JP2008191647A - 光学素子、ファインダー、測光光学系及び撮影光学系と、結像方法、観察方法、測光方法及び撮影方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体容器部と光軸偏向面とが一体に構成された光学素子を提供する。
【解決手段】第１液体３２と、当該第１液体３２と混合しない絶縁性の第２液体３３とを備えて液体容器部２２内に封入し、この液体容器部２２内に加える電圧を変化させることで、第１液体３２と第２液体３３との境界面３４の形状を変化させることが可能な液体レンズと、光軸偏向面を備えた偏向部材とを有し、光軸偏向面は、第１液体と第２液体との境界面を貫く液体レンズの光軸に対して、入射光線側および射出光線側の少なくとも一方に配設されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、光学素子及びこの光学素子を有するファインダー光学系、測光光学系及び撮影光学系と、これらを用いた結像方法、観察方法、測光方法及び撮影方法とに関する。

従来、フォーカシングや変倍、視度調整などを行う光学系では、固定焦点距離レンズを光軸方向に移動させることで、これらのフォーカシング、変倍、または、視度調整を行ってきた。固定焦点距離レンズを移動させるためには、モーターなどの動力源と、この動力源からの駆動力を固定焦点距離レンズの光軸方向への移動に変換するためのギアやカムなどのメカニカル機構が必要であったが、これらのメカニカル機構によって、カメラ等が大型化する、また、駆動音が発生するなどの問題があった。

これらの問題を解決する方法として、エレクトロウェティング現象を用いた可変焦点距離レンズや、面形状変化によって焦点距離を変えることができる可変形状ミラーなどを用い、動力源やメカニカル機構なしに電気的にフォーカシングや変倍、視度調整などを行うことができる光学系が近年数多く提案されている（例えば、特許文献１または２参照）。

特開２００１−２４９２８２号公報

特開２００４−１９８６３６号公報

しかしながら、光路中に反射面やプリズムなどの偏向部材を有する光学系中に、可変焦点距離レンズを設けた場合、反射部材やプリズム等の偏向部材とは別に可変焦点距離レンズを挿入する必要があり、光学系のサイズを小さくできない、部品点数がその分多くなる、光学系の組み立て時に反射部材等と可変焦点距離レンズとの光軸合わせが難しい、光学面が多くなることによるゴーストやフレアの発生が多いという課題がある。また、形状変化を反射面で行うように構成すると、可変反射面の形状誤差による光学収差への影響が大きくなるという課題がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、反射部材やプリズム等の偏向部材と別に挿入する必要が無く、光学系のサイズを小型化可能で、部品点数を少なくでき、光学系の組み立て時の偏向部材との光軸合わせが不要で、ゴーストやフレアの発生が少なく、可変面形状誤差による光学収差への影響が少ない光学素子及びこの光学素子を有するファインダー光学系、測光光学系及び撮影光学系と、これらを用いた結像方法、観察方法、測光方法及び撮影方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、第１の本発明に係る光学素子は、第１液体と、当該第１液体と混合しない第２液体とを備えて容器（例えば実施形態における液体容器部２２）内に封入し、この容器内に加える物理量を変化させることで、第１液体と第２液体との境界面形状を変化させることが可能な液体レンズと、光軸偏向面（例えば、実施形態における反射面２３ａ）を備えた偏向部材とを有し、光軸偏向面は、第１液体と第２液体との境界面を貫く前記液体レンズの光軸に対して、入射光線側および射出光線側の少なくとも一方に配設されている。

また、光軸偏向面は、一つ以上のプリズム部材中に構成されるのが好ましい。
また、第１液体あるいは第２液体に接する光学部材を有し、この光学部材とプリズム部材とは接合されていることが好ましい。

また、例えば、第１液体は導電性を有し、第２液体は絶縁性を有し、物理量は電圧であるのが好ましい。

また、液体レンズの内壁面は境界面に対して液体レンズの光軸の周りの全周で接して構成されるのが好ましい。

この液体レンズの内壁面を形成する部材に設けられた電極（例えば、実施形態における第２電極２７）と、この電極と第１液体及び第２液体との間に設けられた絶縁手段（例えば、実施形態における第２絶縁体２９）とを有し、第１液体と電極との間に電圧を印加することにより境界面形状を変化させるように構成されることが好ましい。

なお、第１液体及び第２液体はほぼ同密度であることが好ましい。

また、第１液体及び第２液体は異なる屈折率を有するように構成されることが好ましい。

このとき、光軸偏向面のうち、少なくとも１面は屈折面であり、この屈折面と液体レンズの光軸とのなす角度をθ［度］とし、液体レンズの光軸上の屈折面から境界面までの長さをｄとし、境界面と液体レンズの内壁面とが接する接触部の最大径をＤＬとするとき、次式
θ ＜ ８８
ｄ／ＤＬ ＞ ０．３０
を満足することが好ましい。

また、光軸偏向面のうち、少なくとも１面は反射面であり、かつ、この反射面が境界面よりも入射面側に位置し、液体レンズの光軸を含む光軸上の入射面から境界面までの長さをｄ１とし、境界面と液体レンズの内壁面とが接する接触部の最大径をＤＬとするとき、次式
ｄ１／ＤＬ >０．５０
を満足することが好ましい。

