JP2000231009A - 光学特性可変光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単で、光量損失が少なく、低電圧に
より駆動可能で、光学特性を変化させ得る光学特性可変
光学素子を提供する。 【解決手段】 本発明の光学特性可変光学素子は、らせ
ん構造を有し、Γ＝２π（ｎe −ｎo ）ｄ／λ，Φ＝２
πｄ／Ｐとしたとき、下記条件を満足する液晶を含むこ
とを特徴とする。 ｜Γ／２Φ｜≦π 但し、Ｐはらせん構造のねじれピッチ、λは入射光の使
用中心波長、ｄは液晶部分の光軸方向の最大厚さ、ｎe
は液晶の異常光に対する屈折率、ｎo は液晶の常光に対
する屈折率である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学特性可変光学
素子、さらに詳しくは光学特性を変化させる光学特性可
変光学素子およびこれを含む光学系、この光学系を備え
た光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ズームレンズ或いは撮像装置のピント合
わせは、通常、レンズを機械的に移動することによって
行われる。しかし、レンズ系の全体或いは一部を移動さ
せることは、超小型であることが要求される電子内視鏡
やマイクロマシンの眼等では不可能である。また、テレ
ビカメラ，電子スチルカメラ，銀塩フィルムカメラ等で
も、軽量化，コストダウンのためには、レンズ系を移動
させずに変倍や、ピント合わせができることが望まし
い。そこで、従来から、これらの課題をレンズの移動を
行わずに解決する手段として、例えば特開平５−３４６
５６号公報や特開平４−３４５１２４号公報において、
可変焦点レンズが提案されている。

【０００３】図４３は、この種可変焦点レンズの一例で
ある液晶レンズを示している。図中、１はシール部材２
により封止された斜め配向のネマティック液晶で、ドー
ナツ状の電極３を設けた一対の透明基板４，５の間に挟
まれている。６は透明基板４，５の内側表面に設けられ
た配向膜、７は透明基板４の前側（左側）に設けられ紙
面内で振動する光のみを透過する偏光板、８はスイッチ
９と可変抵抗器１０を介して電極３に接続された交流電
源である。

【０００４】この液晶レンズにおいて、スイッチ９がオ
フの場合、液晶１は図示のように一様に斜めに配向して
いて、光線Ｌは直進する。これに対し、スイッチ９をオ
ンにして電極３に電圧を印加すると、電極３がドーナツ
状をしているため電場Ｅの方向は図４４に示すように不
均一になり、液晶１は図４５に示すように配向する。つ
まり、液晶レンズの中心付近では電場が弱いため液晶１
は斜め配向を保っているが、電極３に近づくにつれて電
場が強くなるため液晶１は基板４，５に垂直となる。こ
のため、偏光板７を透過した偏光に対して液晶１の屈折
率は液晶レンズの中心ほど高く周辺ほど低くなり、液晶
レンズの半径方向（ｙ方向）に屈折率分布をもつように
なる。このため、液晶レンズは凸レンズ作用を持つ不均
質レンズとなり、入射した光線Ｌは収束する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
液晶レンズでは偏光板７が必要なため、透過光量は半分
以下で、透過率としては３０〜４０％程度しかなく、応
用できる製品が限られるという欠点があった。

【０００６】本発明は、上記従来技術の有する問題点に
鑑みなされたもので、構造が簡単で、光量損失が少な
く、低電圧により駆動可能で、光学特性を変化させ得る
光学特性可変光学素子を提供することを目的とする。ま
た、この光学特性可変光学素子を含む撮像光学系，撮像
装置を提供することを第２の目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による光学特性可変光学素子は、以下のよう
な特徴を備えている。

【０００８】請求項１に記載の光学特性可変光学素子
は、らせん構造を有し、Γ＝２π（ｎe −ｎo ）ｄ／
λ，Φ＝２πｄ／Ｐとしたとき、下記条件を満足する液
晶を含むことを特徴とするものである。 ｜Γ／２Φ｜≦π 但し、Ｐはらせん構造のねじれピッチ、λは入射光の使
用中心波長、ｄは液晶部分の光軸方向の最大厚さ、ｎe
は液晶の異常光に対する屈折率、ｎo は液晶の常光に対
する屈折率である。

【０００９】また、請求項２に記載の光学特性可変光学
素子は、請求項１に記載の光学特性可変光学素子におい
て、らせん液晶が｜Γ／２Φ｜≦１なる条件を満足する
ことを特徴とするものである。

【００１０】請求項３に記載の光学特性可変光学素子
は、請求項１に記載の光学特性可変光学素子において、
らせん構造を有する液晶が｜Γ／２Φ｜≦π／６なる条
件を満足することを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明による第１の光学特性可変
光学素子は、らせん構造を有し、Γ＝２π（ｎe −ｎo
）ｄ／λ，Φ＝２πｄ／Ｐとしたとき、下記条件を満
足する液晶を含むことを特徴としている。 ｜Γ／２Φ｜≦π （１） 但し、Ｐはらせん構造のねじれピッチ、λは入射光の使
用中心波長、ｄは液晶部分の光軸方向の最大厚さ、ｎe
は液晶の異常光に対する屈折率、ｎo は液晶の常光に対
する屈折率である。

【００１２】本発明において、使用中心波長とは、光学
特性可変光学素子に入射する光のうち、例えば結像など
に必要な波長域の中心の波長と定義する。レーザー光な
どのような単色光を使用する場合はその波長であり、例
えば白色光のように様々な波長の光を含む場合には、結
像などに必要な波長域のうち中心の波長、或いは設計時
の基準の波長とする。白色光を入射して結像する光学系
に用いる場合、使用中心波長はｄ線の波長（５８７．５
６ｎｍ）と考えることができる。

【００１３】図１は本発明の光学特性可変光学素子を用
いた可変焦点レンズの一例を示す図である。図中、前述
の従来例として説明したものと実質上同一の部材には同
一符号を付している。この可変焦点レンズ１１は、ネマ
ティック液晶１からなる平凸レンズ形状の液晶層１２
を、内側に透明電極１３を形成した平行平面基板１４，
凹平レンズ形状の基板１５との間に配向膜６を介して挟
み、シール部材２により封止した構成が基本構成となっ
ている。また、図２はネマティック液晶１のねじれの様
子を示す図である。本発明に用いるネマティック液晶１
のねじれのピッチＰは使用光の波長λに比べ非常に小さ
いものとする。すなわち、 Ｐ≪λ （２） である。

【００１４】このように、ネマティック液晶１のねじれ
のピッチＰが光の波長に比べ非常に小さいと、可変焦点
レンズ１１の液晶の屈折率は入射光の偏光によらず、実
効的には屈折率ｎ' となり、液晶層１２は屈折率ｎ' の
平凸レンズとして作用する。なお、このときの屈折率
ｎ' は、次式（３）で表される。 ｎ' ＝（ｎe ＋ｎo ）／２ （３） 但し、ｎe は液晶分子長軸方向の偏光に対する屈折率、
ｎo は液晶分子短軸方向の偏光に対する屈折率である。

【００１５】また、図３にネマティック液晶１の液晶分
子に対応する屈折率楕円体を示す。ここで、ｘ軸および
ｚ軸は液晶分子の短軸方向、ｙ軸は液晶分子の長軸方向
になっている。なお、この例ではｎe ＞ｎo とする。

【００１６】次に、ジョーンズのベクトルと行列によっ
て、何故ネマティック液晶１が実効的に屈折率ｎ' の等
方的な媒質としてふるまうのかを、以下に説明する。

【００１７】「液晶とディスプレイ応用の基礎（吉野勝
美、岡崎雅則共著 コロナ社）」の８５〜９２頁に示さ
れている式３．１０，式３．１１０および式３．１２６
によれば、絶対的な位相の変化ｅｘｐ（−ｉα）を含め
たとき、図１に示す可変焦点レンズ１１の光軸近傍部分
の厚さｄのネマティック液晶１に対するジョーンズの行
列Ｗ_t は、 で与えられる。但し、 Φ＝２πｄ／Ｐ （５） Γ＝２π（ｎe −ｎo ）ｄ／λ （６） α＝２π｛（ｎe ＋ｎo ）／２｝・ｄ／λ （７） Ｘ＝（Φ² ＋Γ² ／２）^1/2 （８） である。

【００１８】ここで、常光を液晶分子の短軸方向の偏光
と定義し、異常光を液晶分子の長軸方向の偏光、また
は、長軸を光軸に垂直な平面へ投影したときの方向の偏
光と定義すると、Γはネマティック液晶１による常光と
異常光の位相差を表す。なお、Φはネマティック液晶１
の液晶分子のねじれ角をラジアンで表したものである。
また、式（４），（９）の座標系は、図１に示したｘ，
ｙ，ｚ軸のようにとるものとする。つまり、ｘ軸は紙面
の表から裏側へ向かっており、ｙ軸はネマティック液晶
１の入射面での液晶分子の長軸方向である。

【００１９】次に、式（２）の条件のもとで、式（４）
のＷ_t がどのようになるかを調べてみる。まず、式
（２）は、 ０＜Ｐ／λ≪１ （１０） と変形できる。そこで、Ｐ／λ→０のとき、式（４）の
Ｗ_t の極限値Ｗ_tLを求めてみる。 Γ／Φ＝（ｎe −ｎo ）Ｐ／λ （１１） であるから、Ｐ／λ≪１のとき ｜Γ／Φ｜≪１ （１２） となり、Ｐ／λ→０のとき｜Γ／Φ｜→０となる。

【００２０】また、式（１２）の条件のもとで と近似できる。

【００２１】そして、Ｐ／λ→０のとき、式（１３），
（１４），（１５），（１６）はそれぞれ、 Ｘ→Φ （１７） ｃｏｓＸ→ｃｏｓΦ （１８） となるので、Ｐ／λ→０のとき、 となる。

【００２２】これは屈折率ｎ' ＝（ｎe ＋ｎo ）／２，
厚さｄの、光軸に沿って等方な媒質のジョーンズ行列に
他ならない。従って、Ｐ／λ≪１であるので、図１に示
す可変焦点レンズ１１の液晶層１２の光軸近傍は、入射
光の偏光に依らず一定の屈折率ｎ' となる。上記の式
（４）〜（２１）は、液晶１の微小部分に対して適用さ
れる。光軸から少し離れた厚さｄ' の微小部分に対して
も同様に考えられ、液晶層１２全体は屈折率ｎ' の平凸
レンズとして作用する。

【００２３】また、図４に示すようにスイッチ９をオン
にすると、液晶分子は分子の長軸方向が電極と垂直な方
向に揃い、液晶１の屈折率は入射光の偏光に依らずｎo
となる。したがって、可変焦点レンズ１１の液晶層１２
は入射光の偏光に依らず一定の屈折率ｎo の平凸レンズ
として作用する。

【００２４】以上説明したように、スイッチ９をオン，
オフすると入射光の偏光に依らず液晶層１２の屈折率は
ｎo 或いはｎ' と変化し、可変焦点レンズ１１の焦点距
離が変化する。ここで、式（２１）にはＰ／λ→０の極
限の場合が示されているが、実際の可変焦点レンズで
は、液晶分子配列の乱れ等のため必ずしも極限値が当て
はまらない場合もあるので、式（４）の近似式を導いて
みる。以下の説明では、Ｐ／λ＞１の場合も含むものと
する。

【００２５】式（４）をＰ／λの１次までを考えて近似
すると、次のようになる。つまり、式（１３）〜式（１
５）でＰ／λの１次まで、すなわち式（１１）より、Γ
／Φの１次までを残しＰ／λの２次以上、Γ／Φの２次
以上を省略すると、 を得る。

【００２６】したがって、Ｗ_tNの値が等方媒質のジョー
ンズ行列とほぼ等しいと見做せるためには、｜ｉ・Γ／
２Φ｜が０に近ければよい。この時Ｗ_tNは、 に近づくが、この式は、入射光の偏光方向は（Γ／４）
・（Γ／Φ）だけ回転するが、液晶１は等方媒質である
と見なせることを意味している。 ｜ｉΓ／２Φ｜≒０ （２６） つまり、 ｜Γ／２Φ｜≪１ （２７） であれば、ボケのない可変焦点レンズが得られる。式
（１１）から、 （２８） となる。

【００２７】式（２７）の条件から外れると、それだけ
液晶１が等方媒質と見做せなくなり、屈折率が入射光の
偏光方向に依存するようになる。しかし、実際の光学系
で高解像を要求しない場合、例えば光ディスクのレンズ
等結像に用いないレンズ或いは画素数の少ない電子撮像
装置などの場合、式（２７）の条件は、 ｜Γ／２Φ｜≦π （１） であれば、ある程度依存性があっても実質上は問題がな
い。ｎe −ｎo の値は液晶の物性で決まるが、可変焦点
レンズとして有効に焦点距離を変えるためには、実用上
ｎe −ｎo は、 ０．１≦｜ｎe −ｎo ｜ （２９） であることが望ましい。

【００２８】このとき、式（２８）から、条件式（１）
はねじれピッチＰと使用中心波長λで Ｐ／λ≦６０ （３０） と表現することもできる。すなわち、ねじれピッチＰが
使用中心波長の６０倍以下である。但し、焦点距離が大
きく変化する必要のない場合、あるいは可変焦点レンズ
以外の屈折率が大きく変化する必要のない素子に適用す
る場合などには、屈折率差ｎe −ｎo は０．１より小さ
くても構わない。この場合は、式（３０）の上限値はさ
らに大きくなる。また、ねじれピッチＰの下限値は液晶
分子の大きさで決まり、３ｎｍ程度である。そのため、
例えば波長０．５μｍの可視光を使用する場合には、Ｐ
／λの下限値は約０．００６となる。

【００２９】以上から、らせん構造を有し、式（１）を
満足する液晶１を含む可変焦点レンズ１１は、スイッチ
９がオフの場合にも液晶１が入射光の偏光に依らずほぼ
一定の屈折率ｎ' となることがわかる。そして、屈折率
が偏光に対して等方であるから、この可変焦点レンズ１
１を透過する光は、どんな偏光状態でも同じように屈折
する。したがって、偏光板を用いる必要がない。

【００３０】以上は、焦点距離が変化する可変焦点レン
ズについて説明したが、例えば液晶層１２をくさび形状
とすれば、液晶層１２は入射光の偏光に依らず、スイッ
チ9がオフの場合には屈折率ｎ' 、オンの場合には屈折
率ｎo となる。したがって、このようにすることによ
り、偏光板を用いなくとも入射光の偏光に依らずそれぞ
れ一定の方向に光が射出し、スイッチ９のオン，オフで
射出方向を変化させることが可能なプリズムが得られる
（後述する第２実施例を参照）。

【００３１】以上のように、第１の光学特性可変光学素
子は、らせん構造を有し、式（１）を満たす液晶を含む
ため、液晶に電場を印加しない場合でも入射光の偏光に
対して屈折率は等方であり、偏光板を必要としない。こ
のため、光の利用効率が高く明るい光学特性可変光学素
子となる。

【００３２】また、本発明による第２の光学特性可変光
学素子は、前記第１の光学特性可変光学素子において、
らせん構造を有する液晶が、 ｜Γ／２Φ｜≦１ （３１） なる条件を満足するようにしたものである。

【００３３】既に説明したように、｜Γ／２Φ｜の値が
小さいほど液晶の屈折率は入射光の偏光に対してより等
方になる。したがって、液晶が式（３１）を満たすと
き、前記第１の光学特性可変光学素子よりも、液晶の屈
折率が入射光の偏光に対してさらに等方になる。そし
て、この第２の光学特性可変光学素子に入射した光はど
んな偏光状態でもより同じように屈折するようになる。
よって、例えば第２の光学特性可変光学素子を結像光学
系に用いれば、偏光板を用いることなく、よりボケの少
ない像が得られることになる。

【００３４】また、結像光学装置、例えば電子カメラ，
ＶＴＲカメラなどの比較的低コストの撮像装置などのレ
ンズに本発明の第２の光学特性可変光学素子を用いる場
合、前記第１の光学特性可変光学素子の場合より液晶の
屈折率が入射光の偏光に対して等方である必要があり、
式（３１）を満たすことが望ましい。式（３１）を満た
せば、前記のようなより高解像を必要とする結像光学装
置に適用できるようになる。

【００３５】なお、第１の光学特性可変光学素子で説明
したように、屈折率差ｎe −ｎo は実用上は式（２９）
を満たすことが望ましく、このとき、式（２８）から式
（３１）はねじれピッチＰと使用中心波長λで Ｐ／λ≦５ （３２） と表現することもできる。すなわち、ねじれピッチＰが
使用中心波長λの５倍以下である。しかし、既に説明し
たように、屈折率差ｎe −ｎo は必ずしも０．１以上で
ある必要はなく、応用対象によっては０．１より小さく
ても構わない。この場合は、式（３２）の上限値はさら
に大きくなる。また、ねじれピッチＰの下限値は既に説
明したように液晶分子の大きさで決まり、３ｎｍ程度で
あり、例えば波長０．５μｍの可視光を使用する場合に
はＰ／λの下限値は約０．００６となる。

【００３６】以上のように、第２の光学特性可変光学素
子は、らせん構造を有し、式（３１）を満たす液晶を含
むため、液晶に電場を印加しない場合でも入射光の偏光
に対して屈折率がより等方になり、偏光板を用いずに、
よりボケの少ない像を得られる。また、高解像を必要と
する結像光学装置にも適用できるため、応用範囲が広が
る。

【００３７】本発明の第３の光学特性可変光学素子は、
前記第１の光学特性可変光学素子において、特にらせん
構造を有する液晶が、 ｜Γ／２Φ｜≦π／６ （３３） なる条件を満足するようにしたものである。

【００３８】したがって、第３の光学特性可変光学素子
は、前記第２の光学特性可変光学素子の場合よりも｜Γ
／２Φ｜がさらに小さく、さらに液晶の屈折率は等方に
なり、この第３の光学特性可変光学素子に入射した光は
どんな偏光状態でもさらに同じように屈折するようにな
る。よって、例えばこの第３の光学特性可変光学素子を
結像光学系に用いれば、偏光板を用いることなくさらに
ボケの少ない像が得られることになる。

