JP2001249262A - OPTICAL ELEMENT CAPACITANCE DETECTOR AND OPTICAL DEVICE WITH CAPACITANCE DETECTOR - Google Patents
OPTICAL ELEMENT CAPACITANCE DETECTOR AND OPTICAL DEVICE WITH CAPACITANCE DETECTORInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】光学素子である可変焦点レンズの変形量変化に
対応した静電容量を、静電容量検出電極を設けることな
く、簡単な構成で精度良く検出することができ、その検
出結果に基づいて光学装置の諸動作を精度良く制御する
ことができる静電容量検出装置、および静電容量検出装
置を備えた光学装置を提供すること。
【解決手段】容器に設けられた第1電極と第2電極間へ
の電圧印加による界面形状の変化によって光学的特性が
変化する光学素子と、前記界面形状を変化させるために
前記電極に所定の電圧を印加する給電手段、前記印加電
圧を制御する制御手段、および前記第1電極と第2電極
間の静電容量を検出する静電容量手段を有し、該静電容
量手段によって前記光学素子の界面形状変化に対応した
静電容量を検出する静電容量検出装置と、静電容量検出
装置を備えた光学装置を構成する。
(57) [Problem] To be able to accurately detect a capacitance corresponding to a change in the amount of deformation of a varifocal lens as an optical element with a simple configuration without providing a capacitance detection electrode, Provided are a capacitance detection device capable of accurately controlling various operations of an optical device based on a detection result, and an optical device including the capacitance detection device. An optical element whose optical characteristics change due to a change in an interface shape due to a voltage applied between a first electrode and a second electrode provided in a container, and a predetermined electrode provided to change the interface shape. Power supply means for applying a voltage, control means for controlling the applied voltage, and capacitance means for detecting a capacitance between the first electrode and the second electrode, wherein the capacitance element detects the optical element. And an optical device including the capacitance detecting device for detecting a capacitance corresponding to the change in the interface shape.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光学素子の静電容量
検出装置、および静電容量検出装置を備えた光学装置に
関し、例えば静電容量を測定することでコンデンサ構造
を有しかつ電圧印加により静電容量が可変である素子、
例えば電気毛管現象(エレクトロウエッティング)を利
用した可変焦点レンズの変形量に対応した静電容量を検
出する光学素子の静電容量検出装置、および静電容量検
出装置を備えた光学装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance detecting device for an optical element and an optical device provided with the capacitance detecting device, for example, having a capacitor structure by measuring capacitance and applying a voltage to the device. An element whose capacitance is variable,
For example, the present invention relates to a capacitance detecting device of an optical element that detects a capacitance corresponding to a deformation amount of a variable focus lens using an electrocapillary phenomenon (electrowetting), and an optical device including the capacitance detecting device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、スチルカメラ、ビデオカメラ等の
光学装置に組込まれている光学系の内、焦点距離を変え
られるものにおいて、そのほとんどが光学系を構成する
レンズ(もしくはレンズ群)の一部を機械的に光軸方向
に移動させる事により、光学系全体の焦点距離を変更し
ている。その中で変更後の焦点距離の検出方法が種々提
案されている。例えば特開平05−150151号公報
に示されるように、固定鏡筒と可動筒それぞれに、対向
且つ非接触に電極を設けて可変コンデンサを形成する
と、固定鏡筒と可動筒(すなわち可動レンズ)が相対移
動することによって上記コンデンサの静電容量が変化す
ることに着目し、この静電容量の変化によってレンズの
位置を検出することで移動後の焦点距離を検出するもの
が知られている。2. Description of the Related Art Among optical systems incorporated in optical devices such as still cameras and video cameras, most of which can change the focal length, most of them are lenses (or lens groups) constituting the optical system. The focal length of the entire optical system is changed by mechanically moving the unit in the optical axis direction. Among them, various methods for detecting the changed focal length have been proposed. For example, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-150151, when a variable condenser is formed by providing electrodes in a fixed barrel and a movable barrel so as to face each other and in a non-contact manner, the fixed barrel and the movable barrel (that is, the movable lens) become It is known that focusing on the fact that the capacitance of the capacitor changes due to relative movement, and the focal length after movement is detected by detecting the position of the lens based on the change in the capacitance.
【0003】また、特開平11−133210号公報で
は、第1電極と導電性弾性板との間に電位差を与えるこ
とにより、クーロン力による吸引力を発生させて両者の
間隔を狭め、その結果、両者の間隔から排斥された透明
液体の体積をもって、透明弾性板の中央部分を透明液体
に背向して凸に突出して変形させることが可能となる。
すると、凸状に変形した透明弾性板と透明板と両者の間
を満たしている透明液体とで凸レンズが形成されるの
で、この凸レンズのパワーを上記電位差を調整すること
によって、可変焦点レンズを構成している。その可変焦
点レンズの制御手段である、第1電極と導電性弾性板の
上に別途静電容量検出電極を設け、それらの電極間の静
電容量を検出することで、焦点距離を測定している。ま
た、検出した静電容量に基づいて、可変焦点レンズを駆
動する印加電圧を制御している。In Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-133210, a potential difference is applied between the first electrode and the conductive elastic plate to generate a suction force due to Coulomb force, thereby narrowing the interval between the two. With the volume of the transparent liquid rejected from the distance between the two, the central portion of the transparent elastic plate can be deformed by protruding backward against the transparent liquid.
Then, a convex lens is formed by the transparent elastic plate deformed into a convex shape, the transparent plate, and the transparent liquid filling the space between the transparent plate and the transparent plate. By adjusting the potential difference, the power of this convex lens is adjusted to form a varifocal lens. are doing. A separate capacitance detection electrode is provided on the first electrode and the conductive elastic plate, which is a control means of the variable focus lens, and the focal length is measured by detecting the capacitance between these electrodes. I have. In addition, an applied voltage for driving the varifocal lens is controlled based on the detected capacitance.
【0004】一方、電気毛管現象(エレクトロウエッテ
ィング)を用いた可変焦点レンズが、WO99/184
56にて開示されている。当技術を用いると、電気エネ
ルギを直接、第1の液体と第2の液体との界面が形成す
るレンズの形状変化に用いることができるため、レンズ
を機械的に移動させること無く可変焦点にする事が可能
となる。On the other hand, a variable focus lens using the electrocapillary phenomenon (electrowetting) is disclosed in WO99 / 184.
56. By using this technique, electric energy can be directly used for changing the shape of the lens formed by the interface between the first liquid and the second liquid, so that the lens is made to have a variable focus without mechanically moving. Things become possible.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の技術は、つぎのような点に問題を有している。
例えば、上記した特開平05−150151号公報に記
載のものでは、焦点距離すなわち静電容量を形成するた
めに固定鏡筒と可動筒それぞれに、電極を設ける必要が
あるためそのスペースが必要となり小型化が困難であ
り、また製造コストの増大を招くという欠点がある。ま
た、特開平11−133210号公報では、静電容量を
検出するために、光学素子の駆動電極である第1電極と
導電性弾性板の上に、別途、静電容量検出電極を設け
る。それにより、可変コンデンサを形成し、第1電極と
導電性弾性板の距離が変化することに着目してその時々
の静電容量を検出している。この構成では第1電極と導
電性弾性板の距離はわずかであるため静電容量の変化量
を検出することは困難である。また、上記したWO99
/18456では、光学パワーを可変にする技術が開示
されているが、静電容量に基づいて焦点距離を検出する
記述はなく、また光学装置に組み込んだときの駆動シー
ケンス等に関して何も開示されていない。However, the above-mentioned prior art has problems in the following points.
For example, in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-150151, it is necessary to provide an electrode for each of the fixed lens barrel and the movable cylinder in order to form a focal length, that is, a capacitance, so that the space is required and the size is small. However, there are drawbacks in that the production is difficult and that the production cost is increased. In JP-A-11-133210, a capacitance detection electrode is separately provided on the first electrode serving as a drive electrode of the optical element and the conductive elastic plate in order to detect the capacitance. Thus, a variable capacitor is formed, and the capacitance at each time is detected by focusing on the fact that the distance between the first electrode and the conductive elastic plate changes. In this configuration, since the distance between the first electrode and the conductive elastic plate is small, it is difficult to detect a change in capacitance. In addition, the above-mentioned WO99
/ 18456 discloses a technique for varying the optical power, but does not disclose a description of detecting a focal length based on capacitance, and discloses nothing about a drive sequence when incorporated in an optical device. Absent.
