JP2002228813A

JP2002228813A - 変位検出機能を備えた可変形状鏡

Info

Publication number: JP2002228813A
Application number: JP2001023187A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Ide; 隆之井出; Shinji Kaneko; 新二金子
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2021-01-31
Also published as: US7190500B2; US20020101646A1; JP4576058B2

Abstract

(57)【要約】【課題】反射面の形状を高精度に制御することを可能に
するため反射面の変位を検出することが可能な可変形状
鏡を提供すること。【解決手段】静電引力によって変形する反射面と上部電
極６を有する可撓性薄膜８と、該可撓性薄膜８に対向し
て配置された制御電極２とを備えた可変形状鏡の、前記
上部電極６と前記制御電極２との間の静電容量を検出し
て、前記反射面の変位を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電引力によって
変形する反射面と上部電極を有する可撓性薄膜と、該可
撓性薄膜に対向して配置された制御電極とを備えてい
て、該制御電極に印加する電圧を制御することにより前
記反射面を適宜変形させることが出来るように構成した
可変形状鏡の反射面の変位検出機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の可変形状鏡は、特開平２−１０
１４０２号公報等に開示されており、半導体製造技術を
利用した所謂MEMS(Micro Electro-Mechanical System)
技術を適用することにより、低コスト，高精度且つ超小
型に製作することが出来るため、光ピックアップ等のマ
イクロオプティックスに適用される微小な光学系や小型
の携帯機器などへの応用が期待されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
静電引力により形状を変化させる可変形状鏡において
は、その変化量は両電極間に働く静電引力と可撓性薄膜
の張力との釣り合いで決まるが、最適な形状に変化させ
るためには、高電圧（通常のICデバイス等に比較して高
電圧であるという意味）を広範囲に亘って安定に制御す
る必要がある。特にこのような可変形状鏡を超小型の器
機に適用する場合、電源としては電池などのように低容
量低電圧のものしかない場合が多く、このような低容量
低電圧源から高電圧源を作るのは圧電トランスなどの電
圧変換素子の小型化に伴い容易に実現することは出来る
ものの、このような昇圧方法で高電圧を広範囲に亘って
安定且つ高精度に制御することは、非常に困難である。

【０００４】本発明は、従来技術の有するこのような問
題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、可変形状鏡の反射面の変位を検出してこれをフィ
ードバックすることにより、可変形状鏡の形状を高精度
に制御することを可能にする可変形状鏡を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決すための手段】上記目的を達成するため、
本発明による変位検出機能を備えた可変形状鏡は、静電
引力によって変形する反射面と上部電極を有する可撓性
薄膜と、該可撓性薄膜に対向して配置された制御電極と
静電容量検出電極を備えた可変形状鏡において、前記上
部電極と前記静電容量検出電極との間の静電容量から前
記反射面の変位を算出し得るように構成したことを特徴
としている。この構成により、非接触で変位が検出でき
るため可変形状鏡に影響を与えることがなく、しかも他
に検出機構を設けることなく変位量を検出することが出
来る。本発明による変位検出機能を備えた可変形状鏡
は、前記制御電極と前記静電容量検出電極とを兼用した
ことを特徴としている。この構成により、可変形状鏡の
構造上何の変更を加えることなしに変位検出を行うこと
が出来る。また、本発明による変位検出機能を備えた可
変形状鏡は、前記制御電極と前記静電容量検出電極と
を、同一層に別々に形成したことを特徴としている。こ
の構成により、制御電極の形状に関係なく変位検出電極
部の変位をピンポイントで検出することが出来る。ま
た、本発明による変位検出機能を備えた可変形状鏡は、
前記制御電極と前記静電容量検出電極とを、異なる層に
別々に形成したことを特徴としている。この構成によ
り、可変反射鏡を変形させる定電圧と変位を検出する高
周波電源とを別にすることが出来る。また、本発明によ
る変位検出機能を備えた可変形状鏡は、前記反射面を変
形させる定電圧に、前記反射面の共振周波数よりも遥に
高い周波数を有する前記静電容量を検出するための高周
波電圧を重畳すると共に、前記上部電極の接地側に抵抗
を接続して、該抵抗を介して流れる電流の位相と振幅か
ら前記反射面の変位量を検出し得るようにしたことを特
徴としている。この構成により、電圧印加電極と静電容
量検出電極を兼用させることが出来る。また、本発明に
よる変位検出機能を備えた可変形状鏡は、前記の静電容
量検出電極に前記反射面の共振周波数よりも遥に高い周
波数の高周波電圧を印加すると共に、前記上部電極の接
地側に抵抗を接続して、該抵抗を介して流れる電流の位
相と振幅から前記反射面の変位量を検出し得るようにし
たことを特徴としている。この構成により、高電圧制御
回路と高周波電源を分離することが出来る。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
した実施例に基づき説明する。図１は本発明に係る可変
形状鏡の第１実施例と静電容量検出回路を含む電子回路
部を備えた、反射面兼上部電極を含む上部基板と電圧制
御回路及び高周波重畳回路を含む電子回路部を備えた、
静電容量検出電極を兼ねた制御電極を含む下部基板とを
離間させて示した斜視図、図２は図１のII-IIに沿う断
面図、図３は上記電子回路部に備えられた電圧制御回
路、高周波重畳回路及び静電容量検出回路と上部電極及
び制御電極との相互の接続関係を略示したブロック図、
図４は電圧制御回路の一例を示す配線図、図５は本発明
に係る高周波重畳回路及び静電容量検出回路の上記一実
施例の等価回路図である。

【０００７】図１及び図２において、１は制御電極２と
電子回路部３と複数の外部リード電極４と絶縁膜１´を
備えた下部基板、５は外部リード電極７と電子回路部１
０を備え、反射面兼上部電極６を含む可撓性薄膜８と該
薄膜８を図２に示す如く支持する上部基板である。図３
において、９は高電圧源９aとリファレンス電圧９ｂと
を備えていて制御電極２に印加される定電圧１０ａを制
御する電圧制御回路、１０は定電圧１０aと高周波電源
１０ｂとを備えていて定電圧１０aに静電容量を検出す
る高周波を重畳する高周波重畳回路、６Ａは制御電極２
と上部電極６との間の静電容量の変化を検出する静電容
量検出回路である。なお、上記下部基板、上部基板、電
圧制御回路、高周波重畳回路及び静電容量検出回路は何
れも周知の半導体製造技術を利用して製作され、電圧制
御回路及び高周波重畳回路は同技術を用いて電子回路部
３にまとめて下部基板１と一体に製作され、静電容量検
出回路は同技術を用いて電子回路部１０に上部基板５と
一体に製作され得る。

【０００８】図４において、９Aは高電圧源9aに接続さ
れていて負荷抵抗R2及びR3に流れる制御電流Isを制御す
る制御素子、９Bは制御素子９Aの駆動電流Idを制御する
駆動素子、９Cは＋端子９cに印加されるリファレンス電
圧Vrefと−端子に印加される出力電圧Voutを負荷抵抗R2
及びR3で分圧して得られるモニター電圧Vmとを入力とし
て駆動素子９Bの駆動量を制御する差動増幅器である。
図５において、１０は高周波重畳回路の等価回路であ
る。また、６ｂは＋電極が接地され−電極が抵抗R4を介
して上部電極６に接続された差動増幅器である。これら
抵抗R4、R5および増幅器６ｂにより電流−電圧変換がな
され、静電容量検出出力端６ａからは電圧が出力され
る。

【０００９】次に、上記装置の作用を説明する。図１及
び２を参照して、高電圧源9ａは１００ボルト程度の定
電圧源であり、リファレンス電圧（Vref）９ｂは５ボル
ト程度の可変電圧であって、これらの電圧は外部リード
電極４に印加され、電圧制御回路９へ供給される。そし
て、この電圧制御回路９からリファレンス電圧Vrefに対
応して制御された高電圧１０aに高周波電源１０ｂが重
畳され制御電極２に印加され、上部電極６との間に生じ
る静電引力により反射面の形状が変化する。また、リフ
ァレンス電圧Vrefを変えることにより上部電極及び反射
面６の変形量（変位量）を制御することが出来る。ま
た、高周波を上部電極及び反射面の機械的共振周波数よ
りも遥かに高い周波数にすることで重畳された高周波は
変形量（変位量）に対して何ら影響を与えない。

