光学特性可变装置的制作方法

专利名称：光学特性可变装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可以使透过光的折射率任意改变的光学特性可变装置。
背景技术：
一般情况下，作为使用小口径透镜的设备，存在微型数字照相机或 监视用照相机 等的摄像装置。在这些的摄像装置中，使光学系统中的特定的透镜沿着光轴移动、或者如果 可以数字处理则进行拍摄数据的数字处理，从而实行像的放大缩小处理。像的对焦一般通 过使聚焦透镜移动而进行。另外，在透镜中由于光的波长而折射率不同等，由此存在像差。 因此，将光学系统中的特定透镜的曲面加工成由多项式构成的非球面形状，从而致力于消 除像差。不过，在以往的摄像装置中具有的变焦、聚焦机构中，由于在机械地使透镜移动， 因此由机械上的不良状况而发生光轴振动、光轴倾斜、透镜倾倒等，其结果将引起画像质量 劣化。进而出现由公差的累积而产生固体的偏差。另一方面，使用非球面透镜时也存在问 题。例如，在使用玻璃模具制作非球面透镜的情况下，需要高精度的加工技术。再有，在由 复合透镜制作非球面时，需要在玻璃透镜上由UV硬化树脂等形成非球面形状，这样将带来 制造工序的增加。另一方面，作为使用大口径透镜的设备，存在天文台等所具有的望远镜。作为代表 性的例子举出位于夏威夷的昴星团(Subaru)天文台的望远镜。该望远镜虽然是大口径的 反射型望远镜，但是作为最重要的要素的主镜的平面研磨误差据说为14nm，维持着非常高 的平面精度。另外，虽然主镜为了轻量化而制作得较薄，但是由261支的促动器从背面侧支 撑，从而逐次修正由姿势带来的主镜的歪斜。再有，对于大气的波动，将与主镜大致相同结 构的棱镜差入光路中、并使所述棱镜向消除波动的方向变形，从而进行逐次修正。不过，在由这样的以一枚主镜获得高清晰度的望远镜中，如前所述，由于在主镜中 需要非常高的平面精度因此对主镜的歪斜进行修正的装置必须符合该主镜的特性而个别 地进行制作，这样通用性极低。另外，以与主镜的歪斜修正同样的方法对大气的波动进行修 正时，需要追加修正中所需要的棱镜等的光学元件，仅此部分便降低了亮度或彩度。再有， 还存在若增加所使用的光学元件则增加设备的故障率的问题。因此，作为解决这种问题点的关键，进行着性能特性的改善以及具有以往不存在 的光学特性的元件即“等离子-超材料”(plasmanicmeta-material)(下面，称为超材料)的 开发。这是如下的试验，即在光学元件表面制作微细结构体，使用作为该结构体的原材料 的介电常数、从结构体的配置而得到的特别的磁导率，来制作具有负折射率的元件(例如， 参考非专利文献1)。并且，还提出了使用“超材料”改善光学特性的技术(例如，参考专利 文献1 4)。[专利文献1]特开2007-226033号公报[专利文献2]特开2007-256929号公报[专利文献3]特开2006-301345号公报
[专利文献4]特开2005-260965号公报[非专利文献1]田中拓男著《可见光区域中的等离子·超材料的结构设计》日本 光学学会，学会杂志《光学》，第6卷第10号(2007年)p. 584 589为了解决上述小口径透镜中涉及的问题点，需要在不移动光学元件的情况下来改 变光学系统全系统的焦距。另外，还要求在光学元件中具有与非球面透镜同等效果的功能。不过，在上述各专利文献所公开的技术中，并没有达到上述以往技术具有的问题 点的解决。也就是说，上述专利文献1 3中所公开的技术，由于都是预先以成为具有透过 光的折射率的值(负折射率)的方式进行设定，从而设计并制作元件，因此在制作后并不能 改变折射率。因而，不可能在不移动光学元件的情况下改变光学系统全系统的焦距。再有， 由于对光学元件赋予均等的折射率分布，因此，例如更加不能使其为不均等的折射率分布 来便获得与非球面透镜同等的效果。另外，在上述专利文献4所公开的技术中，能够改变透过光的折射率。但是，该技 术限定于无线波区域中的使用，并且由于仅能进行作为超材料的特性与通常特性之间的切 换，因此不能解决上述小口径透镜中涉及到的问题点。另一方面，为了解决上述大口径透镜中所涉及的问题点，优选在具有通用性的光 学元件等中、能够处理光学系统的歪斜或大气的波动等。不过，在上述各专利文献所公开的技术中，并没有达到上述以往技术具有的问题 点的解决。也就是说，上述专利文献1 3中所公开的技术，由于都是预先以成为具有透过 光的折射率的值(负折射率)的方式进行设定，从而设计并制作元件，因此并不能实时改变 其折射率。因而，特别是对光学系统中成为问题的、由姿势差引起的光学元件的歪斜不能够 随机应变地进行修正。另外，不仅不能实时改变其折射率，而且还不能修正大气的波动。另外，在上述专利文献4所公开的技术中，能够改变透过光的折射率。但是，该技 术限定于无线波区域中的使用，并且由于仅能进行作为超材料的特性与通常特性之间的切 换，因此不能进行对光学元件的歪斜或大气的波动的修正。