【００３９】また、画素数の多い電子撮像装置のレン
ズ，フィルムカメラ，顕微鏡など高画質の製品等のレン
ズでは特に高解像が要求されるので、前記第２の光学特
性可変光学素子よりもさらに液晶の屈折率が等方である
必要があるため、光学特性可変光学素子を構成する液晶
は式（３３）を満たすことが望ましい。式（３３）を満
たせば、上記のような特に高解像を必要とする結像光学
装置に適用できるようになる。なお、前述したように、
屈折率差ｎe −ｎo は実用上は式（２９）を満たすこと
が望ましく、このとき、式（２８）から条件式（３３）
はねじれピッチＰと使用中心波長λで Ｐ／λ≦２．７ （３４） と表現することもできる。すなわち、ねじれピッチＰが
使用中心波長λの２．７倍以下である。しかし、既に説
明したように、屈折率差ｎe −ｎo は必ずしも０．１以
上である必要はなく、応用対象によっては０．１より小
さくても構わない。この場合は、式（３４）の上限値は
さらに大きくなる。また、ねじれピッチＰの下限値は既
に説明したように液晶分子の大きさで決まり、３ｎｍ程
度であり、例えば波長０．５μｍの可視光を使用する場
合にはＰ／λの下限値は約０．００６となる。

【００４０】以上のように、第３の光学特性可変光学素
子は、らせん構造を有し、式（３３）を満たす液晶を含
むため、液晶に電場を印加しない場合でも入射光の偏光
に対して屈折率がさらに等方になり、偏光板を用いるこ
となく、よりボケの非常に少ない像を得られる。また、
特により高解像を必要とする結像光学装置にも適用でき
るようになり、応用範囲がさらに広がる。

【００４１】本発明の第４の光学特性可変光学素子は、
らせん構造を有する液晶が、 λ≦Ｐ＜２０λ （３５） λ≦Ｐ かつ ｜Γ／２Φ｜＜π （３６） の何れかを満足するようにしたものである。

【００４２】既に述べたように、液晶の屈折率を入射光
の偏光に対してより等方にし、光学系の性能を上げるた
めには、液晶のねじれピッチＰは小さい方がよいが、一
般に液晶ではＰが小さくなると液晶の粘性が増し、電場
の変化に対する屈折率変化の応答速度が遅くなる。この
点も考慮すると、Ｐの値は実験結果から、およそλより
大きい方がよく、前記式（３５）または（３６）の何れ
かを満足することが好ましい。前記式（３５）または
（３６）の何れかを満足させることで、液晶の屈折率変
化の応答速度が遅くなることを防ぐことができる。

【００４３】以上のように、第４の光学特性可変光学素
子は、液晶が式（３５）または（３６）の何れかを満足
するものであり、液晶のねじれピッチＰが極端に短くな
くλより大きいため、電場の変化に対する液晶の屈折率
変化の応答速度が遅くなることを防ぐことができる。よ
って、可変光学特性の応答速度が遅くなることもなく、
実用的な光学素子となる。

【００４４】本発明の第５の光学特性可変光学素子は、
らせん構造を有する液晶が、 ２λ≦Ｐ＜２０λ （３７） ２λ≦Ｐ かつ ｜Γ／２Φ｜＜π （３８） を満足するようにしたものである。

【００４５】既に述べたように、一般に液晶では液晶の
ねじれピッチＰが小さくなると液晶の粘性が増し、電場
の変化に対する屈折率変化の応答速度が遅くなる。これ
を防ぐためにＰはおよそλより大きい方がいいが、オー
トフォーカステレビカメラの光学系などではさらに速い
応答速度が要求されるので、前記らせん構造を有する液
晶が、前記式（３７）または（３８）の何れかを満足す
ることが好ましい。前記式（３５）または（３６）の何
れかを満足させることで、液晶の屈折率変化の応答速度
は第４の光学特性可変光学素子の場合よりもさらに速く
なる。

【００４６】以上のように、第５の光学特性可変光学素
子は、液晶が式（３７）または（３８）の何れかを満足
するものであり、液晶のねじれピッチＰが２λより大き
いため、電場の変化に対する液晶の屈折率変化の応答速
度は速くなる。よって、より速い応答速度が要求される
光学系にも用いることができ、より応用範囲の広い光学
素子となる。

【００４７】本発明の第６の光学特性可変光学素子は、
らせん構造を有する液晶が、 ２λ／３≦Ｐ＜２０λ （３９） ２λ／３≦Ｐ かつ ｜Γ／２Φ｜＜π （４０） の何れかを満足するようにしたものである。

【００４８】既に述べたように、一般に液晶では液晶の
ねじれピッチＰが小さくなると液晶の粘性が増し、電場
の変化に対する屈折率変化の応答速度が遅くなる。これ
を防ぐためにＰはおよそλより大きい方がいいが、それ
ほど速い応答速度が要求されない光学系、例えば眼鏡，
視度調整装置などでは前記式（３９）または（４０）の
何れかを満たせばよい。このとき、ねじれピッチＰは第
４の光学特性可変光学素子の場合より短くなるため、入
射光の偏光に対して液晶がより等方になる。

【００４９】以上のように、第６の光学特性可変光学素
子は、液晶が式（３９）または（４０）の何れかを満足
するものであり、液晶のねじれピッチＰの下限値が２λ
／３である。このため、応答速度の低下を抑えつつ、入
射光の偏光に対する液晶の等方性を向上させることがで
きる。よって、光学特性も応答速度も優れた実用的な光
学特性可変光学素子となる。

【００５０】本発明の第７の光学特性可変光学素子は、
前記第１ないし第６の光学特性可変光学素子において、
らせん構造を有する液晶がネマティック液晶を含むこと
を特徴とする。ネマティック液晶は非常に多くの種類が
ある。また、例えばカイラル剤などを混ぜるとらせん構
造に配向し、カイラル剤の混合比を変えることでらせん
のピッチを変えることができる。

【００５１】このように、本発明の第７の光学特性可変
光学素子の液晶には、種類が豊富なネマティック液晶が
含まれるため、目的に合わせて使用する液晶を広い範囲
から選ぶことができ、より使用目的に適した光学特性可
変光学素子を得ることができる。また、カイラル剤を混
ぜることでらせん構造のねじれピッチを変化させること
ができるため、目的にあったピッチの液晶が容易に得ら
れ、より目的に適した光学素子を得ることができる。

【００５２】本発明の第８の光学特性可変光学素子は、
第７の光学特性可変光学素子において、らせん構造を有
する液晶がネマティック液晶にカイラル剤を混合したも
のであり、ネマティック液晶に対するカイラル剤の重量
比を０．３〜４０％にしたことを特徴とする。

【００５３】一般に、カイラル剤の濃度の逆数とねじれ
ピッチは比例し、カイラル剤の割合を増やせば増やすほ
ど液晶のねじれピッチは短くなる。例えばネマティック
液晶のＯＭ−２００２（チッソ石油化学製）にカイラル
剤のＣＭ−３３（チッソ石油化学製）を混ぜた場合、カ
イラル剤を０．３３％混ぜるとピッチは３３μｍ程度と
なることが予想される。また、ネマティック液晶のＡＤ
Ｋ−９４６７（旭電化工業製）にカイラル剤のＣＬＮ−
６６２Ｒ（旭電化工業製）を０．３％混ぜると、ねじれ
ピッチは約２９μｍとなることが予想される。

【００５４】既に説明したように、ねじれピッチは使用
中心波長の約６０倍以下であれば、液晶の屈折率は入射
光の偏光に対して等方になる。光学特性可変光学素子を
可視域で使用した場合、入射光の使用中心波長を例えば
０．５５μｍとすると、ねじれピッチは３３μｍのとき
使用中心波長の約６０倍となる。したがって、カイラル
剤を０．３％程度混ぜれば、液晶は実質的に等方にな
る。一方、カイラル剤を混ぜれば混ぜるほどねじれピッ
チは短くなるが、一般にカイラル剤の割合が高くなるほ
ど液晶の粘性が強くなって応答速度が遅くなり、また駆
動電圧も高くなってしまう。したがって、実用上はある
程度の割合に止める必要があり、約４０％以内にするこ
とが望ましい。

【００５５】以上のように、第８の光学特性可変光学素
子の液晶はネマティック液晶にカイラル剤を混合したも
のであり、ネマティック液晶に対するカイラル剤の重量
比が０．３％以上であるため、可視光を使用する場合ね
じれピッチは使用中心波長の約６０倍以下となり、液晶
は入射光の偏光に対して実質的に等方になる。このた
め、偏光板を用いなくてもボケの少ない像を形成するこ
とのできる、光の利用効率が高く明るい光学特性可変光
学素子を得ることができる。また、ネマティック液晶に
対するカイラル剤の重量比が４０％以下であるため、応
答速度の低下および駆動電圧の増大を抑えた光学特性可
変光学素子を得ることができる。

【００５６】本発明の第９の光学特性可変光学素子は、
第７の光学特性可変光学素子において、特にらせん構造
を有する液晶がネマティック液晶にカイラル剤を混合し
たものであり、ネマティック液晶に対するカイラル剤の
重量比を１〜３０％にしたことを特徴とする。

【００５７】既に説明したように、カイラル剤の割合を
増やすほどねじれピッチは短くなり、例えばＡＤＫ−９
４６７にＣＬＮ−６６２Ｒを約３％混ぜると、ねじれピ
ッチは約２．９μｍとなることが予想される。また、Ｏ
Ｍ−２００２にＣＭ−３３を約４％混ぜると、ねじれピ
ッチは約２．７μｍとなることが予想される。これらの
ねじれピッチは、光学特性可変光学素子を可視域で使用
した場合、入射光の使用中心波長を例えば０．５５μｍ
とすると、使用中心波長の約５倍となる。したがって、
カイラル剤を１％程度以上混ぜれば、液晶はより等方に
なる。一方、カイラル剤の割合を約３０％以内にする
と、既に説明したように、より液晶の粘性の増大が抑え
られ、応答速度が速くなり、また駆動電圧も低くなる。

【００５８】以上のように、第９の光学特性可変光学素
子の液晶はネマティック液晶にカイラル剤を混合したも
のであり、ネマティック液晶に対するカイラル剤の重量
比が１％以上であるため、可視光を使用する場合ねじれ
ピッチは使用中心波長の約５倍以下となり、液晶は入射
光の偏光に対してより等方になる。このため、偏光板を
用いなくてもよりボケの少ない像を形成することのでき
る、光の利用効率が高く明るい光学特性可変光学素子を
得ることができる。また、ネマティック液晶に対するカ
イラル剤の重量比が３０％以下であるため、応答速度が
より速く、駆動電圧のより低い光学特性可変光学素子を
得ることができる。

【００５９】本発明の第１０の光学特性可変光学素子
は、第７の光学特性可変光学素子において、特にらせん
構造を有する液晶がネマティック液晶にカイラル剤を混
合したものであり、ネマティック液晶に対するカイラル
剤の重量比を５〜２５％にしたことを特徴とする。

【００６０】既に説明したように、カイラル剤の割合を
増やすほどねじれピッチは短くなり、例えばＡＤＫ−９
４６７にＣＬＮ−６６２Ｒを約５％混ぜると、ねじれピ
ッチは約１．７μｍとなり、また、ＯＭ−２００２にＣ
Ｍ−３３を約７．３％混ぜると、ねじれピッチは約１．
５μｍとなることが予想される。これらのねじれピッチ
は、光学特性可変光学素子を可視域で使用した場合、入
射光の使用中心波長を例えば０．５５μｍとすると、使
用中心波長の約２．７〜３倍となる。したがって、カイ
ラル剤を５％程度以上混ぜれば、液晶はさらに等方にな
る。一方、カイラル剤の割合を約２５％以内にすると、
既に説明したように、さらに液晶の粘性の増大が抑えら
れ、応答速度がさらに速くなり、また駆動電圧もさらに
低くなる。

【００６１】以上のように、第１０の光学特性可変光学
素子の液晶はネマティック液晶にカイラル剤を混合した
ものであり、ネマティック液晶に対するカイラル剤の重
量比が５％以上であるため、可視光を使用する場合ねじ
れピッチは使用中心波長の約２．７倍以下となり、液晶
は入射光の偏光に対してさらに等方になる。このため、
偏光板を用いなくてもさらにボケの少ない像を形成する
ことのできる、光の利用効率が高く明るい光学特性可変
光学素子を得ることができる。また、ネマティック液晶
に対するカイラル剤の重量比が２５％以下であるため、
応答速度がさらに速く、駆動電圧のさらに低い光学特性
可変光学素子を得ることができる。

【００６２】本発明の第１１の光学特性可変光学素子
は、第１ないし第１０の光学特性可変光学素子におい
て、らせん構造を有する液晶をバナナ型に構成したもの
である。

【００６３】バナナ型液晶は強誘電性の液晶であり、例
えば下記のような構造を備えたものがある。 一般に、このような強誘電性の液晶は電圧を印加したと
きの応答速度が速い。

【００６４】本発明の第１２の光学特性可変光学素子
は、第１ないし第１１の光学特性可変光学素子におい
て、特にらせん構造を有する液晶部分の最大の厚さを１
ｍｍ以下にしたことを特徴とする。

【００６５】一般に、液晶中の分子はわずかにゆらぎ、
それによって光学的誘電率のゆらぎが生じて光を散乱す
る。したがって、液晶層の厚さが厚いとそれだけ散乱に
よる入射光の減衰が大きくなる。そこで、液晶層の厚さ
を、使用波長に対して実質的に透明であるように薄くす
る必要がある。液晶層の最大の厚さが１ｍｍ以下であれ
ば、液晶中での散乱が少なく、入射光の減衰は実用上問
題はない。よって、このような液晶を用いて光学特性可
変光学素子を構成すれば、入射光に対して実用上問題の
ない程度に透明となり、散乱の少ない明るい光学特性可
変光学素子を得ることができる。

【００６６】本発明の第１３の光学特性可変光学素子
は、第１ないし第１１の光学特性可変光学素子におい
て、特にらせん構造を有する液晶部分の最大の厚さを
０．５ｍｍ以下にしたことを特徴とする。

【００６７】既に説明したように、液晶中では光の散乱
が起こる。しかし、液晶層の厚さが０．５ｍｍ以下であ
れば、さらに光の散乱が抑えられ、入射光の減衰が小さ
くなる。よって、このような液晶を用いて光学特性可変
光学素子を構成すれば、入射光に対してさらに透明とな
り、より散乱の少ない明るい光学特性可変光学素子を得
ることができる。

【００６８】次に、本発明の光学特性可変光素子を用い
た光学系について説明する。

【００６９】まず、光学系が可変焦点レンズを含むとよ
い（第１の光学系）。ここで、可変焦点レンズとは、そ
の焦点距離を変化させることのできるレンズである。こ
の可変焦点レンズを屈折光学素子や回折光学素子などか
ら構成される光学系に配置すると、可変焦点レンズの焦
点距離を変えるだけで、その変化に応じて光学系全体の
焦点距離も変わり、ピント位置が変わる。したがって、
光学系に含まれるレンズなどの素子の位置を変えること
なく、光学系の焦点距離を変え、ピント位置を変えるこ
とができる。よって、光学系内のレンズなどの素子を動
かすことなく焦点距離を変えることができる。このた
め、素子を動かすための駆動装置などが必要なく、小型
化，軽量化された光学系となる。

【００７０】さらに、前記第１の光学系の可変焦点レン
ズを液晶レンズで構成するとよい（第２の光学系）。液
晶レンズとしては、例えば図１に示したようなレンズが
あり、液晶の屈折率を変えることで焦点距離を変えるこ
とができる。液晶を利用しているため、印加する電圧は
一般に数Ｖ程度と小さく、消費電力も小さい。また、液
晶には多くの種類があのため、目的に合わせて使用する
液晶を広い範囲から選ぶことができる。

【００７１】以上のように、第２の光学系は、可変焦点
レンズが液晶レンズであり、低電圧，小電力で駆動する
ことができるため、電源を小さくでき、光学系を組み込
んだ装置の小型化，軽量化が達成できる。また、使用す
る液晶を広い範囲から選ぶことができるため、より目的
に合った適切な可変焦点レンズを用いた光学系を構成で
きる。

【００７２】さらに、第２の光学系の可変焦点レンズを
液晶層が１層の液晶レンズで構成するとよい（第３の光
学系）。液晶層が１層であるため、液晶レンズの製作が
容易で安価となり、光学系も安価となる。

【００７３】さらに、第１ないし第３の光学系の可変焦
点レンズを前記第１ないし第１３の何れかの光学特性可
変光学素子で構成するとよい（第４の光学系）。既に説
明したように、本発明の光学特性可変光学素子は常に液
晶の屈折率が入射光の偏光に対して等方であり、そのた
め偏光板を用いる必要がない。したがって、この光学素
子を用いて構成した可変レンズを含む光学系により結像
された像は、偏光板を通っていないにもかかわらず、像
のボケが少ない。このように、第４の光学系では偏光板
を用いる必要がないので、どの偏光状態の光も透過する
ことができ、光の利用効率が高くなる。

【００７４】また、前記第２および第３の光学特性可変
光学素子を用いれば、液晶が入射光の偏光に対して特に
等方な光学系となり、この光学系で結像する像は特にボ
ケが少なくなる。第４ないし第６の光学特性可変光学素
子を用いれば、入射光の偏光に対する液晶の等方性を確
保しつつ、応答速度が遅くなることを抑えた実用的な光
学系が得られる。第７の光学特性可変光学素子を用いれ
ば、より目的にあった光学系が得られる。第８ないし第
１０の光学特性可変光学素子を用いれば、液晶が入射光
の偏光に対してより等方で、かつ、特に応答速度が速く
駆動電圧の低い光学系となる。第１１の光学特性可変光
学素子を用いれば、応答速度の速い光学系となる。第１
２および第１３の光学特性可変光学素子を用いれば、特
に入射光の散乱の少ない明るい光学系となる。

【００７５】以上のように、第４の光学系は、可変焦点
レンズが前記第１ないし第１３の光学特性可変光学素子
を用いて構成されており、偏光板を用いなくてもボケの
少ない像を結像でき、光の利用効率が高いため、高解像
で明るい像を形成できる。さらに、目的に合った性能の
可変焦点レンズを用いることができるため、適用範囲の
広い光学系となる。また、高解像で明るい像を形成で
き、かつ、応答速度が速く駆動電圧の低い可変焦点レン
ズを用いているため、光学系全体の焦点距離を高速度で
変化させることができ、移動速度の速い対象物の撮影な
ど高速度でピントを合わせる必要がある装置にも適用す
ることができる。また、供給電圧の低い小さな電源を使
用できるため、この第４の光学系を組み込んだ装置の小
型化，軽量化が達成できる。さらに、入射光の散乱の少
ない明るい可変焦点レンズを用いることができるため、
散乱によるフレアーなどのない明るい像が得られる光学
系となる。