【0006】そこで、本発明は、上記従来のものにおけ
る課題を解決し、電気毛管現象を利用した光学素子の可
変焦点の変化に対応した静電容量を、静電容量検出電極
を設けることなく、簡単な構成で精度良く検出すること
ができ、その検出結果に基づいて光学装置の諸動作を精
度良く制御することができる静電容量検出装置、および
静電容量検出装置を備えた光学装置を提供することを目
的とするものである。Accordingly, the present invention solves the above-mentioned problems in the prior art, and provides a capacitance corresponding to a change in variable focus of an optical element utilizing an electrocapillary phenomenon without providing a capacitance detection electrode. Provided are a capacitance detection device that can accurately detect with a simple configuration and that can accurately control various operations of the optical device based on the detection result, and an optical device including the capacitance detection device. It is intended to do so.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するため、つぎの(1)〜(14)のように構成した
光学素子の静電容量検出装置、および静電容量検出装置
を備えた光学装置を提供するものである。 (1)導電性または有極性の第1の液体及び該第1の液
体と互いに混合することのない第2の液体を、それらの
界面が所定の形状をなした状態で容器内に密閉し、該容
器に設けられた第1電極と第2電極間への電圧印加によ
る界面形状の変化によって光学的特性が変化する光学素
子と、前記界面形状を変化させるために前記電極に所定
の電圧を印加する給電手段、前記印加電圧を制御する制
御手段、および前記第1電極と第2電極間の静電容量を
検出する静電容量検出手段を有し、前記静電容量検出手
段によって前記光学素子の界面形状変化に対応した静電
容量を検出することを特徴とする光学素子の静電容量検
出装置。 (2)導電性または有極性の第1の液体及び該第1の液
体と互いに混合することのない第2の液体を、それらの
界面が所定の形状をなした状態で容器内に密閉し、該容
器に設けられた第1電極と第2電極間への電圧印加によ
る界面形状の変化によって光学的特性が変化する光学素
子と、前記界面の形状を変化させるために前記電極に所
定の電圧を印加する給電手段と、印加する前記電圧を制
御する制御手段と、前記第1電極及び第2電極間の静電
容量を検出する静電容量検出手段とを有することを特徴
とする光学装置。 (3)前記静電容量検出手段で検出した静電容量に基づ
いて焦点距離を制御することを特徴とする上記(2)に
記載の光学装置。 (4)前記静電容量検出手段で検出した静電容量を表示
手段に表示することを特徴とする請求項2に記載の光学
装置。 (5)前記静電容量検出手段で検出した静電容量に基づ
いて該静電容量の検出値が許容範囲内か否かを判断し、
前記光学素子に印加する電圧を制御することを特徴とす
る上記(2)に記載の光学装置。 (6)撮影光学系と撮像記録手段とを有し、前記静電容
量検出手段で検出した静電容量に基づいて、該静電容量
の検出値が許容範囲内か否かを判断し、撮像記録動作を
制御することを特徴とする上記(2)に記載の光学装
置。 (7)前記第1の液体及び第2の液体は、屈折率が実質
的に異なり、それらの界面が前記電圧の無印加時に大き
なR状をなした状態で、前記容器内に密閉されているこ
とを特徴とする上記(1)〜(6)のいずれかに記載の
光学装置。 (8)前記第1の液体及び第2の液体は、屈折率が実質
的に等しく、それらの界面が前記電圧の無印加時に略フ
ラットの形状をなした状態で、前記容器内に密閉されて
いることを特徴とする上記(1)〜(6)のいずれかに
記載の光学装置。 (9)前記電極が、第1の電極と前記第1の液体から絶
縁された第2の電極とからなり、該第1の電極が前記第
1の液体に導通するように設けられていることを特徴と
する上記(1)〜(8)のいずれかに記載の光学装置。 (10)前記第1の電極が、前記容器の側面側から前記
第1の液体に導通するように設けられていることを特徴
とする上記(9)に記載の光学装置。 (11)前記第1の電極が、前記容器の上面側から前記
第1の液体に導通するように設けられていることを特徴
とする上記(9)に記載の光学装置。 (12)前記第2の電極が、前記容器の側面側に設けら
れていることを特徴とする上記(9)に記載の光学装
置。 (13)前記第2の電極が、リング状の電極であって、
前記第2の液体を取り囲むように配されていることを特
徴とする上記(12)に記載の光学装置。 (14)前記リング状の電極は、光束の射出方向に向か
って徐々に内径寸が大きくなる形状を有していることを
特徴とする上記(13)に記載の光学装置。In order to achieve the above object, the present invention provides a capacitance detecting device for an optical element and a capacitance detecting device configured as in the following (1) to (14). The present invention provides an optical device provided with the optical device. (1) A conductive or polar first liquid and a second liquid which are not mixed with the first liquid are hermetically sealed in a container with their interfaces having a predetermined shape, An optical element whose optical characteristics change due to a change in the interface shape due to a voltage applied between the first electrode and the second electrode provided in the container; and applying a predetermined voltage to the electrode to change the interface shape Power supply means, a control means for controlling the applied voltage, and a capacitance detection means for detecting a capacitance between the first electrode and the second electrode, wherein the capacitance detection means detects the capacitance of the optical element. A capacitance detecting device for an optical element, which detects a capacitance corresponding to a change in an interface shape. (2) A conductive or polar first liquid and a second liquid which are not mixed with the first liquid are hermetically sealed in a container with their interfaces having a predetermined shape, An optical element whose optical characteristics change due to a change in the interface shape due to a voltage applied between the first electrode and the second electrode provided in the container; and applying a predetermined voltage to the electrode to change the shape of the interface. An optical device comprising: a power supply unit for applying; a control unit for controlling the applied voltage; and a capacitance detection unit for detecting a capacitance between the first electrode and the second electrode. (3) The optical device according to (2), wherein the focal length is controlled based on the capacitance detected by the capacitance detection unit. (4) The optical device according to claim 2, wherein the capacitance detected by the capacitance detection unit is displayed on a display unit. (5) determining whether or not the detected value of the capacitance is within an allowable range based on the capacitance detected by the capacitance detecting means;
The optical device according to (2), wherein a voltage applied to the optical element is controlled. (6) It has an imaging optical system and an image recording unit, and determines whether or not the detected value of the capacitance is within an allowable range based on the capacitance detected by the capacitance detecting unit, and performs image pickup. The optical device according to the above (2), which controls a recording operation. (7) The first liquid and the second liquid have substantially different refractive indices, and are sealed in the container with their interface in a large R shape when the voltage is not applied. The optical device according to any one of the above (1) to (6). (8) The first liquid and the second liquid have substantially the same refractive index, and are sealed in the container in a state where their interfaces have a substantially flat shape when the voltage is not applied. The optical device according to any one of the above (1) to (6), wherein (9) The electrode comprises a first electrode and a second electrode insulated from the first liquid, and the first electrode is provided so as to be electrically connected to the first liquid. The optical device according to any one of the above (1) to (8), wherein (10) The optical device according to (9), wherein the first electrode is provided so as to be electrically connected to the first liquid from a side surface of the container. (11) The optical device according to (9), wherein the first electrode is provided so as to conduct from the upper surface side of the container to the first liquid. (12) The optical device according to (9), wherein the second electrode is provided on a side surface of the container. (13) The second electrode is a ring-shaped electrode,
The optical device according to (12), wherein the optical device is arranged so as to surround the second liquid. (14) The optical device according to the above (13), wherein the ring-shaped electrode has a shape whose inner diameter gradually increases in a light beam emission direction.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態においては、
上記した構成を適用して、光学素子の第1電極と第2電
極間の静電容量を検出する静電容量検出手段によって、
前記光学素子の界面形状変化に対応した静電容量を検出
するようにすることで、駆動電極と静電容量検出電極を
一体化することが可能となり、静電容量検出電極を別に
設けることなく、簡単な構成で精度良く静電容量を検出
することができる。また、上記した光学素子の静電容量
検出装置を光学装置に組み込み、該静電容量検出装置に
より検出された静電容量に基づいて、該光学装置におけ
る所定の動作を行うように構成することで、光学素子に
不具合が発生した場合にその補正を容易に行うことが可
能となる。また、上記所定の動作として、焦点距離の制
御を行うように構成することができ、あるいは光学装置
が有する光学系に関する情報の表示器に、前記検出され
た静電容量の検出結果の表示をするように構成すること
で、故障の検知等を容易に行うことが可能となる。ま
た、静電容量検出値が光学的許容範囲内か否かを判断す
る手段を構成し、前記光学素子への印加電圧を制御する
ことで、所望の光学特性を得るようにすることができ、
あるいは静電容量の検出値が範囲外における撮影を禁止
し、余分な記録を防止するようにできる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In an embodiment of the present invention,
By applying the above configuration, the capacitance detecting means for detecting the capacitance between the first electrode and the second electrode of the optical element,
By detecting the capacitance corresponding to the change in the interface shape of the optical element, it is possible to integrate the drive electrode and the capacitance detection electrode, without providing a separate capacitance detection electrode, The capacitance can be accurately detected with a simple configuration. In addition, by incorporating the capacitance detecting device of the above-described optical element into the optical device and performing a predetermined operation in the optical device based on the capacitance detected by the capacitance detecting device. In addition, when a defect occurs in the optical element, the correction can be easily performed. In addition, the predetermined operation may be configured to control the focal length, or display the detection result of the detected capacitance on a display of information on an optical system included in the optical device. With such a configuration, it is possible to easily detect a failure or the like. Further, by configuring means for determining whether or not the capacitance detection value is within the optically allowable range, by controlling the voltage applied to the optical element, it is possible to obtain desired optical characteristics,
Alternatively, it is possible to prohibit photographing when the detected value of the capacitance is out of the range, thereby preventing extra recording.
【0009】[0009]
【実施例】以下に、本発明を実施例により具体的に説明
するが、本発明はこれらによって、何ら限定されるもの
ではない。 [実施例1]図1ないし図8は、本発明の実施例1に関
わる図であり、図1および図2は本実施例の光学素子の
構成を示す断面図である。図1および図2を用いて本実
施例の光学素子の構成と作成方法を説明する。101は
本発明の光学素子全体を示し、102は中央に凹部を設
けた透明アクリル製の透明基板である。透明基板102
の上面には、酸化インジウムスズ製の透明電極(IT
O)103がスパッタリングで形成され、その上面には
透明アクリル製の絶縁層104が密着して設けられる。
絶縁層104は、前記透明電極103の中央にレプリカ
樹脂を滴下し、ガラス板で押しつけて表面を平滑にした
後、UV照射を行ない硬化させて形成する。絶縁層10
4の上面には、遮光性を有した円筒型の容器105が接
着固定され、その上面には透明アクリル製のカバー板1
06が接着固定され、更にその上面には中央部に直径D
3の開口を有した絞り板107が配置される。以上の構
成において、絶縁層104、容器105及び上カバー1
06で囲まれた所定体積の密閉空間、すなわち液室を有
した筐体が形成される。そして液室の壁面には、以下に
示す表面処理が施される。EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, which should not be construed as limiting the invention thereto. [Embodiment 1] FIGS. 1 to 8 are diagrams relating to Embodiment 1 of the present invention, and FIGS. 1 and 2 are cross-sectional views showing the configuration of an optical element of this embodiment. The configuration of the optical element of this embodiment and a method of forming the optical element will be described with reference to FIGS. Reference numeral 101 denotes the entire optical element of the present invention, and reference numeral 102 denotes a transparent acrylic transparent substrate provided with a concave portion at the center. Transparent substrate 102
The transparent electrode made of indium tin oxide (IT
O) 103 is formed by sputtering, and an insulating layer 104 made of transparent acrylic is provided on the upper surface thereof in close contact therewith.
The insulating layer 104 is formed by dropping a replica resin at the center of the transparent electrode 103, pressing the replica resin with a glass plate to smooth the surface, and then performing UV irradiation and curing. Insulating layer 10
A cylindrical container 105 having a light-shielding property is adhesively fixed on the upper surface of the cover 4, and a transparent acrylic cover plate 1 is mounted on the upper surface of the cylindrical container 105.
06 is adhered and fixed, and the upper surface thereof has a diameter D at the center.
An aperture plate 107 having three openings is arranged. In the above configuration, the insulating layer 104, the container 105, and the upper cover 1
A housing having a closed space of a predetermined volume surrounded by 06, that is, a liquid chamber is formed. The wall surface of the liquid chamber is subjected to the following surface treatment.
【0010】まず絶縁層104の中央上面には、直径D
1の範囲内に撥水処理剤が塗布され、撥水膜111が形
成される。撥水処理剤は、フッ素化合物等が好適であ
る。また、絶縁層104上面の直径D1より外側の範囲
には、親水処理剤が塗布され、親水膜112が形成され
る。親水剤は、界面活性剤、親水性ポリマー等が好適で
ある。一方、カバー板106の下面には、直径D2の範
囲内に親水処理が施され、前記親水膜112と同様の性
質を有した親水膜113が形成される。そしてこれまで
に説明したすべての構成部材は、光軸123に対して回
転対称形状をしている。更に、容器105の一部には孔
があけられ、ここに棒状電極125が挿入され、接着剤
で封止されて前記液室の密閉性を維持している。そして
透明電極103と棒状電極125には給電手段126が
接続され、スイッチ127の操作で両電極間に所定の電
圧が印加可能になっている。First, a diameter D
A water-repellent treatment agent is applied within the range of 1 to form a water-repellent film 111. As the water repellent, a fluorine compound or the like is preferable. Further, a hydrophilic treatment agent is applied to a region outside the diameter D1 on the upper surface of the insulating layer 104 to form a hydrophilic film 112. As the hydrophilic agent, a surfactant, a hydrophilic polymer and the like are preferable. On the other hand, on the lower surface of the cover plate 106, a hydrophilic treatment is performed within the range of the diameter D2, and a hydrophilic film 113 having the same properties as the hydrophilic film 112 is formed. All the components described so far have rotationally symmetric shapes with respect to the optical axis 123. Further, a hole is formed in a part of the container 105, and a rod-like electrode 125 is inserted therein, and sealed with an adhesive to maintain the hermeticity of the liquid chamber. A power supply means 126 is connected to the transparent electrode 103 and the rod-shaped electrode 125, and a predetermined voltage can be applied between both electrodes by operating the switch 127.