发明内容
本发明的目的是为了解决上述以往技术中的问题点而提供一种能够任意改变透 过光的折射率的光学特性可变装置。进而，提供一种能够使光学元件中的折射率分布不均 等的光学特性可变装置也是本发明的目的。为了解决上述课题从而完成目的，第1发明中的光学特性可变装置，具有光学特 性可变元件，通过将比可见光波长小的电感器由接线彼此连结、并将这些在一面配置多个 而构成；感光体，由入射光引起共振，产生与该入射光同频率的交流电流；以及放大电路， 对由所述感光体产生的交流电流进行放大并提供给所述光学特性可变元件，所述光学特性 可变元件由来自所述放大电路的交流电流的供给，任意改变光的折射率。根据该第1发明，通过改变提供给所述光学特性可变元件的交流电流的大小或其 流向，可以使光的折射率变化。 再有，第2发明中的光学特性可变装置在第1发明的基础上，通过对构成所述光学 特性可变元件的全部的电感器均等地提供交流电流，使透过所述光学特性可变元件的光的 折射率均等地改变，从而改变焦距。
根据第2发明，通过改变提供给所述光学特性可变元件的交流电流的大小或其流 向，能够在并不使所述光学特性可变元件移动的情况下，改变所述光学特性可变元件的焦距。再有，第3发明中的光学特性可变装置在第1发明的基础上，通过仅对构成所述光 学特性可变元件的一部分的电感器提供交流电流，使透过所述光学特性可变元件的一部分 的、光的折射率改变，从而实现非球面透镜的功能。根据第3发明，通过仅对所述光学特性可变元件提供交流电流就能够实现非球面 透镜的功能。因而，由提供给所述光学特性可变元件的交流电流的0N/0FF控制能够实现球 面透镜的功能、或者实现非球面透镜的功能。再有，第4发明中的光学特性可变装置在第1发明的基础上，所述光学特性可变元 件由各自独立的使其中心相同的多个环状带形成，通过对所述各环状带分别提供大小不同 的交流电流、使所述光学特性可变元件中的折射率分布不均等，从而实现非球面透镜的功 能。根据第4发明，能够对每个所述光学特性可变元件的各部位进行精细的折射率控 制，能够实现更高精度的非球面透镜的功能。再有，第5发明中的光学特性可变装置在第1发明的基础上，所述光学特性可变元 件由各自独立的多个层形成，通过对所述各层分别提供不同大小的交流电流，使所述光学 特性可变元件中的折射率分布不均等，从而实现非球面透镜的功能。根据第5发明，能够对每个所述光学特性可变元件的各部位进行精细的折射率控 制，能够实现更高精度的非球面透镜的功能。再有，第6发明中的光学特性可变装置在第1发明 第5发明的任意一个的基础 上，以适合于调焦位置或聚焦位置的方式设定所述光学特性可变元件中的折射率分布。根据第6发明，能够设定最适合于调焦位置或聚焦位置的所述光学特性可变元件 中的折射率分布。再有，第7发明中的光学特性可变装置在第1发明 第6发明的任意一个的基础 上，所述光学特性可变元件配置于摄影透镜面上。根据第7发明，通过将所述摄影透镜原来具有的折射率作为基准，进而由所述光 学特性可变元件改变透过光的折射率，可以设定更加精细的折射率分布，能够应用于广泛 的用途。再有，第8发明中的光学特性可变装置，具有光学特性可变元件，通过将比可见 光波长小的电感器由接线彼此连结，并将这些在一面配置多个而构成；以及电源，其产生任 意频率的交流电流，并将该交流电流提供给所述光学特性可变元件，通过对构成所述光学 特性可变元件的电感器的一部分提供来自所述电源的交流电流，能够任意地仅改变透过所 述光学特性可变元件的一部分的光的折射率，从而实现非球面透镜的功能。根据第8发明，能够对更多样的频率的光实现所对应的高精度的非球面透镜的功 能。再有，第9发明中的光学特性可变装置在第8发明的基础上，所述光学特性可变元 件由各自独立的网格形成，通过对所述各网格分别提供不同大小的交流电流，使所述光学 特性可变元件中的折射率分布不均等，从而实现非球面透镜的功能。
