JPH09318909A - 倍率可変光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 色収差を補正するために倍率可変アフォーカ
ル系２を構成する各レンズ等を張り合わせレンズとする
必要があり、レンズ枚数、工数、コストの増加、重量増
加、レンズ間隔可変範囲の制限等による設計上の制約等
が生じ、また、残留色収差による像の劣化が避けられな
いなどの課題があった。 【解決手段】 結像倍率可変のズーム光学系と、３色分
解光学系１０１の各チャンネルに設けられ光波の位相分
布を回折現象によって別の位相分布に可変量変化させる
液晶位相変調素子１１０と、ズーム光学系で発生する収
差を打ち消すに適合した液晶位相変調素子１１０による
位相分布変化量を演算して出力する色収差補正量演算装
置１０３とを備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ビデオカメラに
用いられるズーム光学系等の、倍率可変機能を有する倍
率可変屈折光学系を備えた倍率可変光学装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】倍率可変光学装置は、結像倍率を連続的
に変化させる機能を持つズーム光学系等の、結像倍率変
化可能な倍率可変光学系を備えた光学装置である。テレ
ビ放送などに一般的に用いられるビデオカメラは倍率可
変光学装置の一例であり、さまざまな大きさの被写体を
撮影したり、演出効果を得たりする目的で、ズーム光学
系を備えている。

【０００３】図９は、例えば光技術コンタクト，Ｖｏ
１．２３，ＮＯ．３，ｐ３０−３５、およびＶｏ１．２
３，Ｎｏ．８，ｐ４４−５１に示された従来の倍率可変
光学装置としてのビデオカメラの構成を示す概略図であ
り、図において、１は物体面、２は倍率可変アフォーカ
ル系、３は３色分解光学系、４は赤チャンネル撮像管、
５は青チャンネル撮像管、６は緑チャンネル撮像管、７
はズーム光学系制御装置である。

【０００４】物体面１は被写体が存在する面で、倍率可
変アフォーカル系２の光軸に直交した仮想的平面であ
る。倍率可変アフォーカル系２は後述する原理を用い
て、倍率を変化させることができるアフォーカル系であ
る。３色分解光学系３は倍率可変アフォーカル系２を透
過した光を赤、緑、青を中心とした３つの波長帯に分割
して各々異なった光路に振り分けるプリズムと、３つの
波長帯別の光路毎に設けられたリレーレンズとを備えて
おり、これらのリレーレンズと倍率可変アフォーカル系
２との組み合わせでズーム光学系が構成される。

【０００５】以下、これら３つの波長帯に対する光路を
それぞれ赤チャンネル、緑チャンネル、青チャンネルと
いう。赤チャンネル撮像管４は赤チャンネルを透過して
その像面に結像した物体面１の像の二次元強度分布を電
気信号に変換し、青チャンネル撮像管５は青チャンネル
を透過してその像面に結像した物体面１の像の二次元強
度分布を電気信号に変換し、緑チャンネル撮像管６は緑
チャンネルを透過してその像面に結像した物体面１の像
の二次元強度分布を電気信号に変換する。ズーム光学系
制御装置７はユーザーの入力による変倍信号に応じて倍
率可変アフォーカル系２の可変部を制御し、倍率を変化
させる。

【０００６】次に動作について説明する。まず、このビ
デオカメラのズーム光学系の倍率可変の原理を説明す
る。図１０は、図９の倍率可変アフォーカル系２と、３
色分解光学系３のリレーレンズとにより構成されるズー
ム光学系の説明図であり、図において、８は被写体を一
定の倍率で結像するフォーカシングレンズ、９はフォー
カシングレンズ８が結像した像を自身の像空間に大きさ
を変えて結像するバリエータ、１０はバリエータ９の結
像した像を無限遠に結像するコンペンセータである。フ
ォーカシングレンズ８およびコンペンセータ１０は正の
屈折力、バリエータ９は負の屈折力を持つレンズであ
り、以上のフォーカシングレンズ８、バリエータ９、お
よびコンペンセータ１０により倍率可変アフォーカル系
２が構成されている。また、１１は３色分解光学系３の
各チャンネル毎に設けられ、コンペンセータ１０の結像
した像を撮像管の光電変換面に結像する、正の屈折力を
持つリレーレンズである。

【０００７】以下、各レンズを屈折力Φをパラメータと
して持つ薄肉レンズに近似し、近軸領域において説明す
る。今、被写体が無限遠にある場合を考える。フォーカ
シングレンズ８はその焦点面に被写体の像を結像する。
また、バリエータ９はフォーカシングレンズ８の結像し
た像を自身の像空間に結像する。バリエータ９に関する
ニュートンの結像式は次式で表される。

【数１】 ただし、ｘはバリエータ９の前側焦点から物体面１まで
の距離、ｘ’はバリエータ９の後ろ側焦点から像面まで
の距離、ｆはバリエータ９の焦点距離である。このと
き、結像の倍率は次式で表される。

【数２】 従って、フォーカシングレンズ８とバリエータ９の間隔
を変化させれば、ｘの変化により式（２）のｘ’が変化
し、倍率ｍが変化する。次にコンペンセータ１０の前側
焦点をバリエータ９の像面位置に一致させるように、バ
リエータ９とコンペンセータ１０との間隔を変化させれ
ば倍率可変なアフォーカル系とすることができる。リレ
ーレンズ１１は倍率可変アフォーカル系２により無限遠
に結像された像を撮像管に結像する。

【０００８】次に、ズーム光学系の色収差について述べ
る。単レンズの色収差は硝子の屈折率の波長分散に起因
してレンズの屈折力が波長によって変化することにより
発生する。複数枚の単レンズを組み合わせたズーム光学
系では単レンズの色収差を合成した色収差をもつ。

【０００９】図１１は色収差の説明図であり、図におい
て、１２はズーム光学系、１３はある波長における光
路、１４は前記波長とは異なる波長における光路であ
る。この色収差はズーム光学系１２を構成する各レンズ
の色収差の加算によって次式のように表される。

【数３】 ここで、Ｌはズーム光学系１２の色収差量、ｈ_i はｉ番
目のレンズを通る周辺光線の高さ、ν_i はｉ番目のレン
ズの硝材のアッベ数、φ_i はｉ番目のレンズの屈折力で
ある。

【００１０】前記したように、倍率可変アフォーカル系
２では倍率を可変とするためにレンズの間隔を変えるの
で、必然的に各レンズにおける周辺光線の高さｈ_i が変
化する。このため、一つの倍率に対するレンズ間隔（以
下、倍率に１対１に対応したレンズ間隔をズームポジシ
ョンという）でズーム光学系１２の色収差量が０となる
ように設計しても、倍率を変えるためにズームポジショ
ンが変化すると、ｈ_iが変化し、式（３）で表される色
収差が生ずる。