あるいは、光軸偏向面のうち、少なくとも１面は反射面であり、かつ、この反射面が境界面よりも射出面側に位置し、液体レンズの光軸を含む光軸上の射出面から境界面までの長さをｄ２とし、境界面と液体レンズの内壁面とが接する接触部の最大径をＤＬとするとき、次式
ｄ２／ＤＬ >０．５０
を満足することが好ましい。

液体レンズの内壁面が、液体レンズの光軸に対して回転対称に形成されることが好ましい。

液体レンズの容器が偏向部材であるのが好ましい。

また、第１の本発明に係るファインダー光学系は、正の屈折力を有する対物レンズ群（例えば、実施形態における対物レンズ部４１及びフィールドレンズ４３）と、正の屈折力を有する接眼レンズ群（例えば、実施形態における光学素子４７及び接眼レンズ部４８）とからなり、これらの対物レンズ群若しくは接眼レンズ群の少なくとも一方の光路中に上述の光学素子のいずれかが配置されて構成される。

このような第１の本発明に係るファインダー光学系において、上記光学素子は接眼レンズ群の光路中に配置され、この光学素子の液体レンズの境界面を変化させることにより、視度調整を行うように構成されることが好ましい。

また、第２の本発明に係るファインダー光学系は、結像面付近に設けられた焦点板と、上述の光学素子のいずれかである可変焦点距離素子と、接眼レンズ群とから構成される。

このような第２の本発明に係るファインダー光学系は、光学素子の境界面を変化させることにより、視度調整を行うように構成されることが好ましい。また、光学素子の境界面を変化させることにより、光学素子からの射出光線のテレセントリック性調整を行うように構成されることが好ましい。さらに、フィールドレンズ（たとえば、実施形態におけるフレネルレンズ５２）を有して構成されることが好ましい。

また、本発明に係る測光光学系は、結像面付近に設けられたフィールドレンズ（例えば、実施形態におけるフレネルレンズ７２）及び焦点板と、像反転光学系と、上述の光学素子のいずれかであって、像反転光学系の光線射出側に配置される可変焦点距離素子と、この可変焦点距離素子の光線射出側に配置される正の屈折力を有する光学系（例えば、実施形態における正レンズ８４）とから構成される。

また、本発明に係る撮影光学系は、全体として正の屈折力を有し、少なくとも１つ以上の上述の光学素子のいずれかを光路中に有して構成される。

なお、本発明に係る結像方法は、上述の光学素子のいずれかを用いて結像する方法であり、本発明に係る観察方法は、上述のファインダー光学系のいずれかを用いて被写体を観察する方法であり、本発明に係る測光方法は、上述の測光光学系により測光する方法であり、本発明に係る撮影方法は、上述の撮影光学系により撮影する方法である。

本発明に係る光学素子、ファインダー光学系、測光光学系、撮影光学系、及び、結像方法、観察方法、測光方法、撮影方法を以上のように構成すると、反射部材やプリズム等の偏向部材を別に挿入する必要が無く、光学系のサイズを小型化可能で、部品点数を少なくでき、光学系の組み立て時の偏向部材との光軸合わせが不要で、ゴーストやフレアの発生が少なく、可変面形状誤差による光学収差への影響を少なくすることができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１及び図２を用いて実施形態に係る光学素子の構成について説明する。ここで、図１は第１実施例に係る光学素子１の断面図を示しており、図２は平面図を示している。この光学素子１は、液体容器部２とプリズム部３とから構成されている。

液体容器部２は、導電性材料が円筒形の碗状に形成された第１容器４、導電性材料が円筒形の碗状に形成された第２容器５、例えばゴム等の絶縁性材料で形成され、第１容器４と第２容器５との間に挟持されたパッキン６、導電性材料が円筒状に形成された第２電極７、光を透過する材料が円板状に形成された第１光学窓部材８、及び、光を透過する材料が円板状の基部９ａとこの基部９ａより径が小さく同心円状に配置されて上方に突出する接続部９ｂからなる２段円筒状に形成された第２光学窓部材９から構成される。なお、後述するとおり、第１容器４は電極としても利用されるため、以降の説明においては、第１電極４とも呼ぶものとする。

第２容器５の底部５ａには円状に形成された開口窓５ｂが設けられており、この第２容器５内に挿入された第２光学窓部材９の接続部９ｂが、この開口窓５ｂから第２容器５の外側に突出するように取り付けられている。なお、第２光学窓部材９の基部９ａの上面は第２容器５の底部５ａの下面と当接しており、接着剤若しくはシーラー１０で接続されている。また、第２光学窓部材９の接続部９ｂの上面には上述のプリズム部３が接合されている。

第２電極７には上下方向に貫通する貫通孔が形成されており、貫通孔の径が広い上部７ａと、貫通孔の径が狭い下部７ｂとから構成される。この第２電極７の外径は第２容器５の内径と略同一大きさに形成されており、この第２容器５に対して、上部７ａ側から挿入され、第２容器５の底面５ａの下面と第２電極７の上部７ａの上面とが当接して取り付けられている。このとき、上部７ａに形成されている貫通孔の高さは第２光学窓部材９の基部９ａの高さ（厚さ）と略同一大きさを有しており、基部９ａは、第２容器５の底面５ａと第２電極７の下部７ｂの上面とによって挟持される。

