JP4521920B2

JP4521920B2 - Capacitance detection device for optical element and optical device provided with capacitance detection device

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Publication number: JP4521920B2
Application number: JP2000058312A
Authority: JP
Inventors: 英利子川浪; 一朗大貫; 悟郎能登
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2020-03-03
Also published as: JP2001249262A

Description

【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。
【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。
【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。
【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、ＷＯ９９／１８４５６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。
【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。
【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。
【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）〜（７）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。
【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。
【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（ＩＴＯ）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１０４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１０６が接着固定され、更にその上面には中央部に直径Ｄ３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１０６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。
【００１０】
まず絶縁層１０４の中央上面には、直径Ｄ１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。
【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１１１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。
【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１２４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１２２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。
【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１０４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。
【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。
【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。
【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／ＤＣ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。
【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１３３、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ＣＰＵ１３０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。
【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。
【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１０１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１６２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。
【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Ｃ２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。
【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１４２、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１４３が配置されている。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【００２７】
ステップＳ１４１では、上記ステップＳ１２２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Ｅ_SRを検出し（Ｓ１４２）、Ｅ_SRの値がＣＰＵ１３０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Ｓ１５１では、検出電圧Ｅ_SR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（Ｓ１６２）。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も狭くても良い。
【００２８】
一方、ステップＳ１５２では、表示器１５１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（Ｓ１５４）。

【００２９】
そして、ステップＳ１４２へ戻る。つまり検出電圧値Ｅ_SR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Ｓ１４２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１５３のオン操作が終了した時点でステップＳ１０４へと移行する。
【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Ｓ１０４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。
【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。
【００３２】
ステップＳ１１３では、前記ステップＳ１１２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Ｓ１１５では、焦点検出手段１５５を用いて撮影光学系１４０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１４１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。
【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１４５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ＣＰＵ１３０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Ｓ１３３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（Ｓ１３６）、一連の撮影動作が終了する。
【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。
【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８０４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８０４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。
【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。
【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８２１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。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９０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。
【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８２４が変形する。
【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。
【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８２４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。
【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。
【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４３２、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４３３の間に光学素子８０１が配置される。撮影光学系４３０の焦点位置（予定結像面）には、撮像手段１４４が配置される。
【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。
【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１５２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Ｓ２０１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。
【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。
【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Ｅ_SR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）。
【００４７】
ここで両者が一致していれば、ステップＳ２０２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Ｓ２５１では、検出電圧Ｅ_SR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１０１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（Ｓ２６１）、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。
【００４８】
一方、ステップＳ２５２では、表示器１５１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（Ｓ２５４）。

