 0.6767×10-4 -0.2188×10-3 -0.3914×10-3 0.4102×10-3 0.7690×10-3 0.4400×10-4C8 0.1751×10-4 -0.6127×10-5 0.7527×10-5 0.7257×10-4 0.4556×10-4 0.2088×10-3C10 -0.1996×10-4 -0.8252×10-5 -0.3782×10-4 0.4337×10-4 0.6140×10-4 0.5172×10-4C11 -0.1706×10-5 -0.5449×10-5 0.2091×10-5 -0.5018×10-5 -0.7665×10-5 0.3725×10-5C13-0.8451×10-6 -0.3821×10-5 -0.6043×10-5 -0.1267×10-5 -0.2409×10-5 0.1117×10-4C15-0.3113×10-5 -0.9084×10-6 -0.5430×10-5 0.1344×10-5 0.2986×10-5 0.1691×10-5偏心[1]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α 45.00 β 0.00 γ 0.00偏心[2]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α -45.00 β 0.00 γ 0.00（実施例８）
焦点距離：６．２mm〜１１．３mm、開放Fナンバー：２．８〜３．５、撮像面のサイズ：５．３mm×４．０mm条件式の値：φＤＭＷ＝0.00230、φＤＭＳ＝0、φＤＭＴ＝0.00214ｆW＝6.24、ｆT＝11.30、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜＝1.19、f1a/fWT＝-1.58面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 0.00 2 ASP[1] 1.20 1.7349 51.5 3 ASP[2] 11.00 4 FFS[1] （DM） 6.00 偏心[1] 6 12.58 0.80 1.5189 50.5 7 7.52 0.60 8 8.40 1.27 1.8500 24.0 9 11.32 D1＝12.40〜5.38〜1.00 10 絞り面 1.00 11 ASP[3] 1.50 1.5891 61.1 12 -60.60 0.15 13 6.66 1.92 1.4970 81.5 14 -27.73 0.32 15 42.57 1.00 1.8010 35.0 16 5.43 D2＝1.56〜8.58〜12.96 17 84.56 2.17 1.7800 50.0 18 -4.89 1.00 1.8010 35.0 19 ASP[4] 0.30 20 FFS[2] 4.30 1.5254 55.8 21 FFS[3] 4.20 偏心[2] 1.5254 55.8 22 FFS[4] 3.91 23 ∞ 1.44 1.5477 62.8 24 ∞ 0.80 25 ∞ 0.60 1.5163 64.1 26 ∞ 0.50像 面 ∞ASP[1]曲率半径 ∞、k 0.0000a -2.2144×10-4、b 3.5125×10-6、c -6.7064×10-9、d -4.5346×10-10ASP[2]曲率半径 9.78、k 0.0000a -4.5914×10-4、b 3.2493×10-6、c 2.3687×10-8、d -1.8362×10-9ASP[3]曲率半径 13.09、k 0.0000a -2.5917×10-4、b -1.1577×10-6、c -1.5219×10-7、d 3.0646×10-9ASP[4]曲率半径 -15.63、k 0.0000a -4.8761×10-4、b 1.9793×10-5、c -1.1371×10-7、d 4.9099×10-8FFS[1] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4 -0.8174×10-3 0.00000 -0.7192×10-3 -0.1173×10-2 -0.3175×10-3 -0.1056×10-2C6 -0.4262×10-3 0.00000 -0.3696×10-3 -0.6119×10-3 -0.1663×10-3 -0.5365×10-3C8 -0.2325×10-4 0.00000 -0.1557×10-4 -0.2680×10-4 -0.1139×10-4 -0.2410×10-4C10 -0.3381×10-5 0.00000 -0.7205×10-5 -0.6975×10-5 -0.1887×10-5 -0.1138×10-4C11 0.1363×10-4 0.00000 -0.5743×10-5 0.1389×10-4 -0.1325×10-5 -0.6598×10-5C13 0.1273×10-4 0.00000 -0.5205×10-5 0.1298×10-4 -0.1293×10-5 -0.6364×10-5C15 0.4293×10-5 0.00000 -0.1173×10-5 0.4170×10-5 -0.6192×10-7 -0.1577×10-5FFS[2]Ｃ4 -1.3509×10-1 Ｃ6 -1.3447×10-1 Ｃ8 8.8280×10-5Ｃ10 -4.4253×10-4 Ｃ11 -2.0610×10-3 Ｃ13 -4.0152×10-3Ｃ15 -1.9202×10-3 Ｃ68 1.0000FFS[3]Ｃ4 -8.4640×10-4 Ｃ6 -3.0023×10-4 Ｃ8 -1.9366×10-5Ｃ10 -1.7860×10-4 Ｃ11 -8.8384×10-6 Ｃ13 2.5759×10-5Ｃ15 1.2823×10-5 Ｃ68 1.0000FFS[4]Ｃ4 -6.0302×10-3 Ｃ6 -5.6802×10-3 Ｃ8 7.8972×10-5Ｃ10 2.2703×10-3 Ｃ11 2.8357×10-4 Ｃ13 3.8813×10-4Ｃ15 7.4152×10-5偏心[1]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α 45.00 β 0.00 γ 0.00偏心[2]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α -45.00 β 0.00 γ 0.00実施例７、８に関しても実施例１と同様の構成であるが、実施例７は形状可変ミラーの変形量を小さくし、また偏心コマ収差を良好に補正するために、コンペンセート及びフォーカシングの機能を第１群G１及び第３群G３中の２枚の形状可変ミラーＤＭ１、ＤＭ２を用いて行っている。特に実施例８に関しては、物点距離無限遠時と至近の時の性能をバランスよくさせるために第３群G３に自由曲面形状のプリズムＰを使用している。
【００５４】実施例７、８で２枚の形状可変ミラーに入射する軸上光線の向きはほぼ逆向き（反平行）になっている。これは２枚の形状可変ミラーの間に絞りを置いた場合、軸外の物体の上側光線と下側光線の高さが２枚の形状可変ミラーで入れ替わるのでコマ収差の補正がしやすいメリットがあるからである。上記２枚の形状可変ミラーのレイアウトは次のように言い表すこともできる：２枚の形状可変ミラーに入射する"軸上光線の方位を表すベクトルの内積が負である"。