一方、第１容器４の底部４ａにも円状に形成され上下に貫通する開口窓４ｂが設けられており、この第１容器４に挿入された第１光学窓部材８が開口窓４ｂを塞ぐように取り付けられている。このとき、第１光学窓部材８の外周部の底面と第１容器４の底部４ａの上面とは当接しており、接着剤若しくはシーラー１１で接続されている。そして、パッキン６を挟んで、第１容器４の開口部４ｃと第２容器５の開口部５ｃとを合わせるように、第１容器４に第２容器５を挿入してこれらを組み合わせる。

第１容器４と第２容器５とで囲まれた空間には、導電性の塩化リチウム水溶液（これを「第１液体１２」と呼ぶ）と、第１液体１２と同密度の絶縁性のシリコンオイル（これを「第２液体１３」と呼ぶ）とが充填されて封入されている。このとき、第１液体１２と第２液体１３とは混合せず、表面張力により境界面１４が形成され、この境界面１４を境にこれらの液体１２，１３が配置され、液体レンズを構成している。なお、第１液体１２と第２液体１３とが同密度で構成されることで、境界面１４へ重力が全く影響しなくなるため、この境界面１４にかかる重力方向の影響を回避することができ、また、振動による混合を回避することができる。

図１及び図２において、第２電極７の下部７ｂの内壁面７ｃは、回転対称に形成されており、この内壁面７ｃに対する回転対称軸として、液体レンズの光軸Ｘを定義することができる。図１において、この液体レンズの光軸Ｘは、下方から上方に向かって入射する入射光線の光軸（入射光線光軸Ｉ）と一致しており、境界面１４を貫いている。この液体レンズの光軸Ｘ（入射光線光軸Ｉ）に沿って入射した光線は、第１光学窓部材８、第１液体１２、第２液体１３及び第２光学窓部材９を透過してプリズム部３に入射し、光軸偏向面である反射面３ａで全反射し、図１の左方へと導かれ、このプリズム部３より射出光線光軸Ｏとして定義される光線として射出される。

この光学素子１において、第１液体１２と第２液体１３との境界面１４は、液体レンズの光軸Ｘ周りの全周で内壁面７ｃに接している。この内壁面７ｃを形成する第２電極７の外面には、不図示の絶縁性の膜が設けられており、第１及び第２液体１２，１３と第２電極７とは絶縁されている。一方、第２電極７とパッキン６を介して絶縁されている第１電極（第１容器）４は、導電性液体である第１液体１２に接し、この第１液体１２に通電可能な構成となっている。したがって、第１電極４及び第２電極７へ電圧を印加することで、第１液体１２及び内壁面７ｃを形成する第２電極７へ電圧を印加することができるように構成されており、電圧によって、境界面１４と内壁面７ｃとの表面張力を変更可能な構成となっている。これにより、境界面１４の表面張力によって境界面形状を変更可能であり、電圧の変化に対して、境界面形状の変更が可能な構成となっている。ここで、第１液体１２のｄ線における屈折率はｎ＝１．４１であり、第２液体１３のｄ線における屈折率はｎ＝１．５５であることから、電圧変化に伴う境界面形状の変化により、この光学素子１全体の焦点距離を変更可能としている。

なお、以上の説明においては、第２電極７の内壁面７ｃを回転対称に形成した場合について説明したが、本実施例がこの形状に限定されることはなく、例えば内壁面７ｃの形状を、液体レンズの光軸Ｘを含む面対称に構成することも可能である。あるいは、内壁面７ｃは非対称形状であっても良い。また、第１液体１２及び第２液体１３として、屈折率がほぼ同一で、アッベ数が異なる２つの液体を用いることにより、電圧変化に伴う境界面形状の変化により、この光学素子１全体の色収差を変更可能に構成することもできる。

図３は、第２実施例に係る光学素子１′の断面図を示している。なお、この第２実施例において、第１実施例と同一の部材は同一の符号を付し詳細な説明を省略する。この第２実施例に係る光学素子１′において、液体容器部２′は、第１光学窓部材８′も基部８ａ′及び接続部８ｂ′から構成される２段円筒状に形成されており、この第１光学窓部材８′の接続部８ａ′の下面には第１プリズム部１５が接合されている（この第１プリズム部１５と区別するために、プリズム部３を「第２プリズム部」と呼ぶ）。第１プリズム部１５の左方から入射光線光軸Ｉに沿って入射した光線は、光軸偏向面である反射面１５ａで全反射し、液体レンズの光軸Ｘに沿って液体容器部２′に入射し、さらに、第２プリズム部３の反射面３ａで全反射して、図１の左方へと導かれ、この第２プリズム部３より射出光線光軸Ｏとして定義される光線として射出される。この第２実施例においても、第１実施例と同様の効果を得ることができる。