【００４９】
そしてステップＳ２４２へ戻る。つまり検出電圧値Ｅ_SR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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a capacitance detection device for an optical element and an optical device including the capacitance detection device. For example, the capacitance has a capacitor structure by measuring the capacitance, and the capacitance is variable by applying a voltage. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance detection device for an optical element that detects a capacitance corresponding to a deformation amount of a variable focus lens using an element, for example, electrocapillarity (electrowetting), and an optical device including the capacitance detection device. .
[0002]
[Prior art]
Conventionally, among optical systems incorporated in optical devices such as a still camera and a video camera, most of the lenses (or lens groups) constituting the optical system are mechanically mechanically capable of changing the focal length. By moving in the optical axis direction, the focal length of the entire optical system is changed. Among them, various methods for detecting the focal length after the change have been proposed.
For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-150151, when a variable capacitor is formed by providing electrodes on the fixed barrel and the 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) Focusing on the fact that the capacitance of the capacitor changes due to relative movement, and detecting the focal length after movement by detecting the position of the lens based on the change in capacitance is known.
[0003]
In Japanese Patent Laid-Open No. 11-133210, a potential difference is applied between the first electrode and the conductive elastic plate, thereby generating a suction force by a Coulomb force to narrow the distance between the two. With the volume of the transparent liquid discharged from the liquid, it is possible to deform the central portion of the transparent elastic plate so as to protrude convexly against the transparent liquid. Then, a convex lens is formed by a transparent elastic plate deformed into a convex shape and a transparent liquid filling the space between the transparent plate, and a variable focus lens is constructed by adjusting the potential difference of the power of the convex lens. is doing.
A separate capacitance detection electrode is provided on the first electrode and the conductive elastic plate, which is the control means for the variable focus lens, and the focal length is measured by detecting the capacitance between the electrodes. Yes. The applied voltage for driving the variable focus lens is controlled based on the detected capacitance.
[0004]
On the other hand, a variable focus lens using electrocapillarity (electrowetting) is disclosed in WO99 / 18456. With this technology, electric energy can be directly used to change the shape of the lens formed by the interface between the first liquid and the second liquid, so that the lens can be made into a variable focus without mechanically moving the lens. Things will be possible.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional techniques described above have problems in the following points. For example, in the above-described Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-150151, it is necessary to provide an electrode for each of the fixed barrel and the movable barrel in order to form a focal length, that is, a capacitance. However, there are drawbacks in that it is difficult to manufacture and increases the manufacturing cost.
In Japanese Patent Laid-Open No. 11-133210, a capacitance detection electrode is separately provided on the first electrode that is a drive electrode of the optical element and the conductive elastic plate in order to detect the capacitance. Thereby, a variable capacitor is formed, and the capacitance at that time is detected by paying attention to the change in the distance between the first electrode and the conductive elastic plate. In this configuration, since the distance between the first electrode and the conductive elastic plate is small, it is difficult to detect the amount of change in capacitance.
In addition, in the above-mentioned WO99 / 18456, a technique for making optical power variable is disclosed, but there is no description of detecting a focal length based on capacitance, and a drive sequence when incorporated in an optical device, etc. Nothing is disclosed.
[0006]
Therefore, the present invention solves the above-described problems of the conventional ones, and has a simple configuration without providing a capacitance detection electrode with a capacitance corresponding to a change in the variable focus of an optical element utilizing electrocapillarity. It is possible to detect with high accuracy, and to provide a capacitance detection device capable of accurately controlling various operations of the optical device based on the detection result, and an optical device including the capacitance detection device. It is the purpose.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an electrostatic detection device for an optical element configured as described in (1) to ( 7 ) below, and an optical device provided with the detection device. is there.
(1) sealing a conductive or polar first liquid and a second liquid that is not mixed with the first liquid in a container in a state in which their interfaces form a predetermined shape; An optical element whose optical characteristics change due to a change in interface shape due to voltage application between the first electrode and the second electrode provided in the container;
Power supply means for applying a predetermined voltage to the electrode to change the interface shape, control means for controlling the applied voltage, and capacitance detection for detecting the capacitance between the first electrode and the second electrode Having means,
A capacitance detecting device for an optical element, wherein the capacitance detecting unit detects a capacitance corresponding to a change in an interface shape of the optical element.
(2) sealing the conductive or polar first liquid and the second liquid which is not mixed with the first liquid in a container in a state in which the interface forms a predetermined shape; An optical element whose optical characteristics change due to a change in interface shape caused by voltage application between the first electrode and the second electrode provided in the container; and a predetermined voltage applied to the electrode to change the shape of the interface. An optical apparatus comprising: a power supply unit to apply; a control unit to control the voltage to be applied; and a capacitance detection unit to detect a capacitance between the first electrode and the second electrode.
(3) The optical apparatus according to (2), wherein the focal length is controlled based on the capacitance detected by the capacitance detection means.
(4) The optical device according to claim 2, wherein the capacitance detected by the capacitance detection means is displayed on a display means.
(5) Based on the capacitance detected by the capacitance detection means, it is determined whether or not the detected value of the capacitance is within an allowable range, and the voltage applied to the optical element is controlled. The optical device according to (2) above.
(6) An imaging optical system and an imaging recording unit are provided. Based on the capacitance detected by the capacitance detection unit, it is determined whether the detected value of the capacitance is within an allowable range, and imaging is performed. The optical apparatus according to (2), wherein the recording operation is controlled.
(7) The first liquid and the second liquid are substantially different in refractive index, and are sealed in the container in a state in which their interface forms a large R shape when no voltage is applied. The optical device according to any one of the above (1) to (6) .
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the embodiment of the present invention, the above-described configuration is applied, and the interface shape change of the optical element is changed by the capacitance detecting means for detecting the capacitance between the first electrode and the second electrode of the optical element. By detecting the corresponding capacitance, it is possible to integrate the drive electrode and the capacitance detection electrode, and without providing a separate capacitance detection electrode, the electrostatic capacitance can be accurately detected with a simple configuration. Capacitance can be detected.