【００５５】又、形状可変ミラー１枚の実施例にも共通して言えることであるが、形状可変ミラーによる光軸の折り曲げ角Φは７０°≦Φ≦１１０°とするのが良い。７０°を下回ると光学部品、電子部品等がぶつかりやすくなる。１１０°を超えるとスペース的には楽だが収差が増える。
【００５６】８０°≦Φ≦１００°とするとなお良い。
（実施例９）
焦点距離：４．６mm〜１３．８mm、開放Fナンバー：２．８〜５．７、撮像面のサイズ：４．０mm×３．０mm条件式の値：φＤＭＷ＝0、φＤＭＳ＝0、φＤＭＴ＝0ｆW＝4.60、ｆT＝13.80、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜＝0.74、f1a/fWT＝-2.27面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 0.00 2 -50.02 1.70 1.4900 70.0 3 ASP[1] 11.74 4 FFS[1] （DM） 6.00 偏心[1] 5 -20.68 0.80 1.5704 46.9 6 446.69 0.15 7 10.08 2.00 1.8467 23.8 8 ASP[2] D1＝16.81〜9.51〜1.00 9 絞り面 1.00 10 ASP[3] 1.50 1.5891 61.1 11 19.75 0.25 12 6.60 1.92 1.4970 81.5 13 -36.65 1.16 14 7.51 1.01 1.8467 23.8 15 3.85 D2＝3.17〜12.87〜21.38 16 12.90 2.00 1.5891 61.1 17 ASP[4] D3＝3.39〜1.00〜1.00 18 ∞ 1.44 1.5477 62.8 19 ∞ 0.80 20 ∞ 0.60 1.5163 64.1 21 ∞ 1.00像 面 ∞ASP[1]曲率半径 10.89、k 0.0000a -2.3904×10-4、b 3.0098×10-7、c -1.5230×10-8、d 4.5277×10-11ASP[2]曲率半径 13.37、k 0.0000a 1.4368×10-4、b 3.3526×10-7、c 9.1518×10-8、d -2.0296×10-9ASP[3]曲率半径 9.68、k 0.0000a -3.4369×10-4、b -4.1559×10-6、c 8.7325×10-8、d -1.4374×10-8ASP[4]曲率半径 -36.59、k 0.0000a -2.0596×10-5、b -1.2193×10-5、c 3.1267×10-7、d 7.1790×10-10FFS[1] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4 0.00000 0.00000 0.00000 -0.4232×10-3 -0.3731×10-3 -0.4111×10-3C6 0.00000 0.00000 0.00000 -0.2309×10-3 -0.1878×10-3 -0.2065×10-3C8 0.00000 0.00000 0.00000 0.1430×10-5 0.6384×10-6 -0.6522×10-5C10 0.00000 0.00000 0.00000 -0.1198×10-5 -0.8587×10-6 -0.3864×10-5C11 0.00000 0.00000 0.00000 -0.3293×10-6 -0.4582×10-5 -0.8385×10-6C13 0.00000 0.00000 0.00000 -0.4014×10-6 -0.4615×10-5 -0.2660×10-6C15 0.00000 0.00000 0.00000 0.1126×10-6 -0.1249×10-5 -0.2518×10-6偏心[1]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α 45.00 β 0.00 γ 0.00実施例９は、物体側から順に、負パワーを有する第１群Ｇ１と、正パワーを有する第２群Ｇ２と、正パワーを有する第３群Ｇ３とからなり、第２群Ｇ２を移動させることにより変倍作用を持たせ、それにより生じる焦点ずれを、第３群を移動して補正し、第１群Ｇ１中に設けた形状可変ミラーＤＭの反射面によってフォーカシングを行うことができるように構成されている。
（実施例１０）
焦点距離：４．０mm〜１０．０mm、開放Fナンバー：２．８〜４．９、撮像面のサイズ：４．０mm×３．０mm条件式の値：φＤＭＷ＝0、φＤＭＳ＝0、φＤＭＴ＝0ｆW＝4.00、ｆT＝10.00、｜ηＷ｜×｜ηＴ｜＝0.98、f1a/fWT＝-1.93ただし上記ηＷとηTの値はそれぞれ広角端及び望遠端の、第２群から第３群までの倍率であり、第１０面から第１７面までのものである。
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 31.03 1.20 1.7725 49.6 2 9.43 7.50 3 ∞ 0.00 4 FFS[1] （DM） 6.00 偏心[1] 5 18.86 0.80 1.7433 49.3 6 ASP[1] 0.51 7 7.54 1.50 1.8467 23.8 8 11.20 D1＝9.79〜3.62〜1.00 9 絞り面 1.00 10 67.49 1.50 1.7292 54.7 11 -5.08 0.80 1.7627 37.4 12 -15.76 D2＝1.00〜3.09〜1.00 13 ASP[2] 1.87 1.7433 49.3 14 63.70 0.99 16 -14.77 1.01 1.7666 27.2 17 3.41 D3＝1.71〜5.79〜10.50 18 16.41 2.23 1.6935 53.2 19 ASP[3] 1.00 20 ∞ 1.00 1.5477 62.8 21 ∞ 0.50 22 ∞ 0.50 1.5163 64.1 23 ∞ 0.50像 面 ∞ASP[1]曲率半径 7.44、k -7.4873×10-1a 1.1872×10-4、b 9.9022×10-6、c -5.5493×10-7、d 1.7399×10-8ASP[2]曲率半径 6.41、k 3.3506×10-1a -3.5713×10-4、b 5.7439×10-6、c -2.4704×10-6、d 1.4017×10-7ASP[3]曲率半径 -8.22、k -4.2108×10-1a 1.4533×10-3、b -1.0326×10-4、c 4.4853×10-6、d -7.3043×10-8FFS[1] W OB=∞ S OB=∞ T OB=∞ W OB=300 S OB=300 T OB=300C4 0.00000 0.00000 0.00000 -0.5787×10-3 -0.5394×10-3 -0.5774×10-3C6 0.00000 0.00000 0.00000 -0.3101×10-3 -0.2755×10-3 -0.2875×10-3C8 0.00000 0.00000 0.00000 -0.1000×10-4 -0.3985×10-5 -0.4936×10-5C10 0.00000 0.00000 0.00000 -0.5066×10-5 -0.1636×10-5 -0.2879×10-5C11 0.00000 0.00000 0.00000 0.2234×10-5 -0.3496×10-5 -0.2316×10-6C13 0.00000 0.00000 0.00000 0.3180×10-5 0.7594×10-6 0.5011×10-5C15 0.00000 0.00000 0.00000 0.6290×10-6 -0.7623×10-6 -0.4072×10-6偏心[1]Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00α 45.00 β 0.00 γ 0.00実施例１０は、物体側から順に、負パワーを有する第１群Ｇ１と、正パワーを有する第２群Ｇ２と、正のパワーを有する第３群G３と、正パワーを有する第４群Ｇ４とからなり、第２群Ｇ２及び第３群Ｇ３を移動させることにより変倍作用を持たせると同時に焦点ずれも補正し、第１群Ｇ１中に設けた形状可変ミラーＤＭの反射面によってフォーカシングを行うことができるように構成されている。以上の説明では、すべて可変ミラーを用いた光学系について述べてきた。しかしながら、可変ミラーの代わりに通常の（形状の変わらない）ミラーを用いた場合にも、特に支障を来さない限り前述の条件式・制限等を適用してよい。なぜならミラーを用いた折り曲げ光学系の小型化のメリットはそのまま保たれるからである。以上のような本発明によるズーム光学系は、フィルムカメラ、デジタルカメラ、テレビカメラ、携帯端末用のカメラ、監視カメラ、ロボットの眼、電子内視鏡等に適用可能である。
【００５７】また、上述のズーム光学系では、レンズ群中に反射面を有する構成のズーム光学系について説明したが、反射面を有しない構成のズーム光学系についても可変形状面を備えた光学素子、例えば、可変焦点レンズ等を用いて構成すれば、小型化、低コスト化、省電力化、作動音の静音化等の効果を達成することが可能である。更に、可変形状面を有しない可変焦点ミラーを前記実施例に用いても良い。なお、可変焦点ミラーについては、その一例を図４０を用いて後述する。
【００５８】次に、本発明のズーム光学系に適用可能な形状可変ミラーの構成例について説明する。図２５は本発明のズーム光学系に適用可能な可変ミラーとして光学特性可変ミラーを用いたデジタルカメラのケプラー式ファインダーの概略構成図である。本例の構成は、もちろん銀塩フィルムカメラにも使うことができる。まず、光学特性可変形状鏡４０９について説明する。
【００５９】光学特性可変形状鏡４０９は、アルミコーティングされた薄膜（反射面）４０９ａと複数の電極４０９ｂからなる光学特性可変形状鏡（以下、単に可変形状鏡と言う。）であり、４１１は各電極４０９ｂにそれぞれ接続された複数の可変抵抗器、４１２は可変抵抗器４１１と電源スイッチ４１３を介して薄膜４０９ａと電極４０９ｂ間に接続された電源、４１４は複数の可変抵抗器４１１の抵抗値を制御するための演算装置、４１５，４１６及び４１７はそれぞれ演算装置４１４に接続された温度センサー、湿度センサー及び距離センサーで、これらは図示のように配設されて１つの光学装置を構成している。
【００６０】なお、対物レンズ９０２、接眼レンズ９０１、及び、プリズム４０４、二等辺直角プリズム４０５、ミラー４０６及び可変形状鏡の各面は、平面でなくてもよく、球面、回転対称非球面の他、光軸に対して偏心した球面、平面、回転対称非球面、あるいは、対称面を有する非球面、対称面を１つだけ有する非球面、対称面のない非球面、自由曲面、微分不可能な点又は線を有する面等、いかなる形状をしていてもよく、さらに、反射面でも屈折面でも光に何らかの影響を与え得る面ならばよい。以下、これらの面を総称して拡張曲面という。
【００６１】また、薄膜４０９ａは、例えば、P.Rai-choudhury編、Handbook of MichrolithoＧraphy, MichromachininＧ and Michrofabrication, Volume 2:MichromachininＧ and Michrofabrication,P495,FiＧ.8.58, SPIE PRESS刊やOptics Communication, 140巻（1997年）P187〜190に記載されているメンブレインミラーのように、複数の電極４０９ｂとの間に電圧が印加されると、静電気力により薄膜４０９ａが変形してその面形状が変化するようになっており、これにより、観察者の視度に合わせたピント調整ができるだけでなく、さらに、レンズ９０１，９０２及び／又はプリズム４０４、二等辺直角プリズム４０５、ミラー４０６の温度や湿度変化による変形や屈折率の変化、あるいは、レンズ枠の伸縮や変形及び光学素子、枠等の部品の組立誤差による結像性能の低下が抑制され、常に適正にピント調整並びにピント調整で生じた収差の補正が行われ得る。
【００６２】なお、電極４０９ｂの形は、例えば図２７R>７、図２８に示すように、薄膜４０９ａの変形のさせ方に応じて選べばよい。本例によれば、物体からの光は、対物レンズ９０２及びプリズム４０４の各入射面と射出面で屈折され、可変形状鏡４０９で反射され、プリズム４０４を透過して、二等辺直角プリズム４０５でさらに反射され（図２５中、光路中の＋印は、紙面の裏側へ向かって光線が進むことを示している）、ミラー４０６で反射され、接眼レンズ９０１を介して眼に入射するようになっている。このように、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、及び、可変形状鏡４０９によって、本例の光学装置の観察光学系を構成しており、これらの各光学素子の面形状と肉厚を最適化することにより、物体面の収差を最小にすることができるようになっている。
【００６３】すなわち、反射面としての薄膜４０９ａの形状は、結像性能が最適になるように演算装置４１４からの信号により各可変抵抗器４１１の抵抗値を変化させることにより制御される。すなわち、演算装置４１４へ、温度センサー４１５、湿度センサー４１６及び距離サンサー４１７から周囲温度及び湿度並びに物体までの距離に応じた大きさの信号が入力され、演算装置４１４は、これらの入力信号に基づき周囲の温度及び湿度条件と物体までの距離による結像性能の低下を補償すべく、薄膜４０９ａの形状が決定されるような電圧を電極４０９ｂに印加するように、可変抵抗器４１１の抵抗値を決定するための信号を出力する。このように、薄膜４０９ａは電極４０９ｂに印加される電圧すなわち静電気力で変形させられるため、その形状は状況により非球面を含む様々な形状をとる。
【００６４】なお、距離センサー４１７はなくてもよく、その場合、固体撮像素子４０８からの像の信号の高周波成分が略最大になるように、デジタルカメラの撮像レンズ４０３を動かし、その位置から逆に物体距離を算出し、可変形状鏡を変形させて観察者の眼にピントが合うようにすればよい。
【００６５】また、薄膜４０９ａをポリイミド等の合成樹脂で製作すれば、低電圧でも大きな変形が可能であるので好都合である。なお、プリズム４０４と可変形状鏡４０９を一体的に形成してユニット化することができる。また、図示を省略したが、可変形状鏡４０９の基板上に固体撮像素子４０８をリソグラフィープロセスにより一体的に形成してもよい。