【００７６】さらに、前記第１ないし第４の光学系はレ
トロフォーカスタイプであることが好ましい（第５の光
学系）。

【００７７】また、前記第１ないし第５の光学系は、可
変焦点レンズの液晶層部分のパワーをφ_LC、光学系全体
のパワーをφとしたとき、 ０．００５≦｜φ_LC／φ｜≦０．４ （４１） を満足することが望ましい（第６の光学系）。

【００７８】前記第１ないし第５の光学系は、光学系全
体の焦点距離を可変焦点レンズの液晶層部分の屈折率を
変化させて可変焦点レンズの焦点距離を変化させること
で変えている。したがって、液晶層部分のパワーφ_LCが
光学系全体のパワーφに対して小さすぎると、液晶層部
分の焦点距離が変化しても光学系全体の焦点距離変化に
対して影響が小さくなり、光学系全体の焦点距離はあま
り変化しなくなる。よって、可変焦点レンズの液晶層部
分のパワーφ_LCは、光学系全体のパワーφを１としたと
き、０．００５以上であることが望ましい。また、逆に
可変焦点レンズの液晶層部分のパワーφ_LCが強すぎる
と、液晶の屈折率がわずかに変化しただけで液晶層の焦
点距離が大きく変化し、光学系全体の収差が大きく変化
する。したがって、どの状態でも収差を良好に抑えるこ
とが困難になる。そのため、可変焦点レンズの液晶部分
のパワーφ_LCは、光学系全体のパワーφを１としたと
き、０．４以下であることが望ましい。

【００７９】そこで、第６の光学系は、可変焦点レンズ
の液晶層部分のパワーφ_LCと光学系全体のパワーφとの
比が式（４１）を満たすようにしたため、可変焦点レン
ズの液晶層部分の屈折率が変化したときでも、収差が大
きく劣化することなく全系の焦点距離を変化させること
ができる。このため、収差が良好に抑えられた像を得な
がら、焦点距離を変化させてピント位置を大きく変える
ことのできる光学系となる。

【００８０】また、前記第１ないし第５の光学系は、可
変焦点レンズの液晶層部分のパワーをφ_LC、光学系全体
のパワーをφとしたとき、 ０．００５≦｜φ_LC／φ｜≦０．２５ （４２） を満足するように構成すれば、さらに好ましい光学系と
なる（第７の光学系）。

【００８１】既に述べたように、可変焦点レンズの液晶
部分の焦点距離変化を効率よく光学系全体の焦点距離変
化に反映させるためには、可変焦点レンズの液晶層部分
のパワーφ_LCは、光学系全体のパワーφを１としたと
き、０．００５以上であることが望ましい。また、収差
を良好に抑えるためには可変焦点レンズの液晶層部分の
パワーφ_LCを光学系全体のパワーφに対してある程度の
割合に抑える必要があるが、液晶層部分のパワーφ_LCは
光学系全体のパワーφを１としたとき、特に０．２５以
下になるようにするとよい。このようにすることで、液
晶層部分の焦点距離が変化しても、収差の劣化をより抑
えることができる。

【００８２】第７の光学系では、可変焦点レンズの液晶
層部分のパワーφ_LCと光学系全体のパワーφの比が式
（４２）を満たすようにしたことで、可変焦点レンズの
液晶層部分の屈折率が変化したときでも、収差の劣化を
特に抑えて全系の焦点距離を変化させることができる。
このため、収差がさらに良好に抑えられた像を得なが
ら、焦点距離を変化させてピント位置を大きく変えるこ
とのできる光学系となる。

【００８３】また、前記第１ないし第７の光学系は、可
変焦点レンズの液晶層内における像高１の主光線と光軸
とのなす角度をＹとしたとき、 ｜ｔａｎＹ｜≦０．６ （４３） を満足することが望ましい（第８の光学系）。

【００８４】可変焦点レンズが図１に示したような構成
の場合、液晶のねじれピッチをＰとすると、光軸に平行
な方向に進む光に対してはピッチはＰであり、液晶の屈
折率は入射光の偏光によらず、ｎ' （＝（ｎe ＋ｎo ）
／２）となる。しかし、光軸と角度Ｙをなす方向に進む
光に対してはピッチはＰ／ｃｏｓＹとなり、Ｐよりも大
きくなる。このため、その入射光に対して液晶の屈折率
の偏光等方性は低下してしまう。よって、形成された像
のボケが大きくなり、さらに像高によってボケ量が異な
ることになる。

【００８５】そこで、この現象を効果的に防ぐために
は、光軸とのなす角度が一番大きい像高１の光線の角度
を小さく抑えることが必要であり、像高１の主光線と光
軸とのなす角度Ｙが式（４３）を満足することが望まし
い。像高１の主光線と光軸とのなす角度をこの範囲内に
すれば、液晶の屈折率の等方性低下による像ボケの増大
や、像高による像ボケの違いが抑制され、良好な像を形
成することができるようになる。さらに式（４３）の上
限を０．５とすれば、よりボケの少ない像が形成でき
る。

【００８６】以上のように、第８の光学系は、可変焦点
レンズの液晶層内での像高が１の主光線が光軸となす角
度をＹとしたとき、条件式（４３）を満たすため、結像
した像のどの位置でもボケが少なく、またボケ量の違い
が抑えられた良好な像を得ることができる。歪曲収差を
補正し、かつ液晶内の主光線の傾角を小さくするため
に、ｆ₁ が正の場合、負の場合にあわせて −０．７≦ｆ／ｆ₁ ≦∞ であることが望ましい。ｆ／ｆ₁ が下限を下回ると強い
負の歪曲収差が発生してしまう。逆にｆ／ｆ₁ が大きす
ぎると正の歪曲収差が目立ってくるので −０．７≦ｆ／ｆ₁ ≦３．０ とすればなおよい。正の歪曲収差をさらに良く補正する
には −０．７≦ｆ／ｆ₁ ≦１．２５ とすると良い。一方、画角の広い光学系ではｆ／ｆ₁ の
下限は小さい方が、tan Ｙを小さくできるので良く、 −１≦ｆ／ｆ₁ ≦∞ であるのがよい。ｆ／ｆ₁ の上限は正の歪曲を補正しレ
ンズ全長を短くするために３．０あるいは１．２５と小
さくしていくにつれて、正の歪曲補正も良くなり、レン
ズ全長も小さくできる。

【００８７】さらに、前記第１ないし第８の光学系にお
いて、可変焦点レンズは、絞り前群の焦点距離をｆ₁ 、
全系の焦点距離をｆとしたとき、 １．４≦｜ｆ₁ ／ｆ｜≦∞ （４４） を満足するものであることが望ましい（第９の光学
系）。

【００８８】この光学系は、可変焦点レンズを含むた
め、可変焦点レンズの焦点距離を変えることで光学系全
体の焦点距離を変えることができる。また、｜ｆ₁ ／ｆ
｜が極端に小さく、すなわち絞り前群の焦点距離が極端
に短くなると、後テレセントリック光学系で歪曲収差が
大きくなってしまう。このため、この歪曲収差を良好に
補正するために、｜ｆ₁ ／ｆ｜は１．４以上であること
が望ましい。なお歪曲収差の補正をそれほど要求しない
低価格のデジタルカメラなどでは式（４４）の下限は
０．８程度でも実用になる。またｆ₁ が正の光学系、例
えばトリプレットタイプなどでは式（４４）の絶対値記
号はなくてもよい。

【００８９】ここに示した第９の光学系は、絞り前群の
焦点距離をｆ₁ 、全系の焦点距離をｆとしたとき、式
（４４）を満たし、可変焦点レンズを含むものであるた
め、可変焦点レンズの焦点距離を変えることで光学系全
体の焦点距離を変えることができ、かつ、後テレセント
リック光学系で歪曲収差を良好に補正することができ
る。よって、レンズ位置を移動させる駆動装置の必要の
ない小型，軽量で、歪曲収差のない良好な像を結像でき
る光学系になる。

【００９０】また、前記第１ないし第８の光学系におい
て、可変焦点レンズが、絞り前群の焦点距離をｆ₁ 、全
系の焦点距離をｆとしたとき、 １．８≦｜ｆ₁ ／ｆ｜≦１０ （４５） を満足するものであれば、より好ましい（第１０の光学
系）。

【００９１】既に説明したように、｜ｆ₁ ／ｆ｜が小さ
いと後テレセントリック光学系で歪曲収差が大きくなっ
てしまう。｜ｆ₁ ／ｆ｜を１．８以上とすると、第９の
光学系の場合よりさらに歪曲収差が小さくなり、より収
差を良好に補正することができる。また、｜ｆ₁ ／ｆ｜
が極端に大きい、すなわちｆ₁ が極端に長い場合、光学
系全体の焦点距離をｆにおさえるためには絞り後群のパ
ワーを大きくする必要がある。しかしパワーが極端に大
きいと様々な収差が発生し、各補正をバランスよく補正
することが困難となる。したがって、｜ｆ₁ ／ｆ｜を１
０以下にするとよい。

【００９２】ここに示した第１０の光学系は、絞り前群
の焦点距離をｆ₁ 、全系の焦点距離をｆとしたとき、式
（４５）を満たし、可変焦点レンズを含むものであるた
め、可変焦点レンズの焦点距離を変えることで光学系全
体の焦点距離を変えることができ、かつ、後テレセント
リック光学系で歪曲収差をさらに良好に補正することが
できる。よって、レンズ位置を移動させる駆動装置の必
要のない小型，軽量で、歪曲収差がなく、各収差がバラ
ンスよく補正されたさらに良好な像を結像できる光学系
となる。

【００９３】前記第１ないし第１０の光学系は、絞り前
群と絞り後群の間に可変焦点レンズを設けたレトロフォ
ーカス光学系であることが望ましい（第１１の光学
系）。

【００９４】レトロフォーカス光学系では、絞り前群と
絞り後群の間で光束径が小さくなる。そこで、かかる位
置に可変焦点レンズを配置すると、可変焦点レンズの有
効径が小さくても様々な像高の光線を網羅することがで
きる。よって、有効径の小さな可変焦点レンズでも画面
全体に渡りピント調整を行うことができる。また、可変
焦点レンズ自体を小さくすることができ、光学系を小型
化，軽量化することができる。

【００９５】さらに、第１ないし第１１の光学系は、第
１面から結像面までの距離をＬ、全系の焦点距離をｆと
したとき、 １．０≦｜Ｌ／ｆ｜≦１５ （４６） を満足する可変焦点レンズを含む光学系であることが望
ましい（第１２の光学系）。

【００９６】全系の焦点距離ｆが変らないとしたとき、
｜Ｌ／ｆ｜の値が大きい、つまり全系の焦点距離Ｌが長
いと光学系全体の長さが長くなり、この光学系を組み込
んだ装置が大きくなってしまう。したがって、｜Ｌ／ｆ
｜は１５以下とすることが望ましい。しかし、ｆを変え
ずにＬを極端に小さくすることは困難であることから、
光学系の設計を容易にするためには｜Ｌ／ｆ｜を１．０
以上にするとよい。さらに好ましくは｜Ｌ／ｆ｜を１．
３以上にするとよい。またさらに収差の補正を良くした
い用途のレンズでは｜Ｌ／ｆ｜の下限は大きい方が、各
レンズパワーを弱くできるので良く、２．０程度とする
のが良い。一方収差の補正よりもコンパクト性を望む場
合は｜Ｌ／ｆ｜は小さい方がよく０．８程度とするのが
良い。

【００９７】第１２の光学系は、第１面から結像面まで
の距離をＬ、全系の焦点距離をｆとしたとき、式（４
６）を満たす可変焦点レンズを含むため、全長が短い光
学系となる。さらに、光学系の設計も容易になる。

【００９８】また、第１ないし第１１の光学系は、第１
面から結像面までの距離をＬ、全系の焦点距離をｆとし
たとき、 ２≦｜Ｌ／ｆ｜≦６．５ （４７） を満足する可変焦点レンズを含むものであれば、より好
ましい光学系となる（第１３の光学系）。

【００９９】既に説明したように、｜Ｌ／ｆ｜が大き過
ぎると光学系が長くなり、また、｜Ｌ／ｆ｜が小さ過ぎ
ると設計が困難になる。この第１１の光学系では、｜Ｌ
／ｆ｜は６．５以下であるため、第１０の光学系の場合
より、さらに光学系の全長が短くなる。また、｜Ｌ／ｆ
｜が２以上であるため、さらに設計が容易になる。結像
性能の向上よりもレンズ全体を小さくしたい用途では｜
Ｌ／ｆ｜の下限を１．３，１．０，０．８と小さくする
につれて、よりコンパクトになるので良い。

【０１００】以上のように、第１３の光学系は、第１面
から結像面までの距離をＬ、全系の焦点距離をｆとした
とき、式（４７）を満たす可変焦点レンズを含むため、
全長が短い光学系となる。さらに、光学系の設計も容易
になる。

【０１０１】さらに、前記第１ないし第１３の光学系
は、絞り後群の焦点距離をｆ₂ 、全系の焦点距離をｆと
したとき、 ｆ₂ ＞０ （４８） かつ、 ０．５≦｜ｆ₂ ／ｆ｜≦４ （４９） を満足する可変焦点レンズを含む光学系であることが望
ましい（第１４の光学系）。

【０１０２】全系の焦点距離ｆが変らないとしたとき、
｜ｆ₂ ／ｆ｜が小さい、すなわちｆ ₂ が短いと、像面湾
曲収差が悪くなる。したがって、｜ｆ₂ ／ｆ｜は０．５
以上であることが望ましい。一方用途によっては結像面
までの距離がさらに短い方が良い場合があり、式（４
９）の下限は０．３とするとよい。また、｜ｆ₂ ／ｆ｜
が大きい、すなわちｆ₂ が長いと、収差を良好に抑えた
設計はしやすいが光学装置の全長は長くなる。したがっ
て、｜ｆ₂ ／ｆ｜は４以下であることが望ましい。

【０１０３】第１４の光学系は、絞り後群の焦点距離を
ｆ₂ 、全系の焦点距離をｆとしたとき、式（４８）およ
び（４９）を同時に満たす可変焦点レンズを含むため、
光学系から結像面までの距離が長くなく、この光学系を
組み込んだ光学装置の全長を短くすることができ、装置
の小型化を図ることができる。また、収差を良好に抑え
た設計が容易になる。

【０１０４】また、前記第１ないし第１３の光学系は、
絞り後群の焦点距離をｆ₂ 、全系の焦点距離をｆとした
とき、 ｆ₂ ＞０ （４８） かつ、 ０．７≦｜ｆ₂ ／ｆ｜≦１．５ （５０） を満足する可変焦点レンズを含む光学系であれば、より
好ましい（第１５の光学系）。

【０１０５】既に説明したように、｜ｆ₂ ／ｆ｜が大き
すぎると光学系から結像面までの距離が長くなり、この
光学系を組み込んだ装置が大きくなってしまう。また、
｜ｆ ₂ ／ｆ｜が小さすぎると設計が困難になる。この第
１５の光学系では、｜ｆ₂ ／ｆ｜が０．７以上であるた
め、第１４の光学系の場合よりさらに光学系から結像面
までの距離が短くなる。また、｜ｆ₂ ／ｆ｜が１．５以
下であるため、第１４の光学系の場合よりさらに設計が
容易になる。さらに式（５０）の下限を０．９とすれば
ｆ₂ が大きくでき、像面湾曲収差が補正しやすくなり有
利である。

【０１０６】第１５の光学系は、絞り後群の焦点距離を
ｆ₂ 、全系の焦点距離をｆとしたとき、式（４８）およ
び（５０）を同時に満たす可変焦点レンズを含むため、
さらに光学系から結像面までの距離が短くなり、光学系
の全長を短くし、小型化することができる。また、収差
の良好な光学系をさらに容易に設計できるようになる。

【０１０７】さらに、前記第１ないし第１５の光学系に
おいて、可変焦点レンズの焦点距離を２段階で変化させ
るとよい（第１６の光学系）。

【０１０８】例えば、後述する第３実施例の可変焦点レ
ンズ（液晶レンズＬＣ）を参照して考える。この可変焦
点レンズでは、焦点距離が約１０９１ｍｍのとき、光学
系のピント位置が８００ｍｍ、被写界深度が約３８２ｍ
ｍ〜∞である。また、可変焦点レンズの焦点距離を約４
２６ｍｍと変えると、光学系のピント位置が約２８４ｍ
ｍ、被写界深度が約２０５ｍｍ〜約４６０ｍｍと変化す
る。このとき、それぞれの場合の被写界深度範囲が重な
るため、可変焦点レンズの焦点距離を約１０９１ｍｍか
ら約４２６ｍｍへと変えることにより約２０５ｍｍ〜∞
までの連続的な広い範囲にピントを合わせることができ
るようになる。このように、可変焦点レンズの焦点距離
を２段階で変化させるだけなので、例えば可変焦点レン
ズに印加する電圧をオン，オフするなどの簡単な機構で
広い範囲にピントを合わせることができるようになる。

【０１０９】なお、ここでは、可変焦点レンズの焦点距
離を変えたとき、それぞれの被写界深度の範囲が重なる
場合を前提にしたものであるが、これに限定されるわけ
ではない。例えば、ピントを合わせたい領域が離れた２
点のそれぞれの近傍のみであり、中間地点にピントを合
わせる必要がない場合などには、被写界深度の範囲は重
なる必要はない。

【０１１０】以上のように、第１６の光学系は、前記第
１ないし第１５の光学系において可変焦点レンズの焦点
距離を２段階で変化させるものであるため、例えば可変
焦点レンズに印加する電圧をオン，オフするなどの簡単
な機構で広い範囲にピントを合わせることができ、この
光学系を組み込んだ光学装置を小型化，軽量化できる。
また、かかる装置を安価にすることもできる。

【０１１１】また、前記第１ないし第１５の光学系にお
いて、可変焦点レンズの焦点距離をｎ段階（但し、ｎは
３以上の整数）で変化させるようにしてもよい（第１７
の光学系）。

【０１１２】この光学系では、各段階の焦点距離におけ
る被写界深度の範囲が重なるようにすれば、可変焦点レ
ンズの焦点距離を変えるだけで広範囲にピントを合わせ
ることができるようになる。ここで、この光学系では３
以上の複数の段階で可変焦点レンズの焦点距離を変え
る。このため、それぞれの段階での被写界深度の範囲は
狭くても構わない。よって、光学系の設計も容易にな
る。また、可変焦点レンズの焦点距離を細かく変え、ピ
ント位置を細かく動かすため、２段階で動かす場合に比
べてどの位置でもよくピントが合う。

