屈折力可変素子、及びそれを用いた光学系
【課題】屈折力可変素子の境界面の形状を変化させたときの色収差の変動を低減する。
【解決手段】屈折力可変素子１は、互いに屈折率が異なる第１の媒質Ａと第２の媒質Ｂとにより形成される境界面３の形状を変化させることによって、屈折力を変化させることができる。ここで、第１の媒質Ａと第２の媒質Ｂとのｄ線における屈折率をそれぞれｎＡ、ｎＢとし、第１の媒質Ａと第２の媒質Ｂとのｄ線におけるアッベ数をそれぞれνＡ、νＢとするとき、
−０．０２３≦｛（ｎＡ−１）／νＡ−（ｎＢ−１）／νＢ｝／（ｎＢ−ｎＡ）≦０．０２３
の条件を満たす。
【解決手段】屈折力可変素子１は、互いに屈折率が異なる第１の媒質Ａと第２の媒質Ｂとにより形成される境界面３の形状を変化させることによって、屈折力を変化させることができる。ここで、第１の媒質Ａと第２の媒質Ｂとのｄ線における屈折率をそれぞれｎＡ、ｎＢとし、第１の媒質Ａと第２の媒質Ｂとのｄ線におけるアッベ数をそれぞれνＡ、νＢとするとき、
−０．０２３≦｛（ｎＡ−１）／νＡ−（ｎＢ−１）／νＢ｝／（ｎＢ−ｎＡ）≦０．０２３
の条件を満たす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屈折力可変素子、及びそれを用いた光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体媒質の境界面の形状を制御することにより屈折力を変化させることができる屈折力可変素子（可変焦点素子）が知られている。また、この屈折力可変素子をズームレンズ等の光学系に用いることで、レンズ群の移動量を低減しつつ、高倍率化、更には光学系の小型化が図られている。例えば、特許文献１、及び特許文献２は、このような屈折力可変素子を採用することで、小型化を図る、又は収差を良好に補正するズームレンズや撮像装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−８４３８７号公報
【特許文献２】特開２００５−２９２７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１、及び特許文献２に開示されたズームレンズや撮像装置では、色消しについて十分に考察されていないために、屈折力可変素子の屈折力を可変する際に、特に、色収差の変動が大きくなるという課題がある。
【０００５】
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、屈折力可変素子の境界面の形状を変化させたときの色収差の変動を低減することができる屈折力可変素子、及びそれを用いた光学系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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、互いに屈折率が異なる第１の媒質と第２の媒質とにより形成される境界面の形状を変化させることによって屈折力を変化させることができる屈折力可変素子であって、第１、第２の媒質のｄ線における屈折率をそれぞれｎＡ、ｎＢとし、第１、第２の媒質のｄ線におけるアッベ数をそれぞれνＡ、νＢとするとき、
−０．０２３≦｛（ｎＡ−１）／νＡ−（ｎＢ−１）／νＢ｝／（ｎＢ−ｎＡ）≦０．０２３
の条件を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、屈折力可変素子の境界面の形状を変化させたときの色収差の変動を低減することができる屈折力可変素子、及びそれを用いた光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る屈折力可変素子の構成を示す概略図である。
【図２】屈折力可変素子に採用する媒質の特性を示すグラフである。
【図３】屈折力可変素子の原理を説明するための図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る光学系の断面図である。
【図５】屈折力可変素子に採用可能な媒質の特性範囲を示すグラフである。
【図６】第１実施形態に係る光学系の広角端及び望遠端における縦収差図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る光学系の断面図である。
【図８】第２実施形態に係る光学系の広角端及び望遠端における縦収差図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る光学系の断面図である。
【図１０】第３実施形態に係る光学系の広角端及び望遠端における縦収差図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る光学系の断面図である。
【図１２】第４実施形態に係る光学系の広角端及び望遠端における縦収差図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る屈折力可変素子について説明する。図１（ａ）は、本実施形態の屈折力可変素子（以下、単に「液体レンズ」と表記する）の構成を示す概略図である。以下、屈折力（光学的パワー）は、焦点距離の逆数に対応したレンズの特性値として用いる。液体レンズ１は、互いに屈折率が異なる２つの媒質（液体）により形成される境界面の形状を電気駆動（エレクトロウェッティング駆動）にて変化させることによって屈折力を変化させることができる。この液体レンズ１は、略円筒形の筐体２を有し、該筐体２の内部に、光入射側から順に、第１媒質（第１の媒質）Ａと第２媒質（第２の媒質）Ｂとの２種類の媒質を光軸方向に２層配置する。この第１媒質Ａ及び第２媒質Ｂとしては、両媒質Ａ、Ｂで形成される境界面３にて互いに混ざり合わない物質を採用する。例えば、第１媒質Ａとしては、水（ｎｄ＝１．３３、νｄ＝５５．７（後述の図２参照））を中心とした電解液を採用し、第２媒質Ｂとしては、オイル系の非電解液を採用する。このオイル系の媒質としては、例えば、図２に示すような特性領域内のものが想定される。この図２に示すグラフでは、横軸のｄ線に係るアッベ数νｄに対して縦軸にｄ線に係る屈折率ｎｄを取る。ここで、公知のオイル系媒質Ｂ１（ｎｄ＝１．４８、νｄ＝５４．６）、Ｂ２（ｎｄ＝２．３２、νｄ＝７）、及びＢ３（ｎｄ＝１．６４、νｄ＝２１．２）のそれぞれを任意の体積比で混合することで、領域（図中の三角形）内の任意の特性が得られる。そこで、本実施形態では、図２に示す特性領域内の媒質範囲を目安として、第２媒質Ｂとしてｎｄ＝１．４８、νｄ＝５４．６のオイル系媒質を採用する。
【００１１】