【００１０】この場合、制御電極２と上部電極６はコン
デンサと等価になり、これら両電極間には、高周波重畳
回路１０により高電圧１０aに反射面の機械的共振周波
数よりも遥に高い周波数の高周波電源１０bが重畳され
印加されているため電流が流れる。また、上部電極６は
抵抗R4を通して接地されているのと等価になる。つま
り、制御電極２と上部電極６からなるコンデンサと抵抗
R4の直列回路となるので、コンデンサの静電容量が変化
すると抵抗R4を流れる電流の振幅および位相が変化す
る。換言すると、この電流の振幅変化や位相変化から制
御電極２と上部電極６との間の静電容量を知ることが出
来る。この静電容量は制御電極２と上部電極６との間の
距離に反比例するので、結局は両電極間の距離即ち反射
面の変位を検出できる結果となる。従って、静電容量検
出回路６Ａの静電容量検出出力６ａで検出された静電容
量の変化量から反射面６の変形量（変位量）を算出する
ことができ、延いては変形した反射面６の形状を常時モ
ニターすることが可能となる。

【００１１】この実施例によれば、非接触状態で反射面
単体の変位を検出することが出来るので、反射面の形状
に何らの影響も及ぼさないという利点がある。また、反
射面側に付加的な構成をとる必要がないので、反射面に
歪みなどを生じさせる心配はない。更に、レーザ変位計
やインピーダンス変調型の検出器等他の検出器を用いる
必要がなく、廉価に製作することが出来る。また、変位
を反射像等から検出する場合は反射像を取得しそれを解
析するために他に検出機構を設けなければならないが、
本発明実施例によれば、可変形状鏡単体で検出すること
ができる。

【００１２】また、この実施例によれば、制御電極と静
電容量（変位）検出電極とが兼用されているから、可変
形状鏡の構造を変更することなく検出を行うことがで
き、更に、反射面を変形させるための定電圧に静電容量
を検出するための高周波電圧を重畳させ、上部電極兼反
射面側で抵抗を通して電流をモニターし、且つ電流の位
相及び振幅により上部電極と制御電極との間の静電容量
即ち反射面の変位を検出するようにしているから、装置
全体を簡素に構成することが出来る。

【００１３】図６乃至図８は本発明の第２実施例を示し
ており、図６（a）は下部基板の平面図、図６（b）は図
６（a）のVI-VI線断面図、図７は定電圧と高周波電源を
一体に構成した場合の各要素の接続を示す等価回路図、
図８は定電圧と高周波電源を別体に構成した場合の各要
素の接続を示す等価回路図である。図において、上記実
施例と実質上同一の構成要素には同一符号を付し、それ
らについての説明は省略されている。

【００１４】この実施例は、図示の如く下部基板１上に
絶縁膜１´を介して制御電極２と静電容量検出電極２´
とが別々に同一層に形成されていて、定電圧１０aと高
周波電源１０bとが一体に構成されている（図７）か、
定電圧１０aと高周波電源１０bとが別体に構成されてい
る（図８）点で、第１実施例と異なる。作用は、第１実
施例の場合と同様であるので、説明を省略する。この実
施例によれば、静電容量検出電極２´を1つのみ形成す
ることで制御電極２の形状に関係なく静電容量検出電極
２´位置の変位をピンポイントで検出することが出来
る。また、静電容量検出電極２´を複数形成し、順次高
周波を印加することで複数の位置の変位をピンポイント
で検出することが出来るという利点がある。また、図８
のように高電圧と高周波電源を別々に構成することで、
高周波重畳回路を省略することができ、より簡単な構成
となる。

【００１５】図９及び図１０は本発明の第３実施例を示
しており、図９（a）は下部基板の平面図、図９（b）は
図９（a）のIX-IX線断面図、図１０は各要素の接続を示
す等価回路図である。図９及び図１０において、既述の
実施例と実質上同一の構成要素には同一符号を付し、そ
れらについての説明は省略されている。

【００１６】この実施例は、図９（b）に示す如く下部
基板１上に絶縁膜１´を介して制御電極２と静電容量検
出電極２´とが別々に違う層に形成されていて、定電圧
１０aと高周波電源１０bとが別に構成されて並列に接続
されている（図１０）点で、既述の何れの実施例とも異
なる。この実施例では、可変形状鏡を構成する制御電極
に抵抗を介して高電圧が印加されているため、静電容量
検出電極２´に高周波電圧が印加されると制御電極の電
位が変化する。この変化が上部電極を通して静電容量検
出回路で電流変化としてモニターされる。この電流の位
相及び振幅により静電容量即ち反射面の変位が検出され
る。この実施例によれば、反射面を変形させるための定
電圧と静電容量を検出するための高周波電源を別に構成
しているので、高電圧の制御回路と静電容量検出回路と
を分離することができるため、高周波重畳回路を省略す
ることができ、より簡単な構成となり、回路配置の自由
度が増すという利点がある。

【００１７】次に、本発明に係る反射面の検出装置を適
用し得る可変形状鏡の各種構成例について説明する。

【００１８】図１１は本発明を適用し得る可変形状鏡の
他の例を用いたデジタルカメラのケプラー式ファインダ
ーの概略構成図である。もちろん、この可変形状鏡は銀
塩フィルムカメラにも使える。まず、この可変形状鏡１
１について説明する。

【００１９】可変形状鏡１１は、アルミコーティングさ
れた薄膜（反射面）１１ａと複数の電極１１ｂからなる
光学特性可変形状鏡（以下、単に可変形状鏡と言う）で
あり、１２は各電極１１ｂにそれぞれ接続された複数の
可変抵抗器、１３は可変抵抗器１４と電源スイッチ１５
を介して薄膜１１ａと電極１１ｂ間に接続された電源、
１６は複数の可変抵抗器１２の抵抗値を制御するための
演算装置、１７，１８及び１９はそれぞれ演算装置１６
に接続された温度センサー、湿度センサー及び距離セン
サーで、これらは図示のように配設されて１つの光学装
置を構成している。

【００２０】なお、対物レンズ２０、接眼レンズ２１、
プリズム２２、二等辺直角プリズム２３、ミラー２４及
び可変形状鏡１１の各面は、平面でなくてもよく、球
面、回転対称非球面の他、光軸に対して偏心した球面、
平面、回転対称非球面、あるいは、対称面を有する非球
面、対称面を１つだけ有する非球面、対称面のない非球
面、自由曲面、微分不可能な点又は線を有する面等、い
かなる形状をしていてもよく、さらに、反射面でも屈折
面でも光に何らかの影響を与え得る面ならばよい。以
下、これらの面を総称して拡張曲面という。

【００２１】また、薄膜１１ａは、例えば、P.Rai-chou
dhury編、Handbook ofMichrolithography, Michromachi
ning and Michrofabrication,Volume 2:Michromachinin
g and Michrofabrication,P495,Fig.8.58, SPIE PRESS
刊やOptics Communication, 140巻（1997年）P187〜190
に記載されているメンブレインミラーのように、複数の
電極１１ｂとの間に電圧が印加されると、静電気力によ
り薄膜１１ａが変形してその面形状が変化するようにな
っており、これにより、観察者の視度に合わせたピント
調整ができるだけでなく、さらに、レンズ２１，２０及
び／又はプリズム２２、二等辺直角プリズム２３、ミラ
ー２４の温度や湿度変化による変形や屈折率の変化、あ
るいは、レンズ枠の伸縮や変形及び光学素子、枠等の部
品の組立誤差による結像性能の低下が抑制され、常に適
正にピント調整並びにピント調整で生じた収差の補正が
行われ得る。なお、電極１１ｂの形は、例えば図１３，
１４に示すように、薄膜１１ａの変形のさせ方に応じて
選べばよい。

【００２２】本例によれば、物体からの光は、対物レン
ズ２０及びプリズム２２の各入射面と射出面で屈折さ
れ、可変形状鏡１１で反射され、プリズム２２を透過し
て、二等辺直角プリズム２３でさらに反射され（図１１
中、光路中の＋印は、紙面の裏側へ向かって光線が進む
ことを示している）、ミラー２４で反射され、接眼レン
ズ２１を介して眼に入射するようになっている。このよ
うに、レンズ２１，２０、プリズム２２，２３、及び可
変形状鏡１１によって、本例の光学装置の観察光学系を
構成しており、これらの各光学素子の面形状と肉厚を最
適化することにより、物体面の収差を最小にすることが
できるようになっている。