【０１１３】なお、この第１７の光学系においても、第
１６の光学系と同様に、必ずしもｎ個の被写界深度の範
囲がそれぞれが重ならなくてもよい。離れたｎ個の領域
近傍のみにピントを合わせたい場合などには、それぞれ
の状態の被写界深度の範囲が重なる必要はない。

【０１１４】以上のように、第１７の光学系は、第１な
いし第１５の光学系において、可変焦点レンズの焦点距
離を３以上の複数の段階で変化させるものであるため、
ピント位置を細かく動かすことができ、広範囲にわたっ
てよくピントの合った良好な像が得られる。また、設計
もさらに容易になる。

【０１１５】さらに、前記第１ないし第１５の光学系に
おいて、可変焦点レンズの焦点距離を連続的に変化させ
るようにしてもよい（第１８の光学系）。

【０１１６】可変焦点レンズの焦点距離を細かく変え、
ピント位置を細かく動かすと、広範囲にわたってよりピ
ントの合った像が得られる。したがって、この第１８の
光学系において、可変焦点レンズの焦点距離をより細か
く、すなわち連続的に変えれば、広範囲にわたって常に
ピントの合った良好な像を得ることができる。

【０１１７】以上説明した各光学系において、可変焦点
レンズを前記第１ないし第１３の光学特性可変光学素子
を用いた可変焦点レンズとしてもよい。

【０１１８】前記第１ないし第１３の光学特性可変光学
素子は、液晶の屈折率が入射光の偏光に依存しないため
偏光板を用いなくても像がボケることがなく、光学特性
を容易に変えることが可能な光学素子である。既に述べ
たように、これらの光学素子は応答速度が速く、駆動電
圧が低く、入射光の散乱も少ない。一方、前記第１ない
し第１８の光学系は可変焦点レンズを含み、光学系内の
レンズなどを動かすことなく光学系の焦点距離を大きく
変化させることのできる光学系である。既に述べたよう
に、これらの光学系は収差を良好に補正された像が得ら
れるもの、光学系を小型化できるもの、広い範囲で常に
良好にピントを合わせることのできるものがある。

【０１１９】そこで、このように様々な優れた特徴を備
えた光学特性可変光学素子と光学系とを組み合わせるこ
とにより、より光学特性に優れ、小型化，軽量化された
光学系を得ることができる。よって、これまで説明した
各光学系は、より高い光学性能を要求される光学装置
や、より軽量化の必要な光学装置などに用いることがで
き、適用範囲の広い光学系となる。以下、かかる光学特
性可変光学素子或いは光学系を用いた各種装置について
説明する。

【０１２０】まず、撮像装置について説明する。この撮
像装置は、前記第１ないし第１３の光学特性可変光学素
子或いは前記第１ないし第１８の光学系を備えたもので
ある。

【０１２１】前記第１ないし第１３の光学特性可変光学
素子は、光学素子自体で光学特性、例えば焦点距離を変
えることのできるものであり、この光学素子を光学系に
組み込めば、光学系内のレンズを移動させることなく、
光学系の焦点距離を変えることができるようになる。ま
た、かかる光学特性可変光学素子の液晶の屈折率は入射
光の偏光に依存しないため、偏光板を用いる必要がな
く、光の利用効率が高くなる。

【０１２２】また、前記第１ないし第１８の光学系は前
記第１ないし第１３の光学特性可変光学素子を備えた可
変焦点レンズを含んだものであり、光学系内のレンズを
移動させることなく、光学系の焦点距離を変えることが
できる。また、これらの光学系は、歪曲収差などの収差
が良好に補正された像が得られるもの、収差を抑えなが
ら焦点距離を大きく変化させることができるもの、像の
ボケを抑え、画像上の位置による像のボケ量の違いが小
さい像を得られるもの、可変焦点レンズを小さくして光
学系を小型化することができるもの、全長を短くできる
もの、広い範囲で常に良好にピントを合わせることがで
きるものなどがある。そこで、これらの光学系を、例え
ばフィルムカメラ，デジタルスチルカメラ，ビデオカメ
ラ，テレビカメラなどの撮像装置に使用することで、撮
像装置の小型化，軽量化が図れ、収差や像ボケの少ない
良好な像を撮影することができる。

【０１２３】したがって、前記第１ないし第１８の光学
系、或いは少なくとも前記第１ないし第１３の光学特性
可変光学素子を備えて撮像装置を構成すれば、光学系内
のレンズを移動させるための駆動装置を組み込むことな
くピント位置を変えることができ、小型で軽量な撮像装
置を得ることができる。また、偏光板を必要とせず、光
の利用効率の高いため、明るい像を撮影することができ
る撮像装置を得ることができる。さらに、歪曲収差など
の収差やボケが少なく良好な像を撮影することのできる
撮像装置を得ることができる。

【０１２４】次に、観察装置について説明する。この観
察装置は、前記第１ないし第１３の光学特性可変光学素
子或いは前記第１ないし第１８の光学系を備えたもので
ある。

【０１２５】前述のように、前記第１ないし第１３の光
学特性可変光学素子或いは前記第１ないし第１８の光学
系を備えた場合、光学系内のレンズを移動させることな
く、光学系の焦点距離を変えることができる。前記各光
学特性可変光学素子では、液晶の屈折率が入射光の偏光
に依存しないため、偏光板を用いる必要がなく、光の利
用効率が高くなる。また、前記各光学系は、歪曲収差な
どの収差が良好に補正された像が得られるもの、収差を
抑えながら焦点距離を大きく変化させることができるも
の、像ボケを抑えて画像上の位置によるボケ量の違いが
小さい像を得られるもの、可変焦点レンズを小さくして
光学系を小型化することができるもの、全長を短くでき
るもの、広い範囲で常に良好にピントを合わせることが
できるものなどである。そこで、これらの光学系を、例
えば顕微鏡，内視鏡，カメラのファインダーなどの観察
装置に使用することで、観察装置の小型化，軽量化が図
れ、観察対象物を収差やボケの少ない良好な像で観察す
ることができる。

【０１２６】以上のように、前記第１ないし第１３の光
学特性可変光学素子或いは前記第１ないし第１８の光学
系を備えた観察装置は、光学系内のレンズを移動させる
ための駆動装置を組み込むことなくピント位置を変える
ことができ、小型で軽量な観察装置となる。また、偏光
板を必要とせず、光の利用効率が高いため、明るい像を
観察することができる観察装置となる。また、歪曲収差
などの収差やボケが少なく良好な像で観察対象物を観察
することのできる観察装置となる。

【０１２７】次に、投影装置について説明する。この投
影装置は、前記第１ないし第１３の光学特性可変光学素
子或いは前記第１ないし第１８の光学系を備えたもので
ある。

【０１２８】前述のように、前記第１ないし第１３の光
学特性可変光学素子或いは前記第１ないし第１８の光学
系を備えた場合、光学系内のレンズを移動させることな
く、光学系の焦点距離を変えることができる。前記各光
学特性可変光学素子では、液晶の屈折率が入射光の偏光
に依存しないため、偏光板を用いる必要がなく、光の利
用効率が高くなる。前記各光学系は、歪曲収差などの収
差が良好に補正された像を得られるもの、収差を抑えな
がら焦点距離を大きく変化させることができるもの、像
のボケを抑え、画像上の位置によるボケ量の違いが小さ
い像を得られるもの、可変焦点レンズを小さくして光学
系を小型化することができるもの、全長を短くできるも
の、広い範囲で常に良好にピントを合わせることができ
るものなどである。そこで、これらの光学系を、例えば
ＯＨＰ，液晶プロジェクター，フィルム映写機，スライ
ド映写機などの投影装置に使用することで、投影装置の
小型化，軽量化が図れ、収差やボケの少ない良好な画像
を投影することができる。

【０１２９】以上のように、投影装置に前記第１ないし
第１３の光学特性可変光学素子或いは前記第１ないし第
１８の光学系を備えることにより、光学系内のレンズを
移動させるための駆動装置を組み込むことなくピント位
置を変えることができ、小型で軽量な投影装置となる。
また、歪曲収差などの収差やボケが少なく良好な画像を
投影することが可能な投影装置となる。

【０１３０】次に、眼鏡について説明する。この眼鏡
は、前記第１ないし第１３の光学特性可変光学素子を用
いたものである。

【０１３１】前述のように、第１ないし第１３の光学特
性可変光学素子は、この光学素子自体で光学特性、例え
ば焦点距離を変えることのできるものである。この光学
素子を眼鏡に用いれば、眼鏡の焦点距離を変えることが
できるようになる。また、偏光板を必要としないため、
光の利用効率が高くなる。さらに、液晶を利用している
ため、小電力で眼鏡の焦点距離を変えることができる。

【０１３２】以上のように、眼鏡に前記第１ないし第１
３の光学特性可変光学素子を用いれば、偏光板を使用す
ることなく眼鏡の焦点距離を変えることができる。そこ
で、例えば白内障などの治療で眼球の水晶体を人工水晶
体に代えたため、眼のピント調整ができなくなった場合
でも、眼鏡の焦点距離を変えることで遠くから手元まで
ピントを合わせることができるようになる。また、偏光
板を使用していないため、自然光などのようにさまざま
な偏光状態が混在している光を見る場合にも光はほとん
ど減衰することなく、どんな環境でも明るい状態で見る
ことができる。さらに、小電力で焦点距離を変えること
ができるため、電源が小さくて済み、眼鏡およびその付
属品の小型化，軽量化を図ることができる。

【０１３３】以下、図示した実施例に基づき本発明をさ
らに詳細に説明する。

【０１３４】第１実施例 図１は、本発明の光学特性可変光学素子の一実施例であ
る可変焦点レンズを示している。この可変焦点レンズ１
１は、ネマティック液晶１からなる平凸レンズ形状の液
晶層１２を、内側に透明電極１３を形成した平行平面基
板１４，凹平レンズ形状の基板１５との間に配向膜６を
介して挟み、シール部材２により封止した構成が基本構
成となっている。また、図２に示すように、ネマティッ
ク液晶１はらせん構造を有し、そのピッチＰは使用中心
波長λの６０倍以下である。

【０１３５】前記第１の光学特性可変光学素子で説明し
たように、液晶がらせん構造を有し、そのピッチＰが入
射光の波長に対して十分小さい場合、液晶の屈折率は入
射光の偏光に対して実質的に等方になる。このときの液
晶の屈折率ｎ' は液晶の屈折率が図３に示したように常
光に対する屈折率がｎo 、異常光に対する屈折率がｎe
とすると、 ｎ' ＝（ｎo ＋ｎe ）／２ （３） となる。

【０１３６】ピッチＰは小さければ小さいほど等方とな
るが、実用上はピッチＰが波長λより大きくてもよい場
合がある。例えば、光ディスクのレンズ等結像に用いな
いレンズ或いは画素数の少ない電子撮像装置などの場合
は、ピッチＰは次の式（１）を満たすか、波長λの６０
倍以下であればよい。 ｜Γ／２Φ｜≦π （１）

【０１３７】また、電子カメラ，ＶＴＲカメラなど、比
較的低コストの製品などのレンズに本発明の光学特性可
変光学素子を用いる場合には、もう少し条件を厳しくし
て、次式（３１）を満たすか、或いはピッチＰを波長λ
の５倍以下にすることが望ましい。 ｜Γ／２Φ｜≦１ （３１）

【０１３８】さらに、画素数の多い電子撮像装置のレン
ズ，フィルムカメラ，顕微鏡など高画質の製品等のレン
ズでは特により高解像が要求されるので、さらに条件は
厳しくなり、条件式（３３）を満たすか、或いはピッチ
Ｐを波長λの２．７倍以下にすることが望ましい。 ｜Γ／２Φ｜≦π／６ （３３）

【０１３９】このように、ネマティック液晶１がらせん
構造を有し、そのねじれピッチＰが使用中心波長λに対
して小さいため、図１に示した可変焦点レンズ１１のネ
マティック液晶１は屈折率が入射光の偏光によらずｎ'
となり、どの偏光状態の光が入射しても常に同じように
屈折する。したがって、偏光板を用いる必要がなく、光
の利用効率を高め、明るい像を得ることができる。

【０１４０】ここで、一般に液晶ではねじれピッチＰが
小さくなると液晶の粘性が増し、電場の変化に対する液
晶の屈折率変化の応答速度が遅くなる。よって、その応
答速度を考慮する場合には、次の式（３５）または（３
６）を満たすことが必要となる。 λ≦Ｐ＜２０λ （３５） λ≦Ｐ かつ ｜Γ／２Φ｜＜π （３６） このようにすることで、液晶の屈折率変化の応答速度が
遅くなるのを抑えることができる。また、オートフォー
カステレビカメラの光学系などでは、さらに早い応答速
度が要求されるため、次の式（３７）または（３８）を
満たすことが望ましい。 ２λ≦Ｐ＜２０λ （３７） ２λ≦Ｐ かつ ｜Γ／２Φ｜＜π （３８）

【０１４１】一方、それほど速い応答が要求されない光
学系、例えば眼鏡，視度調整装置などでは、次の式（３
９）または（４０）を満たせばよい。 ２λ／３≦Ｐ＜２０λ （３９） ２λ／３≦Ｐ かつ ｜Γ／２Φ｜＜π （４０）

【０１４２】式（３５），（３７），（３９）におい
て、Ｐの上限は、光学性能を高く要求しない安価な光学
系、例えばカメラのファインダーなどでは６０λまで許
される。なお、厚さ９μｍ、ねじれピッチ１．２μｍの
カイラルネマティック液晶の場合、交流電場の変化に対
する応答時間は、１秒以下から３０秒程度であった。

【０１４３】ここで、図１において、スイッチ９をオン
にし、ネマティック液晶１の両側の透明電極１３に電圧
を印加する。するとネマティック液晶１は図４に示すよ
うに光軸に平行な方向に向きを変える。このとき、ネマ
ティック液晶１の屈折率はｎ _o となる。このように、ス
イッチ９をオン，オフすることで、ネマティック液晶１
の屈折率をｎ_o ，ｎ' と変えることができ、この可変焦
点レンズ１１の焦点距離を変えることができる。

【０１４４】本実施例では、可変焦点レンズ１１の液晶
としてネマティック液晶を用いている。ネマティック液
晶は種類が多く、様々な特性のものがある。よって、ネ
マティック液晶を用いると、目的にあった特性の液晶を
容易に選ぶことができ、より目的にあった可変焦点レン
ズを構成することができる。

【０１４５】また、ネマティック液晶を用いる場合に
は、カイラル剤を混ぜて液晶にらせん構造を与える。一
般にカイラル剤の割合が多ければ多いほどねじれピッチ
は短くなる。しかし、カイラル剤の割合を多くするほど
液晶の粘性が強くなり、応答速度が遅くなってしまう。
また、駆動電圧も高くなってしまう。そこで、ネマティ
ック液晶に対するカイラル剤の重量比が、０．３〜４０
％の範囲になるようにするとよい。また、この比率を３
〜３０％とすると、液晶を等方に保ちつつ、さらに応答
速度を速め、駆動電圧も下げることができ、より望まし
い。さらに、この比率を５〜２５％とすると、さらに応
答速度を速め、駆動電圧を下げることができ、特に望ま
しい。

【０１４６】本実施例の可変焦点レンズ１１では、例え
ばネマティック液晶であるＯＭ―２００２にカイラル剤
であるＣＭ−３３を約９．１％混ぜたものを用いること
ができる。このとき液晶のねじれピッチは約１．２μｍ
である。そして、使用光の中心波長を０．５５μｍとす
ると、ねじれピッチは波長の約２．２倍となり、液晶は
十分等方となる。

【０１４７】また、液晶分子はわずかにゆらいでおり、
それが光の散乱の原因となる。散乱による影響を抑える
ために、可変焦点レンズ１１の液晶層１２の厚さは、最
大でも１ｍｍ以下であることが望ましい。また、それを
０．５ｍｍ以下にすると、さらに散乱の影響が少なくな
り、より望ましい。このように液晶層１２の厚さを薄く
保てば、散乱の影響を抑えられるため、散乱による入射
光の光量の損失がなく、明るい像を得られるようにな
る。

【０１４８】以上は、液晶としてネマティック液晶を用
いた場合を説明したが、本発明ではらせん状の配向を持
つ液晶，強誘電体等を用いることもできる。このような
らせん状の配向を実現できる物質としては、ネマティッ
ク液晶の他、スメクティック液晶，コレステリック液
晶，スメクティックＣ^* 液晶，強誘電性液晶，反強誘電
性液晶，トラン系液晶，ジフルオロスチルベン系低粘性
化合物，バナナ型液晶などがある。そして、もちろんこ
れらの液晶を用いても本発明の光学特性可変光学素子を
実現できる。

【０１４９】また、以上は、可変焦点レンズ１１の焦点
距離を２段階で変える場合について説明したが、必ずし
も２段階で変える必要はない。例えば３段階，５段階な
ど３段階以上に変えることにより、それだけ細かく焦点
距離を変えることができる。また、図１，図４に示した
ように、電源回路中に可変抵抗１０を設け、連続的に電
圧を変えて連続的に焦点距離を変えるようにしてもよ
い。

【０１５０】以上説明に用いた可変焦点レンズ１１の形
状は、液晶層１２が平凸レンズ形状であったが、液晶層
の形状はこれに限らない。用途に応じて、図５に示すよ
うに平凹レンズ形状としたり、図６に示すように両凸レ
ンズ形状としてもよい。また、両凹レンズ形状とした
り、片方或いは両方の面を非球面形状としてもよい。ま
た、レンズの直径が大きく、液晶層１２の厚さが厚くな
る場合には、図７に示すようにフレネル形状として液晶
層１２を薄くすることもできる。さらに、平面或いは曲
面上に細かい矩形，鋸歯形状，三角波形状，正弦波形状
などの凹凸を設け、回折格子としての機能も同時に持た
せてもよい。例えば図８に示すように、三角波形状の回
折格子を設けることができる。このとき、液晶層１２の
屈折率を変えると、凹凸の位相差が変り、回折効率を変
えることができる。また、液晶層１２を挟む基板の液晶
層１２とは反対側の面を、平面ではなく球面，非球面，
回折格子面としてもよい。例えば、図９に示すように、
平凸レンズ形状の基板１５の一方の面１５ａを非球面と
することで、収差を良好に補正することができる。