【0011】以上の構成の液室には、以下に示す2種類
の液体が充填される。まず絶縁層104上の撥水膜11
1の上には、第2の液体122が所定量だけ滴下され
る。第2の液体122は無色透明で、比重1.06、室
温での屈折率1.49のシリコーンオイルが用いられ
る。一方液室内の残りの空間には、第1の液体121が
充填される。第1の液体121は、水とエチルアルコー
ルが所定比率で混合され、更に所定量の食塩等の電解質
が加えられた、比重1.06、室温での屈折率1.38
の電解液である。すなわち、第1及び第2の液体は、比
重が等しく、かつ互いに不溶の液体が選定される。そこ
で両液体は界面124を形成し、混じりあわずに各々が
独立して存在する。The liquid chamber having the above configuration is filled with the following two types of liquids. First, the water-repellent film 11 on the insulating layer 104
A predetermined amount of the second liquid 122 is dropped on the first liquid 122. The second liquid 122 is a colorless and transparent silicone oil having a specific gravity of 1.06 and a refractive index of 1.49 at room temperature. On the other hand, the remaining space in the liquid chamber is filled with the first liquid 121. The first liquid 121 is obtained by mixing water and ethyl alcohol at a predetermined ratio, and further adding a predetermined amount of electrolyte such as salt, and has a specific gravity of 1.06 and a refractive index of 1.38 at room temperature.
Electrolyte solution. That is, as the first and second liquids, liquids having the same specific gravity and being insoluble in each other are selected. Therefore, both liquids form an interface 124, and each liquid exists independently without being mixed.
【0012】次に前記界面の形状について説明する。ま
ず、第1の液体に電圧が印加されていない場合、界面1
24の形状は、両液体間の界面張力、第1の液体と絶縁
層104上の撥水膜111あるいは親水膜112との界
面張力、第2の液体と絶縁層104上の撥水膜111あ
るいは親水膜112との界面張力、及び第2の液体の体
積で決まる。当実施例においては、第2の液体122の
材料であるシリコーンオイルと、撥水膜111との界面
張力が相対的に小さくなるように材料選定されている。
すなわち両材料間の濡れ性が高いため、第2の液体12
2が形成するレンズ状液滴の外縁は広がる性向を持ち、
外縁が撥水膜111の塗布領域に一致したところで安定
する。すなわち第2の液体が形成するレンズ底面の直径
A1は、撥水膜111の直径D1に等しい。一方両液体
の比重は前述のごとく等しいため、重力は作用しない。
そこで界面124は球面になり、その曲率半径及び高さ
h1は第2の液体122の体積により決まる。また、第
1の液体の光軸上の厚さはt1になる。Next, the shape of the interface will be described. First, when no voltage is applied to the first liquid, the interface 1
The shape of 24 is the interfacial tension between the two liquids, the interfacial tension between the first liquid and the water-repellent film 111 or the hydrophilic film 112 on the insulating layer 104, the second liquid and the water-repellent film 111 on the insulating layer 104 or It is determined by the interfacial tension with the hydrophilic film 112 and the volume of the second liquid. In this embodiment, the material is selected so that the interfacial tension between the silicone oil, which is the material of the second liquid 122, and the water-repellent film 111 is relatively small.
That is, since the wettability between both materials is high, the second liquid 12
The outer edge of the lenticular droplet formed by 2 has a tendency to spread,
It is stabilized when the outer edge coincides with the application area of the water-repellent film 111. That is, the diameter A1 of the lens bottom surface formed by the second liquid is equal to the diameter D1 of the water-repellent film 111. On the other hand, since the specific gravity of both liquids is equal as described above, gravity does not act.
Therefore, the interface 124 becomes a spherical surface, and its radius of curvature and height h1 are determined by the volume of the second liquid 122. The thickness of the first liquid on the optical axis is t1.
【0013】また、上記構成において、光学素子101
は、第1の液体121が一方の電極、透明電極103が
もう一方の電極となったコンデンサ構造を有している。
ここで撥水膜111と親水膜112は厚さがきわめて薄
いためその存在を無視し、第1の液体121が絶縁層1
04と接する部分の面積をS1とし、絶縁層104の厚
さをdとすると、光学素子101は極板面積S1、電極
間ギャップdのコンデンサであり、界面形状124の変
形に伴って、面積S1が変化するとコンデンサ容量も変
化する。Further, in the above configuration, the optical element 101
Has a capacitor structure in which the first liquid 121 serves as one electrode and the transparent electrode 103 serves as the other electrode.
Here, since the water-repellent film 111 and the hydrophilic film 112 are extremely thin, their existence is ignored, and the first liquid 121 is applied to the insulating layer 1.
Assuming that the area of the portion in contact with 04 is S1 and the thickness of the insulating layer 104 is d, the optical element 101 is a capacitor having the electrode plate area S1 and the gap d between the electrodes. Changes, the capacitance of the capacitor also changes.
【0014】ここで、スイッチ127が閉操作され、第
1の液体121に電圧が印加されると、電気毛管現象に
よって第1の液体121と親水膜112との界面張力が
減少し、第1の液体が親水膜112と疎水膜122の境
界を乗り越えて疎水膜122内に侵入する。その結果、
図2のごとく、第2の液体が作るレンズの底面の直径は
A1からA2に減少し、高さはh1からh2に増加し、
面積はS1からS2に増加する。また、第1の液体の光
軸上の厚さはt2になる。このように第1の液体121
への電圧印加によって、2種類の液体の界面張力の釣り
合いが変化し、両液体間の界面の形状が変わる。Here, when the switch 127 is closed and a voltage is applied to the first liquid 121, the interfacial tension between the first liquid 121 and the hydrophilic film 112 is reduced by an electrocapillary phenomenon, and the first liquid 121 is turned off. The liquid crosses the boundary between the hydrophilic film 112 and the hydrophobic film 122 and enters the hydrophobic film 122. as a result,
As shown in FIG. 2, the diameter of the bottom surface of the lens formed by the second liquid decreases from A1 to A2, the height increases from h1 to h2,
The area increases from S1 to S2. The thickness of the first liquid on the optical axis is t2. Thus, the first liquid 121
By applying a voltage to the liquid, the balance of the interfacial tension of the two liquids changes, and the shape of the interface between the two liquids changes.
【0015】また、第1及び第2の液体が異なっている
屈折率を有しているため、光学レンズとしてのパワーが
付与される事になるから、光学素子101は界面124
の形状変化によって可変焦点レンズとなる。さらに、光
学素子101はエネルギー的にはコンデンサーと等価で
あり、その静電容量は第1の液体121が絶縁層104
と接触する面積に比例する。従って、光学素子101は
界面124の形状変化によって静電容量が変化し、印加
電圧が高いほど静電容量は大きくなる。次に、図3およ
び図5を用いて本実施例において用いられる給電手段の
構成と作成方法について説明する。Further, since the first and second liquids have different refractive indices, the power as an optical lens is given, so that the optical element 101 is
A varifocal lens is formed by the shape change. Further, the optical element 101 is equivalent in energy to a capacitor, and the capacitance of the optical element 101 is such that the first liquid 121 is the insulating layer 104.
Is proportional to the area of contact. Therefore, the capacitance of the optical element 101 changes due to a change in the shape of the interface 124. The higher the applied voltage, the larger the capacitance. Next, the configuration of a power supply unit used in the present embodiment and a method of forming the power supply unit will be described with reference to FIGS.
【0016】130は後述する光学装置150の全体の
動作を制御する中央演算処理装置(以下CPUと略す)
で、ROM、RAM、EEPROM、A/D変換機能、
D/A変換機能、PWM機能を有する1チップマイコン
である。131は光学素子101へ電圧を印加するため
の給電手段であり、以下その構成を説明する。132は
光学装置150に組込まれている乾電池等の直流電源、
133は電源132から出力された電圧をCPU130
の制御信号に応じて所望の電圧値へと昇圧するDC/D
Cコンバータ、134及び135はCPU130の制御
信号、例えばPWM機能が実現される周波数/デューテ
ィ比可変信号に応じて、その信号レベルをDC/DCコ
ンバータ133で昇圧された電圧レベルにまで増幅する
増幅器である。また、増幅器134は後述する静電容量
検出手段161のLC直立共振回路162を介して光学
素子101の第2の電極である透明電極103に、増幅
器135は光学素子101の第1の電極である棒状電極
125にそれぞれ接続している。Reference numeral 130 denotes a central processing unit (hereinafter abbreviated as CPU) for controlling the overall operation of an optical device 150 described later.
ROM, RAM, EEPROM, A / D conversion function,
It is a one-chip microcomputer having a D / A conversion function and a PWM function. Reference numeral 131 denotes a power supply unit for applying a voltage to the optical element 101, and its configuration will be described below. 132 is a DC power supply such as a dry battery incorporated in the optical device 150;
133 denotes a voltage output from the power supply 132
DC / D that boosts to a desired voltage value in accordance with the control signal of
The C converters 134 and 135 are amplifiers that amplify the signal level to a voltage level boosted by the DC / DC converter 133 according to a control signal of the CPU 130, for example, a frequency / duty ratio variable signal for realizing a PWM function. is there. The amplifier 134 is a transparent electrode 103 which is a second electrode of the optical element 101 via an LC upright resonance circuit 162 of the capacitance detecting means 161 described later, and the amplifier 135 is a first electrode of the optical element 101. Each is connected to a rod-shaped electrode 125.
【0017】つまり、CPU130の制御信号に応じ
て、電源132の出力電圧がDC/DCコンバータ13
3、増幅器134、増幅器135によって所望の電圧
値、周波数、及びデューティーで光学素子101に印加
されるようになる。図5は増幅器134及び135から
出力される電圧波形を説明する図である。なお、DC/
DCコンバータ133から増幅器134及び135へそ
れぞれ100Vの電圧が出力されたものとして以下説明
を行う。図5の(a)にも示したように、増幅器134
及び135はそれぞれ光学素子101に接続している。
増幅器134からは、図5(b)に示すようにCPU1
30の制御信号により所望の周波数、デューティ比で矩
形波形の電圧が出力される。一方増幅器135からは、
図5(c)に示したようにCPU130の制御信号によ
り、増幅器134とは逆位相で、同一周波数、同一デュ
ーティ比の矩形波形の電圧が出力される。これにより、
光学素子101の透明電極103及び棒状電極125間
に印加される電圧は図5(d)に示すように±100V
の矩形波形の電圧、つまり交流電圧となる。よって、給
電手段131によって光学素子101には交流電圧が印
加されることになる。That is, in response to the control signal of the CPU 130, the output voltage of the power
3. The amplifier 134 and the amplifier 135 apply the desired voltage value, frequency, and duty to the optical element 101. FIG. 5 is a diagram illustrating voltage waveforms output from the amplifiers 134 and 135. In addition, DC /
The following description is based on the assumption that a voltage of 100 V is output from the DC converter 133 to the amplifiers 134 and 135, respectively. As shown in FIG.
And 135 are connected to the optical element 101, respectively.
From the amplifier 134, as shown in FIG.