In addition, the above-described capacitance detecting device for the optical element is incorporated in the optical device, and a predetermined operation in the optical device is performed based on the capacitance detected by the capacitance detecting device. When a defect occurs in the optical element, the correction can be easily performed.
Further, as the predetermined operation, the focal length can be controlled, or the detection result of the detected capacitance is displayed on a display of information related to the optical system of the optical device. Such a configuration makes it possible to easily detect a failure or the like.
Further, by configuring means for determining whether or not the capacitance detection value is within an optical tolerance, 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 detection value of the capacitance is out of the range and prevent excessive recording.
[0009]
【Example】
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[Example 1]
FIGS. 1 to 8 are views related to Example 1 of the present invention, and FIGS. 1 and 2 are cross-sectional views showing the configuration of the optical element of this example.
The configuration and production method of the optical element of this embodiment 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 having a recess at the center. A transparent electrode (ITO) 103 made of indium tin oxide is formed on the upper surface of the transparent substrate 102 by sputtering, and an insulating layer 104 made of transparent acrylic is provided in close contact with the upper surface. The insulating layer 104 is formed by dropping a replica resin onto the center of the transparent electrode 103 and pressing it with a glass plate to smooth the surface, and then irradiating with UV irradiation and curing. A cylindrical container 105 having a light-shielding property is bonded and fixed to the upper surface of the insulating layer 104, and a cover plate 106 made of transparent acrylic is bonded and fixed to the upper surface. Further, the upper surface has a diameter D3 at the center. A diaphragm plate 107 having an opening is disposed. In the above configuration, a sealed space having a predetermined volume surrounded by the insulating layer 104, the container 105, and the upper cover 106, that is, a casing having a liquid chamber is formed. And the following surface treatment is given to the wall surface of a liquid chamber.
[0010]
First, a water repellent treatment agent is applied within the range of the diameter D1 to form a water repellent film 111 on the central upper surface of the insulating layer 104. The water repellent treatment agent is preferably a fluorine compound or the like. In addition, a hydrophilic treatment agent is applied to a range outside the diameter D1 on the upper surface of the insulating layer 104, and a hydrophilic film 112 is formed. As the hydrophilic agent, a surfactant, a hydrophilic polymer and the like are suitable. On the other hand, a hydrophilic film 113 having the same properties as the hydrophilic film 112 is formed on the lower surface of the cover plate 106 within the range of the diameter D2. All the constituent members described so far have a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis 123. Further, a hole is formed in a part of the container 105, and a rod-shaped electrode 125 is inserted therein and sealed with an adhesive to maintain the sealing property of the liquid chamber. A power feeding 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]
The liquid chamber having the above configuration is filled with the following two types of liquids. First, a predetermined amount of the second liquid 122 is dropped on the water repellent film 111 on the insulating layer 104. The second liquid 122 is colorless and transparent, and a silicone oil having a specific gravity of 1.06 and a refractive index of 1.49 at room temperature is used. On the other hand, the remaining space in the liquid chamber is filled with the first liquid 121. The first liquid 121 is an electrolytic solution having a specific gravity of 1.06 and a refractive index of 1.38 at room temperature, in which water and ethyl alcohol are mixed at a predetermined ratio, and a predetermined amount of electrolyte such as sodium chloride is added. That is, as the first and second liquids, liquids having the same specific gravity and insoluble in each other are selected. Therefore, both liquids form an interface 124, and they exist independently without being mixed.
[0012]
Next, the shape of the interface will be described. First, when no voltage is applied to the first liquid, the shape of the interface 124 includes the interface tension between the two liquids and the interface tension between the first liquid and the water-repellent film 111 or the hydrophilic film 112 on the insulating layer 104. It is determined by the interfacial tension between the second liquid and the water repellent film 111 or the hydrophilic film 112 on the insulating layer 104 and the volume of the second liquid. In this embodiment, the material is selected so that the interfacial tension between the silicone oil that is the material of the second liquid 122 and the water repellent film 111 is relatively small. That is, since the wettability between the two materials is high, the outer edge of the lenticular droplet formed by the second liquid 122 has a tendency to spread, and is stabilized when the outer edge coincides with the application region of the water repellent film 111. That is, the diameter A1 of the bottom surface of the lens 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 the radius of curvature and the height h 1 are determined by the volume of the second liquid 122. Further, the thickness of the first liquid on the optical axis is t1.
[0013]
In the above configuration, the optical element 101 has a capacitor structure in which the first liquid 121 is one electrode and the transparent electrode 103 is the other electrode. Here, since the water repellent film 111 and the hydrophilic film 112 are extremely thin, the presence thereof is ignored, the area of the portion where the first liquid 121 is in contact with the insulating layer 104 is S1, and the thickness of the insulating layer 104 is d. Then, the optical element 101 is a capacitor having an electrode plate area S1 and an inter-electrode gap d. When the area S1 changes with the deformation of the interface shape 124, the capacitor capacity also changes.
[0014]
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 decreases due to the electrocapillary phenomenon, and the first liquid becomes hydrophilic. It enters the hydrophobic film 122 over the boundary between the film 112 and 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, and the area increases from S1 to S2. Further, the thickness of the first liquid on the optical axis is t2. In this way, by applying a voltage to the first liquid 121, the balance of the interfacial tension between the two liquids changes, and the shape of the interface between the two liquids changes.
[0015]
In addition, since the first and second liquids have different refractive indexes, power as an optical lens is applied. Therefore, the optical element 101 is changed to a variable focus lens by changing the shape of the interface 124. Become.
Furthermore, the optical element 101 is energetically equivalent to a capacitor, and its capacitance is proportional to the area where the first liquid 121 is in contact with the insulating layer 104. Therefore, the capacitance of the optical element 101 changes due to a change in the shape of the interface 124, and the capacitance increases as the applied voltage increases.
Next, the configuration and creation method of the power feeding means used in this embodiment will be described with reference to FIGS.
[0016]
A central processing unit (hereinafter abbreviated as CPU) 130 controls the overall operation of the optical device 150, which will be described later, and is a single chip having ROM, RAM, EEPROM, A / D conversion function, D / A conversion function, and PWM function. It is a microcomputer. Reference numeral 131 denotes power supply means for applying a voltage to the optical element 101, and the configuration thereof will be described below.
132 is a DC power source such as a dry battery incorporated in the

