光学系统和光学装置的制作方法

专利名称：光学系统和光学装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学系统和光学装置，特别涉及包括可变形镜等焦点可进行调节的、光学特性可变的光学元件的光学系统，以及涉及备有前述光学元件的例如电视投影机，数码相机，电视摄像机，内窥镜，望远镜，照相机的取景器等光学装置。
背景技术：
现有技术的透镜，采用研磨玻璃制造的透镜，由于透镜本身不能变形，所以不能使其焦距变化。因此，为了对例如照相机进行调焦或变焦、改变放大率，并为了使前述透镜或用前述透镜构成的透镜组沿光轴方向移动，机械的结构变得复杂。
而且，为了使透镜组的一部分移动，需要利用马达等，所以存在着消耗电力大，声音嘈杂，响应时间长，透镜组的移动要花费时间等缺点。
此外，在为防止摄影和观察时出现模糊的情况下，也用马达、电磁阀等使透镜组机械地移动，所以存在着消耗电力大，机械结构复杂，成本高等缺点。

发明内容
因此，本发明是鉴于这些问题的存在而产生的，其目的是，提供一种消耗电力小、静音、响应时间短、机械结构简单且有利于降低成本的、包含具有可以调节焦点的反射面的可变形镜的透镜系统、包含可变焦点透镜的透镜系统等的光学系统、以及配备有这种光学系统的光学装置。
为达到上述目的的本发明的光学系统等，其结构如下。
一种光学系统，在把从物体来的光线成像的光学系统中，其特征为，前述光学系统，具有可变镜和亮度光圈，前述亮度光圈的位置满足公式(601)。
0≤|Sm/f]≤10 …(601)这里，Sm是沿光轴测得的可变镜的反射面与亮度光圈的空气换算长度的距离，f是除可变镜之外的光学系统的焦距。
一种光学系统，在把从物体来的光线成像的光学系统中，其特征为，前述光学系统，具有可变镜和亮度光圈，并满足公式(599)。
39°≤Φ≤60° …(599)这里，Φ是向可变镜的光轴的入射角。
一种光学系统，其特征为，前述光学系统具有有旋转对称面的透镜。
一种光学系统，其特征为，前述光学系统是变焦光学系统。其中，在变焦光学系统的情况下，也可以不必在全部状态下都满足公式(559)和(601)。就是说，在一个状态下，满足公式(599)或者公式(601)即可。
在把从物体来的光线成像的光学系统中，前述光学系统，从物体侧依次具有光学元件组，可变镜组或可变焦点透镜，透镜组或空气间隔，可变放大率组，光学元件组。
前述光学系统具有移动的正折射力的光学元件或光学元件组。
前述光学系统，具有移动的负折射力的光学元件或光学元件组。
前述光学系统，在前述可变镜的后方具有亮度光圈。
在把从物体来的光线成像的光学系统中，其特征为，前述光学系统具有可变镜和有可变放大率功能的可变放大率组，可变镜具有对焦的功能，将可变镜配置在可变放大率组的前方。
前述可变镜具有对焦的功能和补偿器的功能。
前述光学系统备有自由曲面。
前述光学系统具有一个有自由曲面的反射型光学元件。
前述光学系统具有多个自由曲面光学元件，前述光圈位于在所述自由曲面光学元件之间。
在把从物体来的光线成像的光学系统中，前述光学系统具有可变镜，所述可变镜的特征为，在全开状态下的亮度光圈处于满足公式(601)的位置，进而，将开口大小变化的光圈设于和前述光圈不同的位置处。
0≤|Sm/f|≤10 …(601)这里，Sm是沿光轴测得的可变镜的反射面与亮度光圈的空气换算长度的距离，f是除可变镜之外的光学系统的焦距。
在把从物体来的光线成像的光学系统中，前述光学系统，具有可变镜，向可变镜的入射角满足公式(613)。
39°≤Φ≤55° …(613)这里，Φ是向可变镜的光轴的入射角。
前述光学系统具有自由曲面光学元件。
在把从物体来的光线成像的光学系统中，前述光学系统具有可变镜，满足公式(616)。
0.5＜M1/f＜5 …(616)这里，M1是沿光轴测得的可变镜的反射面与光学系统的入射侧第1面的空气换算长度的距离，f是除可变镜之外的光学系统的焦距。
在备有对图像面成像的光学系统的光学装置中，其特征为，在前述光学系统中，备有光学特性可变的光学元件，为了修正伴随着前述光学特性可变光学元件的变化引起的前述光学系统的成像面的移动，将前述图像面置于伴随着前述光学特性可变光学元件的变化引起的成像面的移动变化的范围内。
在备有对摄像元件成像的光学系统的光学装置中，其特征为，在前述光学系统中备有光学特性可变的光学元件，为了补偿伴随着前述光学特性可变光学元件的变化引起的前述光学系统的成像面的倾斜度的变化，使前述摄像元件偏心或者倾斜，补偿伴随着前述光学特性可变光学元件的变化引起的成像性能的降低。
在备有对显示元件的显示面成像的光学系统的光学装置中，其特征为，在前述光学系统中，备有光学特性可变的光学元件，为了补偿伴随着前述光学特性可变光学元件的变化引起的前述光学系统的成像面的倾斜，使前述显示元件偏心或者倾斜，补偿伴随着前述光学特性可变光学元件的变化引起的显示性能的降低。
在备有对图像面成像的光学系统的光学装置中，其特征为，在前述光学系统中备有光学特性可变的光学元件，将图像面配置在离开伴随着前述光学特性可变光学元件的变化引起的前述光学系统的成像面的倾斜变化范围的端部离开满足公式(611)的距离为ΔM的位置处。
|ΔM|≥这里，Df/20…(611)ΔM是相对于光学系统的成像面，由图像面的倾斜度产生的该图像面在光轴方向的最大偏移量，Df是光学系统侧的焦深。
在备有对图像面成像的光学系统的光学装置中，其特征为，在前述光学系统中，备有光学特性可变的光学元件，元件本身特性不变化的光学元件，为了补偿伴随着前述光学特性可变光学元件的变化引起的前述光学系统的成像面的移动，使前述特性不变化的光学元件偏心，使成像面倾斜，将固定的图像面设定在伴随着光学特性可变的光学元件的变化引起的成像面的倾斜变化范围内。
在备有对图像面成像的光学系统的光学装置中，其特征为，在前述光学系统中，备有光学特性可变的光学元件，以及本身特性不变化的光学元件，为了补偿伴随着前述光学特性可变光学元件的变化引起的前述光学系统的成像面的移动，使前述特性不变化的光学元件偏心，使成像面倾斜，使图像面靠近伴随着可变光学元件的变化引起移动的成像面。
在备有对图像面成像的光学系统的光学装置中，其特征为，在前述光学系统中，备有光学特性可变的光学元件和本身特性不变化的光学元件，为了补偿伴随着前述光学特性可变的光学元件的变化引起的像差的变化，使前述光学特性不变化的光学元件偏心，使之产生像差，补偿伴随着前述光学特性可变的光学元件的变化引起的像差的变化。
一种光学装置，其特征为，前述本身的特性不变化的光学元件由多个构成，为了使前述光学元件的偏心量变化，使一部分光学元件沿相对于其它光学元件偏心的轴移动。
一种光学装置，其特征为，为了与前述光学特性可变光学元件连动，在前述光学元件中产生的偏心像差变化，将前述光学元件制成多个，相对于由其它光学元件决定的轴偏心的一部分光学元件，在保持其姿势不变的状态下移动。
在备有将光线成像的光学系统光学装置中，其特征为，在前述光学系统中采用一个以上的可变镜的同时，对于构成前述光学系统的至少一个以上的光学面或光学元件，或者摄像元件，在与Z轴垂直的方向，在满足0≤|Δ|/f＜1的范围内，有意施加等于Δ的平移偏心。
这里，Δ是给予与Z轴垂直的方向的平移偏心量，f是除可变镜之外的光学系统的焦距。
在备有将光线成像的光学系统的光学装置中，其特征为，在前述光学系统中采用一个以上的可变镜的同时，相对于构成前述光学系统的至少一个以上的光学面或光学元件，或者摄像元件，或者显示元件，或者图像面，以和Z轴垂直的直线作为旋转轴，在满足0≤|Q|＜15的范围内有意施加Q的倾斜偏心。这里，Q是以和Z轴垂直的直线作为旋转轴倾斜偏心的倾斜偏心量(Q的单位为°)。
在近点，前述可变镜的收束作用变强，在远点，可变镜的收束作用变弱。
前述可变镜是反射面的形状变化的可变形镜，并且，是从垂直于反射面的方向观察反射面的变形部分时所看到的形状为沿轴上光线的入射面的方向长的形状可变形镜。
一种照相机，其特征为，在备有将从物体来的光线具有镜成像在图像面上光学系统的照相机中，在前述光学系统的光轴弯曲的部分为长边弯曲的情况下，在照相机的基本上横的方向配置弯曲后的光轴。
一种照相机，其特征为，在备有将从物体来的光线具有镜成像在图像面上光学系统的照相机中，在前述光学系统的光轴弯曲的部分为短边弯曲的情况下，在照相机的基本上纵的方向配置弯曲后的光轴。
一种光学系统，在将光线成像的光学系统中，其特征为，在前述光学系统中采用一个以上的可变镜的同时，相对于构成前述光学系统的至少一个以上的光学面或光学元件，或者摄像元件，或者图像面，以和Z轴垂直的直线作为旋转轴，在满足(103)式0≤|Ψ|＜15…(103)的范围内故意给予Ψ的倾斜偏心。这里，Ψ所是给予的倾斜偏心量(的Ψ单位为°)。
一种光学系统，在把从物体来的光线成像的光学系统中，其特征为，前述光学系统，具有可变镜和亮度光圈，前述亮度光圈的位置满足公式(601)。
0≤|Sm/f|≤10 …(601)这里，Sm是沿光轴测得的可变镜的反射面与亮度光圈的空气换算长度的距离，f是除可变镜之外的光学系统的焦距。
一种光学系统，在把从物体来的光线成像的光学系统中，其特征为，前述光学系统，具有可变镜和亮度光圈，并满足公式(599)。
39°≤Φ≤60°…(599)这里，Φ是向可变镜的光轴的入射角。
一种光学系统，在把从物体来的光线成像的光学系统中，前述光学系统具有可变镜，满足公式(616)。
0.5＜M1/f＜5 …(616)这里，M1是沿光轴测得的可变镜的反射面与亮度光圈的空气换算长度的距离，f是除可变镜之外的光学系统的焦距。


图1、是将本发明的作为光学装置使用的数码相机(digitalcamera)的开普勒(Kepler)式取景器作为观察光学系统，在该观察光学系统中采用可变形镜时的简略结构图。
图2、是表示可变形镜409的另一个例子的简略结构图。
图3、是表示用于图2例子的可变形镜的电极的一种形式的说明图。
图4、是表示用于图2例子的可变形镜的电极的另外一种形式的说明图。
图5、是表示可变形镜409的另外一个例子的简略结构图。
图6、是表示可变形镜409的再一个例子的简略结构图。
图7、是表示可变形镜409的另外一个例子的简略结构图。
图8、是表示图7的例子中的薄膜线圈427的卷绕密度的状态的说明图。
图9、是表示可变形镜409的另外一个例子的简略结构图。
图10、是表示在图9的例子中的线圈427的一种配置例的说明图。
图11、是表示在图9的例子中的线圈427的另外一种配置例的说明图。
图12、是表示在图7所示的例子中，将线圈427的配置用于图11所示情况下，永磁铁426的配置的说明图。
图13、是采用可适用于本发明的另外一种光学装置的可变形镜409的摄像光学系统，例如，用于便携式电话的数码相机、被膜(capsule)内窥镜、电子内窥镜、个人计算机用数码相机、PDA用数码相机等的摄像光学系统的简略结构图。
图14、是有关可变形镜的另外一个例子的、用微型泵180令流体161进出、使透镜面变形的可变形镜188的简略结构图。
图l5、是表示可适用于可变形镜的微型泵的一个例子的简略结构图。
图16、是表示可变焦点透镜的原理的结构的图示。
图17、是表示单轴向列型液晶分子的折射率椭圆体的图示。
图18、是表示向图16所示的高分子分散液晶层施加电场状态的图示。
图19、是表示使向图16所示的高分子分散液晶层施加的电场可变的情况下的一个例子的结构的图示。
图20、是表示采用可变焦点透镜的数码相机用的摄像光学系统的一个例子的结构的图示。
图21、是表示可变焦点衍射光学元件的一个例子的结构的图示。
图22、是表示具有采用扭转形向列型液晶的可变焦点透镜的可变焦点眼镜的结构的图示。
图23、是表示当提高对图22中所示的螺旋状向列型液晶层的施加电压时，液晶分子的取向状态的图示。
图24、是表示可变偏转角的棱镜的两个例子的结构的图示。
图25、是用于说明图24所示的可变偏转角棱镜的使用形式的图示。
图26、是表示作为可变焦点透镜的可变焦镜的一个例子的图示。
图27、是作为本发明的光学装置使用的摄像单元141及在摄像单元141的光学系统中采用可变焦点透镜140的简略结构图。
图28、是表示图27的例子中的可变焦点透镜的变形例的说明图。
图29、是表示图28的可变焦点透镜变形的状态说明图。
图30、是关于可变焦点透镜另外一个例子的、用微型泵160使流体161出入，使透镜面变形的可变焦点透镜167的简略结构图。
图31、是作为光学特性可变的光学元件的另外一个例子的采用压电材料200的可变焦点透镜201的简略结构图。
图32、是关于图31的变形例的可变焦点透镜的状态的说明图。
图33、是作为光学特性可变的光学元件的另外一个例子的、采用由压电材料构成的两个薄板200A、200B的可变焦点透镜的简略结构图。
图34、是表示可变焦点透镜的另外一个例子的简略结构图。
图35、是关于图34的例子的可变焦点透镜的状态的说明图。
图36、是作为光学特性可变的另外一个例子的、利用光机械效应的可变焦点透镜的简略结构图。
图37、是用于图36的可变焦点透镜的偶氮苯结构的说明图，(a)是反式结构，(b)是顺式结构。
图38、是表示可变形镜的另外一个例子的简略结构图。
图39、是表示采用本发明的光学系统的数码相机用的摄像装置的例子的Y-Z剖面图。
图40、是表示开口不连续变化的光圈的图示。
图41、是表示安装有图39所示的光学系统的数码相机的例子的结构的图示。
图42、是从横向观察将本发明的光学系统用于取景器的数码相机时所看到的图示。
图43、是表示随着可变镜的变形引起的成像面的变化的图示。
图44、是本发明的光学系统，是表示使可变镜后方的透镜组沿着相对于光轴倾斜或者平移的轴运动的电子摄像光学系统的图示。
图45、是实施例1的光学系统的Y-Z剖面图。
图46、是实施例2的光学系统的Y-Z剖面图。
图47、是实施例3的光学系统的Y-Z剖面图。
图48、是实施例4的光学系统的Y-Z剖面图。
图49、是实施例5的光学系统的Y-Z剖面图。
图50、是实施例6的变焦透镜在无限远对焦时分别在广角端、标准状态、望远端的Y-Z剖面图。
图51、是实施例7的变焦透镜在无限远对焦时分别在广角端、标准状态、望远端的Y-Z剖面图。
图52、是实施例8的变焦透镜在无限远对焦时分别在广角端、标准状态、望远端的Y-Z剖面图。
图53、是实施例9的变焦透镜在无限远对焦时分别在广角端、标准状态、望远端的Y-Z剖面图。
图54、是实施例10的变焦透镜在无限远对焦时分别在广角端、标准状态、望远端的Y-Z剖面图。
具体实施例方式
在说明本发明的实施例之前，首先作为本说明书所述的发明的内容(发明内容的项目)，说明(1)～(99)。然后，作为(可变形镜的例子)或(可变焦点透镜)，对组装到本发明的光学系统中和采用该光学系统的光学装置中的可变镜等光学特性可变光学元件，以及采用该光学特性可变光学元件的例子进行各种说明。在这些各种说明中的图示的例子，作为本发明的光学系统及光学装置的实施例，是从事本领域工作的人员可以理解的范围的内容。然后，进而，基于光学系统的结构图形的数据，作为(实施例1)～(实施例11)，说明高效性系统和工作装置的例子。
(发明的内容的项目书)(1)一种光学系统，其特征为，它具有可变镜和光圈，光圈的位置满足公式(601)。
(2)一种光学系统，其特征为，它具有可变镜和光圈，光圈的位置满足公式(599)。
(3)一种光学系统，其特征为，它具有可变镜和光圈、光圈的位置满足公式(599)和公式(601)。
(4)如(1)～(3)所述的光学系统，其特征为，它具有旋转对称面。
(5)如(1)至(3)所述的光学系统，其特征为，它具有有旋转对称面的凸透镜和凹透镜。
(6)如(1)至(5)所述的光学系统，所述光学系统是变焦光学系统。其中，在变焦光学系统的情况下，不必在全部状态下满足公式(599)和公式(601)。即，至少在一个状态下，满足公式(599)或(601)即可。
(7)一种变焦光学系统，从物体侧起，它依次具有光学元件组和可变镜，或者可变焦点透镜和透镜组，或者空气间隔和可变放大率组和光学元件组。
(8)如(6)或(7)所述的光学系统，具有移动的正折射力的光学元件或光学元件组。
(9)如(6)或(7)所述的光学系统，具有移动的负折射力的光学元件或光学元件组。
(10)如(6)或(7)所述的光学系统，在可变镜的后方具有亮度光圈。
(10-1)一种光学系统，其特征为，它具有可变镜和有改变放大率功能的改变放大率组，可变镜具有对焦功能，将可变镜配置在改变放大率组的前方。
(10-2)一种变焦光学系统，其特征为，它具有可变镜和移动的光学元件组，光学元件组为具有改变放大率功能的改变放大率组，可变镜具有对焦功能和保持器功能，将可变镜配置在改变放大率组的前方。
(11)如(1)至(3)所述的光学系统，配备具有自由曲面的光学元件。
(12)如(1)至(11)所述的光学系统，配备具有自由曲面的光学元件和光圈，在可变镜之前或之后配备具有旋转对称面的透镜或平行平面板。
(13)如(1)至(12)所述的光学系统，具有两个以上的有自由曲面的光学元件。
(14)如(1)至(12)所述的光学系统，具有一个有自由曲面的反射型光学元件。
(15)如(1)至(14)所述的光学系统，光圈位于在有自由曲面的反射型光学元件和可变镜之间。
(16)如(1)至(14)所述的光学系统，光圈位于在有自由曲面的反射型光学元件的前方，且可变镜位于该光圈的前方。
(17)如(1)至(15)所述的光学系统，光圈位于多个自由曲面光学元件之间。
(18)如(1)至(17)所述的光学系统，可变镜与配置在光圈后方的具有自由曲面的反射型光学元件的面对向的配置。
(19)如(1)至(18)所述的光学系统，具有自由曲面的光学元件是自由曲面棱镜。
(20)一种光学系统，其特征为，它具有在全开状态时其位置满足公式(601)的光圈，进而，在与前述光圈的位置不同的位置处设置开口的大小变化的光圈。
(21)如(1)至(11)所述的光学系统，具有在全开状态时其位置满足公式(601)的光圈，进而，在与前述光圈的位置不同的位置处设置开口的大小变化的光圈。
(22)一种光学系统，它具有可变镜，向可变镜的入射角满足公式(613)至(615)。
(23)一种光学系统，它具有可变镜，在可变镜的前方或后方配备具有旋转对称面的透镜或平行平面板，并满足公式(613)至(615)。
(24)如(23)所述的光学系统，它只具有一个可变镜。
(25)如(23)所述的光学系统，具有有旋转对称面的透镜和一个可变镜。
(26)如(22)至(25)所述的光学系统，具有自由曲面光学系统。
(27)(22)至(26)所述的光学系统中，(1)至(21)所述的光学系统。
(28)一种光学系统，它具有可变镜，满足公式(616)或(617)。
(29)如(1)至(27)所述的光学系统，它具有可变镜，满足公式(616)或(617)。
(30)如(1)至(27)所述的光学系统，所述光学系统是变焦光学系统。
(31)如(30)所述的光学系统，它是包含移动的透镜或透镜组的变焦光学系统。
(32)如(30)所述的光学系统，移动的透镜或透镜组具有正折射力。
(33)如(30)所述的光学系统，移动的透镜或透镜组具有负折射力。
(34)如(1)至(29)所述的光学系统，它具有摄像元件。
(35)一种光学装置，在具有光学特性可变的光学元件和图像面的光学装置中，其特征为，为了修正伴随着光学特性可变元件的变化引起的成像面的移动，将图像面置于伴随着光学特性可变元件的变化引起的像面的移动变化的范围中。
(36)一种光学装置，在具有可变镜和图像面的光学装置中，其特征为，为了修正伴随着光学特性可变元件的变化引起的成像面的移动，将图像面置于伴随着光学特性可变元件的变化引起的像面的移动变化的范围中。
(37)一种光学装置，在具有可变焦点透镜和图像面的光学装置中，其特征为，为了修正伴随着光学特性可变元件的变化引起的成像面的移动，将图像面置于伴随着光学特性可变元件的变化引起的像面的移动变化的范围中。
(38)一种摄像装置，在具有摄像元件的摄像装置中，其特征为，为了修正伴随着光学特性可变光学元件的变化引起的成像面的倾斜度的变化，使摄像元件偏心，或者使之倾斜，补偿伴随着光学特性可能的光学元件的变化引起的成像性能的降低。
(39)一种摄像装置，在具有摄像元件的摄像装置中，其特征为，为了修正伴随着可变镜的变化引起的像面的移动，将摄像元件的摄像面置于伴随着可变镜的变化引起的像面的移动变化的范围中。
(40)一种摄像装置，在具有可变焦点透镜和摄像元件的摄像装置中，其特征为，为了修正伴随着可变镜的变化引起的像面的移动，将摄像元件的摄像面置于伴随着可变焦点透镜的变化引起的像面的移动变化的范围中。
(41)一种光学装置，在具有光学特性可变光学元件和显示元件的光学装置中，其特征为，为了补偿伴随着光学特性可变的光学元件的变化引起的成像面的倾斜度的变化，使显示元件偏心，补偿伴随着光学特性可变的光学元件的变化引起的显示性能的降低。
(42)一种显示装置，在具有可变镜和显示元件的显示装置中，其特征为，为了修正伴随着可变镜的变化引起的成像面的移动，将显示元件的显示面置于伴随着可变镜的变化引起的成像面的移动变化范围内。