図４は、第３実施例に係る光学素子２１を示している。この光学素子２１は、液体容器部２２とプリズム部２３とから構成されている。

この第３実施例において、液体容器部２２は、導電性材料が円筒形の碗状に形成された第１電極２４、プラスチック等の絶縁性材料が円筒状に形成された容器２５、絶縁性材料が円筒状に形成された第１絶縁体２６、導電性材料が二重円筒状に形成された第２電極２７、光を透過する材料が円板状に形成された光学窓部材２８、及び、光を透過する絶縁性材料が円筒形の碗状に形成された第２絶縁体２９から構成される。第２電極２７は、断面がコの字状に形成されており、容器２５の内周面、上面及び外周面を覆うように取り付けられている。また、第１絶縁体２６の外径は、第２電極２７及び容器２５の内径と略同一大きさに形成されており、第２電極２７及び容器２５の内周面に対して、第１絶縁体２６が挿入されて取り付けられている。さらに、第２絶縁体２９の外径は、第１絶縁体２６の内径と略同一大きさに形成されており、この第２絶縁体２９の開口部２９ａが下方に向くように、第１絶縁体２６内に挿入されて取り付けられている。

この容器２５に対して第２電極２７、第１絶縁体２６及び第２絶縁体２９が取り付けられた状態で、これらの上面は略同一平面上に位置しており、この上面に対してプリズム部２３が接合されている。また、容器２５、第１絶縁体２６及び第２絶縁体２９の下面も略同一平面上に位置しており、この下面に対して第１電極２４が接合されている。第１電極２４の底部２４ａには、円形の開口窓２４ｂが設けられており、この開口窓２４ｂの内径は、第２絶縁体２９の開口部２９ａの内径よりやや小さく形成されており、開口窓２４ｂと開口部２９ａとはその回転対称軸（後述する液体レンズの光軸Ｘ）が一致している。また、第１電極２４の内径と光学窓部材２８の外径とは略同一大きさに形成されており、この第１電極２４に光学窓部材２８が挿入されて取り付けられている。

第２絶縁体２９と第１電極２７及び光学窓部材２８とで囲まれた空間には、第１実施例と同様に、同密度の、第１液体（導電性の塩化リチウム水溶液）３２と、第２液体（絶縁性のシリコンオイル）３３とが充填されて封入されている。この第３実施例においても、第１液体３２と第２液体３３とは混合せず、表面張力により第１液体３２側に凸の曲面状態を含む境界面２４が形成される。また、第１液体３２と第２液体３３とが同密度の液体で構成されているため、境界面３４にかかる重力方向の影響及び振動による混合を回避することができる。さらに、第２絶縁体２９の内壁面２９ｂは回転対称に形成されており、この内壁面２９ｂに対する回転対称軸と液体レンズの光軸Ｘとは一致している。この液体レンズの光軸Ｘは、下方から上方に向かって入射する入射光線光軸Ｉと一致して境界面３４を貫いている。そのため、入射光線光軸Ｉに沿ってこの液体容器部２２に入射した光線は、プリズム部２３の光線偏向面である反射面２３ａで全反射し、射出光線光軸Ｏで定義される光線として射出される。

この光学素子２１においても、第１液体３２と第２液体３３との境界面３４は、液体レンズの光軸Ｘ周りの全周で内壁面２９ｂに接している。また、第２電極２７は第１及び第２絶縁体２６，２９により第１液体３２及び第２液体３３とは絶縁されており、一方、第１電極２４の開口部２４ｂは第１液体３２に接して電気的に接続されている。したがって、第１電極２４及び第２電極２７に電圧を印加することで、境界面３４と内壁面２９ｂとの表面張力を変更可能であり、電圧の変化に対して、境界面形状の変更が可能な構成となっている。

なお、この第３実施例においても、第１液体３２のｄ線における屈折率はｎ＝１．４４であり、第２液体３３のｄ線における屈折率はｎ＝１．５１であることから、電圧変化に伴う境界面形状の変化により、この光学素子２１全体の焦点距離を変更可能としている。また、内壁面２９ｂの形状も回転対称だけでなく、液体レンズの光軸Ｘを含む面対称に構成することも可能であり、さらに、第１液体３２及び第２液体３３として、屈折率がほぼ同一で、アッベ数が異なる２つの液体を用いることにより、電圧変化に伴う境界面形状の変化により、この光学素子２１全体の収差を変更可能に構成することもできる。

図５は、第４実施例に係る光学素子２１′の断面図を示している。なお、この第４実施例において、第３実施例と同一の部材は同一の符号を付し詳細な説明を省略する。この第４実施例に係る光学素子２１′において、液体容器部２２′を構成する第１電極２４′は円板状に形成されており、第３実施例と同様に開口部２９ａとその回転対称軸（後述する液体レンズの光軸Ｘと一致する）が一致する開口窓２４ｂ′が形成されている。そして、この第１電極２４′の下面には第１プリズム部３５が接合されている（プリズム部２３を「第２プリズム部」と呼ぶ）。そのため、第１プリズム部３５の左方から入射光線光軸Ｉに沿って入射した光線は、光軸偏向面である反射面３５ａで全反射し、液体レンズの光軸Ｘに沿って液体容器部２２′に入射し、さらに、第２プリズム部２３の反射面２３ａで全反射して、図５の左方へと導かれ、この第２プリズム部２３より射出光線光軸Ｏとして定義される光線として射出される。この第４実施例においても、第３実施例と同様の効果を得ることができる。