【００２３】すなわち、反射面としての薄膜１１ａの形
状は、結像性能が最適になるように演算装置１６からの
信号により各可変抵抗器１４の抵抗値を変化させること
により制御される。すなわち、演算装置１６へ、温度セ
ンサー１７、湿度センサー１８及び距離サンサー１９か
ら周囲温度及び湿度並びに物体までの距離に応じた大き
さの信号が入力され、演算装置１６は、これらの入力信
号に基づき周囲の温度及び湿度条件と物体までの距離に
よる結像性能の低下を補償すべく、薄膜１１ａの形状が
決定されるような電圧を電極１１ｂに印加するように、
可変抵抗器１４の抵抗値を決定するための信号を出力す
る。このように、薄膜１１ａは電極１１ｂに印加される
電圧すなわち静電気力で変形させられるため、その形状
は状況により非球面を含む様々な形状をとり、印加され
る電圧の極性を変えれば凸面とすることもできる。な
お、距離センサー１９はなくてもよく、その場合、固体
撮像素子２５からの像の信号の高周波成分が略最大にな
るように、デジタルカメラの撮像レンズ２６を動かし、
その位置から逆に物体距離を算出し、可変形状鏡を変形
させて観察者の眼にピントが合うようにすればよい。

【００２４】また、薄膜１１ａをポリイミド等の合成樹
脂で製作すれば、低電圧でも大きな変形が可能であるの
で好都合である。なお、プリズム２２と可変形状鏡１１
を一体的に形成してユニット化することができる。

【００２５】また、図示を省略したが、可変形状鏡１１
の基板上に固体撮像素子２５をリソグラフィープロセス
により一体的に形成してもよい。

【００２６】また、レンズ２１，２０、プリズム２２，
２３、ミラー２４は、プラスチックモールド等で形成す
ることにより任意の所望形状の曲面を容易に形成するこ
とができ、製作も簡単である。なお、本例の撮像装置で
は、レンズ２１，２０がプリズム２２から離れて形成さ
れているが、レンズ２１，２０を設けることなく収差を
除去することができるようにプリズム２２，２３、ミラ
ー２４、可変形状鏡１１を設計すれば、プリズム２２，
２３、可変形状鏡１１は１つの光学ブロックとなり、組
立が容易となる。また、レンズ２１，２０、プリズム２
２，２３、ミラー２４の一部あるいは全部をガラスで作
製してもよく、このように構成すれば、さらに精度の良
い撮像装置が得られる。

【００２７】なお、図１１の例では、演算装置１６、温
度センサー１７、湿度センサー１８、距離センサー１９
を設け、温湿度変化、物体距離の変化等も可変形状鏡１
１で補償するようにしたが、そうではなくてもよい。つ
まり、演算装置１６、温度センサー１７、湿度センサー
１８、距離センサー１９を省き、観察者の視度変化のみ
を可変形状鏡１１で補正するようにしてもよい。

【００２８】次に、可変形状鏡１１の別の構成について
述べる。

【００２９】図１２は本発明を適用し得る可変形状鏡１
１の他の例を示しており、この例では、薄膜１１ａと電
極１１ｂとの間に圧電素子１１ｃが介装されていて、こ
れらが支持台２７上に設けられている。そして、圧電素
子１１ｃに加わる電圧を各電極１１ｂ毎に変えることに
より、圧電素子１１ｃに部分的に異なる伸縮を生じさせ
て、薄膜１１ａの形状を変えることができるようになっ
ている。電極１１ｂの形は、図１３に示すように、同心
分割であってもよいし、図１４に示すように、矩形分割
であってもよく、その他、適宜の形のものを選択するこ
とができる。図１２中、２８は演算装置１６に接続され
た振れ（ブレ）センサーであって、例えばデジタルカメ
ラの振れを検知し、振れによる像の乱れを補償するよう
に薄膜１１ａを変形させるべく、演算装置１６及び可変
抵抗器１２を介して電極１１ｂに印加される電圧を変化
させる。このとき、温度センサー１７、湿度センサー１
８及び距離センサー１９からの信号も同時に考慮され、
ピント合わせ、温湿度補償等が行われる。この場合、薄
膜１１ａには圧電素子１１ｃの変形に伴う応力が加わる
ので、薄膜１１ａの厚さはある程度厚めに作られて相応
の強度を持たせるようにするのが良い。

【００３０】図１５は本発明を適用し得る可変形状鏡１
１の更に他の実施例を示している。この例は、薄膜１１
ａと電極１１ｂの間に介置される圧電素子が逆方向の圧
電特性を持つ材料で作られた２枚の圧電素子１１ｃ及び
１１ｃ’で構成されている点で、図１２に示された例と
は異なる。すなわち、圧電素子１１ｃと１１ｃ’が強誘
電性結晶で作られているとすれば、結晶軸の向きが互い
に逆になるように配置される。この場合、圧電素子１１
ｃと１１ｃ’は電圧が印加されると逆方向に伸縮するの
で、薄膜１１ａを変形させる力が図１２に示した例の場
合よりも強くなり、結果的にミラー表面の形を大きく変
えることができるという利点がある。

【００３１】圧電素子１１ｃ，１１ｃ’に用いる材料と
しては、例えばチタン酸バリウム、ロッシエル塩、水
晶、電気石、リン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）、リン酸
二水素アンモニウム（ＡＤＰ）、ニオブ酸リチウム等の
圧電物質、同物質の多結晶体、同物質の結晶、ＰｂＺｒ
Ｏ₃とＰｂＴｉＯ₃の固溶体の圧電セラミックス、二フッ
化ポリビニール（ＰＶＤＦ）等の有機圧電物質、上記以
外の強誘電体等があり、特に有機圧電物質はヤング率が
小さく、低電圧でも大きな変形が可能であるので、好ま
しい。なお、これらの圧電素子を利用する場合、厚さを
不均一にすれば、上記の例において薄膜１１ａの形状を
適切に変形させることも可能である。

【００３２】また、圧電素子１１ｃ，１１ｃ’の材質と
しては、ポリウレタン、シリコンゴム、アクリルエラス
トマー、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ポリフッ化ビニリデン（Ｐ
ＶＤＦ）等の高分子圧電体、シアン化ビニリデン共重合
体、ビニリデンフルオライドとトリフルオロエチレンの
共重合体等が用いられる。圧電性を有する有機材料や、
圧電性を有する合成樹脂、圧電性を有するエラストマー
等を用いると可変形状鏡面の大きな変形が実現できてよ
い。

【００３３】なお、図１２、１６の圧電素子１１ｃに電
歪材料、例えば、アクリルエラストマー、シリコンゴム
等を用いる場合には、図１２に破線で示すように、圧電
素子１１ｃを別の基板１１ｃ−１と電歪材料１１ｃ−２
を貼り合わせた構造にしてもよい。

【００３４】図１６は本発明を適用し得る可変形状鏡１
１の更に他の例を示している。この例では、圧電素子１
１ｃが薄膜１１ａと電極１１ｄとにより挟持され、薄膜
１１ａと電極１１ｄ間に演算装置１６により制御される
駆動回路２９を介して電圧が印加されるようになってお
り、さらにこれとは別に、支持台２７上に設けられた電
極１１ｂにも演算装置１６により制御される駆動回路２
９を介して電圧が印加されるように構成されている。し
たがって、この例では、薄膜１１ａは電極１１ｄとの間
に印加される電圧と電極１１ｂに印加される電圧による
静電気力とにより二重に変形され得、上記の例に示した
何れのものよりもより多くの変形パターンが可能であ
り、かつ、応答性も速いという利点がある。

【００３５】そして、薄膜１１ａ、電極１１ｄ間の電圧
の符号を変えれば、可変形状鏡を凸面にも凹面にも変形
させることができる。その場合、大きな変形を圧電効果
で行ない、微細な形状変化を静電気力で行なうようにし
てもよい。また、凸面の変形には圧電効果を主に用い、
凹面の変形には静電気力を主に用いるようにしてもよ
い。なお、電極１１ｄは電極１１ｂのように複数の電極
から構成されてもよい。この様子を図１６に示した。な
お、ここでは、圧電効果と電歪効果、電歪をすべてまと
めて圧電効果と述べている。従って、電歪材料も圧電材
料に含むものとする。

