光学ユニット、撮影装置、および光学式ファインダ
【課題】 屈折力を自在に変化させることができ、且つ性能の劣化が抑えられた光学ユニット、その光学ユニットを用いた撮影レンズを備えた撮影装置、および上記光学ユニットを用いた光学式ファインダを提供する。
【解決手段】 光学ユニットが、容器内に封入された光透過性の分散媒内に分散した、光透過性であって分散媒の屈折率とは異なる屈折率を有する分散質を電磁気力で泳動させることにより焦点距離を変化させる電磁場発生器を有するレンズ体と、電磁場発生器で発生される電磁場を制御することによりレンズ体の焦点距離を３段階に変化させる焦点距離可変部とを備えた。
【解決手段】 光学ユニットが、容器内に封入された光透過性の分散媒内に分散した、光透過性であって分散媒の屈折率とは異なる屈折率を有する分散質を電磁気力で泳動させることにより焦点距離を変化させる電磁場発生器を有するレンズ体と、電磁場発生器で発生される電磁場を制御することによりレンズ体の焦点距離を３段階に変化させる焦点距離可変部とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点距離を変化させることができる光学ユニット、光学ユニットを用いた撮影レンズを備えた撮影装置、および光学ユニットを用いた光学式ファインダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、焦点距離が可変な可変焦点レンズとして、液晶の電気光学効果を利用して焦点距離を変化させる液晶レンズが知られている。例えば、特許文献１には、平板状の第１，第２の光透過性基板と、両面が凹状に形成されて第１，第２の光透過性基板間に配備された第３の光透過性基板とを備えるとともに、第１の光透過性基板と第３の光透過性基板とに挟まれた空間および第２の光透過性基板と第３の光透過性基板とに挟まれた空間に封入された液晶を有する液晶レンズが提案されている。この液晶レンズでは、印加される電圧の大きさに応じて液晶分子の配向が変化し、これにより液晶レンズの屈折率が変化してレンズとしての焦点距離が変化する。
【０００３】
また、可変焦点レンズとして、電圧を印加して形状を変化させることにより焦点距離を変化させる液体レンズも知られている。例えば、非特許文献１には、内壁が撥水性のコーティングで覆われたチューブ内に、非導電性のオイルと導電性の水性溶液からなる不混和性液体が封入された液体レンズが提案されている。この液体レンズでは、電圧が印加されていない状態では、不混和性液体を構成する水性溶液は半球状の固まりとなっており、水性溶液の、オイルとの界面は凸状である。この界面は、印加された電圧の大きさに応じて、凸状から凹状まで変化する。このため、レンズとしての曲率半径が変化することとなり、従って焦点距離を自在に可変することができる。
【特許文献１】特開２００２−３４１３１１号公報
【非特許文献１】“Ｐｈｉｌｉｐｓ’Ｆｌｕｉｄ Ｌｅｎｓｅｓ”、［ｏｎｌｉｎｅ］、Ｍａｒｃｈ ０３，２００４、Ｒｏｙａｌ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、［平成１６年３月３１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｐｒｅｖｉｅｗ．ｃｏｍ／ｎｅｗｓ／０４０３／０４０３０３０２ｐｈｉｌｉｐｓｆｌｕｉｄｌｅｎｓ．ａｓｐ＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１に提案された技術では、液晶分子の長軸方向の屈折率（ｎ‖）と短軸方向の屈折率（ｎ⊥）との差分Δｎ（ｎ‖−ｎ⊥）を利用することで液晶レンズの焦点距離を変化させるということが行なわれる。しかし、この差分Δｎが小さ過ぎレンズとしての屈折力を自在に変化させることができないという問題がある。
【０００５】
また、非特許文献１に提案された技術では、不混和性液体に電圧を印加することで液晶レンズの焦点距離を変化させるということが行なわれる。ここで、不混和性液体に電圧が印加されると、その不混和性液体を構成する導電性の水性溶液に電流が流れるため、その水性溶液が電気分解されて水素と酸素が発生する恐れがある。従って、長期にわたって使用すると、それら水素と酸素からなる気体が溜まって気泡化してしまい、光の散乱が起こってレンズとしての性能が劣化するという問題がある。
【０００６】
尚、上述した問題は、レンズのみに限らず、並行平面板などにも一般的に生じる問題である。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、屈折力を自在に変化させることができ、且つ性能の劣化が抑えられた光学ユニット、その光学ユニットを用いた撮影レンズを備えた撮影装置、および上記光学ユニットを用いた光学式ファインダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の光学ユニットは、少なくとも光通過領域が光透過性を有する容器と、
容器内に封入された光透過性の分散媒と、
分散媒内に分散した、光透過性であって分散媒の屈折率とは異なる屈折率を有する分散質と、
分散媒内に分散した分散質を電磁気力で泳動させることにより、光通過領域の焦点距離を変化させる電磁場発生器とを有する光学素子、および
電磁場発生器で発生される電磁場を制御することにより光通過領域の焦点距離を少なくとも３段階以上に変化させる焦点距離可変部を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の光学ユニットは、容器内に封入された光透過性の分散媒内に分散した、光透過性であってその分散媒の屈折率とは異なる屈折率を有する分散質を、電磁気力で泳動させることにより、光通過領域の焦点距離を少なくとも３段階以上に変化させるものである。このため、分散媒と、分散質の、泳動により光通過領域に移動した量とにより定まる屈折率に応じた、少なくとも３段階以上に変化する焦点距離を持つ焦点距離可変な光学ユニットが得られることとなる。また、分散媒内に分散した分散質は、電磁場発生器で生じた電場や磁場により移動するものであって、そこに電流は発生せず、従って非特許文献１に提案された、導電性の水性溶液に電流が流れる技術と比較し、電気分解する恐れは少なく、従って長期にわたってレンズとしての性能の劣化を抑えることができる。
【００１０】
また、本発明の光学ユニットにおいて、上記電磁場発生器は、電圧の印加を受けて分散質を電気泳動させる電極であり、
焦点距離可変部は、電極に印加する電圧を制御するものであることが好適である。
【００１１】
このような電気泳動タイプの光学ユニットによると、電極から印加される電界によって分散質が電気泳動し、焦点距離が制御される。電気泳動により移動する分散質の量は、電極に印加される電圧の波形や印加パターン、電極の配置，形状，構造等により、自在に制御することができる。従って、特許文献１に提案された、液晶分子の屈折率を利用して光の屈折を制御する技術と比較し、柔軟な屈折率分布を得ることもできる。
【００１２】
また、本発明の電気泳動タイプの光学ユニットにおいて、上記分散質が、酸化チタンからなることが好ましい。
【００１３】
分散質が酸化チタンからなるものであると、屈折率の高い光学部材を実現することができる。また、酸化チタンは入手が容易である。
【００１４】
また、本発明の電気泳動タイプの光学ユニットにおいて、上記分散質が、アルミナからなることも好ましい態様である。
【００１５】
分散質がアルミナからなるものであると、分散質のコストが安価で済む。
【００１６】
また、本発明の電気泳動タイプの光学ユニットにおいて、上記分散媒が、有機分散媒であることも好ましい態様である。
【００１７】
本発明の電気泳動タイプの光学ユニットにおいて、上記分散媒が、炭化水素系有機分散媒であることも好ましい。
【００１８】
分散媒が炭化水素系有機分散媒であると、官能基を持つ有機分散媒と比較して、さらに電気的に安定である。
【００１９】
また、本発明の電気泳動タイプの光学ユニットにおいて、上記電極は、内側の面に絶縁膜がコーティングされ、該絶縁膜が前記分散媒に接して配置されていることも好ましい。
【００２０】
このようにすると、分散質の、電極への凝集を防止することができる。
【００２１】
また、本発明の電気泳動タイプの光学ユニットにおいて、上記絶縁膜が、ポリイミド絶縁膜であることも好ましい。
【００２２】
このようにすると、耐熱性および耐久性に優れた電極を得ることができる。
【００２３】
また、本発明の電気泳動タイプの光学ユニットにおいて、上記分散質が、磁性を有するものであり、
電磁場発生器は、分散質を磁気泳動させる磁場発生器であり、
焦点距離可変部は、磁場発生器で発生される磁場を制御するものであることも好適である。
【００２４】
このような磁気泳動タイプの光学ユニットによると、分散媒内に分散した磁性を有する分散質を、電気泳動ではなく磁気泳動させることによって、焦点距離を制御する。分散質を電気泳動させるためには、電場を制御する必要があるが、磁性を有する分散質を磁気泳動させるためには、電場よりも制御が容易な磁場を制御すればよく、焦点距離を確実に調整することができる。
【００２５】
また、本発明の磁気泳動タイプの光学ユニットにおいて、上記分散質が、酸化チタンコバルトからなるなることが好ましい。
【００２６】
酸化チタンコバルトは、高い光透過性を有する磁性粒子であり、製造が容易である。
【００２７】
また、本発明の光学ユニットにおいて、上記分散質が、ナノ粒子からなることが好ましい。
【００２８】
分散質がナノ粒子であっても電気泳動させることができる。
【００２９】
また、本発明の光学ユニットにおいて、上記分散質が、５ｎｍ〜１００ｎｍの粒径を有するナノ粒子であることも好ましい。
【００３０】
分散質が、５ｎｍ〜１００ｎｍの粒径を有するナノ粒子であると、光の散乱が生じにくく光の透過性が維持され、かつこの範囲の粒径であっても取り扱いが容易である。
【００３１】
さらに、本発明の光学ユニットにおいて、上記分散媒が、水であることも好ましい。
【００３２】
分散媒が水であると、分散質の分散性に優れるとともに分散媒のコストも安価で済む。
【００３３】
また、本発明の光学ユニットにおいて、上記容器がレンズ形状を有するものであることが好ましい。
【００３４】
容器がレンズ形状を有することによって、光学ユニットをフォーカスレンズやズームレンズなどとして使用することができる。
【００３５】
また、本発明の光学ユニットにおいて、上記容器の、少なくとも前記光通過領域が、正の屈折力を有するレンズ形状を有する容器であってもよい。
【００３６】
このようにすると、本発明の光学ユニットを、凸状の可変焦点レンズとして使用することができる。
【００３７】
また、本発明の光学ユニットにおいて、上記容器の、少なくとも前記光通過領域が、負の屈折力を有するレンズ形状を有する容器であってもよい。
【００３８】
このようにすると、本発明の光学ユニットを、凹状の可変焦点レンズとして使用することができる。
【００３９】
また、本発明の光学ユニットにおいて、上記容器の、少なくとも前記光通過領域が、非球面レンズ形状を有する容器であってもよい。
【００４０】
このようにすると、本発明の光学ユニットを、非球面状の可変焦点レンズとして使用することができる。
【００４１】
また、本発明の光学ユニットにおいて、上記容器が板形状を有するものであってもよい。
【００４２】
容器が板形状を有することによって、被写体までの光学距離を変えることができる。
【００４３】
また、上記目的を達成する本発明の第１の撮影装置は、本発明の光学ユニットをピント調整レンズとして用いた撮影レンズを備え、撮影レンズを経由して入射してきた被写体光を捉えて撮影を行なうことにより画像信号を生成することを特徴とする。
【００４４】
本発明の第１の撮影装置は、本発明の光学ユニットをピント調整レンズとして用いた撮影レンズを備えたものであるため、従来の、ピント調整用のレンズを駆動する機構を必要とする撮影装置と比較し、構成が簡素化されて小型化が図られるとともに耐衝撃性の高められた撮影装置が実現する。
【００４５】
また、本発明の第１の撮影装置において、上記ピント調整レンズでピントを変化させて被写体像のコントラストの変化を検知することにより撮影レンズの合焦位置を検出するピント検出部を備えたことが好適である。
【００４６】
本発明の第１の撮影装置における好適な形態によると、長期にわたって光学ユニットの焦点距離を精度良く制御して、高画質な撮影画像を取得することができる。
【００４７】
また、上記目的を達成する本発明の第２の撮影装置は、本発明の光学ユニットによって焦点距離を変化させる撮影レンズを備え、撮影レンズを経由して入射してきた被写体光を捉えて撮影を行なうことにより画像信号を生成することを特徴とする。
【００４８】
本発明の第２の撮影装置は、本発明の光学ユニットによって焦点距離を変化させる撮影レンズを備えたものであるため、従来の、焦点距離を変化させるための機構を必要とする撮影装置と比較し、構成が簡素化されて小型化が図られるとともに耐衝撃性の高められた撮影装置が実現する。
【００４９】
また、上記目的を達成する本発明の第３の撮影装置は、本発明の光学ユニットを収差補正レンズとして用いた撮影レンズを備え、撮影レンズを経由して入射してきた被写体光を捉えて撮影を行なうことにより画像信号を生成することを特徴とする。
【００５０】
本発明の第３の撮影装置は、本発明の光学ユニットを収差補正レンズとして用いた撮影レンズを備えたものであるため、その撮影レンズ特有の収差に見合った収差補正を自在に行なうことができる。
【００５１】
また、上記目的を達成する本発明光学式ファインダは、本発明の光学ユニットを視度補正レンズとして用いたことを特徴とする。
【００５２】
本発明の光学式ファインダは、本発明の光学ユニットを視度補正レンズとして用いたものであるため、従来の、視度補正のために光学系の一部を駆動する機構を必要とする光学式ファインダと比較し、構成が簡素化されて小型化が図られるとともに耐衝撃性の高められた光学式ファインダが実現する。
【発明の効果】
【００５３】
本発明の光学ユニットによれば、屈折力を自在に変化させることができ、且つ性能の劣化を抑えることができる。また、本発明の光学ユニットをピント調整レンズとして用いた撮影レンズを備えた撮影装置によれば、ピント調整用のレンズを駆動する機構を必要としないため、構成が簡素化されて小型化を図ることができるとともに耐衝撃性を高めることができる。さらに、本発明の光学ユニットによって焦点距離を変化させる撮影レンズを備えた撮影装置によれば、焦点距離を変化させるための機構を必要としないため、構成が簡素化されて小型化が図られるとともに耐衝撃性を高めることができる。また、本発明の光学ユニットを収差補正レンズとして用いた撮影レンズを備えた撮影装置によれば、その撮影レンズ特有の収差に見合った収差補正を自在に行なうことができる。また、本発明の光学式ファインダは、本発明の光学ユニットを視度補正レンズとして用いたものであるため、従来の、視度補正のために光学系の一部を駆動する機構を必要とする光学式ファインダと比較し、構成が簡素化されて小型化が図られるとともに耐衝撃性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００５５】
本発明の光学ユニットは、分散媒内に分散した分散質を電気泳動させて焦点距離を変える電気泳動タイプと、分散質を磁気泳動させて焦点距離を変える磁気泳動タイプとに大別される。初めに、電気泳動タイプの光学ユニットについて説明する。
【００５６】
まず、電気泳動タイプであり、レンズ形状を有する光学ユニットについて説明する。
【００５７】
図１は、本発明の一実施形態の可変焦点レンズの断面形状を示す図である。
【００５８】
図１に示す可変焦点レンズ１には、レンズ体２および焦点距離可変部３が備えられている。レンズ体２には、少なくとも光通過領域１０ａが光透過性であってレンズ形状を有する容器１１が備えられている。この容器１１は、本発明にいう容器の一例に相当する。ここで、容器１１の、少なくとも光通過領域１０ａは、外に向かって凸のレンズ形状を有する。
【００５９】
また、このレンズ体２には、容器１１内に封入された光透過性の分散媒１２が備えられている。この分散媒１２は、本発明にいう分散媒の一例にあたる。
【００６０】
さらに、このレンズ体２には、分散媒１２内に分散した、光透過性であって分散媒１２の屈折率よりも高い屈折率を有する分散質１３が備えられている。一般に、分散された状態は、分散媒と分散質から構成されており、分散質は、粒子であったりする。具体的には、この分散質１３は、マイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂである。この分散質１３は、本発明にいう分散質の一例にあたる。
【００６１】
また、このレンズ体２には、分散媒１２内に分散した分散質１３を電気泳動させることにより光通過領域１０ａを通過する光の屈折を制御する第１の電極１５１，第２の電極１５２が備えられている。第１の電極１５１は、容器１１の、光通過領域１０ａを取り巻く位置に配置されている。また、第２の電極１５２は、容器１１の、光通過領域１０ａにおける背面に配置されている。この第２の電極１５２は、複数の電極部１５２ａから構成されている。第１の電極１５１および第２の電極１５２は、本発明にいう電磁場発生器の一例にあたるとともに、本発明にいう電極の一例に相当する。
【００６２】
一方、焦点距離可変部３は、第１，第２の電極１５１，１５２に印加する電圧を制御することにより上記光通過領域１０ａの焦点距離を少なくとも３段階以上に変化させる調整部である。この焦点距離可変部３は、本発明にいう焦点距離可変部の一例に相当する。
【００６３】
ここで、焦点距離可変部３から第１，第２の電極１５１，１５２にマイナスの電圧，プラスの電圧が印加された場合は、第１，第２の電極１５１，１５２は陰極，陽極の役割を担うこととなる。一方、第１，第２の電極１５１，１５２にプラスの電圧，マイナスの電圧が印加された場合は、第１，第２の電極１５１，１５２は陽極，陰極の役割を担うこととなる。
【００６４】
この可変焦点レンズ１は、レンズ体２が有する容器１１内に封入された光透過性の分散媒１２内に分散した、光透過性であってその分散媒１２の屈折率よりも高い屈折率を有する分散質１３を、第１，第２の電極１５１，１５２との間に印加される電圧を焦点距離可変部３で制御して電気泳動させることにより、光通過領域１０ａを通過する光の屈折を制御し、これにより光通過領域１０ａの焦点距離を少なくとも３段階以上に変化させるものである。このため、分散媒１２と、分散質１３の、電気泳動により光通過領域１０ａに移動した量とにより定まる屈折率に応じた、少なくとも３段階以上に変化する焦点距離を持つ焦点距離可変なレンズが得られることとなる。ここで、可変焦点レンズ１の動作について説明する前に、レンズ体２の動作原理について説明する。ここでは、説明を簡単にするために、図２に示すレンズ体を参照して説明する。
【００６５】
図２は、レンズ体の動作原理を説明するための図である。
【００６６】
図２のパート（ａ）および図２のパート（ｂ）に示すレンズ体１０には、少なくとも光通過領域１０ａが光透過性であってレンズ形状を有する容器１１が備えられている。ここで、容器１１の、少なくとも光通過領域１０ａは、外に向かって凸のレンズ形状を有する容器である。
【００６７】
また、このレンズ体１０には、容器１１内に封入された光透過性の分散媒１２が備えられている。
【００６８】
さらに、このレンズ体１０には、分散媒１２内に分散した、光透過性であって分散媒１２の屈折率よりも高い屈折率を有する分散質１３が備えられている。
【００６９】
また、このレンズ体１０には、分散媒１２内に分散した分散質１３を電気泳動させることにより光通過領域１０ａを通過する光の屈折を制御する電極である陰極１４および陽極１５が備えられている。詳細には、上記分散質１３は、プラスに帯電されたナノ粒子１３ａとマイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂであって、容器１１の、光通過領域１０ａを取り巻く位置に、分散質１３を引き寄せる負極性の電極である陰極１４および正極性の電極である陽極１５が配置されている。
【００７０】
ここで、上述したナノ粒子の材質はいかなるものであってもよい。例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化錫、チタン酸バリウムなどが挙げられる。好ましくは、酸化チタン、シリカゲル（ＳｉＯ２）、アルミナ、ポリマー粒子である。ナノ粒子の調整法は、固相法、液相法、気相法いずれでもよく、好ましくは、液相法と気相法である。その詳細は、文献「ナノ微粒子の調整および分散・凝集コントロールとその評価、技術情報協会、２００３年」に記載されている。粒子サイズは、１００ｎｍ以下が好ましい。粒子サイズが１００ｎｍを越えると、光の散乱が生じ、透明性（光透過性）が損なわれることとなる。
【００７１】
また、ナノ粒子は、分散媒１２（分散媒）への分散安定性を高める目的で、表面を修飾することが好ましい。表面を修飾する方法としては、チタンカップリング剤（イソプロピルトリイソステアロイルチタネートなど）、シランカップリング剤（ペンタデカフルオロデシルトリメチルシランなど）、アルミニウムカップリング剤（アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレートなど）、グラフト重合などが挙げられる。グラフト重合は、酸化チタンに対してはポリエチレングラフト重合、ポリスチレングラフト重合が、シリガゲルに対してはシラノール基を利用したグラフト重合が利用できる。
【００７２】
ナノ粒子を分散させる分散媒１２としては、水あるいは非水系有機分散媒を用いることができる。また、水と有機分散媒を混合して用いてもよい。非水系有機分散媒としては、好ましくは、炭化水素（ヘキサン、ヘプタン、ペンタン、オクタン、アイソパー（エクソン社）など）、炭化水素系芳香族化合物（ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼンなど）、ハロゲン系炭化水素（ジフルオロプロパン、ジクロロエタン、クロロエタン、ブロモエタンなど）、ハロゲン系炭化水素系芳香族化合物（クロロベンゼンなど）、エーテル系化合物（ジブチルエーテル、アニソール、ジフェニルエーテルなど）、アルコール系化合物（グリセリンなど）、カルボニル基を有する化合物（プロピレンカーボネートなど）、ニトロ系化合物（ニトロメタンなど）、ニトリル系化合物（アセトニトリル、ベンゾニトリルなど）である。
【００７３】
分散媒１２については、レンズ体１０の用途との関連において、屈折率、比重、粘度、抵抗率、誘電率などを調整することが好ましい。この調整には、複数の分散媒を混合して行なうことができる。
【００７４】
また、この分散媒１２には、酸、アルカリ、塩、分散安定剤、酸化防止や紫外線吸収などを目的とした安定剤、抗菌剤、防腐剤などを添加することができる。
【００７５】
容器１１としては、ガラス基板、ポリエステル、ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルフォン、シリコーン樹脂、ポリアセタール樹脂、フッ素樹脂、セルロース誘導体、ポリオレフィンなどの高分子のフイルムや板状基板、金属基板、セラミック基板等の無機基板などが好適に用いられる。少なくとも５０％以上の光透過率を有する容器１１が好ましく、さらに好ましくは８０％以上の光透過率を有するものである。
【００７６】
さらに、陰極１４や陽極１５の電極部材としては、金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、プラチナ、カーボン、導電性高分子、酸化錫一酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛などに代表される金属酸化物層が形成されたものが好適に用いられる。また、後述するように、電極を光の透過する部位に設置する場合には、いわゆる透明電極を用いることが好ましい。酸化錫一酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛などに代表される金属酸化物が好ましい。
【００７７】
図２に示すレンズ体１０は、レンズ形状を有する容器１１内に封入された光透過性の分散媒１２内に分散した、光透過性であってその分散媒１２の屈折率とは異なる屈折率を有する分散質１３を、陰極１４と陽極１５との間に印加される電圧に応じて電気泳動させることにより光通過領域１０ａを通過する光の屈折を制御するものである。このため、分散媒１２と、分散質１３の、電気泳動により光通過領域１０ａに移動した量とにより定まる屈折率に応じた焦点距離を持つ焦点距離可変なレンズが得られることとなる。以下、詳細に説明する。
【００７８】
陰極１４と陽極１５との間に電圧が印加されていない状態では、図２のパート（ａ）に示すように、分散媒１２内には分散質１３が一様に分散されている。この分散質１３は、プラスに帯電されたナノ粒子１３ａとマイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂとからなるものである。このような状態におけるレンズ体１０の屈折率は、分散媒１２の屈折率と、その分散媒１２内に一様に分散された分散質１３の量（個数）により定まる屈折率とからなる、比較的大きな屈折率となっている。
【００７９】
ここで、陰極１４と陽極１５との間に所定の電圧が印加される。すると、図２のパート（ｂ）に示すように、分散媒１２内に一様に分散されていた分散質１３のうちのプラスに帯電されたナノ粒子１３ａが陰極１４側に引き寄せられるとともに、マイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂが陽極１５側に引き寄せられる。このため、レンズ体１０の屈折率は、分散媒１２の屈折率のみにより定まる比較的小さな屈折率となる。尚、陰極１４，陽極１５間への電圧の印加を中止すると、再び図２のパート（ａ）に示す状態に落ち着く。