根据第9发明，由于能够进行精细的折射率的控制，因此能够实现更高精度的非 球面透镜的功能。再有，第10发明中的光学特性可变装置在第9发明的基础上，所述网格由彼此独 立的多个层形成，通过对所述各层分别提供不同大小的交流电流，使所述光学特性可变元 件中的折射率分布不均等，从而实现非球面透镜的功能根据第10发明，由于能够进行更精细的折射率的控制，因此能够实现更高精度的 非球面透镜的功能。再有，第11发明中的光学特性可变装置在第8发明 第10发明的任意一 个的基 础上，设有频率/相位检测单元，其检测规定的入射光的频率/相位，所述电源将与所述频 率/相位检测单元检测出的频率/相位相同的频率/相位的交流电流提供给所述光学特性 可变元件。根据第11发明，能够进行对特定的频率/相位的光的折射率控制。再有，第12发明中的光学特性可变装置在第11发明的基础上，设有失真检测单 元，其检测成像的失真，所述频率/相位检测单元，对产生了所述失真检测单元检测出的成 像失真的光的频率/相位进行检测。根据第12发明，通过检测成为产生成像失真的原因的光的频率/相位并控制该频 率/相位的光的折射率，由此能够修正成像失真。再有，第13发明中的光学特性可变装置在第8发明 第12发明的任意一个的基 础上，所述光学特性可变元件配置在构成望远镜的最大口径的光学元件以外的光学元件面 上。根据第13发明，能够将光学特性可变装置容易地设置于望远镜。也就是说，与每 个望远镜在不同形状的大口径元件本身设有失真修正单元的以往技术不同，由于该光学特 性可变装置能够应用于通用的光学元件，因此任何类型的望远镜都可以容易地应用，仅安 装于现存的望远镜就能够实现失真修正。再有，第14发明中的光学特性可变装置在第8发明 第12发明的任意一个的基 础上，所述光学特性可变元件配置在构成望远镜的最小口径的光学元件面上。根据第14发明，能够将光学特性可变装置容易地设置于望远镜。也就是说，与每 个望远镜在不同形状的大口径元件本身设有失真修正单元的以往技术不同，由于该光学特 性可变装置能够应用于通用的光学元件，因此任何类型的望远镜都可以容易地应用，仅安 装于现存的望远镜设备就能够实现失真修正功能。再有，第15发明中的光学特性可变装置在第13或者第14发明的基础上，事先预 测将构成所述望远镜的光学元件作为原因而产生的成像的失真图案，基于该成像的失真图 案进行透过所述光学特性可变元件的光的折射率控制以修正所述成像失真。根据第15发明，能够容易地修正望远镜中的像的失真。根据本发明中的光学特性可变装置，起到能够任意改变透过光学元件的光的折射 率的效果。因此，能够在并不移动光学元件的情况下，改变光学系统的焦距，并进行变焦。再 有，该光学特性可变装置由于能够使光学元件中的折射率分布不均等，因此能够使该光学 元件具有与非球面透镜同等的功能。


图1是表示超材料的基本结构的图。图2是表示实施方式1中的光学特性可变装置的结构的图。图3是表示感光体201、放大电路202、以及光学特性可变元件203的配置例的图。图4是表示构成光学特性可变装置200的感光体201以及光学特性可变元件203的配置例的图。图5是表示光学特性可变元件203的其他结构例的图。图6是表示由多个层形成的光学特性可变元件203的结构例的图。图7是表示实施方式2中的光学特性可变装置的结构的图。图8是表示光学特性可变元件701的结构例的示意图。图中100-超材料101-磁场发生线圈102-接线200、700-光学特性可变装置201-感光体202-放大电路202a-运算放大器202b-可变电阻203、701_光学特性可变元件203a、203b、203c、203d、203e_ 环状带203f-第 1 层203g-第 2 层20汕-第 3 层701a-网格702-频率/相位检测部703-失真检测部704-电源705-主镜706-聚光反射镜707-反射镜708-成像面
具体实施例方式本发明中的光学特性可变装置具有光学特性可变元件，该光学特性可变元件使用 人工制造出负折射率的超材料而构成。因此，首先对该超材料的原理进行说明。图1是表示超材料的基本结构的图。如图1所示，超材料100构成为将比可见光 波长小的磁场发生线圈(纳米线圈)101 (电感器)由接线102彼此连结，并将这些在一面 配置多个。这是超材料的基本结构。该磁场发生线圈101可以重复层叠多层。超材料100是对光发生退磁场、即具有负折射率的原材料。另外，若将原材料的介电常数设为ε、将磁导率设为μ，则折射率N由下面的公式<formula>formula see original document page 9</formula>至此，通常认为μ <0的物质是不存在的。例如，在作为形成光学元件的材料而 广泛使用的玻璃等中ε >0、μ >0，这样N>0。另外，在银等ε < 0的物质时，N为虚 数。这表示不能透过含有光的电磁波。在此，在玻璃表面配置了比光波长小的银的磁场发生线圈101时，由伴随着光的 磁场(以及银表面的自由电子的共振)在磁场发生线圈101产生磁场。