【００６６】また、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、ミラー４０６は、プラスチックモールド等で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。なお、本例の撮像装置では、レンズ９０１，９０２がプリズム４０４から離れて形成されているが、レンズ９０１，９０２を設けることなく収差を除去することができるようにプリズム４０４，４０５、ミラー４０６、可変形状鏡４０９を設計すれば、プリズム４０４，４０５、可変形状鏡４０９は１つの光学ブロックとなり、組立が容易となる。また、レンズ９０１，９０２、プリズム４０４，４０５、ミラー４０６の一部あるいは全部をガラスで作製してもよく、このように構成すれば、さらに精度の良い撮像装置が得られる。
【００６７】なお、図２５の例では、演算装置４１４、温度センサー４１５、湿度センサー４１６、距離センサー４１７を設け、温湿度変化、物体距離の変化等も可変形状鏡４０９で補償するようにしたが、そうではなくてもよい。つまり、演算装置４１４、温度センサー４１５、湿度センサー４１６、距離センサー４１７を省き、観察者の視度変化のみを可変形状鏡４０９で補正するようにしてもよい。
【００６８】図２６は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９の他の例を示す概略構成図である。本例の可変形状鏡は、薄膜４０９ａと電極４０９ｂとの間に圧電素子４０９ｃが介装されていて、これらが支持台４２３上に設けられている。そして、圧電素子４０９ｃに加わる電圧を各電極４０９ｂ毎に変えることにより、圧電素子４０９ｃに部分的に異なる伸縮を生じさせて、薄膜４０９ａの形状を変えることができるようになっている。電極４０９ｂの形は、図２７に示すように同心分割であってもよいし、図２８２８に示すように矩形分割であってもよく、その他、適宜の形のものを選択することができる。
【００６９】図２６中、４２４は演算装置４１４に接続された振れ（ブレ）センサーであって、例えばデジタルカメラの振れを検知し、振れによる像の乱れを補償するように薄膜４０９ａを変形させるべく、演算装置４１４及び可変抵抗器４１１を介して電極４０９ｂに印加される電圧を変化させる。このとき、温度センサー４１５、湿度センサー４１６及び距離センサー４１７からの信号も同時に考慮され、ピント合わせ、温湿度補償等が行われる。この場合、薄膜４０９ａには圧電素子４０９ｃの変形に伴う応力が加わるので、薄膜４０９ａの厚さはある程度厚めに作られて相応の強度を持たせるようにするのがよい。
【００７０】図２９は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。本例の可変形状鏡は、薄膜４０９ａと電極４０９ｂの間に介置される圧電素子が逆方向の圧電特性を持つ材料で作られた２枚の圧電素子４０９ｃ及び４０９ｃ’で構成されている点で図２６２６に示された実施例の可変形状鏡とは異なる。すなわち、圧電素子４０９ｃと４０９ｃ’が強誘電性結晶で作られているとすれば、結晶軸の向きが互いに逆になるように配置される。この場合、圧電素子４０９ｃと４０９ｃ’は電圧が印加されると逆方向に伸縮するので、薄膜４０９ａを変形させる力が図２６に示した実施例の場合よりも強くなり、結果的にミラー表面の形を大きく変えることができるという利点がある。
【００７１】圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’に用いる材料としては、例えばチタン酸バリウム、ロッシエル塩、水晶、電気石、リン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）、リン酸二水素アンモニウム（ＡＤＰ）、ニオブ酸リチウム等の圧電物質、同物質の多結晶体、同物質の結晶、ＰｂＺｒＯ3とＰｂＴｉＯ3の固溶体の圧電セラミックス、二フッ化ポリビニール（ＰＶＤＦ）等の有機圧電物質、上記以外の強誘電体等があり、特に有機圧電物質はヤング率が小さく、低電圧でも大きな変形が可能であるので好ましい。なお、これらの圧電素子を利用する場合、厚さを不均一にすれば、上記例において薄膜４０９ａの形状を適切に変形させることも可能である。
【００７２】また、圧電素子４０９ｃ，４０９ｃ’の材質としては、ポリウレタン、シリコンゴム、アクリルエラストマー、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分子圧電体、シアン化ビニリデン共重合体、ビニリデンフルオライドとトリフルオロエチレンの共重合体等が用いられる。圧電性を有する有機材料や、圧電性を有する合成樹脂、圧電性を有するエラストマー等を用いると可変形状鏡面の大きな変形が実現できてよい。
【００７３】なお、図２６、図３０の圧電素子４０９ｃに電歪材料、例えば、アクリルエラストマー、シリコンゴム等を用いる場合には、圧電素子４０９ｃを別の基板４０９ｃ−１と電歪材料４０９ｃ−２を貼り合わせた構造にしてもよい。
【００７４】図３０は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。本例の可変形状鏡は、圧電素子４０９ｃが薄膜４０９ａと電極４０９ｄとにより挟持され、薄膜４０９ａと電極４０９ｄ間に演算装置４１４により制御される駆動回路４２５を介して電圧が印加されるようになっており、さらにこれとは別に、支持台４２３上に設けられた電極４０９ｂにも演算装置４１４により制御される駆動回路４２５を介して電圧が印加されるように構成されている。したがって、本例では、薄膜４０９ａは電極４０９ｄとの間に印加される電圧と電極４０９ｂに印加される電圧による静電気力とにより二重に変形され得、上記例に示した何れのものよりもより多くの変形パターンが可能であり、かつ、応答性も速いという利点がある。
【００７５】そして、薄膜４０９ａ、電極４０９ｄ間の電圧の符号を変えれば、可変形状鏡を凸面にも凹面にも変形させることができる。その場合、大きな変形を圧電効果で行ない、微細な形状変化を静電気力で行なってもよい。また、凸面の変形には圧電効果を主に用い、凹面の変形には静電気力を主に用いてもよい。なお、電極４０９ｄは電極４０９ｂのように複数の電極から構成されてもよい。この様子を図３０に示した。なお、本発明では、圧電効果と電歪効果、電歪をすべてまとめて圧電効果と述べている。従って、電歪材料も圧電材料に含むものとする。
【００７６】図３１は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。本例の可変形状鏡は、電磁気力を利用して反射面の形状を変化させ得るようにしたもので、支持台４２３の内部底面上には永久磁石４２６が、頂面上には窒化シリコン又はポリイミド等からなる基板４０９ｅの周縁部が載置固定されており、基板４０９ｅの表面にはアルミニウム等の金属コートで作られた薄膜４０９ａが付設されていて、可変形状鏡４０９を構成している。