【００３６】図１７は本発明を適用し得る可変形状鏡１
１の更に他の例を示している。この例は、電磁気力を利
用して反射面の形状を変化させ得るようにしたもので、
支持台２７の内部底面上には永久磁石３０が、頂面上に
は窒化シリコン又はポリイミド等からなる基板１１ｅの
周縁部が載置固定されており、基板１１ｅの表面にはア
ルミニウム等の金属コートで作られた薄膜１１ａが付設
されていて、可変形状鏡１１を構成している。基板１１
ｅの下面には複数のコイル３１が配設されており、これ
らのコイル３１はそれぞれ駆動回路３２を介して演算装
置１６に接続されている。したがって、各センサー１
７，１８，１９，２８からの信号によって演算装置１６
において求められる光学系の変化に対応した演算装置１
６からの出力信号により、各駆動回路３２から各コイル
３１にそれぞれ適当な電流が供給されると、永久磁石３
０との間に働く電磁気力で各コイル３１は反発又は吸着
され、基板１１ｅ及び薄膜１１ａを変形させる。

【００３７】この場合、各コイル３１はそれぞれ異なる
量の電流を流すようにすることもできる。また、コイル
３１は１個でもよいし、永久磁石３０を基板１１ｅに付
設しコイル３１を支持台２７の内部底面側に設けるよう
にしても良い。また、コイル３１はリソグラフィー等の
手法で作るとよく、さらに、コイル３１には強磁性体よ
りなる鉄心を入れるようにしてもよい。

【００３８】この場合、薄膜コイル３１の巻密度を、図
１８に示すように、場所によって変化させることによ
り、基板１１ｅ及び薄膜１１ａに所望の変形を与えるよ
うにすることもできる。また、コイル３１は１個でも良
いし、また、これらのコイル３１には強磁性体よりなる
鉄心を挿入しても良い。

【００３９】図１９は本発明を適用し得る可変形状鏡１
１の更に他の例を示している。この例では、基板１１ｅ
は鉄等の強磁性体で作られており、反射膜としての薄膜
１１ａはアルミニウム等からなっている。この場合、薄
膜コイルを設けなくても済むから、構造が簡単で、製造
コストを低減することが出来る。また、電源スイッチ１
５を切換え兼電源開閉用スイッチに置換すれば、コイル
３１に流れる電流の方向を変えることができ、基板１１
ｅ及び薄膜１１ａの形状を自由に変えることができる。
図２０はこの実施例におけるコイル３１の配置を示し、
図２１はコイル３１の他の配置例を示しているが、これ
らの配置は、図１７に示した実施例にも適用することが
できる。なお、図２２は、図１７に示した例において、
コイル３１の配置を図２１に示したようにした場合に適
する永久磁石３０の配置を示している。すなわち、図２
２に示すように、永久磁石３０を放射状に配置すれば、
図１７に示した例に比べて、微妙な変形を基板１１ｅ及
び薄膜１１ａに与えることができる。また、このように
電磁気力を用いて基板１１ｅ及び薄膜１１ａを変形させ
る場合（図１１及び図１９の例）は、静電気力を用いた
場合よりも低電圧で駆動できるという利点がある。

【００４０】以上いくつかの可変形状鏡の例を述べた
が、反射面の形を変形させるのに、図１６の例に示すよ
うに、２種類以上の力を用いるようにしてもよい。つま
り静電気力、電磁力、圧電効果、磁歪、流体の圧力、電
場、磁場、温度変化、電磁波等のうちから２つ以上を同
時に用いて可変形状鏡の反射面を変形させても良い。つ
まり２つ以上の異なる駆動方法を用いて光学特性可変光
学素子を作れば、大きな変形と微細な変形とを同時に実
現でき、精度の良い鏡面が実現できる。

【００４１】図２３は、本発明を適用し得る可変形状鏡
１１の更に他の例を用いた撮像系、例えば携帯電話のデ
ジタルカメラ、カプセル内視鏡、電子内視鏡、パソコン
用デジタルカメラ、ＰＤＡ用デジタルカメラ等に用いら
れる撮像系の概略構成を示している。この撮像系は、可
変形状鏡１１と、レンズ２０と、固体撮像素子２５と、
制御系３２とで一つの撮像ユニット３３を構成してい
る。この撮像ユニット３３では、レンズ２０を通った物
体からの光は可変形状鏡１１で集光され、固体撮像素子
２５の上に結像する。可変形状鏡１１は、光学特性可変
光学素子の一種であり、可変焦点ミラーとも呼ばれてい
る。

【００４２】この例によれば、物体距離が変わっても可
変形状鏡１１を変形させることでピント合わせをするこ
とができ、レンズをモータ等で駆動する必要がなく、小
型化、軽量化、低消費電力化の点で優れている。また、
この撮像ユニット３３は撮像系としてすべての例で用い
ることができる。また、可変形状鏡１１を複数用いるこ
とでズーム、変倍の撮像系、光学系を作ることができ
る。なお、図２３では、制御系３２にコイルを用いたト
ランスの昇圧回路を含む制御系の構成例を示している。
特に積層型圧電トランスを用いると、小型化できてよ
い。昇圧回路は全ての電気を用いる可変形状鏡、可変焦
点レンズに用いることができるが、特に静電気力、圧電
効果を用いる場合の可変形状鏡、可変焦点レンズに有用
である。

【００４３】図２４は本発明を適用し得る可変形状鏡の
更に他の例に係る、マイクロポンプ３４で流体３５を出
し入れし、レンズ面を変形させる可変形状鏡３６の概略
構成図である。この例によれば、レンズ面を大きく変形
させることが可能になるというメリットがある。マイク
ロポンプ３４は、例えば、マイクロマシンの技術で作ら
れた小型のポンプで、電力で動くように構成されてい
る。流体３５は、反射膜３７と基板との間に挟まれてい
る。３８は液溜である。マイクロマシンの技術で作られ
たポンプの例としては、熱変形を利用したもの、圧電材
料を用いたもの、静電気力を用いたものなどがある。

【００４４】図２５はマイクロポンプ３４の一構成例を
示す概略図である。このマイクロポンプ４３では、振動
板３９は静電気力、圧電効果等の電気力により振動す
る。図２５では静電気力により振動する例を示してお
り、図中、４０，４１は電極である。また、点線は変形
した時の振動板３９を示している。振動板３９の振動に
伴い、２つの弁４２，４３が開閉し、流体３５を右から
左へ送るようになっている。

【００４５】本例の可変形状鏡３６では、反射膜３７が
流体３５の量に応じて凹凸に変形することで、可変形状
鏡として機能する。可変形状鏡３６は流体３５により駆
動される。流体としては、シリコンオイル、空気、水、
ゼリー、等の有機物、無機物を用いることができる。

【００４６】なお、静電気力、圧電効果を用いた可変形
状鏡、可変焦点レンズなどにおいては、駆動用に高電圧
が必要になる場合がある。その場合には、例えば図２４
に示すように、昇圧用のトランス、あるいは圧電トラン
ス等を用いて制御系を構成するとよい。また、反射用の
薄膜１１ａは、変形しない部分にも設けておくと、可変
形状鏡の形状を干渉計等で測定する場合に、基準面とし
て使うことができ便利である。

【００4７】次に、本発明を適用し得る可変焦点レンズ
について説明する。図２６は本発明を適用し得る可変焦
点レンズの原理的構成を示す図である。この可変焦点レ
ンズ４４は、第１，第２の面としてのレンズ面４５ａ，
４５ｂを有する第１のレンズ４５と、第３，第４の面と
してのレンズ面４６ａ，４６ｂを有する第２のレンズ４
６と、これらレンズ間に透明電極４７，４８を介して設
けた高分子分散液晶層４９とを有し、入射光を第１，第
２のレンズ４５，４６を経て収束させるものである。透
明電極４７，４８は、スイッチ５０を介して交流電源５
１に接続して、高分子分散液晶層４９に交流電界を選択
的に印加するようにする。なお、高分子分散液晶層４９
は、それぞれ液晶分子５２を含む球状、多面体等の任意
の形状の多数の微小な高分子セル５３を有して構成さ
れ、その体積は、高分子セル５３を構成する高分子およ
び液晶分子５２がそれぞれ占める体積の和に一致させて
ある。

【００４８】ここで、高分子セル５３の大きさは、例え
ば球状とする場合、その平均の直径Ｄを、使用する光の
波長をλとするとき、例えば、２ｎｍ≦Ｄ≦λ／５ …(1) とする。すなわち、液晶分子５２の大きさは、２ｎｍ程
度以上であるので、平均の直径Ｄの下限値は、２ｎｍ以
上とする。また、平均の直径Ｄの上限値は、可変焦点レ
ンズ４４の光軸方向における高分子分散液晶層４９の厚
さｔにも依存するが、波長λに比べて大きいと、高分子
の屈折率と液晶分子５２の屈折率との差により、高分子
セル５３の境界面で光が散乱して高分子分散液晶層４９
が不透明になってしまうため、後述するように、好まし
くはλ／５以下とする。可変焦点レンズが用いられる光
学製品によっては高精度を要求しない場合もあり、その
とき平均の直径Ｄは波長λ以下でよい。なお、高分子分
散液晶層４９の透明度は、厚さｔが厚いほど悪くなる。