(43)一种显示装置，在具有可变焦点透镜和显示元件的显示装置中，其特征为，为了修正伴随着可变焦点透镜的变化引起的成像面的移动，将显示元件的显示面置于伴随着可变镜的变化引起的成像面的移动变化范围内。
(44)一种光学装置，其特征为，它具有光学特性可变的光学元件和图象内，将图像面配置在离开伴随着光学特性可变元件的变化引起的成像面的倾斜度变化范围的端部的距离为ΔM的位置处，其中，ΔM满足公式(611)或(612)。
(45)一种摄像装置，其特征为，它具有可变镜和摄像元件，将摄像面配置在离开伴随着可变镜的变化引起的成像面的倾斜度变化范围的端部的距离为ΔM的位置处，其中，ΔM满足公式(611)。
(46)一种显示装置，其特征为，它具有可变镜和显示元件，将摄像面配置在离开伴随着可变镜的变化引起的成像面的倾斜度变化范围的端部的距离为ΔM的位置处，其中，ΔM满足公式(611)。
(47)如(35)至(46)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，满足公式(607)或(608)。
(48)如(35)至(46)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，满足公式(605)或(606)。
(49)如(35)至(46)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，满足公式(605)或(604)。
(50)一种光学装置，在具有光学特性可变的光学元件，光学元件，以及固定的图像面的光学装置中，其特征为，为了补偿伴随着光学特性可变的光学元件的变化引起的光学系统成像面的移动，使光学元件偏心、使成像面倾斜，将固定的图像面设定在伴随着光学特性可变光学元件的变化引起的成像面的倾斜变化的范围内。
(51)一种光学装置，在具有可变镜，光学元件，以及固定的图像面的光学装置中，其特征为，为了补偿伴随着可变镜的变化引起的光学系统成像面的移动，使光学元件偏心、使成像面倾斜，将固定的图像面设定在伴随着可变镜的变化引起的成像面的移动变化的范围内。
(52)一种光学装置，在具有可能焦点透镜，光学元件，以及固定的图像面的光学装置中，其特征为，为了补偿伴随着可变焦点透镜的变化引起的光学系统成像面的移动，使光学元件偏心、使成像面倾斜，将固定的图像面设定在伴随着可变焦点透镜的变化引起的成像面的移动变化的范围内。
(53)一种光学装置，在具有可变镜，光学元件，摄像元件的摄像装置中，其特征为，为了补偿伴随着可变镜的变化引起的光学系统的成像面的移动，使光学元件偏心，使成像面倾斜，将固定的摄像面设定在伴随着可变镜的变化引起的成像面的移动变化的范围内。
(54)一种显示装置，在具有可变镜，光学元件，显示元件的显示装置中，其特征为，为了补偿伴随着可变镜的变化引起的光学系统的成像面的移动，使光学元件偏心，使成像面倾斜，将固定的显示面设定在伴随着可变镜的变化引起的成像面的移动变化的范围内。
(55)如(50)至(54)所述的光学装置，显示装置，满足公式(607)或(608)。
(56)如(50)至(54)所述的光学装置，显示装置，满足公式(605)且满足公式(606)。
(57)如(50)至(54)所述的光学装置，显示装置，满足公式(605)且满足公式(604)。
(58)一种光学装置，在具有光学特性可变的光学元件，光学元件，图像面的光学装置中，其特征为，为了补偿伴随着光学特性可变光学元件的变化引起的光学系统的成像面的移动，使光学元件偏心，使成像面倾斜，使图像面接近伴随着光学特性可变光学元件的变化移动的成像面。
(59)一种光学装置，在具有可变镜，光学元件，图像面的光学装置中，其特征为，为了补偿伴随着可变镜的变化引起的光学系统的成像面的移动，使光学元件偏心，使成像面倾斜，使图像面接近伴随着可变镜的变化造成的移动的成像面。
(60)一种光学装置，在具有可变焦点透镜，光学元件，图像面的光学装置中，其特征为，为了补偿伴随着可变镜的变化引起的光学系统的成像面的移动，使光学元件偏心，使成像面倾斜，使图像面接近伴随着可变焦点透镜的变化造成的移动的成像面。
(61)一种光学装置，在具有可变镜，光学元件，摄像元件的摄像装置中，其特征为，为了补偿伴随着可变镜的变化引起的光学系统的成像面的移动，使光学元件偏心，使成像面倾斜，使图像面接近伴随着可变镜的变化造成的移动的成像面。
(62)一种光学装置，在具有可变镜，光学元件，摄显示元件的显示装置中，其特征为，为了补偿伴随着可变镜的变化引起的光学系统的成像面的移动，使光学元件偏心，使成像面倾斜，使显示元件的显示面面接近伴随着可变镜的变化造成的移动的成像面。
(63)如(58)至(62)所述的光学装置，满足公式(618)或(619)。
(64)一种光学装置，在具有光学特性可变光学元件，以及光学元件的光学装置中，其特征为，为了补偿伴随着光学特性可变光学元件的变化引起的像差的变化，使光学元件偏心，使之产生像差，补偿伴随着光学特性可变光学元件的变化引起的像差的变化。
(65)一种光学装置，在具可变镜，和光学元件的光学装置中，其特征为，为了补偿伴随着可变镜的变化引起的像差的变化，使光学元件偏心，使之产生像差，补偿伴随着可变镜的变化引起的像差变化。
(66)一种摄像装置，在具可变镜，和光学元件和摄像元件的光学装置中，其特征为，为了补偿伴随着可变镜的变化引起的像差的变化，使光学元件偏心，使之产生像差，补偿伴随着可变镜的变化引起的像差变化。
(67)一种光学装置，在具有可变焦点透镜和光学元件的光学装置中，其特征为，为了补偿伴随着可变焦点透镜的变化引起的像差的变化，使光学元件偏心，使之产生像差，补偿伴随着可变焦点透镜的变化引起的像差变化。
(68)如(50)至(67)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，其特征为，为了使光学元件的偏心量变化，将光学元件沿相对于其它光学元件偏心的轴移动。
(69)如(50)至(68)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，其特征为，为了与光学特性可变光学元件的变化连动、使由光学元件产生的偏心像差变化，使相对于某个轴偏心的光学元件，沿该轴移动。
(70)如(50)至(68)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，其特征为，使光学元件沿相对于其它光学元件偏心的轴移动，并且，前述光学元件的移动具有改变放大率的功能。
(71)如(50)至(70)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，其特征为，为了与光学特性可变光学元件的变化连动、使由光学元件产生的偏心像差变化，相对于某个轴偏心的光学元件沿该轴移动，并且，前述光学元件的移动具有改变放大率的功能。
(72)一种光学装置，它采用一个以上的可变镜，所述可变镜的特征为，对至少一个以上的透镜或者光学面或者光学元件或者摄像元件，在与Z轴垂直的方向上，在满足0≤|Δ|/f＜1的范围内，有意施加Δ的平移偏心。
(73)如(50)至(70)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，具有(72)中记载的结构。
(74)一种光学装置，它采用一个以上的可变镜，所述可变镜的特征为，对至少一个以上的透镜或光学面或光学元件，或摄像元件或显示元件，以和Z轴垂直的直线作为旋转轴，在满足0≤|C|＜15的范围内，有意施加C的倾斜偏心。C的单位为°。
(75)如(50)至(70)所述的光学装置，显示装置，摄像装置中，备有(74)所述的的结构的光学装置，显示装置，摄像装置。
(76)如(64)至(71)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，其特征为，偏心的光学元件具有旋转对称面。
(77)如(64)至(71)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，其特征为，配备具有相互偏心的三个以上的旋转对称的光学面的光学元件。
(78)如(64)至(71)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，其特征为，备有固定的图像面，前述图像面相对于垂直于入射到图像面的光轴的平面倾斜的量为C。
(79)如(35)至(68)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，配备由(1)至(29)所述的光学系统。
(80)如(70)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，其特征为，利用可变镜进行聚焦。
(81)如(80)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，其特征为，在进行聚集时，至少一个可变镜，至少在某一状态成为自由曲面形状。
(82)如(80)或者(81)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，在进行聚集时，使物体像成像在摄像元件上，使可变镜的焦距变化，以寻找物体像的高频成分变成最大的状态，来进行聚焦。
(83)如(80)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，其特征为，对于任何一个可变镜，在近点可变镜的收束作用变强，在远点可变镜的收束作用变弱。
(84)如(79)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，其特征为，利用可变镜进行变焦。
(85)如(80)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，其特征为，在进行变焦时，至少一个可变镜至少在某一个状态成为自由曲面形状。
(86)如(84)或(85)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，在进行聚集时，使物体像成像在摄像元件上，使可变镜的焦距变化，以寻找物体像的高频成分变成最大的状态，来进行聚焦。
(87)如(84)至(86)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，其特征为，对于任何一个可变镜，在近点可变镜的收束作用变强，在远点可变镜的收束作用变弱。
(88)如(1)至(87)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，具有所使用的可变镜的驱动方式为静电驱动方式，电磁驱动方式，压电效应，流体驱动的任何一种的可变镜。
(89)如(1)至(88)所述的光学装置，显示装置，摄像装置，其特征为，可变镜是反射面的形状变化的可变形镜，并且，从垂直于反射面的方向观察反射面的变形部分时的形状，为在轴上光线入射面的方向上长的形状的可变形镜。
(90)一种照相机，其特征为，在光轴的弯曲为长边弯曲时，沿照相机的大致横向方向配置弯曲后的光轴。
(91)如(90)所述的照相机，配备有(1)至(83)所述的结构。
(92)种照相机，其特征为，在光轴的弯曲为短边弯曲时，沿照相机的大致纵向方向配置弯曲后的光轴。
(93)如(92)所述的照相机，配备有(1)至(83)所述的结构。
(94)如(90)至(93)所述的照相机，其特征为，闪光灯位于摄像透镜的的最前面的上方。
(95)一种摄像光学系统，采用至少一个以上的可变镜，所述可变镜的特征为，对至少一个以上的透镜或光学面或光学元件或摄像元件或图像面，沿垂直于Z轴的方向，有意施加满足公式(101)的范围内的平移偏心。
(96)一种光学系统，采用至少一个以上的可变镜，所述可变镜的特征为，对至少一个以上的透镜或光学面或光学元件或摄像元件或图像面，以与垂直于Z轴的直线为旋转轴，有意施加在满足公式(103)的范围内的倾斜偏心。
(97)一种光学系统，其特征为，它具有形状不变的镜和光圈，光圈的位置满足公式(601)。
(98)一种光学系统，其特征为，它具有形状不变的镜和光圈，光圈的位置满足公式(599)。
(99)一种光学系统，其特征为，它具有形状不变的镜，满足公式(616)或公式(617)。
具体实施方式
下面，首先利用附图对本发明的光学系统及光学装置中使用的光学特性可变的光学元件及光学装置等进行说明。
以下对作为可适用于本发明的光学特性可变的光学元件的光学特性可变形镜、光学特性可变焦点透镜的结构例进行说明。即，在说明本发明的各实施例(实施例1～10)之前，对可适用于各实施例的前述可变形镜的结构例(可变形镜的例1)～(可变形镜的例9)进行说明，并对前述可变焦点透镜的结构例(可变焦点透镜的例1)～(可变焦点透镜的例9)进行描述。
(可变形镜的例1)图1是作为本发明的光学装置使用的数码相机的开普勒式取景器的简略结构图，即，表示把可变形镜用于观察光学系统时的简略结构图。不言而喻，这种可变形镜的结构，也可以用于银盐胶片照相机的观察光学系统。首先，对光学特性可变形镜409进行说明。
光学特性可变形镜409是一种光学特性可变形镜(下面简称为可变形镜)，通过将由电极409k、可变形的基板409j、以及用铝涂敷到该基板409j上起着反射面作用的薄膜(反射面)409a构成的三层结构的变形层的周边部固定到支持台423上，并将与电极409k隔开间隔的多个电极409b固定在前述支持台423的下侧而构成的；411a是分别连接到各电极409b上的多个可变电阻器；412是经由可变电阻器411b和电源开关413连接到电极409k和电极409b之间的电源；414是控制多个可变电阻器411a的电阻值用的运算装置；415、416及417分别是连接到运算装置414上的温度传感器、湿度传感器和距离传感器，它们按图1所示的方式进行配置，构成一个光学装置。
此外，物镜902，目镜901，以及棱镜404、等腰直角棱镜405，镜406及可变形镜409的各个面，可不必是平面，除球面、旋转对称非球面之外，还可以是相对于光轴偏心的球面、平面、旋转对称非球面，或者是具有对称面的非球面、只有一个对称面的非球面、没有对称面的非球面、自由曲面、具有不能微分的点或线的面等任何形状，进而，既可以是反射面也可以是折射面，只要是给予光某种影响的面即可。下面，将这些面统称为扩展曲面。此外，所谓偏心(decentration)，指的是displacement(位移)(shift)或tilt(倾斜)，或指双方。
此外，薄膜409a例如像P.Rai-choudhury编的“Handbook ofMicrolithography，Micromachining and Microfabrication，Volume 2Microachining and Microfabrication，P495，Fig8.58，SPIE PRESS，期刊及Optics Communication，140卷(1997年)P187～190所述的薄膜镜(メンブレイン)那样，当在多个电极409b和电极409k之间施加电压时，由于静电力，薄膜409a变形，其表面形状发生变化，由此，不但可以进行与观察者的视力吻合的焦点调节，进而，还可以抑制透镜901、902以及/或者棱镜404、等腰直角棱镜405、镜406因温度及湿度的变化造成的变形和折射率的变化，或者抑制透镜框的伸缩及变形和光学元件、框等部件的组装误差造成的成像性能的降低，总是能够恰当地进行焦点调节，并对由焦点调节产生的像差进行修正。
此外，电极409b的形状，例如如图3，图4所示，进行同心分割或矩形分割，可以根据薄膜409a的变形情况进行选择。
在采用前述形状可变的镜409的场合，从物体来的光，被物镜902及棱镜404的各入射面和出射面折射，被可变形镜409反射，透过棱镜404，被等腰直角棱镜405进一步反射(在图1中，光路中的+号，表示光线向纸面的背面侧前进)，被镜406反射，经由目镜901，入射到眼睛内。这样，利用透镜901、902、棱镜404、405，以及可变形镜409，构成光学装置的观察光学系统，通过将这些光学元件的表面的形状及厚度最佳化，可以使物体面的像差最小。
即，起着反射面作用的薄膜409a的形状，为了使成像性能最佳，通过利用从运算装置414来的信号，使各可变电阻器411a的电阻值变化进行控制。即，从温度传感器415、湿度传感器416及距离传感器417，向运算装置414输入大小与周围温度和湿度以及到物体的距离相应的信号，运算装置414根据上述这些输入信号，输出用于决定可变电阻器411a的电阻值的信号，以便为了补偿由周围的温度及湿度和距物体的距离引起的成像性能的降低，将决定薄膜409a的形状的电压施加到电极409b上。这样，由于施加到电极409b上的电压即静电力使薄膜409a变形，所以其形状根据情况成为包括非球面在内的各种各样的形状。此外，也可以没有距离传感器417，在这种情况下，为了使从固体摄像元件408的像的信号的高频成分基本上成为最大，可以移动作为数码相机的摄像光学系统的摄像透镜403，从其位置反过来计算出物体距离，使可变形镜变形，可以将焦点和观察者的眼睛重合。
此外，如果用聚酰亚胺等合成树脂制作可变形的基板409j的话，即使在低电压下也可以使之有大的变形，是很合适的。此外，可以将棱镜404和可变形镜409形成一个整体，将其单元化。
此外，也可以利用平版印刷法将固体摄像元件408成一整体地形成在可变形镜409的基板上，关于这一点省略了图示。
此外，透镜901、902、棱镜404、405、镜406，通过利用塑料模塑等形成，可以形成任意所需形状的曲面，制作简单。此外，在上面的说明中，透镜901、902离开棱镜404而形成，但如果不设置透镜901、902、以能够除去像差的方式设计棱镜404、405、镜406、可变形镜409的话，棱镜406、405、可变形镜409成为一个光学部件，容易组装。此外，也可以用玻璃制作透镜901、902、棱镜404、405、镜406的一部分或全部，采用这种结构，可以获得精度更好的构成光学系统。可变形镜发反射面的形状最好是控制成自由曲面。这是因为容易修正像差，十分有利的缘故。
在本发明中使用的自由曲面，是由下式(a)定义的曲面。该定义式的Z轴构成自由曲面的轴。Z=cr2/[1+√{1-(1+k)c2r2}]+Σj=2CjXmYn···(a)]]>这里，(a)式的第一项为球面项，第二项为自由球面项。M为2以上的自然数。
球面项中，c顶点的曲率k圆锥曲线常数(圆锥常数)
r＝√(X2+Y2)。
自由曲面项，Σj=2CjXmYn]]>＝C2X十C3Y+C4X2+C5XY+C6Y2+C7X3+C8X2Y+C9XY2+C10Y3+C11X4+C12X3Y+C13X2Y2+C14XY3+C15Y4+C16X5+C17X4Y+C18X3Y2+C19X2Y3+C20XY4+C21Y5+C22X6+C23X5Y+C24X4Y2+C25X3Y3+C26X2Y4+C27XY5+C28Y6+C29X7+C30X6Y+C31X5Y2+C32X4Y3+C33X3Y4+C34X2Y5+C35XY6+C36Y7……其中，Cj(j为2以上的整数)是系数。
上述自由曲面，一般地X-Z面、Y-Z面不同时具有对称面，但通过令X的奇数次项全部为0，成为只存在一个与Y-Z面平行的对称面的自由曲面。此外，通过令Y的奇数次项全部为0，成为只存在一个与X-Z面平行的对称面的自由曲面。
此外，在图1的例子中，设置运算装置414，温度传感器415，湿度传感器416，距离传感器417，用可变形镜409补偿温度湿度变化及物体距离的变化等，但也可以不必如此。就是说，也可以省略运算装置414，温度传感器415，湿度传感器416，距离传感器417，仅用可变形镜409修正观察者的能见度变化。
(可变形镜的例2)图2是表示可变形镜409的另外的一个例子的简略结构图。
本例的可变形镜，在薄膜409a和多个电极409b之间加装压电元件409c，将它们设置在支持台423上。并且，通过由每一个电极409b改变加在压电元件409c上的电压，使压电元件409c上部分地产生不同的伸缩，可以改变薄膜409a形状。电极409b的形状，如图3所示，可以是同心分割，也可以如图4所示，为矩形分割，除此之外，可以选择适当的形状。在图2中，424上连接到运算装置414上的振摆(模糊)传感器，例如，在摄影时，检测数码相机的振摆，为了补偿由振摆造成的像的混乱，使薄膜(反射面)409a变形，改变经由运算装置414和可变电阻器411外加到电极409b上的电压。这时，也可以同时考虑从温度传感器415，湿度传感器416及距离传感器417来的信号，使焦点吻合，进行温度和湿度补偿等。在这种情况下，由于将伴随着压电元件409c的变形产生的应力加在薄膜409a上，所以，可以将薄膜409a的厚度制成一定程度的厚度，使之具有相应的强度。此外，压电元件409c，根据所使用的材料，如后面描述的那样，也可以制成409c-1、409c-2两层结构。