该磁场作用于抵 抗伴随着光的磁场的方向，若磁场发生线圈101的磁场较大，则明显在玻璃表面磁导率μ <0。另外，由于磁场发生线圈101的原材料即银其ε <0，因此显然在玻璃表面介电常数 ε <0。这样，在此能够实现N <0的物质(超材料)。由于磁导率μ的值由流过磁场发生线圈101的电流的大小而改变，因此如果能够 从外部强制性地在磁场发送线圈101中流过电流，则能够使N值可变。根据独立行政法人 理化学研究所(下面，称为理研)的测算，若假定对磁场发生线圈101施加3V电压，则为了 改变磁导率μ而在每一个磁场发生线圈101中所需的电流为1.6Χ10_12Α。因此，将该磁场 发生线圈101在Φ20的光学元件上以单层配置时，整体需要2. 6X10、左右的电流。在此，例如假定构成如下的元件，即在Φ 20的、第1面与第2面的曲率半径分别 为100mm、面间隔为2mm的透镜上，同样地分布超材料100的元件。磁场发生线圈101的形 状设定为由理研提出的形成、材质。若将对所述元件的入射光的频率设定为700THZ，则磁场发生线圈101的介电常数 ε在将ωρ作为等离子体频率、将ω作为角频率而由德鲁德(卜^一 法则得到<formula>formula see original document page 9</formula>。另外，ω ρ的值可参考上述非专利文献1的585项。如果对磁场发生线圈101不特别地施加电流等，则根据上述非专利文献1，由于所 述元件的磁导率μ为-1，因此该元件的折射率N为
N= ( ε μ ) 1/2Ν20。再有，此时该元件的焦距为0. 27mm。在此，例如若由光的输入进行激励，从而对于磁场发生线圈101中流过的电流在 正向流过6.4X10_12A的电流，则磁导率μ为_2左右，所述元件的焦距为0. 19mm左右。另 一方面，若在反相流过1.2X10_12A的电流，则磁导率μ为-0.5左右，所述元件的焦距为 0. 41mm左右。也就是说，通过改变提供给所述元件的电流的大小或方向，可以改变折射率。本发明的主旨是使用超材料100构成使光的折射率改变的光学元件(下面，称为 光学特性可变元件)，并通过对该光学特性可变元件提供电流，并改变所提供的电流的大小 或方向，由此改变透过光学特性可变元件的光的折射率。这样一来，能够在不移动光学特性 可变元件而实现变焦距透镜。另外，通过由独立的多个超材料100构成光学特性可变元件，并将不同大小的电流提供给各超材料100，由此能够使所述光学特性可变元件中的折射率分布不均等。由此，可获得与非球面透镜同等的效果。作为实现本发明的方法，需要下面的4个要素。(1)配置由光引起共振、并产生交流电流的感光体(感光线圈)。(2)配置放大交流电流的放大单元(放大电路)。(3)配置对于光产生退磁场的单元(超材料)。(4)将以上3要素接线。下面，对本发明中的光学特性可变装置的合适的实施方式进行详细说明。(实施方式1)图2是表示实施方式1中的光学特性可变装置的结构的图。该光学特性可变装置 200由感光体201、放大电路202、光学特性可变元件203构成。感光体201由与图1所示的磁场发生线圈101同样的、比可见光波长小的感光线 圈构成。该感光线圈通过入射光引起共振，并产生与该入射光相同频率的交流电流。放大电路202对由感光体201产生的交流电流进行放大并提供给光学特性可变元 件203。该放大电路202构成为包括运算放大器202a、可变电阻202b。通过改变可变电阻 202b的电阻值，能够改变对光学特性可变元件203提供的交流电流的大小。可变电阻202b 的电阻值能够从光学特性可变元件203的光学特性可变装置200的外部改变。另外，在此 虽然示例了由运算放大器202a进行电流的放大，但是电流的放大也可以使用其他的方法。光学特性可变元件203使用图1所示的超材料100而构成。也就是说，通过将比 可见光波长小的磁场发生线圈101由接线102彼此连结，并将这些在一面配置多个而构成。 此外，光学特性可变元件203使用光刻法等的纳米技术而制作。再有，通常该光学特性可变 元件203配置于透过光的光学元件面上而使用。在该光学特性可变装置200中，通过感光体201进行受光从而产生与接受到的光 同频率的交流电流。放大电路202对由感光体201产生的交流电流进行放大并提供给光学 特性可变元件203。于是，光学特性可变元件203能够改变与所提供的交流电流同频率的光 (即，与感光体201接受到的光相同的光)的折射率。在该光学特性可变装置200中，能够任意改变放大电路202的可变电阻202b的电 阻值。因此，通过任意改变对光学特性可变元件203的供给电流的大小，能够任意改变透过 光学特性可变元件203的光的折射率。