【０１５１】第２実施例 図１０は、本発明の光学特性可変光学素子の一実施例で
ある曲げ角可変プリズムを示している。このプリズム１
６は、透明電極１３を形成したくさび型基板１７と平行
平面基板１８の内側に配向膜６を介して、くさび型の液
晶層１９を挟んだ構成となっている。このプリズム１６
に用いている液晶１は、第１実施例に示したものと同様
である。

【０１５２】図１０において、スイッチ９をオフにして
おくと、第１実施例と同様に、液晶１はピッチＰのらせ
ん構造となり、屈折率は入射光の偏光に依らずｎ' とな
る。このとき、液晶層１９は屈折率ｎ' のくさび型プリ
ズムとして作用し、プリズム１６に入射した光はある方
向へ曲がって射出することになる。一方、スイッチ９を
オンにすると、液晶１は基板１７，１８に垂直な方向に
液晶分子の長軸を揃え、屈折率はｎo となる。よって、
この場合は液晶層１９は屈折率ｎo のプリズムとして作
用し、プリズム１６に入射した光はスイッチ９をオフと
した場合とは異なる方向へ射出することになる。

【０１５３】このように、スイッチ９をオン，オフする
ことで、プリズム１６へ入射した光を異なる方向へ曲げ
て射出することができる。また、入射光の偏光によらず
屈折率が一定であるため、射出する光が分離したりする
ことがなく、また、偏光板を用いる必要がないため、利
用効率の高いプリズムとなる。

【０１５４】本実施例も、第１実施例と同様に、前述の
式（１），（３１），（３３），（３５）〜（４０）の
少なくとも何れか一つを満たす液晶を用いれば、第１実
施例に示したものと同様の効果が得られる。また、液晶
層１９の最大の厚さを１ｍｍ以下とすれば、第１実施例
と同様に、液晶による散乱の影響の少ない明るいプリズ
ムを達成でき、さらに厚さを０．５ｍｍ以下とすれば、
より散乱の影響の少ない明るいプリズムとなる。また、
第１実施例と同様に、液晶はネマティック液晶に限ら
ず、第１実施例で述べたような様々な液晶を用いても、
同様の効果を得ることもできる。さらに、液晶の屈折率
を２段階だけでなく、３段階以上に変えたり、連続的に
変えたりしてもよい。このとき、射出光の進行方向も、
複数の方向或いは連続的に変えることができる。

【０１５５】また、本実施例では、液晶層１９は両面と
も平面であるが、第１実施例でも述べたように、例えば
一方の面或いは両面を球面，非球面，回折格子面とし
て、さらに別の機能をもたせてもよい。また、液晶層１
９を挟む基板の液晶層１９とは反対側の面を球面，非球
面，回折格子面としてもよい。

【０１５６】次に、本発明の光学特性可変光学素子を用
いた光学系の具体例として、以下の第３ないし第７実施
例に示す。

【０１５７】第３実施例 図１１は本実施例にかかる光学系の構成を示す光軸に沿
う断面図である。本実施例の光学系は、図示しない物体
側から順に、負のレンズ群ＧＮ、開口絞りＤ、可変焦点
レンズである液晶レンズＬＣ、正のレンズ群ＧＰ、フィ
ルター，カバーガラス等の平行平面板群Ｆを配置して構
成する。負のレンズ群ＧＮは、図示しない物体側から順
に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、像側に
凹面を向けた負メニスカスレンズを配置して構成してい
る。正のレンズ群ＧＰは、図示しない物体側から順に、
両凹レンズと両凸レンズの２枚接合レンズ、両凸レンズ
を配置して構成している。また、正のレンズ群ＧＰ中の
最も像側のレンズの物体側の面に非球面を用いている。
液晶レンズＬＣは、開口絞りＤの像側に接して配置され
ており、物体側から平行平面基板、平凸レンズ形状の液
晶層、凹平レンズ形状の基板を配置して構成している。
また、前記平行平面基板および凹平レンズ形状の基板の
内側（液晶層側）には、透明電極と配向膜が設けられて
いる。液晶層の最大の厚さは８μｍである。

【０１５８】また、図１２は本実施例の光学系において
液晶レンズＬＣの液晶の屈折率をｎ _o とした場合の収差
曲線図、図１３は本実施例の光学系において液晶レンズ
ＬＣの液晶の屈折率をｎ' とした場合の収差曲線図であ
る。

【０１５９】以下、本実施例にかかる光学系に関する各
種数値データを示す。

【０１６０】入射半画角（ω）：31.67 °（液晶レンズ
ＬＣの液晶の屈折率がｎ′の場合），31.68 °（液晶レ
ンズＬＣの液晶の屈折率がｎe の場合） Ｆナンバー：2.88 像高：3.32

【０１６１】 ｒ₁ ＝13.9598 ｄ₁ ＝2.4200 ｎ₁ ＝1.84666 ν₁ ＝23.78 ｒ₂ ＝56.3701 ｄ₂ ＝0.2700 ｒ₃ ＝7.6185 ｄ₃ ＝0.8700 ｎ₃ ＝1.48749 ν₃ ＝70.21 ｒ₄ ＝2.4917 ｄ₄ ＝3.3154 ｒ₅ ＝∞ (絞り) ｄ₅ ＝0

【０１６２】 ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝0.2000 ｎ₆ ＝1.51633 ν₆ ＝64.14 ｒ₇ ＝∞ (液晶) ｄ₇ ＝0.0080 ｒ₈ ＝-100 ｄ₈ ＝0.3940 ｎ₈ ＝1.51633 ν₈ ＝64.14 ｒ₉ ＝∞ ｄ₉ ＝0.6768 ｒ₁₀＝-8.2879 ｄ₁₀＝0.8000 ｎ₁₀＝1.84666 ν₁₀＝23.78

【０１６３】 ｒ₁₁＝10.5000 ｄ₁₁＝3.7900 ｎ₁₁＝1.72946 ν₁₁＝54.68 ｒ₁₂＝-5.2842 ｄ₁₂＝0.1500 ｒ₁₃＝9.8776 (非球面) ｄ₁₃＝3.3700 ｎ₁₃＝1.56384 ν₁₃＝60.67 ｒ₁₄＝-13.3796 ｄ₁₄＝2.7100 ｒ₁₅＝∞ ｄ₁₅＝2.3200 ｎ₁₅＝1.51633 ν₁₅＝64.15

【０１６４】 ｒ₁₆＝∞ ｄ₁₆＝1.6000 ｒ₁₇＝∞ ｄ₁₇＝0.8000 ｎ₁₇＝1.51633 ν₁₇＝64.14 ｒ₁₈＝∞ ｄ₁₈＝1.0032 ｒ₁₉＝∞ (像面)

【０１６５】 非球面係数 第１３面 Ａ₄ ＝-3.6930 ×10^-4 Ａ₆ ＝7.0898×10^-7 Ａ₈ ＝0 Ａ₁₀＝0

【０１６６】 液晶の屈折率，アッベ数 ｎo ＝1.60800 νo ＝28.94 ｎ’＝1.75100 ν’＝16.07

【０１６７】第４実施例 図１４は本実施例にかかる光学系の構成を示す光軸に沿
う断面図である。本実施例の光学系は、可変焦点レンズ
である液晶レンズＬＣの曲率半径が第３実施例のものと
比べて小さく、液晶層の最大の厚さが５５μｍである以
外は第３実施例の光学系と同様の構成である。

【０１６８】また、図１５は本実施例の光学系において
液晶レンズＬＣの液晶の屈折率をｎo とした場合の収差
曲線図、図１６は本実施例の光学系において液晶レンズ
ＬＣの液晶の屈折率をｎ' とした場合の収差曲線図であ
る。

【０１６９】さらに、本実施例の光学系では、液晶の屈
折率をｎo からｎ' まで５段階に変えることによって焦
点距離を５段階に変えられる液晶レンズＬＣを用いてい
る。液晶の屈折率がｎo の状態を第１段階、ｎ' の状態
を第５段階とし、第２から第４段階の屈折率をそれぞれ
ｎ'2，ｎ'3，ｎ'4とし、ｎo ＜ｎ'2＜ｎ'3＜ｎ'4＜ｎ'
とする。このときの本実施例の光学系における第２段階
から第４段階の収差曲線図を図１７〜１９に示す。

【０１７０】以下、本実施例にかかる光学系に関する各
種数値データを示す。

【０１７１】入射半画角（ω）：31.59 °（第１段
階），31.60 °（第２段階），31.61 °（第３段階），
31.62 °（第４段階），31.63 °（第５段階） Ｆナンバー：2.88 像高：3.32

【０１７２】 ｒ₁ ＝13.6522 ｄ₁ ＝2.4200 ｎ₁ ＝1.84666 ν₁ ＝23.78 ｒ₂ ＝53.3253 ｄ₂ ＝0.2700 ｒ₃ ＝7.5140 ｄ₃ ＝0.8700 ｎ₃ ＝1.48749 ν₃ ＝70.21 ｒ₄ ＝2.5204 ｄ₄ ＝3.2847 ｒ₅ ＝∞ (絞り) ｄ₅ ＝0

【０１７３】 ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝0.2000 ｎ₆ ＝1.56384 ν₆ ＝60.67 ｒ₇ ＝∞ (液晶) ｄ₇ ＝0.0550 ｒ₈ ＝-14.4250 ｄ₈ ＝0.4500 ｎ₈ ＝1.56384 ν₈ ＝60.67 ｒ₉ ＝∞ ｄ₉ ＝0.5947 ｒ₁₀＝-8.4388 ｄ₁₀＝0.8000 ｎ₁₀＝1.84666 ν₁₀＝23.78

【０１７４】 ｒ₁₁＝10.5000 ｄ₁₁＝3.7900 ｎ₁₁＝1.72946 ν₁₁＝54.68 ｒ₁₂＝-5.2405 ｄ₁₂＝0.1500 ｒ₁₃＝9.6102 (非球面) ｄ₁₃＝3.3200 ｎ₁₃＝1.56384 ν₁₃＝60.67 ｒ₁₄＝-13.8343 ｄ₁₄＝2.4400 ｒ₁₅＝∞ ｄ₁₅＝2.3200 ｎ₁₅＝1.51633 ν₁₅＝64.15

【０１７５】 ｒ₁₆＝∞ ｄ₁₆＝1.6000 ｒ₁₇＝∞ ｄ₁₇＝0.8000 ｎ₁₇＝1.51633 ν₁₇＝64.14 ｒ₁₈＝∞ ｄ₁₈＝1.1033 ｒ₁₉＝∞ (像面)

【０１７６】 非球面係数 第１３面 Ａ₄ ＝-3.8588 ×10^-4 Ａ₆ ＝1.2830×10^-6 Ａ₈ ＝0 Ａ₁₀＝0

【０１７７】 液晶の屈折率，アッベ数 ｎo ＝1.60800 νo ＝34.73 ｎ'2＝1.52100 ν'2＝29.34 ｎ'3＝1.58700 ν'3＝25.71 ｎ'4＝1.61500 ν'4＝23.09 ｎ’＝1.75100 ν' ＝21.12

【０１７８】第５実施例 図２０は本実施例にかかる光学系の構成を示す光軸に沿
う断面図である。本実施例の光学系は、可変焦点レンズ
である液晶レンズＬＣを、物体側から順に、平凹レンズ
形状の基板、凸平レンズ形状の液晶層、平行平面基板を
配置して構成している。前記液晶層の最大の厚さは３４
μｍである。また、液晶レンズＬＣは開口絞りＤの物体
側に接して配置してある。これ以外の構成は、第３実施
例に示した光学系と同様である。

【０１７９】また、図２１は本実施例の光学系にいて液
晶レンズＬＣの液晶の屈折率をｎoとした場合の収差曲
線図、図２２は本実施例の光学系において液晶レンズＬ
Ｃの液晶の屈折率をｎ' とした場合の収差曲線図であ
る。

【０１８０】以下、本実施例にかかる光学系に関する各
種数値データを示す。

【０１８１】入射半画角（ω）：31.72 °（液晶レンズ
ＬＣの液晶の屈折率がｎo の場合），31.68 °（液晶レ
ンズＬＣの液晶の屈折率がｎ’の場合） Ｆナンバー：2.88 像高：3.32

【０１８２】 ｒ₁ ＝14.3530 ｄ₁ ＝2.4200 ｎ₁ ＝1.84666 ν₁ ＝23.78 ｒ₂ ＝65.4770 ｄ₂ ＝0.2800 ｒ₃ ＝9.8970 ｄ₃ ＝0.8700 ｎ₃ ＝1.48749 ν₃ ＝70.21 ｒ₄ ＝2.5320 ｄ₄ ＝2.6760 ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝0.3700 ｎ₅ ＝1.69400 ν₅ ＝56.30

【０１８３】 ｒ₆ ＝28.1817(液晶) ｄ₆ ＝0.0340 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝0.3000 ｎ₇ ＝1.69400 ν₇ ＝56.30 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝0 ｒ₉ ＝∞ (絞り) ｄ₉ ＝1.6661 ｒ₁₀＝-12.6420 ｄ₁₀＝0.8000 ｎ₁₀＝1.84666 ν₁₀＝23.78

【０１８４】 ｒ₁₁＝9.8130 ｄ₁₁＝3.7600 ｎ₁₁＝1.72946 ν₁₁＝54.68 ｒ₁₂＝-5.6820 ｄ₁₂＝0.1500 ｒ₁₃＝11.7000(非球面) ｄ₁₃＝3.0300 ｎ₁₃＝1.56384 ν₁₃＝60.67 ｒ₁₄＝-13.0830 ｄ₁₄＝3.1000 ｒ₁₅＝∞ ｄ₁₅＝2.3200 ｎ₁₅＝1.51633 ν₁₅＝64.15

【０１８５】 ｒ₁₆＝∞ ｄ₁₆＝1.6000 ｒ₁₇＝∞ ｄ₁₇＝0.8000 ｎ₁₇＝1.51633 ν₁₇＝64.14 ｒ₁₈＝∞ ｄ₁₈＝1.2408 ｒ₁₉＝∞ (像面)

【０１８６】 非球面係数 第１３面 Ａ₄ ＝-3.2428 ×10^-4 Ａ₆ ＝8.5087×10^-7 Ａ₈ ＝0 Ａ₁₀＝0

【０１８７】 液晶の屈折率，アッベ数 ｎo ＝1.52100 νo ＝28.94 ｎ’＝1.70700 ν’＝16.07

【０１８８】第６実施例 図２３は本実施例にかかる光学系の構成を示す光軸に沿
う断面図である。本実施例の光学系は、可変焦点レンズ
である液晶レンズＬＣを、物体側から順に、平凸レンズ
形状の基板、凹平レンズ形状の液晶層、平行平面基板を
配置して構成している。また、液晶の最大の厚さは１２
μｍである。これ以外の構成は第３実施例の光学系と同
様である。

【０１８９】また、図２４は本実施例の光学系において
液晶レンズＬＣの液晶の屈折率をｎo とした場合の収差
曲線図、図２５は本実施例の光学系において液晶レンズ
ＬＣの液晶の屈折率をｎ' とした場合の収差曲線図であ
る。

【０１９０】以下、本実施例にかかる光学系に関する各
種数値データを示す。

【０１９１】入射半画角（ω）：31.72 °（液晶レンズ
ＬＣの液晶の屈折率がｎ_o の場合），31.73 °（液晶レ
ンズＬＣの液晶の屈折率がｎ’の場合） Ｆナンバー：2.88 像高：3.32

【０１９２】 ｒ₁ ＝14.0020 ｄ₁ ＝2.4200 ｎ₁ ＝1.84666 ν₁ ＝23.78 ｒ₂ ＝56.9710 ｄ₂ ＝0.2500 ｒ₃ ＝8.4400 ｄ₃ ＝0.8700 ｎ₃ ＝1.48749 ν₃ ＝70.21 ｒ₄ ＝2.5510 ｄ₄ ＝3.4300 ｒ₅ ＝∞ (絞り) ｄ₅ ＝0

【０１９３】 ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝0.4090 ｎ₆ ＝1.88300 ν₆ ＝40.76 ｒ₇ ＝-80.0045 (液晶) ｄ₇ ＝0.0030 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝0.2000 ｎ₈ ＝1.88300 ν₈ ＝40.76 ｒ₉ ＝∞ ｄ₉ ＝0.8746 ｒ₁₀＝-8.7540 ｄ₁₀＝0.8000 ｎ₁₀＝1.84666 ν₁₀＝23.78

【０１９４】 ｒ₁₁＝10.5000 ｄ₁₁＝3.7700 ｎ₁₁＝1.72916 ν₁₁＝54.68 ｒ₁₂＝-5.4690 ｄ₁₂＝0.1500 ｒ₁₃＝10.2500(非球面) ｄ₁₃＝3.3300 ｎ₁₃＝1.56384 ν₁₃＝60.67 ｒ₁₄＝-12.6780 ｄ₁₄＝3.3500 ｒ₁₅＝∞ ｄ₁₅＝1.5000 ｎ₁₅＝1.51633 ν₁₅＝64.15

【０１９５】 ｒ₁₆＝∞ ｄ₁₆＝1.6000 ｒ₁₇＝∞ ｄ₁₇＝0.7500 ｎ₁₇＝1.51633 ν₁₇＝64.15 ｒ₁₈＝∞ ｄ₁₈＝1.1268 ｒ₁₉＝∞ (像面)

【０１９６】 非球面係数 第１３面 Ａ₄ ＝-3.6930 ×10^-4 Ａ₆ ＝7.0898×10^-7 Ａ₈ ＝0 Ａ₁₀＝0

【０１９７】 液晶の屈折率，アッベ数 ｎo ＝1.52100 νo ＝28.94 ｎ’＝1.70700 ν’＝16.07

【０１９８】第７実施例 図２６は本実施例にかかる光学系の構成を示す光軸に沿
う断面図である。本実施例の光学系は、可変焦点レンズ
である液晶レンズＬＣの液晶の最大の厚さが１２μｍで
ある点、また平行平面板群Ｆが３枚構成となっている点
以外は第３実施例に示した光学系と同様の構成である。

【０１９９】また、図２７は本実施例の光学系において
液晶レンズＬＣの液晶の屈折率をｎ _o とした場合の収差
曲線図、図２８は本実施例の光学系において液晶レンズ
ＬＣの液晶の屈折率をｎ' とした場合の収差曲線図であ
る。

【０２００】以下、本実施例にかかる光学系に関する各
種数値データを示す。

【０２０１】入射半画角（ω）：30.85 °（液晶レンズ
ＬＣの液晶の屈折率がｎo の場合），30.86 °（液晶レ
ンズＬＣの液晶の屈折率がｎ’の場合） Ｆナンバー：2.79 像高：3.0