【００１１】以上に述べたように、単体で色収差を持つ
レンズ同志の間隔が変化するズーム光学系では、色消し
を行うことは不可能である。従って、倍率可変アフォー
カル系２およびリレーレンズ１１の各レンズを、アッベ
数の異なる２枚のレンズにより構成される張り合わせレ
ンズまたはレンズ群とし、それぞれを独立のレンズとみ
なしたとき式（３）が０となるように２枚のレンズまた
はレンズ群に屈折力を配分することで色消しを行う。す
なわち、２枚のレンズの色収差量の絶対値が等しくかつ
極性が逆向きとなるように、または、レンズ群の色収差
量の合計が０となるように配置すれば、等価的に色収差
の無いレンズにより倍率可変アフォーカル系２およびリ
レーレンズ１１を構成して、色消しを行うことが可能で
ある。

【００１２】しかし、硝子のアッベ数は波長域によって
変化するため、各レンズを上記のように構成して色消し
を行っても色収差は残留し（以下この残留した色収差を
残留色収差という）、しかも、光学系の倍率によって色
収差の変化が起こる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の倍率可変光学装
置は以上のように構成されているので、色収差を補正す
るために倍率可変アフォーカル系２を構成する各レン
ズ、およびリレーレンズ１１のそれぞれを複数枚のレン
ズを組み合わせた張り合わせレンズまたはレンズ群とす
る必要があり、このため、レンズ枚数が増加し、必然的
に工数およびコストの増加、重量増加、レンズ間隔可変
範囲の制限等による設計上の制約等が生じる課題があっ
た。

【００１４】また、上記のようなレンズ構成としても残
留色収差が存在し、しかもズームポジションによってそ
の大きさが変化するため、像の劣化が避けられないなど
の課題があった。

【００１５】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、倍率に依存して変化する色収差を
はじめとする収差一般を動的に補正して像の劣化を防止
することが可能な倍率可変光学装置を得ることを目的と
する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る倍率可変光学装置は、結像倍率が可変である倍率可変
屈折光学系と、回折現象により光波の位相分布を別の位
相分布に変化させ、かつ、その位相分布変化量が可変で
ある回折型位相分布変調素子とを備えたものである。

【００１７】請求項２記載の発明に係る倍率可変光学装
置は、回折型位相分布変調素子として、液晶位相変調素
子を用いたものである。

【００１８】請求項３記載の発明に係る倍率可変光学装
置は、倍率可変屈折光学系として前記倍率可変屈折光学
系を透過する光を赤、緑、青を中心とした３つの波長帯
に分割して各々異なった光路に振り分ける３色分解光学
系を有するものを用いた場合に、回折型位相分布変調素
子を、前記３色分解光学系の各光路に設けたものであ
る。

【００１９】請求項４記載の発明に係る倍率可変光学装
置は、倍率可変屈折光学系として前記倍率可変屈折光学
系を透過する光を赤、緑、青を中心とした３つの波長帯
に分割して各々異なった光路に振り分ける３色分解光学
系を有するものを用いた場合に、回折型位相分布変調素
子を、前記３色分解光学系の前段に設けたものである。

【００２０】請求項５記載の発明に係る倍率可変光学装
置は、倍率可変屈折光学系として、単レンズまたはレン
ズ群の複合により構成され、それらの間隔を変化させる
ことにより結像倍率を可変とする光学系を備えたもので
ある。

【００２１】請求項６記載の発明に係る倍率可変光学装
置は、倍率可変屈折光学系として、屈折率が可変である
材質で構成したレンズを少なくとも１個使用した光学系
を備えたものである。

【００２２】請求項７記載の発明に係る倍率可変光学装
置は、屈折率が可変である材質で構成したレンズとし
て、液晶を用いたレンズを使用したものである。

【００２３】請求項８記載の発明に係る倍率可変光学装
置は、屈折率が可変である材質で構成したレンズとし
て、ＥＯ材料を用いたレンズを使用したものである。

【００２４】請求項９記載の発明に係る倍率可変光学装
置は、結像倍率が可変である倍率可変屈折光学系と、こ
の倍率可変屈折光学系の倍率が任意の値となるように制
御する倍率可変屈折光学系制御装置と、光波の位相分布
を回折現象によって別の位相分布に変化させ、かつ、そ
の位相分布変化量が可変である回折型位相分布変調素子
と、この回折型位相分布変調素子が任意の位相分布をも
つように制御する回折型位相分布変調素子制御装置とを
備えたものである。

【００２５】請求項１０記載の発明に係る倍率可変光学
装置は、結像倍率が可変である倍率可変屈折光学系の結
像倍率と、前記倍率可変屈折光学系で発生する収差を打
ち消すに適合した回折型位相分布変調素子による位相分
布変化量との関係に関する情報をあらかじめ記憶してお
き、前記結像倍率に対応して、前記適合した回折型位相
分布変調素子による位相分布変化量に対応する量を演算
して出力する演算手段を備えたものである。

【００２６】請求項１１記載の発明に係る倍率可変光学
装置は、結像倍率が可変である倍率可変光学装置の光学
系によって結像された像を電気信号に変換する二次元検
出器と、この二次元検出器の出力信号に対して演算処理
を行い、前記光学系の収差を検出する画像処理装置と、
この画像処理装置の出力を基に、前記光学系の収差を打
ち消すに適合した回折型位相分布変調素子による位相分
布変化量に対応する量を演算して出力する演算手段とを
備えたものである。

【００２７】請求項１２記載の発明に係る倍率可変光学
装置は、結像倍率が可変である倍率可変光学装置の光学
系の結像倍率と、収差を打ち消した状態で前記結像倍率
を実現するに適合した倍率可変屈折光学系の倍率と回折
型位相分布変調素子による位相分布変化量との関係に関
する情報をあらかじめ記憶しておき、前記結像倍率に対
応して、収差を打ち消した状態で前記結像倍率を実現す
るに適合した前記倍率可変屈折光学系の倍率および前記
回折型位相分布変調素子による位相分布変化量に対応す
る量を演算して出力する演算手段を備えたものである。

【００２８】請求項１３記載の発明に係る倍率可変光学
装置は、結像倍率が可変である倍率可変光学装置の光学
系によって結像された像を電気信号に変換する二次元検
出器と、この二次元検出器の出力信号に対して演算処理
を行い、前記光学系の収差を検出する画像処理装置と、
この画像処理装置の出力を基に、収差を打ち消した状態
で前記結像倍率を実現するに適合した倍率可変屈折光学
系の倍率および回折型位相分布変調素子による位相分布
変化量に対応する量を演算して出力する演算手段とを備
えたものである。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による倍
率可変光学装置を示す構成図であり、ビデオカメラ等に
適用されるズーム機能を持った倍率可変光学装置の一例
を表している。図において、１は被写体が存在する物体
面、２は前記従来例において説明した原理を用いて倍率
を可変とする倍率可変アフォーカル系であり、前記従来
例の図１０において示したフォーカシングレンズ８、バ
リエータ９、およびコンペンセータ１０を備えている。
４は後述の３色分解光学系１０１により分割された赤チ
ャンネルを透過してその像面に結像した物体面１の像の
二次元強度分布を電気信号に変換する赤チャンネル撮像
管、５は青チャンネルを透過してその像面に結像した物
体面１の像の二次元強度分布を電気信号に変換する青チ
ャンネル撮像管、６は緑チャンネルを透過してその像面
に結像した物体面１の像の二次元強度分布を電気信号に
変換する緑チャンネル撮像管、７はユーザーの入力によ
る変倍信号に応じて倍率可変アフォーカル系２の可変部
を制御し、倍率を変化させるズーム光学系制御装置（倍
率可変屈折光学系制御装置）である。