另外，由于感光体201能够产生交流电流，因此也能 够改变对光学特性可变元件203的供给电流的流向。因而，通过改变对光学特性可变元件 203的供给电流的流向，也能够任意改变透过光学特性可变元件203的光的折射率。另外，即使构成光学特性可变元件203的磁场发生线圈101与构成感光体201的 感光线圈的磁场的方向相反，由于提供给磁场发生线圈101的电流比放大电路202大，因此 所述感光线圈的磁场被抵消从而没有障碍。如前所述，在光学特性可变装置200中，由对装置的入射光产生电流，并改变该入 射光的折射率。因而，为了进行有效的折射率的改变，优选对感光体201以及光学特性可变 元件203的光的入射条件相同。为此，最好将感光体201、放大电路202以及光学特性可变 元件203靠近而配置。图3是表示感光体201、放大电路202、以及光学特性可变元件203的配置例的图。如图3所示，构成感光体201的感光线圈、放大电路202、构成光学特性可变元件203的磁场发生线圈101靠近而配置。此时，最好在透过光的光学元件表面上，配置感光体201、放大电 路202、光学特性可变元件203。感光体201与光学特性可变元件203之间的位置关系，可 以将感光体201配置在光学特性可变元件203的有效直径外，也可以配置在光学特性可变 元件203的有效直径内。图4是表示构成光学特性可变装置200的感光体201以及光学特性可变元件203 的配置例的图。图4表示在形成为圆形状的光学特性可变元件203的有效直径外，配置形 成为带状的感光体201的例子。由此，对感光体201以及光学特性可变元件203的光的入 射条件成为相同。如上面所说明，根据该实施方式1，能够任意改变透过光学特性可变元件203的光 的折射率。此时，如果以构成光学特性可变元件203的全部的磁场发生线圈101中均等地 流过交流电流的方式构成，则光学特性可变元件203中的折射率分布为均等的。再有，如果 均等地改变全部的磁场发生线圈101中流过的交流电流的大小，则由于折射率也均等地变 化，因此能够改变焦距。也就是说，在包括该光学特性可变元件203的光学特性可变装置 200中，能够实现以往的调焦、聚焦机构的功能。由此，不需要以往的摄像装置中所具有的调 焦机构、聚焦机构等的驱动部位，可谋求结构的简单化、低噪声、低振动、质量轻。再有，由于不经由驱动机构、从而电信号直接成为调焦、聚焦的控制信号，因此能 够消除反应迟缓、过调节(overshoot)等的缺点。进而，如果在感光体201的前方(光的入 射侧)设置仅透过规定频率的光的滤波器等，能够对规定频率的光进行特殊化的折射率控 制。再有，光学特性可变元件203也可以配置在平板形状的光学元件面上，也可以配 置在透镜面上。在透镜面上配置了光学特性可变元件203的情况下，通过将该透镜原来具 有的折射率作为基准，进而由光学特性可变元件203改变透过光的折射率，能够适用于广 泛的用途。另外，如果选择ε <0的物质或者ε >0的物质来制作磁场发生线圈102，则 可以应用于更加广泛的用途。另外，如果构成为仅在构成光学特性可变元件203的一部分的磁场发生线圈101 中流过交流电流，则光学特性可变元件203中的折射率不均等。也就是说，仅控制透过光学 特性可变元件203的一部分的光的折射率。其结果可获得与非球面透镜同等的效果。再有，为了获得与非球面透镜同等的效果，可以特别地配置构成光学特性可变元 件203的超材料100的结构，从而在该元件之中产生不同的折射率。图5是表示光学特性可变元件203的其他的结构例的图。在该例中，将光学特性 可变元件203在透过光的光学元件表面(并未图示)，由使各自独立的超材料100为同一中 心的环状带(环状带203a、203b、203c、203d、203e)形成。对各环状带(环状带203a、203b、 203c、203d、203e)，从彼此独立的放大电路(并未图示)提供交流电流。并且，通过改变附带 于独立的放大电路的可变电阻的电阻值，能够对各环状带203a、203b、203C、203d、203e提 供不同大小的电流。由此，能够在各环状带203a、203b、203C、203d、203e以各自透过光的折 射率不同的方式进行设定，从而获得与非球面透镜同样的效果。在图5中，示例了由具有多个环状带结构的光学特性可变元件203实现与非球面 透镜同等的功能的例子，但是也可以采用其他的结构。例如，也可以在沿着光轴的方向层叠多层而形成光学特性可变元件203。图6是表示以多层形成的光学特性可变元件203的结构例。在该例子中，顺序层叠第1层203f、第2层203g、第3层203h从而形成光学特性可变元件203。