According to the 30 control signals, a rectangular waveform voltage is output at a desired frequency and a desired duty ratio. On the other hand, from the amplifier 135,
As shown in FIG. 5C, a rectangular waveform voltage having the same frequency and the same duty ratio is output in a phase opposite to that of the amplifier 134 by the control signal of the CPU 130. This allows
The voltage applied between the transparent electrode 103 and the rod-shaped electrode 125 of the optical element 101 is ± 100 V as shown in FIG.
, Ie, an AC voltage. Therefore, an AC voltage is applied to the optical element 101 by the power supply unit 131.
【0018】ところで、光学素子101に印加される電
圧の印加開始からの実効値は図5(e)の様に表す事が
出来るので、以後、光学素子101に印加する交流電圧
の波形を図5(e)にならって表す事とする。なお、上
記説明中、増幅器134及び135から矩形波形の電圧
が出力されるものとして説明したが、正弦波でも同様の
構成となる事は言うまでもない。また、上記説明中、光
学装置150に電源132が組込まれた場合について説
明を行ったが、外付けの電源や給電手段によって光学素
子101に交流印加される場合でも良い。The effective value of the voltage applied to the optical element 101 from the start of application can be expressed as shown in FIG. 5 (e). (E) will be represented. In the above description, it has been described that a rectangular waveform voltage is output from the amplifiers 134 and 135. However, it is needless to say that a sine wave has the same configuration. In the above description, the case where the power supply 132 is incorporated in the optical device 150 has been described. However, a case where an alternating current is applied to the optical element 101 by an external power supply or a power supply unit may be used.
【0019】次に図3を用いて、本実施例の静電容量検
出手段の構成と検出方法について説明する。この実施形
態においては、未知の静電容量をもった光学素子101
の第1の電極である棒状電極125に、出力インピーダ
ンスZ0をもった給電手段131より所定の周波数f0の
交流駆動電圧E0を印加することにより、光学素子10
1の第2の電極である透明電極103から流出した電流
i0はインピーダンスZsをもったLC直列共振回路1
62に流入することになり、LC直列共振回路162の
中点に検出電圧Esが生じる。この検出電圧Esは、電
流i0に比例したものとなる。そして、LC直列共振回
路162の中点の検出電圧Esを増幅器163でA倍に
増幅し、増幅器163の検出電圧A×EsをAC/DC
変換手段164にて直流電圧に変換して、CPU130
に供給する。またここでは静電容量の検出手段として直
列共振回路を用いたが、静電容量検出装置として知られ
ているLCRメーターに用いられている並列ブリッジ等
を用いても良い。Next, a configuration and a detection method of the capacitance detecting means of this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the optical element 101 having an unknown capacitance is used.
By applying an AC drive voltage E 0 having a predetermined frequency f 0 to the rod-shaped electrode 125 as the first electrode from the feeding means 131 having the output impedance Z 0 ,
The current i 0 flowing out of the transparent electrode 103 which is the second electrode of the LC series resonance circuit 1 having the impedance Zs
62, and a detection voltage Es is generated at the middle point of the LC series resonance circuit 162. This detection voltage Es is proportional to the current i 0 . Then, the detection voltage Es at the middle point of the LC series resonance circuit 162 is amplified A times by the amplifier 163, and the detection voltage A × Es of the amplifier 163 is converted to AC / DC.
The conversion unit 164 converts the DC voltage into a DC voltage,
To supply. Although a series resonance circuit is used here as the capacitance detecting means, a parallel bridge or the like used in an LCR meter known as a capacitance detecting device may be used.
【0020】図4は、駆動電圧E0とLC直列共振回路
162の中点に生じる検出電圧Esの関係を表したもの
である。静電容量は、C1<C2である。また図4
(d)のC=0とは、図3の回路において短絡したとき
の駆動電圧と検出電圧の関係を示すグラフである。光学
素子101はコンデンサ構造を有した素子であり、その
静電容量は印加電圧に対して可変であり、印加電圧が高
いほど静電容量も大きくなる。給電手段131より駆動
電圧E01が印加されると、光学素子101の界面形状
124が変化し、その静電容量がC1となるので検出電
圧はEs1となる。次に、駆動電圧がE01より大きな
E02を印加すると、光学素子101の界面形状124
がさらに変化することで、光学素子101静電容量はC
2となるため検出電圧はEs2となる。そこで、光学素
子101についての駆動電圧E0と検出電圧Esの関係
は図4(a)のような曲線になる。FIG. 4 shows the relationship between the drive voltage E 0 and the detection voltage Es generated at the middle point of the LC series resonance circuit 162. The capacitance is C1 <C2. FIG. 4
3D is a graph showing the relationship between the drive voltage and the detection voltage when a short circuit occurs in the circuit of FIG. The optical element 101 is an element having a capacitor structure, and its capacitance is variable with respect to an applied voltage. The higher the applied voltage, the larger the capacitance. When the power supply means 131 from the drive voltage E 0 1 is applied, the interface shape 124 is changed in the optical element 101, the detection voltage because the electrostatic capacity is C1 becomes EsI. Then, when the driving voltage is applied to large E 0 2 than E 0 1, interface shape 124 of the optical element 101
Further changes, the capacitance of the optical element 101 becomes C
2, the detection voltage becomes Es2. Therefore, the relationship between the drive voltage E 0 and the detection voltage Es for the optical element 101 is a curve as shown in FIG.
【0021】図6は、光学素子101を光学装置に応用
したものである。当実施例では、光学装置150は静止
画像を撮像手段で電気信号に光電変換し、これをデジタ
ルデータとして記録する、いわゆるデジタルスチルカメ
ラを例として説明する。140は複数のレンズ群からな
る撮影光学系で、第1レンズ群141、第2レンズ群1
42、及び光学素子101で構成される。第1レンズ群
141の光軸方向の進退で、焦点調節がなされる。光学
素子101のパワー変化でズーミングがなされる。第2
レンズ群142は移動しないリレーレンズ群である。そ
して、第1レンズ群141と第2レンズ群142の間に
光学素子101が配置され、第1レンズ群141と光学
素子101との間には、公知の技術によって絞り開口径
が調整して撮影光束の光量を調整する絞りユニット14
3が配置されている。FIG. 6 shows an application of the optical element 101 to an optical device. In the present embodiment, a description will be given of an example of a so-called digital still camera in which the optical device 150 photoelectrically converts a still image into an electric signal by an imaging unit and records this as digital data. An imaging optical system 140 includes a plurality of lens groups, and includes a first lens group 141 and a second lens group 1.
42 and an optical element 101. Focus adjustment is performed by moving the first lens group 141 back and forth in the optical axis direction. Zooming is performed by the power change of the optical element 101. Second
The lens group 142 is a non-moving relay lens group. The optical element 101 is disposed between the first lens group 141 and the second lens group 142, and the aperture between the first lens group 141 and the optical element 101 is adjusted by a known technique to adjust the aperture. Aperture unit 14 for adjusting the amount of light flux
3 are arranged.
【0022】また撮影光学系140の焦点位置(予定結
像面)には、撮像手段144が配置される。これは照射
された光エネルギを電荷に変換する複数の光電変換部、
該電荷を蓄える電荷蓄積部、及び該電荷を転送し、外部
に送出する電荷転送部からなる2次元CCD等の光電変
換手段が用いられる。145は画像信号処理回路で、撮
像手段144から入力したアナログの画像信号をA/D
変換し、AGC制御、ホワイトバランス、γ補正、エッ
ジ強調等の画像処理を施す。An image pickup means 144 is arranged at the focal position (planned image plane) of the photographing optical system 140. This is a plurality of photoelectric conversion units that convert the irradiated light energy into electric charges,
A photoelectric conversion unit, such as a two-dimensional CCD, including a charge storage unit that stores the charge and a charge transfer unit that transfers the charge and sends the charge to the outside is used. Reference numeral 145 denotes an image signal processing circuit which converts an analog image signal input from the imaging unit 144 into an A / D signal.
After conversion, image processing such as AGC control, white balance, γ correction, and edge enhancement is performed.
【0023】146はCPU130の内部に設けられた
ルックアップテーブルで、撮影光学系140の焦点距離
fと給電手段131の駆動電圧E0と静電検出手段の検
出電圧Esの対応表であり、それを読み出すことで光学
素子101に印加する電圧を制御する。151は液晶デ
ィスプレイ等の表示器で、撮像手段144で取得した被
写体像や、可変焦点レンズを有する光学装置の動作状況
を表示する。152はCPU130をスリープ状態から
プログラム実行状態に起動するメインスイッチ、153
はズームスイッチで、撮影者のズームスイッチ操作に応
じて後述する変倍動作を行ない、撮影光学系140の焦
点距離を変える。154は上記スイッチ以外の操作スイ
ッチ群で、撮影準備スイッチ、撮影開始スイッチ、シャ
ッター秒時等を設定する撮影条件設定スイッチ等で構成
される。155は焦点検出手段で、一眼レフカメラに用
いられる位相差検出式焦点検出手段等が好適である。Reference numeral 146 denotes a look-up table provided inside the CPU 130, which is a correspondence table of the focal length f of the photographing optical system 140, the drive voltage E 0 of the power supply means 131, and the detection voltage Es of the electrostatic detection means. Is read to control the voltage applied to the optical element 101. Reference numeral 151 denotes a display such as a liquid crystal display, which displays the subject image acquired by the imaging unit 144 and the operation status of the optical device having the variable focus lens. 152 is a main switch for activating the CPU 130 from a sleep state to a program execution state;
Is a zoom switch, which changes the focal length of the photographing optical system 140 by performing a zooming operation described later in accordance with the zoom switch operation of the photographer. Reference numeral 154 denotes an operation switch group other than the above switches, which includes a shooting preparation switch, a shooting start switch, a shooting condition setting switch for setting shutter time, and the like. Reference numeral 155 denotes a focus detection unit, which is preferably a phase difference detection type focus detection unit used for a single-lens reflex camera.
【0024】156はフォーカス駆動手段で、第1レン
ズ群141を光軸方向に進退させるアクチュエータとド
ライバ回路を含み、前記焦点検出手段155で演算した
フォーカス信号に基づいてフォーカス動作を行ない、撮
影光学系140の焦点状態を調節する。157はメモリ
手段で、撮影された画像信号を記録する。具体的には、
着脱可能なPCカード型のフラッシュメモリ等が好適で
ある。Reference numeral 156 denotes a focus driving unit which includes an actuator for moving the first lens group 141 back and forth in the optical axis direction and a driver circuit, and performs a focus operation based on the focus signal calculated by the focus detection unit 155. Adjust the focus state of 140. 157 is a memory means for recording a photographed image signal. In particular,
A removable PC card type flash memory or the like is preferable.