【００３０】１０１は倍率可変アフォーカル系２を透過
した光を赤、緑、青を中心とした３つの波長帯に分割し
て各々異なった光路に振り分ける３色分解光学系であ
り、後述のダイクロイックミラー１０５，１０６と３つ
の光路毎に設けられたリレーレンズ１１とを前記従来例
における３色分解光学系３に相当する構成として備えて
いるのに加え、各光路毎に液晶位相変調素子１１０を備
えている。なお、倍率可変アフォーカル系２と、上記液
晶位相変調素子１１０を除く３色分解光学系３との組み
合わせにより、倍率可変屈折光学系、詳しくは、連続的
に倍率を変化させるズーム光学系が構成されている。

【００３１】１０２は倍率可変アフォーカル系２に取り
付けられ、各レンズの位置を検出して出力するポテンシ
ョメータ、１０３はポテンショメータ１０２の出力より
倍率可変アフォーカル系２の倍率を読みとり、この任意
の倍率における色収差を０とするような色収差の補正量
に関する演算を行う色収差補正量演算装置（演算手
段）、１０４は色収差補正量演算装置１０３の出力を基
に３色分解光学系１０１の備える液晶位相変調素子１１
０で生じる位相変化を制御する液晶位相変調素子制御装
置（回折型位相分布変調素子制御装置）である。

【００３２】図２は３色分解光学系１０１の構成図であ
り、図において、１１はリレーレンズ、１０５，１０６
はダイクロイックミラー、１０７は赤チャンネル光路
（光路）、１０８は青チャンネル光路（光路）、１０９
は緑チャンネル光路（光路）、１１０は透過する光波の
位相分布を回折現象により変化させ、かつ、その位相変
化量が可変である回折素子（回折現象により光波の位相
を変換する光学素子）である液晶位相変調素子（回折型
位相分布変調素子）である。なお、図１および図１０に
示した部分と同一または相当の部分については同一符号
を付して重複説明を省略する。

【００３３】ダイクロイックミラー１０５は多くの波長
が混在した入射光を赤チャンネル波長とその他の波長と
に分光し、ダイクロイックミラー１０６はダイクロイッ
クミラー１０５によって赤チャンネル波長を分光した残
りの波長帯を含む入射光を、青チャンネル波長と緑チャ
ンネル波長に分光する。赤チャンネル光路１０７はダイ
クロイックミラー１０５によって分光された赤チャンネ
ル波長の光の光路、青チャンネル光路１０８はダイクロ
イックミラー１０６によって分光された青チャンネル波
長の光の光路、緑チャンネル光路１０９はダイクロイッ
クミラー１０６によって分光された緑チャンネル波長の
光の光路である。リレーレンズ１１は赤チャンネル、青
チャンネル、緑チャンネルの各チャンネル毎に設けら
れ、各チャンネルの光を赤チャンネル撮像管４、青チャ
ンネル撮像管５、および緑チャンネル撮像管６のそれぞ
れの撮像面に結像する。

【００３４】液晶位相変調素子１１０は、倍率可変アフ
ォーカル系２と各リレーレンズ１１との組み合わせによ
り構成されたズーム光学系において発生する、球面状の
レンズ加工による収差やズーム時のレンズ間隔変化によ
り発生する収差等の波面収差を打ち消すような位相変化
量とすることができるため、球面レンズやズームポジシ
ョン変化による波面収差を補正することができる。ま
た、液晶位相変調素子１１０に屈折力をもつように位相
変化量を与えると、後述する原理に従って回折素子特有
の色収差が発生し、しかもその色収差量を可変とするこ
とができるので、ズーム光学系で発生した色収差を打ち
消すような色収差を液晶位相変調素子１１０において発
生させて補正することもできる。

【００３５】以下、回折素子による色収差補正について
説明する。図３は有限開口に入射した平面波が回折する
様子を示す説明図であり、図において、１１１は入射す
る平面波、１１２は直径Ｄの開口をもつ遮蔽板、１１３
は平面波１１１の進行する方向、１１４は１次回折光が
進行する方向である。遮蔽板１１２の開口に入射した平
面波１１１は、開口の端で回折し、進行方向が変化す
る。回折光は、０次、１次、２次〜ｎ次の回折光の重ね
合わせで表すことができるが、そのうち１次回折光の進
行方向１１４は平面波１１１の入射方向１１３に対して
次式で表すθだけ変化する。

【数４】 以下においてこの１次回折光の平面波の入射方向に対す
る進行方向の変化θを回折角という。式（４）は、開口
の直径Ｄの大きさによって回折角θが変化することを表
している。

【００３６】上述の回折角θを利用して、レンズ効果を
持つ回折素子を構成することができる。図４はレンズ効
果を持つ回折素子の原理の説明図であり、図において１
１５は、多数の円環状の開口を同心円状に配置し、外周
側の円環ほど円環の幅が細くなるように構成した遮蔽板
である。なお、図３に示した部分と同一または相当の部
分については同一符号を付して重複説明を省略する。式
（４）によれば、外周の開口による１次回折光ほどθが
大きくなる。従って、開口の幅を適切に選択すれば、各
円環状の開口で回折した光を一点に収束することがで
き、レンズ効果をもたせることができる。この回折素子
の焦点距離をｆとすると、内径の半径がｒである円環状
の開口の幅Ｄ（ｒ）は次式で表される。

【数５】 容易にわかるように、この回折素子に入射した光が全て
１点に集光されるわけではなく、円環状の開口で内縁に
回折した１次回折光以外の光、回折しない光（０次回折
光）、開口で外側に回折する光、および遮蔽板１１５で
吸収または反射される光が存在するため効率が悪い。し
かし、硝材の表面に同心円環状の刻み（グレーティン
グ）を施した図５に示すような回折素子を使用すると、
ほぼ１００％の効率が得られる。図において、１１６は
透明平板の表面に同心円状のグレーティングを刻んだブ
レーズドグレーティングレンズである。なお、図４に示
した部分と同一または相当の部分については同一符号を
付して重複説明を省略する。中心からｍ番目のグレーテ
ィングの立ち上がり部分の半径ｒ_m は次式で表される。