【００８０】
ここで、光通過領域１０ａに位置する分散質１３の、電気泳動により移動する量は、陰極１４および陽極１５に印加される電圧の波形や印加パターン、陰極１４および陽極１５の配置，形状，構造等により、自在に制御することができる。従って、特許文献１に提案された、液晶分子の屈折率を利用して光の屈折を制御する技術と比較し、柔軟な分布率を得ることもできる。また、分散媒１２内に分散した分散質１３は、陰極１４および陽極１５に電圧を印加することによって生じた電界により移動するものであって、そこに電流は発生せず、従って非特許文献１に提案された、導電性の水性溶液に電流が流れる技術と比較し、電気分解する恐れは少なく、従って長期にわたってレンズとしての性能の劣化を抑えることができる。
【００８１】
次に、電気泳動により屈折率を段階的に変化する方法について説明する。電気泳動で前述したプラスやマイナスに帯電されたナノ粒子（荷電微粒子と称する）を移動させる際、印加する電圧の波形や印加パターンにより移動する荷電粒子の量を変化させることができる。レンズ体１０における光通過領域１０ａに位置する荷電粒子の量を変化させると、結果的に屈折率が段階的に変化する光学素子が得られることとなる。ここで、荷電粒子の量を変化させるためには、矩形波を印加する方法が好ましい。文献「ＩＤＷＯ３（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １０ｔｈ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｗｏｒｋｓｈｏｐｓ）予稿集、第２３９頁、２００３年」には、電気泳動による４階調表示の報告例が、また、「同第２４３頁、２００３年」には、８階調表示の報告例が記載されている。これらに記載されている印加方法を採用することで、荷電粒子の量を段階的に変化させることが可能である。
【００８２】
次に、レンズ体の実施例について説明する。
【００８３】
本実施例では、分散質１３として酸化チタンのナノ粒子を用いた。この酸化チタンのナノ粒子は、含水酸化チタンをアルカリで無定形としたのち、塩酸中で熟成させて、加熱処理により粒子サイズ１０ｎｍのものとし、その粒子表面をチタンカップリング剤（イソプロピルトリイソステアロイルチタネート）の溶液で処理した。このようにして得られた酸化チタンのナノ粒子をアイソパー（エクソン社製）に分散して、光学素子であるレンズ体１０を作製した。
【００８４】
アイソパー（屈折率１．４８）中に、酸化チタンのナノ粒子（屈折率２．３０）を２０体積％程度混入した場合、屈折率は１．４８から１．６４４に変化した。また、３０体積％程度混入した場合、屈折率は１．４８から１．７２６に変化した。これらを用いて図３に示す形状のレンズ（ナノ粒子を含む媒質）を作成した。
【００８５】
図３は、ナノ粒子を含む媒質を有するレンズの曲率および厚さを示す図である。
【００８６】
レンズの曲率Ｒ１ ５．００ｍｍ
レンズの厚さＤ１ ３．００ｍｍ
レンズの曲率Ｒ２ 無限大
（１＿１）アイソパー（屈折率１．４８）のみの場合
焦点距離 １０．４２ｍｍ
バックフォーカス ８．３９ｍｍ
フロントフォーカス −１０．４２ｍｍ
（１＿２）酸化チタンのナノ粒子を２０％混入した（屈折率１．６４４）場合
焦点距離 ７．７６ｍｍ
バックフォーカス ５．９４ｍｍ
フロントフォーカス −７．７６ｍｍ
（１＿３）酸化チタンのナノ粒子を３０％混入した（屈折率１．７２６）場合
焦点距離 ６．８９ｍｍ
バックフォーカス ５．１５ｍｍ
フロントフォーカス −６．８９ｍｍ
このように焦点距離を、１０．４２→７．７６または１０．４２→６．８９と変化させることができた。
【００８７】
図４は、屈折率が１．４８，１．６４４，１．７２６と変化した場合の可変焦点レンズのバックフォーカスを示す図である。
【００８８】
上述したように、屈折率が１．４８，１．６４４，１．７２６と変化した場合のレンズ体の焦点距離は、１０．４２，７．７６，６．８９となる。これらをバックフォーカスで表わすと、図４のようになる。図４に示すように、屈折率が１．４８のときのバックフォーカスＢｆ’（８．３９）が最も大きく、以下、屈折率が１．６４４のときのバックフォーカスＢｆ’（５．９４）、屈折率が１．７２６のときのバックフォーカスＢｆ’（５．１５）の順に小さくなっている。
【００８９】
次に、通常のガラス（ＢＫ７；屈折率１．５１６３３）と組み合わせたレンズ（ナノ粒子を含む媒質）を作成した。
【００９０】
図５は、通常のガラスと組み合わせたレンズの曲率および厚さを示す図である。
【００９１】
ガラスの曲率Ｒ１ 無限大
ガラスの厚さＤ１ １．００ｍｍ
レンズの曲率Ｒ２ ５．００ｍｍ
レンズの厚さＤ２ ３．００ｍｍ
レンズの曲率Ｒ３ 無限大
（２＿１）アイソパー（屈折率１．４８）のみの場合
焦点距離 −１３７．６ｍｍ
バックフォーカス −１３３．７ｍｍ
フロントフォーカス １３８．３ｍｍ
（２＿２）酸化チタンのナノ粒子を２０％混入した（屈折率１．６４４）場合
焦点距離 ３９．２ｍｍ
バックフォーカス ３７．３ｍｍ
フロントフォーカス −３８．５ｍｍ
（２＿３）酸化チタンのナノ粒子を３０％混入した（屈折率１．７２６）場合
焦点距離 ２３．８ｍｍ
バックフォーカス ２２．１ｍｍ
フロントフォーカス −２３．２ｍｍ
以上のように焦点距離を、−１３７．６→３９．２または−１３７．６→２３．８と変化させることができた。
【００９２】
さらに、通常のガラス（ＢＫ７；屈折率１．５１６３３）にナノ粒子を封入したレンズを作成した。
【００９３】
図６は、通常のガラスにナノ粒子を封入したレンズの曲率および厚さを示す図である。
【００９４】
第１のガラスの曲率Ｒ１ 無限大
第１のガラスの厚さＤ１ １．００ｍｍ
第２のガラスの曲率Ｒ２ １３．６３４ｍｍ
第２のガラスの厚さＤ２ ２．００ｍｍ（ナノ粒子を含む媒質）
第３のガラスの曲率Ｒ３ −２０．２ｍｍ
第３のガラスの厚さＤ３ １．００ｍｍ
第４のガラスの曲率Ｒ４ 無限大
（３＿１）アイソパー（屈折率１．４８）のみの場合
焦点距離 −２２３．７ｍｍ
バックフォーカス −２２５．２ｍｍ
フロントフォーカス ２２４．９ｍｍ
（３＿２）酸化チタンのナノ粒子を２０％混入した（屈折率１．６４４）場合
焦点距離 ６４．１ｍｍ
バックフォーカス ６２．７ｍｍ
フロントフォーカス −６２．９ｍｍ
（３＿３）酸化チタンのナノ粒子を３０％混入した（屈折率１．７２６）場合
焦点距離 ３９．１ｍｍ
バックフォーカス ３７．７ｍｍ
フロントフォーカス −３８．０ｍｍ
以上のように焦点距離を、−２２３．７→６４．１または−２２３．７→３９．１と変化させることができた。
【００９５】
次に、図１に示す可変焦点レンズ１の動作について、図７を参照して説明する。
【００９６】
図７は、図１に示す可変焦点レンズの動作を説明するための図である。
【００９７】
尚、焦点距離可変部３は、図面を簡略化するために図示省略する。
【００９８】
先ず、焦点距離可変部３から、図７のパート（ａ）に示すレンズ体２が有する第１，第２の電極１５１，１５２にマイナスの電圧，プラスの電圧が印加されるものとする。すると、第１，第２の電極１５１，１５２は、陰極，陽極の役割を担うこととなる。ここで、第２の電極１５２を構成する複数の電極部１５２ａそれぞれには、同じ値のプラスの電圧が印加されるものとする。従って、この場合は、複数の電極部１５２ａそれぞれに同量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。
【００９９】
次いで、図７のパート（ｂ）に示すように、第２の電極１５２を構成する両端側の電極部１５２ａに最も大きな値のプラスの電圧が印加されるとともに、中央の電極部１５２ａに最も小さな値のプラスの電圧が印加され、さらに両端側の電極部１５２ａと中央の電極部１５２ａとの間に位置する電極部１５２ａには中間の値のプラスの電圧が印加されるものとする。すると、両端側の電極部１５２ａに最も多量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられるとともに中央の電極部１５２ａには少量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。また、両端側の電極部１５２ａと中央の電極部１５２ａとの間に位置する電極部１５２ａには中程度の量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。
【０１００】
さらに、図７のパート（ｃ）に示すように、第１，第２の電極１５１，１５２にプラスの電圧，マイナスの電圧が印加される。すると、第１，第２の電極１５１，１５２は、陽極，陰極の役割を担うこととなり、第１の電極１５１にナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。このようにして、ナノ粒子１３ｂの分布が制御されて光通過領域１０ａの焦点距離が３段階に変化する。従って、分散媒１２と、ナノ粒子１３ｂの、電気泳動により光通過領域１０ａに移動した量とにより定まる正の屈折率に応じた、３段階に変化する焦点距離を持つ焦点距離可変なレンズが得られることとなる。
【０１０１】
図８は、電極の内側の面に絶縁膜がコーティングされたレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１０２】
図８に示すレンズ体４は、図７に示すレンズ体２と比較し、電極１５１の内側の面に絶縁膜１５３がコーティングされ、それら絶縁膜１５３が分散媒１２に接して配置されている点が異なっている。このレンズ体４では、電極１５１の内側の面に絶縁膜１５３がコーティングされているため、ナノ粒子１３ｂの、電極１５１への凝集を防止することができる。ここで、絶縁膜１５３は、ポリイミド絶縁膜である。このため、電極１５１は、優れた耐熱性および耐久性を有する。このように構成されたレンズ体４で、電極１５１，１５２に印加する電圧を制御することにより光通過領域１０ａの焦点距離を３段階に変化させてもよい。
【０１０３】
図９は、プラスチックで形成された容器を備えたレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１０４】
図９に示すレンズ体５には、少なくとも光通過領域１０ａが光透過性であってレンズ形状を有する容器３１が備えられている。この容器３１の、少なくとも光通過領域１０ａにおける部分は、プラスチックから形成されている。このため、軽量で耐衝撃性の高い容器３１が実現されている。このような容器３１を備えたレンズ体５で、電極１５１，１５２に印加する電圧を制御することにより光通過領域１０ａの焦点距離を３段階に変化させてもよい。尚、プラスチックに代えてガラスで容器を形成してもよい。
【０１０５】
図１０は、電極の配置の一例を示す図である。
【０１０６】
図１０に示す電極１＿１４１，１＿１５１は、レンズ体を構成する容器の、光通過領域を取り巻く上側面，下側面に配置されている。このように電極１＿１４１，１＿１５１を配置し、例えば電極１＿１４１，１＿１５１にマイナスの電圧，プラスの電圧を印加して、容器の上側面，下側面にプラスのナノ粒子，マイナスのナノ粒子を引き寄せてもよい。
【０１０７】
図１１は、電極の配置の他の一例を示す図である。
【０１０８】
図１１には、レンズ体を構成する容器の、光通過領域を取り巻く左右の位置に、第１，第２の電極１＿１４２，１＿１４２が配置されている。また、レンズ体を構成する容器の、光通過領域を取り巻く上下の位置に、第３，第４の電極１＿１５２，１＿１５２が配置されている。このような電極を配置するとともに分散媒内にマイナスのナノ粒子１＿１３ｂを分散しておき、第１，第２の電極１＿１４２，１＿１４２を陰極とするとともに第３，第４の電極１＿１５２，１＿１５２を陽極とし、例えば第３の電極１＿１５２に印加されるプラスの電圧の値よりも第４の電極１＿１５２に印加されるプラスの電圧の値を大きく設定することにより、それら第３，第４の電極１＿１５２，１＿１５２に引き寄せられるナノ粒子１＿１３ｂの量を振り分けてもよい。
【０１０９】
図１２は、電極の配置のさらなる他の一例を示す図である。
【０１１０】
図１２には、レンズ体を構成する容器の、光通過領域を取り巻く側面に、陰極１＿１４３と陽極１＿１５３とが交互に配置されている。このように陰極１＿１４３と陽極１＿１５３を交互に配置して、プラスのナノ粒子，マイナスのナノ粒子１＿１３ｂの分布を自在に制御してもよい。
【０１１１】
図１３は、負の屈折力を有するレンズ体を備えた可変焦点レンズの動作を説明するための図である。
【０１１２】
図１３には、少なくとも光通過領域１０ａが、負の屈折力を有するレンズ形状を有する容器３１を備えたレンズ体６が示されている。先ず、図１３のパート（ａ）に示すレンズ体６が有する第１，第２の電極１５１，１５２にマイナスの電圧，プラスの電圧が印加されるものとする。すると、第１，第２の電極１５１，１５２は、陰極，陽極の役割を担うこととなる。ここでは、第２の電極１５２を構成する複数の電極部１５２ａそれぞれには、同じ値のプラスの電圧が印加されるものとする。従って、この場合は、複数の電極部１５２ａそれぞれに同量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。
【０１１３】
次いで、図１３のパート（ｂ）に示すように、第２の電極１５２を構成する両端側の電極部１５２ａに最も大きな値のプラスの電圧が印加されるとともに、中央の電極部１５２ａに最も小さな値のプラスの電圧が印加され、さらに両端側の電極部１５２ａと中央の電極部１５２ａとの間に位置する電極部１５２ａには中間の値のプラスの電圧が印加されるものとする。すると、両端側の電極部１５２ａに最も多量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられるとともに中央の電極部１５２ａには少量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。また、両端側の電極部１５２ａと中央の電極部１５２ａとの間に位置する電極部１５２ａには中程度の量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。
【０１１４】
さらに、図１３のパート（ｃ）に示すように、第１，第２の電極１５１，１５２にプラスの電圧，マイナスの電圧が印加される。すると、第１，第２の電極１５１，１５２は、陽極，陰極の役割を担うこととなり、第１の電極１５１にナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。このようにして、ナノ粒子１３ｂの分布が制御されて光通過領域１０ａの焦点距離が３段階に変化する。従って、分散媒１２と、ナノ粒子１３ｂの、電気泳動により光通過領域１０ａに移動した量とにより定まる負の屈折率に応じた、３段階に変化する焦点距離を持つ焦点距離可変なレンズが得られることとなる。
【０１１５】
図１４は、非球面レンズ形状を有する容器を有するレンズ体を備えた可変焦点レンズの動作を説明するための図である。
【０１１６】
図１４には、少なくとも光通過領域１０ａが、非球面レンズ形状を有する容器４１を備えたレンズ体７が示されている。尚、このレンズ体７を備えた可変焦点レンズの動作は、前述した図１３に示すレンズ体６を備えた可変焦点レンズの動作と同じであるため、説明は省略する。このような非球面レンズ形状を有する容器４１を有するレンズ体７を備えた可変焦点レンズで３段階に焦点距離を変化させてもよい。
【０１１７】
図１５は、外に向かって双方が凸のレンズ形状を有する容器を有するレンズ体を備えた可変焦点レンズの動作を説明するための図である。
【０１１８】
図１５には、外に向かって双方が凸のレンズ形状を有する容器５１を備えたレンズ体８が示されている。尚、このレンズ体８を備えた可変焦点レンズの動作は、前述した図１３に示すレンズ体６を備えた可変焦点レンズの動作と同じであるため、説明は省略する。このような、外に向かって双方が凸のレンズ形状を有する容器５１を有するレンズ体８を備えた可変焦点レンズで３段階に焦点距離を変化させてもよい。
【０１１９】
図１６は、電極パターンが工夫された第１のレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１２０】
図１６に示すレンズ体１８０には、容器の、光通過領域を取り巻く位置に、陰極１４が配置されている。また、このレンズ体１８０には、容器の、光通過領域１０ａにおける前面に、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン１８１ａを有する陽極１８１が配置されている。さらに、このレンズ体１８０には、容器の、光通過領域における背面に、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン１８２ａを有する陽極１８２が配置されている。このレンズ体１８０は、陽極１８１，１８２の電極パターン１８１ａ，１８２ａが対称的であるため、例えば電極パターン１８１ａ，１８２ａの上部から下部にかけて共に値が徐々に小さく（もしくは大きく）なるような電圧を印加することにより、プリズム効果を実現することができる。このようなレンズ体１８０を手ぶれ補正用の加速度センサとともにカメラに備え、加速度センサからの信号に応じてそのカメラに備えられたレンズの上下方向に対する手ぶれ補正を行なってもよい。また、このようなレンズ体１８０をカメラのファインダに備えてパララックス（視差）補正してもよい。
【０１２１】
図１７は、電極パターンが工夫された第２のレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１２２】
図１７に示すレンズ体１９０は、図１６に示すレンズ体１８０と比較し、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン１８２ａを有する陽極１８２に代えて、垂直方向に形成されたストライプ状の電極パターン１９１ａを有する陽極１９１が配置されている点が異なっている。ここで、電極パターン１８１ａで上下の屈折率を制御するとともに、電極パターン１９１ａで左右の屈折率を制御することにより、レンズの上下方向および左右方向に対する手ぶれ補正やパララックス補正を行なってもよい。
【０１２３】
図１８は、電極パターンが工夫された第３のレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１２４】
図１８に示すレンズ体２００は、図１７に示すレンズ体１９０と比較し、垂直方向に形成されたストライプ状の電極パターン１９１ａを有する陽極１９１に代えて、複数の同心円状の電極パターン２０１ａを有する陽極２０１が配置されている点が異なっている。ここで、電極パターン２０１ａで凸状のレンズを実現するとともに、電極パターン１８１ａでプリズム効果を実現することにより、１つのレンズ体２００で手ぶれ補正やピント調節を兼ねた撮影レンズを実現してもよい。また、ズームレンズを備えたカメラにおいて、そのカメラのファインダ光学系にこのレンズ体２００を採用して、そのズームレンズにより変化する視野に応じて変化するズームファインダを実現してもよい。さらに、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン１８１ａを有する陽極１８１に代えて、複数の同心円状の電極パターン２０１ａを有する陽極２０１と同じ陽極を配置し、例えば正の屈折力を高めるにあたり、上記陽極２０１と相俟ってナノ粒子を迅速に移動させることもできる。
【０１２５】
図１９は、マトリックス状の電極パターンを有する陽極を示す図である。
【０１２６】
図１９に示す電極２１０は、周辺領域に配置された電極パターン部２１１と中央領域に配置された電極パターン部２１２からなるマトリックス状の電極パターンを有する。ここで、周辺領域に配置された電極パターン部２１１は陰極の役割を担うとともに、中央領域に配置された電極パターン部２１２は陽極の役割を担う。このような電極２１０を備えたレンズ体を通常のレンズに隣接して配置するとともに、そのレンズの収差を補正するためのデータからなる収差補正用テーブルを用意しておき、上記電極２１０に、収差補正用テーブルのデータに応じた電圧を印加してナノ粒子の分布を制御することにより、その光学部材の屈折率を制御することにより、上記レンズの収差を補正してもよい。
【０１２７】
以上で、電気泳動タイプでレンズ形状を有する光学ユニットの説明を終了し、以下では、電気泳動タイプで板形状を有する光学ユニットについて説明する。尚、上述したレンズ形状を有する光学ユニットと同様の要素については同じ符号を付して説明を省略し、相違点のみ説明する。
【０１２８】
図２０は、外形が板形状のレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１２９】
図２０のパート（ａ）および図２０のパート（ｂ）に示すレンズ体３１０には、少なくとも光通過領域３１０ａが光透過性であって外形が板形状を有する容器３１１が備えられている。容器３１１には、図２に示すレンズ体１０と同様に、分散媒１２と、分散質１３（プラスに帯電されたナノ粒子１３ａとマイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂ）とが封入されている。
【０１３０】
陰極１４と陽極１５との間に電圧が印加されていない状態では、図２０のパート（ａ）に示すように、分散媒１２内には分散質１３が一様に分散されている。この分散質１３は、プラスに帯電されたナノ粒子１３ａとマイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂとからなるものである。このような状態におけるレンズ体３１０の屈折率は、分散媒１２の屈折率と、その分散媒１２内に一様に分散された分散質１３の量（個数）により定まる屈折率とからなる、比較的大きな屈折率となっている。
【０１３１】
ここで、陰極１４と陽極１５との間に所定の電圧が印加される。すると、図２０のパート（ｂ）に示すように、分散媒１２内に一様に分散されていた分散質１３のうちのプラスに帯電されたナノ粒子１３ａが陰極１４側に引き寄せられるとともに、マイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂが陽極１５側に引き寄せられる。このため、レンズ体３１０の屈折率は、分散媒１２の屈折率のみにより定まる比較的小さな屈折率となる。尚、陰極１４，陽極１５間への電圧の印加を中止すると、再び図２０のパート（ａ）に示す状態に落ち着く。
【０１３２】
図２１は、外形が板形状のレンズ体における結像位置のずれを説明するための図である。
【０１３３】
図２１のパート（Ａ）には、凸状のレンズからの被写体光の結像位置が示されている。ここで、図２１のパート（Ｂ）に示すように、厚さｄ，屈折率ｎのレンズ体を像空間に挿入する。このレンズ体の空気換算長は、厚さｄを屈折率ｎで割った値（ｄ／ｎ）で表わされる。このため、結像位置は、ｄ（１−１／ｎ）だけ後方（図２１の左側）にずれることとなる。
【０１３４】
また、図２１のパート（Ｃ）に示すように、像空間において、ともに厚さｄであって屈折率が異なる２枚のレンズ体（屈折率はそれぞれｎ１，ｎ２とする）を用意し、それらのレンズ体を入れ替えた場合、それらレンズ体の結像位置のずれΔｄは、ｄ（１／ｎ１−１／ｎ２）となる。焦点距離ｆのレンズ系における、物体距離Ｄ時の結像位置の後側焦点からの距離は、ｆ2／Ｄであるので、屈折率の異なるレンズ体の出し入れによって、無限遠物体と、ｆ2／Ｄで示される距離の物体への焦点調節が可能になる。ここで、２枚のレンズ体の出し入れに代えて、前述した図２０に示すレンズ体３１０を用いて分散質１３を電気泳動させて光の屈折を制御することにより、焦点距離の調節を行なうことができる。
【０１３５】
次に、屈折率可変板の動作について、図２２を参照して説明する。
【０１３６】
図２２は、屈折率可変板の動作を説明するための図である。
【０１３７】
先ず、図１に示す焦点距離可変部３から、図２２のパート（ａ）に示すレンズ体３２０が有する第１，第２の電極１５１，１５２にマイナスの電圧，プラスの電圧が印加されるものとする。すると、第１，第２の電極１５１，１５２は、陰極，陽極の役割を担うこととなる。ここで、第２の電極１５２を構成する複数の電極部１５２ａそれぞれには、同じ値のプラスの電圧が印加されるものとする。従って、この場合は、複数の電極部１５２ａそれぞれに同量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。
【０１３８】
次いで、図２２のパート（ｂ）に示すように、第２の電極１５２を構成する両端側の電極部１５２ａに最も大きな値のプラスの電圧が印加されるとともに、中央の電極部１５２ａに最も小さな値のプラスの電圧が印加され、さらに両端側の電極部１５２ａと中央の電極部１５２ａとの間に位置する電極部１５２ａには中間の値のプラスの電圧が印加されるものとする。すると、両端側の電極部１５２ａに最も多量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられるとともに中央の電極部１５２ａには少量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。また、両端側の電極部１５２ａと中央の電極部１５２ａとの間に位置する電極部１５２ａには中程度の量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。
【０１３９】