【００７７】基板４０９ｅの下面には複数のコイル４２７が配設されており、これらのコイル４２７はそれぞれ駆動回路４２８を介して演算装置４１４に接続されている。したがって、各センサー４１５，４１６，４１７，４２４からの信号によって演算装置４１４において求められる光学系の変化に対応した演算装置４１４からの出力信号により、各駆動回路４２８から各コイル４２７にそれぞれ適当な電流が供給されると、永久磁石４２６との間に働く電磁気力で各コイル４２７は反発又は吸着され、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａを変形させる。
【００７８】この場合、各コイル４２７はそれぞれ異なる量の電流を流すようにすることもできる。また、コイル４２７は１個でもよいし、永久磁石４２６を基板４０９ｅに付設しコイル４２７を支持台４２３の内部底面側に設けるようにしてもよい。また、コイル４２７はリソグラフィー等の手法で作るとよく、さらに、コイル４２７には強磁性体よりなる鉄心を入れるようにしてもよい。
【００７９】この場合、薄膜コイル４２７の巻密度を、図３２に示すように、場所によって変化させることにより、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａに所望の変形を与えるようにすることもできる。また、コイル４２７は１個でもよいし、また、これらのコイル４２７には強磁性体よりなる鉄心を挿入してもよい。
【００８０】図３３は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。本例の可変形状鏡では、基板４０９ｅは鉄等の強磁性体で作られており、反射膜としての薄膜４０９ａはアルミニウム等からなっている。この場合、薄膜コイルを設けなくてもすむから、構造が簡単で、製造コストを低減することができる。また、電源スイッチ４１３を切換え兼電源開閉用スイッチに置換すれば、コイル４２７に流れる電流の方向を変えることができ、基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａの形状を自由に変えることができる。
【００８１】図３４は本例におけるコイル４２７の配置を示し、図３５はコイル４２７の他の配置例を示しているが、これらの配置は、図３１に示した実施例にも適用することができる。なお、図３６は、図３１に示した例において、コイル４２７を図３９のように配置した場合に適する永久磁石４２６の配置を示している。すなわち、図３６に示すように永久磁石４２６を放射状に配置すれば、図３１に示した例に比べて、微妙な変形を基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａに与えることができる。また、このように電磁気力を用いて基板４０９ｅ及び薄膜４０９ａを変形させる場合（図３１及び図３３の例）は、静電気力を用いた場合よりも低電圧で駆動できるという利点がある。
【００８２】以上いくつかの可変形状鏡の例を述べたが、ミラーの形を変形させるのに、図３０の例に示すように、２種類以上の力を用いてもよい。つまり静電気力、電磁力、圧電効果、磁歪、流体の圧力、電場、磁場、温度変化、電磁波等のうちから２つ以上を同時に用いて可変形状鏡を変形させてもよい。つまり２つ以上の異なる駆動方法を用いて光学特性可変光学素子を作れば、大きな変形と微細な変形とを同時に実現でき、精度の良い鏡面が実現できる。
【００８３】また、形状可変ミラーの変形する部分の外形は、軸上光線の入射面に平行な方向に長い形状とするのが好ましく、このように構成すれば、収差補正に有利な楕円面に近い形状に変形させやすいという利点がある。前記入射面に平行な方向に長い形状としては、トラック形状、多角形、楕円等が利用できる。
【００８４】図３７は本発明のズーム光学系を用いた撮像装置に適用可能な形状可変ミラーとして可変形状鏡４０９を用いた撮像系、例えば携帯電話のデジタルカメラ、カプセル内視鏡、電子内視鏡、パソコン用デジタルカメラ、ＰＤＡ用デジタルカメラ等に用いられる撮像系の概略構成図である。
【００８５】本例の撮像系は、可変形状鏡４０９と、レンズ９０２と、固体撮像素子４０８と、制御系１０３とで一つの撮像ユニット１０４を構成している。本例の撮像ユニット１０４では、レンズ１０２を通った物体からの光は可変形状鏡４０９で集光され、固体撮像素子４０８の上に結像する。可変形状鏡４０９は、光学特性可変光学素子の一種であり、可変焦点ミラーとも呼ばれている。
【００８６】本例によれば、物体距離が変わっても可変形状鏡４０９を変形させることでピント合わせをすることができ、レンズをモータ等で駆動する必要がなく、小型化、軽量化、低消費電力化の点で優れている。また、撮像ユニット１０４は本発明の撮像系としてすべての実施例で用いることができる。また、可変形状鏡４０９を複数用いることでズーム、変倍の撮像系、光学系を作ることができる。
【００８７】なお、図３７では、制御系１０３にコイルを用いたトランスの昇圧回路を含む制御系の構成例を示している。特に積層型圧電トランスを用いると、小型化できてよい。昇圧回路は本発明のすべての電気を用いる可変形状鏡、可変焦点レンズに用いることができるが、特に静電気力、圧電効果を用いる場合の可変形状鏡、可変焦点レンズに有用である。
【００８８】図３８は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能なさらに他の例に係る、マイクロポンプ１８０で流体１６１を出し入れしミラー面を変形させる可変形状鏡１８８の概略構成図である。本例によれば、ミラー面を大きく変形させることが可能になるというメリットがある。マイクロポンプ１８０は、例えば、マイクロマシンの技術で作られた小型のポンプで、電力で動くように構成されている。マイクロマシンの技術で作られたポンプの例としては、熱変形を利用したもの、圧電材料を用いたもの、静電気力を用いたものなどがある。
【００８９】図３９は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーに適用可能なマイクロポンプの一例を示す概略構成図である。本例のマイクロポンプ１８０では、振動板１８１は静電気力、圧電効果等の電気力により振動する。図３９では静電気力により振動する例を示しており、図３９中、１８２，１８３は電極である。また、点線は変形した時の振動板１８１を示している。振動板１８１の振動に伴い、２つの弁１８４，１８５が開閉し、流体１６１を右から左へ送るようになっている。
【００９０】本例の可変形状鏡１８８では、反射膜１８９が流体１６１の量に応じて凹凸に変形することで、可変形状鏡として機能する。可変形状鏡１８８は流体１６１で駆動されている。流体としては、シリコンオイル、空気、水、ゼリー、等の有機物、無機物を用いることができる。
【００９１】なお、静電気力、圧電効果を用いた可変形状鏡、可変焦点レンズなどにおいては、駆動用に高電圧が必要になる場合がある。その場合には、例えば図３７に示すように、昇圧用のトランス、あるいは圧電トランス等を用いて制御系を構成するとよい。
【００９２】また、反射用の薄膜４０９ａは、変形しない部分にも設けておくと、可変形状鏡の形状を干渉計等で測定する場合に、基準面として使うことができ便利である。