【数６】 ここで、λは波長、ｆは（１／屈折力Φ）である。ま
た、グレーティングの深さｌは、入射光の位相差１×λ
に相当する次式で表される。

【数７】 ここで、ｎは硝材の屈折率である。

【００３７】上記のように構成したブレーズドグレーテ
ィングレンズ１１６により、所望の屈折力Φを得ること
ができるが、このブレーズドグレーティングレンズ１１
６の作用は、グレーティングによる表面の起伏のパター
ンを、屈折率分布のパターンに置き換えた回折素子にお
いても得ることができる。この実施の形態１で用いてい
る液晶位相変調素子１１０はこのタイプの回折素子とし
て作用するものである。図５のブレーズドグレーティン
グレンズ１１６の作用を液晶位相変調素子１１０で実現
するためには、液晶位相変調素子１１０における電界制
御による屈折率の分布を、前述のブレーズドグレーティ
ングレンズ１１６におけるグレーティング表面の起伏の
パターンと同様の分布とし、ブレーズドグレーティング
レンズ１１６における位相変化量の分布と同じ位相変化
量の分布を持つように屈折率の分布を与えればよい。

【００３８】図６は液晶位相変調素子１１０の構成図で
あり、図において、１１７，１１８は透明電極、１１９
は液晶である。なお、透明電極１１７は液晶位相変調素
子１１０の表面にそれぞれ電気的に絶縁されて張り付け
られた導電性アレイ型電極で、液晶１１９を挟んで対面
する透明電極１１８の接地電位に対して任意の電位を取
ることができる。この透明電極１１７と透明電極１１８
間の電位差は液晶位相変調素子制御装置１０４によって
制御される。液晶１１９は印加される電界に依存して屈
折率が変化する性質を持つため、透明電極１１７の電位
を制御することにより、液晶位相変調素子１１０におけ
る屈折率の分布を自在に変化させることができる。この
ように、液晶位相変調素子１１０は屈折率分布を任意に
制御することができるため、屈折率分布による位相変化
量を前記したように与えることで、任意の屈折力φ_d を
持ち、かつその屈折力φ_d が可変なレンズとして作用さ
せることができる。

【００３９】ところで、回折光の進行方向θは、上記式
（４）により波長依存性をもつので、液晶位相変調素子
１１０では色収差が発生する。屈折力φ_d をもつ回折素
子である液晶位相変調素子１１０の色収差Ｌ_d は、一般
に用いられる下記の近似式で表すことができる。

【数８】 ここで、ｈ_d は周辺光線の高さ、ν_d は次式により設計
波長域において定数として定義される回折素子のアッベ
数である。

【数９】 ここで、λ_f は設計波長帯域の短波長端、λ_c は設計波
長帯域の長波長端、λ_d は設計波長帯域の中心波長であ
る。従って、液晶位相変調素子１１０の屈折力φ_d を変
化させることにより、液晶位相変調素子１１０の色収差
Ｌ_d を任意値とすることができる。

【００４０】繰り返しになるが、ズーム光学系の色収差
Ｌは次式で表すことができる。

【数１０】 ここでｈ_i はｉ番目のレンズを通る周辺光線の高さ、ν
_i はｉ番目のレンズの硝材のアッベ数、φ_i はｉ番目の
レンズの屈折力である。ズーム光学系の結像倍率を変化
させるためにレンズ間隔を変化させると、各レンズを通
過する周辺光線の高さｈ_i が変化し、結果として色収差
Ｌが変化する。液晶位相変調素子１１０とズーム光学系
とで発生する色収差の合成した色収差が０となることが
色収差の色消し条件となる。

【数１１】 従って、ズーム光学系の結像倍率を変化させる際にズー
ム光学系の色収差Ｌが変化しても、液晶位相変調素子１
１０の色収差Ｌ_d が任意値をとることができるため、式
（１１）を常に満足することが可能となる。

【００４１】以上に述べた関係を用いて、ズーム光学系
において発生した色収差を液晶位相変調素子１１０によ
り打ち消す際の、色収差補正量演算装置１０３および液
晶位相変調素子制御装置１０４の動作の一例は、以下の
ようなものである。色収差補正量演算装置１０３には、
ズーム光学系の結像倍率に対応したズーム光学系の色収
差Ｌの関数関係をあらかじめ記憶させてあり、色収差補
正量演算装置１０３はポテンショメータ１０２の出力か
らズーム光学系の倍率を読みとり、前記関数関係により
ズーム光学系の色収差Ｌを演算する。次に、色収差補正
量演算装置１０３は式（８）において液晶位相変調素子
１１０の色収差Ｌ_d が−Ｌに等しくなるような液晶位相
変調素子１１０の屈折力φ_d、またはこの屈折力φ_d を
実現する屈折率ｎの分布等の、液晶位相変調素子１１０
による位相分布変化量に対応する量を演算し、これを液
晶位相変調素子制御装置１０４に出力する。液晶位相変
調素子制御装置１０４は、前述の屈折率ｎの分布を実現
する電圧分布を液晶位相変調素子１１０に印加する。

【００４２】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、ズーム光学系のフォーカシングレンズ８、バリエー
タ９、コンペンセータ１０、リレーレンズ１１のそれぞ
れを色収差をもつ単レンズで構成した場合においても、
全てのズームポジションでズーム光学系において発生し
た色収差を打ち消して合成色収差を０とすることがで
き、結像状態を常に良好に保つことができる。

【００４３】また、回折型位相分布変調素子として液晶
位相変調素子１１０を用いているため、回折型位相分布
変調素子の位相変化量の制御を、液晶位相変調素子１１
０の電極への印加電圧の制御により電気的に行うことが
でき、容易にかつ正確に位相変化量の制御を行うことが
できる。

【００４４】さらに、液晶位相変調素子１１０を、３色
分解光学系１０１の各光路に設けているため、各液晶位
相変調素子１１０は３つの波長帯のうちの対応する１個
の狭い波長帯において色収差を補正するのみでよく残留
色収差を少なく抑えることができ、３チャンネルに設け
られた液晶位相変調素子１１０により全波長帯における
残留色収差を少なく抑えることができる。

【００４５】なお、上記においては、近軸領域における
色収差について述べたが、軸外における色収差について
も同様の考えに基づき補正することができるのは言うま
でもない。