optical device

150, 133 is a DC / DC converter that boosts the voltage output from the power source 132 to a desired voltage value in accordance with a control signal of the

CPU

130, and 134 and 135 are This is an amplifier that amplifies the signal level to a voltage level boosted by the DC / DC converter 133 in accordance with a control signal of the CPU 130, for example, a frequency / duty ratio variable signal for realizing the PWM function. The amplifier 134 is connected to the transparent electrode 103, which is the second electrode of the optical element 101, via the LC upright resonance circuit 162 of the capacitance detection means 161, which will be described later, and the amplifier 135 is the first electrode of the optical element 101. Each is connected to a rod-shaped electrode 125.
[0017]
That is, the output voltage of the power supply 132 is applied to the optical element 101 at a desired voltage value, frequency, and duty by the DC / DC converter 133, the amplifier 134, and the amplifier 135 according to the control signal of the CPU 130.
FIG. 5 is a diagram for explaining voltage waveforms output from the

amplifiers

134 and 135. In the following description, it is assumed that a voltage of 100 V is output from the DC / DC converter 133 to the

amplifiers

134 and 135, respectively.
As shown in FIG. 5A, the

amplifiers

134 and 135 are connected to the optical element 101, respectively. As shown in FIG. 5B, the amplifier 134 outputs a voltage having a rectangular waveform with a desired frequency and duty ratio in accordance with a control signal from the CPU 130. On the other hand, as shown in FIG. 5C, the amplifier 135 outputs a rectangular waveform voltage having the same frequency and the same duty ratio as the amplifier 134 in accordance with the control signal of the CPU 130. Thereby, the voltage applied between the transparent electrode 103 and the rod-shaped electrode 125 of the optical element 101 becomes a voltage having a rectangular waveform of ± 100 V, that is, an AC voltage as shown in FIG.
Therefore, an AC voltage is applied to the optical element 101 by the power supply means 131.
[0018]
Incidentally, since the effective value from the start of application of the voltage applied to the optical element 101 can be expressed as shown in FIG. 5E, the waveform of the AC voltage applied to the optical element 101 is shown in FIG. It will be expressed following.
In the above description, it has been described that a rectangular waveform voltage is output from the