【００９３】図４０は本発明のズーム光学系に適用可能な、可変焦点レンズを応用した可変焦点ミラーを示すものである。この可変焦点ミラー５６５は、第１，第２の面５６６ａ，５６６ｂを有する第１の透明基板５６６と、第３，第４の面５６７ａ，５６７ｂを有する第２の透明基板５６７とを有する。第１の透明基板５６６は、平板状またはレンズ状に形成して、内面（第２の面）５６６ｂに透明電極５１３ａを設け、第２の透明基板５６７は、内面（第３の面）５６７ａを凹面状に形成して、該凹面上に反射膜５６８を施し、さらにこの反射膜５６８上に透明電極５１３ｂを設ける。透明電極５１３ａ，５１３ｂ間には高分子分散液晶層５１４を設け、これら透明電極５１３ａ，５１３ｂをスイッチ５１５および可変抵抗器５１９を経て交流電源５１６に接続して、高分子分散液晶層５１４に交流電界を印加するようにする。なお、図４０では液晶分子の図示を省略してある。
【００９４】かかる構成によれば、透明基板５６６側から入射する光線は、反射膜５６８により高分子分散液晶層５１４を折り返す光路となるので、高分子分散液晶層５１４の作用を２回もたせることができると共に、高分子分散液晶層５１４への印加電圧を変えることにより、反射光の焦点位置を変えることができる。この場合、可変焦点ミラー５６５に入射した光線は、高分子分散液晶層５１４を２回透過するので、高分子分散液晶層５１４の厚さの２倍をｔとすれば、上記の各式を同様に用いることができる。なお、透明基板５６６または５６７の内面を回折格子状にして、高分子分散液晶層５１４の厚さを薄くすることもできる。このようにすれば、散乱光をより少なくできる利点がある。
【００９５】以上の説明では、液晶の劣化を防止するため、電源として交流電源５１６を用いて、液晶に交流電界を印加するようにしたが、直流電源を用いて液晶に直流電界を印加するようにすることもできる。また、液晶分子の方向を変える方法としては、電圧を変化させること以外に、液晶にかける電場の周波数、液晶にかける磁場の強さ・周波数、あるいは液晶の温度等を変化させることによってもよい。なお、本発明では図４０のような形状の変化しない可変焦点ミラーも、可変形状鏡の中に含めるものとする。
【００９６】図４１は本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡のさらに他の例を示す概略構成図である。本例では、デジタルカメラに用いられるものとして説明する。図４１中、４１１は可変抵抗器、４１４は演算装置、４１５は温度センサー、４１６は湿度センサー、４１７は距離センサー、４２４は振れセンサーである。
【００９７】本例の可変形状鏡４５は、アクリルエラストマー等の有機材料からなる電歪材料４５３と間を隔てて分割電極４０９ｂを設け、電歪材料４５３の上に順に電極４５２、変形可能な基板４５１を設け、さらにその上に入射光を反射するアルミニウム等の金属からなる反射膜４５０を設けて構成されている。このように構成すると、分割電極４０９ｂを電歪材料４５３と一体化した場合に比べて、反射膜４５０の面形状が滑らかになり、光学的に収差を発生させにくくなるというメリットがある。なお、変形可能な基板４５１と電極４５２の配置は逆でも良い。
【００９８】また、図４１中、４４９は光学系の変倍、あるいはズームを行なう釦であり、可変形状鏡４５は、釦４４９を使用者が押すことで反射膜４５０の形を変形させて、変倍あるいは、ズームをすることができるように演算装置４１４を介して制御されている。
【００９９】なお、アクリルエラストマー等の有機材料からなる電歪材料の代わりに既に述べたチタン酸バリウム等の圧電材料を用いてもよい。最後に、本発明で用いる用語の定義を述べておく。
【０１００】光学装置とは、光学系あるいは光学素子を含む装置のことである。光学装置単体で機能しなくてもよい。つまり、装置の一部でもよい。光学装置には、撮像装置、観察装置、表示装置、照明装置、信号処理装置等が含まれる。
【０１０１】撮像装置の例としては、フィルムカメラ、デジタルカメラ、ロボットの眼、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラ、テレビカメラ、動画記録装置、電子動画記録装置、カムコーダ、ＶＴＲカメラ、電子内視鏡等がある。デジカメ、カード型デジカメ、テレビカメラ、ＶＴＲカメラ、動画記録カメラなどはいずれも電子撮像装置の一例である。
【０１０２】観察装置の例としては、顕微鏡、望遠鏡、眼鏡、双眼鏡、ルーペ、ファイバースコープ、ファインダー、ビューファインダー等がある。表示装置の例としては、液晶ディスプレイ、ビューファインダー、ゲームマシン（ソニー社製プレイステーション）、ビデオプロジェクター、液晶プロジェクター、頭部装着型画像表示装置（head mounted display：ＨＭＤ）、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話等がある。
【０１０３】照明装置の例としては、カメラのストロボ、自動車のヘッドライト、内視鏡光源、顕微鏡光源等がある。信号処理装置の例としては、携帯電話、パソコン、ゲームマシン、光ディスクの読取・書込装置、光計算機の演算装置等がある。
【０１０４】なお、本発明の光学系は小型軽量なので、電子撮像装置、信号処理装置、特に、デジタルカメラ、携帯電話の撮像系に用いると効果がある。撮像素子は、例えばＣＣＤ、撮像管、固体撮像素子、写真フィルム等を指す。また、平行平面板はプリズムの１つに含まれるものとする。観察者の変化には、視度の変化を含むものとする。被写体の変化には、被写体となる物体距離の変化、物体の移動、物体の動き、振動、物体のぶれ等を含むものとする。
【０１０５】拡張曲面の定義は以下の通りである。球面、平面、回転対称非球面のほか、光軸に対して偏心した球面、平面、回転対称非球面、あるいは対称面を有する非球面、対称面を１つだけ有する非球面、対称面のない非球面、自由曲面、微分不可能な点や線を有する面等、いかなる形をしていても良い。反射面でも、屈折面でも、光になんらかの影響を与えうる面ならば良い。本発明では、これらを総称して拡張曲面と呼ぶことにする。
【０１０６】光学特性可変光学素子とは、可変焦点レンズ、可変形状鏡、面形状の変わる偏光プリズム、頂角可変プリズム、光偏向作用の変わる可変回折光学素子、つまり可変ＨＯＥ，可変ＤＯＥ等を含む。可変焦点レンズには、焦点距離が変化せず、収差量が変化するような可変レンズも含むものとする。可変形状鏡についても同様である。要するに、光学素子で、光の反射、屈折、回折等の光偏向作用が変化しうるものを光学特性可変光学素子と呼ぶ。
【０１０７】情報発信装置とは、携帯電話、固定式の電話、ゲームマシン、テレビ、ラジカセ、ステレオ等のリモコンや、パソコン、パソコンのキーボード、マウス、タッチパネル等の何らかの情報を入力し、送信することができる装置を指す。撮像装置のついたテレビモニター、パソコンのモニター、ディスプレイも含むものとする。情報発信装置は、信号処理装置の中に含まれる。以上説明したように、本発明によるズーム光学系は、下記に示す特徴を備える。
（１） 変倍時に移動する光学素子群を１つのみと、変倍に伴う像面ずれを補正するコンペンセート作用及びフォーカス作用を有する少なくとも１つの形状可変ミラーと、を有するズーム光学系。
（２） 変倍作用もしくはその変倍に伴う像面ずれを補正するコンペンセート作用を有する変倍時に可動な少なくとも２つのレンズ群と、フォーカシング作用を有する形状可変ミラーと、を有するズーム光学系。