【００４６】実施の形態２．上記実施の形態１において
は、色収差補正量演算装置１０３において、液晶位相変
調素子１１０による位相分布変化量に対応する量を、ポ
テンショメータ１０２の出力を基にした現在の倍率と予
め記憶していた関数関係を用いて演算していたが、代わ
りに、赤チャンネル撮像管４、青チャンネル撮像管５、
および緑チャンネル撮像管６を二次元検出器として用
い、これらの二次元検出器の出力画像に対して、画像処
理装置を用いてエッジ抽出およびそのぼけ量を基にした
色収差の演算を行い、前記実施の形態１の色収差補正量
演算装置１０３が行うズーム光学系の色収差Ｌの演算以
降の処理と同様の処理を行う演算手段を用いて、色収差
を打ち消すに適合した液晶位相変調素子１１０による位
相分布変化量に対応する量を演算するようにしてもよ
く、実際の結像状態から演算した色収差を用いて色収差
の打ち消しを行い、結像状態を常に良好に保つことが可
能である。また、液晶位相変調素子１１０による位相分
布変化量に対応する量を、ユーザーのマニュアル操作に
より調整するようにすることも任意である。

【００４７】実施の形態３．上記実施の形態１および２
においては、色収差を、３色分解光学系１０１において
各チャンネル毎に設けた液晶位相変調素子１１０により
補正していたが、代わりに、３色分解光学系１０１前段
の倍率可変アフォーカル系２に液晶位相変調素子１１０
を設けるように構成してもよい。この実施の形態３によ
れば、上記実施の形態１および２と比較して広い波長帯
において色収差を補正する必要があるため残留色収差は
増加するが、液晶位相変調素子１１０を１個で済ますこ
とができ、構造を単純化し、コストを低く抑えることが
できる。

【００４８】実施の形態４．また、上記実施の形態１か
ら３においては、回折型位相分布変調素子として液晶位
相変調素子１１０を使用したが、回折現象を応用した位
相変調素子であればどのような位相変調素子でもよい。
さらに、上記ビデオカメラ以外のズーム光学系を用いる
機器や、例えば、望遠・近接両用レンズを備えたスティ
ルカメラのように、連続的に倍率を変化させるズーム光
学系ではない倍率可変屈折光学系を持つ機器にももちろ
ん適用することができる。この場合、前記実施の形態１
および２のように連続的に倍率を変化させる必要はない
ので、例えば屈折力の異なった倍率不変の回折型位相分
布変調素子を倍率のポジション毎に用意し、それらをタ
ーレット式に並べたものを使用し、色収差に合わせてタ
ーレットを交換するようにしてもよく、実施の形態１お
よび２と同様の効果が得られる。

【００４９】実施の形態５．図７はこの発明の実施の形
態５による倍率可変光学装置を示す構成図であり、図に
おいて、２００は液晶フレネルレンズ（液晶を用いたレ
ンズ、倍率可変屈折光学系）、２０１は液晶フレネルレ
ンズ制御装置（倍率可変屈折光学系制御装置）、２０２
は計算機（演算手段）である。また、１１０および１０
４は前記実施の形態１において用いたものと同様の液晶
位相変調素子および液晶位相変調素子制御装置である。

【００５０】液晶フレネルレンズ２００はフレネルレン
ズにおける硝材を液晶でおきかえた構成をもち、透明電
極により任意の電圧を印加することにより任意の強さの
電界を印加する事ができる。前述したように液晶は印加
した電界によりその屈折率が変化するため、液晶フレネ
ルレンズ２００は可変倍レンズとしての機能を持つ。液
晶フレネルレンズ制御装置２０１は液晶フレネルレンズ
２００に印加する電圧を制御することにより液晶フレネ
ルレンズ２００の屈折力を制御する。計算機２０２は、
倍率可変光学装置全体の結像倍率が変倍信号の指示と同
一の結像倍率となり、かつ、倍率可変光学装置全体にお
いて収差が打ち消された状態となるように、液晶フレネ
ルレンズ２００及び液晶位相変調素子１１０の倍率を決
定する。

【００５１】次に動作について説明する。以下、計算機
２０２における演算について述べる。ズーム光学系の色
収差は前述のように式（１０）で表されるが、ズーム光
学系でない屈折光学系における色収差も式（１０）で表
すことができる。この実施の形態５では、倍率可変屈折
光学系を液晶フレネルレンズ２００で構成しており、液
晶フレネルレンズ２００は単レンズであるので、式（１
０）は、液晶フレネルレンズ２００に対して添字ｒを用
いると、次式に簡略化される。

【数１２】 ここで、Ｌは液晶フレネルレンズ２００の色収差量、ｈ
_r は液晶フレネルレンズ２００を通る周辺光線の高さ、
ν_r は液晶フレネルレンズ２００のアッベ数、φ_r は液
晶フレネルレンズ２００の屈折力である。

【００５２】また、液晶位相変調素子１１０の色収差は
前述のように式（８）のように表され、液晶フレネルレ
ンズ２００と液晶位相変調素子１１０は隙間無く張り合
わせているので、次式が成り立つ。

【数１３】 従って、色消し条件の式（１１）は次式に簡略化され
る。

【数１４】 ここで、液晶位相変調素子１１０の屈折力φ_d と液晶フ
レネルレンズ２００の屈折力をφ_r の合成屈折力Φは次
のように表される。

【数１５】 従って、式（１４）および式（１５）から、変倍信号が
合成屈折力Φ（倍率に反比例）を指示したとき、計算機
２０２によりφ_d およびφ_r は次式のように計算され
る。

【数１６】

【数１７】

【００５３】計算機２０２は、例えば式（１６）および
式（１７）による計算結果を液晶フレネルレンズ制御装
置２０１、および液晶位相変調素子制御装置１０４に出
力する。出力としてはこのように屈折力φ_d およびφ_r
を出力してもよいし、他の、液晶フレネルレンズ２００
の倍率および液晶位相変調素子１１０による位相分布変
化量に対応する量を出力するようにしてもよい。以上に
より倍率（１／屈折力Φ）を任意に可変でき、かつ任意
の倍率において色収差を打ち消した状態とすることがで
きる。

【００５４】なお、以上において、液晶位相変調素子１
１０と液晶フレネルレンズ２００の色分散の発生のメカ
ニズムの違いにより式（１６）および式（１７）におけ
るアッベ数ν_r がアッベ数ν_d よりはるかに大きいた
め、倍率可変光学装置全体の合成屈折力Φ中において液
晶フレネルレンズ２００の屈折力φ_r が大半を決定して
おり、液晶位相変調素子１１０の屈折力φ_d は小さい
が、この実施の形態５においては、倍率可変屈折光学系
としての液晶フレネルレンズ２００と回折型位相分布変
調素子としての液晶位相変調素子１１０の合成屈折力
を、変倍信号の指示する結像倍率に対応した屈折力に正
確に一致させている。

【００５５】以上のように、この実施の形態５によれ
ば、液晶フレネルレンズ２００および液晶位相変調素子
１１０からなる倍率可変光学装置の光学系全体における
収差を打ち消した状態で、光学系全体における結像倍率
を変倍信号の指示と同一の結像倍率とすることができ、
あらゆるズームポジションにおいて結像状態を常に良好
に保つことができる。