【００４９】また、液晶分子５２としては、例えば、一
軸性のネマティック液晶分子を用いる。この液晶分子５
２の屈折率楕円体は、図２７に示すような形状となり、ｎ_ox＝ｎ_oy＝ｎ_o …(2) である。ただし、ｎ_oは常光線の屈折率、ｎ_oxおよびｎ
_oyは、常光線を含む面内での互いに直交する方向の屈折
率である。

【００５０】ここで、図２６に示すように、スイッチ５
０をオフ、すなわち高分子分散液晶層４９に電界を印加
しない状態では、液晶分子５２が様々な方向を向いてい
るので、入射光に対する高分子分散液晶層４９の屈折率
は高く、屈折力の強いレンズとなる。これに対し、図２
８に示すように、スイッチ５０をオンとして高分子分散
液晶層４９に交流電界を印加すると、液晶分子５２は、
屈折率楕円体の長軸方向が可変焦点レンズ４４の光軸と
平行となるように配向するので、屈折率が低くなり、屈
折力の弱いレンズとなる。

【００５１】なお、高分子分散液晶層４９に印加する電
圧は、例えば、図２９に示すように、可変抵抗器５４に
より段階的あるいは連続的に変化させることもできる。
このようにすれば、印加電圧が高くなるにつれて、液晶
分子５２は、その楕円長軸が徐々に可変焦点レンズ４４
の光軸と平行となるように配向するので、屈折力を段階
的あるいは連続的に変えることができる。

【００５２】ここで、図２６に示す状態、すなわち高分
子分散液晶層４９に電界を印加しない状態での、液晶分
子５２の平均屈折率ｎ_LC’は、図２７に示すように屈折
率楕円体の長軸方向の屈折率をｎ_zとすると、およそ（ｎ_ox＋ｎ_oy＋ｎ_Z）／３≡ｎ_LC’ …(3) となる。また、上記(2)式が成り立つときの平均屈折率
ｎ_LCは、ｎ_zを異常光線の屈折率ｎ_eと表して、（２ｎ_o＋ｎ_e）／３≡ｎ_LC …(4) で与えられる。このとき、高分子分散液晶層４９の屈折
率ｎ_Aは、高分子セル５３を構成する高分子の屈折率を
ｎ_Pとし、高分子分散液晶層４９の体積に占める液晶分
子５２の体積の割合をｆｆとすると、マックスウェル・
ガーネットの法則により、ｎ_A＝ｆｆ・ｎ_LC’＋（１−ｆｆ）ｎ_P …(5) で与えられる。

【００５３】したがって、図２９に示すように、レンズ
４５および４６の内側の面、すなわち高分子分散液晶層
４９側の面の曲率半径を、それぞれＲ₁およびＲ₂とする
と、可変焦点レンズ４４の焦点距離ｆ₁は、１／ｆ₁＝（ｎ_A−１）（１／Ｒ₁−１／Ｒ₂） …(6) で与えられる。なお、Ｒ₁およびＲ₂は、曲率中心が像点
側にあるとき、正とする。また、レンズ４５および４６
の外側の面による屈折は除いている。つまり、高分子分
散液晶層４９のみによるレンズの焦点距離が、(6)式で
与えられる。

【００５４】また、常光線の平均屈折率を、（ｎ_ox＋ｎ_oy）／２＝ｎ_o’ …(7) とすれば、図２８に示す状態、すなわち高分子分散液晶
層４９に電界を印加した状態での、高分子分散液晶層４
９の屈折率ｎ_Bは、ｎ_B＝ｆｆ・ｎ_o’＋（１−ｆｆ）ｎ_P …(8) で与えられるので、この場合の高分子分散液晶層４９の
みによるレンズの焦点距離ｆ₂は、１／ｆ₂＝（ｎ_B−１）（１／Ｒ₁−１／Ｒ₂） …(9) で与えられる。なお、高分子分散液晶層４９に、図２８
におけるよりも低い電圧を印加する場合の焦点距離は、
(6)式で与えられる焦点距離ｆ₁と、(9)式で与えられる
焦点距離ｆ₂との間の値となる。

【００５５】上記(6)および(9)式から、高分子分散液晶
層４９による焦点距離の変化率は、｜（ｆ₂−ｆ₁）／ｆ₂｜＝｜（ｎ_B−ｎ_A）／（ｎ_B−１）｜ …(10) で与えられる。したがって、この変化率を大きくするに
は、｜ｎ_B−ｎ_A｜を大きくすればよい。ここで、ｎ_B−ｎ_A＝ｆｆ（ｎ_o’−ｎ_LC’） …(11) であるから、｜ｎ_o’−ｎ_LC’｜を大きくすれば、変化
率を大きくすることができる。実用的には、ｎ_Bが、
１．３〜２程度であるから、０．０１≦｜ｎ_o’−ｎ_LC’｜≦１０ …(12) とすれば、ｆｆ＝０．５のとき、高分子分散液晶層４９
による焦点距離を、０．５％以上変えることができるの
で、効果的な可変焦点レンズを得ることができる。な
お、｜ｎ_o’−ｎ_LC’｜は、液晶物質の制限から、１０
を越えることはできない。

【００５６】次に、上記(1)式の上限値の根拠について
説明する。「Solar Energy Materials and Solar Cell
s」31巻,Wilson and Eck,1993, Eleevier Science Publ
ishersB.v.発行の第197 〜214 頁、「Transmission var
iation using scattering/transparent switching film
s 」には、高分子分散液晶の大きさを変化させたときの
透過率τの変化が示されている。そして、かかる文献の
第206 頁、図６には、高分子分散液晶の半径をｒとし、
ｔ＝３００μｍ、ｆｆ＝０．５、ｎ_P ＝１．４５、ｎ_LC
＝１．５８５、λ＝５００ｎｍとするとき、透過率τ
は、理論値で、ｒ＝５ｎｍ（Ｄ＝λ／５０、Ｄ・ｔ＝λ
・６μｍ（ただし、Ｄおよびλの単位はｎｍ、以下も同
じ））のときτ≒９０％となり、ｒ＝２５ｎｍ（Ｄ＝λ
／１０）のときτ≒５０％になることが示されている。

【００５７】ここで、例えば、ｔ＝１５０μｍの場合を
推定してみると、透過率τがｔの指数関数で変化すると
仮定して、ｔ＝１５０μｍの場合の透過率τを推定して
みると、ｒ＝２５ｎｍ（Ｄ＝λ／１０、Ｄ・ｔ＝λ・１
５μｍ）のときτ≒７１％となる。また、ｔ＝７５μｍ
の場合は、同様に、ｒ＝２５ｎｍ（Ｄ＝λ／１０、Ｄ・
ｔ＝λ・７．５μｍ）のときτ≒８０％となる。

【００５８】これらの結果から、Ｄ・ｔ≦λ・１５μｍ …(13) であれば、τは７０％〜８０％以上となり、レンズとし
て十分実用になる。したがって、例えば、ｔ＝７５μｍ
の場合は、Ｄ≦λ／５で、十分な透過率が得られること
になる。

【００５９】また、高分子分散液晶層４９の透過率は、
ｎ_Pの値がｎ_LC’の値に近いほど良くなる。一方、ｎ_o’
とｎ_Pとが異なる値になると、高分子分散液晶層４９の
透過率は悪くなる。図２６の状態と図２８の状態とで、
平均して高分子分散液晶層４９の透過率が良くなるの
は、ｎ_P＝（ｎ_o’＋ｎ_LC’）／２ …(14) を満足するときである。

【００６０】ここで、可変焦点レンズ４４は、レンズと
して使用するものであるから、図２６の状態でも、図２
８の状態でも、透過率はほぼ同じで、かつ高い方が良
い。そのためには、高分子セル５３を構成する高分子の
材料および液晶分子５２の材料に制限があるが、実用的
には、ｎ_o’≦ｎ_P≦ｎ_LC’ …(15) とすればよい。