【0025】図7および図8は、図6に示した光学装置
150が有するCPU130の制御フロー図である。以
下、図6〜図8を用いて光学装置150の制御フローを
説明する。ステップS101において、メインスイッチ
152がオン操作されたかどうかを判別し、オン操作さ
れていない時は、そのまま各種スイッチの操作を待つ待
機モードの状態である。ステップS101においてメイ
ンスイッチ152がオン操作されたと判定されたら、待
機モードを解除し、次のステップS102以降へと進
む。ステップS102では、撮影者による撮影条件の設
定を受付ける。例えば、露出制御モードの設定(シャッ
ター優先AE、プログラムAE等)や画質モード(記録
画素数の大小、画像圧縮率の大小等)、ストロボモード
(強制発光、発光禁止等)等の設定を行う。FIGS. 7 and 8 are control flowcharts of the CPU 130 included in the optical device 150 shown in FIG. Hereinafter, a control flow of the optical device 150 will be described with reference to FIGS. In step S101, it is determined whether or not the main switch 152 has been turned on. If the main switch 152 has not been turned on, it is in a standby mode state of waiting for the operation of various switches. If it is determined in step S101 that the main switch 152 has been turned on, the standby mode is released, and the process proceeds to step S102 and subsequent steps. In step S102, the setting of the photographing condition by the photographer is accepted. For example, setting of an exposure control mode (shutter priority AE, program AE, etc.), image quality mode (size of recording pixels, size of image compression ratio, etc.), strobe mode (forced light emission, light emission inhibition, etc.) are performed.
【0026】ステップS103では、撮影者によってズ
ームスイッチ153が操作されたか否かを判別する。オ
ン操作されていない場合はステップS104に進む。こ
こでズームスイッチ153が操作された場合は、ステッ
プS121に移行する。ステップS121では、ズーム
スイッチ153の操作量(操作方向やオン時間等)を検
出し、その操作量に基いて撮影光学系140の焦点距離
の変更指示値を演算し、変更後の焦点距離fを演算する
(S122)。演算終了後、次のステップS123の
「印加電圧制御」のサブルーチンへと進む。In step S103, it is determined whether or not the photographer has operated the zoom switch 153. If the on operation has not been performed, the process proceeds to step S104. If the zoom switch 153 has been operated here, the process proceeds to step S121. In step S121, the operation amount (operation direction, ON time, and the like) of the zoom switch 153 is detected, and a change instruction value of the focal length of the imaging optical system 140 is calculated based on the operation amount, and the changed focal length f is calculated. The calculation is performed (S122). After the calculation is completed, the process proceeds to a subroutine of “applied voltage control” in the next step S123.
【0027】ステップS141では、上記ステップS1
22で演算した焦点距離fを得るための駆動電圧E0を
演算し印加する。具体的には、CPU130内のROM
には各焦点距離fに対応する駆動電圧E0および検出電
圧Esの関係がルックアップテーブル146として記憶
されているので、該テーブル146を参照し、給電手段
131により、所定の駆動電圧E0を光学素子101に
印加する。静電容量検出手段161によりその時の検出
電圧ESRを検出し(S142)、ESRの値がCPU13
0内のルックアップテーブル146で読み出したEsと
等しいか否かの判断をする(S143)。ここで両者が
一致していれば、ステップS102へ戻り、不一致であ
ればステップS151以降へ移行する。なお光学装置の
性質によっては、ステップS143は実際の検出電圧E
SRとルックアップテーブル146上の値が全く一致だけ
ではなくある程度の範囲を持たせても良い。ステップS
151では、検出電圧ESRの値が所定範囲内か否かを判
断し、範囲内であればステップS152へ移行する。範
囲外であれば光学素子101が故障していると判断し、
ステップS161へ移行し、表示器151に故障である
ことを表示し(S161)、撮影動作を中止する(S1
62)。なお光学装置の性質によっては、ステップS1
51の範囲がもう少し広くても狭くても良い。In step S141, step S1
A drive voltage E 0 for obtaining the focal length f calculated in 22 is calculated and applied. Specifically, the ROM in the CPU 130
The relationship between the drive voltage E 0 and the detection voltage Es corresponding to each focal length f is stored as a look-up table 146. With reference to the table 146, a predetermined drive voltage E 0 is Applied to the optical element 101. The capacitance detection unit 161 detects the detection voltage E SR at that time (S142), the value of E SR CPU 13
It is determined whether the value is equal to Es read out from the look-up table 146 within 0 (S143). Here, if they match, the process returns to step S102, and if they do not match, the process shifts to step S151 and subsequent steps. Note that, depending on the properties of the optical device, step S143 is performed at the actual detection voltage E.
The SR and the value on the look-up table 146 may have a certain range as well as a complete match. Step S
At 151, it is determined whether or not the value of the detection voltage ESR is within a predetermined range, and if it is within the range, the process proceeds to step S152. If it is out of the range, it is determined that the optical element 101 has failed,
The process proceeds to step S161 to display a failure on the display 151 (S161), and stops the photographing operation (S1).
62). Note that, depending on the properties of the optical device, step S1
The range of 51 may be slightly wider or narrower.
【0028】一方、ステップS152では、表示器15
1に警告を表示し、補正電圧Vを(1)式より演算し
(S153)、その演算結果によって補正電圧Vを給電
手段131より光学素子101に印加する(S15
4)。 On the other hand, in step S152, the display 15
1, a warning is displayed, the correction voltage V is calculated from the equation (1) (S153), and the correction voltage V is applied to the optical element 101 from the power supply means 131 based on the calculation result (S15).
4).
【0029】そして、ステップS142へ戻る。つまり
検出電圧値ESRがROMのルックアップテーブル147
より呼び出した電圧Esと一致するまでステップS14
2からS154を繰り返す。そして両者が一致するとス
テップS102へ戻る。つまり、ズームスイッチ153
が操作され続けている場合は、ステップS102からス
テップS123を繰り返し実行し、ズームスイッチ15
3のオン操作が終了した時点でステップS104へと移
行する。Then, the process returns to step S142. That is, the detected voltage value ESR is stored in the lookup table 147 of the ROM.
Step S14 until it matches the called voltage Es
Steps S154 to S154 are repeated. When they match, the process returns to step S102. That is, the zoom switch 153
If is continuously operated, steps S102 to S123 are repeatedly executed, and the zoom switch 15
When the on operation of No. 3 is completed, the process proceeds to step S104.
【0030】ステップS104では、撮影者によって操
作スイッチ群154のうち、撮影準備スイッチ(図7の
フローチャートではSW1と表記)のオン操作が行われ
たか否かを判別する。オン操作されていない場合はステ
ップS102に戻り、撮影条件設定の受付や、ズームス
イッチ153の操作の判別を繰り返す。ステップS10
4で撮影準備スイッチがオン操作されたと判定された
ら、ステップS111へ移行する。In step S104, it is determined whether or not the photographer has turned on a photographing preparation switch (denoted by SW1 in the flowchart of FIG. 7) in the operation switch group 154. If the ON operation has not been performed, the process returns to step S102, and the reception of the photographing condition setting and the determination of the operation of the zoom switch 153 are repeated. Step S10
If it is determined in step 4 that the shooting preparation switch has been turned on, the process proceeds to step S111.
【0031】ステップS111では、撮像手段144及
び信号処理回路145を駆動して、プレビュー画像を取
得する。プレビュー画像とは、最終記録用画像の撮影条
件を適切に設定するため、及び撮影者に撮影構図を把握
させるために撮影前に取得する画像の事である。ステッ
プS112では、ステップS111で取得したプレビュ
ー画像の受光レベルを認識する。具体的には、撮像手段
144が出力する画像信号において、最高、最低及び平
均の出力信号レベルを演算し、撮像手段144に入射す
る光量を認識する。In step S111, the image pickup means 144 and the signal processing circuit 145 are driven to obtain a preview image. The preview image is an image acquired before shooting in order to appropriately set the shooting conditions of the image for final recording and to allow the photographer to grasp the shooting composition. In step S112, the light receiving level of the preview image acquired in step S111 is recognized. Specifically, the maximum, minimum, and average output signal levels of the image signal output by the imaging unit 144 are calculated, and the amount of light incident on the imaging unit 144 is recognized.
【0032】ステップS113では、前記ステップS1
12で認識した受光量に基いて、撮影光学系140内に
設けられた絞りユニット143を駆動して適正光量にな
るように絞りユニット143の開口径を調整する。ステ
ップS114では、ステップS111で取得したプレビ
ュー画像を表示器151に表示する。続いてステップS
115では、焦点検出手段155を用いて撮影光学系1
40の焦点状態を検出する。続いてステップS116で
は、フォーカス駆動手段156により、第1レンズ群1
41を光軸方向に進退させて合焦動作を行なう。その
後、ステップS117に進み、撮影スイッチ(フロー図
では、SW2と表記)のオン操作がなされたか否かを判
別する。オン操作されていない時はステップS111に
戻り、プレビュー画像の取得からフォーカス駆動までの
ステップを繰り返し実行する。以上のごとく、撮影準備
動作を繰り返し実行している最中に、撮影者が撮影スイ
ッチをオン操作すると、ステップS117からステップ
S131にジャンプする。In step S113, step S1 is performed.
Based on the amount of received light recognized in step 12, the aperture unit 143 provided in the photographing optical system 140 is driven to adjust the aperture diameter of the aperture unit 143 so as to obtain an appropriate amount of light. In step S114, the preview image acquired in step S111 is displayed on the display 151. Then step S
At 115, the photographing optical system 1 is
Forty focus states are detected. Subsequently, in step S116, the first lens group 1 is
The focusing operation is performed by moving the lens 41 forward and backward in the optical axis direction. Thereafter, the process proceeds to step S117, and it is determined whether or not the photographing switch (in the flowchart, described as SW2) is turned on. When the ON operation has not been performed, the process returns to step S111, and steps from acquisition of the preview image to focus driving are repeatedly executed. As described above, when the photographer turns on the photographing switch while the photographing preparation operation is repeatedly performed, the process jumps from step S117 to step S131.
【0033】ステップS131では撮像を行なう。すな
わち撮像手段144上に結像した被写体像を光電変換
し、光学像の強度に比例した電荷が各受光部近傍の電荷
蓄積部に蓄積される。ステップS132では、ステップ
S131で蓄積された電荷を電荷転送ラインを介して読
み出し、読み出しされたアナログ信号を信号処理回路1
45に入力させる。ステップS133では、信号処理回
路145において、入力したアナログ画像信号をA/D
変換し、AGC制御、ホワイトバランス、γ補正、エッ
ジ強調等の画像処理を施し、さらに必要に応じてCPU
130内に記憶された画像圧縮プログラムでJPEG圧
縮等を施す。ステップS134では、上記ステップS1
33で得られた画像信号をメモリ157に記録すると同
時に、ステップS135にて一旦プレビュー画像を消去
した後に、ステップS133で得られた画像信号を表示
器151に改めて表示する。その後、給電手段131を
制御して光学素子101への電圧印加をオフして(S1
36)、一連の撮影動作が終了する。In step S131, an image is taken. That is, the subject image formed on the imaging unit 144 is photoelectrically converted, and charges proportional to the intensity of the optical image are accumulated in the charge accumulation units near each light receiving unit. In step S132, the charge accumulated in step S131 is read out via the charge transfer line, and the read analog signal is read by the signal processing circuit 1.
45. In step S133, the signal processing circuit 145 converts the input analog image signal into an A / D signal.
The image data is converted and subjected to image processing such as AGC control, white balance, gamma correction, and edge enhancement.
JPEG compression or the like is performed by an image compression program stored in 130. In step S134, the above step S1
At the same time as recording the image signal obtained in step S33 in the memory 157, the preview image is deleted once in step S135, and the image signal obtained in step S133 is displayed again on the display unit 151. Then, the power supply unit 131 is controlled to turn off the voltage application to the optical element 101 (S1).
36), a series of photographing operations ends.