また、液体レンズ１は、それぞれ筐体２の内周部に円環状に構成され、第１媒質Ａ及び第２媒質Ｂと接する絶縁膜４と、該絶縁膜４の外周部に位置する電極５とを備え、更に、電極５と電解液からなる第１媒質Ａとの間に電圧を印加する電源６を備える。この場合、電極５は、電源６からの印加電圧により境界面３との接触角を制御することで、境界面３の形状（曲率半径）を変化させる。更に、液体レンズ１は、光入射側と光出射側との両端に、それぞれ第１媒質Ａ及び第２媒質Ｂを内部に封止する第１保護板７及び第２保護板８を備える。この各保護板７、８は、石英ガラス等の透過部材で形成される。
【００１２】
この液体レンズ１では、カメラ等の撮像装置に応用することを考えると、透過率や応答性の面から上記のような電気駆動方式を採用することが望ましい。但し、例えば、図１（ｂ）に示すように、境界面３に透過性の弾性膜９を採用し、アクチュエーター等の駆動手段１０にて弾性膜９に連接する膜保持部１１を機械的に制御することで、同様の機能を持たせることもできる。この場合、液体レンズは、２つの媒質が相互に混ざり合う液体であっても、境界面の形状を変形可能であり、媒質の選択性が高い点で有利である。
【００１３】
本実施形態では、この液体レンズ１の境界面３の形状を変化させる際に、第１媒質Ａと第２媒質Ｂとの屈折率、及びアッベ数との関係を以下のように設定することで、液体レンズ１の駆動時の色収差の変動を低減させる。以下、本実施形態の液体レンズ１の作用について説明する。図３は、本実施形態の液体レンズ１の原理を説明するための図であり、液体レンズ１の駆動前から駆動後へ変化の際の様子を示す。まず、液体レンズ１において、図３の上段に示すように、第１媒質Ａの屈折率をｎＡ、第２媒質Ｂの屈折率をｎＢ、物体面側、及び像面側の曲率半径をそれぞれＲＡ、ＲＢ、更に、境界面３の曲率半径をＲ３と定義する。このとき、液体レンズ１全系の屈折力は、φＰ１である。ここで、色収差は、第１及び第２媒質Ａ、Ｂの屈折力φとアッベ数νとに対して、Ｅ＝φ/νで定義される量に比例して発生する。
【００１４】
この場合、第１媒質Ａで形成されるレンズ部の屈折力をφＰＡ１とし、第２媒質Ｂで形成されるレンズ部の屈折力をφＰＢ１とし、第１及び第２媒質Ａ、Ｂのアッベ数をそれぞれνＡ、νＢとすると、液体レンズ１で発生する色収差Ｅ１は、式（１）で表される。
Ｅ１＝φＰＡ１／νＡ＋φＰＢ１／νＢ・・・（１）
但し、φＰＡ１＝（ｎＡ−１)／（１／ＲＡ−１／Ｒ３）、
φＰＢ１＝（ｎＢ−１)／（１／Ｒ３−１／ＲＢ）、
φＰ１＝φＰＡ１＋φＰＢ１、である。
【００１５】
次に、液体レンズ１において、図３の下段に示すように、境界面３の曲率半径がＲ３´に変化し、液体レンズ１全系の屈折力がφＰ２に変化した場合を考える。この場合、第１媒質Ａで形成されるレンズ部の屈折力をφＰＡ２とし、第２媒質Ｂで形成されるレンズ部の屈折力をφＰＢ２とすると、液体レンズ１で発生する色収差Ｅ２は、式（２）で表される。
Ｅ２＝φＰＡ２／νＡ＋φＰＢ２／νＢ・・・（２）
但し、φＰＡ２＝（ｎＡ−１)／（１／ＲＡ−１／Ｒ３´）、
φＰＢ２＝（ｎＢ−１)／（１／Ｒ３´−１／ＲＢ）、
φＰ２＝φＰＡ２＋φＰＢ２、である。
【００１６】
ここで、境界面３の曲率半径が変化したときの色収差の変化ΔＥは、式（３）のように変形し、表される。
ΔＥ＝Ｅ２−Ｅ１
＝（ｎＡ−１）／νＡ×（１／Ｒ３−１／Ｒ３´）
＋（ｎＢ−１）／νＢ×（１／Ｒ３´−１／Ｒ３）
＝{（ｎＡ−１）／νＡ−（ｎＢ−１）／νＢ}（１／Ｒ３−１／Ｒ３´）・・・（３）
【００１７】
一方、境界面３の曲率半径が変化したときの屈折力の変化Δφは、式（４）のように変形し、表される。
Δφ＝φＰ２−φＰ１
＝（ｎＢ−ｎＡ）×（１／Ｒ３−１／Ｒ３´）・・・（４）
【００１８】
したがって、液体レンズ１における屈折力の変化と色収差の変化との関係は、式（３）及び（４）から、式（５）で表される。
ΔＥ＝{（ｎＡ−１）／νＡ−（ｎＢ−１）／νＢ}×Δφ／（ｎＢ−ｎＡ）・・・（５）
即ち、式（５）より、{（ｎＡ−１）／νＡ−（ｎＢ−１）／νＢ}／（ｎＢ−ｎＡ）で定義される量がゼロに近づくような媒質を選択すれば、液体レンズ１は、屈折力の変化に関わらず、発生する色収差を抑制することができる。
【００１９】
次に、本実施形態に係る液体レンズ１を採用する光学系について説明する。図４は、本実施形態に係る光学系の断面図である。この光学系２０は、まず、光入射側（物体側）から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｌ１と、負屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２と、正屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３と、負屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４と、正屈折力を有する第５レンズ群Ｌ５とを備える。この各レンズ群の下部に記載している矢印は、それぞれ各レンズ群の駆動方向を示し、以下の光学系に係る各図においても同様である。また、光学系２０は、第３レンズ群Ｌ３の直前に設置される開口絞りＳＰと、ＣＣＤ等の撮像素子で構成される像面ＩＰと、該像面ＩＰの直前に設置されるＣＣＤ保護ガラス又はローパスフィルター等のガラスブロックＧＢとを備える。更に、光学系２０は、第２レンズ群Ｌ２に液体レンズ１を含む。撮影時、又は物体距離が変化したときには、液体レンズ１は、内部の境界面３の形状を変化させることで合焦を調整する。この光学系２０は、広角端から望遠端への変倍に際し、第１〜５レンズ群Ｌ１〜Ｌ５の全てが光軸方向に移動することで高倍率化を達成する。ここで、「広角端」、及び「望遠端」とは、変倍用の各レンズ群が、機構上、光軸上を移動可能な範囲の両端に位置したときの位置をいう。
【００２０】
また、本実施形態では、液体レンズ１は、以下の条件を満たす。まず、第１、第２媒質Ａ、Ｂとのｄ線における各屈折率をｎＡ、ｎＢ、及び、第１、第２媒質Ａ、Ｂのｄ線における各アッベ数をνＡ、νＢとした場合、以下の式（６）が成り立つ。
−０．０２３≦｛（ｎＡ−１）／νＡ−（ｎＢ−１）／νＢ｝／（ｎＢ−ｎＡ）≦０．０２３
・・・（６）
更に、より望ましくは、式（６ａ）が成り立つ。
−０．０２２≦｛（ｎＡ−１）／νＡ−（ｎＢ−１）／νＢ｝／（ｎＢ−ｎＡ）≦０．０２２
・・・（６ａ）
ここで、上記式（５）を用いて説明したように、{（ｎＡ−１）／νＡ−（ｎＢ−１）／νＢ}／（ｎＢ−ｎＡ）をゼロに近づけることで、液体レンズ１は、発生する色収差を抑制することができる。より具体的には、本実施形態では、液体レンズ１が、この式（６）及び（６ａ）で表される条件を満たすことで、発生する色収差を特に抑制することができる。式（６）及び（６ａ）は、液体レンズ１に採用する媒質の屈折率とアッベ数との関係を規定したものであり、上下限のどちらを超えても屈折力変化時の色収差の変動が大きくなるので好ましくない。
【００２１】
また、液体レンズ１に採用する第１、第２媒質Ａ、Ｂのうち、屈折率が高い媒質のｄ線における屈折率、及びアッベ数を、それぞれｎｄ、νｄとした場合、以下の式（７）〜（９）が成り立つ。