【００５６】また、液晶フレネルレンズ２００の屈折力
φ_d の変化により倍率可変光学装置の屈折力および倍率
を変化させることができるため、レンズ間の距離の変更
等の機械的構成の変化を伴わずに結像倍率を可変とする
ことができ、コンパクト化および軽量化を図ることがで
きる。特にこの実施の形態５の構成によれば、液晶フレ
ネルレンズ２００と液晶位相変調素子１１０により、色
収差を打ち消した状態で任意の結像倍率となる単レンズ
を実現することができる。

【００５７】なお、前記実施の形態２における場合と同
様に、二次元検出器および画像処理装置を用いて実際の
結像状態における色収差の演算を行い、演算手段におい
て、色収差を打ち消した状態で任意の結像倍率を実現す
るに適合した液晶フレネルレンズ２００の倍率および液
晶位相変調素子１１０による位相分布変化量に対応する
量を演算して出力する構成とすることもでき、同様な効
果が得られる。

【００５８】実施の形態６．なお、実施の形態５では倍
率可変屈折光学系として液晶フレネルレンズ２００を使
用したが、屈折率を動的に制御できる材質で作られたレ
ンズであれば他の物を使用してもよい。例えばＥＯ（Ｅ
ｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ：電気光学）材科を使ったレ
ンズ（以下ＥＯレンズという）を使用してもよい。

【００５９】図８はＥＯレンズの倍率可変方法を示す説
明図であり、図において、３００はＥＯ結晶、３０１，
３０２は透明電極、３０４はＥＯ結晶３００、透明電極
３０１、および透明電極３０２からなるＥＯレンズ（Ｅ
Ｏ材料を用いたレンズ、倍率可変屈折光学系）、３０３
は可変定電圧源である。なお、ＥＯ結晶３００は平凸レ
ンズ形状に成形されており、印加された電場によって複
屈折（光波の偏波方向による屈折率の変化）を示す結晶
である。透明電極３０１および３０２は導電性のある透
明フィルムでＥＯ結晶３００の表面に張り付けてある。

【００６０】次に動作について説明する。透明電極３０
１はＥＯ結晶３００の平面側に張り付けてあり接地電位
にある。今、可変定電圧源３０３の起電力が０のときＥ
Ｏ結晶３００の任意の直線偏波に対する屈折率はいたる
ところ均一である。次に可変定電圧源３０３の起電力を
発生させると、透明電極３０１と透明電極３０２との間
隔はレンズ中心からレンズ周辺部にいくほど狭いため、
印加電界はレンズ周辺部にいくほど強くなる。ＥＯ結晶
３００の屈折率の変位量は印加電界の１乗または２乗に
比例する。結果として、ＥＯ結晶３００の屈折率がレン
ズ中心で弱く、レンズ周辺部で強くなる。従って、可変
定電圧源３０３の起電力の変化によって屈折力の変化す
る倍率可変屈折光学系として作用する。従って、前記実
施の形態５の液晶フレネルレンズ２００の代わりにこの
実施の形態６におけるＥＯレンズ３０４を使用しても、
実施の形態５と同様の効果を得ることができる。

【００６１】以上のように、この実施の形態６によれ
ば、ＥＯレンズ３０４および液晶位相変調素子１１０か
らなる倍率可変光学装置の光学系全体における収差を打
ち消した状態で、光学系全体における結像倍率を変倍信
号の指示と同一の結像倍率とすることができ、あらゆる
ズームポジションにおいて結像状態を常に良好に保つこ
とが可能な単レンズを実現することができる。

【００６２】また、倍率可変屈折光学系としてＥＯレン
ズ３０４を用いているため、レンズの屈折率およびそれ
に伴う屈折力の制御をレンズに印加する電圧の制御によ
り電気的に行うことができ、容易にかつ正確に屈折力の
制御を行うことができるとともに、レンズに液晶を用い
た場合には封入等の工程が必要であるのと比較して、Ｅ
Ｏ結晶を削り出すのみで形成することができるため、製
造を容易に行うことができる。

【００６３】実施の形態７．前記実施の形態５または前
記実施の形態６を用いると、屈折力と色収差を独立に、
かつ動的に可変できるレンズとして作用させることも可
能である。従ってこのレンズを例えば、従来例のズーム
光学系におけるリレーレンズなどに適用すれば、リレー
レンズの屈折力を所定値から変化させることなく、任意
の色収差をリレーレンズにおいて補正することなどが可
能となる。

【００６４】なお、上記各実施の形態においては、色収
差の補正を例に説明を行ったが、この発明は、色収差の
補正に限定されるものではなく、収差一般を動的に補正
して像の劣化を防止することができるものであることは
いうまでもない。

【００６５】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、結像倍率が可変である倍率可変屈折光学系と、回
折現象により光波の位相分布を別の位相分布に変化さ
せ、かつ、その位相分布変化量が可変である回折型位相
分布変調素子とを備えるように構成したので、倍率可変
屈折光学系により任意の結像倍率にするとともに、回折
型位相分布変調素子により、倍率可変屈折光学系の倍率
に伴い変化する結像状態を良好に保つように光波の位相
分布を回折現象によって別の位相分布に変換することが
でき、倍率可変屈折光学系において発生する収差量が変
化しても、回折型位相分布変調素子の位相変化量を適切
な値とすることによりこれを補正して、結像状態を常に
良好に保つことができる効果がある。従って、倍率可変
屈折光学系の各レンズを収差をもつ単レンズで構成した
場合においても全ての結像倍率において収差を打ち消し
て良好な結像状態とすることができ、各レンズを張り合
わせレンズにする等の場合と比較して、レンズ枚数、工
数、コスト、および重量の低減等を図ることができる効
果がある。

【００６６】請求項２記載の発明によれば、回折型位相
分布変調素子として、液晶位相変調素子を用いるように
構成したので、回折型位相分布変調素子の位相変化量の
制御を液晶位相変調素子の電極への印加電圧の制御によ
り電気的に行うことができ、容易にかつ正確に位相変化
量の制御を行って結像状態を常に良好に保つことができ
る効果がある。

【００６７】請求項３記載の発明によれば、倍率可変屈
折光学系として前記倍率可変屈折光学系を透過する光を
赤、緑、青を中心とした３つの波長帯に分割して各々異
なった光路に振り分ける３色分解光学系を有するものを
用いた場合に、回折型位相分布変調素子を、前記３色分
解光学系の各光路に設けるように構成したので、回折型
位相分布変調素子は、赤、緑、青を中心とした３つの波
長帯のうちの対応する１個の狭い波長帯において色収差
を補正するのみでよく残留色収差を少なく抑えることが
できるため、３色分解光学系の各光路に設けられた回折
型位相分布変調素子により、全波長帯における残留色収
差を少なく抑えることができる効果がある。

【００６８】請求項４記載の発明によれば、倍率可変屈
折光学系として前記倍率可変屈折光学系を透過する光を
赤、緑、青を中心とした３つの波長帯に分割して各々異
なった光路に振り分ける３色分解光学系を有するものを
用いた場合に、回折型位相分布変調素子を、前記３色分
解光学系の前段に設けるように構成したので、回折型位
相分布変調素子を３色分解光学系の前段に１個設けるだ
けでよく、構造を単純化し、低コスト化を図ることがで
きる効果がある。