(可变形镜例3)图5上表示可变形镜409的进一步的另外一个例子的简略结构图。
本例的可变形镜，加装在薄膜409a和多个电极409b之间的压电元件是由具有反方向的压电特性的材料制成的两个压电元件409c和409c’构成的，在这一点上与图2所述的可变形镜不同。即，如果压电元件409c和409c’是由强介电性晶体制成的话，其结晶轴的方向相互相反地配置。在这种情况下，由于外加电压时，压电元件409c和409c’向相反方向伸缩，所以，使薄膜(反射面)409a变形的力比图2所示的例子的情况下强，结果，具有可以将镜的表面的形状进行大的改变的优点。图5中所示的其它标号和图2相同。
作为用于压电元件409c、409c’的材料，例如，有钛酸钡，四水合酒石酸钾钠，水晶，电气石，磷酸二氢钾(KDP)，磷酸二氢氨(ADP)，铌酸锂等压电物质，所述物质的多晶体，所述物质的结晶，PbZrO3和PbTiO3的固溶体的压电陶瓷，二氟化聚乙烯(PVDF)等有机压电物质，除上面所述之外的强电介质等，特别是有机压电物质，其杨氏模量小，即使用低电压也可以造成大的变形，所以是优选的。此外，在利用这些压电元件的情况下，如果厚度不均匀的话，在上述各例子中，也能够使薄膜409a的形状适当地变形。
此外，作为压电元件409c、409c’的材料，采用聚氨酯，有硅橡胶，丙烯酸弹性体，PZT，PLZT，聚氟乙烯(PVDF)等高分子压电体，亚乙烯基二氰共聚物，二氟乙烯和三孵氟代乙烯共聚物等。
在利用具有压电性的有机材料，具有压电性的合成树脂，具有压电性的弹性体时，可以实现可变形镜的大的变形。
此外，在图2、图6的压电元件409c中使用的电致伸缩材料，例如，丙烯酸弹性体，有机硅橡胶等的情况下，也可以将基板409c-1和电致伸缩材料409c-2粘贴，将压电元件409c的层制成双层结构。
(可变形镜的例4)图6是表示可变形镜409的进一步的另外一个例子的简略结构图。
本例的可变形镜，利用薄膜409a和多个电极409d夹持压电元件409c，将它们设置在支持台423上。并且，经由利用运算装置414控制的驱动电路425a将电压外加到薄膜409a和电极409d之间的压电元件409c上。进而与此不同，也可以经由利用运算装置414控制的驱动电路425b将电压外加到设置在支持台423的内部底面上的多个电极409b上。从而，能够借助外加到薄膜409a和电极409d之间的电压和外加到电极409b上的电压产生的静电力，使薄膜409a双重变形，可以比前面所述的实施例中的任何一个有更多的变形图样，并且，还具有响应性快的优点。图6中所示的其它标号和图2相同。
同时，如果改变薄膜409a、电极409d之间的电压的符号的话，可以使可变形镜的薄膜409a变形成凸面和凹面。在这种情况下，用压电效应可以进行大的变形，也可以用静电力进行微细的变形。此外，对于凸面变形，主要利用压电效应，对于凹面变形主要利用静电力。此外，电极409d可以用一个电极构成，或者像电极409b那样，由多个电极构成。由多个电极构成的电极409d的形式示于图6。此外，在说明中，将压电效应和电致伸缩效应，电致伸缩归纳起来描述成压电效应。从而，电致伸缩材料也包含在压电材料中。
(可变形镜的例5)图7是表示可变形镜409的进一步的另外一个例子的简略结构图。
本例的可变形镜，由于利用电磁力使反射面的形状发生变化，所以，在支持台423的内部底面上固定有永磁铁426，在顶面上载置固定有氮化硅或聚酰亚胺等构成的基板409e的周缘部，在基板409e的表面上，附设铝等金属涂敷制成的薄膜409a，构成可变形镜409。在基板409e的下表面上，固定安装多个线圈427，这些线圈427分别经由驱动电路428连接到运算装置414上。图7中所示的其它标号与图2中的相同。从而，利用各传感器415、416、417、424来的信号，在运算装置414中求出光学系统的变化，当利用从运算装置414中出来的与所求出的光学系统的变化相对应的输出信号，从各个驱动电路428向各个线圈427分别提供适当的电流时，作用在各线圈427和永磁铁426之间的电磁力将线圈427排斥或吸引，使基板409e和薄膜409a变形。
在这种情况下，各个线圈427可以分别流过不同量的电流。此外，线圈427也可以是一个。也可以将永磁铁426安装到基板409e的下面，将线圈427设置在支持台423的内部底面一侧。此外，线圈427可以用光刻等方法制成薄膜线圈，进而，也可以在线圈427内插入强磁性体构成的铁心。
在薄膜线圈的情况下，如图8所示，通过将薄膜线圈427的线圈密度制成根据在基板409e的下面的部位的不同而变化的线圈428’，可以使基板409e及薄膜409a产生所需的变形。此外，线圈427可以是一个，也可以在这些线圈427中插入强磁性铁心。
(可变形镜的例6)图9上可变形镜409的进一步的另外一个例子简略结构图。在图9中所示的其它标号和图2相同。
在本例的可变形镜中，基板409e用铁等强磁性体制作，作为反射膜的薄膜409a由铝等构成。并且，基板409e的周缘部，载置固定于支持台423的顶面上。线圈427被固定在支持台423的内部底面一侧。在这种情况下，由于不把薄膜线圈设置在基板409e的下面也可以，所以，结构简单，可以降低制造成本。此外，如果把电源开关413换成切换兼电源通断用开关的话，可以改变流过线圈427的电流的方向，可以自由地改变基板409e及薄膜409a的形状。图10是表示相对于薄膜409a和基板409e配置的线圈427的配置例，图11是表示线圈427的另外一个配置例，这些配置，也可以用于图7所示的例子。此外，图12表示在以图11的放射状的方式配置线圈427时，永磁铁426的配置。即，如图12所示，如果将棒状永磁铁426配置成放射状时，与图7所示的例子相比，可以给予基板409e及薄膜409a以微小的变形。此外，在这样用电磁力使基板409e及薄膜409a变形的情况下(图7及图9的例子)，具有可以用比使用静电力时低的电压进行驱动的优点。
上面叙述了几个可变形镜的例子，为了使用薄膜形成的镜的形状发生变形，如图6所示，可以利用两种以上的力。即，可以同时利用静电力，电磁力，压电效应，磁致伸缩，流体的压力，电场，磁场，温度变化，电磁波等当中的两种以上使可变形镜变形。即，如果制造用两种以上不同的驱动方法使光学特性改变的光学元件的话，可以同时实现大的变形和微细的变形，实现高精度的镜面。
(可变形镜的例7)图13是在光学装置的摄像光学系统中采用可变形镜409的结构，例如，用于便携式电话的数字摄像机，被膜内窥镜，电子内窥镜，个人计算机用数码相机，PDA用数码相机等的摄像光学系统中采用的可变形镜时的简略结构图。
本例的摄像光学系统，用可变形镜409，透镜902，固体摄像元件408，控制系统103构成一个摄像单元104，即，一个光学装置。在本例的摄像单元104中，来自于物体通过透镜902的光，在被可变形镜409的薄膜(反射面)409a反射时，被聚光，成像在固体摄像元件408上。可变形镜409是光学特性可变的光学元件的一种，也称之为可变焦点镜。
根据本例，即使物体的距离变化，通过使可变形镜409的反射面409a变形，也可以对焦点，不必用马达等驱动透镜902，在小型化，轻量化，耗电量低等方面十分优异。此外，摄像单元104，作为本发明的摄像光学系统，可以用于所有的实施例。此外，通过利用多个可变形镜409，可以制成变焦摄像光学系统，可变放大率摄像光学系统等各种光学系统。
此外，在图13中，表示了在控制系统103中包括采用线圈的变压器的升压回路的控制系统的结构例。特别是，当利用叠层型压电变压器时，可以小型化。升压回路可以用于本发明中全部利用电的可变形镜、可变焦点透镜，特别是，对于利用静电力、压电效应时的可变形镜，可变焦点透镜非常有用。
(可变形镜的例8)图14是可变形镜进一步的另外一个例子的简略结构图。该图14表示，用微型泵180使管路161a中的流体161进出，使架设在支持台189a的上表面上的作为反射膜189的表面的镜面变形的可变形镜188的结构。根据本例，具有可以使镜面进行大的变形的优点。此外，在支持台189a和连接微型泵180的管路之间设置液体储存槽168，以便可以向前述支持台189a的内部供应规定量的流体161。
微型泵180，例如为利用微型机械加工技术制作的小型泵，利用电力驱动。
作为利用微型机械加工技术制作的泵的例子，有利用热变形型的，利用压电材料型的，以及利用静电力型的。
图15是前述微型泵180的简略结构图。在微型泵180中，使液体16出入的振动板181，借助静电力，压电效应等的电力产生振动。在图15中，表示利用静电力振动的例子，图15中，182、183是电极。此外，虚线表示变形时的振动板181。伴随着振动板181的振动，两个阀184、185的前端部184a、185a开关，将流体从右送往左。
在图14所示的可变形镜188中，通过反射膜189根据流体161的量凹凸变形，反射膜189的表面起着可变形镜的作用。可变形镜188被流体161驱动。作为流体，可以使用硅油，空气，水，胶状物等有机物、无机物。
此外，在利用静电力、压电效应的可变形镜，可变焦点透镜等中，在驱动时，有时需要高电压。在这种情况下，例如，如图13所示，可以用升压用变压器，或者压电变压器等，构成控制系统。
此外，反射用薄膜409a及反射膜189，当把固定在支持台423或支持台189a上的部分作为不变形部分设置，在用干涉计测定可变形镜的形状时，可以作为基准面使用，非常便利。
(可变静电透镜的例1)图16和18是表示适用于本发明的光学系统和光学装置的可变焦点透镜的原理的结构。该可变焦点透镜511包括具有作为第一、第二面的透镜面508a、508b的第一透镜512a，具有作为第三、第四面的透镜面509a、509b的第二透镜512b，以及在这些透镜之间、经由透明电极513a、513b设置的高分子分散液晶层514，将入射光经过第一、第二透镜512a、512b聚光。透明电极513a、513b，经由开关515连接到交流电源516上，将交流电场选择性地外加到高分子分散液晶层514上。此外，高分子分散液晶层514，由分别含有液晶分子517的球状、多面体等任意形状的大量的微小高分子盒518构成，其体积与构成高分子盒518的高分子和液晶分子517各自所占的体积之和一致。
这里，高分子盒518的大小，在所使用的光的波长为λ时，例如在球状的情况下，令其平均直径D为2nm≤D≤λ/5 …(1)即，由于液晶分子517的大小在2nm以上，所以，令平均直径D的下限值为2nm以上。此外，D的上限值，也依赖于可变焦点透镜511的光轴方向的高分子分散液晶层514的厚度t，但是，当大于λ时，由构成高分子盒518的高分子的折射率和液晶分子517的折射率之差，在高分子盒518的交界面上，光发生散射高分子分散液晶层514变成不透明的，所以，优选地，D在λ/5以下。借助采用可变焦点透镜的光学制品，也有时不要求很高的精度，这时，D可以在λ以下。此外，当厚度t越厚时，高分子分散液晶层514的透明度越差。
此外，液晶分子517，例如，采用单轴性向列液晶分子。该液晶分子517的折射率椭圆体具有图17所示的形状，nox＝noy＝no…(2)其中，no表示正常光线的折射率，nox和noy表示在包含正常光线的面内相互正交的方向的折射率。
这里，如图16所示，在开关515断开，即，在不向高分子分散液晶层514外加电场的状态下，液晶分子517向各种方向取向，所以，相对于入射光，高分子分散液晶层514的折射率高，成为折射能力强的透镜。与此相对，如图18所示，当开关515接通，向高分子分散液晶层514上外加交流电场时，液晶分子517的取向方式为，其折射率椭圆体的长轴方向与可变焦点透镜511的光轴平行，所以，折射率变低，成为折射能力弱的透镜。
此外，外加到高分子分散液晶层514上的电压，例如，如图19所示，可以利用可变电阻器519分阶段的或连续的变化。这样，随着外加电压的增高，液晶分子517以其椭圆长轴逐渐地与可变焦点透镜511的光轴平行地取向，所以，其折射能力可以阶梯式的或连续的变化。
这里，图16所示的状态，即，不向高分子分散液晶层514上外加电场的状态下，液晶分子517的平均折射率nLC’，如图17所示，当令折射率椭圆体的长轴方向的折射率为nZ时，基本上成为(nox+noy+nz)/3≡nLC’ …(3)此外，当上述(2)式成立时的液晶分子517的平均折射率nLC，当nz表示异常光线的折射率ne时，有(2no+ne)/3≡nLC…(4)这时，高分子分散液晶层514的折射率nA，当令构成高分子盒518的高分子的折射率为nP，液晶分子517的体积占据的高分子分散液晶层514体积的比例为ff时，根据麦克斯威·加尼特法则，有nA＝ff·nLC’+(1-ff)nP…(5)从而，如图16、19所示，当令透镜512a和512b的内侧的面、即高分子分散液晶层514一侧的面的曲率半径分别为R1和R2时，用高分子分散液晶层514形成的透镜的焦距f1为，1/f1＝(nA-1)(1/R1-1/R2) …(6)此外，R1和R2，当曲率中心位于像点侧时，为正的。此外，除去透镜512a和512b的外侧的面形成的折射。即，仅由高分子分散液晶层514形成的透镜的焦距，由(6)式给出。
此外，当正常光线的平均折射率为(n0x+noy)/2＝no’ …(7)
时，如图18所示的状态、即向高分子分散液晶层514上外加电场的状态的高分子分散液晶层514的折射率nB为nB＝ff·no’+(1-ff)nP…(8)所以，在这种情况下仅用高分子分散液晶层514形成的透镜的焦距f2，由公式(9)给出，1/f2＝(nB-1)(1/R1-1/R2) …(9)此外，在高分子分散液晶层514上，外加比图18所示的电压低的电压时的焦距，为(6)式给出的焦距f1和(9)式给出的焦距f2之间的值。
从上述(6)和(9)式，利用高分子分散液晶层514形成的透镜的焦距的变化率，由(10)式给出，|(f2-f1)/f2|＝|(nB-nA)/(nB-1)| …(10)从而，为了加大该变化率，只要加大|nB-nA|即可。这里，由于nB-nA＝ff(no’-nLC’) …(11)所以如果加大|no’-nLC’|的话，就可以加大变化率。在实际应用当中，由于高分子分散液晶层514的折射率nB为1.3～2左右，所以，如果0.01≤|no’-nLC’|≤10 …(12)的话，ff＝0.5时，可以使利用高分子分散液晶层514形成的透镜的焦距变化0.5％以上，所以，可以获得有效的可变焦点透镜。此外，|no’-nLC’|由于液晶物质的限制，不会超过10。
下面，对于上述(1)式的上限值的根据进行说明。在“Solar EnergyMaterials and Solar cells”31卷，Wilson and Eck，1993，Eleevier ScincePublishers B.v.发行的第197～214页，“Transmission variation usingscattering/transparent switching films”中，指出了在使高分子分散液晶的大小变化时，透过率τ的变化。同时，在该文献的第206页，图6中，令高分子分散液晶的半径为r，t＝300μm，ff＝0.5，nP＝1.45，nLC＝1.585，λ＝500nm时，透过率τ，其理论值，当r＝5nm(D＝λ/50、D·t＝λ·6μm(其中D和λ的单位为nm，以下相同))时， r＝25nm时(D＝λ/10)时， 这里，例如，当推断t＝150μm的情况时，假定透过率τ以t的指数函数变化，当推断t＝150μm的情况时的透过率τ时，当r＝25nm(D＝λ/10，D·t＝λ·15μm)时， 此外，t＝75μm时，同样地，当r＝25nm(D＝λ/10，D·t＝λ·7.5μm)时， 由这些结果，如果D·t≤λ·15μm …(13)的话，τ在70％～80％以上，作为透镜是十分实用的。所以，例如，t＝75μm时，由于D≤λ/5，就能够得到充分的透过率。
从而，高分子分散液晶层514的透过率，nP值越接近nLC’的值越好。另一方面，当nP与no’成为不同的值时，高分子分散液晶层514的透过率变差。在图16和图18的状态，平均的，高分子分散液晶层514的透过率良好，可以满足nP＝(no’+nLC’)/2 …(14)这里，由于是在第一透镜512a和第二透镜512b之间具有用高分子分散液晶层514形成的透镜的可变焦点透镜511，作为透镜使用，在图16的状态和图18的状态，透过率基本相同，并且透过率高的比较好。因此，构成高分子盒518的高分子材料及液晶分子517的材料有一定的限制，在实际应用当中，当no’≤nP≤nLC’ …(15)即可。
如果满足上述(14)式的话，上述(13)式进一步缓和，只要D·t≤λ·60μm …(16)即可。这是因为，根据菲涅尔反射法则，反射率与折射率之差的平方成比例，所以，在构成高分子盒518的高分子与液晶分子51的界面上的光的反射，即，高分子分散液晶层514的透过率的减少，基本上和上述高分子与液晶分子517的折射率之差的平方成比例的缘故。
上面所述是 时的情况，当更一般地公式化时，可以使D·t≤λ·15μm·(1.585-1.45)2/(nu-nP)2…(17)其中，(nu-nP)2是(nLC’-nP)2和(no’-nP)2中大的一个。
此外，为了增大用高分子分散液晶层514形成的透镜的焦距变化，ff值大时比较好，由于在ff＝1时，高分子的体积为零，不能形成高分子盒518，所以，令0.1≤ff≤0.999 …(18)另一方面，由于ff越小τ越提高，所以上述公式(17)优选地为4×10-6[μm]2≤D·t≤λ·45μm·(1.585-1.45)2/(nu-nP)2…(19)此外，t的下限值，如可以从图16中看出的，在t＝D时，由于如上所述，D在2nm以上，所以，D·t的下限值，成为(2×10-3μm)2，即，4×10-6[μm]2。
此外，用折射率表示物质光学特性近似成立时，如“岩波科学ライブラリ-8小惑星がやている”向井正著，1994，岩波书店发行的第58页所述，是D较大，在10nm～5nm时的情况。此外，当D超过500λ时，光的散射成为几何学的，构成高分子盒518的高分子和液晶分子517的界面处的光散射，根据菲涅尔的反射公式增大，所以，在实际应用当中，D为7nm≤D≤500λ…(20)图20是表示利用图19所示的可变焦点透镜511的数码相机用的摄像光学系统的结构的图示。在该摄像光学系统中，经由光圈521，可变焦点透镜511和透镜522，将物体(图中未示出)的像成像在例如由CCD构成的固体摄像元件523上。此外，在图20中，省略了液晶分子的图示。
根据这种摄像光学系统，利用可变电阻器519调整外加到可变焦点透镜511的高分子分散液晶层514上的交流电压，通过改变可变焦点透镜511的焦距，不必将可变焦点透镜511和透镜522沿光轴方向移动，例如，可以相对于从无限远到600mm处的物体的距离，可以连续的对焦。
(可变焦点衍射光学元件的例1)图21是表示作为光学特性可变光学元件的可变焦点衍射光学元件的一个例子的结构的图示。
该可变焦点衍射光学元件531，包括具有平行的第一、第二面的532a、532b的第一透明基板532，具有形成槽的深度为光的波长数量级的截面为锯齿波形状的环形衍射光栅的第三面533a和平坦的第四面533b的第二透明基板533，使入射光经过第一、第二透明基板532、533出射。在第一、第二透明基板532、533之间，和图16中说明的一样，经由透明电极513a、513b设置高分子分散液晶层514，将透明电极513a、513b经由开关515连接到交流电源516上，将交流电压外加到高分子分散液晶层514上。
在这种结构中，当令第三面533a的光栅的间距为p，m为整数时，使入射到可变焦点衍射光学元件531上的光线以满足(21)式的只偏转角度θ出射，psinθ＝mλ …(21)此外，令槽深为h，透明基板533的折射率为n33，k为整数，如果满足，h(nA-n33)＝mλ …(22)h(nB-n33)＝kλ …(23)的话，在波长λ，衍射效率为100％，可以防止发生光斑。nA为不将交流电压外加到高分子分散液晶层514上时的状态时的折射率。另外，nB为将交流电压外加到高分子分散液晶层514上时的状态的折射率。
这里，当求出上述公式(22)和(23)两边的差时，得到h(nA-nB)＝(m-k)λ …(24)从而，例如，当λ＝500nm，nA＝1.55，nB＝1.5时，成为0.05h＝(m-k)·500nm，当m＝1，k＝0时，h＝10000nm＝10μm。
在这种情况下，透明基板533的折射率n33，从上述公式(22)，可以是n33＝1.5。此外，在可变焦点衍射光学元件531的周边部的光栅间距p为10μm时， ，可以获得F数为10的透镜。
这种可变焦点衍射光学元件531，由于通过向高分子分散液晶层514外加的电压的接通和断开改变光路的长度，例如，配置在透镜系统的光束不平行的部分，可以用于进行焦点的调整，或者用于改变透镜系统整体的焦距。