ｎｄ＜−０．０２１１νｄ＋２．６４１・・・（７）
２８＜νｄ＜５５・・・（８）
１．４８＜ｎｄ・・・（９）
これらの式（７）〜（９）は、図５に示す液体レンズ１に採用可能な媒質の特性範囲を規定したものである。図５に示すグラフにおいても、横軸のｄ線に係るアッベ数νｄに対して、縦軸にｄ線に係る屈折率ｎｄを取る。図５からも明らかなように、屈折率ｎｄに関しては、まず、式（７）の範囲を超えるような高屈折率の媒質が存在しない。また、式（９）の範囲を超えて媒質の屈折率ｎｄが小さくなると、所望の屈折力の変化、及び高倍率化の効果が得られず、好ましくない。更に、式（７）では、媒質のアッベ数νｄの範囲について規定しているが、上限値を超えると屈折率ｎｄが低くなり、一方、下限値を超えると屈折力変化時に液体レンズ１で発生する色収差の変動が大きくなるので、好ましくない。
【００２２】
更に、本実施形態では、光学系２０の最も物体側の光学面から液体レンズ１の最も像側の光学面までの部分光学系の広角端における合成焦点距離をｆａｏとし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとした場合、以下の式（１０）で表される条件を満たす。
０．８＜｜ｆａｏ｜／ｆｗ＜５・・・（１０）
また、より望ましくは、式（１０ａ）が成り立つ。
０．８＜｜ｆａｏ｜／ｆｗ＜３．５・・・（１０ａ）
更に、より望ましくは、式（１０ｂ）が成り立つ。
０．８＜｜ｆａｏ｜／ｆｗ＜２・・・（１０ｂ）
これら式（１０）〜（１０ｂ）において、｜ｆａｏ｜／ｆｗの値が下限値を超えると、液体レンズ１より物体側のレンズ群の屈折力が強くなりすぎて、好ましくない。これに対して、｜ｆａｏ｜／ｆｗの値が上限値を超えると、液体レンズ１より像側のレンズ群の横倍率が小さくなり、屈折力変化時の色収差の変動が大きくなる。そこで、光学系２０は、式（１０）〜（１０ｂ）の条件を満たすことで、屈折力変化時に発生する色収差を抑制することができる。
【００２３】
次に、液体レンズ１及び光学系２０に上記の各条件を適用して、具体的に数値を代入して本実施形態の効果を示す。（表１）は、図４に示す光学系２０の各構成要素の面に付した各面番号１〜３１における各種数値を示す表である。ここで、図４では、光源（物体）の位置を絶対座標系の基準として３次元の座標軸（Ｚ軸、Ｙ軸、Ｘ軸）を取る。Ｚ軸は、第０面の中心から第１面の中心(絶対座標の原点)を通り、この方向を正とする軸である。また、Ｙ軸は、第１面の中心を通り、Ｚ軸に対して反時計回りに９０度を成す軸であり、Ｘ軸は、原点を通り、Ｚ軸及びＹ軸に垂直となる軸である。（表１）では、各面番号（Ｎｏ．）に対して、曲率半径（Ｒ）、レンズ面間の厚さ（ｄ）、ｄ線の屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）、及びレンズの有効径のそれぞれの数値を記載している。なお、（表１）の各数値は、特に記載のない限り、無限遠合焦時の数値を示す。更に、光学系２０における回転対称非球面を有する光学素子の非球面形状は、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を、面頂点を基準にしてｘとすると、式（１１）で表される。
ｘ＝（ｈ2／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）2｝1/2］
＋Ａｈ4＋Ｂｈ6＋Ｃｈ8＋Ｄｈ１０＋Ｅｈ1２・・・（１１）
ここで、ｋは、コーニック係数であり、この式（１１）に適用する各非球面係数ｋ、Ａ〜Ｄの値を（表２）に示す。また、（表３）は、光学系２０の各ズーム位置における各種データを示す。この場合、ズーム比は、１０．３９である。また、（表４）は、第１〜５レンズ群Ｌ１〜Ｌ５、及びガラスブロックＧＢに係る各種データを示す。更に、（表５）は、単レンズに係る各種データを示す。なお、参考として、図６に、本実施形態に係る縦収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。特に、図６（ａ）は、広角端における縦収差図であり、図６（ｂ）は、望遠端における縦収差図である。図６において、縦軸は、光線が光学系２０に入射する光線高さであり、横軸は、光線が光軸と交わる位置である。この各図では、ｄ線、及びｇ線の波長を有する各光線について記載している。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
【表３】
【００２７】
【表４】
【００２８】
【表５】
【００２９】
以上のように、本実施形態の液体レンズ１、及び該液体レンズ１を採用した光学系２０によれば、液体レンズ１の境界面の形状を変化させたときの色収差の変動を低減することができる。
【００３０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る光学系について説明する。図７は、本実施形態に係る光学系３０の断面図である。この光学系３０は、第１実施形態に示す液体レンズ１を採用しつつ、第１実施形態の光学系２０のレンズ群の構成を変更したものである。光学系３０は、まず、光入射側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｌ１と、負屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２と、正屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３と、負屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４と、正屈折力を有する第５レンズ群Ｌ５とを備える。特に、本実施形態の光学系３０は、第４レンズ群Ｌ４に液体レンズ１を含み、第１実施形態と同様に、広角端から望遠端への変倍に際し、第１〜５レンズ群Ｌ１〜Ｌ５の全てが光軸方向に移動することで高倍率化を達成する。この場合も、撮影時、又は物体距離が変化したときには、第４レンズ群Ｌ４に含まれる液体レンズ１が内部の境界面３の形状を変化させることで合焦を調整する。なお、本実施形態では、液体レンズ１に採用する媒質として、第１媒質Ａには、第１実施形態と同様に、水（ｎｄ＝１．３３、νｄ＝５５．７）を中心とした電解液を採用し、第２媒質Ｂには、ｎｄ＝１．４９、νｄ＝５３．５のオイル系の媒質を採用する。以下、液体レンズ１及び光学系３０に上記の各条件を適用して、具体的に数値を代入して本実施形態の効果を示す。以下の（表６）〜（表１０）は、それぞれ第１実施形態に示す（表１）〜（表５）に対応している。なお、（表８）におけるズーム比は、１０．３９である。更に、第１実施形態と同様に、図８に、本実施形態に係る縦収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。特に、図８（ａ）は、広角端における縦収差図であり、図８（ｂ）は、望遠端における縦収差図である。このように、本実施形態の光学系３０によっても、液体レンズ１の境界面の形状を変化させたときの色収差の変動を低減することができる。