【0034】上記実施例1によれば、コンデンサ構造を
有する光学素子において、光学素子の駆動電極を利用し
てその静電容量を検出する事ができる。また静電容量変
化が距離変化ではなく面積変化に対応しているので、静
電容量を精度良く検出することが出来る。また、コンデ
ンサ構造を有する光学素子を組み込んだ光学装置におい
て、光学素子の静電容量を検出することで、所望の焦点
距離を得るために光学素子への印加電圧を制御すること
ができる。また光学装置の故障を検知することが出来
る、という効果がある。なお、本実施例では光学装置の
一例としてデジタルスチルカメラを取り挙げたが、それ
以外のビデオカメラや銀塩カメラ等にも効果を損なわず
に適用できる事は言うまでもない。According to the first embodiment, in the optical element having the capacitor structure, the capacitance can be detected by using the drive electrode of the optical element. Further, since the capacitance change corresponds to the area change instead of the distance change, the capacitance can be detected with high accuracy. Further, in an optical device incorporating an optical element having a capacitor structure, by detecting the capacitance of the optical element, it is possible to control the voltage applied to the optical element in order to obtain a desired focal length. Further, there is an effect that a failure of the optical device can be detected. In this embodiment, a digital still camera is taken as an example of the optical device. However, it goes without saying that the present invention can be applied to other video cameras, silver halide cameras, and the like without impairing the effects.
【0035】[実施例2]図9ないし図13は本発明の
実施例2に関わる図であり、図9及び図10は本実施例
の光学素子及び給電手段に係わる説明図である。図9は
本実施例の光学素子の構成を示す断面と、これを駆動す
る給電手段の構成を示す図である。図9を用いて光学素
子の構成を説明する。801は本実施例の光学素子全体
を示し、802は円盤形の透明アクリルあるいはガラス
製の第1の封止板である。803は電極リングで、外径
寸法は均一、内径寸法は下方向に向かって徐々に直径が
大きくなる金属製のリング状部材である。該電極リング
803の内面全周にはアクリル樹脂等でできた絶縁層8
04が密着形成される。該絶縁層804の内径寸法は均
一なため、厚さは下に向かって徐々に増加する。そして
該絶縁層804の内面全周の下側には撥水処理剤が塗布
され、撥水膜811が形成されるとともに、絶縁層80
4の内面全周の上側には親水処理剤が塗布され、親水膜
812が形成される。[Embodiment 2] FIGS. 9 to 13 are diagrams relating to Embodiment 2 of the present invention, and FIGS. 9 and 10 are explanatory diagrams relating to the optical element and the feeding means of this embodiment. FIG. 9 is a diagram showing a cross section showing the configuration of the optical element of the present embodiment and a configuration of the power supply means for driving the optical element. The configuration of the optical element will be described with reference to FIG. Reference numeral 801 denotes the entire optical element of the present embodiment, and 802 denotes a disk-shaped first sealing plate made of transparent acrylic or glass. Reference numeral 803 denotes an electrode ring, which is a metal ring-shaped member whose outer diameter is uniform and whose inner diameter gradually increases in a downward direction. An insulating layer 8 made of acrylic resin or the like is formed all around the inner surface of the electrode ring 803.
04 is closely formed. Since the inner diameter of the insulating layer 804 is uniform, the thickness gradually increases downward. Then, a water-repellent treatment agent is applied on the lower side of the entire inner surface of the insulating layer 804 to form a water-repellent film 811 and the insulating layer 80
A hydrophilic treatment agent is applied to the upper part of the entire inner surface of No. 4 to form a hydrophilic film 812.
【0036】806は円盤形の透明アクリルあるいはガ
ラス製の第2の封止板で、その一部には孔があけられ、
ここに棒状電極825が挿入され、接着剤で封止され
る。807は、光学素子801に入射する光束の径を制
限する絞り板で、第2の封止板806の上面に固設され
る。そして第1の封止板802、金属リング803及び
第2の封止板806は互いに接着固定され、これらの部
材で囲まれた所定体積の密閉空間、すなわち液室を有し
た筐体が形成される。この筐体は、前記棒状電極825
挿入部以外は光軸823に対して回転対称形状をなして
いる。そして該液室には、以下に示す2種類の液体が充
填される。Reference numeral 806 denotes a disk-shaped second sealing plate made of transparent acrylic or glass.
The rod-shaped electrode 825 is inserted here and sealed with an adhesive. Reference numeral 807 denotes an aperture plate for limiting the diameter of a light beam incident on the optical element 801, which is fixed on the upper surface of the second sealing plate 806. The first sealing plate 802, the metal ring 803, and the second sealing plate 806 are adhered and fixed to each other to form a sealed space of a predetermined volume surrounded by these members, that is, a housing having a liquid chamber. You. This housing is provided with the rod-shaped electrode 825.
The portion other than the insertion portion has a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis 823. The liquid chamber is filled with the following two types of liquids.
【0037】まず液室の底面側には、第2の液体822
が、その液柱の高さが前記撥水膜811形成部と同一の
高さになる分量だけ滴下される。第2の液体822は無
色透明で、比重1.06、室温での屈折率1.38のシ
リコーンオイルが用いられる。続いて液室内の残りの空
間には、第1の液体821が充填される。第1の液体8
21は、水とエチルアルコールが所定比率で混合され、
更に所定量の食塩等の電解質が加えられた、比重1.0
6、室温での屈折率1.38の電解液である。更に第1
の液体821には無彩色の水溶性染料、例えばカーボン
ブラックや、酸化チタン系の材料が加えられる。すなわ
ち、第1及び第2の液体は、比重と屈折率が等しく、光
線吸収能率が異なり、かつ互いに不溶の液体が選定され
る。そこで両液体は界面824を形成し、混じりあわず
に各々が独立して存在する。そしてこの界面824の形
状は、液室内壁、第1の液体及び第2の液体の3物質が
交わる点、すなわち界面824の外縁部に働く3つの界
面張力の釣り合いで決まる。本実施例においては、液室
内壁に対する第1及び第2の液体の接触角がいずれも9
0度になるよう、前記撥水膜811及び親水膜812の
材料が選定される。First, a second liquid 822 is provided on the bottom side of the liquid chamber.
Is dropped by an amount such that the height of the liquid column becomes the same as the height of the water-repellent film 811 forming part. The second liquid 822 is a colorless and transparent silicone oil having a specific gravity of 1.06 and a refractive index of 1.38 at room temperature. Subsequently, the remaining space in the liquid chamber is filled with the first liquid 821. First liquid 8
21 is a mixture of water and ethyl alcohol at a predetermined ratio,
Further, a specific gravity of 1.0 to which a predetermined amount of electrolyte such as salt was added.
6. An electrolytic solution having a refractive index of 1.38 at room temperature. Further first
The liquid 821 is added with an achromatic water-soluble dye, for example, carbon black or a titanium oxide-based material. That is, as the first and second liquids, liquids having the same specific gravity and refractive index, different light absorption efficiencies, and insoluble in each other are selected. Therefore, both liquids form an interface 824, and each of them exists independently without being mixed. The shape of the interface 824 is determined by the balance of three interfacial tensions acting on the point where the three substances of the liquid chamber wall, the first liquid, and the second liquid intersect, that is, the outer edge of the interface 824. In this embodiment, the contact angles of the first and second liquids with respect to the inner wall of the liquid chamber are 9
The materials of the water-repellent film 811 and the hydrophilic film 812 are selected so as to be 0 degrees.
【0038】131は図1に記載された給電手段131
と同一の構成及び作用をなす部材であるため、詳しい説
明は省略する。給電手段131の増幅器134は金属リ
ング803に接続され、増幅器135は棒状電極825
に接続される。この構成において、第1の液体821に
は棒状電極825を介して電圧が印加され、電気毛管現
象(エレクトロウエッティング効果)によって界面82
4が変形する。Reference numeral 131 denotes a power supply unit 131 shown in FIG.
Since these members have the same configuration and operation as those described above, detailed description thereof will be omitted. The amplifier 134 of the feeding means 131 is connected to the metal ring 803, and the amplifier 135 is connected to the rod-shaped electrode 825.
Connected to. In this configuration, a voltage is applied to the first liquid 821 via the rod-shaped electrode 825, and the interface 82 is formed by an electrocapillary phenomenon (electrowetting effect).
4 is deformed.
【0039】次に光学素子801の前記界面824の変
形と、該変形によってもたらされる光学作用について、
図10を用いて説明する。まず、第1の液体821に電
圧が印加されていない場合、界面824の形状は上述し
たように平坦となる(図10(a))。ここで、第2の
液体は実質上透明であるが、第1の液体は添加された光
吸収性材料のために所定の光線吸収能率を有する。そこ
で、絞り板807の開口から光束を入射させると、第1
の液体の光路長に応じた分だけ光線が吸収され、第1の
封止板802から射出する光束の強度は一様に低下す
る。Next, regarding the deformation of the interface 824 of the optical element 801 and the optical action caused by the deformation,
This will be described with reference to FIG. First, when no voltage is applied to the first liquid 821, the shape of the interface 824 becomes flat as described above (FIG. 10A). Here, the second liquid is substantially transparent, but the first liquid has a predetermined light absorbing efficiency due to the added light absorbing material. Therefore, when a light beam is incident from the opening of the aperture plate 807, the first
The light beam is absorbed by an amount corresponding to the optical path length of the liquid, and the intensity of the light beam emitted from the first sealing plate 802 decreases uniformly.
【0040】一方、第1の液体に電圧を印加すると、界
面824の形状は電気毛管現象(エレクトロウエッティ
ング効果)で球面となる(図10(b))。そこで、絞
り板807の開口から入射した光束は、第1の液体の光
路長変化に応じた割合で吸収率も変化し、第1の封止板
802から射出する光束の強度は、中央から周辺に向か
って漸減し、その平均強度は同図(a)の場合よりも高
い。すなわち給電手段131の電圧制御によって界面8
24の形状を変えることにより、透過光量を自在に変え
られる光学素子が実現できる。また、第1及び第2の液
体の屈折率が等しく、入射した光束はその方向を変えず
に射出光の強度のみが変えられるため、入射光束の光量
を調節する絞り手段や、入射光束を透過・遮断する光シ
ャッタに用いることができる。On the other hand, when a voltage is applied to the first liquid, the shape of the interface 824 becomes spherical due to the electrocapillary phenomenon (electrowetting effect) (FIG. 10B). Therefore, the light flux incident from the aperture of the aperture plate 807 also changes the absorptance at a rate corresponding to the change in the optical path length of the first liquid, and the intensity of the light flux emitted from the first sealing plate 802 changes from the center to the periphery. , And the average intensity is higher than in the case of FIG. That is, the interface 8 is controlled by the voltage control of the power supply means 131.
By changing the shape of 24, an optical element that can freely change the amount of transmitted light can be realized. In addition, since the refractive indices of the first and second liquids are equal and only the intensity of the emitted light is changed without changing the direction of the incident light, the aperture means for adjusting the light quantity of the incident light, -Can be used for an optical shutter that blocks light.
【0041】なお、電気毛管現象(エレクトロウエッテ
ィング)による2液界面の変形原理は国際特許WO99
/18456に記載されており、本実施例の界面824
は、同特許の図6に記載された2液界面のポジションA
及びBに相当する。また、2液界面の変形による入射光
束の透過光量調節原理とその効果は、本出願人による特
願平11−169657号に記載されている。The principle of deformation of the two-liquid interface by the electrocapillary phenomenon (electrowetting) is described in International Patent WO99.