amplifiers

134 and 135, but it goes without saying that a sine wave has the same configuration.
In the above description, the case where the power source 132 is incorporated in the optical device 150 has been described. However, an AC power may be applied to the optical element 101 by an external power source or a power feeding unit.
[0019]
Next, the configuration and detection method of the capacitance detection means of this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, an AC drive voltage E having a predetermined frequency f ₀ is applied to a rod-shaped electrode 125, which is the first electrode of the optical element 101 having an unknown capacitance, by a power supply means 131 having an output impedance Z _0. By applying ₀ , the current i ₀ flowing out from the transparent electrode 103 which is the second electrode of the optical element 101 flows into the LC series resonance circuit 162 having the impedance Zs. A detection voltage Es is generated at the midpoint. This detection voltage Es is proportional to the current i ₀ .
Then, the detection voltage Es at the midpoint 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 into a DC voltage by the AC / DC conversion means 164, and then sent to the CPU 130. Supply.
Here, a series resonance circuit is used as the capacitance detection means, but a parallel bridge or the like used in an LCR meter known as a capacitance detection device may be used.
[0020]
FIG. 4 shows the relationship between the drive voltage E ₀ and the detection voltage Es generated at the midpoint of the LC series resonance circuit 162. The capacitance is C1 <C2. Further, C = 0 in FIG. 4D is a graph showing the relationship between the drive voltage and the detection voltage when the circuit in FIG. 3 is short-circuited.
The optical element 101 is an element having a capacitor structure, and its capacitance is variable with respect to the applied voltage. The higher the applied voltage, the larger the capacitance.
When the drive voltage E ₀ 1 is applied from the power supply means 131, the interface shape 124 of the optical element 101 changes and the capacitance becomes C1, so the detection voltage becomes Es1.
Next, when E ₀ 2 whose driving voltage is larger than E ₀ 1 is applied, the interface shape 124 of the optical element 101 is further changed, so that the capacitance of the optical element 101 becomes C2, and 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]
FIG. 6 shows an application of the optical element 101 to an optical apparatus. In the present embodiment, the optical device 150 will be described by taking a so-called digital still camera as an example in which a still image is photoelectrically converted into an electrical signal by an imaging means and recorded as digital data.
Reference numeral 140 denotes a photographing optical system composed of a plurality of lens groups, and includes a first lens group 141, a second lens group 142, and an optical element 101. Focus adjustment is performed by the advance and retreat of the first lens group 141 in the optical axis direction. Zooming is performed by changing the power of the optical element 101. The second lens group 142 is a relay lens group that does not move. The optical element 101 is disposed between the first lens group 141 and the second lens group 142, and a diaphragm aperture diameter is adjusted between the first lens group 141 and the optical element 101 by a known technique. A diaphragm unit 143 for adjusting the amount of light flux is disposed.
[0022]
An imaging unit 144 is disposed at the focal position (planned imaging plane) of the photographing optical system 140. This is a photoelectric conversion means such as a two-dimensional CCD comprising a plurality of photoelectric conversion units for converting irradiated light energy into charges, a charge storage unit for storing the charges, and a charge transfer unit for transferring the charges and sending them to the outside. Is used.
An image signal processing circuit 145 A / D converts an analog image signal input from the imaging unit 144 and performs image processing such as AGC control, white balance, γ correction, and edge enhancement.
[0023]
Reference numeral 146 denotes a look-up table provided in 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. Thus, the voltage applied to the optical element 101 is controlled.
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 apparatus having a variable focus lens. Reference numeral 152 denotes a main switch for starting the CPU 130 from the sleep state to the program execution state, and reference numeral 153 denotes a zoom switch. The zoom switch performs a scaling operation described later according to the zoom switch operation of the photographer, thereby changing the focal length of the photographing optical system 140. 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 a shutter speed, and the like. Reference numeral 155 denotes a focus detection unit, which is preferably a phase difference detection type focus detection unit used in a single-lens reflex camera.
[0024]
A focus driving unit 156 includes an actuator and a driver circuit for moving the first lens group 141 back and forth in the optical axis direction. The focus driving unit 156 performs a focusing operation based on the focus signal calculated by the focus detection unit 155 to Adjust the condition. Reference numeral 157 denotes memory means for recording a photographed image signal. Specifically, a detachable PC card type flash memory or the like is preferable.
[0025]
7 and 8 are control flowcharts of the CPU 130 included in the optical device 150 shown in FIG. Hereinafter, the 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. When the main switch 152 has not been turned on, the standby mode is awaiting the operation of various switches. If it is determined in step S101 that the main switch 152 is turned on, the standby mode is canceled, and the process proceeds to the next step S102 and subsequent steps.
In step S102, setting of shooting conditions by the photographer is accepted. For example, setting of exposure control mode (shutter priority AE, program AE, etc.), image quality mode (number of recorded pixels, size of image compression rate, etc.), strobe mode (forced light emission, light emission inhibition, etc.), etc.
[0026]
In step S103, it is determined whether or not the zoom switch 153 has been operated by the photographer. If it is not turned on, the process proceeds to step S104. When the zoom switch 153 is operated here, the process proceeds to step S121. In step S121, the operation amount (operation direction, on time, etc.) of the zoom switch 153 is detected, the focal length change instruction value of the photographing optical system 140 is calculated based on the operation amount, and the changed focal length f is obtained. Calculate (S122). After completion of the calculation, the process proceeds to the “applied voltage control” subroutine of the next step S123.
[0027]
In step S141, applying calculates the driving voltage E ₀ for getting the focal length f calculated in step S122. Specifically, since the relationship between the drive voltage E ₀ and the detection voltage Es corresponding to each focal length f is stored in the ROM in the CPU 130 as a lookup table 146, the power supply unit 131 is referred to the table 146. Thus, 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 is read out Es equal determines whether a look-up table 146 in the CPU 130 (S143). If the two match, the process returns to step S102. If the two do not match, the process proceeds to step S151 and subsequent steps. Depending on the properties of the optical device, step S143 may have a certain range in addition to the fact that the actual detection voltage _ESR and the value on the lookup table 146 coincide with each other.
At step S151, the value of the detected voltage E _SR is determined whether within a predetermined range, the process proceeds as long as it is within the range to step S152. If it is out of the range, it is determined that the optical element 101 is out of order, the process proceeds to step S161, the display unit 151 displays that it is out of order (S161), and the photographing operation is stopped (S162). Depending on the nature of the optical device, the range of step S151 may be a little wider or narrower.
[0028]
On the other hand, in step S152, a warning is displayed on the display 151, 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 according to the calculation result (S154). ).