【００３１】
【表６】
【００３２】
【表７】
【００３３】
【表８】
【００３４】
【表９】
【００３５】
【表１０】
【００３６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る光学系について説明する。図９は、本実施形態に係る光学系４０の断面図である。この光学系４０も、第１実施形態に示す液体レンズ１を採用し、上記各実施形態の光学系のレンズ群の構成を変更したものである。光学系４０は、まず、光入射側から順に、負屈折力の第１レンズ群Ｌ１と、正屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２と、正屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３とを備える。更に、本実施形態の光学系４０は、第３レンズ群Ｌ３に対する像面側の領域に液体レンズ１を設置し、第１実施形態と同様に、広角端から望遠端への変倍に際し、第１〜３レンズ群Ｌ１〜Ｌ３の全てが光軸方向に移動することで高倍率化を達成する。この場合も、撮影時、又は物体距離が変化したときには、液体レンズ１が内部の境界面３の形状を変化させることで合焦を調整する。なお、本実施形態では、液体レンズ１に採用する媒質として、第１媒質Ａには、第１実施形態と同様に、水（ｎｄ＝１．３３、νｄ＝５５．７）を中心とした電解液を採用し、第２媒質Ｂには、ｎｄ＝１．５０、νｄ＝５０．５のオイル系の媒質を採用する。以下、液体レンズ１及び光学系４０に上記の各条件を適用し、具体的に数値を代入して本実施形態の効果を示す。以下の（表１１）〜（表１５）は、それぞれ第１実施形態に示す（表１）〜（表５）に対応している。なお、（表１３）におけるズーム比は、２．８７である。更に、第１実施形態と同様に、図１０に、本実施形態に係る縦収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。特に、図１０（ａ）は、広角端における縦収差図であり、図１０（ｂ）は、望遠端における縦収差図である。このように、本実施形態の光学系４０によっても、液体レンズ１の境界面の形状を変化させたときの色収差の変動を低減することができる。
【００３７】
【表１１】
【００３８】
【表１２】
【００３９】
【表１３】
【００４０】
【表１４】
【００４１】
【表１５】
【００４２】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る光学系について説明する。図１１は、本実施形態に係る光学系５０の断面図である。この光学系５０は、第３実施形態と各レンズ群の配置は同一であるが、各レンズ群を構成するレンズの性能が異なる。この場合も、撮影時、又は物体距離が変化したときには、液体レンズ１が内部の境界面３の形状を変化させることで合焦を調整する。なお、本実施形態では、液体レンズ１に採用する媒質として、第１媒質Ａには、ｎｄ＝１．８０、νｄ＝３０．０のオイル系の媒質を採用し、一方、第２媒質Ｂには、ｎｄ＝１．６４、νｄ＝２１．２のオイル系の媒質を採用する。この場合、液体レンズ１は、図１（ｂ）に示すような境界面３を弾性膜により形成する必要がある。以下、液体レンズ１及び光学系５０に上記の各条件を適用し、具体的に数値を代入して本実施形態の効果を示す。以下の（表１６）〜（表２０）は、それぞれ第１実施形態に示す（表１）〜（表５）に対応している。なお、（表１８）におけるズーム比は、２．８５である。更に、第１実施形態と同様に、図１２に、本実施形態に係る縦収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。特に、図１２（ａ）は、広角端における縦収差図であり、図１２（ｂ）は、望遠端における縦収差図である。このように、本実施形態の光学系５０によっても、液体レンズ１の境界面の形状を変化させたときの色収差の変動を低減することができる。
【００４３】
【表１６】
【００４４】
【表１７】
【００４５】
【表１８】
【００４６】
【表１９】
【００４７】
【表２０】
【００４８】
なお、参考として、上記各実施形態の光学系において、各条件を式（６）及び（１０）に適用した場合の値を以下の（表２１）に示す。この（表２１）に示すように、上記全ての実施形態において、式（６）及び（１０）の条件を満たしている。
【００４９】
【表２１】
【００５０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００５１】
例えば、上記各実施形態に適用した液体レンズは、２つの媒質による１つの境界面を有するものとしているが、本発明は、これに限定するものではない。例えば、１つの液体レンズにおいて、３つの媒質による２つの境界面を有するものであってもよく、即ち、液体レンズは、少なくとも１つの境界面を有するものであればよい。
【００５２】
また、上記各実施形態の光学系では、１つの液体レンズを有する構成としているが、本発明は、これに限定するものではなく、上記各条件を満たすものであれば、複数の液体レンズを有する構成としてもよい。
【００５３】
更に、上記各実施形態の光学系では、３つ以上のレンズ群を有する構成としているが、本発明は、これに限定するものではなく、光学系は、少なくとも２つ以上のレンズ群を有するものであればよい。
【符号の説明】
【００５４】
１ 液体レンズ
３ 境界面
２０ 光学系
Ａ 第１媒質
Ｂ 第２媒質
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屈折力可変素子、及びそれを用いた光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体媒質の境界面の形状を制御することにより屈折力を変化させることができる屈折力可変素子（可変焦点素子）が知られている。また、この屈折力可変素子をズームレンズ等の光学系に用いることで、レンズ群の移動量を低減しつつ、高倍率化、更には光学系の小型化が図られている。例えば、特許文献１、及び特許文献２は、このような屈折力可変素子を採用することで、小型化を図る、又は収差を良好に補正するズームレンズや撮像装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−８４３８７号公報
【特許文献２】特開２００５−２９２７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１、及び特許文献２に開示されたズームレンズや撮像装置では、色消しについて十分に考察されていないために、屈折力可変素子の屈折力を可変する際に、特に、色収差の変動が大きくなるという課題がある。