此外，在该实施形式中，上述(22)～(24)式，在实际应用中，满足以下各公式即可0.7mλ≤h(nA-n33)≤1.4mλ…(25)0.7kλ≤h(nB-n33)≤1.4kλ…(26)0.7(m-k)λ≤h(nA-nB)≤1.4(m-k)λ…(27)(可变焦点透镜的例2)此外，也有利用螺旋状向列液晶的可变焦点透镜。图22及图23表示这种情况的可变焦点眼镜550的结构，是眼镜550的侧面剖视图。可变焦点透镜551，包括透镜552和553，分别经由透明电极513a、513b在这些透镜的内表面上设置的取向膜539a、539b，以及设置在这些取向膜之间的螺旋状向列液晶层554。将所述透明电极513a、513b经过可变电阻器519连接到交流电源516上，将交流电压外加到螺旋状向列液晶层554上。
在这种结构中，当外加到螺旋状液晶层554上的电压增高时，液晶分子555成为图23所示的轴向极面垂直均匀取向，与图22所示的外加电压低的螺旋状状态的情况相比，螺旋状液晶层554的折射率变小，焦距变长。
这里，图22所示的处于螺旋状状态的液晶分子555的螺距P，和光的波长λ相比，有必要基本上相同或是充分小，例如为2nm≤P≤2λ/3 …(28)此外，该条件的下限值，由液晶分子555的大小决定，上限值，在入射光为自然光的情况下，在图22的状态，为螺旋状液晶层554作为各向同性媒质动作所必须的数值。当不满足该上限值的条件时，可变焦点透镜551成为由偏振光方向而焦距不同的透镜，因此，只能形成双重像。
(可变偏转角的棱镜的例1)图24(a)是表示作为光学特性可变的光学元件的可变偏转角棱镜的结构图示。该可变偏转角棱镜561，包括具有第一、第二面的562a、562b的入射一侧的第一透明基板562，具有第三、第四面563a、563b的出射一侧的平行平板状的第二透明基板563。入射侧透明基板562的内表面(第二面)562b，形成菲涅尔状，在该透明基板562和出射侧的透明基板563之间，与图16中说明的一样，经由透明电极513a、513b设置高分子分散液晶层514。透明电极513a、513b，经由可变电阻器519连接到交流电源516上，借此，将交流电压外加到高分子分散液晶层514上，控制透过可变偏转角棱镜561的光的偏转角θ。借此，控制透过的光的偏转方向。此外，在图24(a)中，将基板562的内表面562b形成菲涅尔状，但也可以如图24(b)所示，形成具有使透明基板562和563的内表面相互倾斜的倾斜面的通常的棱镜的形状，或者，也可以形成如图21所示的衍射光栅的形状。在形成衍射光栅状的情况下，上述公式(21)～(27)同样适用。
这种结构的可变偏转角棱镜561，例如，可以有效地作为电视摄像机，数码相机，胶片照相机，双筒望远镜等的防止模糊用光学系统。在这种情况下，可变偏转角棱镜561的折射方向(偏转方向)，最好是上下方向。进而，为了提高其性能，利用两个如图24(a)所示的可变偏转角棱镜561，令它们的偏转方向不同，例如，如图25所示，最好是以在与上下和左右垂直的方向上改变折射角的方式进行配置。此外，在图24和图25中，省略了液晶分子的图示。
(可变焦点透镜的例3)图26表示在光学系统中，作为可变焦点镜使用可变焦点透镜的例子。该可变焦点镜565包括具有第一、第二面566a、566b的第一透明基板566，具有第三、第四面567a、567b的第二透明基板567。第一透明基板566形成平板状或透镜状，在内表面(第二面)566b上设置透明电极513a，第二透明基板567，将内表面(第三面)567a形成凹面状，在该凹面上加上反射膜568，进而，在该反射膜568上设置透明电极513b。在透明电极513a、513b之间，和图16中说明的一样，设置高分子分散液晶层514，将这些透电极513a、513b经由开关515和可变电阻器519连接到交流电源516上，将交流电压外加到高分子分散液晶层514上。此外，在图26中，省略了液晶的图示。
根据这种结构，从透明基板566侧入射的光线，其光路成为利用反射膜(反射面)568折回到高分子分散液晶层514，所以，可以使高分子分散液晶层514作用两次，同时，通过改变加到高分子分散液晶层514上的外加电压，可以改变反射光的焦点位置。在这种情况下，由于入射到可变焦点镜565上的光线，两次透过高分子分散液晶层514，所以，如果令高分子分散液晶层514的厚度的2倍为t的话，同样可以利用上述各公式。此外，将透明基板566或567的内表面制成图21所示的衍射光栅状，可以将高分子分散液晶层514的厚度减薄。这样，有可以减少散射光的优点。
此外，在上面的说明中，为了防止液晶的恶化，作为电源利用交流电源516，在液晶层上外加交流电压，但利用直流电源向液晶层上外加直流电压也可以。此外，作为改变液晶分子的方向的方法，除使电压变化之外，也可以是加在液晶层上的电场的频率变化，加在液晶层上的磁场的强度、频率变化，或者液晶层的温度变化。在上面的说明中，由于高分子分散液晶层不是液态状的，而是接近固体状的，所以，在这种情况下，图16中所示的透镜512a、512b中之一，图21中所示的透明基板532、透明基板533、图40中所示的透镜552、553中之一，图24(a)所示的透明基板563、图24(b)所示的透明基板562、563中之一，图26中所示的透明基板566、567中之一，也可以不存在。
如上面图16至图26中所述，通过形成高分子分散液晶层的媒质的折射率的变化，光学元件的焦距等变化型的光学元件的优点是，由于形状不发生变化，所以机械设计容易，机械结构简单等。
(可变焦点透镜的例4)图27是在本发明的光学装置的摄像光学系统中，采用可变焦点透镜140的摄像单元141的简略结构图。摄像单元141可以作为本发明的摄像光学系统使用。
在本例中，用透镜102和可变焦点透镜140构成摄像透镜。同时，用该摄像透镜和固体摄像元件408构成摄像单元141。可变焦点透镜140由以下部分构成平板状的透明构件142，夹持一对透明电极145a、145b之间的具有压电性能的合成树脂等柔性的透明物质143，夹持在前述透明构件142与透明电极145b之间的透过光的流体或胶状物质144。
作为流体或胶状物质144，可以使用硅油，特性橡胶，凝胶，水等。通过经由回路103向夹持透明物质143的透明电极145a和145b上加电压，利用透明物质143的压电效应，透明物质143变形，可变焦点透镜140的焦距发生变化。此外，在回路103内，备有电源，可变电阻器，开关等。当前述透明物质143变形时，为了使流体或胶体状物质144跟着变形，经由缸体146向流体或胶体状物质144上施加压力。
从而，根据本例，即使物体距离变化时，也不必用马达等驱动摄像光学系统就可以聚焦，具有小型，轻量，耗电少等优点。
此外，在图27中，145a、145b是透明电极，146是储存流体或胶体状物质144的缸体。此外，作为透明物质143的材料，使用聚氨酯，有机硅橡胶，丙烯酸弹性体，PZT，PLZT，聚氟乙烯(PVDF)等高分子压电体，亚乙烯基二氰共聚物，二氟乙烯和三孵氟代乙烯共聚物等。
当使用具有压电性的有机材料，具有压电性的合成树脂，具有压电性的弹性体等材料时，也可以实现可变焦点透镜140的透镜面大的变形。对于可变焦点透镜140的透明物质143，可以使用透明的压电材料。
此外，在图27的例子中，可变焦点透镜140代替设置缸体146，如图28所示，也可以采用设置支援构件147，以及在外周侧将流体或胶体物质144密闭用的可变形构件148，省略缸体146的结构。
支援构件147由相对于透明构件142设置一定的间隔固定的轮带状构件构成。在该支援构件147和透明构件142之间，具有用透明构件142和电极145b及前述构件148密闭的前述物质144，该物质144追随一对透明电极145a、145b之间的透明物质143的变形进行变形。透明物质143的周边部分是密闭的。根据本例，通过经由透明电极145a、145b向透明物质143上加电压，即使透明物质143变形，如图29所示，为了使可变形构件148能够以流体或胶体状物质144的总体积不变的方式变形，所以，不需要缸体146。此外，在图28、29中，148是可变形构件，可以用弹性体，手风琴状的合成树脂或者金属等构成。
在图27、图28所示的例子中，由于当反向地外加电压时，透明物质143反向变形，所以，也可以形成凹透镜。
在图27、图28所示的例子中，在透明物质上使用电致伸缩材料，例如丙烯酸弹性体、有机硅橡胶等时，可以将透明物质143制成透明基板和电致伸缩材料粘贴的结构。
(可变焦点透镜的例5)图30是有关可变焦点透镜的进一步的另外一个例子的、利用微型泵160使流体161出入，使透镜面变形的可变焦点透镜167的简略结构图。
微型泵160，例如是用微型机械加工技术制作的小型泵，用电力进行驱动。流体161被夹持在透明基板163和透明的弹性体164之间。该弹性体164由流体161构成变形的面。图30中，165是保护弹性体164用的透明基板，不一定必须设置。
作为用微型机械加工技术制作的泵，有利用热变形的泵，使用压电材料的泵，以及利用静电力的泵等。
同时，对于图15中的微型泵180，例如，也可以像用于图30中所示的可变焦点透镜的微型泵160那样，采用两个。
在这种结构中，当通过微型泵160的驱动，让流体161流动，使弹性体164变形时，对于通过透明基板163和流体161及弹性体164的光，通过透镜面的形状发生变化，可以改变焦点的位置。
此外，在使用静电力、压电效应的可变焦点透镜等中，有的情况下，需要高的驱动电压。在这种情况下，可以用升压变压器，或者压电变压器等构成控制系统。特别是，当采用叠层压电变压器的话，可以小型化。
(可变焦点透镜的例6)图31是光学特性可变焦点透镜的另外一个例子，是代替图30的弹性体164，采用压电材料200的可变焦点透镜201的简略结构图。在该例中，流体161被密封在透明基板163和透明电极59a之间。
对于压电材料200采用和透明物质143相同的材料，压电材料200设置在透明柔性的基板202上。此外，对于基板202，优选地使用合成树脂，有机材料。
在本例中，通过经由两个透明电极59a、59b将电压加在压电材料200上，压电材料变形，在图31中，起着凸透镜的作用。
此外，预先将基板202的形状形成凸状，并且，在两个透明电极59a、59b中，至少其中一个电极的大小与基板202的大小不同，例如，当一个透明电极59b小于基板202时，当切断电压时，如图32所示，只有两个透明电极59a、59b对向的规定部分变形成凹形，具有凹透镜的作用，作为可变焦点透镜动作。
由于这时的基板202以流体161的体积不变的方式变形，所以，具有无需液体存储容器的优点。
在本例中，用压电材料使保持流体161的基板202的一部分变形，所以无需液体储存容器有很大的好处。
此外，对于图30的例子也可以说，透明基板163、165可以作为透镜构成，或者，也可以用平面构成。
(可变焦点透镜的例7)图33是光学特性可变焦点透镜的进一步的另外一个例子，是代替图32的压电材料200，采用由压电材料构成的两个薄板200A、200B的可变焦点透镜的简略结构图。
本例的可变焦点透镜，通过使薄板200A和200B的压电材料的方向性反转，具有加大变形量，获得大的可变焦点范围的优点。
此外，图33中，204为透镜形的透明基板，161是流体。
即使在本例中，纸面右侧的透明电极50b也小于基板202。
此外，在图31～图33的例子中，也可以使基板202，压电材料200，薄板200A、200B的厚度不均匀，控制外加电压时的变形的形状。
这样，也可以进行透镜像差的修正等，十分方便。
(可变焦点透镜的例8)图34是表示可变焦点透镜的进一步的另外一个例子的简略结构图。
本例的可变焦点透镜207，由在一对透明电极59a、59b之间，采用例如有机硅橡胶和丙烯酸弹性体等电致伸缩材料206构成。
根据本例的结构，当电压低时，如图34所示，中央部分隆起，起着凸透镜的作用，当提高电压时，如图35所示，电致伸缩材料206沿上下方向伸长，沿左右方向收缩，所以，焦距伸长。从而，起着可变焦点透镜的作用。
根据本例的可变焦点透镜，由于无需大的电源，所以有耗电少的优点。
上面所述的从图27至图35的可变焦点透镜的共同点是，通过起着透镜作用的媒质的形状发生变化，实现可变焦点。与变化折射率的可变焦点透镜相比，具有可以自由选择焦距的变化范围，自由选择大小等优点。
(可变焦点透镜的例9)图36是光学特性可变焦点透镜的进一步的另外一个例子，是利用光机械效应的可变焦点透镜的简略结构图。
本例的可变焦点透镜214，用透明弹性体208、209夹持偶氮苯210，光经由透明垫圈211照射到偶氮苯210上形成。
图36中，212、213分别是中心波长为λ1，λ2的例如LED、半导体激光等光源。
在本例中，当中心波长为λ1的光照射到图37(a)所示的反式偶氮苯上时，偶氮苯210变化成如图37(b)所示的顺式，体积减少。因此，可变焦点透镜214的形状变薄，减少凸透镜的作用。
另一方面，当中心波长为λ2的光照射到顺式偶氮苯210上时，偶氮苯210从顺式变化为反式，体积增加。因此，可变焦点透镜214的的形状变厚，增加凸透镜的作用。
这样，本例的光学元件214起着可变焦点透镜的作用。
此外，在可变焦点透镜214中，由于光在透明弹性体208、209与空气的界面处全反射，光不会泄漏到外部，所以效率高。此外，作为透镜利用的光的波长，不限于可见光，红外线等也可以。此外，作为偶氮苯210，也可以是偶氮苯和其它液体的混合物。
(可变形镜的例9)图38是表示可变形镜的另一个例子的简略结构图。在本例中，对于用于数码相机的情况进行了说明。此外，图38中，411是可变电阻器，414是运算装置，415是温度传感器，416是湿度传感器，417是距离传感器，424是振动传感器。
本例的可变形镜45，设置与丙烯酸弹性体等有机材料构成的电致伸缩材料453隔开间隔的分割成多个的分割电极409b，在电致伸缩材料453上依次设置电极452，可变形基板451，进而，在其上设置将入射光反射的由铝等金属构成的反射膜450。从而，可变形镜45的变形层成为四层结构。
当制成这种结构时，与将分割电极409b与电致伸缩材料453一体化的情况相比，反射膜(反射面)450的表面形状变得顺滑，具有在光学上不容易产生像差的优点。
此外，可变形的基板451和电极452的配置也可以反过来。
此外，图38中，449进行是改变光学系统的放大率、或者进行变焦的钮，可变形镜45，当使用者通过按压钮449使反射膜450变形时，可以控制改变放大率或者控制通过运算装置414进行变焦。
此外，也可以代替丙烯酸弹性体等有机材料构成的电致伸缩材料，使用已经描述过的钛酸钡等压电材料。
此外，可以说是对于上面所说明的各可变形镜是共同的，从垂直于反射面的方向观察时所看到的反射面的变形部分的形状，在轴上光线的入射面的方向上，是长的形状，例如，可以是椭圆，卵形，多角形等。因为，如图13的例子那样，可变形镜，在大多数情况下，用于光线斜入射的状态。为抑制这时发生的像差，反射面的形状可以是近于旋转椭圆面，旋转抛物面，旋转双曲面的形状。为了使可变形镜的反射面变形成这种形状，从垂直于反射面的方向观察反射面的变形部分时，在轴上光线的入射面方向上制成长的形状即可。
在本发明中，光轴由通过物体面的中心和亮度光圈的中心或出射光瞳的光线的通路定义。
在没有亮度光圈或出射光瞳的光学系统的情况下，光轴由从物体面的中心出发垂直于物体面的光线的通路定义。
从而，光轴一般地和形状可变的镜(下面简单地称之为可变镜)的发生面的变形一起变化，但在大多数情况下，其变化是微小的。此外，在说明本发明的下面的实施例1～10的附图中，图示在XYZ方向的相互正交的三个轴进行说明。
同时，除实施例4、5之外，在其它实施例(实施例1～3，以及6～10)中，Z轴与光轴基本上一致。
从而，在本发明的各实施例的说明中出现的C，h，φ，Δ等记号，除实施例4、5之外的其它实施例(实施例1～3，以及6～10)中，以Z轴为基准测定，以光轴作为基准进行测定，基本上取同一个值。
(本发明的光学系统的说明)
图39是把本发明的光学系统用于摄像光学系统中图示的一个例子，表示的是用于数码相机的摄像装置601的光学系统614的Y-Z剖面图，该光学系统在物体距离光学系统无限大(∞)时的光轴613上采用可变镜409。该例对应于后面所述的实施例1。亮度光圈602配置在前述光学系统614的光轴613上离开可变镜409的反射面409m的距离为Sm的位置处。该距离Sm是用空气换算长度测得的。此外，在图39中，反射面409m与光轴613的交叉点用o表示。因此，距离Sm是沿光轴测得的可变镜409的反射面与亮度光圈602的距离。反射面409m对应于前述薄膜409a、反射膜568、反射膜450。图中省略了控制反射面409m的形状的控制机构。
在前述光学系统614的光轴613上，可变镜409的物体侧，配置凹透镜603和凹透镜604，在亮度光圈602的后方，配置凸透镜605，凸透镜606，凹透镜608，凸透镜607。前述凹透镜603和凹透镜604构成具有负的折射能力的前组透镜(前侧透镜组)。此外，亮度光圈602后方的透镜组，构成具有正的折射能力的后透镜组(后侧透镜组)。
在其后方，配置低通滤光片609、红外截止滤光片610、玻璃罩611。进而，在其后方，配置固体摄像元件408，此时，固体摄像元件408的摄像面612相对于预定的面倾斜20′地配置。下面用C表示该倾斜角。该预定的面是与物体距离为∞时的光轴613(即Z轴)垂直的面。
上面所述的透镜系统的部分，作为一个整体，构成负焦距型透镜。可变镜409的反射面409m的形状，被控制成当物体距离为∞时为平面，随着距离变近，变成强凹面的自由曲面。对于这种反射面409m的控制，可以利用已描述过的可变镜409的各个膜409a，189，568，450的控制加以实施。
从而，在该光学系统614中，相对于光学系统614，当物体距离为∞时，即使光轴613被可变镜409弯曲，也以通过透镜603、604、605、606、608、607的各透镜的光轴的方式配置。即，可变镜409的反射面409m为平面时，在光学上，摄像装置601的光学系统614成为无偏心的系统。
可变镜409的反射面409m为凹面的场合，光学系统614成为偏心系统。
可变镜409的位置靠近亮度光圈602比较好。这是因为，当可变镜409的反射面409m不是平面时，光束的像面弯曲(Y-Z平面内的光束的像面弯曲)和弧矢光束的像面弯曲(垂直于纸面方向的光束的像面弯曲)之差的像位置引起的变化被抑制得很小。即，由像的位置引起变化的子午光束像面和弧矢光束像面的变化量被抑制得很小。
使该亮度光圈602的位置靠近可变镜409的所得到的良好效果，不局限于图39所示的例子，在采用自由曲面的光学系统、偏心光学系统等也可以获得。
同时，使该亮度光圈的位置靠近可变镜409的良好效果，当令向可变镜409的光轴613的入射角为φ时，φ越大这种效果越好。如果39°≤φ≤60° …(599)这种效果特别大。φ是物体距离无限远(∞)时向可变镜409的光轴的入射角。
当φ超过该公式(599)的上限60°时，由于斜入射产生的像差变大，不是很理想。此外，当低于下限的39°时，由于同样的原因，不是很理想。如果39°≤φ≤55°，进而39°≤φ≤50° …(600)时，可以获得更高性能的光学系统。
由于上述原因，本发明的光学系统，当令除可变镜409时的光学系统614的焦距为f时，最好是满足
0≤|Sm/f|≤10 …(601)Sm是沿光轴测得的可变镜的反射面与亮度光圈的空气换算长度的距离，f是除可变镜之外的光学系统的焦距。
当超过公式(601)的上限10时，像面弯曲增大，成像性能下降。进而，在高精细的摄像装置中，最好是满足0≤|Sm/f|≤5 …(602)进而，在要求高性能时，最好是满足0≤|Sm/f|≤3 …(603)此外，全开状态的亮度光圈602的位置如上所述。在开口小的状态的亮度光圈602的位置，不一定需要满足公式(601)至公式(603)。即，也可以使开口变化的光圈与全开状态的光圈处于不同的位置。例如，可以是凸透镜605和凸透镜606之间的空间。下面，将亮度光圈简单地称之为光圈。
这样做的原因是，将开口变化的光圈置于满足公式(601)至(603)的位置，在机械设计时，有时有困难。这时，也可以置于别的部位。
在利用光圈缩小开口的场合，由于像差全部都很好，成像性能提高，所以，即使光圈的位置不满足公式(601)至(603)也没有问题。
在利用如图40所示的开口不连续变化的光圈602’的情况下，当配置在前述全开状态的光圈602的后方的凸透镜和低通滤光片609之间的任何一个空间内时，上述优点很大。该光圈602’的各开口，可以滑动地在光路中插拔，改变F数。
下面，对于作为本发明的一个特征的、将摄像面612相对于垂直于Z轴的面倾斜一个倾斜角C的优点进行描述。