【００６９】請求項５記載の発明によれば、倍率可変屈
折光学系として、単レンズまたはレンズ群の複合により
構成され、それらの間隔を変化させることにより結像倍
率を可変とする光学系を備えるように構成したので、在
来の倍率可変屈折光学系を用い、これに回折型位相分布
変調素子を加えることにより、結像状態を向上した倍率
可変光学装置を構成することができる効果がある。

【００７０】請求項６記載の発明によれば、倍率可変屈
折光学系として、屈折率が可変である材質で構成したレ
ンズを少なくとも１個使用した光学系を備えるように構
成したので、屈折率が可変である材質で構成したレンズ
において屈折率を変化させることにより倍率可変屈折光
学系の屈折力を変化させることができるため、レンズ間
の距離の変更等の機械的構成の変化を伴わずに結像倍率
を可変とすることができ、コンパクト化および軽量化を
図ることができる効果がある。

【００７１】請求項７記載の発明によれば、屈折率が可
変である材質で構成したレンズとして、液晶を用いたレ
ンズを使用するように構成したので、レンズの屈折率お
よびそれに伴う屈折力の制御を電界の制御により電気的
に行うことができ、液晶の屈折率は電界に正確に追従す
るため、容易にかつ正確に屈折力の制御を行うことがで
きる効果がある。

【００７２】請求項８記載の発明によれば、屈折率が可
変である材質で構成したレンズとして、ＥＯ材料を用い
たレンズを使用するように構成したので、レンズの屈折
率およびそれに伴う屈折力の制御をレンズに印加する電
圧の制御により電気的に行うことができ、容易にかつ正
確に屈折力の制御を行うことができるとともに、レンズ
に液晶を用いた場合には封入等の工程が必要であるのと
比較して、ＥＯ結晶を削り出すのみで形成することがで
きるため、製造を容易にすることができる効果がある。

【００７３】請求項９記載の発明によれば、結像倍率が
可変である倍率可変屈折光学系と、この倍率可変屈折光
学系の倍率が任意の値となるように制御する倍率可変屈
折光学系制御装置と、光波の位相分布を回折現象によっ
て別の位相分布に変化させ、かつ、その位相分布変化量
が可変である回折型位相分布変調素子と、この回折型位
相分布変調素子が任意の位相分布をもつように制御する
回折型位相分布変調素子制御装置とを備えるように構成
したので、倍率可変屈折光学系制御装置の制御により倍
率可変屈折光学系を任意の結像倍率にするとともに、回
折型位相分布変調素子制御装置の制御により、回折型位
相分布変調素子の位相変化量を、倍率可変屈折光学系に
おいて発生する収差量を補正する適切な位相変化量とす
ることができ、収差を補正して結像状態を常に良好に保
つことができる効果がある。従って、倍率可変屈折光学
系の各レンズを収差をもつ単レンズで構成した場合にお
いても全ての結像倍率において収差を打ち消して良好な
結像状態とすることができ、各レンズを張り合わせレン
ズにする等の場合と比較して、レンズ枚数、工数、コス
ト、および重量の低減等を図ることができる効果があ
る。

【００７４】請求項１０記載の発明によれば、結像倍率
が可変である倍率可変屈折光学系の結像倍率と、前記倍
率可変屈折光学系で発生する収差を打ち消すに適合した
回折型位相分布変調素子による位相分布変化量との関係
に関する情報をあらかじめ記憶しておき、前記結像倍率
に対応して、前記適合した回折型位相分布変調素子によ
る位相分布変化量に対応する量を演算して出力する演算
手段を備えるように構成したので、倍率可変屈折光学系
の結像倍率に対応して演算手段により演算・出力された
回折型位相分布変調素子による位相分布変化量に対応す
る量を用いて回折型位相分布変調素子を制御することに
より、倍率可変屈折光学系で発生する収差を回折型位相
分布変調素子により打ち消して、結像状態を常に良好に
保つことができる効果がある。

【００７５】請求項１１記載の発明によれば、結像倍率
が可変である倍率可変光学装置の光学系によって結像さ
れた像を電気信号に変換する二次元検出器と、この二次
元検出器の出力信号に対して演算処理を行い、前記光学
系の収差を検出する画像処理装置と、この画像処理装置
の出力を基に、前記光学系の収差を打ち消すに適合した
回折型位相分布変調素子による位相分布変化量に対応す
る量を演算して出力する演算手段とを備えるように構成
したので、二次元検出器および画像処理装置を用いて検
出した収差を基に演算手段により演算・出力された回折
型位相分布変調素子による位相分布変化量に対応する量
を用いて回折型位相分布変調素子を制御することによ
り、倍率可変屈折光学系で発生する収差を回折型位相分
布変調素子により打ち消して、結像状態を常に良好に保
つことができる効果がある。

【００７６】請求項１２記載の発明によれば、結像倍率
が可変である倍率可変光学装置の光学系の結像倍率と、
収差を打ち消した状態で前記結像倍率を実現するに適合
した倍率可変屈折光学系の倍率と回折型位相分布変調素
子による位相分布変化量との関係に関する情報をあらか
じめ記憶しておき、前記結像倍率に対応して、収差を打
ち消した状態で前記結像倍率を実現するに適合した前記
倍率可変屈折光学系の倍率および前記回折型位相分布変
調素子による位相分布変化量に対応する量を演算して出
力する演算手段を備えるように構成したので、倍率可変
光学装置の結像倍率に対応して演算手段により演算・出
力された倍率可変屈折光学系の倍率および回折型位相分
布変調素子による位相分布変化量に対応する量を用いて
倍率可変屈折光学系および回折型位相分布変調素子を制
御することにより、倍率可変光学装置全体における収差
を打ち消した状態で倍率可変光学装置全体における所望
の結像倍率を実現することができ、結像状態を常に良好
に保つことができる効果がある。

【００７７】請求項１３記載の発明によれば、結像倍率
が可変である倍率可変光学装置の光学系によって結像さ
れた像を電気信号に変換する二次元検出器と、この二次
元検出器の出力信号に対して演算処理を行い、前記光学
系の収差を検出する画像処理装置と、この画像処理装置
の出力を基に、収差を打ち消した状態で前記結像倍率を
実現するに適合した倍率可変屈折光学系の倍率および回
折型位相分布変調素子による位相分布変化量に対応する
量を演算して出力する演算手段とを備えるように構成し
たので、二次元検出器および画像処理装置を用いて検出
した収差を基に演算手段により演算・出力された倍率可
変屈折光学系の倍率および回折型位相分布変調素子によ
る位相分布変化量に対応する量を用いて倍率可変屈折光
学系および回折型位相分布変調素子を制御することによ
り、倍率可変光学装置全体における収差を打ち消した状
態で倍率可変光学装置全体における所望の結像倍率を実
現することができ、結像状態を常に良好に保つことがで
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による倍率可変光学
装置を示す構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態１による倍率可変光学
装置の３色分解光学系の構成図である。