【０００５】
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、屈折力可変素子の境界面の形状を変化させたときの色収差の変動を低減することができる屈折力可変素子、及びそれを用いた光学系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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、互いに屈折率が異なる第１の媒質と第２の媒質とにより形成される境界面の形状を変化させることによって屈折力を変化させることができる屈折力可変素子であって、第１、第２の媒質のｄ線における屈折率をそれぞれｎＡ、ｎＢとし、第１、第２の媒質のｄ線におけるアッベ数をそれぞれνＡ、νＢとするとき、
−０．０２３≦｛（ｎＡ−１）／νＡ−（ｎＢ−１）／νＢ｝／（ｎＢ−ｎＡ）≦０．０２３
の条件を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、屈折力可変素子の境界面の形状を変化させたときの色収差の変動を低減することができる屈折力可変素子、及びそれを用いた光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る屈折力可変素子の構成を示す概略図である。
【図２】屈折力可変素子に採用する媒質の特性を示すグラフである。
【図３】屈折力可変素子の原理を説明するための図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る光学系の断面図である。
【図５】屈折力可変素子に採用可能な媒質の特性範囲を示すグラフである。
【図６】第１実施形態に係る光学系の広角端及び望遠端における縦収差図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る光学系の断面図である。
【図８】第２実施形態に係る光学系の広角端及び望遠端における縦収差図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る光学系の断面図である。
【図１０】第３実施形態に係る光学系の広角端及び望遠端における縦収差図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る光学系の断面図である。
【図１２】第４実施形態に係る光学系の広角端及び望遠端における縦収差図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る屈折力可変素子について説明する。図１（ａ）は、本実施形態の屈折力可変素子（以下、単に「液体レンズ」と表記する）の構成を示す概略図である。以下、屈折力（光学的パワー）は、焦点距離の逆数に対応したレンズの特性値として用いる。液体レンズ１は、互いに屈折率が異なる２つの媒質（液体）により形成される境界面の形状を電気駆動（エレクトロウェッティング駆動）にて変化させることによって屈折力を変化させることができる。この液体レンズ１は、略円筒形の筐体２を有し、該筐体２の内部に、光入射側から順に、第１媒質（第１の媒質）Ａと第２媒質（第２の媒質）Ｂとの２種類の媒質を光軸方向に２層配置する。この第１媒質Ａ及び第２媒質Ｂとしては、両媒質Ａ、Ｂで形成される境界面３にて互いに混ざり合わない物質を採用する。例えば、第１媒質Ａとしては、水（ｎｄ＝１．３３、νｄ＝５５．７（後述の図２参照））を中心とした電解液を採用し、第２媒質Ｂとしては、オイル系の非電解液を採用する。このオイル系の媒質としては、例えば、図２に示すような特性領域内のものが想定される。この図２に示すグラフでは、横軸のｄ線に係るアッベ数νｄに対して縦軸にｄ線に係る屈折率ｎｄを取る。ここで、公知のオイル系媒質Ｂ１（ｎｄ＝１．４８、νｄ＝５４．６）、Ｂ２（ｎｄ＝２．３２、νｄ＝７）、及びＢ３（ｎｄ＝１．６４、νｄ＝２１．２）のそれぞれを任意の体積比で混合することで、領域（図中の三角形）内の任意の特性が得られる。そこで、本実施形態では、図２に示す特性領域内の媒質範囲を目安として、第２媒質Ｂとしてｎｄ＝１．４８、νｄ＝５４．６のオイル系媒質を採用する。
【００１１】
また、液体レンズ１は、それぞれ筐体２の内周部に円環状に構成され、第１媒質Ａ及び第２媒質Ｂと接する絶縁膜４と、該絶縁膜４の外周部に位置する電極５とを備え、更に、電極５と電解液からなる第１媒質Ａとの間に電圧を印加する電源６を備える。この場合、電極５は、電源６からの印加電圧により境界面３との接触角を制御することで、境界面３の形状（曲率半径）を変化させる。更に、液体レンズ１は、光入射側と光出射側との両端に、それぞれ第１媒質Ａ及び第２媒質Ｂを内部に封止する第１保護板７及び第２保護板８を備える。この各保護板７、８は、石英ガラス等の透過部材で形成される。
【００１２】
この液体レンズ１では、カメラ等の撮像装置に応用することを考えると、透過率や応答性の面から上記のような電気駆動方式を採用することが望ましい。但し、例えば、図１（ｂ）に示すように、境界面３に透過性の弾性膜９を採用し、アクチュエーター等の駆動手段１０にて弾性膜９に連接する膜保持部１１を機械的に制御することで、同様の機能を持たせることもできる。この場合、液体レンズは、２つの媒質が相互に混ざり合う液体であっても、境界面の形状を変形可能であり、媒質の選択性が高い点で有利である。
【００１３】
本実施形態では、この液体レンズ１の境界面３の形状を変化させる際に、第１媒質Ａと第２媒質Ｂとの屈折率、及びアッベ数との関係を以下のように設定することで、液体レンズ１の駆動時の色収差の変動を低減させる。以下、本実施形態の液体レンズ１の作用について説明する。図３は、本実施形態の液体レンズ１の原理を説明するための図であり、液体レンズ１の駆動前から駆動後へ変化の際の様子を示す。まず、液体レンズ１において、図３の上段に示すように、第１媒質Ａの屈折率をｎＡ、第２媒質Ｂの屈折率をｎＢ、物体面側、及び像面側の曲率半径をそれぞれＲＡ、ＲＢ、更に、境界面３の曲率半径をＲ３と定義する。このとき、液体レンズ１全系の屈折力は、φＰ１である。ここで、色収差は、第１及び第２媒質Ａ、Ｂの屈折力φとアッベ数νとに対して、Ｅ＝φ/νで定義される量に比例して発生する。
【００１４】
この場合、第１媒質Ａで形成されるレンズ部の屈折力をφＰＡ１とし、第２媒質Ｂで形成されるレンズ部の屈折力をφＰＢ１とし、第１及び第２媒質Ａ、Ｂのアッベ数をそれぞれνＡ、νＢとすると、液体レンズ１で発生する色収差Ｅ１は、式（１）で表される。
Ｅ１＝φＰＡ１／νＡ＋φＰＢ１／νＢ・・・（１）
但し、φＰＡ１＝（ｎＡ−１)／（１／ＲＡ−１／Ｒ３）、
φＰＢ１＝（ｎＢ−１)／（１／Ｒ３−１／ＲＢ）、
φＰ１＝φＰＡ１＋φＰＢ１、である。
【００１５】