/ 18456, and the interface 824 of the present embodiment.
Is the position A of the two-liquid interface described in FIG. 6 of the patent.
And B. The principle and effect of adjusting the amount of transmitted light of the incident light beam due to deformation of the interface between the two liquids are described in Japanese Patent Application No. 11-169657 filed by the present applicant.
【0042】図11は、光学素子801を光学装置に応
用したものである。当実施例では、実施例1と同様に、
161は光学素子801の静電容量を検出する静電容量
検出手段であり、光学装置150は静止画像を撮像手段
で電気信号に光電変換し、これをデジタルデータとして
記録する、いわゆるデジタルスチルカメラを例として説
明する。なお、実施例1と同様なものについては、その
詳細な説明は省略する。430は複数のレンズ群からな
る撮影光学系で、第1レンズ群431、第2レンズ群4
32、第3レンズ群433で構成される。第1レンズ群
431の光軸方向の進退で、焦点調節がなされる。第2
レンズ群432の光軸方向の進退で、ズーミングがなさ
れる。第3レンズ群433は移動しないリレーレンズ群
である。そして、第2レンズ群432と第3レンズ群4
33の間に光学素子801が配置される。撮影光学系4
30の焦点位置(予定結像面)には、撮像手段144が
配置される。FIG. 11 shows an example in which the optical element 801 is applied to an optical device. In this embodiment, similar to the first embodiment,
Reference numeral 161 denotes a capacitance detection unit that detects the capacitance of the optical element 801. The optical device 150 is a so-called digital still camera that photoelectrically converts a still image into an electric signal by an imaging unit and records this as digital data. This will be described as an example. The detailed description of the same components as those in the first embodiment is omitted. An imaging optical system 430 includes a plurality of lens groups, and includes a first lens group 431 and a second lens group 4.
32, and a third lens group 433. Focus adjustment is performed by moving the first lens group 431 in the optical axis direction. Second
Zooming is performed by the reciprocation of the lens group 432 in the optical axis direction. The third lens group 433 is a relay lens group that does not move. Then, the second lens group 432 and the third lens group 4
The optical element 801 is disposed between the optical elements 33. Shooting optical system 4
An imaging unit 144 is arranged at the focal position 30 (planned imaging plane).
【0043】次に当実施例における光学素子801の作
用を説明する。自然界に存在する被写体の輝度のダイナ
ミックレンジは非常に大きく、これを所定範囲に収める
ために、通常は撮影光学系内部に機械式絞り機構を有
し、撮影光束の光量を調節している。しかしながら、機
械式絞り機構は小さくする事は困難で、かつ絞り開口部
が小さい小絞り状態では、絞り羽根端面による光線の回
折現象で、被写体像の解像力が低下する。そこで当実施
例では、光学素子801を前記機械式絞り機構を代用す
る可変NDフィルタとして用いることで、上記欠点を生
ずること無く、撮影光学系を通過する光量を適切に調節
する。Next, the operation of the optical element 801 in this embodiment will be described. The dynamic range of the luminance of a subject existing in the natural world is very large, and in order to keep the dynamic range within a predetermined range, a mechanical diaphragm mechanism is usually provided inside the photographing optical system to adjust the light amount of the photographing light beam. However, it is difficult to reduce the size of the mechanical aperture mechanism, and in a small aperture state where the aperture opening is small, the resolution of the subject image is reduced due to the diffraction phenomenon of light rays by the end face of the aperture blade. Therefore, in this embodiment, by using the optical element 801 as a variable ND filter that substitutes for the mechanical diaphragm mechanism, the amount of light passing through the photographing optical system is appropriately adjusted without causing the above-described disadvantage.
【0044】図12および図13は、図11に示した光
学装置150が有するCPU130の制御フロー図であ
る。以下、図11、図12および図13を用いて光学装
置150の制御フローを説明する。なお、実施例1と同
様な制御フローについてはその詳細な説明を省略する。
ステップS201では、撮影者によりメインスイッチ1
52がオン操作されたか否かを判別し、オン操作されて
いない時はステップS201に留まる。ステップS20
1でメインスイッチ152がオン操作されたと判定され
たら、CPU130はスリープ状態から脱してステップ
S202以降を実行する。ステップS202では、撮影
者による撮影条件の設定を受け付ける。FIGS. 12 and 13 are control flowcharts of the CPU 130 included in the optical device 150 shown in FIG. Hereinafter, a control flow of the optical device 150 will be described with reference to FIGS. 11, 12, and 13. FIG. A detailed description of the same control flow as in the first embodiment will be omitted.
In step S201, the main switch 1
It is determined whether or not 52 has been turned on, and if not, the process remains in step S201. Step S20
If it is determined in step 1 that the main switch 152 has been turned on, the CPU 130 exits the sleep state and executes step S202 and subsequent steps. In step S202, the photographer sets the photographing conditions.
【0045】ステップS203では、撮影者による撮影
準備スイッチ(フロー図では、SW1と表記)のオン操
作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない
時はS202に戻り、撮影条件設定の受付の判別を繰り
返す。ステップS203で撮影準備スイッチがオン操作
されたと判定されたら、ステップS211へ移行する。
ステップS211及びステップS212は実施例1と同
様なので、その説明を省略する。ステップS213で
は、前記ステップS212で判定した受光量が適正か否
かを判別する。そして当ステップで適正と認識された
ら、ステップS214に進む。一方ステップS213に
おいて、前記ステップS212で判定した受光量が適正
でないと判別されたら、ステップS221にジャンプす
る。In step S203, it is determined whether or not the photographer has turned on a photographing preparation switch (denoted by SW1 in the flowchart). If the ON operation has not been performed, the process returns to S202, and the determination of the reception of the shooting condition setting is repeated. If it is determined in step S203 that the shooting preparation switch has been turned on, the process proceeds to step S211.
Steps S211 and S212 are the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. In step S213, it is determined whether the amount of received light determined in step S212 is appropriate. If it is determined in this step that it is appropriate, the process proceeds to step S214. On the other hand, if it is determined in step S213 that the received light amount determined in step S212 is not appropriate, the process jumps to step S221.
【0046】ステップS221では、適正透過率を演算
し、演算終了後ステップS222の「印加電圧制御」の
サブルーチンへと進む。ステップS241では、上記ス
テップS221で演算した適正透過率を得るための駆動
電圧E0を演算し印加する。具体的には、CPU130
内のROMには各透過率に対応する駆動電圧E0および
検出電圧Esの関係がルックアップテーブル146とし
て記憶されているので、該テーブルを参照し、給電手段
131により、所定の駆動電圧E0を光学素子101に
印加する。静電容量検出手段161によりその時の検出
電圧ESRを検出し(S242)、E SRの値がCPU内の
ルックアップテーブル146で読み出したEsと等しい
か否かの判断をする(S243)。In step S221, an appropriate transmittance is calculated.
After completion of the calculation, the “applied voltage control”
Proceed to subroutine. In step S241, the above
Driving for obtaining proper transmittance calculated in step S221
Voltage E0Is calculated and applied. Specifically, the CPU 130
Drive voltage E corresponding to each transmittance0and
The relationship between the detection voltages Es is represented by a lookup table 146.
The table is referred to the power supply means.
131, a predetermined driving voltage E0To the optical element 101
Apply. Detection at that time by the capacitance detecting means 161
Voltage ESRIs detected (S242), and E SRIs the value of
Es is equal to Es read from lookup table 146
It is determined whether it is (S243).
【0047】ここで両者が一致していれば、ステップS
202へ戻り、不一致であればステップS251以降へ
移行する。なお、光学装置の性質によっては、ステップ
S243は実際の検出電圧ESRとルックアップテーブル
146上の値が全く一致だけではなくある程度の範囲を
持たせても良い。ステップS251では、検出電圧ESR
の値が所定範囲内か否かを判断し、範囲内であればステ
ップS252へ移行する。範囲外であれば光学素子10
1が故障していると判断し、ステップS261へ移行
し、表示器151に故障であることを表示し(S26
1)、撮影動作を中止する(S262)。なお光学装置
の性質によっては、ステップS151の範囲がもう少し
広くて狭くても良い。Here, if they match, step S
Returning to step 202, if they do not match, the process proceeds to step S251 and subsequent steps. Note that, depending on the properties of the optical device, in step S243, the actual detection voltage ESR and the value on the look-up table 146 may have a certain range as well as completely coincidence. In step S251, the detection voltage E SR
Is determined to be within a predetermined range, and if it is within the range, the process proceeds to step S252. If out of the range, the optical element 10
1 is determined to be faulty, the process proceeds to step S261, and the display 151 indicates that the fault has occurred (S26).
1) The photographing operation is stopped (S262). Note that the range of step S151 may be slightly wider or narrower depending on the properties of the optical device.
【0048】一方、ステップS252では、表示器15
1に警告を表示し、補正電圧Vを(2)式より演算し
(S253)、その演算結果によって補正電圧Vを給電
手段131より光学素子101に印加する(S25
4)。 On the other hand, in step S252, the display 15
1, a warning is displayed, the correction voltage V is calculated from the equation (2) (S253), and the correction voltage V is applied to the optical element 101 from the power supply means 131 based on the calculation result (S25).
4).
【0049】そしてステップS242へ戻る。つまり検
出電圧値ESRがROMのルックアップテーブル146よ
り呼び出した電圧Esと一致するまでステップS242
からS254を繰り返す。ステップS214からステッ
プS237までは実施例1及び実施例2と同様なのでそ
の説明を省略する。Then, the process returns to step S242. That step until the detected voltage value E SR matches the voltage Es of calling from a look-up table 146 of ROM S242
To S254 are repeated. Steps S214 to S237 are the same as those in the first and second embodiments, and a description thereof will be omitted.
【0050】以上説明したように、コンデンサ構造を有
する光学素子を組み込んだ光学装置において、光学素子
の静電容量を検出することで、所望の透過率を得るため
に光学素子への印加電圧を制御することができる。また
光学装置の故障を検知することが出来るという効果があ
る。なお、本実施例では光学装置の一例としてデジタル
スチルカメラを取り挙げたが、それ以外のビデオカメラ
や銀塩カメラ等にも効果を損なわずに適用できる事は言
うまでもない。As described above, in an optical device incorporating an optical element having a capacitor structure, by detecting the capacitance of the optical element, the voltage applied to the optical element is controlled to obtain a desired transmittance. can do. Further, there is an effect that a failure of the optical device can be detected. In this embodiment, a digital still camera is taken as an example of the optical device. However, it goes without saying that the present invention can be applied to other video cameras, silver halide cameras, and the like without impairing the effects.
【0051】[0051]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、電気毛管現象(エレクトロウエッティング)を利用
した光学素子の可変焦点の変化に対応した静電容量を、
静電容量検出電極を設けることなく、光学素子の駆動電
極を利用することで簡単な構成とすることができ、ま
た、静電容量変化が距離変化ではなく面積変化に対応し
ているので、精度良く検出することができ、その検出結
果に基づいて光学装置の諸動作を精度良く制御すること
ができる静電容量検出装置、および静電容量検出装置を
備えた光学装置を実現することができる。As described above, according to the present invention, the capacitance corresponding to the change of the variable focal point of the optical element utilizing the electrocapillary phenomenon (electrowetting) is calculated as follows.