由于当反射面409m变形成最强的凹面时，光学系统614成为偏心光学系统，所以，成像面相对于垂直于Z轴的面倾斜一个角度B。即，光学系统614的成像面随着可变镜409的反射面409m的变形而移动。从而，如果为了使摄像面612与光学系统614的成像面吻合而倾斜角度B的话，分辨能力最好。但是，这样反射面409m为平面时的分辨能力下降。因此，最好是使摄像面612相对于垂直于Z轴的面倾斜约B/2的角度。用公式表示的话，满足|B|/4＜|C|＜3|B|/4 …(604)并且，B·C＞0…(605)即可。
C是相对于垂直于Z轴的面倾斜的摄像元件的摄像面的倾斜角。此外，B是相对于垂直于Z轴的面倾斜的光学系统的成像面的倾斜角。
在实用上，物体距离的重要度因每个制品而异，所以，满足0＜|C|＜|B|…(606)且B·C＞0…(605)即可。
此外，上面描述了反射面409m的形状从平面变化成凹面的例子，但并不局限于此。一般地，伴随着可变镜的反射面的变化，成像面的倾斜最大为BM、最小为Bm的话，与公式(606)相对应地，可以以满足Bm＜C＜BM…(607)的方式选择C。
同样地，对应于公式(604)，满足(BM+3Bm)/4＜C＜(3BM+Bm)/4 …(608)即可。
成像面的倾斜包含三维的偏心(即，具有倾斜角、方位角两者自由度的倾斜)，上述公式(604)～公式(608)也适合于这种情况。
总而言之，如果摄像面置于在伴随着可变镜的反射面的变形产生的成像面的变化的范围内即可。摄像面的配置可以是固定的，也可以是与可变镜的反射面的变形一起变化的。这种考虑并不局限于摄像装置，也适合于显示装置，观察装置，其实施例后面描述。
此外，并不局限于可变镜，也适用于利用可变焦点透镜等光学特性可变元件的光学装置。
另一方面，当令光学系统的F数为FNO、具有摄像面612的摄像元件408的一个象素的大小为Px(X方向)、Py(Y方向)时，一侧的焦点深度(景深)Df由下式给出Df＝k·(Px·Py)·FNO…(609)这里，k为比例常数，通常为1.5～4左右。
这里，在光轴613的成像位置配置摄像元件。此时，将摄像元件配置成摄像面612相对于光轴613倾斜。这样，成像面和摄像面612之间产生偏移。设Z方向摄像面612的最大偏移量为ΔM。此时，ΔM用下式表示ΔM＝|h·tanC| …(610)这里，h为从光轴613到预定位置的距离。该预定的位置是摄像面612的倾斜产生的偏移为最大时的位置。
当ΔM与Df相比过小时，没有倾斜摄像面的效果。这里，为了通过倾斜摄像面612，提高解像力，满足|ΔM|≥Df/20…(611)即可。
为了使其更加有效，可以使之满足|ΔM|≥Df/10…(612)公式(611)或者(612)的考虑方法也可以适用于后面所述的显示系统。此外，并不局限于具有旋转对称透镜面的透镜系统和可变镜的组合，也可以适合于利用自由曲面和可变镜的光学系统。
图41是表示安装有图39的光学系统的数码相机617的例子的结构的图示。图中，标号618是闪光灯，619表示取景器。图41是从被照体侧(物体侧)观察数码相机时看到的图示。
如从图41中可以看出，由于光学系统614横向长，所以在安装在数码相机617时，如图41所示，沿数码相机617的长度方向配置。
由于数码相机，VTR摄像机，电视摄像机等摄像装置，通常为长方体，所以，光轴613向可变镜409的入射角φ，即，由可变镜409产生的光轴613(图39)的弯曲角2φ最好大致为90°。
在实用中，如果39°≤φ≤55°…(613)的话，不妨碍摄像装置的设计，可以将光学系统纳入到摄像装置中。
在进一步要求紧凑形状的摄像装置中，最好是满足39°≤φ≤50° …(614)进而，为了易于组装、加工，最好是满足42°≤φ≤48° …(615)如图39的例子所述，将固体摄像元件408的摄像面612的摄像区域的长度方向，与光轴上的光线向可变镜409的入射面基本上平行的光轴的弯曲的方式称之为长边弯曲。与此相对地，将摄像区域旋转约90°的光轴的弯曲，称之为短边弯曲。后面图46的实施例2是它的一个例子。
在长边弯曲的场合，为了将摄像范围横向长，所以，优选地，如图41所示，将弯曲后的光轴配置在照相机的横的方向。
反之，在短边弯曲的场合，为了将摄像范围横向长，优选地将弯曲后的光轴配置在照相机的纵向方向。
在任何一种配置中，优选地，闪光灯618位于从正面观察看透镜603的前面位置的上方。这是因为，在拍摄人物时，不容易出现闪光灯的影子。
这里，所谓照相机，指的是，胶片照相机，数码相机，电视摄像机，手机电话的摄像装置等。
以图39的例子进行说明，摄像装置的厚度由下面的距离M1决定。该M1是从可变镜409的反射面409m的中心“o”到凹透镜603的第一面的中心的距离。该距离用空气换算长度测定。凹透镜603的第一面的中心是透镜的入射侧第一面与光轴的交点。摄像装置例如是数码相机617。从而，M1的值小时较好，但M1的值过分小时，前透镜组(凹透镜603和凹透镜604)会碰到可变镜409。因此，需要满足0.5＜M1/f＜5…(616)f是除可变镜409之外的光学系统的焦距。此外，M1是可变镜409的反射面409m的中心“o”到凹透镜603的第一面的中心的距离(用空气换算长度测定)。
进而，在要求紧凑的情况下，满足0.5＜M1/f＜3…(617)即可。此外，对于图39所示的(M1)，有必要考虑透镜603、604的折射率及厚度等，进行空气换算。
图42是表示将本发明的光学系统用于观察光学系统的一个例子，是从横的方向观察将可变镜409用于取景器系统中的数码相机617时的图示。该例子的数码相机617，备有利用由自由曲面棱镜624和可变镜409构成的放大光学系统626观察液晶显示器等的显示元件623的取景器。利用可变镜409进行焦度的调整。显示元件623的显示面625，相对于与焦度-1屈光度时的光轴613垂直的面倾斜一个角度C。即，倾斜角为C。
现考虑当对放大光学系统626从眼睛侧反向进行光线追迹时的情况，当可变镜409的反射面变形时，如图43所示，放大光学系统626的成像面在面627至面628之间变化。
因此，如果将显示元件623的显示面625的位置选择在面627与面628之间的大致中间的位置时，可以获得能够很好地观察到显示面625的任何一个部分的画面的取景器。
公式(604)～公式(608)及其内容同样也适用于图42的取景器。在这种情况下，如果用显示元件623的一个象素(在R、G、B三色的情况下，将各色的每一个共计三色看成一个象素)的尺寸置换Px、Py的话，公式(611)、公式(612)也同样适用。
在图39中，已经描述过，使摄像面612倾斜一个角度C，可以补偿由于可变镜409的反射面409m的变形产生的成像面的变化引起的成像性能的变化。
但是，成像面的补偿方法不仅是摄像面612的倾斜，也可以是其它方法。为了进行基本上相同的补偿，在图39的光学系统的例子中，也可以将由凹透镜603和604构成的前透镜组相对于物体距离∞时的光轴，向左，即向-Z方向(图45的坐标系中的-Y方向)偏心0.025mm。这样，由于成像面向抵消可变镜409的变形的方向倾斜，所以，可以获得平均地具有良好分辨能力的光学系统。
或者，为了进行基本上相同的补偿，在图39的光学系统614中，也可以使后面所述的实施例1的数值数据的13面(即，将凹透镜603的物体侧作为1面，依次数各个面时所达到的凸透镜607的右侧的光学面)沿顺时针方向旋转4.5′。在这种情况下，旋转中心是凸透镜607的右侧的光学面与物体距离为∞时的光轴613的交点。这样，可以缓和随着可变镜409的反射面409m的变形引起的成像面的倾斜度的变化，即，可以缓和成像面的移动。
这样，通过使由固体成像元件构成的光学元件倾斜，或者使如前组透镜这样的光学元件组或用于光学元件614中的光学元件的光学面偏心，也能够补偿可变镜409的反射面409m的变形造成的成像面的变化。
如果令光学元件或光学元件组或者光学面的倾斜及偏心产生的成像面的倾斜度为A的话，通过用-A置换公式(604)～(608)中的C，公式(604)～(608)同样成立。对于公式(611)、公式(612)，通过采用用-A置换C之后的ΔM，也同样成立。
此外，进一步通过使光学元件倾斜或者偏心，还可以补偿彗差、像差畸变等使成像性能降低的像差。
如果可变镜的反射面变形的话，与此相伴随地，除成像面倾斜之外的像差发生变化，成像性能降低。通过使光学元件适当地倾斜或者偏心，可以补偿这些像差。
上面所述的使光学元件倾斜或偏心，不仅适用于摄像光学系统，也适用于显示光学系统，观察光学系统等。
此外，摄像元件、显示元件、光学元件的倾斜(tilt)或偏心不局限于一个数值，也可以和可变镜的反射面的变形一起，使它们的倾斜量和偏心量变化。
因此，本发明的光学系统，例如可以像图44那样表示，图44表示电子摄像光学系统，在该光学系统中，使处于光圈602后方的透镜组630沿轴631移动。该轴631是相对于某一状态的光轴613倾斜(tilt)或者平移或者偏心的轴。图44所示的光学系统，也是采用本发明的光学系统的摄像光学系统及摄像光学系统的光学装置。在图44中，透镜组630也根据可变镜409的变形量而移动。由此，透镜组630相对于轴631的偏心改变。在沿着轴631使透镜组630移动时，要保持透镜组630的姿势不变地移动。这里，保持姿势不变是指，对移动前和移动后的透镜组630进行比较，构成透镜组630的各透镜的位置关系不变。此外，采用一个透镜代替透镜组630时，也应该在移动时保持该透镜的姿势不变。图44中所示的标号，与图39中的标号相对应。
从而，光学元件、显示元件、摄像元件的偏心量没有必要是固定的。在这种情况下，在可变镜的反射面处于变形的状态下，角度(倾斜角)C满足下式即可。
Bv/3＜C＜5Bv/3 …(618)这里，Bv是可变镜的反射面的变化引起的成像面的倾斜度。如果Bv＝C的话，像面的倾斜度被抵消。进而，如果满足Bv/2＜C＜2Bv/3 …(619)则更好。
此外，成像面的移动量满足公式(611)或(612)即可。在这种情况下，在公式(611)或(612)中，ΔM可以看作是成像面的移动量。
对于光学元件的倾斜度，如果用-A置换公式(618)、公式(619)中的C的话，两个公式同样成立。
此外，作为被偏心的光学元件，除透镜之外，也可以是镜子，棱镜等光学元件。此外，也可以使光学面偏心。
此外，关于上面的公式(559)，公式(600)，公式(601)～公式(603)，公式(613)～公式(617)，也适合于使用形状不变的镜代替可变镜的光学系统。
如果满足这些公式的话，可以获得与它们相应的效果，得到性能良好的光学系统。并且，对于上述之外的公式，只要没有问题，也可以适用，例如，在由于光学系统的制造时的偏差使成像面变动的情况下，也可以将摄像元件的摄像面倾斜进行调整，在这种情况下，可以将公式(604)～(612)扩展应用。如果满足上述公式中的两个以上则更好。
如果用Q表示摄像元件、显示元件、光学元件或者光学面的倾斜偏心(旋转偏心)量的话(Q的单位为°)，满足0≤|Q|＜15 …(619-2)
即可。当Q超过其上限15°时，像的暗影严重，或者产生高次偏心像差，不理想。
如果0≤|Q|＜7.5 …(619-3)的话，像的暗影良好，可以抑制高次的偏心偏差的发生。
如果0≤|Q|＜3 …(619-4)的话，则更好。此外，Q是以垂直于Z轴的直线作为旋转轴进行倾斜偏心的倾斜偏心量。
此外，对于前述[解决课题的方案]的(1)～(99)，能够适用的项目，也可以适用于采用通常的镜的光学系统。获得更好的光学系统、摄像装置。
此外，对于此前所述的可变镜的讨论，除此之外，也可以应用于使可变角度透镜等的偏心时使用的情况。即，在随着可变焦点透镜的焦距或像差的变化光学系统的像差变化的情况下，可以通过使摄像元件，光学元件，显示元件偏心来补偿像差。进而，不仅是偏心，也可以使摄像元件、光学元件、显示元件移动。不言而喻，也可以组合使用两个以上的摄像元件、光学元件、显示元件的偏心。这样，由于可以增加像差补偿的自由度，所以是优选的。
此外，这里，将本申请中所用的术语归纳一下。
光学特性可变光学元件，是指可变镜，可变焦点透镜，可变棱镜等。
此外，摄像元件的摄像面、显示元件的显示面、显示屏、取景器的视野光圈、观察装置的视野光圈等，归纳起来统称之为图像面。图像面是进行像的输入输出的面。
(本发明的实施例)下面说明本发明的实施例。此外，各实施例的结构参数如下所示。
在各实施例中，将通过物体中心垂直于物体面的方向定义为物体面的坐标系的Z轴。与该轴正交的方向作为Y轴，将与该Y轴、Z轴构成右手坐标系的轴作为X轴。
在下面的实施例中，在该Y-Z平面内，进行各光学面的偏心，并且，将各旋转非对称的自由曲面的唯一的对称面作为Y-Z面。
进行偏心时的坐标系的原点，是指在实施例1～3、6～10中，在将进行偏心的光学面(下面称之为偏心面)作为k面时，从k-1面的面的顶部位置向Z轴向方向移动了面的间隔的点。
偏心面，通过从其坐标原点开始的该面的顶部位置的平移(将X轴方向，Y轴方向，Z轴方向分别作为X，Y，Z)、和以该面的中心轴(对于自由曲面，为前述(a)式的Z轴)的X轴、Y轴、Z轴各轴为中心的倾斜(分别为α，β，γ(°))给出。此外，在这种情况下，α和β为正意味着相对于各个轴的正个方向的逆时针旋转，γ为正意味着相对于Z轴的正方向顺时针旋转。
偏心的表示顺序，为X平移，Y平移，Z平移，α倾斜，β倾斜，γ倾斜。
此外，在下面的实施例1～3，6～10中，偏心通过使之偏心和返回(デイセンタアンドリタ-ン)来进行。即，当k面偏心时，k+1面的面顶位置，作为从偏心前的k面的面顶位置沿Z轴方向移动面的间隔的点。
此外，光线在可变镜的反射面被反射后的光学系统的坐标系，定义为反射面的旋转角为α时，将反射前的坐标系旋转2α+180°时的坐标系。由此，光线沿光学系统的Z轴的正方向前进。
此外，在实施例4～5中，进行偏心时的坐标系的原点，作为光学系统的第一面(罩玻璃，凹透镜的入射侧的面)的面顶部位置。
偏心面，和其它实施例一样，通过从其坐标系的原点开始的该面的面的顶部位置的平移(将X轴方向，Y轴方向，Z轴方向分别作为X，Y，Z)、和以该面的中心轴(对于自由曲面，为前述(a)式的Z轴)的X轴，Y轴，Z轴各轴为中心的倾斜(分别为(α，β，γ(°))来给出。此外，在这种情况下，α和β为正意味着相对于各个轴的正方向的逆时针旋转，γ为正意味着相对于Z轴的正方向顺时针旋转。
偏心的表示顺序，为X平移，Y平移，Z平移，α倾斜，β倾斜，γ倾斜。此外，除实施例4、5之外，焦距按下述方式定义。
焦距f是除可变镜外的光学系统的焦距。
实施例1～3，在把旋转对称的透镜和可变镜的组合构成的摄像光学系统的例子中，用于数码相机，电视摄像机，便携式电话机的摄像装置等。
(实施例1)实施例1的摄像光学系统614，如图45的Y-Z剖面图所示，使用图39所示的光学系统。在图45中，从物体侧依次配置各光学元件。最先在物体侧配置凸的负弯月(meniscus)透镜603、604，在其后侧配置可变镜409。在可变镜409的后侧，配置光圈602、像侧的面为非球面的双凸正透镜605、双凸正透镜606和双凹负透镜608的接合透镜，像侧的面为非球面的双凸正透镜607。在其后方，配置低通滤光片609和红外截止滤光片610及罩玻璃611。在其后方，配置固体摄像元件的摄像面612，所述摄像面612相对于和物体距离为∞的光轴613垂直的面倾斜一个角度C(＝20′)。在上述摄像光学系统614中，用各个透镜构成的透镜系统部分，作为一个整体，成为一个负焦距型透镜。可变镜409的反射面409m的形状，通过控制反射面409m，在物体距离为∞时为平面，随着距离的靠近，变成强的凹面自由曲面。在物体距离∞、可变镜409的反射面409m为平面时，摄像光学系统614成为无偏心系统。这样，通过使摄像元件的摄像面612相对于光轴倾斜，缓和随着可变镜409的反射面409m的形状的变化产生的透镜系统的焦距变化产生的像差变动。
该实施例的摄像面612成为沿Y方向长的长边弯折，其尺寸为，X方向2.662mm，Y方向为3.552mm，象素尺寸为Px＝Py＝2.2μm，对于后面所述的数值数据(结构参数)，表示物体距离OD＝1000cm的远点和OD＝20cm的近点的数据。
同时在图45中，根据前述定义，图中表示出旋转的坐标系。
(实施例2)实施例2的摄像光学系统，与实施例1具有相同的结构。即，在图46中，如Y-Z剖面图所示，从物体侧依次配置物体侧凸的负弯月透镜603、604，在其后侧配置可变镜409。在可变镜409的后侧，配置光圈602、双凸正透镜605、双凸正透镜606和双凹负透镜608的接合透镜、像侧的面为非球面的双凸正透镜607。在其后方，配置低通滤光片609和红外截止滤光片610及罩玻璃611。在其后方，配置固体摄像元件的摄像面612，所述摄像面612相对于和物体距离为∞的光轴613垂直的面倾斜一个角度C。在以上摄像光学系统中，用各个透镜构成的透镜系统的部分，作为一个整体，构成负焦距型透镜。可变镜409的反射面409m的形状，通过控制反射面409面，在物体距离为∞时为平面，随着距离的靠近，变成强的凹面的自由曲面。在物体距离为∞时，可变镜409的反射面409m为平面时，摄像光学系统变为无偏心系统。在该实施例中，通过使摄像元件的摄像面612相对于光轴倾斜，缓和因可变镜409的反射面409m的形状的变化造成的透镜系统的焦距的变化引起的像差的变动。
该实施例的摄像面612成为沿X方向长的短边弯曲，其尺寸为，X方向4.516mm，Y方向3.387mm，象素的尺寸Px＝Py＝2.8μm，后面所述的数值数据(结构参数)，表示物体距离OD＝1000cm的远点和OD＝20cm的近点的数据。
根据本实施例的前述定义旋转的坐标系，与图45时的情况一样，省略其图示。
(实施例3)实施例3的摄像光学系统，具有和实施例1大致相同的透镜结构。即，如图47中Y-Z剖面图所示，从物体侧，依次在物体侧配置凸的负弯月透镜603、604，在其后侧配置可变镜409。该可变镜304为兼用作开口光圈的可变镜409。在可变镜409的后方，在像面侧配置凸的正弯月透镜605、双凸正透镜606和双凹负透镜608的接合透镜、双凸正透镜607。在其后方配置低通滤光片609和红外截止滤光片610和罩玻璃611，在其后方配置固体摄像元件的摄像面612。在以上的摄像光学系统中，用各个透镜构成的透镜相同的部分，作为一个整体构成负焦距型透镜。可变镜409的反射面的形状，通过控制反射面，在物体距离为∞时为平面，随着距离的靠近，变成强的凹面的自由曲面。在物体距离为∞、可变镜409的反射面409m为平面时，摄像光学系统变为无偏心系统。可变镜409的反射面成为平面时，摄像光学系统成为无偏心系统。
本实施例的摄像面612为长边弯曲，其尺寸为，X方向2.662mm，Y方向3.55mm，象素的尺寸Px＝Py＝2.2μm，后面所述的数值数据(结构参数)，表示物体距离OD＝1000cm的远点和OD＝20cm的近点的数据。
根据本实施例的前述定义旋转的坐标系，与图45时的情况一样，省略其图示。
此外，实施例1～3的可变镜409，将变形的反射面的周边部固定。同时，反射面的中央部位移。
实施例4、5，由于将具有自由曲面的棱镜与可变镜组合，所以，与实施例1～3一样，用于数码相机，电视摄像机，便携式电话机的摄像装置等的光学系统。
(实施例4)
实施例4的光学系统，如图48中Y-Z剖面图所示，从物体侧起，依次由平行平板的罩玻璃633、第一棱镜634、开口光圈602、第二棱镜635、形状可变的镜409、固体摄像元件的摄像面612构成。第一棱镜634，由以下各面构成通过罩玻璃633的、作为物体的光的入射面的第一面6341，将经由第一面6341进入棱镜内的光反射的反射面的第二面6342，将用第二面6342反射的光出射到棱镜之外的出射面的第三面6343。第二棱镜635由以下各面构成从第一棱镜634出发通过开口光圈602的光的入射面的第一面6351，将经由第一面6351入射到棱镜内的光一度出射到棱镜之外、用形状可变镜409将该出射光反射、再次使该反射光入射到在第二棱镜635内的第二面6352，将经由第二面6351再次进入棱镜内的光反射的反射面的第三面6353，将由第三面6353反射的光出射到棱镜之外的出射面的第四面6354。从第四面6354出来的物体光在摄像面612上成像。
从第一棱镜634的第一面6341至第三面6343，第二棱镜635的第一面6351至第四面6354，任何一个都由自由曲面构成，形状可变镜409的反射面409m的形状，通过控制反射面409m，在物体距离∞时为平面，随着距离的靠近，成为强的凹面的自由曲面。
此外，在图48中，表示出决定各面的偏心位置的坐标系及其原点，该原点为罩玻璃633的入射侧的面(前面)与光轴交叉的面的顶部位置。
此外，在实施例4中，公式(616)、(617)中的M1，是从罩玻璃633的前面至作为反射面的第二面6342与光轴的交点之间的光路的空气换算长度。这样，在除实施例4之外的场合，当第一反射面不是可变镜的情况下，M1定义为从最初将进入光学系统内的光反射的反射面与光轴的交点至光学系统的第一面之间的光路的空气换算长度。
(实施例5)