さらに、図２２のパート（ｃ）に示すように、第１，第２の電極１５１，１５２にプラスの電圧，マイナスの電圧が印加される。すると、第１，第２の電極１５１，１５２は、陽極，陰極の役割を担うこととなり、第１の電極１５１にナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。このようにして、ナノ粒子１３ｂの分布が制御されて光通過領域３１０ａの焦点距離が３段階に変化する。従って、分散媒１２と、ナノ粒子１３ｂの、電気泳動により光通過領域１０ａに移動した量とにより定まる正の屈折率に応じた、３段階に変化する焦点距離を持つ焦点距離可変なレンズが得られることとなる。
【０１４０】
図２３は、電極の内側の面に絶縁膜がコーティングされたレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１４１】
図２３に示すレンズ体３３０は、図２２に示すレンズ体３２０と比較し、電極１５１の内側の面に絶縁膜１５３がコーティングされ、それら絶縁膜１５３が分散媒１２に接して配置されている点が異なっている。このレンズ体３３０では、電極１５１の内側の面に絶縁膜１５３がコーティングされているため、ナノ粒子１３ｂの、電極１５１への凝集を防止することができる。ここで、絶縁膜１５３は、ポリイミド絶縁膜である。このため、電極１５１は、優れた耐熱性および耐久性を有する。このように構成されたレンズ体４で、電極１５１，１５２に印加する電圧を制御することにより光通過領域１０ａの焦点距離を３段階に変化させてもよい。
【０１４２】
図２４は、プラスチックで形成された容器を備えたレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１４３】
図２４に示すレンズ体３４０には、電極１５１の周囲を囲むように配置された円筒形状の部材、およびその部材の前面および背面に嵌め込まれるともに少なくとも光通過領域１０ａが光透過性であって外形が円板形状の部材からなる容器３４１が備えられている。この容器３４１は、プラスチックから形成されている。このため、軽量で耐衝撃性の高い容器３４１が実現されている。このような容器３４１を備えたレンズ体３４０で、電極１５１，１５２に印加する電圧を制御することにより光通過領域３１０ａの焦点距離を３段階に変化させてもよい。尚、プラスチックに代えてガラスで容器を形成してもよい。
【０１４４】
図２５は、電極パターンが工夫された第１のレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１４５】
図２５に示すレンズ体４１０には、容器の、光通過領域を取り巻く位置に、陰極１４が配置されている。また、このレンズ体４１０には、容器の、光通過領域４１０ａにおける前面に、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン４１１ａを有する陽極４１１が配置されている。さらに、このレンズ体４１０には、容器の、光通過領域における背面に、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン４１２ａを有する陽極４１２が配置されている。このレンズ体４１０は、陽極４１１，４１２の電極パターン４１１ａ，４１２ａが対称的であるため、例えば電極パターン４１１ａ，４１２ａの上部から下部にかけて共に値が徐々に小さく（もしくは大きく）なるような電圧を印加することにより、プリズム効果を実現することができる。このようなレンズ体４１０を手ぶれ補正用の加速度センサとともにカメラに備え、加速度センサからの信号に応じてそのカメラに備えられたレンズの上下方向に対する手ぶれ補正を行なってもよい。また、このようなレンズ体４１０をカメラのファインダに備えてパララックス（視差）補正してもよい。
【０１４６】
図２６は、電極パターンが工夫された第２のレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１４７】
図２６に示すレンズ体４２０は、図２５に示すレンズ体４１０と比較し、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン４１２ａを有する陽極４１２に代えて、垂直方向に形成されたストライプ状の電極パターン４２１ａを有する陽極４２１が配置されている点が異なっている。ここで、電極パターン４１１ａで上下の屈折率を制御するとともに、電極パターン４２１ａで左右の屈折率を制御することにより、レンズの上下方向および左右方向に対する手ぶれ補正やパララックス補正を行なってもよい。
【０１４８】
図２７は、電極パターンが工夫された第３のレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１４９】
図２７に示すレンズ体４３０は、図２６に示すレンズ体４２０と比較し、垂直方向に形成されたストライプ状の電極パターン４２１ａを有する陽極４２１に代えて、複数の同心円状の電極パターン４３１ａを有する陽極４３１が配置されている点が異なっている。ここで、電極パターン４３１ａで凸状のレンズ機能を実現するとともに、電極パターン４１１ａでプリズム効果を実現することにより、１つのレンズ体４３０で手ぶれ補正やピント調節を兼ねた撮影レンズを実現してもよい。また、ズームレンズを備えたカメラにおいて、そのカメラのファインダ光学系にこのレンズ体４３０を採用して、そのズームレンズにより変化する視野に応じて変化するズームファインダを実現してもよい。
【０１５０】
図２８は、マトリックス状の電極パターンを有する陽極を示す図である。
【０１５１】
図２８に示す陽極４３２は、マトリックス状の電極パターン４３２ａを有する。このような陽極４３２を備えたレンズ体を通常のレンズに隣接して配置するとともに、そのレンズの収差を補正するためのデータからなる収差補正用テーブルを用意しておき、上記マトリックス状の電極パターン４３２ａに、収差補正用テーブルのデータに応じた電圧を印加してナノ粒子の分布を制御することにより、そのレンズ体の屈折率を制御することにより、上記レンズの収差を補正してもよい。
【０１５２】
図２９は、電極の配置の一例を示す図である。
【０１５３】
図２９には、レンズ体を構成する容器の、光通過領域を取り巻く外周の上側面，下側面に、陽極２＿１４１，２＿１５１が配置されている。また、この容器の、光通過領域を取り巻く内周の全面にかけてメッシュ状の陰極２＿１６１が配置されている。このため、陽極２＿１４１，２＿１５１に独立に電圧を印加することができるとともに、陰極２＿１６１の、メッシュ状の所望の座標や領域に電圧を印加することができる。従って、分散媒内に分散されているナノ粒子の分布を自在に制御することができる。
【０１５４】
図３０は、図２９に示す陽極とは異なる陽極の配置例を示す図である。
【０１５５】
図３０には、レンズ体を構成する容器の、光通過領域を取り巻く外周面に、４分割されてなる陽極２＿１５２が配置されている。このような陽極２＿１５２を図２９に示すメッシュ状の陰極２＿１６１とともに配置し、それら陽極２＿１５２に独立に電圧を印加するとともに、陰極２＿１６１の、メッシュ状の所望の座標や領域に電圧を印加すると、分散媒内に分散されているナノ粒子の分布をさらに自在に制御することができる。
【０１５６】
図３１は、図２９，図３０に示す陽極とは異なる陽極の配置例を示す図である。
【０１５７】
図３１には、レンズ体を構成する容器の、光通過領域を取り巻く外周面に、ストライプ状の陽極２＿１４３が配置されている。このような陽極２＿１４３を図２９に示すメッシュ状の陰極２＿１６１とともに配置し、それら陽極２＿１４３に独立に電圧を印加するとともに、陰極２＿１６１の、メッシュ状の所望の座標や領域に電圧を印加して、分散媒内に分散されているナノ粒子の分布をさらに自在に制御してもよい。
【０１５８】
以上で、分散媒中に分散された分散質を電気泳動させて光の屈折を制御する電気泳動タイプの光学ユニットの説明を終了し、続いて、分散媒中に分散された磁性を有する分散質を磁気泳動させて光の屈折を制御する磁気泳動タイプの光学ユニットについて説明する。
【０１５９】
図３２は、分散質を磁気泳動させて光の屈折を変化させる可変焦点レンズにおける、レンズ体の断面形状を示す図である。
【０１６０】
図３２に示すレンズ体５１０は、図２に示すレンズ体１０の容器１１と同様のレンズ形状を有し、少なくとも光通過領域５１０ａが光透過性を有する容器５１１内に、透明な分散媒５２０と、磁性を有する透明なナノ粒子５３０が封入されている。この分散質５２０としては、図２に示すレンズ体１０の分散媒１２と同様な流体を適用することができ、透明な磁性ナノ粒子５３０としては、二酸化チタンコバルトなどを適用することができる。
【０１６１】
また、このレンズ体５１０には、、図２に示すレンズ体１０の電極（陰極１４、陽極１５）に替えて、磁性ナノ粒子５３０を磁気泳動させるための磁場を発生するコイル５４０が備えられている。コイル５４０は、本発明にいう電磁場発生器の一例にあたるとともに、本発明にいう磁場発生器の一例に相当する。
【０１６２】
図３３は、図３２に示すレンズ体５１０の概略構成図である。
【０１６３】
図３３のパート（ａ）には、レンズ体５１０の上面図が示されている。
【０１６４】
容器５１１の上面および下面には、巻回された３つのコイル５４０が並べて配置されている。また、コイル５４０には、コイル５４０に電流を印加して、コイル５４０で発生される磁場を制御する磁場調整部５５０が接続されている。
【０１６５】
図３３のパート（ｂ）には、レンズ体５１０の、コイル５４０付近の拡大図が示されている。
【０１６６】
例えば、図３３のパート（ａ）に示す磁場調整部５５０によって、３つのコイル５４０それぞれに同じ方向の電流が印加されると、３つのコイル５４０それぞれで磁場が発生し、図３３のパート（ｂ）に示すように、容器５１１に、Ｎ極とＳ極とが交互に並んだ磁場が印加される。磁性ナノ粒子５３０を磁気泳動させるためには、コイル５４０から容器５１１に印加される磁場の極性はＮ極、およびＳ極のいずれでも良く、３つのコイル５４０それぞれに印加される電流の向きはそれぞれに異なる方向でも良い。３つのコイル５４０それぞれに印加される電流の向きや大きさを個別に調整することによって、磁場発生部５４０から容器５１１に印加される磁場の大きさや、磁場が印加される領域を精度良く制御することができる。
【０１６７】
図３２に戻って説明する。
【０１６８】
コイル５４０で磁場が発生していない状態では、図３２のパート（ａ）に示すように、分散媒５２０内には磁性ナノ粒子５３０が一様に分散されている。
【０１６９】
図３３のパート（ａ）に示す磁場調整部５５０によってコイル５４０に電流が印加されると、コイル５４０では、印加された電流の方向や大きさに応じた磁場が発生する。その結果、図３２のパート（ｂ）に示すように、分散媒５２０内に一様に分散されていた磁性ナノ粒子５３０がコイル５４０の磁力に引き寄せられて、レンズ体５１０の屈折率が減少する。
【０１７０】
このように、分散媒内に分散した分散質を電気泳動ではなく磁気泳動させることによっても、レンズ体５１０を通過する光の屈折を制御することができる。
【０１７１】
図３４は、分散質を磁気泳動させて光の屈折を変化させる、板形状のレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１７２】
図３４に示すレンズ体５５０には、図２０に示すレンズ体３１０の容器３１１と同様の板形状を有する容器５１１が備えられており、その容器５１１には、図３２に示すレンズ形状のレンズ体５１０と同様に、透明な分散媒５２０と磁性を有する透明なナノ粒子５３０とが封入されている。
【０１７３】
また、容器５５１の、光通過領域５５０ａを取り巻く位置には、図３２に示すレンズ状のレンズ体５１０と同様に、ナノ粒子５３０を磁気泳動させる磁場を発生するコイル５４０が配置されている。
【０１７４】
コイル５４０で磁場が発生していない状態では、図３４のパート（ａ）に示すように、分散媒５２０内にはナノ粒子５３０が一様に分散されており、レンズ体５５０の屈折率は、分散媒５２０の屈折率と、その分散媒５２０内に一様に分散されたナノ粒子５３０の量（個数）により定まる屈折率とからなる、比較的大きな屈折率となっている。
【０１７５】
ここで、コイル５４０に電流が印加されると、コイル５４０では磁場が発生し、図３４のパート（ｂ）に示すように、磁性を有するナノ粒子５３０がコイル５４０の磁場に引き寄せられる。このため、レンズ体５５０の屈折率は、分散媒５２０の屈折率のみにより定まる比較的小さな屈折率となる。尚、コイル５４０への電流の印加を中止すると、再び図３４のパート（ａ）に示す状態に落ち着く。
【０１７６】
このように、磁気泳動タイプの光学素子においても、焦点距離が可変な屈折率可変板を形成することができる。
【０１７７】
尚、微小な複数のコイルをストライプ状に配置することで、図１８に示す陽極１８１の電場パターンと同様の磁場パターンを形成することができ、大きさの異なる複数のコイルを同心円上に配置することで、図１８に示す陽極２０１の電場パターンと同様の磁場パターンを形成することができ、微小なコイルをマトリクス状に配置することによって、図１９に示す電極２１０の電場パターンと同様の磁場パターンを形成することができる。
【０１７８】
また、上記では、本発明にいう磁場発生器の一例として、電流の印加を受けて磁場を発生するコイルが示されているが、本発明にいう磁場発生器は、自力で磁場を発生する永久磁石であってもよい。この場合、分散質の磁気泳動は、永久磁石自体の移動によって実現される。
【０１７９】
ここで、上記では、本発明の概念を実現するための基本的な実施形態について説明したが、本発明に採用するレンズ体である光学素子を実用するにあたっては、光路上にゴミや水滴などが付着してレンズ性能が劣化してしまう不具合を防止するための工夫を施すことが好ましい。
【０１８０】
例えば、液体が収容された容器の光路と交わる外面（以下では、この面を光透過面と称する）に撥水性膜を付設することが好ましい。光透過面に撥水性を付与することによって、ゴミや水滴の付着などが防止され、光学素子の高い光透過性を維持することができる。この撥水性膜を構成する材料としては、シリコーン樹脂、オルガノポリシロキサンのブロック共重合体、フッ素系ポリマー、およびポリテトラフルオロエタンなどが好ましい。
【０１８１】
また、レンズ体を構成する容器の光透過面に、親水性膜を付設することも好ましい。光透過面に親水撥油性を付与することによっても、ゴミの付着を防止することができる。この親水性膜としては、アクリレート系ポリマーで構成されたものや、非イオン性オルガノシリコーン系界面活性剤などといった界面活性剤を塗布したものなどが好ましく、親水性膜の作製方法としては、シラン系モノマーのプラズマ重合や、イオンビーム処理などを適用することができる。
【０１８２】
また、レンズ体を構成する容器の光透過面に、酸化チタンなどといった光触媒を付設することも好ましい。光と反応した光触媒によって汚れなどが分解され、光透過面をきれいに保つことができる。
【０１８３】
また、レンズ体を構成する容器の光透過面に、帯電防止膜を付設することも好ましい。容器の光透過面に静電気が溜まったり、電極によって帯電してしまうと、光透過面にゴミや埃がくっついてしまう恐れがある。光透過面に帯電防止膜を付設することによって、このような不要物の付着を防止し、レンズ体の光透過性を維持することができる。この帯電防止膜は、ポリマーアロイ系の材料で構成されていることが好ましく、このポリマーアロイ系が、ポリエーテル系や、ポリエーテルエステルアミド系や、カチオン性基を有するものや、レオミックス（商品名、第一工業製薬株式会社）であることが特に好ましい。また、この帯電防止膜が、ミスト法によって作製されたものであることが好ましい。
【０１８４】
また、レンズ体を構成する容器に、防汚性素材を適用しても良い。防汚性素材としてはフッ素樹脂が好ましいが、具体的には、含フッ素アルキルアルコキシシラン化合物や、含フッ素アルキル基含有ポリマー、オリゴマー等が好ましく、上記硬化性樹脂と架橋可能な官能基を有するものが特に好ましい。また、防汚性素材の添加量は、防汚性を発現する必要最低量であることが好ましい。
【０１８５】
続いて、上述した各種光学ユニットが内蔵されたデジタルカメラについて説明する。
【０１８６】
図３５は、本発明の第１の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラの外観図である。
【０１８７】
図３５のパート（ａ）には、本発明の第１の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラ６００の、ズームレンズを内蔵するレンズ鏡胴６１０の沈胴状態が示されており、図３５のパート（ｂ）には、デジタルカメラ６００の、レンズ鏡胴６１０の繰出し状態が示されている。また、図３５のパート（ｃ）には、デジタルカメラ６００の背面が示されている。
【０１８８】
図３５に示すデジタルカメラ６００のレンズ鏡胴６１０には、光軸方向前方から順に、前群レンズ、後群レンズ、およびフォーカスレンズの３群で構成されてなる撮影レンズが内蔵されている。ここで、フォーカスレンズには、図１に示すレンズ体２を有する可変焦点レンズ１が用いられている。即ち、この撮影レンズでは、ピント調節にあたり、フォーカスレンズが移動することなくピント調節が行なわれる構成となっている。
【０１８９】
また、このデジタルカメラ６００は、後述するが、沈胴時に、後群レンズを撮影光軸上から退避させることで薄型化が実現されてなるカメラである。
【０１９０】
図３５に示すデジタルカメラ６００の正面上部には、補助光発光部６１２およびファインダ対物窓６１３ａが配置されている。また、このデジタルカメラ６００の上面には、シャッタボタン６１４が配置されており、このシャッタボタン６１４は、半押しと全押しとの２段階になっており、半押しによって上述のピント調節が行なわれ、全押しによって撮影が行なわれる。
【０１９１】
このデジタルカメラ６００の背面には、電源スイッチ６１５、ファインダ接眼窓６１３ｂ、画像モニタ６２０、設定表示ボタン６１６、記録指示ボタン６１７、画像表示オンオフボタン６２０ａ、十字キー６１９、ズーム操作切替ボタン６１８が備えられており、ズーム操作切替ボタン６１８を所定時間押下し続けることでズーム操作モードに入ると、十字キー６１９の‘上’を指し示すマークを押し続けている間、レンズ鏡胴６１０が望遠側（テレ側）に移動し、十字キー６１９の‘下’を指し示すマークを押し続けている間、レンズ鏡胴６１０が広角側（ワイド側）に移動する。ズーム操作モードの解除は、再び、ズーム操作切替ボタン６１８を所定時間押下し続けることで行なわれる。
【０１９２】
画像表示オンオフボタン６２０ａは、画像モニタ６２０に画像表示を行なうか否かを指示するボタンであり、デジタルカメラ６００では、例えこの画像表示オンオフボタン６２０ａがオフにされていても、撮影によって得られた画像は画像モニタ６２０に表示されるようになっている。尚、画像モニタ６２０がオフ時の撮影は、ファインダ接眼窓６１３ｂから被写体を確認して行なわれる。
【０１９３】
設定表示ボタン６１６は、現在設定されているシャッタスピードや感度などの値などを表示する際に操作するボタンである。記録指示ボタン６１７は、撮影した画像をメモリに記録する際に操作するボタンである。
【０１９４】
ファインダ接眼窓６１３ｂは、前面側のファインダ対物窓６１３ａと共に光学式ファインダを形成している。
【０１９５】
電源スイッチ６１５は、このデジタルカメラ６００を起動させるために操作するスイッチである。このデジタルカメラ６００では、メモリなどに記録されている画像を画像モニタ６２０に表示するためのモードである再生モードを指定するためのポジション「再生」、沈胴撮影を指定するためのポジション「沈胴」、ムービーモードを含む通常の写真撮影を指定するためのポジション「通常」が備えられており、電源をオフするためのポジション「ＯＦＦ」を含めて電源スイッチ６１５がスライド可能となっている。尚、図３５（ｃ）には、電源スイッチ６１５がポジション「沈胴」に合わせられている様子が示されている。
【０１９６】
図３６は、図３５に示すデジタルカメラの回路構成を示すブロック図、図３７は、図３６に示す撮影レンズ、シャッタユニット、撮像素子、および駆動回路の配置構成を示す図である。
【０１９７】
図３６に示すデジタルカメラ６００には、前述したレンズ鏡胴６１０に内蔵された撮影レンズ６０１、シャッタユニット６２１、および撮像素子（ＣＣＤ）６２２が備えられている。撮影レンズ６０１には、図３７に示す前群レンズ６０１ａ、後群レンズ６０１ｂ、およびフォーカスレンズ６０１ｃが備えられており、一方駆動回路６２５には、後群レンズ６０１ｂを駆動するためのズームモータ６２５ａ、シャッタユニット６２１を駆動するためのシャッタモータ６２５ｃ、およびそれらズームモータ６２５ａ，シャッタモータ６２５ｃに電圧を印加するためのモータドライバ６２５ｂが備えられている。また、駆動回路６２５には、フォーカスレンズ６０１ｃに印加する電圧を制御することにより焦点距離を３段階に変化させてピント調節を行なうピント調節部６２５ｄと、撮像素子６２２を駆動するための撮像素子駆動部６２５ｅが備えられている。
【０１９８】
このデジタルカメラ６００では、電源スイッチ６１５によって「通常」が選択された場合には、レンズ鏡胴６１０は、画角が所定の広角側となるまで繰り出される。一方、電源スイッチ６１５によって「沈胴」が選択されて沈胴時撮影が選択された場合には、レンズ鏡胴６１０の繰り出しは行なわれずに前群レンズとフォーカスレンズとにより形成されている固定焦点による撮影が可能となる。
【０１９９】
撮影レンズ６０１およびシャッタユニット６２１を経由して撮像素子６２２上に結像された被写体像は、撮像素子６２２により、アナログの画像信号に変換される。ここで、シャッタユニット６２１は、撮像素子６２２からアナログ信号を読み出すにあたり、光によるスミアの発生を抑えるためのものである。
【０２００】
また、デジタルカメラ６００には、前述した補助光発光部６１２が備えられており、この補助光発光部６１２は、必要に応じて補助光を発光する。デジタルカメラ６００に備えられたファインダ対物窓６１３ａおよびファインダ接眼窓６１３ｂを備えたファインダは、前述したように光学式ファインダであり、電源スイッチ６１５によって「通常」が選択されている場合には、駆動回路６２５によって焦点距離調節およびピント調節と連動した制御がファインダに対して行なわれる。一方、電源スイッチ６１５によって「沈胴」が選択されて沈胴時撮影が選択された場合には前述したように固定焦点で、かつカメラから１ｍ〜２ｍ間の距離にピントが合うようなピント調節に応じた制御がファインダに対して行なわれるようになっている。
【０２０１】
また、このデジタルカメラ６００には、アナログ信号処理部６２３と、Ａ／Ｄ部６２６と、デジタル信号処理部６２７と、テンポラリメモリ６２８と、圧縮伸長部６２９と、内蔵メモリ（またはメモリカード）６３０と、画像モニタ６２０（図３５参照）と、駆動回路６２５とが備えられている。撮像素子６２２は、駆動回路６２５内のタイミング発生回路（図示せず）によって発生したタイミングで駆動され、アナログの画像信号を出力する。また、駆動回路６２５には、撮影レンズ６０１、シャッタユニット６２１、補助光発光部６１２等を駆動する駆動部も含まれており、この駆動回路６２５では、電源スイッチ６１５によって「通常」が選択されている場合には、前述したフォーカスレンズ（第３群）のピント調整はコントラストに応じて行われるが、電源スイッチ６１５によって「沈胴」が選択されて沈胴時撮影が選択された場合には、フォーカスレンズ（第３群）はカメラから１ｍ〜２ｍ間の距離にピントが合うように屈折力が制御される。撮像素子６２２から出力されたアナログの画像信号は、アナログ信号処理部６２３でアナログ信号処理され、Ａ／Ｄ部６２６でＡ／Ｄ変換されてデジタル信号処理部６２７でデジタル信号処理される。デジタル信号処理された信号を表わすデータはテンポラリメモリ６２８に一時的に格納される。テンポラリメモリ６２８に格納されたデータは、圧縮伸長部６２９で圧縮されて内蔵メモリ（またはメモリカード）６３０に記録される。尚、撮影モードによっては、圧縮の過程を省いて内蔵メモリ６３０に直接記録してもよい。テンポラリメモリ６２８に格納されたデータは画像モニタ６２０に読み出され、これにより画像モニタ６２０に被写体の画像が表示される。
【０２０２】
さらに、このデジタルカメラ６００には、このデジタルカメラ６００全体の制御を行なうＣＰＵ６２４と、ズーム操作スイッチ等を含む操作スイッチ群６３１と、シャッタボタン６１４とが備えられており、操作スイッチ群６３１を操作して、所望の画角に設定することを含む所望の撮影状態に設定してシャッタボタン６１４を押下することにより写真撮影が行なわれる。
【０２０３】
図３８は、図３５に示すデジタルカメラの、ワイド側に繰り出された状態にあるレンズ鏡胴を光軸に沿って切断した断面図に主要部品を示した模式図、図３９は、図３５に示すデジタルカメラの、テレ側に繰り出された状態にあるレンズ鏡胴を光軸に沿って切断した断面図に主要部品を示した模式図、図４０は、図３５に示すデジタルカメラの、沈胴状態にあるレンズ鏡胴を光軸に沿って切断した断面図に主要部品を示した模式図である。
【０２０４】
図３８に示すレンズ鏡胴６１０の内部空間６１０ａには、光軸方向前方から順に、前群レンズ（第１レンズ群）６０１ａ、後群レンズ（第２レンズ群）６０１ｂ、およびフォーカスレンズ（第３レンズ群）６０１ｃの３群からなる撮影レンズ６０１が収容されている。ここで、フォーカスレンズ６０１ｃには、図１に示すレンズ体２を有する可変焦点レンズが用いられている。フォーカスレンズ６０１ｃは、分散媒と、ナノ粒子の、電気泳動により光通過領域に移動した量とにより定まる正の屈折率に応じた、３段階に変化する焦点距離を持つ焦点距離可変なレンズであるため、従来の、フォーカスレンズを光軸方向に移動することによりピント調節を行なう技術と比較し、モータ等の駆動機構は不要である。従って、構成が簡素化されて小型化が図られるとともに耐衝撃性の高められた撮影レンズ６０１が実現されている。