【図３】 有限開口に入射した平面波が回折する様子を
示す説明図である。

【図４】 レンズ効果を持つ回折素子の原理の説明図で
ある。

【図５】 ブレーズドグレーティングレンズの構成を示
す説明図である。

【図６】 この発明の実施の形態１による倍率可変光学
装置の液晶位相変調素子の構成図である。

【図７】 この発明の実施の形態５による倍率可変光学
装置を示す構成図である。

【図８】 この発明の実施の形態６による倍率可変光学
装置のＥＯレンズの倍率可変方法を示す説明図である。

【図９】 従来の倍率可変光学装置を示す構成図であ
る。

【図１０】 一般的なズーム光学系の倍率可変原理の説
明図である。

【図１１】 色収差の説明図である。

【符号の説明】

７ ズーム光学系制御装置（倍率可変屈折光学系制御装
置）、１０１ ３色分解光学系、１０３ 色収差補正量
演算装置（演算手段）、１０４ 液晶位相変調素子制御
装置（回折型位相分布変調素子制御装置）、１０７ 赤
チャンネル光路（光路）、１０８ 青チャンネル光路
（光路）、１０９ 緑チャンネル光路（光路）、１１０
液晶位相変調素子（回折型位相分布変調素子）、２０
０ 液晶フレネルレンズ（液晶を用いたレンズ、倍率可
変屈折光学系）、２０１ 液晶フレネルレンズ制御装置
（倍率可変屈折光学系制御装置）、２０２ 計算機（演
算手段）、３０４ ＥＯレンズ（ＥＯ材料を用いたレン
ズ、倍率可変屈折光学系）。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結像倍率が可変である倍率可変屈折光学
   系と、回折現象により光波の位相分布を別の位相分布に
   変化させ、かつ、その位相分布変化量が可変である回折
   型位相分布変調素子とを備えたことを特徴とする倍率可
   変光学装置。
2. 【請求項２】 回折型位相分布変調素子として、液晶位
   相変調素子を用いたことを特徴とする請求項１記載の倍
   率可変光学装置。
3. 【請求項３】 倍率可変屈折光学系は、前記倍率可変屈
   折光学系を透過する光を赤、緑、青を中心とした３つの
   波長帯に分割して各々異なった光路に振り分ける３色分
   解光学系を有しており、回折型位相分布変調素子は、前
   記３色分解光学系の各光路に設けられていることを特徴
   とする請求項１または請求項２記載の倍率可変光学装
   置。
4. 【請求項４】 倍率可変屈折光学系は、前記倍率可変屈
   折光学系を透過する光を赤、緑、青を中心とした３つの
   波長帯に分割して各々異なった光路に振り分ける３色分
   解光学系を有しており、回折型位相分布変調素子は、前
   記３色分解光学系の前段に設けられていることを特徴と
   する請求項１または請求項２記載の倍率可変光学装置。
5. 【請求項５】 倍率可変屈折光学系として、単レンズま
   たはレンズ群の複合により構成され、それらの間隔を変
   化させることにより結像倍率を可変とする光学系を備え
   たことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいず
   れか１項記載の倍率可変光学装置。
6. 【請求項６】 倍率可変屈折光学系として、屈折率が可
   変である材質で構成したレンズを少なくとも１個使用し
   た光学系を備えたことを特徴とする請求項１から請求項
   ４のうちのいずれか１項記載の倍率可変光学装置。
7. 【請求項７】 屈折率が可変である材質で構成したレン
   ズとして、液晶を用いたレンズを使用したことを特徴と
   する請求項６記載の倍率可変光学装置。
8. 【請求項８】 屈折率が可変である材質で構成したレン
   ズとして、ＥＯ材料を用いたレンズを使用したことを特
   徴とする請求項６記載の倍率可変光学装置。
9. 【請求項９】 結像倍率が可変である倍率可変屈折光学
   系と、この倍率可変屈折光学系の倍率が任意の値となる
   ように制御する倍率可変屈折光学系制御装置と、光波の
   位相分布を回折現象によって別の位相分布に変化させ、
   かつ、その位相分布変化量が可変である回折型位相分布
   変調素子と、この回折型位相分布変調素子が任意の位相
   分布をもつように制御する回折型位相分布変調素子制御
   装置とを備えたことを特徴とする倍率可変光学装置。
10. 【請求項１０】 結像倍率が可変である倍率可変屈折光
    学系の結像倍率と前記倍率可変屈折光学系で発生する収
    差を打ち消すに適合した回折型位相分布変調素子による
    位相分布変化量との関係に関する情報をあらかじめ記憶
    しておき、 前記結像倍率に対応して、前記適合した回折型位相分布
    変調素子による位相分布変化量に対応する量を演算して
    出力する演算手段を備えたことを特徴とする請求項９記
    載の倍率可変光学装置。
11. 【請求項１１】 結像倍率が可変である倍率可変光学装
    置の光学系によって結像された像を電気信号に変換する
    二次元検出器と、この二次元検出器の出力信号に対して
    演算処理を行い、前記光学系の収差を検出する画像処理
    装置と、この画像処理装置の出力を基に、前記光学系の
    収差を打ち消すに適合した回折型位相分布変調素子によ
    る位相分布変化量に対応する量を演算して出力する演算
    手段とを備えたことを特徴とする請求項９記載の倍率可
    変光学装置。
12. 【請求項１２】 結像倍率が可変である倍率可変光学装
    置の光学系の結像倍率と、収差を打ち消した状態で前記
    結像倍率を実現するに適合した倍率可変屈折光学系の倍
    率と回折型位相分布変調素子による位相分布変化量との
    関係に関する情報をあらかじめ記憶しておき、 前記結像倍率に対応して、収差を打ち消した状態で前記
    結像倍率を実現するに適合した前記倍率可変屈折光学系
    の倍率および前記回折型位相分布変調素子による位相分
    布変化量に対応する量を演算して出力する演算手段を備
    えたことを特徴とする請求項９記載の倍率可変光学装
    置。
13. 【請求項１３】 結像倍率が可変である倍率可変光学装
    置の光学系によって結像された像を電気信号に変換する
    二次元検出器と、この二次元検出器の出力信号に対して
    演算処理を行い、前記光学系の収差を検出する画像処理
    装置と、この画像処理装置の出力を基に、収差を打ち消
    した状態で前記結像倍率を実現するに適合した倍率可変
    屈折光学系の倍率および回折型位相分布変調素子による
    位相分布変化量に対応する量を演算して出力する演算手
    段とを備えたことを特徴とする請求項９記載の倍率可変
    光学装置。