（３） 前記形状可変ミラーは、偏心収差補正機能を有する回転非対称な曲面形状であることを特徴とする（１）、（２）項に記載のズーム光学系。
（４） 前記形状可変ミラーが、以下の条件式を満足することを特徴とする（１）、（３）項に記載のズーム光学系。
【０１０８】φＤＭＷ ＞ φＤＭＳ （１−１）
φＤＭＴ ＞ φＤＭＳ （１−２）
ただし、φＤＭＷ、φＤＭＳ、φＤＭＴはそれぞれ、広角端、中間状態、望遠端における前記形状可変ミラーのパワーであり、物点距離無限遠時での値である。また前記値φＤＭＷ、φＤＭＳ、φＤＭＴは、前記形状可変ミラーの偏心方向（Y方向）面内でのパワーφＤＭｉｙ（ｉ＝Ｗ、Ｓ、Ｔ）と、それと垂直方向（X方向）面内でのパワーφＤＭｉｘ（ｉ＝Ｗ、Ｓ、Ｔ）との平均値であり、以下の定義とする。
【０１０９】
φＤＭＷ＝（φＤＭＷｘ+φＤＭＷｙ）／２φＤＭＳ＝（φＤＭＳｘ+φＤＭＳｙ）／２φＤＭＴ＝（φＤＭＴｘ+φＤＭＴｙ）／２（５） 前記形状可変ミラーは、負のパワーと正のパワーの状態を両方有し得ることを特徴とする（１）〜（４）項に記載のズーム光学系。
（６） 前記形状可変ミラーは、正のパワーのみを有することを特徴とする（１）〜（４）項に記載のズーム光学系。
（７） 前記可変ミラーより物体側に少なくとも１つの負レンズを有することを特徴とする（１）〜（６）項に記載のズーム光学系。
（９） 少なくとも１つの屈折面が、回転非対称な面で構成されていることを特徴とする（１）〜（７）項に記載のズーム光学系。
（１０） 以下の条件式を満足することを特徴とする、（１）〜（９）項に記載のズーム光学系。
【０１１０】
０．３ ＜ ｜ηＷ｜×｜ηＴ｜ ＜ ３．０ （２−１）
ただし、ηＷ、ηTはそれぞれ広角端及び望遠端における、変倍作用を有するバリエータ群の倍率である。
（１１） 以下の条件式を満足することを特徴とする、（１）〜（９）項に記載のズーム光学系。
【０１１１】
０．５ ＜ ｜ηＷ｜×｜ηＴ｜ ＜ ２．０ （２−２）
ただし、ηＷ、ηTはそれぞれ広角端及び望遠端における、変倍作用を有するバリエータ群の倍率である。
（１２） 以下の条件式を満足することを特徴とする、（１）〜（９）項に記載のズーム光学系。
【０１１２】
０．６ ＜ ｜ηＷ｜×｜ηＴ｜ ＜ １．５ （２−３）
ただし、ηＷ、ηTはそれぞれ広角端及び望遠端における、変倍作用を有するバリエータ群の倍率である。
（１３） 前記形状可変ミラーが、最も物体側の負レンズ群に配置されていることを特徴とする（１）〜（１２）項に記載のズーム光学系。
（１４） 前記形状可変ミラーよりも物体側にある光学素子の焦点距離をｆ１ａとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする（１３）項に記載のズーム光学系。
【０１１３】
−８．０ ＜ ｆ１ａ／ｆＷＴ ＜ −０．５ （３−１）
ただし、ｆＷＴは、物点距離無限遠時の広角端及び望遠端の全系焦点距離をそれぞれｆＷ、ｆＴとしたときに以下の式により定義される値である。
【０１１４】ｆＷＴ ＝ √( ｆＷ × ｆＴ )（１５） 前記形状可変ミラーよりも物体側にある光学素子の焦点距離をｆ１ａとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする（１３）項に記載のズーム光学系。
【０１１５】
−６．０ ＜ ｆ１ａ／ｆＷＴ ＜ −０．８ （３−２）
ただし、ｆＷＴは、物点距離無限遠時の広角端及び望遠端の全系焦点距離をそれぞれｆＷ、ｆＴとしたときに以下の式により定義される値である。
【０１１６】ｆＷＴ ＝ √( ｆＷ × ｆＴ )（１６） 前記形状可変ミラーよりも物体側にある光学素子の焦点距離をｆ１ａとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする（１３）項に記載のズーム光学系。
【０１１７】
−４．０ ＜ ｆ１ａ／ｆＷＴ ＜ −１．０ （３−３）
ただし、ｆＷＴは、物点距離無限遠時の広角端及び望遠端の全系焦点距離をそれぞれｆＷ、ｆＴとしたときに以下の式により定義される値である。
【０１１８】ｆＷＴ ＝ √( ｆＷ × ｆＴ )（１７） 前記形状可変ミラーがピント合わせ機能を有し、変倍群の前方に前記形状可変ミラーを配置したことを特徴とする（２）〜（１６）項に記載のズーム光学系。
（１８） 光学素子群が変倍機能を有する変倍群であり、前記形状可変ミラーがピント合わせ機能とコンペセート機能を有し、前記変倍群の前方に前記形状可変ミラーを配置したことを特徴とする（１）、（３）〜（１６）項に記載のズーム光学系。
（１９） 物体側から順に、負のパワーの第１群、変倍作用を有する正のパワーの第２群、正のパワーの第３群で構成され、前記負のパワーの第１群に形状可変ミラーを配置したことを特徴とする（１）〜（１８）項に記載のズーム光学系。
（２０） 物体側から順に、負のパワーの第１群、変倍作用を有する正のパワーの第２群、正のパワーの第３群、正のパワーの第４群で構成され、前記負のパワーの第１群に形状可変ミラーを配置したことを特徴とする（１）〜（１９）項に記載のズーム光学系。
（２１） 少なくとも２つの形状可変ミラーを有し、少なくとも１つの形状可変ミラーが（１）〜（２０）項のいずれかに記載の特徴を有するズーム光学系。
（２２） ２枚の形状可変ミラーに入射する軸上光線の方位を表すベクトルの内積が負であることを特徴とする（２１）項に記載のズームレンズ。
（２３） ２枚の形状可変ミラーの間に絞りがあることを特徴とする（２１）、（２２）に記載のズーム光学系。
（２４） 形状可変ミラーによる光軸の折り曲げ角Φが７０°≦Φ≦１１０°を満足することを特徴とする（１）〜（２３）項に記載のズーム光学系。
（２５） （１）〜（２４）項に記載のズーム光学系を用いた撮像装置。
（２６） 静電気駆動又は電磁気力駆動又は圧電効果又は流体駆動の形状可変ミラーを用いたことを特徴とする（１）〜（２５）に記載のズーム光学系又は撮像装置。
（２７） 形状可変ミラーに代えて通常のミラーを用いたことを特徴とする（１）〜（２６）に記載のズーム光学系又は撮像装置。
【０１１９】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明のズーム光学系によれば、レンズの可動群が極力少なく、非常に小型で消費電力が極めて少なく、動作音が静かなズーム光学系及びそれを用いた撮像装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１のレンズ断面図である。
【図２】 本発明の実施例２のレンズ断面図である。
【図３】 本発明の実施例３のレンズ断面図である。
【図４】 本発明の実施例４のレンズ断面図である。
【図５】 本発明の実施例５のレンズ断面図である。
【図６】 本発明の実施例６のレンズ断面図である。
【図７】 本発明の実施例７のレンズ断面図である。
【図８】 本発明の実施例８のレンズ断面図である。
【図９】 本発明の実施例９のレンズ断面図である。
【図１０】 本発明の実施例１０のレンズ断面図である。
【図１１】 本発明の形状可変ミラーの変形を示す図である。
【図１２】 本発明の実施例１の物点距離無限遠時、広角端における横収差を表す図である。