【０２０５】
レンズ鏡胴６１０の内部空間６１０ａの前端には、撮影レンズ６０１が覗く開口６０２が形成されており、また後方は、カメラボディに固定された、あるいはカメラボディの一部を構成する壁部材６０３が配置され、内部空間６１０ａは、その壁部材６０３、および、図示しない複数の筒体によりその輪郭が画定されている。
【０２０６】
また、これら複数の筒体のうち外径が最小で、繰り出し時には光軸上最も前方に配置される前群枠６８０の内側に前群レンズ６０１ａが保持されている。この前群枠６８０の内径よりも前群レンズ６０１ａの外径が小さいことにより、その前群レンズ６０１ａの脇には、その前群レンズ６０１ａと前群枠６８０との間に空間が形成されている。ここで、以降の説明では、この前群レンズ６０１ａと前群枠６８０との間の空間を前群レンズ脇６０６と称する。
【０２０７】
壁部材６０３には、撮像素子（ＣＣＤ）６２２が内部空間６１０ａに突出した状態に取り付けられている。この撮像素子６２２が内部空間６１０ａに突出した位置に配備されていることにより、その撮像素子６２２の脇には、その撮像素子６２２と壁部材６０３とで区画された窪み部分６０４が形成されている。
【０２０８】
また、壁部材６０３には、固定筒６４０が固定されており、その固定筒６４０の内側には回転筒６５０が備えられている。この回転筒６５０は、図示しない柱状ギアを介して鏡胴駆動モータにより回転駆動され、これにより、その回転筒６５０が回動する。また、固定筒６４０の内壁には、カム溝６４１が形成されており、回転筒６５０に固定されたカムピン６５２がそのカム溝６４１に嵌入しており、したがって、この回転筒６５０は、柱状ギアを介して回転駆動力を受けると、回転しながら光軸方向に前進あるいは後退する。
【０２０９】
また、この回転筒６５０の内側には、回転筒側直進キーリング６５４が、回転筒６５０に対し回転自在に、ただし回転筒６５０に対する光軸方向への相対移動不能に備えられている。さらに、その回転筒側直進キーリング６５４には、キー板６５５が固定され、そのキー板６５５が、固定筒６４０の内壁に形成された、光軸方向に延びるキー溝６４２に嵌入し、これにより、その回転筒側直進キーリング６５４は、固定筒６４０には光軸方向への移動は自在に回り止めされている。したがって、回転筒６５０が回転しながら光軸方向に移動すると、回転筒側直進キーリング６５４は、固定筒６４０に対し回り止めされていることから回転せずに、ただし光軸方向へは回転筒６５０とともに移動する。
【０２１０】
また、回転筒６５０の内側には、回動自在な中間筒６６０が備えられている。回転筒６５０の内壁には、図３７の下側に示すカム溝６５６が形成されており、さらに、回転筒側直進キーリング６５４にもその外周と内周とに貫通したカム溝６５７が形成されており、回転筒６５０のカム溝６５６には、中間筒６６０に設けられたカムピン６６１が、回転筒側直進キーリング６５４のカム溝６５７を貫通して嵌入している。したがって、回転筒６５０が回転しながら光軸方向に移動すると、中間筒６６０も、回転筒６５０と回転筒側直進キーリング６５４のカム溝の形状に従って回転しながら、回転筒６５０に対しさらに相対的に光軸方向に移動する。
【０２１１】
この中間筒６６０の内側には、中間筒側直進キーリング６６４が配備されている。先に説明した固定筒側直進キーリング６５４には直進キー溝６５８が形成されており、中間筒側直進キーリング６６４は固定筒側直進キーリング６５４の直進キー溝６５８に嵌入している。この中間筒側直進キーリング６６４は、中間筒６６０に対し相対回転自在であり、一方、その中間筒６６０に対する光軸方向への相対移動は禁止されている。したがって、中間筒６６０が回転しながら回転筒６５０に対し相対的に光軸方向に移動すると、中間筒側直進キーリング６６４は、回転せずに、中間筒６６０の光軸方向への移動に伴って光軸方向に直進移動する。
【０２１２】
この中間筒６６０の内壁には、後群ガイド枠６７０を案内するためのカム溝６６５が形成されており、このカム溝６６５には、後群ガイド枠６７０に固設されたカムピン６７１が、中間筒側直進キーリング６６４に対し回り止めされた状態で嵌入している。したがって、中間筒６６０が回転すると、後群レンズガイド枠６７０は、中間筒６６０内壁のカム溝６６５の形状に応じて光軸方向に直進移動する。
【０２１３】
後群レンズガイド枠６７０には、シャッタユニット６２１が備えられた、後群レンズ６０１ｂを保持する後群レンズ保持枠６７２が回転軸６７３により、この後群レンズガイド枠６７０に対し回動自在に軸支されている。この後群レンズ保持枠６７２は、電源スイッチ６１５によって「ＯＦＦ」が選択された時には、図４０に示すように、後群レンズ６０１ｂおよびシャッタユニット６２１とともに撮像素子６２２脇の窪み部分６０４に退避し、電源スイッチ６１５によって「通常」が選択された時には、使用状況に応じて図３８，図３９に示すように、後群レンズ６０１ｂ等とともに光軸上に進出する。この後群レンズ６０１ｂの前面に位置するシャッタユニット６２１には、撮影レンズ６０１を通過する被写体光の光量を制御する絞り部材と、シャッタ速度を制御することにより撮影レンズ６０１を通過する被写体光の光量を制御するシャッタ部材との双方が備えられており、これらは、ＰＬＺＴ素子を用いて光量を制御する方式のものである。この後群レンズ保持枠６７２の回動範囲はその後群レンズ保持枠６７２に保持された後群レンズ６０１ｂが、撮影レンズ６０１の光軸上に進出した繰出し位置（図３８，図３９参照）と、撮像素子６２２脇の窪み部分６０４に入り込む退避位置（図４０参照）との間で旋回する範囲である。また、回転軸６７３のまわりにはコイルバネ６７４が備えられており、後群レンズ保持枠６７２は、そのコイルバネ６７４により、後群レンズ６０１ｂが撮影レンズ６０１の光軸上に旋回する方向にバネ付勢されるとともに、光軸方向にも付勢されている。
【０２１４】
中間筒６６０には、前群レンズ６０１ａを保持した前群枠６８０を案内するためのもう１つのカム溝６６６が形成されており、このカム溝６６６には前群枠６８０に設けられたカムピン６８１が入り込んでいる。また、この前群枠６８０は、中間筒側直進キーリング６６４に、光軸方向への移動が自在に回わり止めされている。したがって、中間筒６６０が回転すると、前群枠６８０は、カム溝６６６の形状に応じて、その中間筒６６０に対し光軸方向に直進移動する。
【０２１５】
このような機構により、図３８や図３９の繰出し状態にあるときに電源スイッチ６１５によって「ＯＦＦ」が選択された時には、柱状ギアを介して回転筒６５０に沈胴方向への回転駆動力が伝達され、図４０の状態にまで沈胴し、逆に、図４０に示す沈胴状態にあるときに電源スイッチ６１５によって「通常」が選択されて回転筒６５０に繰出し方向への回転駆動力が伝達されると、図４０に示す沈胴状態から図３８，図３９に示す繰出し状態となる。
【０２１６】
電源スイッチ６１５によって「通常」が選択されて撮影が行なわれる際は、前述したズーム操作スイッチを操作して後群レンズ６０１ｂを光軸方向に移動させることによりテレ端からワイド端との間で焦点距離を調節して、所望の撮影画角に設定する。フォーカスレンズ６０１ｃは、光軸方向に移動されることもなく、撮像素子６２２で得られた画像信号に基づくコントラスト検知により最高のコントラストが得られるように、可変焦点レンズとしての屈折を制御することによりピント調節を行なう。その後、シャッタボタン６１４が押されると、撮像素子（ＣＣＤ）６２２によりそのときの被写体を表わす画像信号が生成され、適切な画像処理が施された後、記録される。
【０２１７】
図４１は、本発明の第２の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラにおいて、撮影レンズを構成する後群レンズとして用いられた可変焦点レンズが有するレンズ体における結像位置を示した図である。
【０２１８】
尚、本発明の第２の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラの外観は、前述したデジタルカメラ６００と同じであるため、図示省略する。
【０２１９】
本発明の第２の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラに備えられた撮影レンズを構成する後群レンズには、レンズ体７００（例えば、図１５に示すレンズ体８）を有する可変焦点レンズが用いられている。このレンズ体７００は、光の屈折が小さくなるように制御された場合は低屈折率時の結像位置（長焦点）となり、光の屈折が大きくなるように制御された場合は高屈折率時の結像位置（短焦点）となる。撮影レンズを構成する後群レンズに、このようなレンズ体８を有する可変焦点レンズを備えると、分散媒と、ナノ粒子の、電気泳動により光通過領域に移動した量とにより定まる正の屈折率に応じた、テレ端とワイド端との間で焦点距離を調整することができる。このため、後群レンズをテレ端とワイド端との間で光軸方向に移動することにより焦点距離を変化させる技術と比較し、モータ等の駆動機構が不要になる。
【０２２０】
図４２は、本発明の一実施形態の光学式ファインダの断面形状を示す図である。
【０２２１】
図４２に示す光学式ファインダ８００には、対物レンズ８０１と、凸状のレンズ８０２と、像正立用プリズム８０３と、屈折率可変な視度補正用の補正板８０４と、像正立用プリズム８０５と、接眼レンズ（レンズ体）７００とが備えられている。対物レンズ８０１，凸状のレンズ８０２を経由した倒立左右の逆像は、像正立用プリズム８０３，８０５で正立左右の正像に変更されるとともに補正板８０４で視度補正されて、レンズ体７００に入射される。
【０２２２】
ここで、操作者が近視の場合には、その操作者の操作に応じて、図４２のパート（ａ）に示すように、補正板８０４で所定の出射角α１に広げられるように制御される。また、近視でも遠視でもない操作者の場合には、図４２のパート（ｂ）に示すように、補正板８０４で上記出射角α１よりも小さな出射角α２に制御される。さらに、使用者が遠視の場合には、図４２のパート（ｃ）に示すように、補正板８０４で上記出射角α２よりもさらに小さな出射角α３に制御される。このように、本実施形態の光学式ファインダ８００は、屈折率可変な補正板８０４を、視度補正レンズとして用いたものであるため、従来の、視度補正のために、接眼レンズを繰出す機構を備えたり接眼部に補助レンズを付加したりする光学式ファインダと比較し、構成が簡素化されて小型化が図られるとともに耐衝撃性を高めることができる。
【０２２３】
図４３は、本発明の第３の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラの撮影ズームレンズを構成するレンズの収差を補正するための可変焦点レンズを拡大して示す図である。
【０２２４】
尚、本発明の第３の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラの外観は、前述したデジタルカメラ６００と同じであるため、図示省略する。
【０２２５】
図４３に示すズームレンズ９００には、光軸方向前方から順に、レンズ９１１，９１２からなる第１レンズ群９１０、レンズ９２１，９２２，９２３からなる第２レンズ群９２０、およびレンズ９３１からなる第３レンズ群９３０が備えられている。
【０２２６】
ここで、第２レンズ群９２０を構成するレンズ９２２に代えてレンズ体９０１を配置するとともに、第１，第２，第３のレンズ群９１０，９２０，９３０に備えられたレンズの収差を補正するためのデータからなる収差補正用テーブルを用意しておき、この可変焦点レンズが有する電極に、収差補正用テーブルのデータに応じた電圧を印加してナノ粒子の分布を制御することにより、それらレンズの収差を補正してもよい。本実施形態では、このようなレンズ体９０１を有する可変焦点レンズを用いた撮影レンズが備えられているため、その撮影レンズ特有の収差に見合った収差補正を自在に行なうことができる。
【０２２７】
また、例えば８段階に焦点距離を変化させることができる可変焦点レンズをデジタルカメラに備えて、自動焦点調節（ＡＦ調節）を好適に行なうことができる。
【０２２８】
図４４は、８段階に焦点距離を変化させることができる可変焦点レンズでＡＦ調節が行なわれる様子を説明するための図である。
【０２２９】
フォーカスレンズとして、分散媒と、ナノ粒子の、電気泳動により光通過領域に移動した量とにより定まる正の屈折率に応じた、８段階に変化する焦点距離を持つ焦点距離可変なレンズ体を有する可変焦点レンズを用いて、以下に説明するようにして、いわゆる「山登り方式」のＡＦ調節を行なうことができる。
【０２３０】
図４４の横軸は被写体距離を示し、縦軸はコントラストを示す。また、図４４の横軸には、被写体距離の遠距離から近距離に対応して、可変焦点レンズを構成するレンズ体の屈折率Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８が示されている。ここで、屈折率Ｐ１が一番小さく、以下、屈折率Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８の順に大きくなっている。
【０２３１】
ここでは、レンズ体の屈折率を変化させることによりコントラストの増減方向をチェックしながら、コントラストの最大点を求め、その最大点に焦点を合わせるべき被写体が存在するとして合焦点位置を求める。このように、８段階に変化する焦点距離を持つ可変焦点レンズを用いてＡＦサーチを行なって合焦点を求めてピント調節することにより、従来の、フォーカスレンズを光軸方向に移動することによりピント調節を行なう技術と比較し、モータ等の駆動機構は不要である。従って、構成が簡素化されて小型化が図られるとともに耐衝撃性の高められた撮影レンズが実現されることとなる。
【０２３２】
ここで、上記では、本発明の撮影装置の一実施形態がデジタルカメラに適用される例について説明したが、本発明の撮影装置は、銀塩カメラや、携帯電話などに適用されても良い。
【０２３３】
また、上記では、レンズ形状や板形状を有する光学素子を備えた光学ユニットの例について説明したが、本発明にいう光学素子は、例えば、プリズム形状を有するものであってもよい。
【０２３４】
また、上記では、本発明にいう撮影装置および光学式ファインダに、電気泳動タイプでレンズ形状を有する光学ユニットを適用する例について説明したが、本発明にいう撮影装置および光学式ファインダは、例えば、電気泳動タイプで板形状を有する光学式ファインダや、磁気泳動タイプの光学式ファインダなどが適用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０２３５】
【図１】本発明の一実施形態の可変焦点レンズの断面形状を示す図である。
【図２】レンズ体の動作原理を説明するための図である。
【図３】ナノ粒子を含む媒質を有するレンズの曲率および厚さを示す図である。
【図４】屈折率が１．４８，１．６４４，１．７２６と変化した場合の可変焦点レンズのバックフォーカスを示す図である。
【図５】通常のガラスと組み合わせたレンズの曲率および厚さを示す図である。
【図６】通常のガラスにナノ粒子を封入したレンズの曲率および厚さを示す図である。
【図７】図１に示す可変焦点レンズの動作を説明するための図である。
【図８】電極の内側の面に絶縁膜がコーティングされたレンズ体の断面形状を示す図である。
【図９】プラスチックで形成された容器を備えたレンズ体の断面形状を示す図である。
【図１０】電極の配置の一例を示す図である。
【図１１】電極の配置の他の一例を示す図である。
【図１２】電極の配置のさらなる他の一例を示す図である。
【図１３】負の屈折力を有するレンズ体を備えた可変焦点レンズの動作を説明するための図である。
【図１４】非球面レンズ形状を有する容器を有するレンズ体を備えた可変焦点レンズの動作を説明するための図である。
【図１５】外に向かって双方が凸のレンズ形状を有する容器を有するレンズ体を備えた可変焦点レンズの動作を説明するための図である。
【図１６】電極パターンが工夫された第１のレンズ体の断面形状を示す図である。
【図１７】電極パターンが工夫された第２の光学部材の断面形状を示す図である。
【図１８】電極パターンが工夫された第３のレンズ体の断面形状を示す図である。
【図１９】マトリックス状の電極パターンを有する陽極を示す図である。
【図２０】外形が板形状のレンズ体の断面形状を示す図である。
【図２１】外形が板形状のレンズ体における結像位置のずれを説明するための図である。
【図２２】屈折率可変板の動作を説明するための図である。
【図２３】電極の内側の面に絶縁膜がコーティングされたレンズ体の断面形状を示す図である。
【図２４】プラスチックで形成された容器を備えたレンズ体の断面形状を示す図である。
【図２５】電極パターンが工夫された第１のレンズ体の断面形状を示す図である。
【図２６】電極パターンが工夫された第２のレンズ体の断面形状を示す図である。
【図２７】電極パターンが工夫された第３のレンズ体の断面形状を示す図である。
【図２８】マトリックス状の電極パターンを有する陽極を示す図である。
【図２９】電極の配置の一例を示す図である。
【図３０】図２９に示す陽極とは異なる陽極の配置例を示す図である。
【図３１】図２９，図３０に示す陽極とは異なる陽極の配置例を示す図である。
【図３２】分散質を磁気泳動させて光の屈折を変化させる可変焦点レンズにおける、レンズ体の断面形状を示す図である。
【図３３】図３２に示すレンズ体５１０の概略構成図である。
【図３４】分散質を磁気泳動させて光の屈折を変化させる屈折率可変板における、レンズ体の断面形状を示す図である。
【図３５】本発明の第１の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラの外観図である。
【図３６】デジタルカメラの回路構成を示すブロック図である。
【図３７】撮影レンズ、シャッタユニット、撮像素子、および駆動回路の配置構成を示す図である。
【図３８】デジタルカメラの、ワイド側に繰り出された状態にあるレンズ鏡胴を光軸に沿って切断した断面図に主要部品を示した模式図である。
【図３９】デジタルカメラの、テレ側に繰り出された状態にあるレンズ鏡胴を光軸に沿って切断した断面図に主要部品を示した模式図である。
【図４０】デジタルカメラの、沈胴状態にあるレンズ鏡胴を光軸方向から見て主要部品を示した模式図である。
【図４１】本発明の第２の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラにおいて、撮影レンズを構成する後群レンズとして用いられた可変焦点レンズが有するレンズ体における結像位置を示した図である。
【図４２】本発明の一実施形態の光学式ファインダの断面形状を示す図である。
【図４３】本発明の第３の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラの撮影ズームレンズを構成するレンズの収差を補正するための可変焦点レンズを拡大して示す図である。
【図４４】８段階に焦点距離を変化させることができる可変焦点レンズでＡＦ調節が行なわれる様子を説明するための図である。
【符号の説明】
【０２３６】
１ 可変焦点レンズ
１＿１４１，１＿１４２，１＿１５１，１＿１５２，１５１，１５２，２１０ 電極
１＿１４３，１４ 陰極
１＿１５３，１５，１８１，１８２，１９１，２０１ 陽極
２，６，７，８，１０，１８０，２００，５０１ レンズ体
３ 焦点距離可変部
１０ａ 光通過領域
１１，３１，４１，５１ 容器
１２ 分散媒
１３ 分散質
１３ａ，１３ｂ ナノ粒子
１５３ 絶縁膜
１５２ａ 電極部
１８１ａ，１８２ａ，１９１ａ，２０１ａ 電極パターン
２１１，２１２ 電極パターン部
６００ デジタルカメラ
６０１ 撮影レンズ
６０１ａ 前群レンズ
６０１ｂ 後群レンズ
６０１ｃ フォーカスレンズ
６０２ 開口
６０３ 壁部材
６０４ 窪み部分
６０６ 前群レンズ脇
６１０ レンズ鏡胴
６１０ａ 内部空間
６１２ 補助光発光部
６１３ａ ファインダ対物窓
６１３ｂ ファインダ接眼窓
６１４ シャッタボタン
６１５ 電源スイッチ
６１６ 設定表示ボタン
６１７ 記録表示ボタン
６１８ ズーム操作切替ボタン
６１９ 十字キー
６２０ 画像モニタ
６２０ａ 画像表示ボタン
６２１ シャッタユニット
６２２ 撮像素子（ＣＣＤ）
６２３ アナログ信号処理部
６２４ ＣＰＵ
６２５ 駆動回路
６２５ａ ズームモータ
６２５ｂ モータドライバ
６２５ｃ シャッタモータ
６２５ｄ ピント調節部
６２５ｅ 撮像素子駆動部
６２６ Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）部
６２７ デジタル信号処理部
６２８ テンポラリメモリ
６２９ 圧縮伸長部
６３０ 内蔵メモリ（またはメモリカード）
６３１ 操作スイッチ部
６４０ 固定筒
６４１ カム溝
６４２ キー溝
６５０ 回転筒
６５２ カムピン
６５４ 固定筒側直進キーリング
６５５ キー板
６５６ カム溝
６５７ カム溝
６５８ 直進キー溝
６６０ 中間筒
６６１ カムピン
６６４ 中間筒側直進キーリング
６６５、６６６ カム溝
６７０ 後群レンズガイド枠
６７１ カムピン
６７２ 後群レンズ保持枠
６７３ 回転軸
６７４ コイルバネ
６８０ 前群レンズ枠
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点距離を変化させることができる光学ユニット、光学ユニットを用いた撮影レンズを備えた撮影装置、および光学ユニットを用いた光学式ファインダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、焦点距離が可変な可変焦点レンズとして、液晶の電気光学効果を利用して焦点距離を変化させる液晶レンズが知られている。例えば、特許文献１には、平板状の第１，第２の光透過性基板と、両面が凹状に形成されて第１，第２の光透過性基板間に配備された第３の光透過性基板とを備えるとともに、第１の光透過性基板と第３の光透過性基板とに挟まれた空間および第２の光透過性基板と第３の光透過性基板とに挟まれた空間に封入された液晶を有する液晶レンズが提案されている。この液晶レンズでは、印加される電圧の大きさに応じて液晶分子の配向が変化し、これにより液晶レンズの屈折率が変化してレンズとしての焦点距離が変化する。
【０００３】
また、可変焦点レンズとして、電圧を印加して形状を変化させることにより焦点距離を変化させる液体レンズも知られている。例えば、非特許文献１には、内壁が撥水性のコーティングで覆われたチューブ内に、非導電性のオイルと導電性の水性溶液からなる不混和性液体が封入された液体レンズが提案されている。この液体レンズでは、電圧が印加されていない状態では、不混和性液体を構成する水性溶液は半球状の固まりとなっており、水性溶液の、オイルとの界面は凸状である。この界面は、印加された電圧の大きさに応じて、凸状から凹状まで変化する。このため、レンズとしての曲率半径が変化することとなり、従って焦点距離を自在に可変することができる。
【特許文献１】特開２００２−３４１３１１号公報
【非特許文献１】“Ｐｈｉｌｉｐｓ’Ｆｌｕｉｄ Ｌｅｎｓｅｓ”、［ｏｎｌｉｎｅ］、Ｍａｒｃｈ ０３，２００４、Ｒｏｙａｌ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、［平成１６年３月３１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｐｒｅｖｉｅｗ．ｃｏｍ／ｎｅｗｓ／０４０３／０４０３０３０２ｐｈｉｌｉｐｓｆｌｕｉｄｌｅｎｓ．ａｓｐ＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１に提案された技術では、液晶分子の長軸方向の屈折率（ｎ‖）と短軸方向の屈折率（ｎ⊥）との差分Δｎ（ｎ‖−ｎ⊥）を利用することで液晶レンズの焦点距離を変化させるということが行なわれる。しかし、この差分Δｎが小さ過ぎレンズとしての屈折力を自在に変化させることができないという問題がある。
【０００５】
また、非特許文献１に提案された技術では、不混和性液体に電圧を印加することで液晶レンズの焦点距離を変化させるということが行なわれる。ここで、不混和性液体に電圧が印加されると、その不混和性液体を構成する導電性の水性溶液に電流が流れるため、その水性溶液が電気分解されて水素と酸素が発生する恐れがある。従って、長期にわたって使用すると、それら水素と酸素からなる気体が溜まって気泡化してしまい、光の散乱が起こってレンズとしての性能が劣化するという問題がある。
【０００６】
尚、上述した問題は、レンズのみに限らず、並行平面板などにも一般的に生じる問題である。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、屈折力を自在に変化させることができ、且つ性能の劣化が抑えられた光学ユニット、その光学ユニットを用いた撮影レンズを備えた撮影装置、および上記光学ユニットを用いた光学式ファインダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の光学ユニットは、少なくとも光通過領域が光透過性を有する容器と、
容器内に封入された光透過性の分散媒と、
分散媒内に分散した、光透過性であって分散媒の屈折率とは異なる屈折率を有する分散質と、
分散媒内に分散した分散質を電磁気力で泳動させることにより、光通過領域の焦点距離を変化させる電磁場発生器とを有する光学素子、および