[0029]
Then, the process returns to step S142. That detection voltage value E _SR repeats S154 from step S142 to match the voltage Es which from calling the lookup table 147 of the ROM.
If the two match, the process returns to step S102. That is, when the zoom switch 153 is continuously operated, Steps S102 to S123 are repeatedly executed, and the process proceeds to Step S104 when the ON operation of the zoom switch 153 is completed.
[0030]
In step S104, it is determined whether or not the photographer has turned on the photographing preparation switch (denoted as SW1 in the flowchart of FIG. 7) in the operation switch group 154. If it is not turned on, 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. If it is determined in step S104 that the shooting preparation switch has been turned on, the process proceeds to step S111.
[0031]
In step S111, the imaging unit 144 and the signal processing circuit 145 are driven to obtain a preview image. The preview image is an image acquired before photographing in order to appropriately set the photographing condition of the final recording image and to allow the photographer to grasp the photographing composition.
In step S112, the light reception level of the preview image acquired in step S111 is recognized. Specifically, the highest, lowest and average output signal levels are calculated in the image signal output by the imaging unit 144, and the amount of light incident on the imaging unit 144 is recognized.
[0032]
In step S113, based on the amount of received light recognized in step S112, the aperture unit 143 provided in the photographing optical system 140 is driven to adjust the aperture diameter of the aperture unit 143 so that an appropriate amount of light is obtained.
In step S114, the preview image acquired in step S111 is displayed on the display 151. In step S115, the focus detection unit 155 is used to detect the focus state of the photographing optical system 140. In step S116, the focus driving unit 156 moves the first lens group 141 back and forth in the optical axis direction to perform a focusing operation. Thereafter, the process proceeds to step S117, and it is determined whether or not the photographing switch (denoted as SW2 in the flowchart) is turned on. When the on-operation is not 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 repeatedly performing the photographing preparation operation, the process jumps from step S117 to step S131.
[0033]
In step S131, imaging is performed. That is, the subject image formed on the image pickup unit 144 is photoelectrically converted, and charges proportional to the intensity of the optical image are accumulated in the charge accumulating unit near each light receiving unit. In step S132, the charge accumulated in step S131 is read through the charge transfer line, and the read analog signal is input to the signal processing circuit 145. In step S133, the signal processing circuit 145 performs A / D conversion on the input analog image signal, performs image processing such as AGC control, white balance, γ correction, and edge enhancement, and is stored in the CPU 130 as necessary. JPEG compression or the like is performed using the image compression program. In step S134, the image signal obtained in step S133 is recorded in the memory 157. At the same time, the preview image is once erased in step S135, and then the image signal obtained in step S133 is displayed again on the display 151. Thereafter, the power supply means 131 is controlled to turn off the voltage application to the optical element 101 (S136), and a series of photographing operations is completed.
[0034]
According to the first embodiment, the capacitance of the optical element having the capacitor structure can be detected using the drive electrode of the optical element. Further, since the capacitance change corresponds to the area change, not the distance change, the capacitance can be detected with high accuracy.
Further, in an optical device incorporating an optical element having a capacitor structure, the voltage applied to the optical element can be controlled in order to obtain a desired focal length by detecting the capacitance of the optical element. In addition, 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 an optical apparatus, but it goes without saying that the present invention can be applied to other video cameras, silver halide cameras, and the like without impairing the effect.
[0035]
[Example 2]
9 to 13 are diagrams related to the second embodiment of the present invention, and FIGS. 9 and 10 are explanatory diagrams related to the optical element and the power feeding means of the present embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of the optical element of the present embodiment and the structure of the power feeding 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 reference numeral 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 is gradually increased downward. An insulating layer 804 made of acrylic resin or the like is formed in close contact with the entire inner circumference of the electrode ring 803. Since the inner diameter of the insulating layer 804 is uniform, the thickness gradually increases downward. A water repellent treatment agent is applied to the lower side of the inner circumference of the insulating layer 804 to form a water repellent film 811, and a hydrophilic treatment agent is applied to the upper side of the inner circumference of the insulating layer 804, A hydrophilic film 812 is formed.
[0036]
Reference numeral 806 denotes a disc-shaped transparent acrylic or glass second sealing plate having a hole in a part thereof, and a rod-shaped electrode 825 is inserted therein and sealed with an adhesive. Reference numeral 807 denotes a diaphragm plate that limits the diameter of the light beam incident on the optical element 801, and 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 bonded and fixed to each other to form a sealed space of a predetermined volume surrounded by these members, that is, a casing having a liquid chamber. The This casing has a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis 823 except for the insertion portion of the rod-shaped electrode 825. The liquid chamber is filled with the following two types of liquids.
[0037]
First, the second liquid 822 is dropped on the bottom surface side of the liquid chamber by an amount such that the height of the liquid column is the same as that of the water repellent film 811 formation portion. 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. The first liquid 821 is an electrolyte having a specific gravity of 1.06 and a refractive index of 1.38 at room temperature, in which water and ethyl alcohol are mixed at a predetermined ratio, and a predetermined amount of electrolyte such as sodium chloride is added. Further, an achromatic water-soluble dye such as carbon black or a titanium oxide-based material is added to the first liquid 821. That is, as the first and second liquids, liquids having the same specific gravity and refractive index, different light absorption efficiency, and insoluble in each other are selected. Therefore, both liquids form an interface 824, and each liquid exists independently without being mixed. The shape of the interface 824 is determined by the balance between the three interfacial tensions acting on the outer edge of the interface 824, that is, the point where the three materials of the liquid chamber wall, the first liquid, and the second liquid intersect. In this embodiment, the materials of the water repellent film 811 and the hydrophilic film 812 are selected so that the contact angles of the first and second liquids with respect to the liquid chamber wall are both 90 degrees.
[0038]
Since 131 is a member having the same configuration and function as the power supply means 131 shown in FIG. The amplifier 134 of the power supply means 131 is connected to the metal ring 803, and the amplifier 135 is connected to the rod-shaped electrode 825. In this configuration, a voltage is applied to the first liquid 821 through the rod-shaped electrode 825, and the interface 824 is deformed by electrocapillarity (electrowetting effect).
[0039]
Next, the deformation of the interface 824 of the optical element 801 and the optical action caused by the deformation will be described with reference to FIG. First, when no voltage is applied to the first liquid 821, the shape of the interface 824 is flat as described above (FIG. 10A). Here, the second liquid is substantially transparent, but the first liquid has a predetermined light absorption efficiency due to the added light absorbing material. Therefore, when a light beam is incident from the aperture of the aperture plate 807, the light beam is absorbed by an amount corresponding to the optical path length of the first liquid, and the intensity of the light beam emitted from the first sealing plate 802 is uniformly reduced. .
[0040]
On the other hand, when a voltage is applied to the first liquid, the shape of the interface 824 becomes spherical due to electrocapillarity (electrowetting effect) (FIG. 10B). Therefore, the luminous flux incident from the aperture of the aperture plate 807 also changes in the absorption rate at a rate corresponding to the change in the optical path length of the first liquid, and the intensity of the luminous flux emitted from the first sealing plate 802 is from the center to The average intensity is gradually reduced toward that of FIG. That is, by changing the shape of the interface 824 by voltage control of the power supply means 131, an optical element that can freely change the amount of transmitted light can be realized. In addition, since the refractive indexes of the first and second liquids are equal and the incident light beam does not change its direction, only the intensity of the emitted light is changed. -It can be used for an optical shutter that shuts off.
[0041]
The deformation principle of the two-liquid interface by electrocapillarity (electrowetting) is described in International Patent WO99 / 18456, and the interface 824 of this example is the two-liquid interface described in FIG. Corresponds to positions A and B. The principle of adjusting the amount of transmitted light of an incident light beam by deformation of the two-liquid interface and its effect are described in Japanese Patent Application No. 11-169657 filed by the present applicant.
[0042]
FIG. 11 shows an application of the optical element 801 to an optical device. In this embodiment, as in the first embodiment, reference numeral 161 denotes a capacitance detection unit that detects the capacitance of the optical element 801. The optical device 150 photoelectrically converts a still image into an electrical signal by the imaging unit, and As an example, a so-called digital still camera will be described. In addition, the detailed description about the same thing as Example 1 is abbreviate | omitted.
An imaging optical system 430 includes a plurality of lens groups, and includes a first lens group 431, a second lens group 432, and a third lens group 433. Focus adjustment is performed by the advance and retreat of the first lens group 431 in the optical axis direction. Zooming is performed by the advance and retreat of the second lens group 432 in the optical axis direction. The third lens group 433 is a relay lens group that does not move. An optical element 801 is disposed between the second lens group 432 and the third lens group 433. An imaging unit 144 is disposed at the focal position (planned imaging plane) of the photographing optical system 430.
[0043]
Next, the operation of the optical element 801 in this embodiment will be described. The dynamic range of luminance of a subject existing in the natural world is very large, and in order to keep this within a predetermined range, a mechanical aperture mechanism is usually provided in the photographing optical system to adjust the amount of photographing light flux. However, it is difficult to make the mechanical diaphragm mechanism small, and in a small diaphragm state where the diaphragm aperture is small, the resolving power of the subject image is reduced due to the diffraction of light rays by the end face of the diaphragm blade. Therefore, in this embodiment, the optical element 801 is used as a variable ND filter that substitutes for the mechanical diaphragm mechanism, so that the amount of light passing through the photographing optical system is appropriately adjusted without causing the above-described drawbacks.
[0044]
12 and 13 are control flow charts of the CPU 130 included in the optical device 150 shown in FIG. Hereinafter, the control flow of the optical device 150 will be described with reference to FIGS. 11, 12, and 13. A detailed description of the control flow similar to that in the first embodiment is omitted.
In step S201, it is determined whether or not the main switch 152 is turned on by the photographer. If the main switch 152 is not turned on, the process stays in step S201. If it is determined in step S201 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, setting of shooting conditions by the photographer is accepted.
[0045]
In step S203, it is determined whether or not the photographing preparation switch (denoted as SW1 in the flowchart) is turned on by the photographer. When the on-operation is not performed, the process returns to S202, and the determination of accepting the photographing 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.
Since step S211 and step S212 are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
In step S213, it is determined whether or not the amount of received light determined in step S212 is appropriate.
If it is recognized as appropriate in this step, the process proceeds to step S214.
On the other hand, if it is determined in step S213 that the amount of received light determined in step S212 is not appropriate, the process jumps to step S221.
[0046]
In step S221, the appropriate transmittance is calculated, and after completion of the calculation, the process proceeds to the “applied voltage control” subroutine in step S222.
In step S241, applying calculates the driving voltage E ₀ for getting the proper transmittance calculated in step S221. Specifically, since the relationship between the drive voltage E ₀ and the detection voltage Es corresponding to each transmittance is stored as a lookup table 146 in the ROM in the CPU 130, the power supply unit 131 refers to this table and 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 (S242), the value of E _SR is a determination whether equal Es read in the look-up table 146 in the CPU (S243).
[0047]
If the two match, the process returns to step S202. If the two do not match, the process proceeds to step S251 and subsequent steps.
Depending on the properties of the optical device, step S243 may have a certain range in addition to the fact that the actual detection voltage _ESR and the value on the lookup table 146 coincide with each other. In step S251, the value of the detected voltage E _SR is determined whether within a predetermined range, the process proceeds as long as it is within the range to step S252. If it is out of the range, it is determined that the optical element 101 has failed, and the process proceeds to step S261, where the display 151 indicates that there is a failure (S261), and the photographing operation is stopped (S262). Depending on the properties of the optical device, the range of step S151 may be a little wider and narrower.
[0048]
On the other hand, in step S252, a warning is displayed on the display 151, the correction voltage V is calculated from 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 (S254). ).