实施例5的摄像光学系统，如图49中Y-Z剖面图所示，从物体侧依次由以下部分构成在物体侧指向凸面、物体侧的面为非球面的负弯月透镜636、形状可变镜409、开口光圈602、棱镜637、固体摄像元件的摄像面612。棱镜637由以下各面构成从负弯月透镜636经由开口光圈602的光的入射面的第一面6371，把经过第一面6371进入棱镜的光反射的第一反射面的第二面6372，把由第二面6372反射的光反射的第二反射面的第三面6373，将由第三面6373反射的光出射到棱镜之外的出射面的第四面6374，其中，从第四面6374出来的物体光在摄像面612上成像。
从棱镜637的第一面6371至第四面6374均由自由球面构成，形状可变镜409的反射面409m的形状，通过控制反射面409m，在物体距离∞时为平面，随着距离的靠近，成为强的凹面自由曲面。
此外，在本实施例中，和实施例4同样，决定各面的偏心位置的坐标系的原点，是负弯月透镜636的入射侧的面的面顶部位置，在该位置处与光轴交叉。
与上述实施例4、5一起，形状可变镜409的反射面409m具有聚焦功能。通常，在焦距时，机械地驱动透镜，但在这些实施例的场合，无需驱动透镜，具有可以使保持前述透镜系统的镜框结构非常简单的优点。此外，在这些实施例中，物体距离为无限远时，为平面，随着物体距离靠近，反射面的形状变化，但例如当反射面的形状非常近时为平面，物体距离无限远时，使形状发生变化，使之具有光学的能力，同样也是可能的。
实施例4、5中的任何一个，摄像面612的尺寸为4.48mm×3.36mm，摄影视场角为，水平视场角51.0°，垂直视场角39.3°，入射光瞳直径φ1.66mm，F数相当于2.8。
此外，在实施例4、5中，ΔM的定义如下面所示。
ΔM＝h·tan|BM-C|或者h·tan|Bm-C|中小的一个。
除实施例4、5之外，在没有旋转对称的透镜组的光学系统的情况下，上述ΔM的定义也适用。
此外，在实施例4、5中，f为物体距离为无限远时的X方向(垂直于对称面)的焦距和Y方向(对称面内的方向)的焦距的平均值。
(实施例6)实施例6的摄像光学系统，是用于数码相机，电视摄像机等的2倍变焦透镜的例子。
本实施例的光学系统，图50(a)、(b)、(c)表示在无限远对焦时，分别在广角端，标准状态，望远端的Y-Z的剖面图，如该图所示，从物体侧依次配置各光学元件。最初，配置在物体侧的凸的正弯月透镜和像侧的面为非球面的双凹负透镜构成的固定的第一透镜组G1。在其后侧，配置可变镜409。在可变镜409的后侧，配置由光圈602、物体侧的面为非球面的双凸正透镜、双凸正透镜、物体侧凸的负弯月透镜、像侧的面为非球面的双凹负透镜构成的移动组的第二透镜组G2。在其后侧，配置由一个像侧的面为非球面的双凸正透镜构成的固定的第三透镜组G3。在其后方，配置低通滤光片、红外截止滤光片等滤光片638和罩玻璃611。在其后方，配置固体摄像元件的摄像面612，如图50(a)所示，该摄像面相对于与物体距离为∞以及标准状态时的光轴垂直的面，倾斜一个倾斜角23′(C＝23′)。
该实施例的可变镜409的反射面409m(后面所述的数值数据的5面)为凹面或平面(在无限远对焦时的标准状态时)。可变镜409的反射面在反射面的中心固定不动的状态下，使前述中心的周围变形，但也可以固定反射面的周边不动，使反射面的中心侧变形。此外，光轴在与可变镜409的反射面409m的交点弯曲90°。光轴与可变镜的反射面409m的交点是可变镜409的面的形状的原点。
此外，在图50中，表示出根据前述定义旋转的坐标系。由于在1～4面、5面、以及6面以后，坐标轴的方向不同，所以需要加以注意。
在本实施例中，第二透镜组G2与光圈602一起移动，改变放大率。为了补偿在这种改变放大率时产生的焦点移动，以及，为了物体距离变化时对准焦点，可变镜409的反射面409m变形。为了改变放大率，后面描述的从数值数据的7面至14面通过移动的第二透镜组G2沿光轴移动。
本实施例的摄像面612为沿X方向长的短边弯曲，其尺寸为，X方向4mm，Y方向3mm，象素的尺寸Px＝Py＝2.5μm，在后面的数值数据(结构参数)中，表示出了在物体距离OD＝∞的远点时的广角端WE、标准状态ST、望远端TE的数据、和OD＝30cm的近点时的标准状态ST的数据。
(实施例7)实施例7的光学系统，是用于数码相机，电视摄像机等的1.8倍变焦透镜的摄像光学系统的例子。
本实施例的光学系统，如图51(a)、(b)、(c)中无限远对焦时各个广角端、标准状态、望远端的Y-Z剖面图所示，从物体侧依次配置各光学元件。最先配置由物体侧凸的正弯月形透镜和像侧的面为非球面的双凹负透镜构成的固定的第一透镜组G1。在其后侧，配置可变镜409。在可变镜409的后侧，配置由一个双凸正透镜构成、其像侧的面兼作光圈的固定的第二透镜组G2、由一个双凹负透镜构成的移动组的第三透镜组G3、由双凸正透镜、像侧的面为非球面的双凸正透镜、和双凹负透镜构成的固定的第四透镜组G4。在其后方，配置低通滤光片、红外截止滤光片等滤光片638和罩玻璃611，在其后方配置固体摄像元件的摄像面612。
在该实施例中，通过使可变镜409的反射面409m(后面描述的数值数据的5面)的面的形状变化，对随着移动第三透镜组G3改变放大率时造成的焦点移动、以及物体距离变化引起的焦点移动进行补偿。
该实施例的可变镜409的反射面409m为凹面或平面(无限远对焦时的标准状态时)。可变镜409的反射面和实施例6一样，在反射面的中心固定不动的情况下，使反射面的中心的周围变形，但也可以保持反射面的周边固定不动，使反射面的中心侧变形。此外，光轴在与可变镜409的反射面409m的交点处弯曲90°。光轴与可变镜的反射面409m的交点，是可变镜409的面的形状的原点。
在图51中，根据前述的定义旋转的坐标系与图50的情况一样。
如该实施例所示，移动作为第三透镜组G3使用的负透镜，进行改变放大率时，与移动正透镜进行改变放大率的情况相比，具有可以用小的透镜移动量进行大的放大率改变的优点。
该实施例的摄像面612为沿X方向长的短边弯曲，其尺寸为，X方向4mm，Y方向3mm，象素的尺寸Px＝Py＝2.5μm，在后面的数值数据(结构参数)中，表示出了物体距离OD＝∞的远点时的广角端WE、标准状态ST、望远端TE的数据。
(实施例8)实施例8的光学系统，如图52(a)、(b)、(c)中在无限远对焦时分别在广角端、标准状态、望远端的Y-Z剖面图所示，是采用可变镜的数码相机用的摄像光学系统的例子。
该实施例的光学系统，从物体侧依次配置各光学元件。最先配置由一个像侧的面为非球面的双凹负透镜构成的固定的负折射力的第一透镜G1。在其后侧，配置可变镜409。在可变镜409的后侧配置由物体侧凸的负弯月透镜和物体侧凸的正弯月透镜构成的固定的正折射力的第二透镜组G2。在其后侧，配置光圈602，在其后配置由物体侧的面为非球面的物体侧凸的正弯月透镜、双凸正透镜、像侧的面为非球面的双凹负透镜构成的移动组的第三透镜组G3。在其后侧，配置由双凸正透镜，像侧的面为非球面的像侧凸的负弯月透镜构成的固定的第四透镜组G4。在其后方，配置低通滤光片、红外截止滤光片等滤光片638和罩玻璃611，在其后方配置固体摄像元件的摄像面612。第三透镜组G3为具有正的折射力的变换器(改变放大率的机构)，为了改变光学系统的视场角，和光圈602一起沿与Z轴平行的方向移动。第四透镜组G4是具有正的折射力的透镜组。
在该实施例中，第三透镜组G3起着变换器(改变放大率的机构)的作用，可变镜409起着补偿器(补偿改变放大率时产生的焦点的移动用的补偿器)以及物体距离变化时对准焦点的作用，成为变焦比2.0倍的可改变放大率的光学系统。
本实施例的数值数据如后面所述，F数为2.84～3.49，焦距在广角端为4.2mm，标准状态为6.3mm，望远端为8.4mm。此外，对角视场角在广角端为61.53°，标准状态为43.29°，望远端为33.15°。摄像面的尺寸为4.4mm×3.3mm。
在本实施例中，在第一透镜组G1和第三透镜组G3的各个透镜和固体摄像元件的摄像面612上，在相对于Z轴垂直的方向(图52(a)的箭头方向)有意地施加偏心。在施加该偏心时，保持构成第一透镜组G1和第三透镜组G3的各透镜的姿势不动地进行移动。进而，在固体摄像元件的摄像面612上，以X轴为旋转中心使之倾斜。通过使可变镜409的反射面变形成自由曲面的形状，抑制由于反射造成的偏心像差，但对于仍然残存的偏心像差，上述透镜的偏心和摄像面的倾斜有效地发挥作用。
此外，可变镜409的反射面的坐标系(参照图50(b))的Z轴正方向，为从表面指向背面侧的方向，但当该反射面变形成自由曲面形状时，在作为反射力成分的C4、C6(前述(a))为正时，为凸面镜。即，成为具有负的反射力的镜。反之，作为反射力成分的C4、C6为负的时，成为凹面镜，即具有正的反射力的镜。
这里，通过在图52(a)的箭头方向进行偏心，具有可以抑制弯曲的光学系统特有的阶梯形畸变的效果。
这里，设加在各个透镜上的偏心量为Δ，光学系统的焦距为f时，在某种状态下，优选地满足0≤|Δ|/f＜1 …(101)通过在公式(101)的范围内使透镜偏心，可以有效抑制梯形畸变等色差。当超过作为上限的0.2时，偏心量变得过大，周边光线像差变大，所以，难以进行平衡良好的像差修正。
进而，在某种状态下，如果满足0≤|Δ|/f＜0.5 …(102)的话，可以更好的修正像差。
进而，在某种状态下，如果满足0≤|Δ|/f＜0.2 …(102-2)的话，会更好。
此外，不限于透镜，也可以使光学元件、光学面、固体摄像元件偏心Δ，在这种情况下，公式(101)，公式(102)，公式(102-2)仍然适用。
此外，当令在透镜、光学元件、光学面、以及固体摄像元件的摄像面612上施加的倾斜量为Ψ(°)时，在某种状态下，优选地，0≤|Ψ|＜15 …(103)Ψ为以与Z轴垂直的直线为旋转轴，进行倾斜偏心时的倾斜偏心量。其原因除图39中说明的那样之外，还有下面的原因。
通过在公式(103)的范围内使透镜或光学元件或光学面或摄像元件偏心，可以有效地抑制包含非对称成分的像差。当超过作为上限的15°时，在像面两端的入射光的主光线倾斜角之差会变得过大，由暗影(明暗偏差和色斑)等造成摄像面的两端的亮度发生变化。
进而，在某种状态，如果满足0≤|Ψ|＜7.5 …(104)
的话，可以使摄像面的亮度基本上均匀，更加良好。
如果满足0≤|Ψ|＜3…(105)则更好。
公式(101)～公式(105)可以适用于本发明的全部，进一步获得性能良好的光学系统。
(实施例9)实施例9的光学系统，如图53(a)、(b)、(c)中所示，表示在无限远对焦时在各个广角端、标准状态、望远端的Y-Z剖面图，是用于采用可变镜的数码相机、电视摄像机等的1.4倍变焦用摄像光学系统。
该实施例的光学系统，从物体侧依次配置各光学元件。最先配置由像侧的面为非球面的双凹负透镜、双凸正透镜构成的固定的负折射力的第一透镜组G1。在其后侧，配置可变镜409。在可变镜409的后侧，配置由一个物体侧凸的正弯月形透镜构成的固定的正折射力的第二透镜组G2。在其后侧，配置光圈602。在其后，配置由物体侧的面为非球面的双凸正透镜、双凸正透镜、双凹负透镜构成的、与光圈602一起移动的正折射力的第三透镜组G3。在其后侧，配置由一个像侧的面为非球面的双凸正透镜构成的固定的正折射力的第四透镜组G4。在其后方，配置低通滤光片、红外截止滤光片等滤光片638和罩玻璃611。在其后方配置固体摄像元件的摄像面612。该光学系统全体构成负焦距型光学系统。
正折射力的第三透镜组G3为变换器(改变放大率的机构)，通过沿光轴方向(图中的Z轴方向)移动，进行放大率的改变。可变镜409起着补偿器和聚焦透镜的作用，为了补偿随着放大率改变焦点的位置偏移及物体距离的变化造成的焦点偏移，使反射面变形。反射面的形状，当物体距离为∞并且处于标准状态时，为平面，在除此以外的状态下，被控制成自由曲面的形状。
此外，图53(a)中表示出了根据前述定义旋转的坐标系。
本实施例中的固体摄像元件的摄像面612的摄像面的尺寸为4mm×3mm。
(实施例10)实施例10的光学系统，如图54(a)、(b)、(c)中、在无限远对焦时在广角端、标准状态、望远端的Y-Z剖面图所示，是利用可变镜的数码相机、电视摄像机等用的1.4倍变焦用的摄像光学系统。实施例10与实施例9仅仅是向可变镜409的轴上光线的入射角不同，其绕X轴的倾斜角α为40°。实施例9绕X轴的倾斜角度为0°。其它结构和实施例9相同。根据这种结构，可以在基本上不能利用的无效空间内配置光学系统，可以使整个照相机小型及轻量化。
下面，给出上述实施例1～9的结构参数。此外，下面的表中的“FFS”为自由曲面，“ASS”为非球面，“RE”为反射面，“DM”为可变镜，此外，关于偏心、面间隔，“WE”“ST”“TE”分别表示广角端、标准状态、望远端，“OD”表示物体距离。此外，“f”表示焦距，FNO表示F数，2ω表示视场角。此外，折射率，阿贝数为d线(波长587.56nm)的值。此外，曲率半径和面间隔等的长度为mm。
例1表面编号曲率半径表面平移和倾斜折射率阿贝数物体面 ∞ OD1 8.5796 0.6288 1.4874970.232 4.8982 1.14763 83.0956 0.6288 1.4874970.234 5.3732 5.63725 FFS①(DM)1.9870(1)6 ∞(停止) 0.78607 424.0614 3.11561.6935053.208 ASS①1.42499 4.0221 2.65361.6127258.7210-12.3981 0.59801.8051825.42113.1643 1.15541213.7693 2.47591.5891361.2813ASS②0.450514∞ 0.78601.5163364.1415∞ 1.01391.5477162.8416∞ 0.628817∞ 0.58951.5163364.1418∞ 0.9039像平面 ∞ASS①R-6.9345K0A5.0512×10-4B2.3242×10-5C8.5974×10-7D0.0000ASS②R-4.0663K0A3.2379×10-3B-1.1957×10-4C1.8730×10-5D-1.7278×10-6FFS①OD10000mm∞(平面)OD199mmC4-3.9974×10-4C6-2.4073×10-4C81.7387×10-5C10-1.5820×10-5C11-7.0840×10-5C13-6.7258×10-5C15-4.3771×10-6C173.3172×10-5C198.6220×10-6C211.2993×10-6平移和倾斜(1)OD10000mmX 0.00 Y 0.00 Z0.00α -45.00 β 0.00 γ0.00OD199mmX 0.00 Y -0.0025 Z0.0025α -45.00 β 0.00 γ0.00例2表面编号曲率半径表面平移和倾斜折射率阿贝数物体面∞ OD1 11.2997 0.8 1.48749 70.232 5.8484 1.463 40.6257 0.8 1.48749 70.234 5.0467 4.1725 FFS①(DM)6.4280(1)6 ∞(停止) 0.10007 402.00571.60271.6935053.208 ASS① 2.73169 5.0481 3.14571.6127258.7210 -21.24000.71621.8051825.4211 4.1483 1.470012 21.3595 3.15001.5891361.2813 ASS② 0.573114 ∞ 1.00001.5163364.1415 ∞ 1.29001.5477162.8416 ∞ 0.800017 ∞ 0.75001.5163364.1418 ∞ 1.1500像平面 ∞ASS①R -7.9125K 0A 2.4528×10-4B 6.9726×10-6C 1.5934×10-7D 0.0000ASS②R -5.9487K 0A 1.5723×10-3B -3.5870×10-5C 3.4713×10-6D -1.9783×10-7
FFS①OD10000mm∞(平面)OD200mmC4-5.7211×10-4C6-3.8031×10-4C8-1.4049×10-4C10-4.4030×10-6C11-3.8692×10-5C13-6.4296×10-6C15-7.4233×10-6C172.8434×10-5C196.4832×10-6C217.6062×10-7平移和倾斜(1)OD10000mmX 0.00 Y0.00 Z0.00α -45.00 β0.00 γ0.00OD200mmX 0.00 Y-0.0045 Z0.0045α -45.00 β0.00 γ0.00例3表面编号曲率半径表面平移和倾斜折射率阿贝数物体面 ∞ OD1 9.5643 0.62881.48749 70.232 4.9813 1.14763 53.03390.62881.48749 70.234 6.0601 5.63725 FFS①(DM) 0.0000(1)6 ∞(停止) 2.77307 -3898.0721 2.61741.69350 53.208 ASS① 0.82969 4.3002 3.12781.6127258.7210 -13.4612 0.29001.8051825.4211 3.3407 1.155412 10.95592.47591.5891361.2813 ASS② 0.450514 ∞ 0.78601.5163364.1415 ∞ 1.01391.5477162.8416 ∞ 0.628817 ∞ 0.58951.5163364.1418 ∞ 0.9039像平面 ∞ASS①R -7.1262K 0A 5.0512×10-4B 2.3242×10-5C 8.5974×10-7D 0.0000ASS②R -4.0552K 0A 3.2379×10-3B -1.1957×10-4C 1.8730×10-5D -1.7278×10-6FFS①OD10000mm
∞(平面)OD199mmC4-3.8173×10-4C6-2.8779×10-4C81.1139×10-5C101.7792×10-6C11-5.8183×10-5C13-7.9933×10-5C151.1723×10-5C174.3409×10-5C194.4641×10-6C217.9419×10-7平移和倾斜(1)OD10000mmX 0.00 Y 0.00 Z 0.00α -45.00 β0.00 γ 0.00OD199mmX 0.00 Y -0.0025 Z 0.0025α -45.00 β0.00 γ 0.00例4表面编号曲率半径表面平移和倾斜折射率阿贝数物体面∞ OD1∞ 1.495065.02∞ (1)3FFS① (2) 1.575333.54FFS②(RE) (3) 1.575333.55FFS③ (4)6∞(停止)(5)7FFS④ (6) 1.525455.88FFS⑤ (7)9FFS⑥(DM) (8)10 FFS⑤ (7) 1.525455.811 FFS⑦(RE) (9) 1.525455.812 FFS⑧ (10)像平面 ∞(11)FFS①C4-5.5517×10-2C62.0486×10-3C88.2810×10-3C10-8.5302×10-4C11-6.7010×10-4C13-1.3461×10-5C15-3.2629×10-5FFS②C47.5064×10-4C64.7195×10-3C81.0011×10-3C102.0023×10-4C115.3288×10-4C132.4016×10-4C15-3.3745×10-6FFS③C4-2.9178×10-2C6-2.5537×10-2C8-1.2147×10-4C10-3.0816×10-3C11-3.5993×10-3C13-7.7931×10-4C151.8634×10-3FFS④C44.1055×10-2C6-1.6467×10-3C81.3429×10-2C10-5.1910×10-3C11-3.2802×10-3C13-4.5662×10-4C152.5734×10-3FFS⑤C44.4810×10-2C61.9137×10-2C84.6577×10-3C106.0341×10-4C11-2.4116×10-4C13-8.9014×10-4C15-1.8792×10-4FFS⑥OD∞∞(平面)OD300mmC40.2436×10-3C6-0.2417×10-3C80.3852×10-4C100.2104×10-4C110.3557×10-4C130.4883×10-4C150.8406×10-4OD100mmC40.1544×10-2C60.2309×10-3C8-0.5617×10-4C100.7945×10-4C110.6287×10-5C130.4663×10-4C150.1610×10-3FFS⑦C44.7561×10-3C62.4333×10-2C81.4691×10-4C10-2.3047×10-4C113.0443×10-4C134.4181×10-4C156.3190×10-5FFS⑧C47.6293×10-2C68.4242×10-2C8-1.6163×10-3C102.1965×10-2C11-1.0794×10-2C131.0773×10-2C151.5515×10-3平移和倾斜(1)X 0.00 Y 0.00 Z0.50α0.00 β 0.00 γ0.00平移和倾斜(2)X 0.00 Y 0.00 Z2.50α18.90 β 0.00 γ0.00平移和倾斜(3)X 0.00 Y 0.37 Z5.53α-39.12β 0.00 γ0.00平移和倾斜(4)X 0.00 Y 3.54 Z5.27α81.85 β 0.00 γ0.00