【０２０２】 ｒ₁ ＝14.7669 ｄ₁ ＝2.4200 ｎ₁ ＝1.84666 ν₁ ＝23.78 ｒ₂ ＝77.2137 ｄ₂ ＝0.2500 ｒ₃ ＝8.6633 ｄ₃ ＝0.7500 ｎ₃ ＝1.48749 ν₃ ＝70.21 ｒ₄ ＝2.6379 ｄ₄ ＝3.8149 ｒ₅ ＝∞ (絞り) ｄ₅ ＝0

【０２０３】 ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝0.2000 ｎ₆ ＝1.56384 ν₆ ＝64.14 ｒ₇ ＝∞ (液晶) ｄ₇ ＝0.0120 ｒ₈ ＝-67.2267 ｄ₈ ＝0.3880 ｎ₈ ＝1.56384 ν₈ ＝64.14 ｒ₉ ＝∞ ｄ₉ ＝0.7135 ｒ₁₀＝-9.4638 ｄ₁₀＝1.2000 ｎ₁₀＝1.84666 ν₁₀＝23.78

【０２０４】 ｒ₁₁＝12.0733 ｄ₁₁＝3.6000 ｎ₁₁＝1.72946 ν₁₁＝54.68 ｒ₁₂＝-5.5956 ｄ₁₂＝0.1500 ｒ₁₃＝9.4226 (非球面) ｄ₁₃＝3.8000 ｎ₁₃＝1.56384 ν₁₃＝60.67 ｒ₁₄＝-12.3053 ｄ₁₄＝1.5000 ｒ₁₅＝∞ ｄ₁₅＝1.6000 ｎ₁₅＝1.51633 ν₁₅＝64.15

【０２０５】 ｒ₁₆＝∞ ｄ₁₆＝2.3000 ｎ₁₆＝1.54771 ν₁₆＝62.84 ｒ₁₇＝∞ ｄ₁₇＝1.0000 ｒ₁₈＝∞ ｄ₁₈＝0.7500 ｎ₁₈＝1.48749 ν₁₈＝70.21 ｒ₁₉＝∞ ｄ₁₉＝1.1965 ｒ₂₀＝∞ (像面)

【０２０６】 非球面係数 第１３面 Ａ₄ ＝-3.10370×10^-4 Ａ₆ ＝-2.4543 ×10^-5 Ａ₈ ＝2.1418×10^-6 Ａ₁₀＝-7.2117 ×10^-8

【０２０７】 液晶の屈折率，アッベ数 ｎo ＝1.60800 νo ＝28.94 ｎ’＝1.75100 ν’＝16.07

【０２０８】なお、第３ないし第７実施例中の各種数値
データにおいて、ｒ₁ ，ｒ₂ ，・・・・は各レンズ面な
どの曲率半径（ｍｍ）、ｄ₁ ，ｄ₂ ，・・・・は各レン
ズなどの肉厚又はそれらの間隔（ｍｍ）、ｎ₁ ，ｎ₂ ，
・・・・は各レンズのｄ線の屈折率、ν₁ ，ν₂ ，・・
・・は各レンズのアッベ数を示している。また、前記各
非球面形状は、光軸上の光の進行方向をＸ軸、光軸と直
交する方向をＹ軸にとると、以下に示す式により与えら
れる。 但し、ｒは近軸曲率半径、Ａ₄ ，Ａ₆ ，Ａ₈ ，Ａ₁₀はそ
れぞれ４次，６次，８次，１０次の非球面係数を示して
いる。

【０２０９】次に、第３ないし第７実施例に示した光学
系において、液晶の屈折率を変えた状態での被写界深度
を表１に示す。なお、本発明においては、被写界深度の
近点，遠点は次式で定義する値である。 但し、Ｂはレンズ第１面から物点までの距離、ｆは光学
系の焦点距離、ｆ_F は光学系の前側焦点位置、Ｆnoは光
学系のＦ値、ｐは受光部の画素ピッチ（例えば受光部が
ファイバー束であればファイバー１本の直径、ＣＣＤで
あれば画素の大きさ）、ｋは受光部により異なる係数で
ある。第３ないし第７実施例に示した光学系について
は、ｋは２．５である。また、ｐは第３ないし第６実施
例では４．５μｍ、第７実施例ては５μｍとした。

【０２１０】

【０２１１】表１から分かるように、液晶の屈折率を変
えて液晶レンズＬＣの焦点距離を変えることでピント位
置および被写界深度を変えることができる。また、第３
および第７実施例では、２段階で液晶レンズＬＣの焦点
距離を変えたとき、両状態の被写界深度が重なるため、
２段階に焦点距離を変えることで、それぞれ２７７．２
７４ｍｍ〜∞、２１２．１１４ｍｍ〜∞までピントを合
わせることができる。

【０２１２】また、第４実施例では５段階に液晶レンズ
ＬＣの焦点距離を変えて、１０８．１２８ｍｍ〜∞まで
という広範囲にわたってピントを合わせることができ
る。液晶レンズＬＣの焦点距離は、このように、２段階
或いはそれ以上の段階に変えるだけでなく、連続的に変
えてもよい。第４実施例において、液晶レンズＬＣの焦
点距離を５段階に変えたときのそれぞれの被写界深度を
表２に示す。

【０２１３】

【０２１４】さらに、第３ないし第７実施例において、
｜φ_LC／φ｜，｜tan Ｙ｜，｜ｆ₁／ｆ｜，｜Ｌ／ｆ
｜，｜ｆ₂ ／ｆ｜の各値を表３に示す。

【０２１５】

【０２１６】また、第４実施例において、５段階に液晶
レンズＬＣの焦点距離を変えたときの各値を表４に示
す。

【０２１７】

【０２１８】以上説明した第３ないし第７実施例の光学
系では、液晶レンズＬＣの液晶層が平凸レンズ形状，凸
平レンズ形状，平凹レンズ形状の何れかであり、液晶層
を挟む基板の液晶層とは反対側の面が平面である場合を
示したが、光学系の性能要求に合わせて他の形状として
もよい。例えば、前述のように、図６ないし図９に示し
たような形状とすることもできる。

【０２１９】第８実施例 次に、本発明による光学特性可変光学素子を用いた光学
系を撮像装置に適用した例を第８実施例として示す。図
２９は、本実施例にかかる撮像装置の概略構成図であ
る。この撮像装置は、図示しない物体側から順に、光学
系２０、固体撮像素子２１、信号処理回路２２を配置し
て構成する。光学系２０は前述した第３ないし第７実施
例に示した光学系のうち何れのものを用いてもよい。そ
して、この光学系２０は、物体側から順に、正のレンズ
群２３、絞り２４、可変焦点レンズ１１、負のレンズ群
２５、赤外カットフィルターやローパスフィルターなど
からなるフィルター群２６を配置して構成している。な
お、絞り２４と可変焦点レンズ１１は接している。ま
た、固体撮像素子２１には、その光電変換面上に、ＲＧ
Ｂ３原色のモザイク状の色フィルターを設けている。

【０２２０】本実施例の撮像装置では、物体からの光を
光学系２０により固体撮像素子２１上に結像し、その強
度に応じて電気信号に変換して信号処理回路２２へ供給
する。ここで所要に応じてＲＧＢそれぞれの信号強度の
正規化や表現する色をシフトさせるなどの方法により、
物体のカラー情報が損なわれないように補正してカラー
映像信号に変換し、図示しないメモリに書き込んだり、
パソコンや表示装置或いはプリンタなどの外部に出力す
る。なお、このような処理は、外部の制御装置或いは撮
像装置に組み込まれたＣＰＵにより制御する。

【０２２１】光学系２０中の可変焦点レンズ１１には透
明電極が設けられており、この透明電極には、図示しな
い電源から電圧を印加できるようになっている。そし
て、印加する電圧を変えることで可変焦点レンズ１１の
焦点距離を変えることができる。したがって、前記透明
電極に印加する電圧を調整することで光学系２０の焦点
距離も変わり、固体撮像素子２１上に結像する物体の位
置も変わって、近くから遠方まで様々な距離にある物体
にピントを合わせることができる。

【０２２２】例えば、光学系２０が第３実施例の光学系
であるとき、印加電圧をオン，オフすると、例えばオフ
の場合、無限遠から約５１１ｍｍの範囲にピントが合
い、印加電圧をオンにするとより手前の約６２３ｍｍか
ら約２７７ｍｍの範囲にピントが合う。したがって、印
加電圧をオン，オフするだけで無限遠から約２７７ｍｍ
の範囲にピントを合わせることができる。また、光学系
２０が第４実施例の光学系であるとき、印加電圧を５段
階に調整すると、表２に示したようにピント位置も５段
階に変化し、無限遠から約１０８ｍｍまでの範囲にピン
トを合わせることができるようになる。

【０２２３】本実施例の撮像装置では、可変焦点レンズ
１１と光学系２０はそれぞれ前述した第１ないし第１３
の光学特性可変光学素子または第１ないし第１８の光学
系を用いたものであるから、光の利用効率の高い明るい
像を撮影することができる。また、像のボケが少なく、
画像上の各位置ごとのボケ量の差が小さく、歪曲収差な
どの収差が良好に補正された像を撮影することができ
る。さらに、可変焦点レンズ１１を小さくできるため、
撮像装置自体も小型化，軽量化することが可能である。

【０２２４】本実施例の撮像装置は、具体的には、固体
撮像素子で像を検出するデジタルスチルカメラに用いら
れるものであるが、物体の像を撮影する装置、例えばフ
ィルムカメラ，ビデオカメラ，テレビカメラなどにも応
用することができる。

【０２２５】さらに、本発明による光学特性可変光学素
子を用いた可変焦点レンズは、撮像装置の他に、例えば
顕微鏡，内視鏡などの観察装置、ＯＨＰ（オーバーヘッ
ドプロジェクター），液晶プロジェクター，フィルム映
写機，スライド映写機などの投影装置、眼鏡などに応用
することもできる。そこで、以下にこれらに応用した場
合の具体例を示しながら説明する。

【０２２６】第９実施例 本実施例は観察装置に関するものである。図３０は、本
実施例にかかる観察装置の概略構成図である。これは内
視鏡に応用した例である。光源部２７からの照明光を照
明用光ファイバー２８を通して観察対象物２９に照射す
る。観察対象物２９で反射した光は、挿入部３０の先端
の湾曲部３１に配置した観察光学系３２を通してＣＣＤ
３３上に結像し、その強度に応じて電気信号に変換して
信号処理回路３４に供給する。ここで、第８実施例の撮
像装置で説明したように様々な処理を行い映像信号に変
換し、例えばモニター３５に表示し、観察する。

【０２２７】観察光学系３２中には可変焦点レンズが設
けられている。この可変焦点レンズの透明電極には、図
示しない電源から電圧を印加できるようになっており、
印加電圧を変えることで可変焦点レンズの焦点距離を変
えることができる。したがって、前記透明電極に印加す
る電圧を調整することで観察光学系３２の焦点距離も変
わり、ＣＣＤ３３上に結像する観察対象物２９の位置も
変わって、観察対象物２９の様々な位置にピントを合わ
せて観察することができる。

【０２２８】本実施例の観察装置では、可変焦点レンズ
と観察光学系３２はそれぞれ前述の第１ないし第１３の
光学特性可変光学素子または第１ないし第１８の光学系
を用いたものであるから、明るくて像のボケが少なく、
収差の良好に補正された像で観察対象物２９を観察でき
る。また、可変焦点レンズを小さくできるため、観察光
学系３２も小さくなり、湾曲部３１の径が小さくなって
挿入が楽になる。さらに、可変焦点レンズのみでピント
合わせが可能なため、他の光学素子を動かす必要がな
く、ピント位置を変えることができるにもかかわらず観
察光学系３２の全長が長くなることはない。また、湾曲
部３１の長さも短くなり、挿入が楽になる。

【０２２９】本実施例では、内視鏡に適用する観察装置
の例を示したが、この観察装置はその他にも、例えば顕
微鏡などにも適用可能であり、同様の効果を得ることが
できる。

【０２３０】第１０実施例 本実施例は投影装置であるＯＨＰに関するものである。
図３１は本実施例にかかるＯＨＰの概略構成図である。
照明ランプ３６からの光をミラー３７で反射し、フレネ
ルレンズプレート３８へ導く。フレネルレンズプレート
３８から射出した光は投影光学系３９に入射し、投影ミ
ラー４０で反射して図示しないスクリーン上に投影され
る。投影光学系３９中には可変焦点レンズが設けられて
いる。この可変焦点レンズの透明電極には、図示しない
電源から電圧を印加できるようになっており、印加電圧
を変えることで可変焦点レンズの焦点距離を変えること
ができる。したがって、前記透明電極に印加する電圧を
調整することで投影光学系３９の焦点距離も変わり、ち
ょうどピントが合うスクリーン位置も変わる。よって、
スクリーン位置を変えたときに印加電圧を変えることで
ピント合わせを行うことができる。また、投影するシー
トなどを光軸方向に動かして投影像を拡大するときに
も、印加電圧を変えることでピント合わせを行うことが
できる。また、投影光学系３９内の光学素子を動かす必
要がないため、投影光学系３９を小型化でき、ＯＨＰ自
体を小型化，軽量化することができる。

【０２３１】本実施例のＯＨＰでは、可変焦点レンズと
投影光学系３９はそれぞれ前述の第１ないし第１３の光
学特性可変光学素子または第１ないし第１８の光学系を
用いたものであるから、明るくて像のボケが少なく、収
差の良好に補正された像を投影することができる。ま
た、この可変焦点レンズは小さく構成できるため、投影
光学系３９も小さくなり、ＯＨＰ自体もさらに小型化，
軽量化できる。

【０２３２】本実施例ではＯＨＰの例を示したが、これ
と同様に、液晶プロジェクター，フィルム映写機，スラ
イド映写機などを構成することも可能である。

【０２３３】第１１実施例 本実施例は光学特性可変光学素子を用いた可変焦点レン
ズを眼鏡に適用した例を示すものである。図３２は本実
施例にかかる眼鏡の概略構成図である。この眼鏡はフレ
ーム４１と２枚の可変焦点レンズ１１、電源４２からな
る。可変焦点レンズ１１はフレーム４１に固定されてお
り、可変焦点レンズ１１の透明電極は導電性コード４３
を介して電源４２と接続されており、電圧を印加できる
ようになっている。

【０２３４】可変焦点レンズ１１は前述の第１ないし第
１３の何れかの光学特性可変光学素子を用いたものであ
り、印加電圧を変えることで焦点距離を変えることがで
きる。このため、例えば白内障の治療で眼球の水晶体を
人工水晶体に代えたことによって、眼のピント調整がで
きなくなった場合でも、印加電圧を調整することで遠く
から手元までピントを合わせることができる。また、偏
光板を使用していないため、自然光などのように様々な
偏光状態が混在している光を見る場合でも光はほとんど
減衰することなく、どのような環境でも明るい状態で見
ることができる。さらに、小電力で眼鏡の焦点距離を変
えることができ、電源４２が小さくなり、持ち運びが楽
になる。なお、図３２では電源４２は眼鏡と分離してい
るが、特に電圧が低く消費電力が小さい場合には、例え
ばボタン電池などを使用して電源４２をフレームに取り
付け、一体化することもできる。

【０２３５】第１２実施例 図３３は本実施例にかかる光学系の構成を示す光軸に沿
う断面図である。本実施例の光学系はトリプレットタイ
プであり、図示しない物体側から順に、物体側に凸面を
向けた正メニスカスレンズＬ１、両凹レンズＬ２、両凸
レンズＬ３からなる対称型のレンズ構成である。両凹レ
ンズＬ２と両凸レンズＬ３との間に、開口絞りＤが配置
される。液晶レンズＬＣは、開口絞りＤの物体側に接し
て配置されており、物体側から平凹レンズ形状の基板、
凸平レンズ形状の液晶層、平行平面基板を配置して構成
している。また、前記平凹レンズ形状の基板および平行
平面基板の内側（液晶層側）には、透明電極と配向膜が
設けられている。液晶層の最大の厚さは３３μｍであ
る。

【０２３６】さらに、本実施例の光学系では、液晶の屈
折率をｎo からｎ′まで９段階に変えることによって焦
点距離を９段階に変えられる液晶レンズＬＣを用いてい
る。液晶の屈折率がｎo の状態を第１段階、ｎ′の状態
を第９段階とし、第２から８段階の屈折率をそれぞれ
ｎ′２，ｎ′３，ｎ′４，ｎ′５，ｎ′６，ｎ′７，
ｎ′８とし、ｎo ＜ｎ′２＜ｎ′３＜ｎ′４＜ｎ′５＜
ｎ′６＜ｎ′７＜ｎ′８＜ｎ′とする。このときの本実
施例の光学系における第１段階から第９段階の収差曲線
図を図３４〜４２に示す。

【０２３７】以下、本実施例にかかる光学系に関する各
種数値データを示す。なお、各符号の意味は前述の通り
である。

【０２３８】入射半画角（ω）：23.58 ゜（第１段
階），23.76 ゜（第２段階），23.94 ゜（第３段階），
24.12 ゜（第４段階），24.30 ゜（第５段階），24.48
゜（第６段階），24.66 ゜（第７段階），24.84 ゜（第
８段階），25.02 ゜（第９段階） Ｆナンバー：6 像高：6.358

【０２３９】 ｒ₁ ＝4.5330 ｄ₁ ＝1.7800 ｎ₁ ＝1.78590 ν₁ ＝44.20 ｒ₂ ＝8.8320 ｄ₂ ＝0.3650 ｒ₃ ＝-11.4925 ｄ₃ ＝0.3950 ｎ₃ ＝1.74077 ν₃ ＝27.79 ｒ₄ ＝5.1650 ｄ₄ ＝0.2020 ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝0.1700 ｎ₅ ＝1.69400 ν₅ ＝56.30

【０２４０】 ｒ₆ ＝28.1817(液晶) ｄ₆ ＝0.0330 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝0.1500 ｎ₇ ＝1.69400 ν₇ ＝56.30 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝0.0000 ｒ₉ ＝∞ (絞り) ｄ₉ ＝0.1924 ｒ₁₀＝12.8235 ｄ₁₀＝0.7650 ｎ₁₀＝1.80610 ν₁₀＝40.92

【０２４１】 ｒ₁₁＝-7.8290 ｄ₁₁＝12.1082 ｒ₁₂＝∞ (像面)