【図１３】 本発明の実施例１の物点距離無限遠時、中間状態における横収差を表す図である。
【図１４】 本発明の実施例１の物点距離無限遠時、望遠端における横収差を表す図である。
【図１５】 本発明の実施例１の物点距離３００mm時、広角端における横収差を表す図である。
【図１６】 本発明の実施例１の物点距離３００mm時、中間状態における横収差を表す図である。
【図１７】 本発明の実施例１の物点距離３００mm時、望遠端における横収差を表す図である。
【図１８】 本発明の実施例１０の物点距離無限遠時、広角端における横収差を表す図である。
【図１９】 本発明の実施例１０の物点距離無限遠時、中間状態における横収差を表す図である。
【図２０】 本発明の実施例１０の物点距離無限遠時、望遠端における横収差を表す図である。
【図２１】 本発明の実施例１０の物点距離３００mm時、広角端における横収差を表す図である。
【図２２】 本発明の実施例１０の物点距離３００mm時、中間状態における横収差を表す図である。
【図２３】 本発明の実施例１０の物点距離３００mm時、望遠端における横収差を表す図である。
【図２４】 実施例１〜１０の各状態における形状可変ミラーの焦点距離を示す表である。
【図２５】 本発明に適用可能な形状可変ミラーとしての光学特性可変ミラーを用いたデジタルカメラのケプラー式ファインダーの概略構成図である。
【図２６】 本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９の他の例を示す概略構成図である。
【図２７】 図２６の例の可変形状鏡に用いる電極の一形態を示す説明図である。
【図２８】 図２６の例の可変形状鏡に用いる電極の他の形態を示す説明図である。
【図２９】 本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
【図３０】 本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
【図３１】 本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
【図３２】 図３１の例における薄膜コイル４２７の巻密度の状態を示す説明図である。
【図３３】 本発明のズーム光学系に用いる形状可変ミラーとして適用可能な可変形状鏡４０９のさらに他の例を示す概略構成図である。
【図３４】 図３３の例におけるコイル４２７の一配置例を示す説明図である。
【図３５】 図３３の例におけるコイル４２７の他の配置例を示す説明図である。
【図３６】 図３１に示した例において、コイル４２７を図３５のように配置した場合に適する永久磁石４２６の配置を示す説明図である。
【図３７】 本発明のズーム光学系を用いた撮像装置に適用可能な形状可変ミラーとしての可変形状鏡４０９を用いた撮像系の概略構成図である。
【図３８】 本発明に用いる形状可変ミラーとして適用可能なさらに他の例の可変形状鏡１８８の概略構成図である。
【図３９】 本発明に用いる形状可変ミラーに適用可能なマイクロポンプの一例を示す概略構成図である。
【図４０】 本発明に適用可能な、可変焦点レンズを応用した可変焦点ミラーを示す図である。
【図４１】 本発明に用いる形状可変ミラーに適用可能な可変形状鏡のさらに他の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
Ｇ１ 第１群
Ｇ２ 第２群
Ｇ３ 第３群
Ｇ４ 第４群
ＤＭ、ＤＭ１、ＤＭ２ 形状可変ミラー
Ｐ プリズム
【特許請求の範囲】
【請求項１】 変倍時に移動する光学素子群を１つのみと、変倍に伴う像面ずれを補正するコンペンセート作用及びフォーカス作用を有する少なくとも１つの形状可変ミラーと、を有するズーム光学系。
【請求項２】 変倍作用もしくはその変倍に伴う像面ずれを補正するコンペンセート作用を有する変倍時に可動な少なくとも２つのレンズ群と、フォーカシング作用を有する形状可変ミラーと、を有するズーム光学系。
【請求項３】 前記形状可変ミラーは、偏心収差補正機能を有する回転非対称な曲面形状であることを特徴とする請求項１、２に記載のズーム光学系。
【請求項１】 変倍時に移動する光学素子群を１つのみと、変倍に伴う像面ずれを補正するコンペンセート作用及びフォーカス作用を有する少なくとも１つの形状可変ミラーと、を有するズーム光学系。
【請求項２】 変倍作用もしくはその変倍に伴う像面ずれを補正するコンペンセート作用を有する変倍時に可動な少なくとも２つのレンズ群と、フォーカシング作用を有する形状可変ミラーと、を有するズーム光学系。
【請求項３】 前記形状可変ミラーは、偏心収差補正機能を有する回転非対称な曲面形状であることを特徴とする請求項１、２に記載のズーム光学系。
【図２４】
【図２５】
【図１】
【図２】
【図４】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３０】
【図３１】
【図８】
【図９】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図１０】
【図１６】
【図３６】
【図１１】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１７】
【図４１】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２５】
【図１】
【図２】
【図４】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３０】
【図３１】
【図８】
【図９】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図１０】
【図１６】
【図３６】
【図１１】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１７】
【図４１】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２００３−２３３００６（Ｐ２００３−２３３００６Ａ）
【公開日】平成１５年８月２２日（２００３．８．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００２−３１４０３（Ｐ２００２−３１４０３）
【出願日】平成１４年２月７日（２００２．２．７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス光学工業株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１５年８月２２日（２００３．８．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１４年２月７日（２００２．２．７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス光学工業株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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