次に、液体レンズ１において、図３の下段に示すように、境界面３の曲率半径がＲ３´に変化し、液体レンズ１全系の屈折力がφＰ２に変化した場合を考える。この場合、第１媒質Ａで形成されるレンズ部の屈折力をφＰＡ２とし、第２媒質Ｂで形成されるレンズ部の屈折力をφＰＢ２とすると、液体レンズ１で発生する色収差Ｅ２は、式（２）で表される。
Ｅ２＝φＰＡ２／νＡ＋φＰＢ２／νＢ・・・（２）
但し、φＰＡ２＝（ｎＡ−１)／（１／ＲＡ−１／Ｒ３´）、
φＰＢ２＝（ｎＢ−１)／（１／Ｒ３´−１／ＲＢ）、
φＰ２＝φＰＡ２＋φＰＢ２、である。
【００１６】
ここで、境界面３の曲率半径が変化したときの色収差の変化ΔＥは、式（３）のように変形し、表される。
ΔＥ＝Ｅ２−Ｅ１
＝（ｎＡ−１）／νＡ×（１／Ｒ３−１／Ｒ３´）
＋（ｎＢ−１）／νＢ×（１／Ｒ３´−１／Ｒ３）
＝{（ｎＡ−１）／νＡ−（ｎＢ−１）／νＢ}（１／Ｒ３−１／Ｒ３´）・・・（３）
【００１７】
一方、境界面３の曲率半径が変化したときの屈折力の変化Δφは、式（４）のように変形し、表される。
Δφ＝φＰ２−φＰ１
＝（ｎＢ−ｎＡ）×（１／Ｒ３−１／Ｒ３´）・・・（４）
【００１８】
したがって、液体レンズ１における屈折力の変化と色収差の変化との関係は、式（３）及び（４）から、式（５）で表される。
ΔＥ＝{（ｎＡ−１）／νＡ−（ｎＢ−１）／νＢ}×Δφ／（ｎＢ−ｎＡ）・・・（５）
即ち、式（５）より、{（ｎＡ−１）／νＡ−（ｎＢ−１）／νＢ}／（ｎＢ−ｎＡ）で定義される量がゼロに近づくような媒質を選択すれば、液体レンズ１は、屈折力の変化に関わらず、発生する色収差を抑制することができる。
【００１９】
次に、本実施形態に係る液体レンズ１を採用する光学系について説明する。図４は、本実施形態に係る光学系の断面図である。この光学系２０は、まず、光入射側（物体側）から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｌ１と、負屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２と、正屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３と、負屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４と、正屈折力を有する第５レンズ群Ｌ５とを備える。この各レンズ群の下部に記載している矢印は、それぞれ各レンズ群の駆動方向を示し、以下の光学系に係る各図においても同様である。また、光学系２０は、第３レンズ群Ｌ３の直前に設置される開口絞りＳＰと、ＣＣＤ等の撮像素子で構成される像面ＩＰと、該像面ＩＰの直前に設置されるＣＣＤ保護ガラス又はローパスフィルター等のガラスブロックＧＢとを備える。更に、光学系２０は、第２レンズ群Ｌ２に液体レンズ１を含む。撮影時、又は物体距離が変化したときには、液体レンズ１は、内部の境界面３の形状を変化させることで合焦を調整する。この光学系２０は、広角端から望遠端への変倍に際し、第１〜５レンズ群Ｌ１〜Ｌ５の全てが光軸方向に移動することで高倍率化を達成する。ここで、「広角端」、及び「望遠端」とは、変倍用の各レンズ群が、機構上、光軸上を移動可能な範囲の両端に位置したときの位置をいう。
【００２０】
また、本実施形態では、液体レンズ１は、以下の条件を満たす。まず、第１、第２媒質Ａ、Ｂとのｄ線における各屈折率をｎＡ、ｎＢ、及び、第１、第２媒質Ａ、Ｂのｄ線における各アッベ数をνＡ、νＢとした場合、以下の式（６）が成り立つ。
−０．０２３≦｛（ｎＡ−１）／νＡ−（ｎＢ−１）／νＢ｝／（ｎＢ−ｎＡ）≦０．０２３
・・・（６）
更に、より望ましくは、式（６ａ）が成り立つ。
−０．０２２≦｛（ｎＡ−１）／νＡ−（ｎＢ−１）／νＢ｝／（ｎＢ−ｎＡ）≦０．０２２
・・・（６ａ）
ここで、上記式（５）を用いて説明したように、{（ｎＡ−１）／νＡ−（ｎＢ−１）／νＢ}／（ｎＢ−ｎＡ）をゼロに近づけることで、液体レンズ１は、発生する色収差を抑制することができる。より具体的には、本実施形態では、液体レンズ１が、この式（６）及び（６ａ）で表される条件を満たすことで、発生する色収差を特に抑制することができる。式（６）及び（６ａ）は、液体レンズ１に採用する媒質の屈折率とアッベ数との関係を規定したものであり、上下限のどちらを超えても屈折力変化時の色収差の変動が大きくなるので好ましくない。
【００２１】
また、液体レンズ１に採用する第１、第２媒質Ａ、Ｂのうち、屈折率が高い媒質のｄ線における屈折率、及びアッベ数を、それぞれｎｄ、νｄとした場合、以下の式（７）〜（９）が成り立つ。
ｎｄ＜−０．０２１１νｄ＋２．６４１・・・（７）
２８＜νｄ＜５５・・・（８）
１．４８＜ｎｄ・・・（９）
これらの式（７）〜（９）は、図５に示す液体レンズ１に採用可能な媒質の特性範囲を規定したものである。図５に示すグラフにおいても、横軸のｄ線に係るアッベ数νｄに対して、縦軸にｄ線に係る屈折率ｎｄを取る。図５からも明らかなように、屈折率ｎｄに関しては、まず、式（７）の範囲を超えるような高屈折率の媒質が存在しない。また、式（９）の範囲を超えて媒質の屈折率ｎｄが小さくなると、所望の屈折力の変化、及び高倍率化の効果が得られず、好ましくない。更に、式（７）では、媒質のアッベ数νｄの範囲について規定しているが、上限値を超えると屈折率ｎｄが低くなり、一方、下限値を超えると屈折力変化時に液体レンズ１で発生する色収差の変動が大きくなるので、好ましくない。
【００２２】
更に、本実施形態では、光学系２０の最も物体側の光学面から液体レンズ１の最も像側の光学面までの部分光学系の広角端における合成焦点距離をｆａｏとし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとした場合、以下の式（１０）で表される条件を満たす。
０．８＜｜ｆａｏ｜／ｆｗ＜５・・・（１０）
また、より望ましくは、式（１０ａ）が成り立つ。
０．８＜｜ｆａｏ｜／ｆｗ＜３．５・・・（１０ａ）
更に、より望ましくは、式（１０ｂ）が成り立つ。
０．８＜｜ｆａｏ｜／ｆｗ＜２・・・（１０ｂ）
これら式（１０）〜（１０ｂ）において、｜ｆａｏ｜／ｆｗの値が下限値を超えると、液体レンズ１より物体側のレンズ群の屈折力が強くなりすぎて、好ましくない。これに対して、｜ｆａｏ｜／ｆｗの値が上限値を超えると、液体レンズ１より像側のレンズ群の横倍率が小さくなり、屈折力変化時の色収差の変動が大きくなる。そこで、光学系２０は、式（１０）〜（１０ｂ）の条件を満たすことで、屈折力変化時に発生する色収差を抑制することができる。
【００２３】