【０２４２】 液晶の屈折率，アッベ数 ｎo ＝1.52100 νo ＝28.94 ｎ′２＝1.54425 ν′２＝25.61 ｎ′３＝1.56750 ν′３＝23.16 ｎ′４＝1.59075 ν′４＝21.29 ｎ′５＝1.61400 ν′５＝19.81 ｎ′６＝1.63725 ν′６＝18.61 ｎ′７＝1.66050 ν′７＝17.61 ｎ′８＝1.68375 ν′８＝16.78 ｎ′＝1.70700 ν′＝16.07

【０２４３】次に、本実施例の光学系における、｜φ_LC
／φ｜，｜tan Ｙ｜，｜ｆ₁ ／ｆ｜，｜ｆ₂ ／ｆ｜，｜
Ｌ／ｆ｜の各値、および液晶レンズＬＣの屈折率を変化
させた状態での被写界深度を表５に示す。

【０２４４】

【０２４５】この表５から分かるように、本実施例の光
学系では９段階に液晶レンズＬＣの焦点距離を変えて、
２０２．２９５ｍｍ〜∞までという広範囲にわたってピ
ントを合わせることができる。

【０２４６】さらに、本発明に用いることができる、液
晶の性質について詳述する。本発明の光学特性可変光学
素子，可変焦点レンズ，可変プリズム等には、以下の
(1)ないし(10)の条件のうちの少なくとも１つを満たす
液晶を用いるとよい。以下の条件のうち、(2)と(10)は
カイラル材を混ぜない液晶の物性値、他はカイラル材等
を含んでもよい、使用状態での液晶混合物の物性値であ
る。また、撮像装置，観察装置，投影装置，眼鏡はいず
れも結像装置の１つである。なお条件(1)，(2)，(5)，
(10)は固定特性の光学素子、たとえば液晶レンズにも適
用できる。固定焦点の液晶レンズは図１で電源８，電極
６を取り除けばよい。

【０２４７】(1) ねじれピッチＰ 顕微鏡等、高精度の結像装置では０．８μｍ以下。室内
で用いる眼鏡、カメラ等やや高精度の結像装置では１．
４μｍ以下。ＶＴＲカメラ、自動車運転等屋外で用いる
眼鏡のように高速応答を要求する結像装置等では１０．
０μｍ以下とするのがよい。但し、短ければ短いほど屈
折率の等方性はよいが、応答速度低下，駆動電圧増大等
の問題が出るので上記いずれかを満たすとよい。Ｐの下
限値は液晶分子の大きさで決まり、２ｎｍ程度である。

【０２４８】(2) 屈折率異方性△ｎ（但し、△ｎ＝｜
ｎe −ｎo ｜） △ｎはズームレンズ等大きく光学特性を変えたい用途の
液晶レンズ等では０．１以上２．０以下。オートフォー
カス用の液晶レンズ等やや光学特性を変えたい用途の場
合０．０５以上０．８以下。ＶＴＲカメラ，自動車運転
等屋外で用いる眼鏡のように高速応答を要求する結像装
置では０．０４以上０．６以下。デジタルカメラ，内視
鏡のオートフォーカス用の液晶レンズ等応答が遅くても
よいから耐久性を重視する場合は０．１以上０．５以下
がよい。なお、△ｎも大きいほどいいが、△ｎが大きい
ほど液晶物質の耐久性、応答速度等で問題が出るので、
上記の範囲が良い。なおｎe −ｎo の符号は正でも負で
も、いずれでもよい。どちらでも光学特性可変光学素子
に利用できる。

【０２４９】(3) 粘度η ηは小さければ小さいほど応答速度が向上し、駆動電圧
も小さくてよいのでよいが、逆に△ｎは小さくなる傾向
に有り損である。従って以下の範囲がよい。ηの単位
〔ｍPa・ｓ〕はミリ・パスカル・秒である。ηは通常回
転粘度計等で測定される。測定装置の光学系に用いる液
晶レンズ等、大電力が供給できる場合は０．０１ｍPa・
ｓ以上、３００ｍPa・ｓ以下。テレビカメラ等、ＡＣ電
源が取れる結像装置などでは０．０１ｍPa・ｓ以上、１
００ｍPa・ｓ以下。デジタルカメラの液晶レンズのよう
に大容量電池が使える場合などでは０．０１ｍPa・ｓ以
上、４０ｍPa・ｓ以下。眼鏡、等、電力消費を小さくし
たい場合などでは０．１ｍPa・ｓ以上、３０ｍPa・ｓ以
下とするのがよい。

【０２５０】(4) 駆動電圧Ｖｄ Ｖｄは屈折率が△ｎの８０％以上変化するのに必要な交
流電圧の実効値である。小さければ小さいほど電源が小
さくできるのでよいが、あまり小さいと、液晶材料の耐
久性が低下する等の問題が起こる。本発明では、液晶層
の厚さ９ミクロンの平行平板のセルでＶｄを測定する。
単位Ｖ（ボルト）。測定装置の光学系に用いる液晶レン
ズ，プリズム等、任意の電圧が供給できる場合は０．１
Ｖ以上５００Ｖ以下。ＶＴＲカメラ，デジタルカメラ
等、大容量バッテリーが使えるような用途では０．１Ｖ
以上６０Ｖ以下。眼鏡用液晶レンズ、等、電源に制約の
大きい用途では０．１Ｖ以上２２Ｖ以下とするのがよ
い。

【０２５１】(5) ＮＩ点 ＮＩ点とは液晶が液体に相転移する温度であり、単位は
℃。高ければ高いほど液晶として動作する温度範囲が広
いのでよいが、ねじれピッチＰを小さくしにくくなる。
熱を大量に発生する結像装置，撮像装置、たとえば放送
局用テレビカメラ等の光学系では２００℃以上。熱を発
生する結像装置，撮像装置、たとえば電子内視鏡，家庭
用ＶＴＲカメラ，デジタルカメラ等の光学系では１１０
℃以上。あまり熱を発生しない結像装置，撮像装置、例
えばフィルムカメラ，デジタルカメラ等の光学系では４
０℃以上。恒温室で扱う測定器に用いられる光学系等の
液晶光学素子では２５℃以上であるとよい。ＮＩ点の上
限はねじれピッチＰを小さくしにくくなったり、液晶物
質が存在しなくなることなどから６００℃以下とするの
がよい。

【０２５２】 (6) 誘電率異方性 Δε（但し、Δε＝ε//−ε⊥） ε//は液晶分子軸に平行な電場に対する誘電率、ε⊥は
液晶分子軸に直角な電場に対する誘電率である。いずれ
も１ｋＨｚ程度の周波数に対する値である。なお本明細
書で記述する誘電率とはすべて真空の誘電率に対する
比、すなわち比誘電率のことである。Δεは大きいほど
屈折率変化の応答速度が速くてよいが、大きすぎると液
晶材料の耐久性が低下する等の問題が起こる。Δεは低
価格のカメラのファインダーに用いる液晶レンズ等では
０．１以上２００以下がよい。デジタルカメラの撮像レ
ンズ用の液晶レンズ等、やや耐久性が必要な用途では
０．１以上１００以下がよい。内視鏡等のフォ−カスに
用いる液晶レンズ等、高信頼性を要求する用途では０．
１以上４０以下がよい。

【０２５３】(7) 誘電率ε⊥ ε⊥は液晶分子軸に直角な電場に対する誘電率である。
ε⊥は大き過ぎると液晶レンズをコンデンサーと見なし
た時の静電容量が増え、電流が多く流れ損である。小さ
いと当然Δεも小さくなり応答速度が遅くなる。そこで
ε⊥は、測定装置の光学系に用いる液晶レンズ等、任意
の電圧が供給できる場合は１．１以上２００以下。デジ
タルカメラの液晶レンズのように大容量電池が使える場
合などでは１．３以上１００以下。眼鏡用液晶レンズ
等、電源に制約の大きい用途では１．３以上５０以下で
あることが望ましい。

【０２５４】(8) 屈折率ｎo ｎo は大きいほど、Δｎも大きく取れるし、液晶レンズ
等の屈折力を大きく取れるのでよい。しかし大きくしす
ぎると液晶材料の耐久性が低下する、或いは波長分散が
大きくなり、色収差が増加する等の問題が起こる。ｎo
はレーザーを光源とする測定器の光学系の液晶レンズの
ように色収差が問題にならない用途などでは、１．１以
上４．０以下。低価格のカメラのファインダーの視度調
整に用いる液晶レンズのようにある程度色収差が許容で
きる用途等では１．２以上２．５以下。デジタルカメラ
の撮像レンズのように色収差を充分除去する必要のある
光学系に用いる液晶光学素子では１．３以上１．９以下
であることが望ましい。

【０２５５】(9) 屈折率変化ｎ’−ｎo ｎ’−ｎo の値は大きいほど光学素子の特性を変えるこ
とができてよい。しかし大きすぎると液晶材料の耐久性
が低下する、コストが高い等の問題を生ずる。なおｎ’
は式（２１）で定義される。ｎ’−ｎo の値は、ズーム
レンズ等焦点距離を大きく変えたい用途の液晶レンズで
は０．０５以上１．０以下。それほど焦点距離が変らな
くても良い、オートフォーカス用の液晶レンズ等では
０．０５以上０．５以下とするのがよい。

【０２５６】(10) アッベ数νo アッベ数νo は大きいほど色収差が少なくてよい。しか
し大きすぎると屈折率異方性が小さくなり光学特性を大
きく変えることができず損である。νo は、低価格のカ
メラのファインダーの視度調整に用いる液晶レンズのよ
うにある程度色収差が許容できる用途等では３以上１０
０以下であることが望ましい。また、デジタルカメラの
撮像レンズのように色収差を充分除去する必要のある光
学系に用いる液晶光学素子では５以上７０以下であるこ
とが望ましい。

【０２５７】以下、本発明の光学特性可変光学素子に用
いられる液晶材料の具体例を掲げる。特性値はいずれも
室温（２０から２５℃）での値である。

【０２５８】（ａ）ＯＭ−２００２ＬＡ（チッソ石油化
学製） Ｐ＝１．１μｍ Δｎ＝０．２０４ η＝８０．８ Ｖｄ＝２０ボルト ＮＩ点＝７０．４℃ Δε＝３．２ ε⊥＝１２．６ ｎo ＝１．５７ ｎ’−ｎo ＝０．１４ νo ＝２８．９４

【０２５９】（ｂ）セイミケミカル製液晶ＯＦ−１８３
５Ｌ１（カイラル材１２％を含むネマチック液晶，トラ
ンス−ジフルオロスチルベン系液晶） Ｐ＝０．７μｍ Δｎ＝０．２５ η＝２３以上 Ｖｄ＝１０ボルト以下 ＮＩ点＝約６０℃ Δε＝５．３８ ε⊥＝３．４５ ｎ’−ｎo ＝０．１２

【０２６０】（ｃ）ＡＤＫ−９４６７にカイラル材ＣＮ
Ｌ−６６２Ｒを２０％混ぜたもの（旭電化製） Ｐ＝０．４３μｍ Δｎ＝０．２１１ η＝２７以上 ＮＩ点＝８５℃以下 ｎ’−ｎo ＝０．１

【０２６１】以上説明したように、本発明は、特許請求
の範囲に記載の特徴と併せ、以下の(1) 〜(75)に示すよ
うな特徴も備えている。

【０２６２】(1) らせん構造を有する液晶を含むことを
特徴とする光学特性可変光学素子。

【０２６３】(2) らせん構造を有し、Γ＝２π（ｎe −
ｎo ）ｄ／λ，Φ＝２πｄ／Ｐとしたとき、次式（３
５）または（３６）を満足する液晶を含むことを特徴と
する光学特性可変光学素子。 λ≦Ｐ＜２０λ （３５） λ≦Ｐ かつ ｜Γ／２Φ｜＜π （３６） 但し、Ｐはらせん構造のねじれピッチ、λは入射光の使
用中心波長、ｄは液晶部分の光軸方向の最大厚さ、ｎe
は液晶の異常光に対する屈折率、ｎo は液晶の常光に対
する屈折率である。

【０２６４】(3) らせん構造を有し、Γ＝２π（ｎe −
ｎo ）ｄ／λ，Φ＝２πｄ／Ｐとしたとき、次式（３
７）または（３８）を満足する液晶を含むことを特徴と
する光学特性可変光学素子。 ２λ≦Ｐ＜２０λ （３７） ２λ≦Ｐ かつ ｜Γ／２Φ｜＜π （３８） 但し、Ｐはらせん構造のねじれピッチ、λは入射光の使
用中心波長、ｄは液晶部分の光軸方向の最大厚さ、ｎe
は液晶の異常光に対する屈折率、ｎo は液晶の常光に対
する屈折率である。

【０２６５】(4) らせん構造を有し、Γ＝２π（ｎe −
ｎo ）ｄ／λ，Φ＝２πｄ／Ｐとしたとき、次式（３
９）または（４０）を満足する液晶を含むことを特徴と
する光学特性可変光学素子。 ２λ／３≦Ｐ＜２０λ （３９） ２λ／３≦Ｐ かつ ｜Γ／２Φ｜＜π （４０） 但し、Ｐはらせん構造のねじれピッチ、λは入射光の使
用中心波長、ｄは液晶部分の光軸方向の最大厚さ、ｎe
は液晶の異常光に対する屈折率、ｎo は液晶の常光に対
する屈折率である。

【０２６６】(5) 前記らせん構造を有する液晶はネマテ
ィック液晶を含むことを特徴とする請求項１ないし３ま
たは前記(1) ないし(4) の何れかに記載の光学特性可変
光学素子。

【０２６７】(6) 前記らせん構造を有する液晶はネマテ
ィック液晶にカイラル剤を混合し、ネマティック液晶に
対するカイラル剤の重量比が０．３〜４０％になるよう
にしたものであることを特徴とする前記(5) に記載の光
学特性可変光学素子。

【０２６８】(7) 前記らせん構造を有する液晶はネマテ
ィック液晶にカイラル剤を混合し、ネマティック液晶に
対するカイラル剤の重量比が１〜３０％になるようにし
たものであることを特徴とする前記(5) に記載の光学特
性可変光学素子。

【０２６９】(8) 前記らせん構造を有する液晶はネマテ
ィック液晶にカイラル剤を混合し、ネマティック液晶に
対するカイラル剤の重量比が５〜２５％になるようにし
たものであることを特徴とする前記(5) に記載の光学特
性可変光学素子。

【０２７０】(9) 前記らせん構造を有する液晶はバナナ
型液晶であることを特徴とする請求項１ないし３または
前記(1) ないし(8) の何れかに記載の光学特性可変光学
素子。

【０２７１】(10)前記らせん構造を有する液晶の最大の
厚さが１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ない
し３または前記(1) ないし(9) の何れかに記載の光学特
性可変光学素子。

【０２７２】(11)前記らせん構造を有する液晶の最大の
厚さが０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１
ないし３または前記(1) ないし(9) の何れかに記載の光
学特性可変光学素子。

【０２７３】(12)可変焦点レンズを含む光学系。

【０２７４】(13)可変焦点レンズが液晶レンズであるこ
とを特徴とする前記(12)に記載の光学系。

【０２７５】(14)液晶レンズに含まれる液晶層が１層で
あることを特徴とする前記(13)に記載の光学系。

【０２７６】(15)可変焦点レンズが請求項１ないし３ま
たは前記(1) ないし(11)の何れかに記載の光学特性可変
光学素子であることを特徴とする前記(12)ないし(14)に
記載の光学系。

【０２７７】(16)レトロフォーカスタイプであることを
特徴とする前記(12)ないし(15)に記載の光学系。

【０２７８】(17)可変焦点レンズの液晶層部分のパワー
をφ_LC、光学系全体のパワーをφとしたとき、 ０．００５≦｜φ_LC／φ｜≦０．４ を満足することを特徴とする前記(12)ないし(16)の何れ
かに記載の光学系。

【０２７９】(18)可変焦点レンズの液晶層部分のパワー
をφ_LC、光学系全体のパワーをφとしたとき、 ０．００５≦｜φ_LC／φ｜≦０．２５ を満足することを特徴とする前記(12)ないし(16)の何れ
かに記載の光学系。

【０２８０】(19)可変焦点レンズの液晶層内における像
高が１の主光線と光軸とのなす角度をＹとしたとき、 ｜ｔａｎＹ｜≦０．６ を満足することを特徴とする前記(12)ないし(18)の何れ
かに記載の光学系。

【０２８１】(20)可変焦点レンズの液晶層内における像
高が１の主光線と光軸とのなす角度をＹとしたとき、 ｜ｔａｎＹ｜≦０．５ を満足することを特徴とする前記(12)ないし(18)の何れ
かに記載の光学系。

【０２８２】(21)絞り前群の焦点距離をｆ₁ 、全系の焦
点距離をｆとしたとき、 １．４≦｜ｆ₁ ／ｆ｜≦∞ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(12)ないし(20)の何れかに記載の光学系。

【０２８３】(22)絞り前群の焦点距離をｆ₁ 、全系の焦
点距離をｆとしたとき、 １．８≦｜ｆ₁ ／ｆ｜≦１０ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(12)ないし(20)の何れかに記載の光学系。

【０２８４】(23)絞り前群の焦点距離をｆ₁ 、全系の焦
点距離をｆとしたとき、 ０．８≦｜ｆ₁ ／ｆ｜≦∞ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(12)ないし(20)の何れかに記載の光学系。

【０２８５】(24)絞り前群の焦点距離をｆ₁ 、全系の焦
点距離をｆとしたとき、 ０．８≦ｆ₁ ／ｆ≦∞ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(12)ないし(20)の何れかに記載の光学系。

【０２８６】(25)絞り前群の焦点距離をｆ₁ 、全系の焦
点距離をｆとしたとき、 −０．７≦ｆ／ｆ₁ ≦∞ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(12)ないし(20)の何れかに記載の光学系。

【０２８７】(26)絞り前群の焦点距離をｆ₁ 、全系の焦
点距離をｆとしたとき、 −０．７≦ｆ／ｆ₁ ≦３．０ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(25)に記載の光学系。

【０２８８】(27)絞り前群の焦点距離をｆ₁ 、全系の焦
点距離をｆとしたとき、 −０．７≦ｆ／ｆ₁ ≦１．２５ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(25)に記載の光学系。

【０２８９】(28)絞り前群の焦点距離をｆ₁ 、全系の焦
点距離をｆとしたとき、 −１≦ｆ／ｆ₁ ≦∞ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(12)ないし(20)の何れかに記載の光学系。