電磁場発生器で発生される電磁場を制御することにより光通過領域の焦点距離を少なくとも３段階以上に変化させる焦点距離可変部を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の光学ユニットは、容器内に封入された光透過性の分散媒内に分散した、光透過性であってその分散媒の屈折率とは異なる屈折率を有する分散質を、電磁気力で泳動させることにより、光通過領域の焦点距離を少なくとも３段階以上に変化させるものである。このため、分散媒と、分散質の、泳動により光通過領域に移動した量とにより定まる屈折率に応じた、少なくとも３段階以上に変化する焦点距離を持つ焦点距離可変な光学ユニットが得られることとなる。また、分散媒内に分散した分散質は、電磁場発生器で生じた電場や磁場により移動するものであって、そこに電流は発生せず、従って非特許文献１に提案された、導電性の水性溶液に電流が流れる技術と比較し、電気分解する恐れは少なく、従って長期にわたってレンズとしての性能の劣化を抑えることができる。
【００１０】
また、本発明の光学ユニットにおいて、上記電磁場発生器は、電圧の印加を受けて分散質を電気泳動させる電極であり、
焦点距離可変部は、電極に印加する電圧を制御するものであることが好適である。
【００１１】
このような電気泳動タイプの光学ユニットによると、電極から印加される電界によって分散質が電気泳動し、焦点距離が制御される。電気泳動により移動する分散質の量は、電極に印加される電圧の波形や印加パターン、電極の配置，形状，構造等により、自在に制御することができる。従って、特許文献１に提案された、液晶分子の屈折率を利用して光の屈折を制御する技術と比較し、柔軟な屈折率分布を得ることもできる。
【００１２】
また、本発明の電気泳動タイプの光学ユニットにおいて、上記分散質が、酸化チタンからなることが好ましい。
【００１３】
分散質が酸化チタンからなるものであると、屈折率の高い光学部材を実現することができる。また、酸化チタンは入手が容易である。
【００１４】
また、本発明の電気泳動タイプの光学ユニットにおいて、上記分散質が、アルミナからなることも好ましい態様である。
【００１５】
分散質がアルミナからなるものであると、分散質のコストが安価で済む。
【００１６】
また、本発明の電気泳動タイプの光学ユニットにおいて、上記分散媒が、有機分散媒であることも好ましい態様である。
【００１７】
本発明の電気泳動タイプの光学ユニットにおいて、上記分散媒が、炭化水素系有機分散媒であることも好ましい。
【００１８】
分散媒が炭化水素系有機分散媒であると、官能基を持つ有機分散媒と比較して、さらに電気的に安定である。
【００１９】
また、本発明の電気泳動タイプの光学ユニットにおいて、上記電極は、内側の面に絶縁膜がコーティングされ、該絶縁膜が前記分散媒に接して配置されていることも好ましい。
【００２０】
このようにすると、分散質の、電極への凝集を防止することができる。
【００２１】
また、本発明の電気泳動タイプの光学ユニットにおいて、上記絶縁膜が、ポリイミド絶縁膜であることも好ましい。
【００２２】
このようにすると、耐熱性および耐久性に優れた電極を得ることができる。
【００２３】
また、本発明の電気泳動タイプの光学ユニットにおいて、上記分散質が、磁性を有するものであり、
電磁場発生器は、分散質を磁気泳動させる磁場発生器であり、
焦点距離可変部は、磁場発生器で発生される磁場を制御するものであることも好適である。
【００２４】
このような磁気泳動タイプの光学ユニットによると、分散媒内に分散した磁性を有する分散質を、電気泳動ではなく磁気泳動させることによって、焦点距離を制御する。分散質を電気泳動させるためには、電場を制御する必要があるが、磁性を有する分散質を磁気泳動させるためには、電場よりも制御が容易な磁場を制御すればよく、焦点距離を確実に調整することができる。
【００２５】
また、本発明の磁気泳動タイプの光学ユニットにおいて、上記分散質が、酸化チタンコバルトからなるなることが好ましい。
【００２６】
酸化チタンコバルトは、高い光透過性を有する磁性粒子であり、製造が容易である。
【００２７】
また、本発明の光学ユニットにおいて、上記分散質が、ナノ粒子からなることが好ましい。
【００２８】
分散質がナノ粒子であっても電気泳動させることができる。
【００２９】
また、本発明の光学ユニットにおいて、上記分散質が、５ｎｍ〜１００ｎｍの粒径を有するナノ粒子であることも好ましい。
【００３０】
分散質が、５ｎｍ〜１００ｎｍの粒径を有するナノ粒子であると、光の散乱が生じにくく光の透過性が維持され、かつこの範囲の粒径であっても取り扱いが容易である。
【００３１】
さらに、本発明の光学ユニットにおいて、上記分散媒が、水であることも好ましい。
【００３２】
分散媒が水であると、分散質の分散性に優れるとともに分散媒のコストも安価で済む。
【００３３】
また、本発明の光学ユニットにおいて、上記容器がレンズ形状を有するものであることが好ましい。
【００３４】
容器がレンズ形状を有することによって、光学ユニットをフォーカスレンズやズームレンズなどとして使用することができる。
【００３５】
また、本発明の光学ユニットにおいて、上記容器の、少なくとも前記光通過領域が、正の屈折力を有するレンズ形状を有する容器であってもよい。
【００３６】
このようにすると、本発明の光学ユニットを、凸状の可変焦点レンズとして使用することができる。
【００３７】
また、本発明の光学ユニットにおいて、上記容器の、少なくとも前記光通過領域が、負の屈折力を有するレンズ形状を有する容器であってもよい。
【００３８】
このようにすると、本発明の光学ユニットを、凹状の可変焦点レンズとして使用することができる。
【００３９】
また、本発明の光学ユニットにおいて、上記容器の、少なくとも前記光通過領域が、非球面レンズ形状を有する容器であってもよい。
【００４０】
このようにすると、本発明の光学ユニットを、非球面状の可変焦点レンズとして使用することができる。
【００４１】
また、本発明の光学ユニットにおいて、上記容器が板形状を有するものであってもよい。
【００４２】
容器が板形状を有することによって、被写体までの光学距離を変えることができる。
【００４３】
また、上記目的を達成する本発明の第１の撮影装置は、本発明の光学ユニットをピント調整レンズとして用いた撮影レンズを備え、撮影レンズを経由して入射してきた被写体光を捉えて撮影を行なうことにより画像信号を生成することを特徴とする。
【００４４】
本発明の第１の撮影装置は、本発明の光学ユニットをピント調整レンズとして用いた撮影レンズを備えたものであるため、従来の、ピント調整用のレンズを駆動する機構を必要とする撮影装置と比較し、構成が簡素化されて小型化が図られるとともに耐衝撃性の高められた撮影装置が実現する。
【００４５】
また、本発明の第１の撮影装置において、上記ピント調整レンズでピントを変化させて被写体像のコントラストの変化を検知することにより撮影レンズの合焦位置を検出するピント検出部を備えたことが好適である。
【００４６】
本発明の第１の撮影装置における好適な形態によると、長期にわたって光学ユニットの焦点距離を精度良く制御して、高画質な撮影画像を取得することができる。
【００４７】
また、上記目的を達成する本発明の第２の撮影装置は、本発明の光学ユニットによって焦点距離を変化させる撮影レンズを備え、撮影レンズを経由して入射してきた被写体光を捉えて撮影を行なうことにより画像信号を生成することを特徴とする。
【００４８】
本発明の第２の撮影装置は、本発明の光学ユニットによって焦点距離を変化させる撮影レンズを備えたものであるため、従来の、焦点距離を変化させるための機構を必要とする撮影装置と比較し、構成が簡素化されて小型化が図られるとともに耐衝撃性の高められた撮影装置が実現する。
【００４９】
また、上記目的を達成する本発明の第３の撮影装置は、本発明の光学ユニットを収差補正レンズとして用いた撮影レンズを備え、撮影レンズを経由して入射してきた被写体光を捉えて撮影を行なうことにより画像信号を生成することを特徴とする。
【００５０】
本発明の第３の撮影装置は、本発明の光学ユニットを収差補正レンズとして用いた撮影レンズを備えたものであるため、その撮影レンズ特有の収差に見合った収差補正を自在に行なうことができる。
【００５１】
また、上記目的を達成する本発明光学式ファインダは、本発明の光学ユニットを視度補正レンズとして用いたことを特徴とする。
【００５２】
本発明の光学式ファインダは、本発明の光学ユニットを視度補正レンズとして用いたものであるため、従来の、視度補正のために光学系の一部を駆動する機構を必要とする光学式ファインダと比較し、構成が簡素化されて小型化が図られるとともに耐衝撃性の高められた光学式ファインダが実現する。
【発明の効果】
【００５３】
本発明の光学ユニットによれば、屈折力を自在に変化させることができ、且つ性能の劣化を抑えることができる。また、本発明の光学ユニットをピント調整レンズとして用いた撮影レンズを備えた撮影装置によれば、ピント調整用のレンズを駆動する機構を必要としないため、構成が簡素化されて小型化を図ることができるとともに耐衝撃性を高めることができる。さらに、本発明の光学ユニットによって焦点距離を変化させる撮影レンズを備えた撮影装置によれば、焦点距離を変化させるための機構を必要としないため、構成が簡素化されて小型化が図られるとともに耐衝撃性を高めることができる。また、本発明の光学ユニットを収差補正レンズとして用いた撮影レンズを備えた撮影装置によれば、その撮影レンズ特有の収差に見合った収差補正を自在に行なうことができる。また、本発明の光学式ファインダは、本発明の光学ユニットを視度補正レンズとして用いたものであるため、従来の、視度補正のために光学系の一部を駆動する機構を必要とする光学式ファインダと比較し、構成が簡素化されて小型化が図られるとともに耐衝撃性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００５５】
本発明の光学ユニットは、分散媒内に分散した分散質を電気泳動させて焦点距離を変える電気泳動タイプと、分散質を磁気泳動させて焦点距離を変える磁気泳動タイプとに大別される。初めに、電気泳動タイプの光学ユニットについて説明する。
【００５６】
まず、電気泳動タイプであり、レンズ形状を有する光学ユニットについて説明する。
【００５７】
図１は、本発明の一実施形態の可変焦点レンズの断面形状を示す図である。
【００５８】
図１に示す可変焦点レンズ１には、レンズ体２および焦点距離可変部３が備えられている。レンズ体２には、少なくとも光通過領域１０ａが光透過性であってレンズ形状を有する容器１１が備えられている。この容器１１は、本発明にいう容器の一例に相当する。ここで、容器１１の、少なくとも光通過領域１０ａは、外に向かって凸のレンズ形状を有する。
【００５９】
また、このレンズ体２には、容器１１内に封入された光透過性の分散媒１２が備えられている。この分散媒１２は、本発明にいう分散媒の一例にあたる。
【００６０】
さらに、このレンズ体２には、分散媒１２内に分散した、光透過性であって分散媒１２の屈折率よりも高い屈折率を有する分散質１３が備えられている。一般に、分散された状態は、分散媒と分散質から構成されており、分散質は、粒子であったりする。具体的には、この分散質１３は、マイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂである。この分散質１３は、本発明にいう分散質の一例にあたる。
【００６１】
また、このレンズ体２には、分散媒１２内に分散した分散質１３を電気泳動させることにより光通過領域１０ａを通過する光の屈折を制御する第１の電極１５１，第２の電極１５２が備えられている。第１の電極１５１は、容器１１の、光通過領域１０ａを取り巻く位置に配置されている。また、第２の電極１５２は、容器１１の、光通過領域１０ａにおける背面に配置されている。この第２の電極１５２は、複数の電極部１５２ａから構成されている。第１の電極１５１および第２の電極１５２は、本発明にいう電磁場発生器の一例にあたるとともに、本発明にいう電極の一例に相当する。
【００６２】
一方、焦点距離可変部３は、第１，第２の電極１５１，１５２に印加する電圧を制御することにより上記光通過領域１０ａの焦点距離を少なくとも３段階以上に変化させる調整部である。この焦点距離可変部３は、本発明にいう焦点距離可変部の一例に相当する。
【００６３】
ここで、焦点距離可変部３から第１，第２の電極１５１，１５２にマイナスの電圧，プラスの電圧が印加された場合は、第１，第２の電極１５１，１５２は陰極，陽極の役割を担うこととなる。一方、第１，第２の電極１５１，１５２にプラスの電圧，マイナスの電圧が印加された場合は、第１，第２の電極１５１，１５２は陽極，陰極の役割を担うこととなる。
【００６４】
この可変焦点レンズ１は、レンズ体２が有する容器１１内に封入された光透過性の分散媒１２内に分散した、光透過性であってその分散媒１２の屈折率よりも高い屈折率を有する分散質１３を、第１，第２の電極１５１，１５２との間に印加される電圧を焦点距離可変部３で制御して電気泳動させることにより、光通過領域１０ａを通過する光の屈折を制御し、これにより光通過領域１０ａの焦点距離を少なくとも３段階以上に変化させるものである。このため、分散媒１２と、分散質１３の、電気泳動により光通過領域１０ａに移動した量とにより定まる屈折率に応じた、少なくとも３段階以上に変化する焦点距離を持つ焦点距離可変なレンズが得られることとなる。ここで、可変焦点レンズ１の動作について説明する前に、レンズ体２の動作原理について説明する。ここでは、説明を簡単にするために、図２に示すレンズ体を参照して説明する。
【００６５】
図２は、レンズ体の動作原理を説明するための図である。
【００６６】
図２のパート（ａ）および図２のパート（ｂ）に示すレンズ体１０には、少なくとも光通過領域１０ａが光透過性であってレンズ形状を有する容器１１が備えられている。ここで、容器１１の、少なくとも光通過領域１０ａは、外に向かって凸のレンズ形状を有する容器である。
【００６７】
また、このレンズ体１０には、容器１１内に封入された光透過性の分散媒１２が備えられている。
【００６８】
さらに、このレンズ体１０には、分散媒１２内に分散した、光透過性であって分散媒１２の屈折率よりも高い屈折率を有する分散質１３が備えられている。
【００６９】
また、このレンズ体１０には、分散媒１２内に分散した分散質１３を電気泳動させることにより光通過領域１０ａを通過する光の屈折を制御する電極である陰極１４および陽極１５が備えられている。詳細には、上記分散質１３は、プラスに帯電されたナノ粒子１３ａとマイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂであって、容器１１の、光通過領域１０ａを取り巻く位置に、分散質１３を引き寄せる負極性の電極である陰極１４および正極性の電極である陽極１５が配置されている。
【００７０】
ここで、上述したナノ粒子の材質はいかなるものであってもよい。例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化錫、チタン酸バリウムなどが挙げられる。好ましくは、酸化チタン、シリカゲル（ＳｉＯ２）、アルミナ、ポリマー粒子である。ナノ粒子の調整法は、固相法、液相法、気相法いずれでもよく、好ましくは、液相法と気相法である。その詳細は、文献「ナノ微粒子の調整および分散・凝集コントロールとその評価、技術情報協会、２００３年」に記載されている。粒子サイズは、１００ｎｍ以下が好ましい。粒子サイズが１００ｎｍを越えると、光の散乱が生じ、透明性（光透過性）が損なわれることとなる。
【００７１】
また、ナノ粒子は、分散媒１２（分散媒）への分散安定性を高める目的で、表面を修飾することが好ましい。表面を修飾する方法としては、チタンカップリング剤（イソプロピルトリイソステアロイルチタネートなど）、シランカップリング剤（ペンタデカフルオロデシルトリメチルシランなど）、アルミニウムカップリング剤（アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレートなど）、グラフト重合などが挙げられる。グラフト重合は、酸化チタンに対してはポリエチレングラフト重合、ポリスチレングラフト重合が、シリガゲルに対してはシラノール基を利用したグラフト重合が利用できる。
【００７２】
ナノ粒子を分散させる分散媒１２としては、水あるいは非水系有機分散媒を用いることができる。また、水と有機分散媒を混合して用いてもよい。非水系有機分散媒としては、好ましくは、炭化水素（ヘキサン、ヘプタン、ペンタン、オクタン、アイソパー（エクソン社）など）、炭化水素系芳香族化合物（ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼンなど）、ハロゲン系炭化水素（ジフルオロプロパン、ジクロロエタン、クロロエタン、ブロモエタンなど）、ハロゲン系炭化水素系芳香族化合物（クロロベンゼンなど）、エーテル系化合物（ジブチルエーテル、アニソール、ジフェニルエーテルなど）、アルコール系化合物（グリセリンなど）、カルボニル基を有する化合物（プロピレンカーボネートなど）、ニトロ系化合物（ニトロメタンなど）、ニトリル系化合物（アセトニトリル、ベンゾニトリルなど）である。
【００７３】
分散媒１２については、レンズ体１０の用途との関連において、屈折率、比重、粘度、抵抗率、誘電率などを調整することが好ましい。この調整には、複数の分散媒を混合して行なうことができる。
【００７４】
また、この分散媒１２には、酸、アルカリ、塩、分散安定剤、酸化防止や紫外線吸収などを目的とした安定剤、抗菌剤、防腐剤などを添加することができる。
【００７５】
容器１１としては、ガラス基板、ポリエステル、ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルフォン、シリコーン樹脂、ポリアセタール樹脂、フッ素樹脂、セルロース誘導体、ポリオレフィンなどの高分子のフイルムや板状基板、金属基板、セラミック基板等の無機基板などが好適に用いられる。少なくとも５０％以上の光透過率を有する容器１１が好ましく、さらに好ましくは８０％以上の光透過率を有するものである。
【００７６】
さらに、陰極１４や陽極１５の電極部材としては、金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、プラチナ、カーボン、導電性高分子、酸化錫一酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛などに代表される金属酸化物層が形成されたものが好適に用いられる。また、後述するように、電極を光の透過する部位に設置する場合には、いわゆる透明電極を用いることが好ましい。酸化錫一酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛などに代表される金属酸化物が好ましい。
【００７７】
図２に示すレンズ体１０は、レンズ形状を有する容器１１内に封入された光透過性の分散媒１２内に分散した、光透過性であってその分散媒１２の屈折率とは異なる屈折率を有する分散質１３を、陰極１４と陽極１５との間に印加される電圧に応じて電気泳動させることにより光通過領域１０ａを通過する光の屈折を制御するものである。このため、分散媒１２と、分散質１３の、電気泳動により光通過領域１０ａに移動した量とにより定まる屈折率に応じた焦点距離を持つ焦点距離可変なレンズが得られることとなる。以下、詳細に説明する。
【００７８】
陰極１４と陽極１５との間に電圧が印加されていない状態では、図２のパート（ａ）に示すように、分散媒１２内には分散質１３が一様に分散されている。この分散質１３は、プラスに帯電されたナノ粒子１３ａとマイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂとからなるものである。このような状態におけるレンズ体１０の屈折率は、分散媒１２の屈折率と、その分散媒１２内に一様に分散された分散質１３の量（個数）により定まる屈折率とからなる、比較的大きな屈折率となっている。
【００７９】
ここで、陰極１４と陽極１５との間に所定の電圧が印加される。すると、図２のパート（ｂ）に示すように、分散媒１２内に一様に分散されていた分散質１３のうちのプラスに帯電されたナノ粒子１３ａが陰極１４側に引き寄せられるとともに、マイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂが陽極１５側に引き寄せられる。このため、レンズ体１０の屈折率は、分散媒１２の屈折率のみにより定まる比較的小さな屈折率となる。尚、陰極１４，陽極１５間への電圧の印加を中止すると、再び図２のパート（ａ）に示す状態に落ち着く。
【００８０】
ここで、光通過領域１０ａに位置する分散質１３の、電気泳動により移動する量は、陰極１４および陽極１５に印加される電圧の波形や印加パターン、陰極１４および陽極１５の配置，形状，構造等により、自在に制御することができる。従って、特許文献１に提案された、液晶分子の屈折率を利用して光の屈折を制御する技術と比較し、柔軟な分布率を得ることもできる。また、分散媒１２内に分散した分散質１３は、陰極１４および陽極１５に電圧を印加することによって生じた電界により移動するものであって、そこに電流は発生せず、従って非特許文献１に提案された、導電性の水性溶液に電流が流れる技術と比較し、電気分解する恐れは少なく、従って長期にわたってレンズとしての性能の劣化を抑えることができる。
【００８１】
次に、電気泳動により屈折率を段階的に変化する方法について説明する。電気泳動で前述したプラスやマイナスに帯電されたナノ粒子（荷電微粒子と称する）を移動させる際、印加する電圧の波形や印加パターンにより移動する荷電粒子の量を変化させることができる。レンズ体１０における光通過領域１０ａに位置する荷電粒子の量を変化させると、結果的に屈折率が段階的に変化する光学素子が得られることとなる。ここで、荷電粒子の量を変化させるためには、矩形波を印加する方法が好ましい。文献「ＩＤＷＯ３（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １０ｔｈ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｗｏｒｋｓｈｏｐｓ）予稿集、第２３９頁、２００３年」には、電気泳動による４階調表示の報告例が、また、「同第２４３頁、２００３年」には、８階調表示の報告例が記載されている。これらに記載されている印加方法を採用することで、荷電粒子の量を段階的に変化させることが可能である。
【００８２】
次に、レンズ体の実施例について説明する。
【００８３】
本実施例では、分散質１３として酸化チタンのナノ粒子を用いた。この酸化チタンのナノ粒子は、含水酸化チタンをアルカリで無定形としたのち、塩酸中で熟成させて、加熱処理により粒子サイズ１０ｎｍのものとし、その粒子表面をチタンカップリング剤（イソプロピルトリイソステアロイルチタネート）の溶液で処理した。このようにして得られた酸化チタンのナノ粒子をアイソパー（エクソン社製）に分散して、光学素子であるレンズ体１０を作製した。
【００８４】
アイソパー（屈折率１．４８）中に、酸化チタンのナノ粒子（屈折率２．３０）を２０体積％程度混入した場合、屈折率は１．４８から１．６４４に変化した。また、３０体積％程度混入した場合、屈折率は１．４８から１．７２６に変化した。これらを用いて図３に示す形状のレンズ（ナノ粒子を含む媒質）を作成した。
【００８５】
図３は、ナノ粒子を含む媒質を有するレンズの曲率および厚さを示す図である。
【００８６】
レンズの曲率Ｒ１ ５．００ｍｍ
レンズの厚さＤ１ ３．００ｍｍ
レンズの曲率Ｒ２ 無限大
（１＿１）アイソパー（屈折率１．４８）のみの場合
焦点距離 １０．４２ｍｍ
バックフォーカス ８．３９ｍｍ
フロントフォーカス −１０．４２ｍｍ
（１＿２）酸化チタンのナノ粒子を２０％混入した（屈折率１．６４４）場合
焦点距離 ７．７６ｍｍ
バックフォーカス ５．９４ｍｍ
フロントフォーカス −７．７６ｍｍ
（１＿３）酸化チタンのナノ粒子を３０％混入した（屈折率１．７２６）場合
焦点距離 ６．８９ｍｍ
バックフォーカス ５．１５ｍｍ
フロントフォーカス −６．８９ｍｍ
このように焦点距離を、１０．４２→７．７６または１０．４２→６．８９と変化させることができた。
【００８７】
図４は、屈折率が１．４８，１．６４４，１．７２６と変化した場合の可変焦点レンズのバックフォーカスを示す図である。
【００８８】
上述したように、屈折率が１．４８，１．６４４，１．７２６と変化した場合のレンズ体の焦点距離は、１０．４２，７．７６，６．８９となる。これらをバックフォーカスで表わすと、図４のようになる。図４に示すように、屈折率が１．４８のときのバックフォーカスＢｆ’（８．３９）が最も大きく、以下、屈折率が１．６４４のときのバックフォーカスＢｆ’（５．９４）、屈折率が１．７２６のときのバックフォーカスＢｆ’（５．１５）の順に小さくなっている。
【００８９】
次に、通常のガラス（ＢＫ７；屈折率１．５１６３３）と組み合わせたレンズ（ナノ粒子を含む媒質）を作成した。
【００９０】
図５は、通常のガラスと組み合わせたレンズの曲率および厚さを示す図である。
【００９１】
ガラスの曲率Ｒ１ 無限大
ガラスの厚さＤ１ １．００ｍｍ
レンズの曲率Ｒ２ ５．００ｍｍ
レンズの厚さＤ２ ３．００ｍｍ
レンズの曲率Ｒ３ 無限大
（２＿１）アイソパー（屈折率１．４８）のみの場合
焦点距離 −１３７．６ｍｍ
バックフォーカス −１３３．７ｍｍ
フロントフォーカス １３８．３ｍｍ
（２＿２）酸化チタンのナノ粒子を２０％混入した（屈折率１．６４４）場合
焦点距離 ３９．２ｍｍ
バックフォーカス ３７．３ｍｍ
フロントフォーカス −３８．５ｍｍ
（２＿３）酸化チタンのナノ粒子を３０％混入した（屈折率１．７２６）場合
焦点距離 ２３．８ｍｍ
バックフォーカス ２２．１ｍｍ
フロントフォーカス −２３．２ｍｍ
以上のように焦点距離を、−１３７．６→３９．２または−１３７．６→２３．８と変化させることができた。
【００９２】
さらに、通常のガラス（ＢＫ７；屈折率１．５１６３３）にナノ粒子を封入したレンズを作成した。
【００９３】
図６は、通常のガラスにナノ粒子を封入したレンズの曲率および厚さを示す図である。