なお、第３実施例において、第１電極２４の側部２４ｃは、光学窓部材２８の側面に沿って延びているため、この側部２４ｃに電源ケーブル等を接続することにより、電圧を印加することが可能であるが、第４実施例においては、このような側部はない。しかしながら、図６に示すようにこの第１電極２４′を矩形形状にすることにより、平面視において回転対称に形成された容器２５等と重ならない部分が四隅にできるため、この部分に電源ケーブル等を接続することができる。

図７には、第５実施例として本実施形態の光学素子をファインダー光学系（実像式ファインダー光学系）に適用した場合を示している。このファインダー光学系４０は、物体側から順に、両凹レンズ、両凸レンズ及び物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる対物レンズ部４１と、ミラー４２と、フィールドレンズ４３と、ダハプリズム４４と、プリズム部４５及び液体容器部４６から構成される光学素子４７と、両凸レンズである接眼レンズ４８とから構成される。この第５実施例に係るファインダー光学系４０において、光学素子４７は接眼部の視度調整を目的に用いられ、光学素子４７と接眼レンズ４８とで構成される接眼レンズ部４９の合成焦点距離を変化させることでファインダー光学系からの射出構成のアフォーカル度を変化させて視度調整を実現している。そのため、光学素子４７は、ダハプリズム４４からの射出光線を接眼レンズ４８に導きつつ、ダハプリズム４４内で生じた図７における左右方向の光路差を補正する働きとしてプリズム部４５が活用されている。なお、図８に示すように、ダハプリズム４４とプリズム部４５との間にはエアギャップ部４９が設けられており、このエアギャップ部４９では光軸が曲がる。すなわち、プリズム部４５の光軸偏向面（屈折面）４５ａが入射光線光軸Ｉを曲げる働きをしていることが分かる。

図９には、第６実施例として本実施形態の光学素子をファインダー光学系（一眼レフファインダー光学系）に適用した場合を示している。このファインダー光学系５０は、物体側から順に、ミラー５１と、フレネルレンズ５２と、焦点板５３と、液体容器部５４と、この液体容器部５４に接合されたペンタプリズム部５５と、両凹レンズ、両凸レンズ及び物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる接眼レンズ部５７とから構成される。この第６実施例に係るファインダー光学系５０において、光学素子５６は、液体容器部５４及びペンタプリズム部５５から構成され、フィールドレンズ及び像反転光学素子として用いられている。なお、この光学素子５６の光軸偏向面は、ダハ反射面５５ａ，反射面５５ｂである。このファインダー光学系５０は、光学素子５６の焦点距離変換機能によって、射出光線のテレセントリック性を変化させ、その結果、ファインダー光学系５０のアイレリーフ変更機能として使用されている。

図１０には、第７実施例として本実施形態の光学素子をファインダー光学系（一眼レフファインダー光学系）に適用した場合を示している。このファインダー光学系６０は、物体側から順に、ミラー６１と、フレネルレンズ６２と、焦点板６３と、ペンタプリズム部６４と、このペンタプリズム部６４に接合された液体容器部６５と、両凸レンズ及び物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる接眼レンズ部６７とから構成される。この第７実施例に係るファインダー光学系６０において、光学素子６６は、ペンタプリズム部６４及び液体容器部６５から構成され、上述のように接眼レンズ系の一部及び像反転光学素子として用いられている。なお、この光学素子６６の光軸偏向面は、ダハ反射面６４ａ，反射面６４ｂである。このファインダー光学系６０は、光学素子６６の焦点距離変換機能によって、接眼レンズ部６７からの視度を変化させ、視度調整機構として使用されている。

図１１及び図１２には、第８実施例としてファインダー光学系に取り付けられる測光光学系に対して、本実施形態の光学素子を適用した場合を示している。このファインダー光学系７０は、物体側から順に、ミラー７１と、フレネルレンズ７２と、焦点板７３と、ペンタプリズム部７４と、両凹レンズ、両凸レンズ及び物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる接眼レンズ部７５が構成され、ペンタプリズム部７４の射出側の面に測光光学系８０が取り付けられている。この測光光学系８０は、物体側から順に、プリズム部８１及び液体容器部８２からなる光学素子８３と、両凸レンズである正レンズ８４と、プリズム８５と、測光センサー８６とから構成され、光学素子８３の光軸偏向面は、プリズム部８１の反射面８１ａである。この第８実施例に係る測光光学系８０において、光学素子８３は、測光センサー８６へ光線を導く光学系及び画角変更手段として用いられており、この光学素子８３の焦点距離変換機能によって、測光センサー８６上の画角を変更でき、これにより測光範囲を変更可能としている。