[0049]
Then, the process returns to step S242. That detection voltage value E _SR repeats S254 from step S242 to match the voltage Es of calling from a look-up table 146 of ROM.
Steps S214 to S237 are the same as those in the first and second embodiments, and a description thereof will be omitted.
[0050]
As described above, in an optical device incorporating an optical element having a capacitor structure, the voltage applied to the optical element can be controlled in order to obtain a desired transmittance by detecting the capacitance of the optical element. it can. Moreover, 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 an optical apparatus, but it goes without saying that the present invention can be applied to other video cameras, silver halide cameras, and the like without impairing the effect.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the capacitance corresponding to the change of the variable focus of the optical element utilizing the electrocapillarity (electrowetting) can be obtained without providing the capacitance detection electrode. By using the drive electrode of the element, it can be a simple configuration,
In addition, since the capacitance change corresponds to the area change, not the distance change, the capacitance can be detected with high accuracy, and various operations of the optical device can be accurately controlled based on the detection result. An optical device provided with a detection device and a capacitance detection device can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical element according to Example 1 of the present invention.
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.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the configuration of the capacitance detection unit and the power feeding unit and the optical element according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a relationship diagram between a drive voltage and a detection voltage according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a voltage waveform output from an amplifier of a power feeding unit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of an optical device incorporating an optical element according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 7 is a control flowchart of the optical apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a control flow diagram of the optical apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical element according to Embodiment 2 of the present invention and a configuration of power feeding means for driving the optical element.
FIG. 10 is a diagram for explaining deformation of an interface due to application of a voltage to an optical element according to Embodiment 2 of the present invention, and an optical action by the deformation.
FIG. 11 is a configuration diagram of an optical device incorporating a capacitance detecting unit, a power feeding unit, and an optical element according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a control flow diagram of the optical apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a control flowchart of the optical apparatus according to the second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 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 ... first liquid 122 ... second liquid 123 ... optical axis 124 ... interface 125 ... rod electrode 130 ... CPU
131... Power supply means 132... DC power supply 133... DC /