平移和倾斜(5)X 0.00 Y 4.47 Z 5.06α80.38β 0.00 γ0.00平移和倾斜(6)X 0.00 Y 4.80 Z 4.99α79.47β 0.00 γ0.00平移和倾斜(7)X 0.00 Y 10.81Z 4.54α -112.18 β 0.00 γ0.00平移和倾斜(8)X 0.00 Y 11.32Z 4.35α -106.68 β 0.00 γ0.00平移和倾斜(9)X 0.00 Y 8.57 Z 1.75α 19.23 β 0.00 γ0.00平移和倾斜(10)X 0.00 Y 7.71 Z 6.78α-11.18β0.00 γ0.00平移和倾斜(11)X0.00 Y 7.53 Z 7.93α0.00 β0.00 γ0.00例5表面编号曲率半径表面平移和倾斜折射率阿贝数物体面 ∞ OD1 ASS①1.4950 65.02 11.80 (1)3 FFS①(DM) (2)4 ∞(停止) (3)5 FFS② (4)1.525455.86 FFS(③(RE)(5)1.525455.87 FFS(④(RE)(6)1.525455.88 FFS⑤ (7)像平面 ∞(8)ASS①R22.00K0.0000A -2.4210×10-5B -9.9065×10-6C1.1124×10-6D -3.1030×10-8FFS①OD∞∞(平面)OD300mmC4-0.1081×10-2C6-0.5802×10-3C80.3173×10-4C100.1772×10-4C110.5494×10-4C130.1430×10-4C150.1663×10-4OD100mmC4-0.2773×10-2C6-0.1542×10-2C8-0.2874×10-4C10-0.2977×10-4C110.6391×10-4C130.2256×10-4C150.1430×10-4FFS②C46.1295×10-2C63.9654×10-2C81.0685×10-3C104.1023×10-3C116.2844×10-4C131.6803×10-4C15-5.3019×10-5FFS③C41.2426×10-2C61.5190×10-2C86.4772×10-4C102.3776×10-3C11-2.2208×10-4C13-2.4289×10-4C15-3.7480×10-4FFS④C41.8321×10-2C61.4688×10-2C84.6539×10-4C102.8609×10-3C11-6.2302×10-5C134.6144×10-5C159.9163×10-5FFS⑤C4-5.5356×10-2C64.0768×10-2C8-5.9738×10-3C104.9578×10-2C11-4.3522×10-5C137.9267×10-3C15-1.4149×10-3平移和倾斜(1)X 0.00 Y 0.00 Z 0.54α0.00 β0.00 γ 0.00平移和倾斜(2)X 0.00 Y 0.00 Z 3.98α -42.88 β0.00 γ 0.00平移和倾斜(3)X 0.00 Y 3.30 Z 3.74α 87.76 β0.00 γ 0.00平移和倾斜(4)X 0.00 Y 3.61 Z 3.71α 90.66 β0.00 γ 0.00平移和倾斜(5)X 0.00 Y 9.08 Z 3.43α -109.68β0.00 γ0.00平移和倾斜(6)X 0.00 Y 6.71 Z 1.27α 20.60 β0.00 γ0.00平移和倾斜(7)X 0.00 Y 6.21 Z 5.72α 2.21 β0.00 γ0.00平移和倾斜(8)X 0.00 Y 6.08 Z 6.42α 0.00 β0.00 γ0.00例6表面编号曲率半径表面平移和倾斜折射率阿贝数物体面 ∞ OD1 38.65261.0000 1.7847225.682 461.7859 6.16593 -36.1451 0.5000 1.8830040.764 ASS① 8.87695 FFS①(DM) d1 (1)6 ∞(停止) 0.00277 ASS② 1.5000 1.5891361.148 -34.1279 0.30009 5.3258 2.3195 1.4970081.5410-7.54480.3339118.8035 1.1293 1.5163364.14126.4876 0.6000
13 -7.60450.48221.78472 25.6814 ASS③ d215 5.7683 2.00001.58913 61.1416 ASS④ 0.633517 ∞ 1.44001.54771 62.8418 ∞ 0.100019 ∞ 0.60001.51633 64.1420 ∞ 0.1000像平面 ∞ASS①R11.4585K0A-3.9475×10-4B1.8310×10-5C-7.0474×10-7D9.4977×10-9ASS②R10.1952K0A-1.0958×10-3B-2.7608×10-5C-7.8979×10-6D6.5162×10-7ASS③R3.0814K0A8.6123×10-9B6.8144×10-9C1.3393×10-5D1.8978×10-5ASS④R-4.6546K0A8.5517×10-3B-3.8898×10-4C1.2459×10-5D-2.2448E-11FFS①OD∞WEC4-9.8421×10-4C6-4.2911×10-4C8-1.5966×10-5C10-5.2103×10-6C112.8086×10-5C132.0309×10-5C154.0156×10-6ST∞(平面)TEC4-7.7919×10-4C6-3.7233×10-4C81.0707×10-5C10-7.0938×10-6C112.2248×10-5C132.0368×10-5C155.1541×10-6OD300mmSTC4-4.0528×10-4C6-1.8902×10-4C81.1 075×10-5C10-5.7948×10-7C11-5.4568×10-6C13-5.0512×10-6C15-1.6676×10-6
平移和倾斜(1)X 0.00 Y 0.00 Z 0.00α 45.00 β 0.00 γ0.00可变空间WE ST TEf4.134195.83091 8.06924FNO 2.8449 3.1912 3.4907d1 10.74247.7662 4.0296d2 0.9446 3.9174 7.6601例7表面编号曲率半径表面平移和倾斜折射率阿贝数物体面 ∞ OD1 35.12141.00001.78472 25.682 167.8232 1.00003-130.3582 0.29691.51633 64.144 ASS① 18.73025 FFS①(DM) 4.3019(1)6 7.7555 2.30001.58913 61.147-32.1532(停止) d18-5.7308 0.66941.84666 23.789 15.1681d21015.30162.00001.69680 55.5311 -13.89660.3000128.9786 5.39221.58913 61.1413ASS② 0.638714 -49.92121.00001.51633 64.14
15 69.51471.196416 ∞ 1.44001.5477162.8417 ∞ 0.100018 ∞ 0.60001.5163364.1419 ∞ 2.1000像平面 ∞ASS①R11.4689K0A -1.4142×10-4B1.4501×10-7C1.0445×10-8D -4.0703×10-13ASS②R -11.0623K 0A 2.8728×10-3B -1.4022×10-4C 3.9838×10-6D -3.4424×10-10FFS①OD∞WEC4-7.2848×10-4C6-8.1095×10-4C83.4637×10-5C102.3972×10-6C11-4.4633×10-5C134.9175×10-5C15-9.5845×10-6ST
∞(平面)TEC41.6713×10-3C61.0083×10-3C8-1.1132×10-4C10-1.8948×10-5C118.9426×10-5C133.1405×10-5C151.8300×10-5平移和倾斜(1)X 0.00 Y0.00Z 0.00α 45.00 β 0.00γ 0.00可变空间WEST TEf5.080107.014359.04749FNO 2.8000 3.8000 5.0000d1 2.2082 3.8194 5.4485d2 3.3214 1.7214 0.1175例8表面编号曲率半径表面平移和倾斜折射率阿贝数物体面∞ OD1 -16.83 1.01(1) 1.7748 50.12 ASS① 6.51(1)3 FFS①(DM) 4.00(2)4 7.661.37 1.7359 31.05 6.630.166 11.46 1.20 1.7850 45.27 26.59 d18 ∞(停止)0.109 ASS② 2.50(3) 1.5764 60.3
10 43.52 1.38 (3)11 5.62 2.53 (4)1.4900 70.012 -6.86 0.87 (4)13 -5.31 1.00 (5)1.7625 28.21 4 ASS③ d2(5)15 7.77 2.75 1.5111 67.016 -6.00 0.1817 -5.46 1.47 1.7441 42.118 ASS④ 0.4619 ∞ 1.44 1.5477 62.820 ∞ 0.8021 ∞ 0.60 1.5163 64.122 ∞ 0.50像平面 ∞(6)ASS①R 8.84K 0A -7.3333×10-4B 2.0902×10-5C -1.4698×10-6D 3.8957×10-8ASS②R 6.92K 0A -3.4834×10-4B -1.2367×10-5C -6.8848×10-7D -7.0789×10-8ASS③R 5.12K 0A 1.5211×10-3B -5.1273×10-5C 1.1665×10-5D -6.4114×10-7ASS④R -5.65K 0A 2.5044×10-3B -1.0252×10-4C 4.3124×10-6D -8.6293×10-8FFS①OD∞WEC4-7.7351×10-4C6-3.8970×10-4C8-1.7161×10-5C10-8.1320×10-6C111.2801×10-5C131.3267×10-5C152.9429×10-6ST∞(平面)TEC4-3.6890×10-4C6-1.8472×10-4C8-1.0527×10-5C10-5.5679×10-6C11-3.3904×10-7C13-8.2321×10-7C15-2.2205×10-7OD300mmWEC4-1.0612×10-3C6-5.3605×10-4C8-2.1366×10-5C10-1.0448×10-5C111.5724×10-5C131.5533×10-5C153.3239×10-6STC4-2.8544×10-4C6-1.4050×10-4C8-8.9812×10-6C10-3.9280×10-6C114.9259×10-7C131.8986×10-6C15-2.2832×10-7TEC4-6.5807×10-4C6-3.3171×10-4C8-1.6304×10-5C10-1.0714×10-5C11-1.4891×10-6C13-8.0202×10-7C15-7.4651×10-7平移和倾斜(1)X 0.000 Y 0.123 Z 0.000α 0.000β 0.000 γ0.000平移和倾斜(2)OD∞WEX 0.000 Y 0.005 Z 0.005α 45.000 β 0.000 γ0.000STX 0.000 Y 0.000 Z 0.000α 45.000 β 0.000 γ0.000TEX 0.000 Y 0.003 Z 0.003α 45.000 β 0 000 γ0.000OD300mmWEX 0.000Y0.007 Z0.007α 45.000β 0.000 γ0.000STX0.000 Y0.004 Z0.004α45.000β0.000 γ0.000TEX0.000 Y0.005 Z0.005α45.000β0.000 γ0.000平移和倾斜(3)X0.000 Y0.066 Z0.000α0.000 β0.000 γ0.000平移和倾斜(4)X0.000 Y0.047 Z0.000α0.000 β0.000 γ0.000平移和倾斜(5)X0.000 Y0.042 Z0.000α0.000 β0.000 γ0.000平移和倾斜(6)X0.000 Y0.030 Z0.000α -1.744 β 0.000 γ0.000可变空间WE ST TEf 4.2 6.3 8.4d18.053.730.10d20.624.958.58例9表面编号曲率半径表面平移和倾斜折射率阿贝数物体面 ∞ OD1 -38.55232.045 1.744 44.782 ASS① 3.10743 63.3299 3.37311.51633 64.144-55.7768 10.59535 FFS①(DM) 4.5963(1)6 106.80412.05141.92286 18.97 4240.8114 d18 ∞(停止)0.07879 ASS② 6.23881.572557.7410 -23.4652 1.2298118.3423 2.31561.52249 59.8412 -11.2443 0.816713 -10.9717 1.07341.84666 23.78144.447 d2159.0599 3.76121.572557.7416ASS③ 1.581717∞ 1.44 1.54771 62.8418∞ 0.819∞ 0.6 1.51633 64.1420∞ 0.5像平面 ∞ASS①R 8.6410K 0A-4.5614×10-4B 2.9660×10-6C-1.3571×10-7D 1.5429×10-9ASS②R 9.4088K 0A-2.6088×10-4B-5.8088×10-6C 2.4412×10-7D-2.0243×10-8ASS③R-9.0075K 0A 1.3159×10-3B-6.5552×10-5C 5.2821×10-6D-2.0025×10-7FFS①OD∞WEC4-2.415×10-4C6-1.1909×10-4C8-3.5587×10-6C10-1.6571×10-6C119.5081×10-6C138.9905×10-6C152.3001×10-6ST∞(平面)TEC42.7301×10-5C61.5481×10-5C83.8957×10-8C10-6.1292×10-8C11-3.0453×10-6C13-3.2328×10-6C15-8.8762×10-7OD300mmWEC4-4.2833×10-4C6-2.1381×10-4C8-2.8029×10-6C10-1.8332×10-6C118.4450×10-6C138.0447×10-6C151.9921×10-6STC4-1.7222×10-4C6-9.1215×10-5C88.3713×10-7C10-6.6528×10-7C11-1.5904×10-6C13-1.2389×10-6C15-2.5879×10-7TEC4-1.5675×10-4C6-7.6576×10-5C85.9061×10-7C10-1.6575×10-6C11-4.5466×10-6C13-4.7765×10-6C15-1.2345×10-6平移和倾斜(1)X0.00 Y0.00 Z0.00α45.00 β0.00 γ0.00可变空间WESTTEf 4.652 5.453 6.701FNO 3.980 4.477 5.1492ω 57.1° 49.2° 40.5°d16.80213 4.23488 0.76948d20.68903 3.25628 6.72167
下面，表示有关前述实施例1～10的上述条件式(599)～(619)的参数值。




但是，虽然可以说对本发明的光学系统是共同的，但亮度光圈可以配置在可变镜的后方。这是因为，当配置在可变镜前方时，从亮度光圈到可变镜后方的透镜组的距离过长，主光线的高度在亮度光圈后方的透镜组处的高度过高，很难修正轴外像差。
此外，对本申请可以说是共同的，在变焦光学系统的情况下，对于本申请的各种条件公式，至少在一个变焦状态满足其条件公式即可。
此外，在变焦光学系统的情况下，如果改变放大率组具有正的放大率的话，透镜结构很容易采取负焦距型透镜，容易广角化。改变放大率组具有负放大率的话，利用改变放大率组的少量的移动就可以实现放大率的改变。
此外，优选地，及可变镜配置在主要进行改变放大率的透镜组的前方。这是因为，在可变镜具有对焦点的功能的情况下，与物体的距离变化的一起，使可变镜的反射面的放大率变化，如果改变放大率组位于可变镜后方的话，与改变放大率组的倍率无关，根据物体的距离使可变纪念馆的反射面的放大率变化，能很好地进行聚焦，在光学设计上，可变镜的反射面的控制上，其方案都很简单，摄像光学系统的设计变得很容易。同时，在可变镜具有补偿作用的情况下，以及没有补偿作用的情况下，都同样具有这一优点。
最后，描述本发明中所使用的术语的定义。
所谓光学装置，是包含光学系统和光学元件的装置。光学装置单体页可以没有功能。即，可以是装置的一部分。
在光学装置中，包括摄像装置，观察装置，显示装置，照明装置，信号处理装置等。
作为摄像装置的例子，有胶片照相机，数码相机，机器人的眼睛，透镜交换式数字单眼反光照相机，电视摄像机，动画记录装置，电子动画记录装置，カムコ-ダ，VTR摄像机，电子内窥镜等。电子照相机，卡式电子照相机，电视摄像机，VTR摄像机，动画记录照相机等是电子摄像装置的一个例子。
作为观察装置的例子，有显微镜，望远镜，眼镜，双筒望远镜，放大镜，纤维镜，瞄准器，取景器等。
作为显示装置的例子，有液晶显示器，取景器，游戏机(索尼公司制的游戏站)，投影电视，液晶投影仪，头部安装型图象显示装置(head mounted displayHMD)，PDA(便携式信息终端)便携式电话等。作为照明装置的例子，有照相机的闪光灯，汽车的前照灯，内窥镜光源，显微镜光源等。
作为信号处理装置的例子，有便携式电话机，个人计算机，游戏机，光盘读出、写入装置，光计算机的运算装置等。
摄像元件，例如指的是CCD，摄像管，固体摄像元件，照相胶片等。此外，平行平板也包含棱镜之一。观察者的变化中，也包含焦度的变化。被照体的变化中，包含成为被照体的物体距离的变化，物体的移动，物体的运动，振动，物体的偏转等。
扩展曲面的定义如下所述。
除球面，平面，旋转对称非球面之外，还可以制成相对于光轴偏心的球面、平面、旋转对称的非球面、或者有对称面的非球面，只有一个对称面的非球面，没有对称面的非球面，具有不能微分的点、线的面等，任何一种形状。无论是反射面，还是折射面，只要给予光某种影响的面即可。
在本发明中，将它们统称之为扩展曲面。
所谓光学特性可变光学元件，包括可变焦点透镜，可变形镜，面的形状变化的偏光棱镜，顶角可变棱镜，光偏转作用变化的可变衍射光栅光学元件，即，可变HOE，可变DOE等。
在可变焦点透镜中，也包括焦距不变，像差量变化的可变焦点透镜。可变形镜情况也一样。
简而言之，在光学元件中，光的反射，折射，衍射等的光偏转作用变化的元件称之为光学特性可变光学元件。
所谓信息传输装置，指的是便携式电话机，固定式电话，游戏，电视，盒式收录机，立体声等的遥控器，个人计算机的键盘，鼠标，触摸面板等输入任何一种信息可以传输的装置。
也包括摄像装置电视监视器，个人计算机的监视器，显示器等。
信息传输装置包括在信号处理装置中。
如上面所述，根据本发明。可以提供耗电少，静音的，响应时间短，机械结构简单的成本低的可进行焦点调节的透镜系统，可变焦点透镜系统等的光学系统，以及配备有该光学系统的光学装置。
权利要求
1.一种光学系统，将从物体来的光成像，其特征为，前述光学系统具有可变镜、亮度光圈，前述亮度光圈的位置满足公式(601)，0≤|Sm/f]≤10 …(601)这里，Sm是沿光轴测得的可变镜的反射面与亮度光圈的空气换算长度的距离，f是除可变镜之外的光学系统的焦距。