図１３には、第９実施例として本実施形態の光学素子を撮影光学系に適用した場合を示している。この撮影光学系９０は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、プリズム９１及び液体容器部９２からなる第１レンズ群９４と、両凹レンズ、両凹レンズ及び両凸レンズからなる第２レンズ群９５と、両凸レンズ、両凸レンズ及び両凹レンズからなる第３レンズ群９６と、両凸レンズ、両凸レンズ及び両凹レンズからなる第４レンズ群９７と、光学ローパスフィルタ９８と、撮像素子９９とから構成される。この第９実施例に係る撮影光学系９０において、光学素子９３はプリズム部９１及び液体容器部９２から構成され、ズームレンズのコンペンセータ及び合焦、光線折り曲げ光学系として用いられている。なお、この光学素子９３の光軸偏向面は、プリズム部９１の反射面９１ａであり、この撮影光学系９０は、光学素子９３の焦点距離変換機能によって、第２レンズ群９５への入射光を変化させ、ズームレンズのコンペンセータ及び合焦をさせている。

ところで、本実施例において、少なくとも１面以上の光軸偏向面が屈折面で構成されている場合、光軸偏向面と液体レンズの光軸とのなす角をθ［度］とし、液体レンズの光軸に沿って光軸偏向面から少なくとも１つの状態における境界面までの長さをｄとし、境界面と液体レンズの内壁面の接する接触部の最大径をＤＬとするとき、次の条件式（１），（２）を満足することが望ましい。

θ ＜ ８８ （１）
ｄ／ＤＬ ＞ ０．３０ （２）

条件式（１）は、本実施例に係る光学素子において屈折面によるゴーストの発生を軽減するための条件式である。この条件式（１）の上限値を上回ると、光軸偏向面である屈折面と、この光軸偏向面を有する光学部材の液体に接する面との間、或いは、第１液体と第２液体との境界面との間でゴーストが発生しやすくなり、光学素子や光学系によって発生するゴーストやフレアを抑えることができなくなってしまう。なお、さらに好ましくは、条件式（１）の上限値を８５［度］、より好ましくは８０［度］とすることが望ましい。

条件式（２）は、本実施例に係る光学素子において屈折面の多重反射によるゴーストの発生を軽減するための条件式である。この条件式（２）の下限値を下回ると、光軸偏向面である屈折面と、この光軸偏向面を有する光学部材の液体に接する面との間、或いは、第１液体と第２液体との境界面との間で多重反射によるゴーストが発生しやすくなり、光学素子や光学系によって発生するゴーストやフレアを抑えることができなくなってしまう。なお、さらに好ましくは、条件式（２）の下限値を０．３５、より好ましくは０．４０とすることが望ましい。

このように光学偏向面として屈折面を有する構成は、図７に示す第５実施例で実現されており、この第５実施例における諸元及び条件対応値を以下の表１に示す。

（表１）
［第５実施例］
ｄ ＝ 4.5mm
ＤＬ ＝ 7.5mm
（１）θ ＝ 58度
（２） ｄ／ＤＬ ＝ 0.60

このように、第５実施例においては、条件式（１）及び（２）は全て満たされている。

また、本実施例において、少なくとも１面以上の光軸偏向面が反射面で構成されており、この反射面が境界面よりも光学素子の入射面側にある場合、液体レンズの光軸を含む光軸に沿ってこの光学素子の入射面から少なくとも１つの状態における境界面までの長さをｄ１とし、境界面と液体レンズの内壁面の接する接触部の最大径をＤＬとするとき、次の条件式（３）を満足することが望ましい。

ｄ１／ＤＬ ＞ ０．５０ （３）

条件式（３）は、本実施例に係る光学素子において、この光学素子への入射面によるゴーストの発生を軽減するためのものである。条件式（３）の下限値を下回ると、光学素子への入射面と、光軸偏向面を有する光学部材の液体に接する面との間、或いは、第１液体と第２液体との境界面との間でゴーストが発生しやすくなり、光学素子や光学系によって発生するゴーストやフレアを抑えることができなくなってしまう。なお、さらに好ましくは条件式（３）の下限値を０．７０、より好ましくは０．９０とすることが望ましい。

このように光学偏向面として反射面を有し、且つ、この反射面が境界面よりも光学素子の入射面側にある構成は、図３に示す第２実施例を始め、第４，７，８，９実施例で実現されており、これらの実施例における諸元及び条件対応値を以下の表２に示す。

（表２）
［第２実施例］
ｄ１ ＝ 9.0mm
ＤＬ ＝ 5.9mm
（３） ｄ１／ＤＬ ＝ 1.52
［第４実施例］
ｄ１ ＝ 10.7mm
ＤＬ ＝ 6.2mm
（３） ｄ１／ＤＬ ＝ 1.73
［第７実施例］
ｄ１ ＝ 71.2mm
ＤＬ ＝ 14.5mm
（３） ｄ１／ＤＬ ＝ 4.91
［第８実施例］
ｄ１ ＝ 2.8mm
ＤＬ ＝ 1.8mm
（３） ｄ１／ＤＬ ＝ 1.56
［第９実施例］
ｄ１ ＝ 22.7mm
ＤＬ ＝ 16.0mm
（３） ｄ１／ＤＬ ＝ 1.42