DC converter

134, 135...

Amplifier

140, 430 .. photographing

optical system

141, 431. Second lens group 433 ... Third lens group 143 ... Aperture unit 144 ... Imaging means 145 ... Image signal processing means 150 ... Optical device 151 ... Display 152 ... Main switch 153 ... Zoom switch 161 ... Capacitance detection means 162 ... LC series resonance circuit 163 ... Amplifier 164 ... AC / DC conversion means 801 ... Optical element 802 ... No. 1 sealing plate 803 ... electrode ring 804 ... insulating layer 806 ... second sealing plate 811 ... water-repellent film 812 ... hydrophilic film 821 ... first liquid 822 ..Second Liquid 824 ... interface 825 ... bar electrode

Claims

The conductive or polar first liquid and the second liquid that does not mix with the first liquid are sealed in a container in a state where their interfaces form a predetermined shape. An optical element whose optical characteristics change due to a change in interface shape due to voltage application between the first electrode and the second electrode provided;
Power supply means for applying a predetermined voltage to the electrode to change the interface shape, control means for controlling the applied voltage, and capacitance detection for detecting the capacitance between the first electrode and the second electrode Having means,
A capacitance detecting device for an optical element, wherein the capacitance detecting unit detects a capacitance corresponding to a change in an interface shape of the optical element.

The conductive or polar first liquid and the second liquid that does not mix with the first liquid are sealed in a container in a state where their interfaces form a predetermined shape. An optical element whose optical characteristics change due to a change in interface shape caused by voltage application between the first electrode and the second electrode provided, and a power supply that applies a predetermined voltage to the electrode in order to change the shape of the interface An optical apparatus comprising: means; control means for controlling the applied voltage; and capacitance detection means for detecting capacitance between the first electrode and the second electrode.

The optical apparatus according to claim 2, wherein a focal length is controlled based on a capacitance detected by the capacitance detection unit.

3. The optical apparatus according to claim 2, wherein the capacitance detected by the capacitance detection unit is displayed on a display unit.

The voltage applied to the optical element is controlled by determining whether or not the detected value of the capacitance is within an allowable range based on the capacitance detected by the capacitance detection means. 2. The optical device according to 2.

An imaging optical system and an imaging recording unit; based on the capacitance detected by the capacitance detection unit, it is determined whether the detected value of the capacitance is within an allowable range; The optical device according to claim 2, wherein the optical device is controlled.

The first liquid and the second liquid have substantially different refractive indexes, and the interface between the first liquid and the second liquid is sealed in the container with a large R shape when no voltage is applied. The optical device according to any one of claims 1 to 6 .