【００９４】
第１のガラスの曲率Ｒ１ 無限大
第１のガラスの厚さＤ１ １．００ｍｍ
第２のガラスの曲率Ｒ２ １３．６３４ｍｍ
第２のガラスの厚さＤ２ ２．００ｍｍ（ナノ粒子を含む媒質）
第３のガラスの曲率Ｒ３ −２０．２ｍｍ
第３のガラスの厚さＤ３ １．００ｍｍ
第４のガラスの曲率Ｒ４ 無限大
（３＿１）アイソパー（屈折率１．４８）のみの場合
焦点距離 −２２３．７ｍｍ
バックフォーカス −２２５．２ｍｍ
フロントフォーカス ２２４．９ｍｍ
（３＿２）酸化チタンのナノ粒子を２０％混入した（屈折率１．６４４）場合
焦点距離 ６４．１ｍｍ
バックフォーカス ６２．７ｍｍ
フロントフォーカス −６２．９ｍｍ
（３＿３）酸化チタンのナノ粒子を３０％混入した（屈折率１．７２６）場合
焦点距離 ３９．１ｍｍ
バックフォーカス ３７．７ｍｍ
フロントフォーカス −３８．０ｍｍ
以上のように焦点距離を、−２２３．７→６４．１または−２２３．７→３９．１と変化させることができた。
【００９５】
次に、図１に示す可変焦点レンズ１の動作について、図７を参照して説明する。
【００９６】
図７は、図１に示す可変焦点レンズの動作を説明するための図である。
【００９７】
尚、焦点距離可変部３は、図面を簡略化するために図示省略する。
【００９８】
先ず、焦点距離可変部３から、図７のパート（ａ）に示すレンズ体２が有する第１，第２の電極１５１，１５２にマイナスの電圧，プラスの電圧が印加されるものとする。すると、第１，第２の電極１５１，１５２は、陰極，陽極の役割を担うこととなる。ここで、第２の電極１５２を構成する複数の電極部１５２ａそれぞれには、同じ値のプラスの電圧が印加されるものとする。従って、この場合は、複数の電極部１５２ａそれぞれに同量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。
【００９９】
次いで、図７のパート（ｂ）に示すように、第２の電極１５２を構成する両端側の電極部１５２ａに最も大きな値のプラスの電圧が印加されるとともに、中央の電極部１５２ａに最も小さな値のプラスの電圧が印加され、さらに両端側の電極部１５２ａと中央の電極部１５２ａとの間に位置する電極部１５２ａには中間の値のプラスの電圧が印加されるものとする。すると、両端側の電極部１５２ａに最も多量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられるとともに中央の電極部１５２ａには少量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。また、両端側の電極部１５２ａと中央の電極部１５２ａとの間に位置する電極部１５２ａには中程度の量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。
【０１００】
さらに、図７のパート（ｃ）に示すように、第１，第２の電極１５１，１５２にプラスの電圧，マイナスの電圧が印加される。すると、第１，第２の電極１５１，１５２は、陽極，陰極の役割を担うこととなり、第１の電極１５１にナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。このようにして、ナノ粒子１３ｂの分布が制御されて光通過領域１０ａの焦点距離が３段階に変化する。従って、分散媒１２と、ナノ粒子１３ｂの、電気泳動により光通過領域１０ａに移動した量とにより定まる正の屈折率に応じた、３段階に変化する焦点距離を持つ焦点距離可変なレンズが得られることとなる。
【０１０１】
図８は、電極の内側の面に絶縁膜がコーティングされたレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１０２】
図８に示すレンズ体４は、図７に示すレンズ体２と比較し、電極１５１の内側の面に絶縁膜１５３がコーティングされ、それら絶縁膜１５３が分散媒１２に接して配置されている点が異なっている。このレンズ体４では、電極１５１の内側の面に絶縁膜１５３がコーティングされているため、ナノ粒子１３ｂの、電極１５１への凝集を防止することができる。ここで、絶縁膜１５３は、ポリイミド絶縁膜である。このため、電極１５１は、優れた耐熱性および耐久性を有する。このように構成されたレンズ体４で、電極１５１，１５２に印加する電圧を制御することにより光通過領域１０ａの焦点距離を３段階に変化させてもよい。
【０１０３】
図９は、プラスチックで形成された容器を備えたレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１０４】
図９に示すレンズ体５には、少なくとも光通過領域１０ａが光透過性であってレンズ形状を有する容器３１が備えられている。この容器３１の、少なくとも光通過領域１０ａにおける部分は、プラスチックから形成されている。このため、軽量で耐衝撃性の高い容器３１が実現されている。このような容器３１を備えたレンズ体５で、電極１５１，１５２に印加する電圧を制御することにより光通過領域１０ａの焦点距離を３段階に変化させてもよい。尚、プラスチックに代えてガラスで容器を形成してもよい。
【０１０５】
図１０は、電極の配置の一例を示す図である。
【０１０６】
図１０に示す電極１＿１４１，１＿１５１は、レンズ体を構成する容器の、光通過領域を取り巻く上側面，下側面に配置されている。このように電極１＿１４１，１＿１５１を配置し、例えば電極１＿１４１，１＿１５１にマイナスの電圧，プラスの電圧を印加して、容器の上側面，下側面にプラスのナノ粒子，マイナスのナノ粒子を引き寄せてもよい。
【０１０７】
図１１は、電極の配置の他の一例を示す図である。
【０１０８】
図１１には、レンズ体を構成する容器の、光通過領域を取り巻く左右の位置に、第１，第２の電極１＿１４２，１＿１４２が配置されている。また、レンズ体を構成する容器の、光通過領域を取り巻く上下の位置に、第３，第４の電極１＿１５２，１＿１５２が配置されている。このような電極を配置するとともに分散媒内にマイナスのナノ粒子１＿１３ｂを分散しておき、第１，第２の電極１＿１４２，１＿１４２を陰極とするとともに第３，第４の電極１＿１５２，１＿１５２を陽極とし、例えば第３の電極１＿１５２に印加されるプラスの電圧の値よりも第４の電極１＿１５２に印加されるプラスの電圧の値を大きく設定することにより、それら第３，第４の電極１＿１５２，１＿１５２に引き寄せられるナノ粒子１＿１３ｂの量を振り分けてもよい。
【０１０９】
図１２は、電極の配置のさらなる他の一例を示す図である。
【０１１０】
図１２には、レンズ体を構成する容器の、光通過領域を取り巻く側面に、陰極１＿１４３と陽極１＿１５３とが交互に配置されている。このように陰極１＿１４３と陽極１＿１５３を交互に配置して、プラスのナノ粒子，マイナスのナノ粒子１＿１３ｂの分布を自在に制御してもよい。
【０１１１】
図１３は、負の屈折力を有するレンズ体を備えた可変焦点レンズの動作を説明するための図である。
【０１１２】
図１３には、少なくとも光通過領域１０ａが、負の屈折力を有するレンズ形状を有する容器３１を備えたレンズ体６が示されている。先ず、図１３のパート（ａ）に示すレンズ体６が有する第１，第２の電極１５１，１５２にマイナスの電圧，プラスの電圧が印加されるものとする。すると、第１，第２の電極１５１，１５２は、陰極，陽極の役割を担うこととなる。ここでは、第２の電極１５２を構成する複数の電極部１５２ａそれぞれには、同じ値のプラスの電圧が印加されるものとする。従って、この場合は、複数の電極部１５２ａそれぞれに同量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。
【０１１３】
次いで、図１３のパート（ｂ）に示すように、第２の電極１５２を構成する両端側の電極部１５２ａに最も大きな値のプラスの電圧が印加されるとともに、中央の電極部１５２ａに最も小さな値のプラスの電圧が印加され、さらに両端側の電極部１５２ａと中央の電極部１５２ａとの間に位置する電極部１５２ａには中間の値のプラスの電圧が印加されるものとする。すると、両端側の電極部１５２ａに最も多量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられるとともに中央の電極部１５２ａには少量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。また、両端側の電極部１５２ａと中央の電極部１５２ａとの間に位置する電極部１５２ａには中程度の量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。
【０１１４】
さらに、図１３のパート（ｃ）に示すように、第１，第２の電極１５１，１５２にプラスの電圧，マイナスの電圧が印加される。すると、第１，第２の電極１５１，１５２は、陽極，陰極の役割を担うこととなり、第１の電極１５１にナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。このようにして、ナノ粒子１３ｂの分布が制御されて光通過領域１０ａの焦点距離が３段階に変化する。従って、分散媒１２と、ナノ粒子１３ｂの、電気泳動により光通過領域１０ａに移動した量とにより定まる負の屈折率に応じた、３段階に変化する焦点距離を持つ焦点距離可変なレンズが得られることとなる。
【０１１５】
図１４は、非球面レンズ形状を有する容器を有するレンズ体を備えた可変焦点レンズの動作を説明するための図である。
【０１１６】
図１４には、少なくとも光通過領域１０ａが、非球面レンズ形状を有する容器４１を備えたレンズ体７が示されている。尚、このレンズ体７を備えた可変焦点レンズの動作は、前述した図１３に示すレンズ体６を備えた可変焦点レンズの動作と同じであるため、説明は省略する。このような非球面レンズ形状を有する容器４１を有するレンズ体７を備えた可変焦点レンズで３段階に焦点距離を変化させてもよい。
【０１１７】
図１５は、外に向かって双方が凸のレンズ形状を有する容器を有するレンズ体を備えた可変焦点レンズの動作を説明するための図である。
【０１１８】
図１５には、外に向かって双方が凸のレンズ形状を有する容器５１を備えたレンズ体８が示されている。尚、このレンズ体８を備えた可変焦点レンズの動作は、前述した図１３に示すレンズ体６を備えた可変焦点レンズの動作と同じであるため、説明は省略する。このような、外に向かって双方が凸のレンズ形状を有する容器５１を有するレンズ体８を備えた可変焦点レンズで３段階に焦点距離を変化させてもよい。
【０１１９】
図１６は、電極パターンが工夫された第１のレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１２０】
図１６に示すレンズ体１８０には、容器の、光通過領域を取り巻く位置に、陰極１４が配置されている。また、このレンズ体１８０には、容器の、光通過領域１０ａにおける前面に、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン１８１ａを有する陽極１８１が配置されている。さらに、このレンズ体１８０には、容器の、光通過領域における背面に、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン１８２ａを有する陽極１８２が配置されている。このレンズ体１８０は、陽極１８１，１８２の電極パターン１８１ａ，１８２ａが対称的であるため、例えば電極パターン１８１ａ，１８２ａの上部から下部にかけて共に値が徐々に小さく（もしくは大きく）なるような電圧を印加することにより、プリズム効果を実現することができる。このようなレンズ体１８０を手ぶれ補正用の加速度センサとともにカメラに備え、加速度センサからの信号に応じてそのカメラに備えられたレンズの上下方向に対する手ぶれ補正を行なってもよい。また、このようなレンズ体１８０をカメラのファインダに備えてパララックス（視差）補正してもよい。
【０１２１】
図１７は、電極パターンが工夫された第２のレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１２２】
図１７に示すレンズ体１９０は、図１６に示すレンズ体１８０と比較し、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン１８２ａを有する陽極１８２に代えて、垂直方向に形成されたストライプ状の電極パターン１９１ａを有する陽極１９１が配置されている点が異なっている。ここで、電極パターン１８１ａで上下の屈折率を制御するとともに、電極パターン１９１ａで左右の屈折率を制御することにより、レンズの上下方向および左右方向に対する手ぶれ補正やパララックス補正を行なってもよい。
【０１２３】
図１８は、電極パターンが工夫された第３のレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１２４】
図１８に示すレンズ体２００は、図１７に示すレンズ体１９０と比較し、垂直方向に形成されたストライプ状の電極パターン１９１ａを有する陽極１９１に代えて、複数の同心円状の電極パターン２０１ａを有する陽極２０１が配置されている点が異なっている。ここで、電極パターン２０１ａで凸状のレンズを実現するとともに、電極パターン１８１ａでプリズム効果を実現することにより、１つのレンズ体２００で手ぶれ補正やピント調節を兼ねた撮影レンズを実現してもよい。また、ズームレンズを備えたカメラにおいて、そのカメラのファインダ光学系にこのレンズ体２００を採用して、そのズームレンズにより変化する視野に応じて変化するズームファインダを実現してもよい。さらに、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン１８１ａを有する陽極１８１に代えて、複数の同心円状の電極パターン２０１ａを有する陽極２０１と同じ陽極を配置し、例えば正の屈折力を高めるにあたり、上記陽極２０１と相俟ってナノ粒子を迅速に移動させることもできる。
【０１２５】
図１９は、マトリックス状の電極パターンを有する陽極を示す図である。
【０１２６】
図１９に示す電極２１０は、周辺領域に配置された電極パターン部２１１と中央領域に配置された電極パターン部２１２からなるマトリックス状の電極パターンを有する。ここで、周辺領域に配置された電極パターン部２１１は陰極の役割を担うとともに、中央領域に配置された電極パターン部２１２は陽極の役割を担う。このような電極２１０を備えたレンズ体を通常のレンズに隣接して配置するとともに、そのレンズの収差を補正するためのデータからなる収差補正用テーブルを用意しておき、上記電極２１０に、収差補正用テーブルのデータに応じた電圧を印加してナノ粒子の分布を制御することにより、その光学部材の屈折率を制御することにより、上記レンズの収差を補正してもよい。
【０１２７】
以上で、電気泳動タイプでレンズ形状を有する光学ユニットの説明を終了し、以下では、電気泳動タイプで板形状を有する光学ユニットについて説明する。尚、上述したレンズ形状を有する光学ユニットと同様の要素については同じ符号を付して説明を省略し、相違点のみ説明する。
【０１２８】
図２０は、外形が板形状のレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１２９】
図２０のパート（ａ）および図２０のパート（ｂ）に示すレンズ体３１０には、少なくとも光通過領域３１０ａが光透過性であって外形が板形状を有する容器３１１が備えられている。容器３１１には、図２に示すレンズ体１０と同様に、分散媒１２と、分散質１３（プラスに帯電されたナノ粒子１３ａとマイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂ）とが封入されている。
【０１３０】
陰極１４と陽極１５との間に電圧が印加されていない状態では、図２０のパート（ａ）に示すように、分散媒１２内には分散質１３が一様に分散されている。この分散質１３は、プラスに帯電されたナノ粒子１３ａとマイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂとからなるものである。このような状態におけるレンズ体３１０の屈折率は、分散媒１２の屈折率と、その分散媒１２内に一様に分散された分散質１３の量（個数）により定まる屈折率とからなる、比較的大きな屈折率となっている。
【０１３１】
ここで、陰極１４と陽極１５との間に所定の電圧が印加される。すると、図２０のパート（ｂ）に示すように、分散媒１２内に一様に分散されていた分散質１３のうちのプラスに帯電されたナノ粒子１３ａが陰極１４側に引き寄せられるとともに、マイナスに帯電されたナノ粒子１３ｂが陽極１５側に引き寄せられる。このため、レンズ体３１０の屈折率は、分散媒１２の屈折率のみにより定まる比較的小さな屈折率となる。尚、陰極１４，陽極１５間への電圧の印加を中止すると、再び図２０のパート（ａ）に示す状態に落ち着く。
【０１３２】
図２１は、外形が板形状のレンズ体における結像位置のずれを説明するための図である。
【０１３３】
図２１のパート（Ａ）には、凸状のレンズからの被写体光の結像位置が示されている。ここで、図２１のパート（Ｂ）に示すように、厚さｄ，屈折率ｎのレンズ体を像空間に挿入する。このレンズ体の空気換算長は、厚さｄを屈折率ｎで割った値（ｄ／ｎ）で表わされる。このため、結像位置は、ｄ（１−１／ｎ）だけ後方（図２１の左側）にずれることとなる。
【０１３４】
また、図２１のパート（Ｃ）に示すように、像空間において、ともに厚さｄであって屈折率が異なる２枚のレンズ体（屈折率はそれぞれｎ１，ｎ２とする）を用意し、それらのレンズ体を入れ替えた場合、それらレンズ体の結像位置のずれΔｄは、ｄ（１／ｎ１−１／ｎ２）となる。焦点距離ｆのレンズ系における、物体距離Ｄ時の結像位置の後側焦点からの距離は、ｆ2／Ｄであるので、屈折率の異なるレンズ体の出し入れによって、無限遠物体と、ｆ2／Ｄで示される距離の物体への焦点調節が可能になる。ここで、２枚のレンズ体の出し入れに代えて、前述した図２０に示すレンズ体３１０を用いて分散質１３を電気泳動させて光の屈折を制御することにより、焦点距離の調節を行なうことができる。
【０１３５】
次に、屈折率可変板の動作について、図２２を参照して説明する。
【０１３６】
図２２は、屈折率可変板の動作を説明するための図である。
【０１３７】
先ず、図１に示す焦点距離可変部３から、図２２のパート（ａ）に示すレンズ体３２０が有する第１，第２の電極１５１，１５２にマイナスの電圧，プラスの電圧が印加されるものとする。すると、第１，第２の電極１５１，１５２は、陰極，陽極の役割を担うこととなる。ここで、第２の電極１５２を構成する複数の電極部１５２ａそれぞれには、同じ値のプラスの電圧が印加されるものとする。従って、この場合は、複数の電極部１５２ａそれぞれに同量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。
【０１３８】
次いで、図２２のパート（ｂ）に示すように、第２の電極１５２を構成する両端側の電極部１５２ａに最も大きな値のプラスの電圧が印加されるとともに、中央の電極部１５２ａに最も小さな値のプラスの電圧が印加され、さらに両端側の電極部１５２ａと中央の電極部１５２ａとの間に位置する電極部１５２ａには中間の値のプラスの電圧が印加されるものとする。すると、両端側の電極部１５２ａに最も多量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられるとともに中央の電極部１５２ａには少量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。また、両端側の電極部１５２ａと中央の電極部１５２ａとの間に位置する電極部１５２ａには中程度の量のナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。
【０１３９】
さらに、図２２のパート（ｃ）に示すように、第１，第２の電極１５１，１５２にプラスの電圧，マイナスの電圧が印加される。すると、第１，第２の電極１５１，１５２は、陽極，陰極の役割を担うこととなり、第１の電極１５１にナノ粒子１３ｂが引き寄せられる。このようにして、ナノ粒子１３ｂの分布が制御されて光通過領域３１０ａの焦点距離が３段階に変化する。従って、分散媒１２と、ナノ粒子１３ｂの、電気泳動により光通過領域１０ａに移動した量とにより定まる正の屈折率に応じた、３段階に変化する焦点距離を持つ焦点距離可変なレンズが得られることとなる。
【０１４０】
図２３は、電極の内側の面に絶縁膜がコーティングされたレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１４１】
図２３に示すレンズ体３３０は、図２２に示すレンズ体３２０と比較し、電極１５１の内側の面に絶縁膜１５３がコーティングされ、それら絶縁膜１５３が分散媒１２に接して配置されている点が異なっている。このレンズ体３３０では、電極１５１の内側の面に絶縁膜１５３がコーティングされているため、ナノ粒子１３ｂの、電極１５１への凝集を防止することができる。ここで、絶縁膜１５３は、ポリイミド絶縁膜である。このため、電極１５１は、優れた耐熱性および耐久性を有する。このように構成されたレンズ体４で、電極１５１，１５２に印加する電圧を制御することにより光通過領域１０ａの焦点距離を３段階に変化させてもよい。
【０１４２】
図２４は、プラスチックで形成された容器を備えたレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１４３】
図２４に示すレンズ体３４０には、電極１５１の周囲を囲むように配置された円筒形状の部材、およびその部材の前面および背面に嵌め込まれるともに少なくとも光通過領域１０ａが光透過性であって外形が円板形状の部材からなる容器３４１が備えられている。この容器３４１は、プラスチックから形成されている。このため、軽量で耐衝撃性の高い容器３４１が実現されている。このような容器３４１を備えたレンズ体３４０で、電極１５１，１５２に印加する電圧を制御することにより光通過領域３１０ａの焦点距離を３段階に変化させてもよい。尚、プラスチックに代えてガラスで容器を形成してもよい。
【０１４４】
図２５は、電極パターンが工夫された第１のレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１４５】
図２５に示すレンズ体４１０には、容器の、光通過領域を取り巻く位置に、陰極１４が配置されている。また、このレンズ体４１０には、容器の、光通過領域４１０ａにおける前面に、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン４１１ａを有する陽極４１１が配置されている。さらに、このレンズ体４１０には、容器の、光通過領域における背面に、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン４１２ａを有する陽極４１２が配置されている。このレンズ体４１０は、陽極４１１，４１２の電極パターン４１１ａ，４１２ａが対称的であるため、例えば電極パターン４１１ａ，４１２ａの上部から下部にかけて共に値が徐々に小さく（もしくは大きく）なるような電圧を印加することにより、プリズム効果を実現することができる。このようなレンズ体４１０を手ぶれ補正用の加速度センサとともにカメラに備え、加速度センサからの信号に応じてそのカメラに備えられたレンズの上下方向に対する手ぶれ補正を行なってもよい。また、このようなレンズ体４１０をカメラのファインダに備えてパララックス（視差）補正してもよい。
【０１４６】
図２６は、電極パターンが工夫された第２のレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１４７】
図２６に示すレンズ体４２０は、図２５に示すレンズ体４１０と比較し、水平方向に形成されたストライプ状の電極パターン４１２ａを有する陽極４１２に代えて、垂直方向に形成されたストライプ状の電極パターン４２１ａを有する陽極４２１が配置されている点が異なっている。ここで、電極パターン４１１ａで上下の屈折率を制御するとともに、電極パターン４２１ａで左右の屈折率を制御することにより、レンズの上下方向および左右方向に対する手ぶれ補正やパララックス補正を行なってもよい。
【０１４８】
図２７は、電極パターンが工夫された第３のレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１４９】
図２７に示すレンズ体４３０は、図２６に示すレンズ体４２０と比較し、垂直方向に形成されたストライプ状の電極パターン４２１ａを有する陽極４２１に代えて、複数の同心円状の電極パターン４３１ａを有する陽極４３１が配置されている点が異なっている。ここで、電極パターン４３１ａで凸状のレンズ機能を実現するとともに、電極パターン４１１ａでプリズム効果を実現することにより、１つのレンズ体４３０で手ぶれ補正やピント調節を兼ねた撮影レンズを実現してもよい。また、ズームレンズを備えたカメラにおいて、そのカメラのファインダ光学系にこのレンズ体４３０を採用して、そのズームレンズにより変化する視野に応じて変化するズームファインダを実現してもよい。
【０１５０】
図２８は、マトリックス状の電極パターンを有する陽極を示す図である。
【０１５１】
図２８に示す陽極４３２は、マトリックス状の電極パターン４３２ａを有する。このような陽極４３２を備えたレンズ体を通常のレンズに隣接して配置するとともに、そのレンズの収差を補正するためのデータからなる収差補正用テーブルを用意しておき、上記マトリックス状の電極パターン４３２ａに、収差補正用テーブルのデータに応じた電圧を印加してナノ粒子の分布を制御することにより、そのレンズ体の屈折率を制御することにより、上記レンズの収差を補正してもよい。
【０１５２】
図２９は、電極の配置の一例を示す図である。
【０１５３】