第1层203f、第 2层203g、第3层203h由各自独立的超材料100形成。另外，对第1层203f、第2层203g、 第3层203h从各自独立的放大电路(并未图示)提供交流电流。并且，通过改变附带于独 立的放大电路的可变电阻的电阻值，能够对第1层203f、第2层203g、第3层203h提供不 同大小的电流。由此，通过以在第1层203f、第2层203g、第3层203h各透过光的折射率 不同的方式进行设定，使光学特性可变元件203中的折射率分布不均等，从而获得与非球 面透镜同样的效果。如上所述，通过由彼此独立的多个环状带或者层构成光学特性可变元件203，可以 由1个光学特性可变元件203使折射率分布均等、或者使折射率分布不均等。因此，可以由 1个光学特性可变元件203实现球面透镜与非球面透镜的功能。如果将具有这种特征的光 学特性可变装置200搭载于摄像装置，则由于不需要非球面透镜，因此不需要非球面透镜 的制作/检测工序，能够使摄像装置的制造工序简单化。另外，在使用实施方式1的光学特性可变装置200时，如果了解调焦位置或聚焦位 置处的最合适的折射率分布，则通过与调焦位置或聚焦位置匹配，以改变透过构成光学特 性可变元件203的各环状带或者层的光的折射率，由此总是能过获得理想的光学特性。也 就是说，通过使透过所述各环状带或者层的光的折射率与调焦或聚焦的位置匹配以动态地 使其改变，提供了总是能够得到最合适的折射率分布的透镜。此外，上面的说明虽然将主要处理可见光区域的频率的光作为前提，但是若改变 磁场发生线圈101的材质以及流过的交流电流的频率与相位，则在理论上无论是那种的电 磁波都能够使其折射率改变。(实施方式2)在实施方式1中，主要示例了适合于小型摄像装置的光学特性可变装置的例子， 在实施方式2中，对适合于例如以设置在天文台的天体望远镜等为代表的大口径光学系统 的光学特性可变装置进行说明。图7是表示实施方式2中的光学特性可变装置的结构的图。该图7表示搭载于大 口径的望远镜的状态。该光学特性可变装置700由光学特性可变元件701、频率/相位检测 部702、失真检测部703、电源704构成。光学特性可变元件701使用图1所示的超材料100而构成。也就是说，通过将比可 见光波长小的磁场发生线圈101由接线102彼此连结，将这些在一面配置多个而构成。该 光学特性可变元件701使用光学印刷等的纳米技术而作成。另外，该光学特性可变元件701 配置于构成天体望远镜的光学元件面上。该光学特性可变元件701使与提供的交流电流相 同频率/相位的光的折射率改变。频率/相位检测部702对来自聚光反射镜706的光线的 频率以及其相位进行检测，该聚光反射镜对入射至主镜705的光线进行聚光。图7中示例 了频率/相位检测部702在改变来自聚光反射镜706的光线的光路的反射镜707面上，检 测光线的频率以及其相位。失真检测部703在成像面708，检测将光学元件的歪斜或大气 的波动作为原因而产生的像的失真。电源704对光学特性可变元件701提供交流电流。电 源704设定为能够产生到THz水平的频率的交流电流。其原因是由天体望远镜进行观察并不限于可见光，由于对例如高频率的放射线等也进行观察，因此为了使该高频率的光线 的折射率改变而需要高频率的电流。图7所示的例子中，例如在打算改变频率/相位检测部702检测出的频率/相位 的光的折射率的情况下，电源704将与频率/相位检测部702所检测出的光的频率/相位 相同的频率/相位的交流电流提供给光学特性可变元件701即可。由此，能够仅控制对于 特定的频率/相位的光的折射率。再有，在天体望远镜中，由于内部的光学元件(特别是主镜705)的歪斜或大气的 波动有时在像中产生失真。因此，若失真检测部703检测出成像面708中的像的失真，则频 率/相位检测部702对成为发生该失真的原因的光的频率/相位进行检测。然后，通过电 源704将与频率/相位检测部702所检测出的频率/相位相同的频率/相位的交流电流提 供给光学特性可变元件701，能够使成为 像失真的原因的频率/相位的光的折射率改变、并 修正像的失真。在实施方式2中，如果与实施方式1同样地构成为仅在构成光学特性可变元件701 的一部分的磁场发生线圈101中流过交流电流，则光学特性可变元件701中的折射率分布 成为不均等。也就是说，成为了仅控制透过光学特性可变元件701的一部分的光的折射率 的情况。其结果可获得与非球面透镜同等的效果，能够实现更高精度的像的失真修正。另外，由于在设置于天文台的天体望远镜中必须对微弱的光进行观察，因此需要 高的成像精度。