By using the drive electrodes of the optical element without providing a capacitance detection electrode, a simple configuration can be achieved. In addition, since the capacitance change corresponds to the area change instead of the distance change, the accuracy can be improved. Thus, it is possible to realize a capacitance detection device capable of performing good detection and accurately controlling various operations of the optical device based on the detection result, and an optical device including the capacitance detection device.
【図1】本発明の実施例1の光学素子の構成を示す断面
図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an optical element according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施例1の光学素子に電圧を印加した
時の動作説明図である。FIG. 2 is an operation explanatory diagram when a voltage is applied to the optical element according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施例1に関わる静電容量検出手段お
よび給電手段の構成及び光学素子の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a configuration of an electrostatic capacitance detection unit and a power supply unit and an optical element according to the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の実施例1に関わる駆動電圧と検出電圧
の関係図である。FIG. 4 is a relationship diagram between a drive voltage and a detection voltage according to the first embodiment of the present invention.
【図5】本発明の実施例1に関わる給電手段の増幅器か
ら出力される電圧波形の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a voltage waveform output from an amplifier of a feeding unit according to the first embodiment of the present invention.
【図6】本発明の実施例1に関わる光学素子を組込んだ
光学装置の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of an optical device incorporating the optical element according to the first embodiment of the present invention.
【図7】本発明の実施例1に関わる光学装置の制御フロ
ー図である。FIG. 7 is a control flowchart of the optical device according to the first embodiment of the present invention.
【図8】本発明の実施例1に関わる光学装置の制御フロ
ー図である。FIG. 8 is a control flowchart of the optical device according to the first embodiment of the present invention.
【図9】本発明の実施例2に関わる光学素子の構成を示
す断面と、これを駆動する給電手段の構成を示す図であ
る。FIG. 9 is a diagram illustrating a cross section illustrating a configuration of an optical element according to a second embodiment of the present invention and a configuration of a power supply unit that drives the optical element.
【図10】本発明の実施例2に関わる光学素子への電圧
印加による界面の変形と、該変形による光学作用を説明
するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining deformation of an interface due to application of a voltage to an optical element according to the second embodiment of the present invention, and an optical action due to the deformation.
【図11】本発明の実施例2に関わる静電容量検出手段
および給電手段および光学素子を組込んだ光学装置の構
成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of an optical device incorporating a capacitance detection unit, a power supply unit, and an optical element according to a second embodiment of the present invention.
【図12】本発明の実施例2に関わる光学装置の制御フ
ロー図である。FIG. 12 is a control flowchart of an optical device according to a second embodiment of the present invention.
【図13】本発明の実施例2に関わる光学装置の制御フ
ロー図である。FIG. 13 is a control flowchart of the optical device according to the second embodiment of the present invention.
101・・・光学素子 102・・・透明基板 103・・・透明電極 104・・・絶縁層 107・・・絞り板 111・・・撥水膜 112・・・親水膜 113・・・親水膜 121・・・第1の液体 122・・・第2の液体 123・・・光軸 124・・・界面 125・・・棒状電極 130・・・CPU 131・・・給電手段 132・・・直流電源 133・・・DC/DCコンバータ 134、135・・・増幅器 140、430・・・撮影光学系 141、 431・・・第1レンズ群 142、 432・・・第2レンズ群 433・・・第3レンズ群 143・・・絞りユニット 144・・・撮像手段 145・・・画像信号処理手段 150・・・光学装置 151・・・表示器 152・・・メインスイッチ 153・・・ズームスイッチ 161・・・静電容量検出手段 162・・・LC直列共振回路 163・・・増幅器 164・・・AC/DC変換手段 801・・・光学素子 802・・・第1の封止板 803・・・電極リング 804・・・絶縁層 806・・・第2の封止板 811・・・撥水膜 812・・・親水膜 821・・・第1の液体 822・・・第2の液体 824・・・界面 825・・・棒状電極 101 optical element 102 transparent substrate 103 transparent electrode 104 insulating layer 107 diaphragm plate 111 water repellent film 112 hydrophilic film 113 hydrophilic film 121 ... 1st liquid 122 ... 2nd liquid 123 ... optical axis 124 ... interface 125 ... rod-shaped electrode 130 ... CPU 131 ... feeding means 132 ... DC power supply 133 ... DC / DC converters 134, 135 ... amplifiers 140, 430 ... photographing optical systems 141, 431 ... first lens groups 142, 432 ... second lens groups 433 ... third lenses Group 143 ... Aperture unit 144 ... Imaging unit 145 ... Image signal processing unit 150 ... Optical device 151 ... Display unit 152 ... Main switch 153 ... Zoom switch 16 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Capacitance detection means 162 ... LC series resonance circuit 163 ... Amplifier 164 ... AC / DC conversion means 801 ... Optical element 802 ... First sealing plate 803 ... An electrode ring 804 an insulating layer 806 a second sealing plate 811 a water-repellent film 812 a hydrophilic film 821 a first liquid 822 a second liquid 824 ..Interface 825: rod-shaped electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G03B 3/04 G03B 3/04 13/32 (72)発明者 能登 悟郎 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 2F065 AA02 AA06 LL10 2G028 AA05 BC04 CG07 DH04 EJ01 FK01 GL07 MS03 2G060 AA09 AE40 AF10 AG11 EA06 2H044 BF01 BF05 2H051 FA61 GB00 GB03 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme court ゛ (Reference) G03B 3/04 G03B 3/04 13/32 (72) Inventor Goro Noto 3-30 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo No. 2 F term in Canon Inc. (reference) 2F065 AA02 AA06 LL10 2G028 AA05 BC04 CG07 DH04 EJ01 FK01 GL07 MS03 2G060 AA09 AE40 AF10 AG11 EA06 2H044 BF01 BF05 2H051 FA61 GB00 GB03
Claims (14)
1の液体と互いに混合することのない第2の液体を、そ
れらの界面が所定の形状をなした状態で容器内に密閉
し、該容器に設けられた第1電極と第2電極間への電圧
印加による界面形状の変化によって光学的特性が変化す
る光学素子と、 前記界面形状を変化させるために前記電極に所定の電圧
を印加する給電手段、前記印加電圧を制御する制御手
段、および前記第1電極と第2電極間の静電容量を検出
する静電容量検出手段を有し、 前記静電容量検出手段によって前記光学素子の界面形状
変化に対応した静電容量を検出することを特徴とする光
学素子の静電容量検出装置。An electroconductive or polar first liquid and a second liquid which are not mixed with the first liquid are sealed in a container with their interfaces having a predetermined shape. An optical element whose optical characteristics change due to a change in the interface shape caused by application of a voltage between the first electrode and the second electrode provided in the container; and a predetermined voltage applied to the electrode to change the interface shape. Power supply means for applying voltage, control means for controlling the applied voltage, and capacitance detection means for detecting a capacitance between the first electrode and the second electrode, wherein the optical capacity is detected by the capacitance detection means. An electrostatic capacitance detecting device for an optical element, which detects an electrostatic capacitance corresponding to a change in an interface shape of the element.
1の液体と互いに混合することのない第2の液体を、そ
れらの界面が所定の形状をなした状態で容器内に密閉
し、該容器に設けられた第1電極と第2電極間への電圧
印加による界面形状の変化によって光学的特性が変化す
る光学素子と、前記界面の形状を変化させるために前記
電極に所定の電圧を印加する給電手段と、印加する前記
電圧を制御する制御手段と、前記第1電極及び第2電極
間の静電容量を検出する静電容量検出手段とを有するこ
とを特徴とする光学装置。2. A conductive or polar first liquid and a second liquid which are not mixed with the first liquid are sealed in a container with their interfaces having a predetermined shape. An optical element whose optical characteristics change due to a change in interface shape due to a voltage applied between a first electrode and a second electrode provided in the container; and a predetermined electrode on the electrode for changing the shape of the interface. An optical device comprising: a power supply unit that applies a voltage; a control unit that controls the applied voltage; and a capacitance detection unit that detects a capacitance between the first electrode and the second electrode. .
に基づいて焦点距離を制御することを特徴とする請求項
2に記載の光学装置。3. The optical device according to claim 2, wherein a focal length is controlled based on the capacitance detected by said capacitance detecting means.
を表示手段に表示することを特徴とする請求項2に記載
の光学装置。4. The optical device according to claim 2, wherein the capacitance detected by said capacitance detecting means is displayed on a display means.
に基づいて該静電容量の検出値が許容範囲内か否かを判
断し、前記光学素子に印加する電圧を制御することを特
徴とする請求項2に記載の光学装置。5. A method for controlling a voltage applied to said optical element by judging whether or not a detected value of said capacitance is within an allowable range based on the capacitance detected by said capacitance detecting means. The optical device according to claim 2, wherein:
静電容量検出手段で検出した静電容量に基づいて、該静
電容量の検出値が許容範囲内か否かを判断し、撮像記録
動作を制御することを特徴とする請求項2に記載の光学
装置。6. An apparatus according to claim 1, further comprising: a photographing optical system; and an image pickup recording unit, and judges whether a detected value of the capacitance is within an allowable range based on the capacitance detected by the capacitance detection unit. The optical device according to claim 2, wherein the optical device controls an image pickup recording operation.
が実質的に異なり、それらの界面が前記電圧の無印加時
に大きなR状をなした状態で、前記容器内に密閉されて
いることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記
載の光学装置。7. The first liquid and the second liquid have substantially different refractive indices, and are sealed in the container with their interfaces in a large R shape when the voltage is not applied. The optical device according to claim 1, wherein:
が実質的に等しく、それらの界面が前記電圧の無印加時
に略フラットの形状をなした状態で、前記容器内に密閉
されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1
項に記載の光学装置。8. The first liquid and the second liquid have substantially the same refractive index, and their interfaces are substantially flat when no voltage is applied. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein
The optical device according to Item.
から絶縁された第2の電極とからなり、該第1の電極が
前記第1の液体に導通するように設けられていることを
特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の光学装
置。9. An electrode comprising a first electrode and a second electrode insulated from the first liquid, wherein the first electrode is provided so as to be electrically connected to the first liquid. The optical device according to claim 1, wherein:
ら前記第1の液体に導通するように設けられていること
を特徴とする請求項9に記載の光学装置。10. The optical device according to claim 9, wherein the first electrode is provided so as to be electrically connected to the first liquid from a side surface of the container.
ら前記第1の液体に導通するように設けられていること
を特徴とする請求項9に記載の光学装置。11. The optical device according to claim 9, wherein the first electrode is provided so as to be electrically connected to the first liquid from an upper surface side of the container.
設けられていることを特徴とする請求項9に記載の光学
装置。12. The optical device according to claim 9, wherein the second electrode is provided on a side surface of the container.
って、前記第2の液体を取り囲むように配されているこ
とを特徴とする請求項12に記載の光学装置。13. The optical device according to claim 12, wherein the second electrode is a ring-shaped electrode and is disposed so as to surround the second liquid.
に向かって徐々に内径寸が大きくなる形状を有している
ことを特徴とする請求項13に記載の光学装置。14. The optical device according to claim 13, wherein the ring-shaped electrode has a shape whose inner diameter gradually increases in a light beam emitting direction.
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