図２９には、レンズ体を構成する容器の、光通過領域を取り巻く外周の上側面，下側面に、陽極２＿１４１，２＿１５１が配置されている。また、この容器の、光通過領域を取り巻く内周の全面にかけてメッシュ状の陰極２＿１６１が配置されている。このため、陽極２＿１４１，２＿１５１に独立に電圧を印加することができるとともに、陰極２＿１６１の、メッシュ状の所望の座標や領域に電圧を印加することができる。従って、分散媒内に分散されているナノ粒子の分布を自在に制御することができる。
【０１５４】
図３０は、図２９に示す陽極とは異なる陽極の配置例を示す図である。
【０１５５】
図３０には、レンズ体を構成する容器の、光通過領域を取り巻く外周面に、４分割されてなる陽極２＿１５２が配置されている。このような陽極２＿１５２を図２９に示すメッシュ状の陰極２＿１６１とともに配置し、それら陽極２＿１５２に独立に電圧を印加するとともに、陰極２＿１６１の、メッシュ状の所望の座標や領域に電圧を印加すると、分散媒内に分散されているナノ粒子の分布をさらに自在に制御することができる。
【０１５６】
図３１は、図２９，図３０に示す陽極とは異なる陽極の配置例を示す図である。
【０１５７】
図３１には、レンズ体を構成する容器の、光通過領域を取り巻く外周面に、ストライプ状の陽極２＿１４３が配置されている。このような陽極２＿１４３を図２９に示すメッシュ状の陰極２＿１６１とともに配置し、それら陽極２＿１４３に独立に電圧を印加するとともに、陰極２＿１６１の、メッシュ状の所望の座標や領域に電圧を印加して、分散媒内に分散されているナノ粒子の分布をさらに自在に制御してもよい。
【０１５８】
以上で、分散媒中に分散された分散質を電気泳動させて光の屈折を制御する電気泳動タイプの光学ユニットの説明を終了し、続いて、分散媒中に分散された磁性を有する分散質を磁気泳動させて光の屈折を制御する磁気泳動タイプの光学ユニットについて説明する。
【０１５９】
図３２は、分散質を磁気泳動させて光の屈折を変化させる可変焦点レンズにおける、レンズ体の断面形状を示す図である。
【０１６０】
図３２に示すレンズ体５１０は、図２に示すレンズ体１０の容器１１と同様のレンズ形状を有し、少なくとも光通過領域５１０ａが光透過性を有する容器５１１内に、透明な分散媒５２０と、磁性を有する透明なナノ粒子５３０が封入されている。この分散質５２０としては、図２に示すレンズ体１０の分散媒１２と同様な流体を適用することができ、透明な磁性ナノ粒子５３０としては、二酸化チタンコバルトなどを適用することができる。
【０１６１】
また、このレンズ体５１０には、、図２に示すレンズ体１０の電極（陰極１４、陽極１５）に替えて、磁性ナノ粒子５３０を磁気泳動させるための磁場を発生するコイル５４０が備えられている。コイル５４０は、本発明にいう電磁場発生器の一例にあたるとともに、本発明にいう磁場発生器の一例に相当する。
【０１６２】
図３３は、図３２に示すレンズ体５１０の概略構成図である。
【０１６３】
図３３のパート（ａ）には、レンズ体５１０の上面図が示されている。
【０１６４】
容器５１１の上面および下面には、巻回された３つのコイル５４０が並べて配置されている。また、コイル５４０には、コイル５４０に電流を印加して、コイル５４０で発生される磁場を制御する磁場調整部５５０が接続されている。
【０１６５】
図３３のパート（ｂ）には、レンズ体５１０の、コイル５４０付近の拡大図が示されている。
【０１６６】
例えば、図３３のパート（ａ）に示す磁場調整部５５０によって、３つのコイル５４０それぞれに同じ方向の電流が印加されると、３つのコイル５４０それぞれで磁場が発生し、図３３のパート（ｂ）に示すように、容器５１１に、Ｎ極とＳ極とが交互に並んだ磁場が印加される。磁性ナノ粒子５３０を磁気泳動させるためには、コイル５４０から容器５１１に印加される磁場の極性はＮ極、およびＳ極のいずれでも良く、３つのコイル５４０それぞれに印加される電流の向きはそれぞれに異なる方向でも良い。３つのコイル５４０それぞれに印加される電流の向きや大きさを個別に調整することによって、磁場発生部５４０から容器５１１に印加される磁場の大きさや、磁場が印加される領域を精度良く制御することができる。
【０１６７】
図３２に戻って説明する。
【０１６８】
コイル５４０で磁場が発生していない状態では、図３２のパート（ａ）に示すように、分散媒５２０内には磁性ナノ粒子５３０が一様に分散されている。
【０１６９】
図３３のパート（ａ）に示す磁場調整部５５０によってコイル５４０に電流が印加されると、コイル５４０では、印加された電流の方向や大きさに応じた磁場が発生する。その結果、図３２のパート（ｂ）に示すように、分散媒５２０内に一様に分散されていた磁性ナノ粒子５３０がコイル５４０の磁力に引き寄せられて、レンズ体５１０の屈折率が減少する。
【０１７０】
このように、分散媒内に分散した分散質を電気泳動ではなく磁気泳動させることによっても、レンズ体５１０を通過する光の屈折を制御することができる。
【０１７１】
図３４は、分散質を磁気泳動させて光の屈折を変化させる、板形状のレンズ体の断面形状を示す図である。
【０１７２】
図３４に示すレンズ体５５０には、図２０に示すレンズ体３１０の容器３１１と同様の板形状を有する容器５１１が備えられており、その容器５１１には、図３２に示すレンズ形状のレンズ体５１０と同様に、透明な分散媒５２０と磁性を有する透明なナノ粒子５３０とが封入されている。
【０１７３】
また、容器５５１の、光通過領域５５０ａを取り巻く位置には、図３２に示すレンズ状のレンズ体５１０と同様に、ナノ粒子５３０を磁気泳動させる磁場を発生するコイル５４０が配置されている。
【０１７４】
コイル５４０で磁場が発生していない状態では、図３４のパート（ａ）に示すように、分散媒５２０内にはナノ粒子５３０が一様に分散されており、レンズ体５５０の屈折率は、分散媒５２０の屈折率と、その分散媒５２０内に一様に分散されたナノ粒子５３０の量（個数）により定まる屈折率とからなる、比較的大きな屈折率となっている。
【０１７５】
ここで、コイル５４０に電流が印加されると、コイル５４０では磁場が発生し、図３４のパート（ｂ）に示すように、磁性を有するナノ粒子５３０がコイル５４０の磁場に引き寄せられる。このため、レンズ体５５０の屈折率は、分散媒５２０の屈折率のみにより定まる比較的小さな屈折率となる。尚、コイル５４０への電流の印加を中止すると、再び図３４のパート（ａ）に示す状態に落ち着く。
【０１７６】
このように、磁気泳動タイプの光学素子においても、焦点距離が可変な屈折率可変板を形成することができる。
【０１７７】
尚、微小な複数のコイルをストライプ状に配置することで、図１８に示す陽極１８１の電場パターンと同様の磁場パターンを形成することができ、大きさの異なる複数のコイルを同心円上に配置することで、図１８に示す陽極２０１の電場パターンと同様の磁場パターンを形成することができ、微小なコイルをマトリクス状に配置することによって、図１９に示す電極２１０の電場パターンと同様の磁場パターンを形成することができる。
【０１７８】
また、上記では、本発明にいう磁場発生器の一例として、電流の印加を受けて磁場を発生するコイルが示されているが、本発明にいう磁場発生器は、自力で磁場を発生する永久磁石であってもよい。この場合、分散質の磁気泳動は、永久磁石自体の移動によって実現される。
【０１７９】
ここで、上記では、本発明の概念を実現するための基本的な実施形態について説明したが、本発明に採用するレンズ体である光学素子を実用するにあたっては、光路上にゴミや水滴などが付着してレンズ性能が劣化してしまう不具合を防止するための工夫を施すことが好ましい。
【０１８０】
例えば、液体が収容された容器の光路と交わる外面（以下では、この面を光透過面と称する）に撥水性膜を付設することが好ましい。光透過面に撥水性を付与することによって、ゴミや水滴の付着などが防止され、光学素子の高い光透過性を維持することができる。この撥水性膜を構成する材料としては、シリコーン樹脂、オルガノポリシロキサンのブロック共重合体、フッ素系ポリマー、およびポリテトラフルオロエタンなどが好ましい。
【０１８１】
また、レンズ体を構成する容器の光透過面に、親水性膜を付設することも好ましい。光透過面に親水撥油性を付与することによっても、ゴミの付着を防止することができる。この親水性膜としては、アクリレート系ポリマーで構成されたものや、非イオン性オルガノシリコーン系界面活性剤などといった界面活性剤を塗布したものなどが好ましく、親水性膜の作製方法としては、シラン系モノマーのプラズマ重合や、イオンビーム処理などを適用することができる。
【０１８２】
また、レンズ体を構成する容器の光透過面に、酸化チタンなどといった光触媒を付設することも好ましい。光と反応した光触媒によって汚れなどが分解され、光透過面をきれいに保つことができる。
【０１８３】
また、レンズ体を構成する容器の光透過面に、帯電防止膜を付設することも好ましい。容器の光透過面に静電気が溜まったり、電極によって帯電してしまうと、光透過面にゴミや埃がくっついてしまう恐れがある。光透過面に帯電防止膜を付設することによって、このような不要物の付着を防止し、レンズ体の光透過性を維持することができる。この帯電防止膜は、ポリマーアロイ系の材料で構成されていることが好ましく、このポリマーアロイ系が、ポリエーテル系や、ポリエーテルエステルアミド系や、カチオン性基を有するものや、レオミックス（商品名、第一工業製薬株式会社）であることが特に好ましい。また、この帯電防止膜が、ミスト法によって作製されたものであることが好ましい。
【０１８４】
また、レンズ体を構成する容器に、防汚性素材を適用しても良い。防汚性素材としてはフッ素樹脂が好ましいが、具体的には、含フッ素アルキルアルコキシシラン化合物や、含フッ素アルキル基含有ポリマー、オリゴマー等が好ましく、上記硬化性樹脂と架橋可能な官能基を有するものが特に好ましい。また、防汚性素材の添加量は、防汚性を発現する必要最低量であることが好ましい。
【０１８５】
続いて、上述した各種光学ユニットが内蔵されたデジタルカメラについて説明する。
【０１８６】
図３５は、本発明の第１の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラの外観図である。
【０１８７】
図３５のパート（ａ）には、本発明の第１の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラ６００の、ズームレンズを内蔵するレンズ鏡胴６１０の沈胴状態が示されており、図３５のパート（ｂ）には、デジタルカメラ６００の、レンズ鏡胴６１０の繰出し状態が示されている。また、図３５のパート（ｃ）には、デジタルカメラ６００の背面が示されている。
【０１８８】
図３５に示すデジタルカメラ６００のレンズ鏡胴６１０には、光軸方向前方から順に、前群レンズ、後群レンズ、およびフォーカスレンズの３群で構成されてなる撮影レンズが内蔵されている。ここで、フォーカスレンズには、図１に示すレンズ体２を有する可変焦点レンズ１が用いられている。即ち、この撮影レンズでは、ピント調節にあたり、フォーカスレンズが移動することなくピント調節が行なわれる構成となっている。
【０１８９】
また、このデジタルカメラ６００は、後述するが、沈胴時に、後群レンズを撮影光軸上から退避させることで薄型化が実現されてなるカメラである。
【０１９０】
図３５に示すデジタルカメラ６００の正面上部には、補助光発光部６１２およびファインダ対物窓６１３ａが配置されている。また、このデジタルカメラ６００の上面には、シャッタボタン６１４が配置されており、このシャッタボタン６１４は、半押しと全押しとの２段階になっており、半押しによって上述のピント調節が行なわれ、全押しによって撮影が行なわれる。
【０１９１】
このデジタルカメラ６００の背面には、電源スイッチ６１５、ファインダ接眼窓６１３ｂ、画像モニタ６２０、設定表示ボタン６１６、記録指示ボタン６１７、画像表示オンオフボタン６２０ａ、十字キー６１９、ズーム操作切替ボタン６１８が備えられており、ズーム操作切替ボタン６１８を所定時間押下し続けることでズーム操作モードに入ると、十字キー６１９の‘上’を指し示すマークを押し続けている間、レンズ鏡胴６１０が望遠側（テレ側）に移動し、十字キー６１９の‘下’を指し示すマークを押し続けている間、レンズ鏡胴６１０が広角側（ワイド側）に移動する。ズーム操作モードの解除は、再び、ズーム操作切替ボタン６１８を所定時間押下し続けることで行なわれる。
【０１９２】
画像表示オンオフボタン６２０ａは、画像モニタ６２０に画像表示を行なうか否かを指示するボタンであり、デジタルカメラ６００では、例えこの画像表示オンオフボタン６２０ａがオフにされていても、撮影によって得られた画像は画像モニタ６２０に表示されるようになっている。尚、画像モニタ６２０がオフ時の撮影は、ファインダ接眼窓６１３ｂから被写体を確認して行なわれる。
【０１９３】
設定表示ボタン６１６は、現在設定されているシャッタスピードや感度などの値などを表示する際に操作するボタンである。記録指示ボタン６１７は、撮影した画像をメモリに記録する際に操作するボタンである。
【０１９４】
ファインダ接眼窓６１３ｂは、前面側のファインダ対物窓６１３ａと共に光学式ファインダを形成している。
【０１９５】
電源スイッチ６１５は、このデジタルカメラ６００を起動させるために操作するスイッチである。このデジタルカメラ６００では、メモリなどに記録されている画像を画像モニタ６２０に表示するためのモードである再生モードを指定するためのポジション「再生」、沈胴撮影を指定するためのポジション「沈胴」、ムービーモードを含む通常の写真撮影を指定するためのポジション「通常」が備えられており、電源をオフするためのポジション「ＯＦＦ」を含めて電源スイッチ６１５がスライド可能となっている。尚、図３５（ｃ）には、電源スイッチ６１５がポジション「沈胴」に合わせられている様子が示されている。
【０１９６】
図３６は、図３５に示すデジタルカメラの回路構成を示すブロック図、図３７は、図３６に示す撮影レンズ、シャッタユニット、撮像素子、および駆動回路の配置構成を示す図である。
【０１９７】
図３６に示すデジタルカメラ６００には、前述したレンズ鏡胴６１０に内蔵された撮影レンズ６０１、シャッタユニット６２１、および撮像素子（ＣＣＤ）６２２が備えられている。撮影レンズ６０１には、図３７に示す前群レンズ６０１ａ、後群レンズ６０１ｂ、およびフォーカスレンズ６０１ｃが備えられており、一方駆動回路６２５には、後群レンズ６０１ｂを駆動するためのズームモータ６２５ａ、シャッタユニット６２１を駆動するためのシャッタモータ６２５ｃ、およびそれらズームモータ６２５ａ，シャッタモータ６２５ｃに電圧を印加するためのモータドライバ６２５ｂが備えられている。また、駆動回路６２５には、フォーカスレンズ６０１ｃに印加する電圧を制御することにより焦点距離を３段階に変化させてピント調節を行なうピント調節部６２５ｄと、撮像素子６２２を駆動するための撮像素子駆動部６２５ｅが備えられている。
【０１９８】
このデジタルカメラ６００では、電源スイッチ６１５によって「通常」が選択された場合には、レンズ鏡胴６１０は、画角が所定の広角側となるまで繰り出される。一方、電源スイッチ６１５によって「沈胴」が選択されて沈胴時撮影が選択された場合には、レンズ鏡胴６１０の繰り出しは行なわれずに前群レンズとフォーカスレンズとにより形成されている固定焦点による撮影が可能となる。
【０１９９】
撮影レンズ６０１およびシャッタユニット６２１を経由して撮像素子６２２上に結像された被写体像は、撮像素子６２２により、アナログの画像信号に変換される。ここで、シャッタユニット６２１は、撮像素子６２２からアナログ信号を読み出すにあたり、光によるスミアの発生を抑えるためのものである。
【０２００】
また、デジタルカメラ６００には、前述した補助光発光部６１２が備えられており、この補助光発光部６１２は、必要に応じて補助光を発光する。デジタルカメラ６００に備えられたファインダ対物窓６１３ａおよびファインダ接眼窓６１３ｂを備えたファインダは、前述したように光学式ファインダであり、電源スイッチ６１５によって「通常」が選択されている場合には、駆動回路６２５によって焦点距離調節およびピント調節と連動した制御がファインダに対して行なわれる。一方、電源スイッチ６１５によって「沈胴」が選択されて沈胴時撮影が選択された場合には前述したように固定焦点で、かつカメラから１ｍ〜２ｍ間の距離にピントが合うようなピント調節に応じた制御がファインダに対して行なわれるようになっている。
【０２０１】
また、このデジタルカメラ６００には、アナログ信号処理部６２３と、Ａ／Ｄ部６２６と、デジタル信号処理部６２７と、テンポラリメモリ６２８と、圧縮伸長部６２９と、内蔵メモリ（またはメモリカード）６３０と、画像モニタ６２０（図３５参照）と、駆動回路６２５とが備えられている。撮像素子６２２は、駆動回路６２５内のタイミング発生回路（図示せず）によって発生したタイミングで駆動され、アナログの画像信号を出力する。また、駆動回路６２５には、撮影レンズ６０１、シャッタユニット６２１、補助光発光部６１２等を駆動する駆動部も含まれており、この駆動回路６２５では、電源スイッチ６１５によって「通常」が選択されている場合には、前述したフォーカスレンズ（第３群）のピント調整はコントラストに応じて行われるが、電源スイッチ６１５によって「沈胴」が選択されて沈胴時撮影が選択された場合には、フォーカスレンズ（第３群）はカメラから１ｍ〜２ｍ間の距離にピントが合うように屈折力が制御される。撮像素子６２２から出力されたアナログの画像信号は、アナログ信号処理部６２３でアナログ信号処理され、Ａ／Ｄ部６２６でＡ／Ｄ変換されてデジタル信号処理部６２７でデジタル信号処理される。デジタル信号処理された信号を表わすデータはテンポラリメモリ６２８に一時的に格納される。テンポラリメモリ６２８に格納されたデータは、圧縮伸長部６２９で圧縮されて内蔵メモリ（またはメモリカード）６３０に記録される。尚、撮影モードによっては、圧縮の過程を省いて内蔵メモリ６３０に直接記録してもよい。テンポラリメモリ６２８に格納されたデータは画像モニタ６２０に読み出され、これにより画像モニタ６２０に被写体の画像が表示される。
【０２０２】
さらに、このデジタルカメラ６００には、このデジタルカメラ６００全体の制御を行なうＣＰＵ６２４と、ズーム操作スイッチ等を含む操作スイッチ群６３１と、シャッタボタン６１４とが備えられており、操作スイッチ群６３１を操作して、所望の画角に設定することを含む所望の撮影状態に設定してシャッタボタン６１４を押下することにより写真撮影が行なわれる。
【０２０３】
図３８は、図３５に示すデジタルカメラの、ワイド側に繰り出された状態にあるレンズ鏡胴を光軸に沿って切断した断面図に主要部品を示した模式図、図３９は、図３５に示すデジタルカメラの、テレ側に繰り出された状態にあるレンズ鏡胴を光軸に沿って切断した断面図に主要部品を示した模式図、図４０は、図３５に示すデジタルカメラの、沈胴状態にあるレンズ鏡胴を光軸に沿って切断した断面図に主要部品を示した模式図である。
【０２０４】
図３８に示すレンズ鏡胴６１０の内部空間６１０ａには、光軸方向前方から順に、前群レンズ（第１レンズ群）６０１ａ、後群レンズ（第２レンズ群）６０１ｂ、およびフォーカスレンズ（第３レンズ群）６０１ｃの３群からなる撮影レンズ６０１が収容されている。ここで、フォーカスレンズ６０１ｃには、図１に示すレンズ体２を有する可変焦点レンズが用いられている。フォーカスレンズ６０１ｃは、分散媒と、ナノ粒子の、電気泳動により光通過領域に移動した量とにより定まる正の屈折率に応じた、３段階に変化する焦点距離を持つ焦点距離可変なレンズであるため、従来の、フォーカスレンズを光軸方向に移動することによりピント調節を行なう技術と比較し、モータ等の駆動機構は不要である。従って、構成が簡素化されて小型化が図られるとともに耐衝撃性の高められた撮影レンズ６０１が実現されている。
【０２０５】
レンズ鏡胴６１０の内部空間６１０ａの前端には、撮影レンズ６０１が覗く開口６０２が形成されており、また後方は、カメラボディに固定された、あるいはカメラボディの一部を構成する壁部材６０３が配置され、内部空間６１０ａは、その壁部材６０３、および、図示しない複数の筒体によりその輪郭が画定されている。
【０２０６】
また、これら複数の筒体のうち外径が最小で、繰り出し時には光軸上最も前方に配置される前群枠６８０の内側に前群レンズ６０１ａが保持されている。この前群枠６８０の内径よりも前群レンズ６０１ａの外径が小さいことにより、その前群レンズ６０１ａの脇には、その前群レンズ６０１ａと前群枠６８０との間に空間が形成されている。ここで、以降の説明では、この前群レンズ６０１ａと前群枠６８０との間の空間を前群レンズ脇６０６と称する。
【０２０７】
壁部材６０３には、撮像素子（ＣＣＤ）６２２が内部空間６１０ａに突出した状態に取り付けられている。この撮像素子６２２が内部空間６１０ａに突出した位置に配備されていることにより、その撮像素子６２２の脇には、その撮像素子６２２と壁部材６０３とで区画された窪み部分６０４が形成されている。
【０２０８】
また、壁部材６０３には、固定筒６４０が固定されており、その固定筒６４０の内側には回転筒６５０が備えられている。この回転筒６５０は、図示しない柱状ギアを介して鏡胴駆動モータにより回転駆動され、これにより、その回転筒６５０が回動する。また、固定筒６４０の内壁には、カム溝６４１が形成されており、回転筒６５０に固定されたカムピン６５２がそのカム溝６４１に嵌入しており、したがって、この回転筒６５０は、柱状ギアを介して回転駆動力を受けると、回転しながら光軸方向に前進あるいは後退する。
【０２０９】
また、この回転筒６５０の内側には、回転筒側直進キーリング６５４が、回転筒６５０に対し回転自在に、ただし回転筒６５０に対する光軸方向への相対移動不能に備えられている。さらに、その回転筒側直進キーリング６５４には、キー板６５５が固定され、そのキー板６５５が、固定筒６４０の内壁に形成された、光軸方向に延びるキー溝６４２に嵌入し、これにより、その回転筒側直進キーリング６５４は、固定筒６４０には光軸方向への移動は自在に回り止めされている。したがって、回転筒６５０が回転しながら光軸方向に移動すると、回転筒側直進キーリング６５４は、固定筒６４０に対し回り止めされていることから回転せずに、ただし光軸方向へは回転筒６５０とともに移動する。
【０２１０】
また、回転筒６５０の内側には、回動自在な中間筒６６０が備えられている。回転筒６５０の内壁には、図３７の下側に示すカム溝６５６が形成されており、さらに、回転筒側直進キーリング６５４にもその外周と内周とに貫通したカム溝６５７が形成されており、回転筒６５０のカム溝６５６には、中間筒６６０に設けられたカムピン６６１が、回転筒側直進キーリング６５４のカム溝６５７を貫通して嵌入している。したがって、回転筒６５０が回転しながら光軸方向に移動すると、中間筒６６０も、回転筒６５０と回転筒側直進キーリング６５４のカム溝の形状に従って回転しながら、回転筒６５０に対しさらに相対的に光軸方向に移動する。
【０２１１】
この中間筒６６０の内側には、中間筒側直進キーリング６６４が配備されている。先に説明した固定筒側直進キーリング６５４には直進キー溝６５８が形成されており、中間筒側直進キーリング６６４は固定筒側直進キーリング６５４の直進キー溝６５８に嵌入している。この中間筒側直進キーリング６６４は、中間筒６６０に対し相対回転自在であり、一方、その中間筒６６０に対する光軸方向への相対移動は禁止されている。したがって、中間筒６６０が回転しながら回転筒６５０に対し相対的に光軸方向に移動すると、中間筒側直進キーリング６６４は、回転せずに、中間筒６６０の光軸方向への移動に伴って光軸方向に直進移動する。
【０２１２】
この中間筒６６０の内壁には、後群ガイド枠６７０を案内するためのカム溝６６５が形成されており、このカム溝６６５には、後群ガイド枠６７０に固設されたカムピン６７１が、中間筒側直進キーリング６６４に対し回り止めされた状態で嵌入している。したがって、中間筒６６０が回転すると、後群レンズガイド枠６７０は、中間筒６６０内壁のカム溝６６５の形状に応じて光軸方向に直進移動する。
【０２１３】
後群レンズガイド枠６７０には、シャッタユニット６２１が備えられた、後群レンズ６０１ｂを保持する後群レンズ保持枠６７２が回転軸６７３により、この後群レンズガイド枠６７０に対し回動自在に軸支されている。この後群レンズ保持枠６７２は、電源スイッチ６１５によって「ＯＦＦ」が選択された時には、図４０に示すように、後群レンズ６０１ｂおよびシャッタユニット６２１とともに撮像素子６２２脇の窪み部分６０４に退避し、電源スイッチ６１５によって「通常」が選択された時には、使用状況に応じて図３８，図３９に示すように、後群レンズ６０１ｂ等とともに光軸上に進出する。この後群レンズ６０１ｂの前面に位置するシャッタユニット６２１には、撮影レンズ６０１を通過する被写体光の光量を制御する絞り部材と、シャッタ速度を制御することにより撮影レンズ６０１を通過する被写体光の光量を制御するシャッタ部材との双方が備えられており、これらは、ＰＬＺＴ素子を用いて光量を制御する方式のものである。この後群レンズ保持枠６７２の回動範囲はその後群レンズ保持枠６７２に保持された後群レンズ６０１ｂが、撮影レンズ６０１の光軸上に進出した繰出し位置（図３８，図３９参照）と、撮像素子６２２脇の窪み部分６０４に入り込む退避位置（図４０参照）との間で旋回する範囲である。また、回転軸６７３のまわりにはコイルバネ６７４が備えられており、後群レンズ保持枠６７２は、そのコイルバネ６７４により、後群レンズ６０１ｂが撮影レンズ６０１の光軸上に旋回する方向にバネ付勢されるとともに、光軸方向にも付勢されている。
【０２１４】