【０２９０】(29)絞り前群の焦点距離をｆ₁ 、全系の焦
点距離をｆとしたとき、 −１≦ｆ／ｆ₁ ≦３．０ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(28)に記載の光学系。

【０２９１】(30)絞り前群の焦点距離をｆ₁ 、全系の焦
点距離をｆとしたとき、 −１≦ｆ／ｆ₁ ≦１．２５ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(28)に記載の光学系。

【０２９２】(31)前記(12)ないし(30)の何れかに記載の
光学系において、絞り前群と絞り後群との間に可変焦点
レンズを設けたことを特徴とするレトロフォーカス光学
系。

【０２９３】(32)レンズ第１面から結像面までの距離を
Ｌ、全系の焦点距離をｆとしたとき、 １．０≦｜Ｌ／ｆ｜≦１５ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(12)ないし(31)の何れかに記載の光学系。

【０２９４】(33)レンズ第１面から結像面までの距離を
Ｌ、全系の焦点距離をｆとしたとき、 １．３≦｜Ｌ／ｆ｜≦１５ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(32)に記載の光学系。

【０２９５】(34)レンズ第１面から結像面までの距離を
Ｌ、全系の焦点距離をｆとしたとき、 ２．０≦｜Ｌ／ｆ｜≦１５ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(32)に記載の光学系。

【０２９６】(35)レンズ第１面から結像面までの距離を
Ｌ、全系の焦点距離をｆとしたとき、 ０．８≦｜Ｌ／ｆ｜≦１５ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(12)ないし(31)の何れかに記載の光学系。

【０２９７】(36)レンズ第１面から結像面までの距離を
Ｌ、全系の焦点距離をｆとしたとき、 ２≦｜Ｌ／ｆ｜≦６．５ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(12)ないし(31)の何れかに記載の光学系。

【０２９８】(37)レンズ第１面から結像面までの距離を
Ｌ、全系の焦点距離をｆとしたとき、 ０．８≦｜Ｌ／ｆ｜≦６．５ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(12)ないし(31)の何れかに記載の光学系。

【０２９９】(38)レンズ第１面から結像面までの距離を
Ｌ、全系の焦点距離をｆとしたとき、 １．０≦｜Ｌ／ｆ｜≦６．５ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(37)に記載の光学系。

【０３００】(39)レンズ第１面から結像面までの距離を
Ｌ、全系の焦点距離をｆとしたとき、 １．３≦｜Ｌ／ｆ｜≦６．５ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(37)に記載の光学系。

【０３０１】(40)絞り後群の焦点距離をｆ₂ 、全系の焦
点距離をｆとしたとき、 ｆ₂ ＞０ かつ ０．５≦｜ｆ₂ ／ｆ｜≦４ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(12)ないし(39)の何れかに記載の光学系。

【０３０２】(41)絞り後群の焦点距離をｆ₂ 、全系の焦
点距離をｆとしたとき、 ｆ₂ ＞０ かつ ０．３≦｜ｆ₂ ／ｆ｜≦４ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(12)ないし(39)の何れかに記載の光学系。

【０３０３】(42)絞り後群の焦点距離をｆ₂ 、全系の焦
点距離をｆとしたとき、 ｆ₂ ＞０ かつ ０．７≦｜ｆ₂ ／ｆ｜≦１．５ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(12)ないし(39)の何れかに記載の光学系。

【０３０４】(43)絞り後群の焦点距離をｆ₂ 、全系の焦
点距離をｆとしたとき、 ｆ₂ ＞０ かつ ０．９≦｜ｆ₂ ／ｆ｜≦１．５ を満足する可変焦点レンズを含むことを特徴とする前記
(12)ないし(39)の何れかに記載の光学系。

【０３０５】(44)前記可変焦点レンズの焦点距離を２段
階で変化させるようにしたことを特徴とする前記(12)な
いし(43)の何れかに記載の光学系。

【０３０６】(45)前記可変焦点レンズの焦点距離をｎ段
階（但し、ｎは３以上の整数）に変化させるようにした
ことを特徴とする前記(12)ないし(43)の何れかに記載の
光学系。

【０３０７】(46)前記可変焦点レンズの焦点距離を連続
的に変化させるようにしたことを特徴とする前記(12)な
いし(43)の何れかに記載の光学系。

【０３０８】(47)請求項１ないし３または前記(1) ない
し(11)の何れかに記載の光学特性可変光学素子または前
記(12)ないし(46)の何れかに記載の光学系を備えたこと
を特徴とする撮像装置。

【０３０９】(48)請求項１ないし３または前記(1) ない
し(11)の何れかに記載の光学特性可変光学素子または前
記(12)ないし(46)の何れかに記載の光学系を備えたこと
を特徴とする観察装置。

【０３１０】(49)請求項１ないし３または前記(1) ない
し(11)の何れかに記載の光学特性可変光学素子または前
記(12)ないし(46)の何れかに記載の光学系を備えたこと
を特徴とする投影装置。

【０３１１】(50)請求項１ないし３または前記(1) ない
し(11)の何れかに記載の光学特性可変光学素子を備えた
ことを特徴とする眼鏡。

【０３１２】(51)以下の条件１−Ａないし１０−Ｂの少
なくとも１つを満たす液晶を用いた光学特性可変光学素
子。

【０３１３】 １−Ａ ２ｎｍ≦Ｐ（ねじれピッチ）≦０．８μｍ １−Ｂ ２ｎｍ≦Ｐ≦１．４μｍ １−Ｃ ２ｎｍ≦Ｐ≦１０μｍ

【０３１４】 ２−Ａ ０．１≦△ｎ（屈折率異方性：｜ｎe −ｎo ｜）≦２．０ ２−Ｂ ０．０５≦△ｎ≦０．８ ２−Ｃ ０．０４≦△ｎ≦０．６ ２−Ｄ ０．１≦△ｎ≦０．５

【０３１５】 ３−Ａ ０．０１≦η（粘度：単位ｍＰａ・ｓ）≦３００ ３−Ｂ ０．０１≦η≦１００ ３−Ｃ ０．０１≦η≦４０ ３−Ｄ ０．１≦η≦３０

【０３１６】 ４−Ａ ０．１≦V ｄ（駆動電圧：単位ボルト）≦５００ ４−Ｂ ０．１≦V ｄ≦６０ ４−Ｃ ０．１≦V ｄ≦２２

【０３１７】 ５−Ａ ２００≦ＮＩ点（単位℃）≦６００ ５−Ｂ １１０≦ＮＩ点≦６００ ５−Ｃ ４０≦ＮＩ点≦６００ ５−Ｄ ２５≦ＮＩ点≦６００

【０３１８】 ６−Ａ ０．１≦Δε（誘電率異方性：ε//−ε⊥）≦２００ ６−Ｂ ０．１≦Δε≦１００ ６−Ｃ ０．１≦Δε≦４０

【０３１９】 ７−Ａ １．１≦ε⊥（誘電率）≦２００ ７−Ｂ １．３≦ε⊥≦１００ ７−Ｃ １．３≦ε⊥≦５０

【０３２０】 ８−Ａ １．１≦ｎo （屈折率）≦４．０ ８−Ｂ １．２≦ｎo ≦２．５ ８−Ｃ １．３≦ｎo ≦１．９

【０３２１】 ９−Ａ ０．０５≦ｎ’−ｎo （屈折率変化）≦１．０ ９−Ｂ ０．０５≦ｎ’−ｎo ≦０．５

【０３２２】 １０−Ａ ３≦νo （アッベ数）≦１００ １０−Ｂ ５≦νo ≦７０

【０３２３】(52)前記条件１−Ａ、１−Ｂ，１−Ｃのい
ずれか一つと、条件２−Ａないし１０−Ｂの少なくとも
一つとを満たす光学特性可変光学素子。

【０３２４】(53)請求項１ないし３または前記(1) ない
し(11)の何れかを満たしかつ前記(51)を満たす光学特性
可変光学素子。

【０３２５】(54)前記(51)を満たす光学特性可変光学素
子を備えた前記(12)ないし(46)の何れかに記載の光学
系。

【０３２６】(55)偏光板を用いず、かつ１層の液晶層か
らなる光学特性可変光学素子。

【０３２７】(56)偏光板を用いず、かつ１層の液晶層か
らなる液晶レンズ。

【０３２８】(57)偏光板を用いず、かつ請求項１ないし
３または前記(1) ないし(11)または前記(51)ないし(56)
の何れかに記載の光学特性可変光学素子を備えた前記(1
2)ないし(46)に記載の光学系。

【０３２９】(58)前記(51)に記載の光学特性可変光学素
子または前記(57)に記載の光学系を備えた結像装置。

【０３３０】(59)固定特性の液晶を用いた光学素子。

【０３３１】(60)固定特性の液晶を用いたレンズ。

【０３３２】(61)前記条件１−Ａないし１０−Ｂの少な
くとも一つを満たす液晶。

【０３３３】(62)前記式（１），（４），（５），
（７），（９）の何れかを満たす液晶。

【０３３４】(63)らせん構造を有する液晶にネマティッ
ク液晶が含まれる液晶。

【０３３５】(64)らせん構造を有する液晶がネマティッ
ク液晶にカイラル剤を混合したものであり、ネマティッ
ク液晶に対するカイラル剤の重量比が、０．３％〜４０
％である液晶。

【０３３６】(65)らせん構造を有する液晶がネマティッ
ク液晶にカイラル剤を混合したものであり、ネマティッ
ク液晶に対するカイラル剤の重量比が、１％〜３０％の
液晶。

【０３３７】(66)らせん構造を有する液晶がネマティッ
ク液晶にカイラル剤を混合したものであり、ネマティッ
ク液晶に対するカイラル剤の重量比が、５％〜２５％の
液晶。

【０３３８】(67)液晶がバナナ型液晶である前記(62)な
いし(66)の何れかに属する液晶。

【０３３９】(68)前記式（１），（４），（５），
（７），（９）の何れかを満たし、前記(63)ないし(67)
の何れかに属する液晶。

【０３４０】(69)対称型のレンズ構成であることを特徴
とする前記(12)ないし(15)の何れかに記載の光学系。

【０３４１】(70)トリプレットタイプであることを特徴
とする前記(69)に記載の光学系。

【０３４２】(71)レンズ相互の間隔が不変の可変焦点レ
ンズを含む光学系。

【０３４３】(72)ズームレンズでない可変焦点レンズを
含む光学系。

【０３４４】(73)テレタイプで可変焦点レンズを含む光
学系。

【０３４５】(74)３群からなり、各群が物体側から順に
凸凹凸のパワーを備え、少なくとも１枚の可変焦点レン
ズを含む光学系。

【０３４６】(75)３群からなり、各群が物体側から順に
凸凹凸のパワーを備え、少なくとも１枚の可変焦点レン
ズを含み、最も像側のレンズが凸レンズである光学系。
（76) 可変焦点レンズが請求項１ないし３又は前記（1
1) の少なくとも一つを満たし、かつ前記（12) ないし
（46) を満たす光学系。

【０３４７】

【発明の効果】上述のように、本発明による光学特性可
変光学素子は、光量の損失が少なく、低電圧で駆動させ
ることが可能であるため、これを各種の光学系および撮
像装置などに用いることで、より優れた装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例にかかる光学特性可変光学素子を用
いた可変焦点レンズの構成を示す図である。

【図２】ネマティック液晶のねじれの様子を示す図であ
る。

【図３】ネマティック液晶の液晶分子に対応する屈折率
楕円体を示す図である。

【図４】図１に示した可変焦点レンズに電圧を印加した
状態を示す図である。

【図５】図１に示した可変焦点レンズの他の一例を示す
図である。

【図６】図１に示した可変焦点レンズの他の一例を示す
図である。

【図７】図１に示した可変焦点レンズの他の一例を示す
図である。

【図８】図１に示した可変焦点レンズの他の一例を示す
図である。

【図９】図１に示した可変焦点レンズの他の一例を示す
図である。

【図１０】第２実施例にかかる光学特性可変光学素子を
用いたプリズムの構成を示す図である。

【図１１】第３実施例にかかる光学系の構成を示す光軸
に沿う断面図である。

【図１２】第３実施例の光学系において液晶レンズＬＣ
の液晶の屈折率をｎo とした場合の収差曲線図である。

【図１３】第３実施例の光学系において液晶レンズＬＣ
の液晶の屈折率をｎ’とした場合の収差曲線図である。

【図１４】第４実施例にかかる光学系の構成を示す光軸
に沿う断面図である。

【図１５】第４実施例の光学系において液晶レンズＬＣ
の液晶の屈折率をｎo とした場合の収差曲線図である。

【図１６】第４実施例の光学系において液晶レンズＬＣ
の液晶の屈折率をｎ’とした場合の収差曲線図である。

【図１７】第４実施例の光学系において液晶レンズＬＣ
の液晶の屈折率をｎ'2とした場合の収差曲線図である。

【図１８】第４実施例の光学系において液晶レンズＬＣ
の液晶の屈折率をｎ'3とした場合の収差曲線図である。

【図１９】第４実施例の光学系において液晶レンズＬＣ
の液晶の屈折率をｎ'4とした場合の収差曲線図である。

【図２０】第５実施例にかかる光学系の構成を示す光軸
に沿う断面図である。

【図２１】第５実施例の光学系において液晶レンズＬＣ
の液晶の屈折率をｎo とした場合の収差曲線図である。

【図２２】第５実施例の光学系において液晶レンズＬＣ
の液晶の屈折率をｎ’とした場合の収差曲線図である。

【図２３】第６実施例にかかる光学系の構成を示す光軸
に沿う断面図である。

【図２４】第６実施例の光学系において液晶レンズＬＣ
の液晶の屈折率をｎo とした場合の収差曲線図である。

【図２５】第６実施例の光学系において液晶レンズＬＣ
の液晶の屈折率をｎ’とした場合の収差曲線図である。

【図２６】第７実施例にかかる光学系の構成を示す光軸
に沿う断面図である。

【図２７】第７実施例の光学系において液晶レンズＬＣ
の液晶の屈折率をｎo とした場合の収差曲線図である。

【図２８】第７実施例の光学系において液晶レンズＬＣ
の液晶の屈折率をｎ’とした場合の収差曲線図である。

【図２９】第８実施例にかかる撮像装置の概略構成図で
ある。

【図３０】第９実施例にかかる観察装置の概略構成図で
ある。

【図３１】第１０実施例にかかるＯＨＰの概略構成図で
ある。

【図３２】第１１実施例にかかる眼鏡の概略構成図であ
る。

【図３３】第１２実施例にかかる光学系の構成を示す光
軸に沿う断面図である。

【図３４】第１２実施例の光学系において液晶レンズＬ
Ｃの液晶の屈折率をｎo とした場合の収差曲線図であ
る。

【図３５】第１２実施例の光学系において液晶レンズＬ
Ｃの液晶の屈折率をｎ′２とした場合の収差曲線図であ
る。

【図３６】第１２実施例の光学系において液晶レンズＬ
Ｃの液晶の屈折率をｎ′３とした場合の収差曲線図であ
る。

【図３７】第１２実施例の光学系において液晶レンズＬ
Ｃの液晶の屈折率をｎ′４とした場合の収差曲線図であ
る。

【図３８】第１２実施例の光学系において液晶レンズＬ
Ｃの液晶の屈折率をｎ′５とした場合の収差曲線図であ
る。

【図３９】第１２実施例の光学系において液晶レンズＬ
Ｃの液晶の屈折率をｎ′６とした場合の収差曲線図であ
る。

【図４０】第１２実施例の光学系において液晶レンズＬ
Ｃの液晶の屈折率をｎ′７とした場合の収差曲線図であ
る。

【図４１】第１２実施例の光学系において液晶レンズＬ
Ｃの液晶の屈折率をｎ′８とした場合の収差曲線図であ
る。

【図４２】第１２実施例の光学系において液晶レンズＬ
Ｃの液晶の屈折率をｎ′とした場合の収差曲線図であ
る。

【図４３】従来の可変焦点レンズである液晶レンズの一
例を示す図である。

【図４４】図４３に示した液晶レンズに加えられた電場
の様子を示す図である。

【図４５】図４３に示した液晶レンズに電場を加えたと
きの液晶の配向の変化を示す図である。

【符号の説明】

１ ネマティック液晶 ２ シール部材 ３ 電極 ４，５ 透明基板 ６ 配向膜 ７ 偏光板 ８ 交流電源 ９ スイッチ １０ 可変抵抗器 １１ 可変焦点レンズ １２，１９ 液晶層 １３ 透明電極 １４，１８ 平行平面基板 １５ 基板 １６ プリズム １７ くさび型基板 ２０ 光学系 ２１ 固体撮像素子 ２２，３４ 信号処理回路 ２３，ＧＮ 負のレンズ群 ２４，Ｄ 絞り ２５，ＧＰ 正のレンズ群 ２６ フィルター群 ２７ 光源部 ２８ 照明用光ファイバー ２９ 観察対象物 ３０ 挿入部 ３１ 湾曲部 ３２ 観察光学系 ３３ ＣＣＤ ３５ モニター ３６ 照明ランプ ３７ ミラー ３８ フレネルレンズプレート ３９ 投影光学系 ４０ 投影ミラー ４１ フレーム ４２ 電源 ４３ コード Ｅ 電場 Ｆ 平行平面板群 Ｌ 光線 Ｌ₁ 正メニスカスレンズ Ｌ₂ 両凹レンズ Ｌ₃ 両凸レンズ ＬＣ 液晶レンズ Ｐ ピッチ

フロントページの続き (72)発明者 三原 伸一 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 小林 祐子 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H088 EA42 GA02 GA17 HA01 HA23 HA24 HA27 JA04 KA04 KA05 KA12 MA06

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 らせん構造を有し、Γ＝２π（ｎe −ｎ
   o ）ｄ／λ，Φ＝２πｄ／Ｐとしたとき、下記条件を満
   足する液晶を含むことを特徴とする光学特性可変光学素
   子。 ｜Γ／２Φ｜≦π 但し、Ｐはらせん構造のねじれピッチ、λは入射光の使
   用中心波長、ｄは液晶部分の光軸方向の最大厚さ、ｎe
   は液晶の異常光に対する屈折率、ｎo は液晶の常光に対
   する屈折率である。
2. 【請求項２】 前記液晶が｜Γ／２Φ｜≦１なる条件を
   満足する請求項１に記載の光学特性可変光学素子。
3. 【請求項３】 前記液晶が｜Γ／２Φ｜≦π／６なる条
   件を満足する請求項１に記載の光学特性可変光学素子。