【００６１】上記(14)式を満足すれば、上記(13)式は、
さらに緩和され、Ｄ・ｔ≦λ・６０μｍ …(16) であれば良いことになる。なぜなら、フレネルの反射則
によれば、反射率は屈折率差の２乗に比例するので、高
分子セル５３を構成する高分子と液晶分子５２との境界
での光の反射、すなわち高分子分散液晶層４９の透過率
の減少は、およそ上記の高分子と液晶分子５２との屈折
率の差の２乗に比例するからである。

【００６２】以上は、ｎ_o’≒１．４５、ｎ_LC’≒１．
５８５の場合であったが、より一般的に定式化すると、Ｄ・ｔ≦λ・１５μｍ・（１．５８５−１．４５）²／（ｎ_u−ｎ_P）² …(17) であればよい。ただし、（ｎ_u−ｎ_P）²は、（ｎ_LC’−
ｎ_P）²と（ｎ_o’−ｎ_P）²とのうち、大きい方である。

【００６３】また、可変焦点レンズ４４の焦点距離変化
を大きくするには、ｆｆの値が大きい方が良いが、ｆｆ
＝１では、高分子の体積がゼロとなり、高分子セル５３
を形成できなくなるので、０．１≦ｆｆ≦０．９９９ …(18) とする。一方、ｆｆは、小さいほどτは向上するので、
上記(17)式は、好ましくは、 4×10^-6〔μｍ〕²≦Ｄ・ｔ≦λ・45μｍ・(1.585−1.45)²/(ｎ_u−ｎ_P)²…(19) とする。なお、ｔの下限値は、図２６から明らかなよう
に、ｔ＝Ｄで、Ｄは、上述したように２ｎｍ以上である
ので、Ｄ・ｔの下限値は、（２×１０^-3μｍ）²、すな
わち４×１０^-6〔μｍ〕²となる。

【００６４】なお、物質の光学特性を屈折率で表す近似
が成り立つのは、「岩波科学ライブラリー８小惑星が
やってくる」向井正著,1994,岩波書店発行の第５８頁に
記載されているように、Ｄが１０ｎｍ〜５ｎｍより大き
い場合である。また、Ｄが５００λを越えると、光の散
乱は幾何学的となり、高分子セル５１８を構成する高分
子と液晶分子５１７との界面での光の散乱がフレネルの
反射式に従って増大するので、Ｄは、実用的には、７ｎｍ≦Ｄ≦５００λ …(20) とする。

【００６５】図３０は、図２９に示す可変焦点レンズ４
４を用いるデジタルカメラ用の撮像光学系の構成を示す
ものである。この撮像光学系においては、物体（図示せ
ず）の像を、絞り５５、可変焦点レンズ４４およびレン
ズ５６を介して、例えばＣＣＤよりなる固体撮像素子５
７上に結像させる。なお、図３０では、液晶分子の図示
を省略してある。

【００６６】かかる撮像光学系によれば、可変抵抗器５
４により可変焦点レンズ４４の高分子分散液晶層４９に
印加する交流電圧を調整して、可変焦点レンズ４４の焦
点距離を変えることより、可変焦点レンズ４４およびレ
ンズ５６を光軸方向に移動させることなく、例えば、無
限遠から６００ｍｍまでの物体距離に対して、連続的に
合焦させることが可能となる。

【００６７】図３１は本発明を適用し得る可変焦点回折
光学素子の一例の構成を示す図である。この可変焦点回
折光学素子５８は、平行な第１，第２の面５９ａ，５９
ｂを有する第１の透明基板５９と、光の波長オーダーの
溝深さを有する断面鋸歯波状のリング状回折格子を形成
した第３の面６０ａおよび平坦な第４の面６０ｂを有す
る第２の透明基板６０とを有し、入射光を第１，第２の
透明基板５９，６０を経て出射させるものである。第
１，第２の透明基板５９，６０間には、図２６で説明し
たのと同様に、透明電極４７，４８を介して高分子分散
液晶層４９を設け、透明電極４７，４８をスイッチ５０
を経て交流電源５１に接続して、高分子分散液晶層４９
に交流電界を印加するようにする。

【００６８】かかる構成において、可変焦点回折光学素
子５８に入射する光線は、第３の面６０ａの格子ピッチ
をｐとし、ｍを整数とすると、ｐsinθ＝ｍλ …(21) を満たす角度θだけ偏向されて出射される。また、溝深
さをｈ、透明基板６０の屈折率をｎ₆₀とし、ｋを整数と
すると、ｈ（ｎ_A−ｎ₆₀）＝ｍλ …(22) ｈ（ｎ_B−ｎ₆₀）＝ｋλ …(23) を満たせば、波長λで回折効率が１００％となり、フレ
アの発生を防止することができる。

【００６９】ここで、上記(22)および(23)式の両辺の差
を求めると、ｈ（ｎ_A−ｎ_B）＝（ｍ−ｋ）λ …(24) が得られる。したがって、例えば、λ＝５００ｎｍ、ｎ
_A＝１．５５、ｎ_B＝１．５とすると、０．０５ｈ＝（ｍ−ｋ）・５００ｎｍとなり、ｍ＝１，ｋ＝０とすると、ｈ＝１００００ｎｍ＝１０μｍとなる。この場合、透明基板６０の屈折率ｎ₆₀は、上記
(22)式から、ｎ₆₀＝１．５であればよい。また、可変焦
点回折光学素子５８の周辺部における格子ピッチｐを１
０μｍとすると、θ≒２．８７°となり、Ｆナンバーが
１０のレンズを得ることができる。

【００７０】かかる、可変焦点回折光学素子５８は、高
分子分散液晶層４９への印加電圧のオン・オフで光路長
が変わるので、例えば、レンズ系の光束が平行でない部
分に配置して、ピント調整を行うのに用いたり、レンズ
系全体の焦点距離等を変えるのに用いることができる。

【００７１】なお、この実施形態において、上記(22)〜
(24)式は、実用上、０．７ｍλ≦ｈ（ｎ_A−ｎ₃₃）≦１．４ｍλ …(25) ０．７ｋλ≦ｈ（ｎ_B−ｎ₃₃）≦１．４ｋλ …(26) ０．７（ｍ−ｋ）λ≦ｈ（ｎ_A−ｎ_B）≦１．４（ｍ−ｋ）λ …(27) を満たせば良い。

【００７２】また、ツイストネマティック液晶を用いる
可変焦点レンズもある。図３２および図３３は、この場
合の可変焦点眼鏡６１の構成を示すものであり、可変焦
点レンズ６２は、レンズ６３および６４と、これらレン
ズの内面上にそれぞれ透明電極６５，６６を介して設け
た配向膜６７，６８と、これら配向膜間に設けたツイス
トネマティック液晶層６９とを有して構成し、その透明
電極６５，６６を可変抵抗器５４を経て交流電源５１に
接続して、ツイストネマティック液晶層６９に交流電界
を印加するようにする。

【００７３】かかる構成において、ツイストネマティッ
ク液晶層６９に印加する電圧を高くすると、液晶分子７
０は、図３２に示すようにホメオトロピック配向とな
り、図３３に示す印加電圧が低いツイストネマティック
状態の場合に比べて、ツイストネマティック液晶層６９
の屈折率は小さくなり、焦点距離が長くなる。

【００７４】ここで、図３２に示すツイストネマティッ
ク状態における液晶分子７０の螺旋ピッチＰは、光の波
長λに比べて同じ程度か十分小さくする必要があるの
で、例えば、２ｎｍ≦Ｐ≦２λ／３ …(28) とする。なお、この条件の下限値は、液晶分子の大きさ
で決まり、上限値は、入射光が自然光の場合に、図３３
の状態でツイストネマティック液晶層６９が等方媒質と
して振る舞うために必要な値であり、この上限値の条件
を満たさないと、可変焦点レンズ６２は偏光方向によっ
て焦点距離の異なるレンズとなり、これがため二重像が
形成されてぼけた像しか得られなくなる。