2.一种光学系统，将从物体来的光线成像，其特征为，前述光学系统具有可变镜和亮度光圈，并满足公式(599)，39°≤Φ≤60°…(599)这里，Φ是向可变镜的光轴的入射角。
3.如权利要求1所述的光学系统，其特征为，前述光学系统满足公式(599)，39°≤Φ≤60°…(599)这里，Φ是向可变镜的光轴的入射角。
4.如权利要求1或2所述的光学系统，其特征为，它包括具有旋转对称面的透镜。
5.如权利要求4所述的光学系统，其特征为，作为有旋转对称面的透镜，其具有凸透镜和凹透镜。
6.如权利要求1或5所述的光学系统，其特征为，所述光学系统是变焦光学系统，其中，在变焦光学系统的情况下，也可以不在全部状态下满足公式(599)和公式(601)，即，至少在一个状态下满足公式(599)或者公式(601)即可。
7.一种光学系统，将从物体来的光成像，前述光学系统从物体侧起，依次具有光学元件组，可变镜或可变焦点透镜，透镜组或空气间隔，改变放大率组，光学元件组。
8.如权利要求6或7所述的光学系统，具有移动的正折射力的光学元件或者光学元件组。
9.如权利要求6或7所述的光学系统，具有移动的负折射力的光学元件或者光学元件组。
10.如权利要求6或7所述的光学系统，其特征为，亮度光圈位于可变镜的后方。
11.一种光学系统，将从物体来的光成像，其特征为，具有可变镜和有改变放大率功能的改变放大率组，可变镜具有对准焦点的功能，将可变镜配置在改变放大率组的前方。
12.如权利要求11所述的光学系统，将从物体来的光成像，其特征为，前述可变镜具有对准焦点功能和补偿器的功能。
13.如权利要求1、2、7、11所述的光学系统，配备具有自由曲面的光学元件。
14.如权利要求所述的光学系统，在前述可变镜之前或之后设有具有旋转对称面的透镜或者平行平面板。
15.如权利要求1、2、7、11所述的光学系统，具有两个以上的有自由曲面的光学元件。
16.如权利要求1、2、7、11所述的光学系统，具有一个有自由曲面的反射型光学元件。
17.如权利要求16所述的光学系统，在有自由曲面的反射型光学元件与可变镜之间具有光圈。
18.如权利要求16所述的光学系统，在有自由曲面的反射型光学元件的前方设有光圈，且在其前方设有可变镜。
19.如权利要求1、2、7、11所述的光学系统，在多个自由曲面的光学元件之间具有光圈。
20.如权利要求16所述的光学系统，其特征为，可变镜与配置在光圈的后方的具有自由曲面的反射型光学元件的面相对地配置。
21.如权利要求13所述的光学系统，具有自由曲面的光学元件是自由曲面的棱镜。
22.一种光学系统，将从物体来的光成像，其特征为，前述光学系统，使全开状态的光圈位于满足公式(601)的位置，而在与前述光圈不同的位置上设置开口的大小变化的光圈，0≤|Sm/f|≤10 …(601)这里，Sm是沿光轴测得的可变镜的反射面与亮度光圈的空气换算长度的距离，f是除可变镜之外的光学系统的焦距。
23.如权利要求1、2、7、11所述的光学系统，其特征为，全开状态的光圈位于满足公式(601)的位置，而在与前述光圈不同的位置上设置开口的大小变化的光圈。
24.一种光学系统，将从物体来的光成像，前述光学系统具有可变镜，向可变镜的入射角满足公式(613)，39°≤Φ≤55° …(613)这里，Φ是向可变镜的光轴的入射角。
25.如权利要求24所述的光学系统，前述可变镜的入射角满足公式(614)，39°≤Φ≤50° …(614)。
26.如权利要求24所述的光学系统，前述可变镜的入射角满足公式(615)，42°≤Φ≤48°…(615)。
27.如权利要求24、25、26所述的光学系统，其特征为，在前述可变镜的前方或后方配备具有旋转对称面的透镜或者平行平面板。
28.如权利要求27所述的光学系统，只具有一个可变镜。
29.如权利要求27所述的光学系统，具有有旋转对称面的透镜和一个可变镜。
30.如权利要求24所述的光学系统，具有自由曲面光学元件。
31.如权利要求1、2、7、11、22所述的光学系统，前述可变镜的入射角满足公式(613)至公式(615)中的任何一个。
32.一种光学系统，将从物体来的光成像，前述光学系统具有可变镜，满足公式(616)，0.5＜M1/f＜5 …(616)这里，M1是沿光轴测得的可变镜的反射面与光学系统的入射侧第1面的空气换算长度的距离，f是除可变镜之外的光学系统的焦距。
33.如权利要求32所述的光学系统，满足公式(617)，0.5＜M1/f＜3 …(617)。
34.如权利要求1、2、7、11、22、24所述的光学系统，具有可变镜，满足公式(616)或(617)。
35.如权利要求34所述的光学系统，光学系统是变焦光学系统。
36.如权利要求35所述的光学系统，光学系统是包括移动的透镜或者透镜组的变焦光学系统。
37.如权利要求36所述的光学系统，移动的透镜或透镜组具有正折射力。
38.如权利要求36所述的光学系统，移动的透镜或透镜组具有负折射力。
39.如权利要求1、2、7、11、22、24、32所述的光学系统，具有摄像元件。
40.一种光学装置，配备有对图像面成像的光学系统，其特征为，前述光学系统备有光学特性可变光学元件，为了修正随着光学特性可变元件的变化引起的光学系统的成像面的移动，将图像面置于随着光学特性可变元件的变化引起的像面的移动变化的范围内。
41.如权利要求40所述光学装置，其特征为，前述光学特性可变光学元件是可变镜。
42.如权利要求40所述光学装置，其特征为，前述光学特性可变光学元件是可变焦点透镜。
43.一种光学装置，配备有对摄像元件成像的光学系统，其特征为，前述光学系统备有光学特性可变光学元件，为了补偿随着光学特性可变光学元件的变化的成像面的倾斜度的变化，使摄像元件偏心或者倾斜，补偿随着光学特性可变光学元件的变化引起的成像性能的降低。
44.一种光学装置，配备有对摄像元件成像的光学系统，其特征为，前述光学系统备有可变镜，为了修正随着可变镜的变化引起的像面的移动，将摄像元件的摄像面置于随着可变镜的变化引起的像面的移动变化的范围内。
45.一种光学装置，配备有对摄像元件成像的光学系统，其特征为，在前述光学系统中备有可变焦点透镜，为了修正随着可变焦点透镜的变化引起的像面的移动，将摄像元件的摄像面置于随着可变焦点透镜的变化引起的像面的移动变化的范围内。
46.一种光学装置，配备有对显示元件的显示面成像的光学系统，其特征为，在前述光学系统中，备有光学特性可变光学元件，为了补偿伴随着光学特性可变光学元件的变化引起的成像面的倾斜度的变化，使显示元件偏心，补偿伴随着光学特性可变光学元件的变化引起的显示性能的下降。
47.一种光学装置，配备有对显示元件的显示面成像的光学系统，其特征为，前述光学系统中备有可变镜，为了修正随着可变镜的变化引起的成像面的移动，将显示元件的显示面置于随着可变镜的变化引起的成像面的移动变化的范围内。
48.一种光学装置，配备有对显示元件的显示面成像的光学系统，其特征为，前述光学系统中备有可变焦点透镜，为了修正随着可变焦点透镜的变化引起的成像面的移动，将显示元件的显示面置于随着可变焦点透镜的变化引起的成像面的移动变化的范围内。
49.一种光学装置，配备有对图像面成像的光学系统，其特征为，前述光学系统备有光学特性可变光学元件，将图像面配置在离开随着光学特性可变光学元件的变化引起的成像面的倾斜度的变化范围的端部的距离为ΔM的位置处，所述距离ΔM满足公式(611)，|ΔM|≥Df/20…(611)这里，ΔM是相对于光学系统的成像面，由图像面的倾斜产生的该图像面在光轴方向的最大偏移量，Df是光学系统的一侧的焦点深度。
50.如权利要求49所述的光学装置，其特征为，将图像面配置在离开满足公式(612)的距离ΔM处，|ΔM|≥Df/10 …(612)
51.一种光学装置，配备有对摄像元件成像的光学系统，其特征为，前述光学系统中备有可变镜，将摄像面配置在离开随着可变镜的变化引起的成像面的倾斜的变化范围的端部的距离为ΔM的位置处，所述距离ΔM满足公式(611)，|ΔM|≥Df/20 …(611)这里，ΔM是相对于光学系统的成像面，由图像面的倾斜产生的该图像面在光轴方向的最大偏移量，Df是光学系统的一侧的焦深。
52.一种光学装置，配备有对显示元件的显示面成像的光学系统，其特征为，前述光学系统备有可变镜，将显示面配置在离开随着可变镜的变化引起的成像面的倾斜的变化范围的端部的距离为ΔM的位置处，所述距离ΔM满足公式(611)。
53.如权利要求40、43、44、45、46、47、48、49、56、59、60所述的光学装置，满足公式(607)或公式(608)，Bm＜C＜BM…(607)(BM+3Bm)/4＜C＜(3BM+Bm)/4…(608)这里，C是相对于垂直于Z轴的面而倾斜的摄像元件的摄像面的倾斜角，B是相对于垂直于Z轴的面而倾斜的光学系统的成像面的倾斜角，BM是倾斜角的最大值，Bm是倾斜角的最小值。
54.如权利要求40、43、44、45、46、47、48、49、56、59、60所述的光学装置，满足公式(605)且满足公式(606)，B·C＞0 …(605)0＜|C|＜|B| …(606)这里，C是相对于垂直于Z轴的面倾斜的摄像元件的摄像面的倾斜角，此外，B是相对于垂直于Z轴的面倾斜的光学系统的成像面的倾斜角。
55.如权利要求40、43、44、45、46、47、48、49、56、59、60所述的光学装置，满足公式(605)且满足公式(606)，|B|/4＜|C|＜3|B|/4 …(604)B·C＞0 …(605)这里，C是相对于垂直于Z轴的面倾斜的摄像元件的摄像面的倾斜角，此外，B是相对于垂直于Z轴的面倾斜的光学系统的成像面的倾斜角。
56.一种光学装置，备有对图像面成像的光学系统，其特征为，在前述光学系统中，备有光学特性可变光学元件和自身特性不变化的光学元件，为了补偿随着前述光学特性可变光学元件的变化引起的成像面的移动，使前述特性不变化的光学元件偏心导致成像面倾斜，将固定的图像面设定在随着光学特性可变光学元件的变化引起的成像面的倾斜度变化范围内。
57.如权利要求56所述的光学装置，前述光学特性可变光学元件是可变镜。
58.如权利要求56所述的光学装置，前述光学特性可变光学元件是可变焦点透镜。
59.一种光学装置，备有对摄像元件成像的光学系统，其特征为，前述光学系统备有可变镜和光学元件，为了补偿随着前述可变镜的变化的光学系统的成像面的移动，使前述光学元件偏心使成像面倾斜，将摄像面设定在伴随着可变镜的变化引起的成像面移动变化的范围内。
60.一种光学装置，备有对显示元件的显示面成像的光学系统，其特征为，在前述光学系统中，备有可变镜和光学元件，为了补偿随着前述可变镜的变化引起的光学系统的成像面的移动，使光学元件偏心并使成像面倾斜，将显示元件的显示面设定在随着可变镜的变化引起的成像面移动变化的范围内。
61.一种光学装置，备有对图像面成像的光学系统，其特征为，前述光学系统具有光学特性可变光学元件和光学元件，为了补偿随着光学特性可变光学元件的变化引起的光学系统的成像面的移动，使光学元件偏心，使成像面倾斜，使图像面靠近随着光学特性可变光学元件的变化移动的成像面。
62.如权利要求61所述的光学装置，其特征为，前述光学特性可变光学元件是可变镜。
63.如权利要求61所述的光学装置，其特征为，前述光学特性可变光学元件是可变焦点透镜。
64.一种光学装置，备有对摄像元件成像的光学系统，其特征为，前述光学系统备有可变镜和光学元件，为了补偿随着前述可变镜的变化引起的光学系统的成像面的移动，使光学元件偏心，使成像面倾斜，使摄像面靠近随着可变镜的变化产生移动的成像面。
65.一种光学装置，备有显示元件的显示面成像的光学系统，其特征为，前述光学系统备有可变镜和光学元件，为了补偿伴随着前述可变镜的变化引起的光学系统的成像面的移动，使光学元件偏心，使成像面倾斜，使显示元件的显示面靠近随着可变镜的变化产生移动的成像面。
66.如权利要求61、64、65所述的光学装置，满足公式(618)，Bv/3＜C＜5Bv/3 …(618)这里，C是相对于垂直于Z轴的面倾斜的摄像元件的摄像面的倾斜角，Bv是可变镜的反射面的变化产生的成像面的倾斜度。
67.如权利要求66所述的光学装置，满足公式(619)，Bv/2＜C＜2Bv/3 …(619)。
68.一种光学装置，备有对图像面成像的光学系统，其特征为，前述光学系统备有光学特性可变光学元件、和自身特性不变化的光学元件，为了补偿随着前述光学特性可变光学元件的变化引起的像差的变化，使前述特性不变化的光学元件偏心来产生像差，以此补偿随着光学特性可变光学元件的变化引起的像差变化。
69.如权利要求68所述的光学装置，其特征为，前述光学特性可变光学元件是可变镜。
70.如权利要求68所述的光学装置，其特征为，进一步具有摄像元件。
71.如权利要求68所述的光学装置，其特征为，前述光学特性可变光学元件是可变焦点透镜。
72.如权利要求56、59、60、61、64、65、68所述的光学装置，其特征为，为了使光学元件的偏心量变化，将光学元件沿相对于其它光学元件偏心的轴移动。
73.如权利要求56、59、60、61、64、65、68所述的光学装置，其特征为，为了与光学特性可变光学元件的变化连动、使由光学元件发生的偏心像差变化，相对于某一轴偏心的光学元件，沿该轴移动。
74.如权利要求56、59、60、61、64、65、68所述的光学装置，该光学装置配备有改变放大率的光学系统，其特征为，为了使光学元件的偏心量变化，使光学元件沿相对于其它光学元件偏心的轴移动，并且，前述光学元件的移动具有改变放大率的功能。
75.如权利要求56、59、60、61、64、65、68所述的光学装置，该光学装置配备有改变放大率的光学系统，其特征为，为了与光学特性可变光学元件的变化连动、使光学元件产生的偏心像差变化，相对于某一个轴偏心的光学元件沿该轴移动，并且，前述光学元件的移动具有改变放大率的功能。
76.一种光学装置，备有将光成像的光学系统，其特征为，在前述光学系统中采用一个以上的可变镜的同时，对于构成前述光学系统的至少一个以上的光学面、或光学元件、或者摄像元件，在与Z轴垂直的方向上，在满足0≤|Δ|/f＜1的范围内，有意产生Δ的平移偏心，这里Δ是在与Z轴垂直的方向上的平移偏心量，f是除可变镜之外的光学系统的焦距。
77.如权利要求56、59、60、61、64、65、68所述的光学装置，备有把光成像的光学系统，其特征为，前述光学系统采用一个以上的可变镜，并对构成前述光学系统的至少一个以上的光学面、或者光学元件、或者摄像元件，在与Z轴垂直的方向上，在满足0≤|Δ|/f＜1的范围内，有意产生Δ的平移偏心。
78.一种光学装置，备有将光成像的光学系统，其特征为，前述光学系统中采用一个以上的可变镜，并对于构成前述光学系统的至少一个以上的光学面、或者光学元件、或者摄像元件、或者显示元件、或者图像面，在以下范围内施加倾斜偏心量Q，0≤|Q|＜15这里，Q是以与Z轴垂直的直线作为旋转轴施加的倾斜偏心时的量(Q的单位为°)。
79.如权利要求56、59、60、61、64、65、68所述的光学装置，备有把光成像的光学系统，其特征为，前述光学系统中采用一个以上的可变镜，并对构成前述光学系统的至少一个以上的光学面、或者光学元件、或者摄像元件、或者显示元件、或者图像面，以与Z轴垂直的直线作为旋转轴，在满足0≤|Q|＜15的范围内有意产生Q的倾斜偏心，这里Q是以与Z轴垂直的直线作为旋转轴使之倾斜偏心的倾斜偏心量(Q的单位为°)。
80.如权利要求68、76、78所述的光学装置，其特征为，偏心的光学元件具有旋转对称面。
81.如权利要求68、76、78所述的光学装置，其特征为，设有具有相互偏心的三个以上的旋转对称的光学面的光学元件。
82.如权利要求68、76、78所述的光学装置，其特征为，备有固定的图像面，前述图像面相对于与向图像面入射的光轴垂直的平面，倾斜了角度C。
83.如权利要求40、43、46、49、56、61、68所述的光学装置，其特征为，利用光学特性可变光学元件进行聚焦。
84.如权利要求83所述的光学装置，其特征为，在进行聚焦时，至少一个光学特性可变光学元件至少在某种状态成为自由曲面的形状。
85.如权利要求83所述的光学装置，在进行聚焦时，使物体像成像在摄像元件上，通过不断改变光学特性可变光学元件的焦距，以寻找物体像的高频成分成为最大的状态，来进行聚焦。
86.如权利要求80所述的光学装置，其特征为，对于任何一种光学特性可变光学元件，在近点，光学特性可变光学元件的收束作用变强，在远点，光学特性可变光学元件的收束作用变弱。
87.如权利要求1所述的光学装置，其特征为，对于任何一种光学特性可变光学元件，在近点，光学特性可变光学元件的收束作用变强，在远点，光学特性可变光学元件的收束作用变弱。
88.如权利要求83所述的光学装置，其特征为，采用光学特性可变光学元件进行变焦。
89.如权利要求83所述的光学装置、显示装置、摄像装置，其特征为，在进行变焦时，至少一个光学特性可变光学元件，在至少某种状态成为自由曲面的形状。
90.如权利要求40、43、46、49、56、61、68、所述的光学装置，其中，光学特性可变光学元件是可变镜，该可变镜的驱动方式为静电驱动方式、电磁驱动方式、压电效应、流体驱动中的任何一种。
91.如权利要求1、2、7、11、22、24、32所述的光学系统，所用的可变镜的驱动方式为静电驱动方式、电磁驱动方式、压电效应、流体驱动中的任何一种。
92.如权利要求40、43、46、49、56、61、68所述的光学装置，其特征为，光学特性可变光学元件是可变镜，可变镜是反射面的形状变化的可变形镜，并且，从垂直于反射面的方向观察到的反射面的变形的部分的形状，是在轴上光线的入射面的方向上为长的形状的可变形镜。
93.如权利要求1、2、7、11、22、24、32所述的光学系统，其特征为，可变镜是反射面的形状变化的可变形镜，并且，从垂直于反射面的方向观察到的反射面的变形的部分的形状，是在轴上光线的入射面的方向为长的形状的可变形镜。
94.一种照相机，其特征为，光轴的弯曲是长边弯曲时，将弯曲后的光轴沿照相机的大致横向方向上配置。
95.如权利要求94、97所述的照相机，配备有权利要求91、40、43、46、49、56、61、68所述的光学装置。
96.如权利要求94、97所述的照相机，配备有权利要求1、2、7、11、22、24、32所述的光学系统。
97.一种照相机，其特征为，光轴弯曲为短边弯曲时，弯曲后的光轴在照相机的大致纵向方向配置。
98.如权利要求94、97所述的照相机，其特征为，闪光灯位于摄影透镜最前面的上方。
99.一种光学系统，将光成像，其特征为，前述光学系统中采用一个以上的可变镜，并对构成前述光学系统的至少一个以上的光学面、或光学元件、或摄像元件，在与Z轴垂直的方向，在满足0≤|Δ|/f＜1的范围内，有意施加Δ的平移偏心，这里，Δ是在与Z轴垂直的方向施加的平移偏心量，f是除可变镜之外的光学系统的焦距。
100.一种光学系统，对光进行成像，其特征在于，前述光学系统采用一个以上的可变镜，并对构成前述光学系统的至少一个以上的光学面、或光学元件、或摄像元件、或图像面，以垂直于Z轴的直线作为旋转轴，在满足(103)式0≤|Ψ|＜15 …(103)的范围内有意产生倾斜偏心。这里，Ψ所是施加的倾斜偏心量(的Ψ单位为°)。
101.一种光学系统，对光进行成像，其特征为，前述光学系统具有形状不变化的镜和亮度光圈，亮度光圈的位置满足公式(601)，0≤|Sm/f|≤10…(601)这里，Sm是沿光轴测得的可变镜的反射面与亮度光圈的空气换算长度的距离，f是除可变镜之外的光学系统的焦距。
102.一种光学系统，对光进行成像，其特征为，前述光学系统具有形状不变化的镜和亮度光圈，并满足公式(599)，39°≤Φ≤60°…(599)这里，Φ是向可变镜的光轴的入射角。
103.一种光学系统，对光进行成像，其特征为，前述光学系统具有形状不变化的镜，满足公式(616)，0.5＜M1/f＜5 …(616)这里，M1是沿光轴测得的镜的反射面与光学系统的入射侧第1面的空气换算长度的距离，f是除镜之外的光学系统的焦距。
104.如权利要求103所述的光学系统，满足公式(617)，0.5＜M1/f＜3 …(617)
全文摘要
本发明涉及耗电少，噪音低，响应时间短，机械结构简单，成本低的可调节焦点的透镜系统、可变焦点透镜系统等光学系统、光学装置，在具有光学特性可变元件(409)和图像面(612)的光学装置中，为了修正随着光学特性可变元件(409)的变化引起的光学系统(612)的成像面的移动，将图像面(612)置于随着光学特性可变元件(409)的变化引起的成像面的移动变化的范围内。
文档编号G02B26/08GK1437039SQ0310435
公开日2003年8月20日 申请日期2003年2月8日 优先权日2002年2月5日
发明者西冈公彦, 安田英治, 关山健太郎, 永田哲生 申请人:奥林巴斯光学工业株式会社