次に、液体レンズ１及び光学系２０に上記の各条件を適用して、具体的に数値を代入して本実施形態の効果を示す。（表１）は、図４に示す光学系２０の各構成要素の面に付した各面番号１〜３１における各種数値を示す表である。ここで、図４では、光源（物体）の位置を絶対座標系の基準として３次元の座標軸（Ｚ軸、Ｙ軸、Ｘ軸）を取る。Ｚ軸は、第０面の中心から第１面の中心(絶対座標の原点)を通り、この方向を正とする軸である。また、Ｙ軸は、第１面の中心を通り、Ｚ軸に対して反時計回りに９０度を成す軸であり、Ｘ軸は、原点を通り、Ｚ軸及びＹ軸に垂直となる軸である。（表１）では、各面番号（Ｎｏ．）に対して、曲率半径（Ｒ）、レンズ面間の厚さ（ｄ）、ｄ線の屈折率（ｎｄ）及びアッベ数（νｄ）、及びレンズの有効径のそれぞれの数値を記載している。なお、（表１）の各数値は、特に記載のない限り、無限遠合焦時の数値を示す。更に、光学系２０における回転対称非球面を有する光学素子の非球面形状は、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を、面頂点を基準にしてｘとすると、式（１１）で表される。
ｘ＝（ｈ2／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）2｝1/2］
＋Ａｈ4＋Ｂｈ6＋Ｃｈ8＋Ｄｈ１０＋Ｅｈ1２・・・（１１）
ここで、ｋは、コーニック係数であり、この式（１１）に適用する各非球面係数ｋ、Ａ〜Ｄの値を（表２）に示す。また、（表３）は、光学系２０の各ズーム位置における各種データを示す。この場合、ズーム比は、１０．３９である。また、（表４）は、第１〜５レンズ群Ｌ１〜Ｌ５、及びガラスブロックＧＢに係る各種データを示す。更に、（表５）は、単レンズに係る各種データを示す。なお、参考として、図６に、本実施形態に係る縦収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。特に、図６（ａ）は、広角端における縦収差図であり、図６（ｂ）は、望遠端における縦収差図である。図６において、縦軸は、光線が光学系２０に入射する光線高さであり、横軸は、光線が光軸と交わる位置である。この各図では、ｄ線、及びｇ線の波長を有する各光線について記載している。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
【表３】
【００２７】
【表４】
【００２８】
【表５】
【００２９】
以上のように、本実施形態の液体レンズ１、及び該液体レンズ１を採用した光学系２０によれば、液体レンズ１の境界面の形状を変化させたときの色収差の変動を低減することができる。
【００３０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る光学系について説明する。図７は、本実施形態に係る光学系３０の断面図である。この光学系３０は、第１実施形態に示す液体レンズ１を採用しつつ、第１実施形態の光学系２０のレンズ群の構成を変更したものである。光学系３０は、まず、光入射側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｌ１と、負屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２と、正屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３と、負屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４と、正屈折力を有する第５レンズ群Ｌ５とを備える。特に、本実施形態の光学系３０は、第４レンズ群Ｌ４に液体レンズ１を含み、第１実施形態と同様に、広角端から望遠端への変倍に際し、第１〜５レンズ群Ｌ１〜Ｌ５の全てが光軸方向に移動することで高倍率化を達成する。この場合も、撮影時、又は物体距離が変化したときには、第４レンズ群Ｌ４に含まれる液体レンズ１が内部の境界面３の形状を変化させることで合焦を調整する。なお、本実施形態では、液体レンズ１に採用する媒質として、第１媒質Ａには、第１実施形態と同様に、水（ｎｄ＝１．３３、νｄ＝５５．７）を中心とした電解液を採用し、第２媒質Ｂには、ｎｄ＝１．４９、νｄ＝５３．５のオイル系の媒質を採用する。以下、液体レンズ１及び光学系３０に上記の各条件を適用して、具体的に数値を代入して本実施形態の効果を示す。以下の（表６）〜（表１０）は、それぞれ第１実施形態に示す（表１）〜（表５）に対応している。なお、（表８）におけるズーム比は、１０．３９である。更に、第１実施形態と同様に、図８に、本実施形態に係る縦収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。特に、図８（ａ）は、広角端における縦収差図であり、図８（ｂ）は、望遠端における縦収差図である。このように、本実施形態の光学系３０によっても、液体レンズ１の境界面の形状を変化させたときの色収差の変動を低減することができる。
【００３１】
【表６】
【００３２】
【表７】
【００３３】
【表８】
【００３４】
【表９】
【００３５】
【表１０】
【００３６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る光学系について説明する。図９は、本実施形態に係る光学系４０の断面図である。この光学系４０も、第１実施形態に示す液体レンズ１を採用し、上記各実施形態の光学系のレンズ群の構成を変更したものである。光学系４０は、まず、光入射側から順に、負屈折力の第１レンズ群Ｌ１と、正屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２と、正屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３とを備える。更に、本実施形態の光学系４０は、第３レンズ群Ｌ３に対する像面側の領域に液体レンズ１を設置し、第１実施形態と同様に、広角端から望遠端への変倍に際し、第１〜３レンズ群Ｌ１〜Ｌ３の全てが光軸方向に移動することで高倍率化を達成する。この場合も、撮影時、又は物体距離が変化したときには、液体レンズ１が内部の境界面３の形状を変化させることで合焦を調整する。なお、本実施形態では、液体レンズ１に採用する媒質として、第１媒質Ａには、第１実施形態と同様に、水（ｎｄ＝１．３３、νｄ＝５５．７）を中心とした電解液を採用し、第２媒質Ｂには、ｎｄ＝１．５０、νｄ＝５０．５のオイル系の媒質を採用する。以下、液体レンズ１及び光学系４０に上記の各条件を適用し、具体的に数値を代入して本実施形態の効果を示す。以下の（表１１）〜（表１５）は、それぞれ第１実施形態に示す（表１）〜（表５）に対応している。なお、（表１３）におけるズーム比は、２．８７である。更に、第１実施形態と同様に、図１０に、本実施形態に係る縦収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。特に、図１０（ａ）は、広角端における縦収差図であり、図１０（ｂ）は、望遠端における縦収差図である。このように、本実施形態の光学系４０によっても、液体レンズ１の境界面の形状を変化させたときの色収差の変動を低減することができる。
【００３７】