因此，对于光学特性可变元件701也需要高精度的折射率控制。因而，优选 在光学特性可变元件701中可以进行更精细的折射率的设定。图8是表示光学特性可变元件701的结构例的示意图。该光学特性可变元件701 以如下方式形成，即在使光透过的光学元件表面配置了多个各自独立的网格701a。各网格 701a由图1所示超材料100构成。并且，对每个网格701a从电源704提供不同大小的交流 电流或不同频率的交流电流。这样一来，每个网格701a都可以设定光的折射率。同时，每 个网格701a也可以仅进行特定频率的光的折射率控制。如果以网格701a全体进行透过光 的折射率控制，则可以对应从可见光区域至紫外/红外区域。另外，也可以仅在一部分的网 格701a中进行折射率控制。此外，在图8中虽然示例了网格701a为四角形，但是网格701a 的形状并不限于此。例如，可以是五角形、六角形。平面上的网格701a以比透过的光的波 长短的间隔进行配置即可。再有，网格701a也可以由多层形成。此时，上下层可以是彼此 独立的关系。由此，能够进行更加精细的折射率控制。如以上说明，根据实施方式2中的光学特性可变装置700，构成光学特性可变元件 701的各网格701a能够各自独立来控制透过光的折射率。因而，可以同时修正将构成望 远镜的大口径光学元件的歪斜作为原因的成像的失真、将大气的波动作为原因的成像的失 真。另外，能够进行对特定的频率的光进行特殊化的失真修正。并且，能够在并不移动光学 特性可变元件701的情况下进行失真修正。这样能够避免由于移动光学特性可变元件701 而产生的光轴的偏移。此外，由于不需要用于使光学特性可变元件701移动的可动单元，因 此能够促进装置的小型化。再有，由于构成光学特性可变元件701的各网格701a能够各自 独立来控制透过光的折射率，因此光学特性可变元件701自身具有与非球面透镜同等的功 能，这样不需要对光学特性可变元件701的形状赋予复杂的曲率。再有，光学特性可变元件701可以配置于平板形状的光学元件面上，也可以配置于透镜面上。因此，在将实施方式2中的光学特性可变装置700应用于望远镜时，优选将光 学特性可变元件701形成于望远镜的最大口径以外的光学元件，如果可能最好形成于最小 口径的光学元件面。这样一来，能够将光学特性可变装置700容易地设置于望远镜。也就 是说，与每个望远镜在不同形状的大口径的元件本身设置失真修正单元的以往技术不同， 由于光学特性可变元件701能够应用于通用的光学元件，因此任何类型的望远镜都可以容 易地应用，仅安装于原有的望远镜设备就能够实现失真修正功能。在图7所示的例子中，虽 然示例了将光学特性可变装置700应用于反射型望远镜，但是该光学特性可变装置700也 可以应用于折射式望远镜。再有，若将该光学特性可变装置700应用于望远镜，则由于由光学特性可变元件 701可进行失真修正，因此在主镜705等的大口径的光学元件中不需要高的加工精度。例 如，在设有加强筋(rib)等从而使大口径的光学元件以整体变薄特定部位变厚的方式形成 时，认为在加强筋附近产生大的变形。但是，此时由于变形图案可以预先进行预测，因此通 过基于预测的变形图案的信息进行透过光学特性可变元件701的光的折射率控制，能够容 易地对成像的失真进行修正。再有，若实施方式2的光学特性可变装置700也与实施方式1同样，使磁场发生线 圈101的材质以及流过的交流电流的频率与相位改变，在理论上任何的电磁波都能够使其 折射率改变。再有，在实施方式2中，虽然示例了将光学特性可变元件701应用于具有大口径的 光学元件的望远镜，但是该光学特性可变元件701也可以应用于数字照相机或单镜头反光 照相机、监视用照相机、或便携式照相机等的具有小口径的光学元件的小型摄像装置。将该 光学特性可变元件701应用于小型摄像装置时，能够进行更复杂的光的折射率控制，能够 获得高清晰度的图像。如对以上实施方式所说明那样，根据本发明中的光学特性可变装置能够任意改变 透过光学元件的光的折射率。因此，能够在并不使光学元件移动的情况下，改变光学系统的 焦距，并进行变焦。再有，由于该光学特性可变装置能够使光学元件的折射率分布不均等， 因此在该光学元件中能够具有与非球面透镜同等的功能。(产业上的利用可能性)如上所述，本发明中的光学特性可变装置显然可以用于数字照相机或单镜头反光 照相机等小型摄像装置，对于设置于天文台的大口径望远镜也是有用的。通过使用该光学 特性可变装置，在不使光学系统移动的情况下改变焦距，在1个光学元件中可以实现球面 透镜与非球面透镜的功能。
权利要求