このように、これらの実施例においては、条件式（３）は全て満たされている。

あるいは、本実施例において、少なくとも１面以上の光軸偏向面が反射面で構成されており、この反射面が境界面よりも光学素子の射出面側にある場合、液体レンズの光軸を含む光軸に沿ってこの光学素子の射出面から少なくとも１つの状態における境界面までの長さをｄ２とし、境界面と液体レンズの内壁面の接する接触部の最大径をＤＬとするとき、次の条件式（４）を満足することが望ましい。

ｄ２／ＤＬ ＞ ０．５０ （４）

条件式（４）は、本実施例に係る光学素子において、この光学素子への射出面によるゴーストの発生を軽減するためのものである。条件式（４）の下限値を下回ると、光学素子への射出面と、光軸偏向面を有する光学部材の液体に接する面との間、或いは、第１液体と第２液体との境界面との間でゴーストが発生しやすくなり、光学素子や光学系によって発生するゴーストやフレアを抑えることができなくなってしまう。なお、さらに好ましくは条件式（４）の下限値を０．７０、より好ましくは０．９０とすることが望ましい。

このように光学偏向面として反射面を有し、且つ、この反射面が境界面よりも光学素子の射出面側にある構成は、図１に示す第１実施例を始め、第２，３，４，６実施例で実現されており、これらの実施例における諸元及び条件対応値を以下の表３に示す。

（表３）
［第１実施例］
ｄ２ ＝ 9.4mm
ＤＬ ＝ 5.9mm
（４） ｄ２／ＤＬ ＝ 1.59
［第２実施例］
ｄ２ ＝ 9.4mm
ＤＬ ＝ 5.9mm
（４） ｄ２／ＤＬ ＝ 1.59
［第３実施例］
ｄ２ ＝ 11.2mm
ＤＬ ＝ 6.2mm
（４） ｄ２／ＤＬ ＝ 1.81
［第４実施例］
ｄ２ ＝ 11.2mm
ＤＬ ＝ 6.2mm
（４） ｄ２／ＤＬ ＝ 1.81
［第６実施例］
ｄ２ ＝ 110.2mm
ＤＬ ＝ 21.8mm
（４） ｄ２／ＤＬ ＝ 5.06

このように、これらの実施例においては、条件式（４）は全て満たされている。

各実施例において、偏向部材と液体容器部とが一体になった構成、すなわち、液体容器自体が偏向部材となっている構成であっても良い。

本実施例に示す光学素子、ファインダー、測光光学系及び撮影光学系を以上のように構成し、これらの光学素子等による結像方法、観察方法、測光方法及び撮影方法を用いると、反射部材やプリズム等の偏向部材と別に挿入する必要が無く、光学系のサイズを小型化可能で、部品点数を少なくでき、光学系の組み立て時の偏向部材との光軸合わせが不要で、ゴーストやフレアの発生が少なく、可変面形状誤差による光学収差への影響を少なくすることができる。

なお、本実施形態における液体容器の形態は、同じ機能を有していれば本明細書中に示される実施例に限定されることはない。また、液体材料（第１及び第２液体）は、同じ機能を有していれば、本明細書中に示される実施例に限定されることはない。

第１実施例に係る光学素子の側断面図である。 第１実施例に係る光学素子の平面図である。 第２実施例に係る光学素子の側断面図である。 第３実施例に係る光学素子の側断面図である。 第４実施例に係る光学素子の側断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。 第５実施例に係るファインダー光学系の側断面図である。 第５実施例の要部拡大図である。 第６実施例に係るファインダー光学系の側断面図である。 第７実施例に係るファインダー光学系の側断面図である。 第８実施例に係る測光光学系を含むファインダー光学系の側断面図である。 第８実施例に係る測光光学系の側断面図である。 第９実施例に係る撮影光学系の側断面図である。

符号の説明

１，１′，２１，２１′ 光学素子 ２，２′，２２，２２′ 液体容器部（容器）
３，１５，２３，３５，４５，８１，９１ プリズム部材
３ａ，１５ａ，２３ａ，３５ａ，５５ａ，５５ｂ，６４ａ，６４ｂ，８１ａ，９１ａ 反射面（光軸偏向面）
７，２７ 第２電極（電極） ２９ 第２絶縁体（絶縁手段）
７ｃ，２９ｂ 液体レンズの内壁面 １２，３２ 第１液体
１３，３３ 第２液体 １４，３４ 液体レンズの境界面
４０，５０，６０ ファインダー光学系 ５３ 焦点板
４１ 対物レンズ部（対物レンズ群） ４３ フィールドレンズ
４５ａ 屈折面（光軸偏向面） ４８，５７，６７ 接眼レンズ部（接眼レンズ群）
５５，６４ ダハプリズム（プリズム部材） ７３ 焦点板
８０ 測光光学系 ９０ 撮影光学系
Ｘ 液体レンズの光軸 Ｉ 入射光線光軸 Ｏ 射出光線光軸

Claims (27)