【００７５】図３4(A)は、本発明を適用し得る可変偏角
プリズムの構成を示すものである。この可変偏角プリズ
ム７１は、第１，第２の面７２ａ，７２ｂを有する入射
側の第１の透明基板７２と、第３，第４の面７３ａ，７
３ｂを有する出射側の平行平板状の第２の透明基板７３
とを有する。入射側の透明基板７２の内面（第２の面）
７２ｂはフレネル状に形成し、この透明基板７２と出射
側の透明基板７３との間に、図２６で説明したのと同様
に、透明電極４７，４８を介して高分子分散液晶層４９
を設ける。透明電極４７，４８は、可変抵抗器５４を経
て交流電源５１に接続され、これにより高分子分散液晶
層４９に交流電界を印加して、可変偏角プリズム７１を
透過する光の偏角を制御するようにする。なお、図３４
(A)では、透明基板７２の内面７２２ｂをフレネル状に
形成したが、例えば、図３４(B)に示すように、透明基
板７２および７３の内面を相対的に傾斜させた傾斜面を
有する通常のプリズム状に形成することもできるし、あ
るいは図３５に示した回折格子状に形成することもでき
る。回折格子状に形成する場合には、上記の(21)〜(27)
式が同様にあてはまる。

【００７６】かかる構成の可変偏角プリズム７１は、例
えば、ＴＶカメラ、デジタルカメラ、フィルムカメラ、
双眼鏡等のブレ防止用として有効に用いることができ
る。この場合、可変偏角プリズム７１の屈折方向（偏向
方向）は、上下方向とするのが望ましいが、さらに性能
を向上させるためには、２個の可変偏角プリズム７１を
偏向方向を異ならせて、例えば図３５に示すように、上
下および左右の直交する方向で屈折角を変えるように配
置するのが望ましい。なお、図３４および図３５では、
液晶分子の図示を省略してある。

【００７７】図３６は本発明を適用し得る可変焦点レン
ズとしての可変焦点ミラーを示すものである。この可変
焦点ミラー７４は、第１，第２の面７５ａ，７５ｂを有
する第１の透明基板７５と、第３，第４の面７６ａ，７
６ｂを有する第２の透明基板７６とを有する。第１の透
明基板７５は、平板状またはレンズ状に形成して、内面
（第２の面）７５ｂに透明電極４７を設け、第２の透明
基板７６は、内面（第３の面）７６ａを凹面状に形成し
て、該凹面上に反射膜７７を施し、さらにこの反射膜７
７上に透明電極４８を設ける。透明電極４７，４８間に
は、図２６で説明したのと同様に、高分子分散液晶層４
９を設け、これら透明電極４７，４８をスイッチ５０お
よび可変抵抗器５４を経て交流電源５１に接続して、高
分子分散液晶層４９に交流電界を印加するようにする。
なお、図３６では、液晶分子の図示を省略してある。

【００７８】かかる構成によれば、透明基板７５側から
入射する光線は、反射膜７７により高分子分散液晶層４
９を折り返す光路となるので、高分子分散液晶層４９の
作用を２回もたせることができると共に、高分子分散液
晶層４９への印加電圧を変えることにより、反射光の焦
点位置を変えることができる。この場合、可変焦点ミラ
ー７４に入射した光線は、高分子分散液晶層４９を２回
透過するので、高分子分散液晶層４９の厚さの２倍をｔ
とすれば、上記の各式を同様に用いることができる。な
お、透明基板７５または７６の内面を、図３４に示した
ように回折格子状にして、高分子分散液晶層４９の厚さ
を薄くすることもできる。このようにすれば、散乱光を
より少なくできる利点がある。

【００７９】なお、以上の説明では、液晶の劣化を防止
するため、電源として交流電源５１を用いて、液晶に交
流電界を印加するようにしたが、直流電源を用いて液晶
に直流電界を印加するようにすることもできる。また、
液晶分子の方向を変える方法としては、電圧を変化させ
ること以外に、液晶にかける電場の周波数、液晶にかけ
る磁場の強さ・周波数、あるいは液晶の温度等を変化さ
せることによってもよい。以上に示した実施形態におい
て、高分子分散液晶は液状ではなく固体に近いものもあ
るので、その場合はレンズ４５，４６の一方、透明基板
５９、レンズ６０、レンズ６３，６４の一方、図３４
(A)における透明基板７３、図３４(B)における透明基板
７２，７３の一方、透明基板７５，７６の一方はなくて
もよい。

【００８０】図３７は本発明を適用し得る更に他の例に
係る、可変焦点レンズ７８を用いた撮像ユニット７９の
概略構成図である。本例では、レンズ８０と可変焦点レ
ンズ７８とで、撮像レンズを構成している。そして、こ
の撮像レンズと固体撮像素子５７とで撮像ユニット７９
を構成している。可変焦点レンズ７８は、透明部材８１
と圧電性のある合成樹脂等の柔らかい透明物質８２と
で、光を透過する流体あるいはゼリー状物質８３を挟ん
で構成されている。

【００８１】流体あるいはゼリー状物質８３としては、
シリコンオイル、弾性ゴム、ゼリー、水等を用いること
ができる。透明物質８２の両面には透明電極８４が設け
られており、回路８５を介して電圧を加えることで、透
明物質８２の圧電効果により透明物質８２が変形し、可
変焦点レンズ７８の焦点距離が変わるようになってい
る。従って、本実施例によれば、物体距離が変わった場
合でも光学系をモーター等で動かすことなくフォーカス
ができ、小型、軽量、消費電力が少ない点で優れてい
る。

【００８２】なお、図３７中、８６は流体をためるシリ
ンダーである。また、透明物質８２の材質としては、ポ
リウレタン、シリコンゴム、アクリルエラストマー、Ｐ
ＺＴ、ＰＬＺＴ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等
の高分子圧電体、シアン化ビニリデン共重合体、ビニリ
デンフルオライドとトリフルオロエチレンの共重合体等
が用いられる。圧電性を有する有機材料や、圧電性を有
する合成樹脂、圧電性を有するエラストマー等を用いる
と可変焦点レンズ面の大きな変形が実現できてよい。可
変焦点レンズには透明な圧電材料を用いるとよい。

【００８３】なお、図３７の例で、可変焦点レンズ７８
は、シリンンダー８６を設けるかわりに、図３８に示す
ように、支援部材８７を設けてシリンダー８６を省略し
た構造にしてもよい。支援部材８７は、間に透明電極８
４を挟んで、透明物質８２の一部の周辺部分を固定して
いる。本例によれば、透明物質８２に電圧をかけること
によって、透明物質８２が変形しても、図３９に示すよ
うに、可変焦点レンズ７８全体の体積が変わらないよう
に変形するため、シリンダー８６が不要になる。なお、
図３８、３９中、８８は変形可能な部材で、弾性体、ア
コーディオン状の合成樹脂または金属等でできている。

【００８４】図３７、図３８に示す例では、電圧を逆に
印加すると透明物質８２は逆向きに変形するので凹レン
ズにすることも可能である。なお、透明物質８２に電歪
材料、例えば、アクリルエラストマー、シリコンゴム等
を用いる場合は、透明物質８２を透明基板と電歪材料を
貼り合わせた構造にするとよい。

【００８５】図４０は本発明を適用し得る可変焦点レン
ズの更に他の例に係る、マイクロポンプ８９で流体９０
を出し入れし、レンズ面を変形させる可変焦点レンズ７
８の概略構成図である。マイクロポンプ８９は、例え
ば、マイクロマシンの技術で作られた小型のポンプで、
電力で動くように構成されている。流体９０は、透明基
板９１と、弾性体９２との間に挟まれている。図４０
中、９３は弾性体９２を保護するための透明基板で、設
けなくてもよい。マイクロマシンの技術で作られたポン
プの例としては、熱変形を利用したもの、圧電材料を用
いたもの、静電気力を用いたものなどがある。

【００８６】そして、図２４で示したようなマイクロポ
ンプ３４を、例えば、図４０に示す可変焦点レンズ７８
に用いるマイクロポンプ８９のように、２つ用いればよ
い。

【００８７】なお、静電気力、圧電効果を用いた可変焦
点レンズなどにおいては、駆動用に高電圧が必要になる
場合がある。その場合には、昇圧用のトランス、あるい
は圧電トランス等を用いて制御系を構成するとよい。特
に積層型圧電トランスを用いると小型にできてよい。

【００８８】図４１は本発明を適用し得る光学特性可変
光学素子の他の例であって圧電材料９４を用いた可変焦
点レンズ７８の概略構成図である。圧電材料９４には透
明物質８２と同様の材料が用いられており、圧電材料９
４は、透明で柔らかい基板９５の上に設けられている。
なお、この基板９５には、合成樹脂、有機材料を用いる
のが望ましい。本例においては、２つの透明電極８４を
介して電圧を圧電材料９４に加えることで圧電材料９４
は変形し、図４１において凸レンズとしての作用を持っ
ている。