【表１１】
【００３８】
【表１２】
【００３９】
【表１３】
【００４０】
【表１４】
【００４１】
【表１５】
【００４２】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る光学系について説明する。図１１は、本実施形態に係る光学系５０の断面図である。この光学系５０は、第３実施形態と各レンズ群の配置は同一であるが、各レンズ群を構成するレンズの性能が異なる。この場合も、撮影時、又は物体距離が変化したときには、液体レンズ１が内部の境界面３の形状を変化させることで合焦を調整する。なお、本実施形態では、液体レンズ１に採用する媒質として、第１媒質Ａには、ｎｄ＝１．８０、νｄ＝３０．０のオイル系の媒質を採用し、一方、第２媒質Ｂには、ｎｄ＝１．６４、νｄ＝２１．２のオイル系の媒質を採用する。この場合、液体レンズ１は、図１（ｂ）に示すような境界面３を弾性膜により形成する必要がある。以下、液体レンズ１及び光学系５０に上記の各条件を適用し、具体的に数値を代入して本実施形態の効果を示す。以下の（表１６）〜（表２０）は、それぞれ第１実施形態に示す（表１）〜（表５）に対応している。なお、（表１８）におけるズーム比は、２．８５である。更に、第１実施形態と同様に、図１２に、本実施形態に係る縦収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差）を示す。特に、図１２（ａ）は、広角端における縦収差図であり、図１２（ｂ）は、望遠端における縦収差図である。このように、本実施形態の光学系５０によっても、液体レンズ１の境界面の形状を変化させたときの色収差の変動を低減することができる。
【００４３】
【表１６】
【００４４】
【表１７】
【００４５】
【表１８】
【００４６】
【表１９】
【００４７】
【表２０】
【００４８】
なお、参考として、上記各実施形態の光学系において、各条件を式（６）及び（１０）に適用した場合の値を以下の（表２１）に示す。この（表２１）に示すように、上記全ての実施形態において、式（６）及び（１０）の条件を満たしている。
【００４９】
【表２１】
【００５０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００５１】
例えば、上記各実施形態に適用した液体レンズは、２つの媒質による１つの境界面を有するものとしているが、本発明は、これに限定するものではない。例えば、１つの液体レンズにおいて、３つの媒質による２つの境界面を有するものであってもよく、即ち、液体レンズは、少なくとも１つの境界面を有するものであればよい。
【００５２】
また、上記各実施形態の光学系では、１つの液体レンズを有する構成としているが、本発明は、これに限定するものではなく、上記各条件を満たすものであれば、複数の液体レンズを有する構成としてもよい。
【００５３】
更に、上記各実施形態の光学系では、３つ以上のレンズ群を有する構成としているが、本発明は、これに限定するものではなく、光学系は、少なくとも２つ以上のレンズ群を有するものであればよい。
【符号の説明】
【００５４】
１ 液体レンズ
３ 境界面
２０ 光学系
Ａ 第１媒質
Ｂ 第２媒質
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに屈折率が異なる第１の媒質と第２の媒質とにより形成される境界面の形状を変化させることによって屈折力を変化させることができる屈折力可変素子であって、
前記第１、第２の媒質のｄ線における屈折率をそれぞれｎＡ、ｎＢとし、前記第１、第２の媒質のｄ線におけるアッベ数をそれぞれνＡ、νＢとするとき、
−０．０２３≦｛（ｎＡ−１）／νＡ−（ｎＢ−１）／νＢ｝／（ｎＢ−ｎＡ）≦０．０２３
の条件を満たすことを特徴とする屈折力可変素子。
【請求項２】
前記第１、第２の媒質のうち、屈折率が高い媒質のｄ線における屈折率とアッベ数とをそれぞれｎｄ、νｄとするとき、
ｎｄ＜−０．０２１１νｄ＋２．６４１
２８＜νｄ＜５５
１．４８＜ｎｄ
の各条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の屈折力可変素子。
【請求項３】
複数のレンズ群と、請求項１又は２に記載の屈折力可変素子とを有する光学系。
【請求項４】
前記複数のレンズ群は、広角端から望遠端への変倍に際して光軸方向に移動することを特徴とする請求項３に記載の光学系。
【請求項５】
前記光学系の最も物体側の光学面から前記屈折力可変素子の最も像側の光学面までの部分光学系の広角端における合成焦点距離をｆａｏとし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、
０．８＜｜ｆａｏ｜／ｆｗ＜５
の条件を満たすことを特徴とする請求項４に記載の光学系。
【請求項１】
互いに屈折率が異なる第１の媒質と第２の媒質とにより形成される境界面の形状を変化させることによって屈折力を変化させることができる屈折力可変素子であって、
前記第１、第２の媒質のｄ線における屈折率をそれぞれｎＡ、ｎＢとし、前記第１、第２の媒質のｄ線におけるアッベ数をそれぞれνＡ、νＢとするとき、
−０．０２３≦｛（ｎＡ−１）／νＡ−（ｎＢ−１）／νＢ｝／（ｎＢ−ｎＡ）≦０．０２３
の条件を満たすことを特徴とする屈折力可変素子。
【請求項２】
前記第１、第２の媒質のうち、屈折率が高い媒質のｄ線における屈折率とアッベ数とをそれぞれｎｄ、νｄとするとき、
ｎｄ＜−０．０２１１νｄ＋２．６４１
２８＜νｄ＜５５
１．４８＜ｎｄ
の各条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の屈折力可変素子。
【請求項３】
複数のレンズ群と、請求項１又は２に記載の屈折力可変素子とを有する光学系。
【請求項４】
前記複数のレンズ群は、広角端から望遠端への変倍に際して光軸方向に移動することを特徴とする請求項３に記載の光学系。
【請求項５】
前記光学系の最も物体側の光学面から前記屈折力可変素子の最も像側の光学面までの部分光学系の広角端における合成焦点距離をｆａｏとし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、
０．８＜｜ｆａｏ｜／ｆｗ＜５
の条件を満たすことを特徴とする請求項４に記載の光学系。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１１３０２８（Ｐ２０１２−１１３０２８Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５９８８７（Ｐ２０１０−２５９８８７）
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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