1. 第１液体と、当該第１液体と混合しない第２液体とを備えて容器内に封入し、前記容器内に加える物理量を変化させることで、前記第１液体と前記第２液体との境界面形状を変化させることが可能な液体レンズと、光軸偏向面を備えた偏向部材とを有し、
   前記光軸偏向面は、前記第１液体と前記第２液体との境界面を貫く前記液体レンズの光軸に対して、入射光線側および射出光線側の少なくとも一方に配設されていることを特徴とする光学素子。
2. 前記光軸偏向面は、一つ以上のプリズム部材中に構成されることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記第１液体あるいは前記第２液体に接する光学部材を有し、前記光学部材と前記プリズム部材とは接合されている請求項２に記載の光学素子。
4. 前記第１液体は導電性を有する請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子。
5. 前記第２液体は絶縁性を有する請求項１〜４のいずれかに記載の光学素子。
6. 前記物理量は電圧である請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子。
7. 前記液体レンズの内壁面は前記境界面に対して前記液体レンズの光軸の周りの全周で接して構成された請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子。
8. 前記液体レンズの内壁面を形成する部材に設けられた電極と、
   前記電極と、前記第１液体及び前記第２液体との間に設けられた絶縁手段とを有し、
   前記第１液体と前記電極との間に電圧を印加することにより前記境界面形状を変化させるように構成された請求項７に記載の光学素子。
9. 前記第１液体及び前記第２液体はほぼ同密度である請求項１〜８のいずれかに記載の光学素子。
10. 前記第１液体及び前記第２液体は異なる屈折率を有するように構成された請求項１〜９のいずれかに記載の光学素子。
11. 前記光軸偏向面のうち、少なくとも１面は屈折面であり、
    前記屈折面と前記液体レンズの光軸とのなす角度をθ［度］とし、前記液体レンズの光
    軸上の前記屈折面から前記境界面までの長さをｄとし、前記境界面と前記液体レンズの内壁面が接する接触部の最大径をＤＬとするとき、次式
    θ ＜ ８８
    ｄ／ＤＬ ＞ ０．３０
    を満足する請求項７〜１０のいずれかに記載の光学素子。
12. 前記光軸偏向面のうち、少なくとも１面は反射面であり、かつ、前記反射面が前記境界面よりも入射面側に位置し、
    前記液体レンズの光軸を含む光軸上の前記入射面から前記境界面までの長さをｄ１とし、前記境界面と前記液体レンズの内壁面とが接する接触部の最大径をＤＬとするとき、次式
    ｄ１／ＤＬ >０．５０
    を満足する請求項７〜１０のいずれかに記載の光学素子。
13. 前記光軸偏向面のうち、少なくとも１面は反射面であり、かつ、前記反射面が前記境界面よりも射出面側に位置し、
    前記液体レンズの光軸を含む光軸上の前記射出面から前記境界面までの長さをｄ２とし、前記境界面と前記液体レンズの内壁面とが接する接触部の最大径をＤＬとするとき、次式
    ｄ２／ＤＬ >０．５０
    を満足する請求項７〜１０のいずれかに記載の光学素子。
14. 前記液体レンズの内壁面が、前記液体レンズの光軸に対して回転対称に形成された請求項１〜１３のいずれかに記載の光学素子。
15. 前記液体レンズの容器が前記偏向部材であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の光学素子。
16. 正の屈折力を有する対物レンズ群と、正の屈折力を有する接眼レンズ群とからなるファインダー光学系であって、
    前記対物レンズ群若しくは前記接眼レンズ群の少なくとも一方の光路中に請求項１〜１５のいずれかに記載の光学素子が配置されて構成されるファインダー光学系。
17. 前記光学素子は前記接眼レンズ群の光路中に配置され、前記光学素子の前記液体レンズの境界面を変化させることにより、視度調整を行うように構成された請求項１６に記載のファインダー光学系。
18. 結像面付近に設けられた焦点板と、
    請求項１〜１５のいずれかに記載の光学素子である可変焦点距離素子と、
    接眼レンズ群とから構成されるファインダー光学系。
19. 前記光学素子の前記液体レンズの境界面を変化させることにより、視度調整を行うように構成された請求項１８に記載のファインダー光学系。
20. 前記光学素子の前記液体レンズの境界面を変化させることにより、前記光学素子からの射出光線のテレセントリック性調整を行うように構成された請求項１８または１９に記載のファインダー光学系。
21. さらに、フィールドレンズを有する請求項１８〜２０のいずれかに記載のファインダー光学系。
22. 結像面付近に設けられたフィールドレンズ及び焦点板と、
    像反転光学系と、
    請求項１〜１５のいずれかに記載の光学素子であって、前記像反転光学系の光線射出側に配置される可変焦点距離素子と、
    前記可変焦点距離素子の光線射出側に配置される正の屈折力を有する光学系とから構成される測光光学系。
23. 全体として正の屈折力を有する撮影光学系であって、
    少なくとも１つ以上の請求項１〜１５のいずれかに記載の光学素子を光路中に有して構成された撮影光学系。
24. 請求項１〜１５のいずれかに記載の光学素子を用いて結像する結像方法。
25. 請求項１６〜２１のいずれかに記載のファインダー光学系により被写体を観察する観察方法。
26. 請求項２２に記載の測光光学系により測光する測光方法。
27. 請求項２３に記載の撮影光学系により撮影する撮影方法。

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