中間筒６６０には、前群レンズ６０１ａを保持した前群枠６８０を案内するためのもう１つのカム溝６６６が形成されており、このカム溝６６６には前群枠６８０に設けられたカムピン６８１が入り込んでいる。また、この前群枠６８０は、中間筒側直進キーリング６６４に、光軸方向への移動が自在に回わり止めされている。したがって、中間筒６６０が回転すると、前群枠６８０は、カム溝６６６の形状に応じて、その中間筒６６０に対し光軸方向に直進移動する。
【０２１５】
このような機構により、図３８や図３９の繰出し状態にあるときに電源スイッチ６１５によって「ＯＦＦ」が選択された時には、柱状ギアを介して回転筒６５０に沈胴方向への回転駆動力が伝達され、図４０の状態にまで沈胴し、逆に、図４０に示す沈胴状態にあるときに電源スイッチ６１５によって「通常」が選択されて回転筒６５０に繰出し方向への回転駆動力が伝達されると、図４０に示す沈胴状態から図３８，図３９に示す繰出し状態となる。
【０２１６】
電源スイッチ６１５によって「通常」が選択されて撮影が行なわれる際は、前述したズーム操作スイッチを操作して後群レンズ６０１ｂを光軸方向に移動させることによりテレ端からワイド端との間で焦点距離を調節して、所望の撮影画角に設定する。フォーカスレンズ６０１ｃは、光軸方向に移動されることもなく、撮像素子６２２で得られた画像信号に基づくコントラスト検知により最高のコントラストが得られるように、可変焦点レンズとしての屈折を制御することによりピント調節を行なう。その後、シャッタボタン６１４が押されると、撮像素子（ＣＣＤ）６２２によりそのときの被写体を表わす画像信号が生成され、適切な画像処理が施された後、記録される。
【０２１７】
図４１は、本発明の第２の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラにおいて、撮影レンズを構成する後群レンズとして用いられた可変焦点レンズが有するレンズ体における結像位置を示した図である。
【０２１８】
尚、本発明の第２の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラの外観は、前述したデジタルカメラ６００と同じであるため、図示省略する。
【０２１９】
本発明の第２の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラに備えられた撮影レンズを構成する後群レンズには、レンズ体７００（例えば、図１５に示すレンズ体８）を有する可変焦点レンズが用いられている。このレンズ体７００は、光の屈折が小さくなるように制御された場合は低屈折率時の結像位置（長焦点）となり、光の屈折が大きくなるように制御された場合は高屈折率時の結像位置（短焦点）となる。撮影レンズを構成する後群レンズに、このようなレンズ体８を有する可変焦点レンズを備えると、分散媒と、ナノ粒子の、電気泳動により光通過領域に移動した量とにより定まる正の屈折率に応じた、テレ端とワイド端との間で焦点距離を調整することができる。このため、後群レンズをテレ端とワイド端との間で光軸方向に移動することにより焦点距離を変化させる技術と比較し、モータ等の駆動機構が不要になる。
【０２２０】
図４２は、本発明の一実施形態の光学式ファインダの断面形状を示す図である。
【０２２１】
図４２に示す光学式ファインダ８００には、対物レンズ８０１と、凸状のレンズ８０２と、像正立用プリズム８０３と、屈折率可変な視度補正用の補正板８０４と、像正立用プリズム８０５と、接眼レンズ（レンズ体）７００とが備えられている。対物レンズ８０１，凸状のレンズ８０２を経由した倒立左右の逆像は、像正立用プリズム８０３，８０５で正立左右の正像に変更されるとともに補正板８０４で視度補正されて、レンズ体７００に入射される。
【０２２２】
ここで、操作者が近視の場合には、その操作者の操作に応じて、図４２のパート（ａ）に示すように、補正板８０４で所定の出射角α１に広げられるように制御される。また、近視でも遠視でもない操作者の場合には、図４２のパート（ｂ）に示すように、補正板８０４で上記出射角α１よりも小さな出射角α２に制御される。さらに、使用者が遠視の場合には、図４２のパート（ｃ）に示すように、補正板８０４で上記出射角α２よりもさらに小さな出射角α３に制御される。このように、本実施形態の光学式ファインダ８００は、屈折率可変な補正板８０４を、視度補正レンズとして用いたものであるため、従来の、視度補正のために、接眼レンズを繰出す機構を備えたり接眼部に補助レンズを付加したりする光学式ファインダと比較し、構成が簡素化されて小型化が図られるとともに耐衝撃性を高めることができる。
【０２２３】
図４３は、本発明の第３の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラの撮影ズームレンズを構成するレンズの収差を補正するための可変焦点レンズを拡大して示す図である。
【０２２４】
尚、本発明の第３の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラの外観は、前述したデジタルカメラ６００と同じであるため、図示省略する。
【０２２５】
図４３に示すズームレンズ９００には、光軸方向前方から順に、レンズ９１１，９１２からなる第１レンズ群９１０、レンズ９２１，９２２，９２３からなる第２レンズ群９２０、およびレンズ９３１からなる第３レンズ群９３０が備えられている。
【０２２６】
ここで、第２レンズ群９２０を構成するレンズ９２２に代えてレンズ体９０１を配置するとともに、第１，第２，第３のレンズ群９１０，９２０，９３０に備えられたレンズの収差を補正するためのデータからなる収差補正用テーブルを用意しておき、この可変焦点レンズが有する電極に、収差補正用テーブルのデータに応じた電圧を印加してナノ粒子の分布を制御することにより、それらレンズの収差を補正してもよい。本実施形態では、このようなレンズ体９０１を有する可変焦点レンズを用いた撮影レンズが備えられているため、その撮影レンズ特有の収差に見合った収差補正を自在に行なうことができる。
【０２２７】
また、例えば８段階に焦点距離を変化させることができる可変焦点レンズをデジタルカメラに備えて、自動焦点調節（ＡＦ調節）を好適に行なうことができる。
【０２２８】
図４４は、８段階に焦点距離を変化させることができる可変焦点レンズでＡＦ調節が行なわれる様子を説明するための図である。
【０２２９】
フォーカスレンズとして、分散媒と、ナノ粒子の、電気泳動により光通過領域に移動した量とにより定まる正の屈折率に応じた、８段階に変化する焦点距離を持つ焦点距離可変なレンズ体を有する可変焦点レンズを用いて、以下に説明するようにして、いわゆる「山登り方式」のＡＦ調節を行なうことができる。
【０２３０】
図４４の横軸は被写体距離を示し、縦軸はコントラストを示す。また、図４４の横軸には、被写体距離の遠距離から近距離に対応して、可変焦点レンズを構成するレンズ体の屈折率Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８が示されている。ここで、屈折率Ｐ１が一番小さく、以下、屈折率Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８の順に大きくなっている。
【０２３１】
ここでは、レンズ体の屈折率を変化させることによりコントラストの増減方向をチェックしながら、コントラストの最大点を求め、その最大点に焦点を合わせるべき被写体が存在するとして合焦点位置を求める。このように、８段階に変化する焦点距離を持つ可変焦点レンズを用いてＡＦサーチを行なって合焦点を求めてピント調節することにより、従来の、フォーカスレンズを光軸方向に移動することによりピント調節を行なう技術と比較し、モータ等の駆動機構は不要である。従って、構成が簡素化されて小型化が図られるとともに耐衝撃性の高められた撮影レンズが実現されることとなる。
【０２３２】
ここで、上記では、本発明の撮影装置の一実施形態がデジタルカメラに適用される例について説明したが、本発明の撮影装置は、銀塩カメラや、携帯電話などに適用されても良い。
【０２３３】
また、上記では、レンズ形状や板形状を有する光学素子を備えた光学ユニットの例について説明したが、本発明にいう光学素子は、例えば、プリズム形状を有するものであってもよい。
【０２３４】
また、上記では、本発明にいう撮影装置および光学式ファインダに、電気泳動タイプでレンズ形状を有する光学ユニットを適用する例について説明したが、本発明にいう撮影装置および光学式ファインダは、例えば、電気泳動タイプで板形状を有する光学式ファインダや、磁気泳動タイプの光学式ファインダなどが適用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０２３５】
【図１】本発明の一実施形態の可変焦点レンズの断面形状を示す図である。
【図２】レンズ体の動作原理を説明するための図である。
【図３】ナノ粒子を含む媒質を有するレンズの曲率および厚さを示す図である。
【図４】屈折率が１．４８，１．６４４，１．７２６と変化した場合の可変焦点レンズのバックフォーカスを示す図である。
【図５】通常のガラスと組み合わせたレンズの曲率および厚さを示す図である。
【図６】通常のガラスにナノ粒子を封入したレンズの曲率および厚さを示す図である。
【図７】図１に示す可変焦点レンズの動作を説明するための図である。
【図８】電極の内側の面に絶縁膜がコーティングされたレンズ体の断面形状を示す図である。
【図９】プラスチックで形成された容器を備えたレンズ体の断面形状を示す図である。
【図１０】電極の配置の一例を示す図である。
【図１１】電極の配置の他の一例を示す図である。
【図１２】電極の配置のさらなる他の一例を示す図である。
【図１３】負の屈折力を有するレンズ体を備えた可変焦点レンズの動作を説明するための図である。
【図１４】非球面レンズ形状を有する容器を有するレンズ体を備えた可変焦点レンズの動作を説明するための図である。
【図１５】外に向かって双方が凸のレンズ形状を有する容器を有するレンズ体を備えた可変焦点レンズの動作を説明するための図である。
【図１６】電極パターンが工夫された第１のレンズ体の断面形状を示す図である。
【図１７】電極パターンが工夫された第２の光学部材の断面形状を示す図である。
【図１８】電極パターンが工夫された第３のレンズ体の断面形状を示す図である。
【図１９】マトリックス状の電極パターンを有する陽極を示す図である。
【図２０】外形が板形状のレンズ体の断面形状を示す図である。
【図２１】外形が板形状のレンズ体における結像位置のずれを説明するための図である。
【図２２】屈折率可変板の動作を説明するための図である。
【図２３】電極の内側の面に絶縁膜がコーティングされたレンズ体の断面形状を示す図である。
【図２４】プラスチックで形成された容器を備えたレンズ体の断面形状を示す図である。
【図２５】電極パターンが工夫された第１のレンズ体の断面形状を示す図である。
【図２６】電極パターンが工夫された第２のレンズ体の断面形状を示す図である。
【図２７】電極パターンが工夫された第３のレンズ体の断面形状を示す図である。
【図２８】マトリックス状の電極パターンを有する陽極を示す図である。
【図２９】電極の配置の一例を示す図である。
【図３０】図２９に示す陽極とは異なる陽極の配置例を示す図である。
【図３１】図２９，図３０に示す陽極とは異なる陽極の配置例を示す図である。
【図３２】分散質を磁気泳動させて光の屈折を変化させる可変焦点レンズにおける、レンズ体の断面形状を示す図である。
【図３３】図３２に示すレンズ体５１０の概略構成図である。
【図３４】分散質を磁気泳動させて光の屈折を変化させる屈折率可変板における、レンズ体の断面形状を示す図である。
【図３５】本発明の第１の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラの外観図である。
【図３６】デジタルカメラの回路構成を示すブロック図である。
【図３７】撮影レンズ、シャッタユニット、撮像素子、および駆動回路の配置構成を示す図である。
【図３８】デジタルカメラの、ワイド側に繰り出された状態にあるレンズ鏡胴を光軸に沿って切断した断面図に主要部品を示した模式図である。
【図３９】デジタルカメラの、テレ側に繰り出された状態にあるレンズ鏡胴を光軸に沿って切断した断面図に主要部品を示した模式図である。
【図４０】デジタルカメラの、沈胴状態にあるレンズ鏡胴を光軸方向から見て主要部品を示した模式図である。
【図４１】本発明の第２の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラにおいて、撮影レンズを構成する後群レンズとして用いられた可変焦点レンズが有するレンズ体における結像位置を示した図である。
【図４２】本発明の一実施形態の光学式ファインダの断面形状を示す図である。
【図４３】本発明の第３の撮影装置の一実施形態であるデジタルカメラの撮影ズームレンズを構成するレンズの収差を補正するための可変焦点レンズを拡大して示す図である。
【図４４】８段階に焦点距離を変化させることができる可変焦点レンズでＡＦ調節が行なわれる様子を説明するための図である。
【符号の説明】
【０２３６】
１ 可変焦点レンズ
１＿１４１，１＿１４２，１＿１５１，１＿１５２，１５１，１５２，２１０ 電極
１＿１４３，１４ 陰極
１＿１５３，１５，１８１，１８２，１９１，２０１ 陽極
２，６，７，８，１０，１８０，２００，５０１ レンズ体
３ 焦点距離可変部
１０ａ 光通過領域
１１，３１，４１，５１ 容器
１２ 分散媒
１３ 分散質
１３ａ，１３ｂ ナノ粒子
１５３ 絶縁膜
１５２ａ 電極部
１８１ａ，１８２ａ，１９１ａ，２０１ａ 電極パターン
２１１，２１２ 電極パターン部
６００ デジタルカメラ
６０１ 撮影レンズ
６０１ａ 前群レンズ
６０１ｂ 後群レンズ
６０１ｃ フォーカスレンズ
６０２ 開口
６０３ 壁部材
６０４ 窪み部分
６０６ 前群レンズ脇
６１０ レンズ鏡胴
６１０ａ 内部空間
６１２ 補助光発光部
６１３ａ ファインダ対物窓
６１３ｂ ファインダ接眼窓
６１４ シャッタボタン
６１５ 電源スイッチ
６１６ 設定表示ボタン
６１７ 記録表示ボタン
６１８ ズーム操作切替ボタン
６１９ 十字キー
６２０ 画像モニタ
６２０ａ 画像表示ボタン
６２１ シャッタユニット
６２２ 撮像素子（ＣＣＤ）
６２３ アナログ信号処理部
６２４ ＣＰＵ
６２５ 駆動回路
６２５ａ ズームモータ
６２５ｂ モータドライバ
６２５ｃ シャッタモータ
６２５ｄ ピント調節部
６２５ｅ 撮像素子駆動部
６２６ Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）部
６２７ デジタル信号処理部
６２８ テンポラリメモリ
６２９ 圧縮伸長部
６３０ 内蔵メモリ（またはメモリカード）
６３１ 操作スイッチ部
６４０ 固定筒
６４１ カム溝
６４２ キー溝
６５０ 回転筒
６５２ カムピン
６５４ 固定筒側直進キーリング
６５５ キー板
６５６ カム溝
６５７ カム溝
６５８ 直進キー溝
６６０ 中間筒
６６１ カムピン
６６４ 中間筒側直進キーリング
６６５、６６６ カム溝
６７０ 後群レンズガイド枠
６７１ カムピン
６７２ 後群レンズ保持枠
６７３ 回転軸
６７４ コイルバネ
６８０ 前群レンズ枠
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも光通過領域が光透過性を有する容器と、
前記容器内に封入された光透過性の分散媒と、
前記分散媒内に分散した、光透過性であって該分散媒の屈折率とは異なる屈折率を有する分散質と、
前記分散媒内に分散した分散質を電磁気力で泳動させることにより、前記光通過領域の焦点距離を変化させる電磁場発生器とを有する光学素子、および
前記電磁場発生器で発生される電磁場を制御することにより前記光通過領域の焦点距離を少なくとも３段階以上に変化させる焦点距離可変部を有することを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記電磁場発生器は、電圧の印加を受けて前記分散質を電気泳動させる電極であり、
前記焦点距離可変部は、前記電極に印加する電圧を制御するものであることを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記分散質が、酸化チタンからなることを特徴とする請求項２記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記分散質が、アルミナからなることを特徴とする請求項２記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記分散媒が、有機分散媒であることを特徴とする請求項２記載の光学ユニット。
【請求項６】
前記分散媒が、炭化水素系有機分散媒であることを特徴とする請求項５記載の光学ユニット。
【請求項７】
前記電極は、内側の面に絶縁膜がコーティングされ、該絶縁膜が前記分散媒に接して配置されていることを特徴とする請求項２記載の光学ユニット。
【請求項８】
前記絶縁膜が、ポリイミド絶縁膜であることを特徴とする請求項７記載の光学ユニット。
【請求項９】
前記分散質が、磁性を有するものであり、
前記電磁場発生器は、前記分散質を磁気泳動させる磁場発生器であり、
前記焦点距離可変部は、前記磁場発生器で発生される磁場を制御するものであることを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
【請求項１０】
前記分散質が、酸化チタンコバルトからなることを特徴とする請求項９記載の光学ユニット。
【請求項１１】
前記分散質が、ナノ粒子からなることを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
【請求項１２】
前記分散質が、５ｎｍ〜１００ｎｍの粒径を有するナノ粒子であることを特徴とする請求項１１記載の光学ユニット。
【請求項１３】
前記分散媒が、水であることを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
【請求項１４】
前記容器がレンズ形状を有するものであることを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
【請求項１５】
前記容器の、少なくとも前記光通過領域が、正の屈折力を有するレンズ形状を有する容器であることを特徴とする請求項１４記載の光学ユニット。
【請求項１６】
前記容器の、少なくとも前記光通過領域が、負の屈折力を有するレンズ形状を有する容器であることを特徴とする請求項１４記載の光学ユニット。
【請求項１７】
前記容器の、少なくとも前記光通過領域が、非球面レンズ形状を有する容器であることを特徴とする請求項１４記載の光学ユニット。
【請求項１８】
前記容器が板形状を有するものであることを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
【請求項１９】
請求項１記載の光学ユニットをピント調整レンズとして用いた撮影レンズを備え、該撮影レンズを経由して入射してきた被写体光を捉えて撮影を行なうことにより画像信号を生成することを特徴とする撮影装置。
【請求項２０】
前記ピント調整レンズでピントを変化させて被写体像のコントラストの変化を検知することにより該撮影レンズの合焦位置を検出するピント検出部を備えたことを特徴とする請求項１９記載の撮影装置。
【請求項２１】
請求項１記載の光学ユニットによって焦点距離を変化させる撮影レンズを備え、該撮影レンズを経由して入射してきた被写体光を捉えて撮影を行なうことにより画像信号を生成することを特徴とする撮影装置。
【請求項２２】
請求項１記載の光学ユニットを収差補正レンズとして用いた撮影レンズを備え、該撮影レンズを経由して入射してきた被写体光を捉えて撮影を行なうことにより画像信号を生成することを特徴とする撮影装置。
【請求項２３】
請求項１記載の光学ユニットを視度補正レンズとして用いたことを特徴とする光学式ファインダ。
【請求項１】
少なくとも光通過領域が光透過性を有する容器と、
前記容器内に封入された光透過性の分散媒と、
前記分散媒内に分散した、光透過性であって該分散媒の屈折率とは異なる屈折率を有する分散質と、
前記分散媒内に分散した分散質を電磁気力で泳動させることにより、前記光通過領域の焦点距離を変化させる電磁場発生器とを有する光学素子、および
前記電磁場発生器で発生される電磁場を制御することにより前記光通過領域の焦点距離を少なくとも３段階以上に変化させる焦点距離可変部を有することを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記電磁場発生器は、電圧の印加を受けて前記分散質を電気泳動させる電極であり、
前記焦点距離可変部は、前記電極に印加する電圧を制御するものであることを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記分散質が、酸化チタンからなることを特徴とする請求項２記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記分散質が、アルミナからなることを特徴とする請求項２記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記分散媒が、有機分散媒であることを特徴とする請求項２記載の光学ユニット。
【請求項６】
前記分散媒が、炭化水素系有機分散媒であることを特徴とする請求項５記載の光学ユニット。
【請求項７】
前記電極は、内側の面に絶縁膜がコーティングされ、該絶縁膜が前記分散媒に接して配置されていることを特徴とする請求項２記載の光学ユニット。
【請求項８】
前記絶縁膜が、ポリイミド絶縁膜であることを特徴とする請求項７記載の光学ユニット。
【請求項９】
前記分散質が、磁性を有するものであり、
前記電磁場発生器は、前記分散質を磁気泳動させる磁場発生器であり、
前記焦点距離可変部は、前記磁場発生器で発生される磁場を制御するものであることを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
【請求項１０】
前記分散質が、酸化チタンコバルトからなることを特徴とする請求項９記載の光学ユニット。
【請求項１１】
前記分散質が、ナノ粒子からなることを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
【請求項１２】
前記分散質が、５ｎｍ〜１００ｎｍの粒径を有するナノ粒子であることを特徴とする請求項１１記載の光学ユニット。
【請求項１３】
前記分散媒が、水であることを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
【請求項１４】
前記容器がレンズ形状を有するものであることを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
【請求項１５】
前記容器の、少なくとも前記光通過領域が、正の屈折力を有するレンズ形状を有する容器であることを特徴とする請求項１４記載の光学ユニット。
【請求項１６】
前記容器の、少なくとも前記光通過領域が、負の屈折力を有するレンズ形状を有する容器であることを特徴とする請求項１４記載の光学ユニット。
【請求項１７】
前記容器の、少なくとも前記光通過領域が、非球面レンズ形状を有する容器であることを特徴とする請求項１４記載の光学ユニット。
【請求項１８】
前記容器が板形状を有するものであることを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
【請求項１９】
請求項１記載の光学ユニットをピント調整レンズとして用いた撮影レンズを備え、該撮影レンズを経由して入射してきた被写体光を捉えて撮影を行なうことにより画像信号を生成することを特徴とする撮影装置。
【請求項２０】
前記ピント調整レンズでピントを変化させて被写体像のコントラストの変化を検知することにより該撮影レンズの合焦位置を検出するピント検出部を備えたことを特徴とする請求項１９記載の撮影装置。
【請求項２１】
請求項１記載の光学ユニットによって焦点距離を変化させる撮影レンズを備え、該撮影レンズを経由して入射してきた被写体光を捉えて撮影を行なうことにより画像信号を生成することを特徴とする撮影装置。
【請求項２２】
請求項１記載の光学ユニットを収差補正レンズとして用いた撮影レンズを備え、該撮影レンズを経由して入射してきた被写体光を捉えて撮影を行なうことにより画像信号を生成することを特徴とする撮影装置。
【請求項２３】
請求項１記載の光学ユニットを視度補正レンズとして用いたことを特徴とする光学式ファインダ。
【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２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【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２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【公開番号】特開２００６−２８５１８５（Ｐ２００６−２８５１８５Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２３８４３３（Ｐ２００５−２３８４３３）
【出願日】平成１７年８月１９日（２００５．８．１９）
【出願人】（０００００５２０１）富士写真フイルム株式会社 (7,609)
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月１９日（２００５．８．１９）
【出願人】（０００００５２０１）富士写真フイルム株式会社 (7,609)
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【Ｆターム（参考）】
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