一种光学特性可变装置，其特征在于，具有光学特性可变元件，通过将比可见光波长小的电感器由接线彼此连结，并将这些在一面配置多个而构成；感光体，由入射光引起共振，产生与该入射光同频率的交流电流；以及放大电路，对由所述感光体产生的交流电流进行放大并提供给所述光学特性可变元件，所述光学特性可变元件通过来自所述放大电路的交流电流的供给，而任意改变光的折射率。
2.根据权利要求1所述的光学特性可变装置，其特征在于，通过对构成所述光学特性可变元件的全部的电感器均等地提供交流电流，使透过所述 光学特性可变元件的光的折射率均等地改变，从而改变焦距。
3.根据权利要求1所述的光学特性可变装置，其特征在于，通过仅对构成所述光学特性可变元件的一部分的电感器提供交流电流，使透过所述光 学特性可变元件的一部分的光的折射率改变，从而实现非球面透镜的功能。
4.根据权利要求1所述的光学特性可变装置，其特征在于，所述光学特性可变元件以各自独立的、使其中心相同的多个环状带形成， 通过对所述各环状带分别提供大小不同的交流电流，使所述光学特性可变元件中的折 射率分布不均等，从而实现非球面透镜的功能。
5.根据权利要求1所述的光学特性可变装置，其特征在于， 所述光学特性可变元件由各自独立的多个层形成，通过对所述各层分别提供不同大小的交流电流，使所述光学特性可变元件中的折射率 分布不均等，从而实现非球面透镜的功能。
6.根据权利要求1 5的任意一项所述的光学特性可变装置，其特征在于， 以适合于调焦位置或聚焦位置的方式设定所述光学特性可变元件中的折射率分布。
7.根据权利要求1所述的光学特性可变装置，其特征在于， 所述光学特性可变元件配置于摄影透镜面上。
8.一种光学特性可变装置，其特征在于， 具有光学特性可变元件，通过将比可见光波长小的电感器由接线彼此连结，并将这些在一 面配置多个而构成；以及电源，其产生任意频率的交流电流，并将其提供给所述光学特性可变元件， 通过对构成所述光学特性可变元件的电感器的一部分提供来自所述电源的交流电流， 能够任意地仅改变透过所述光学特性可变元件的一部分的光的折射率，从而实现非球面透 镜的功能。
9.根据权利要求8所述的光学特性可变装置，其特征在于， 所述光学特性可变元件由各自独立的网格形成，通过对所述各网格分别提供不同大小的交流电流，使所述光学特性可变元件中的折射 率分布不均等，从而实现非球面透镜的功能。
10.根据权利要求9所述的光学特性可变装置，其特征在于， 所述网格由彼此独立的多个层形成，通过对所述各层分别提供不同大小的交流电流，使所述光学特性可变元件中的折射率 分布不均等，从而实现非球面透镜的功能。
11.根据权利要求8 10的任意一项所述的光学特性可变装置，其特征在于， 设有频率/相位检测单元，其检测规定的入射光的频率/相位，所述电源将与所述频率/相位检测单元检测出的频率/相位相同的频率/相位的交流 电流提供给所述光学特性可变元件。
12.根据权利要求11所述的光学特性可变装置，其特征在于， 设有失真检测单元，其检测成像的失真，所述频率/相位检测单元，对产生了所述失真检测单元检测出的成像的失真的光的频 率/相位进行检测。
13.根据权利要求8所述的光学特性可变装置，其特征在于，所述光学特性可变元件配置在构成望远镜的最大口径的光学元件以外的光学元件面上。
14.根据权利要求8所述的光学特性可变装置，其特征在于，所述光学特性可变元件配置在构成望远镜的最小口径的光学元件面上。
15.根据权利要求13所述的光学特性可变装置，其特征在于，事先预测以构成所述望远镜的光学元件为原因而产生的成像的失真图案，基于该成 像的失真图案来进行透过所述光学特性可变元件的光的折射率控制，以修正所述成像的失真。
16.根据权利要求14所述的光学特性可变装置，其特征在于，事先预测以构成所述望远镜的光学元件为原因而产生的成像的失真图案，基于该成 像的失真图案来进行透过所述光学特性可变元件的光的折射率控制，以修正所述成像的失真。
全文摘要
本发明提供一种光学特性可变装置，能够任意改变透过光的折射率。光学特性可变元件(203)，通过将比可见光波长小的磁场发生线圈由接线进行连结、并将这些在一面配置多个而构成。感光体(201)，通过进行受光从而产生与所接受到的光同频率的交流电流。放大电路(202)，对由感光体(201)产生的交流电流进行放大并提供给光学特性可变元件(203)。光学特性可变元件(203)使与被提供的交流电流同频率的光的折射率改变。
文档编号G02B26/08GK101825767SQ201010123170
公开日2010年9月8日 申请日期2010年3月2日 优先权日2009年3月4日
发明者佐佐木俊亮, 西泽和毅 申请人:株式会社腾龙