【００８９】なお、基板９５の形をあらかじめ凸状に形
成しておき、かつ、２つの透明電極８４のうち、少なく
とも一方の電極の大きさを基板９５と異ならせておく、
例えば、一方の透明電極８４を基板９５よりも小さくし
ておくと、電圧を切ったときに、図４２に示すように、
２つの透明電極８４が対向する所定部分だけが凹状に変
形して凹レンズの作用を持つようになり、可変焦点レン
ズとして動作する。このとき基板９５は、流体９０の体
積が変化しないように変形するので、液溜３８が不要に
なるというメリットがある。

【００９０】本例では、流体９０を保持する基板の一部
分を圧電材料で変形させて、液溜３８を不要としたとこ
ろに大きなメリットがある。なお、図４１の例にも言え
ることであるが、透明基板９１，９３はレンズとして構
成しても、或いは平面で構成してもよい。

【００９１】図４３は本発明を適用し得る光学特性可変
光学素子の更に他の例であって圧電材料からなる２枚の
薄板９４Ａ，９４Ｂを用いた可変焦点レンズの概略構成
図である。本例の可変焦点レンズは、薄板９４Ａと９４
Ｂの材料の方向性を反転させることで、変形量を大きく
し、大きな可変焦点範囲が得られるというメリットがあ
る。なお、図４３中、９６はレンズ形状の透明基板であ
る。本例においても、紙面の右側の透明電極８４は基板
９５よりも小さく形成されている。

【００９２】なお、図４１〜図４３に示された例におい
て、基板９５、薄板９４，９４Ａ，９４Ｂの厚さを不均
一にして、電圧を掛けたときの変形のさせかたをコント
ロールしてもよい。そのようにすれば、レンズの収差補
正等もすることができ、便利である。

【００９３】図４４は本発明を適用し得る可変焦点レン
ズの更に他の実施例を示す概略構成図である。本実施例
の可変焦点レンズ７８は、例えばシリコンゴムやアクリ
ルエラストマー等の電歪材料９７を用いて構成されてい
る。本実施例の構成によれば、電圧が低いときには、図
４４に示すように、凸レンズとして作用し、電圧を上げ
ると、図４５に示すように、電歪材料９７が上下方向に
伸びて左右方向に縮むので、焦点距離が伸びる。従っ
て、可変焦点レンズとして動作する。本例の可変焦点レ
ンズによれば、大電源を必要としないので消費電力が小
さくて済むというメリットがある。

【００９４】図４６は本発明を適用し得る光学特性可変
光学素子のさらに他の例であってフォトニカル効果を用
いた可変焦点レンズの概略構成図である。本例の可変焦
点レンズ７８は、透明弾性体９８，９９でアゾベンゼン
１００が挟まれており、アゾベンゼン１００には、透明
なスペーサー１０１を経由して紫外光が照射されるよう
になっている。図４６中、１０２，１０３はそれぞれ中
心波長がλ₁，λ₂の例えば紫外ＬＥＤ、紫外半導体レー
ザー等の紫外光源である。

【００９５】本例において、中心波長がλ₁の紫外光が
図４７(A)に示すトランス型のアゾベンゼンに照射され
ると、アゾベンゼン２１０は、図４７(B)に示すシス型
に変化して体積が減少する。このため、可変焦点レンズ
７８の形状は薄くなり、凸レンズ作用が減少する。一
方、中心波長がλ₂の紫外光がシス型のアゾベンゼン１
００に照射されると、アゾベンゼン１００はシス型から
トランス型に変化して、体積が増加する。このため、可
変焦点レンズ７８の形状は厚くなり、凸レンズ作用が増
加する。このようにして、本例の光学素子は可変焦点レ
ンズとして作用する。また、可変焦点レンズ７８では、
透明弾性体９８，９９の空気との境界面で紫外光が全反
射するので外部に光がもれず、効率がよい。

【００９６】以上述べた各例の可変焦点レンズにおいて
は、透明電極８４等は複数に分割されていてもよい。そ
して、分割された透明電極のそれぞれに異なる電圧を加
えることによって、光学装置のピント合わせ、ズーム、
変倍のみならず、振れ補正、製造誤差による光学性能の
低下の補償、収差の補正等が可能になる。

【００９７】次に、本発明を適用し得る可変焦点レンズ
に用いる透明電極の分割例を図４８〜５１を用いて説明
する。図４８の例は、透明電極８４を同心状に分割した
例を示している。周辺部にいくほど輪帯の幅が狭くなっ
ている。これは収差を補正しやすくするためである。

【００９８】図４９の例は、輪帯をさらに分割したもの
で、電極の境界線が３つずつ一点に集まるように分けて
ある部分を含んでいる。このようにすると、圧電材料９
４の形状が滑らかに変化するので収差の少ないレンズが
得られる。

【００９９】図５０の例は、透明電極８４を６角形に分
割したもので、上記と同様の理由により電極の境界線が
３つずつ一点で集まるように分けてある部分を含んでい
る。

【０１００】なお、図４８、４９の例においてそれぞれ
分割された一つ一つの電極８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃ……
は、ほぼ同じ面積にした方が収差補正上有利である。こ
のため、分割された電極のうち最も面積の大きい電極と
最も面積の小さい電極との面積比は１００：１以内に抑
えるのがよい。また、電極分割の配列は、図４８、４
９、５０の例のように、対称の中心の電極８４Ａを包む
ようにすると円形レンズの場合、特に収差補正上有利と
なる。また、一点に集まる透明電極の境界線が相互にな
す角が９０°よりも大きくなるようにしてもよい。ま
た、図５１の例に示すように、電極の分割は格子状にし
てもよい。このような分割形態にすれば、簡単に製作で
きるというメリットがある。

【０１０１】また、光学系の収差或いは振れを充分に補
正するには、透明分割電極８４A、８４B，８４Cの個数
は多い方が良く、２次収差を補正するためには最低７個
の分割電極、３次収差を補正するためには最低９個の分
割電極、４次収差を補正するためには最低１３個の分割
電極、５次収差を補正するためには最低１６個の分割電
極、７次収差を補正するためには最低２５個の分割電極
が必要となる。なお、２次収差とは、ティルト、非点収
差、コマ収差のｘ方向，ｙ方向の２方向の成分である。
ただし、低コストの商品では最低でも３つの分割電極が
あれば、大きな収差又は大きな振れは補正できる。

【０１０２】最後に、本発明で用いる用語の定義を述べ
ておく。

【０１０３】光学装置とは、光学系あるいは光学素子を
含む装置のことである。光学装置単体で機能しなくても
よい。つまり、装置の一部でもよい。

【０１０４】光学装置には、撮像装置、観察装置、表示
装置、照明装置、信号処理装置等が含まれる。

【０１０５】撮像装置の例としては、フィルムカメラ、
デジタルカメラ、ロボットの眼、レンズ交換式デジタル
一眼レフカメラ、テレビカメラ、動画記録装置、電子動
画記録装置、カムコーダ、ＶＴＲカメラ、電子内視鏡等
がある。デジカメ、カード型デジカメ、テレビカメラ、
ＶＴＲカメラ、動画記録カメラなどはいずれも電子撮像
装置の一例である。

【０１０６】観察装置の例としては、顕微鏡、望遠鏡、
眼鏡、双眼鏡、ルーペ、ファイバースコープ、ファイン
ダー、ビューファインダー等がある。

【０１０７】表示装置の例としては、液晶ディスプレ
イ、ビューファインダー、ゲームマシン（ソニー社製プ
レイステーション）、ビデオプロジェクター、液晶プロ
ジェクター、頭部装着型画像表示装置（ｈｅａｄｍｏ
ｕｎｔｅｄｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）、ＰＤＡ（携帯
情報端末）、携帯電話等がある。

【０１０８】照明装置の例としては、カメラのストロ
ボ、自動車のヘッドライト、内視鏡光源、顕微鏡光源等
がある。

【０１０９】信号処理装置の例としては、携帯電話、パ
ソコン、ゲームマシン、光ディスクの読取・書込装置、
光計算機の演算装置等がある。

【０１１０】撮像素子は、例えばＣＣＤ、撮像管、固体
撮像素子、写真フィルム等を指す。また、平行平面板は
プリズムの１つに含まれるものとする。観察者の変化に
は、視度の変化を含むものとする。被写体の変化には、
被写体となる物体距離の変化、物体の移動、物体の動
き、振動、物体のぶれ等を含むものとする。

【０１１１】拡張曲面の定義は以下の通りである。球
面、平面、回転対称非球面のほか、光軸に対して偏心し
た球面、平面、回転対称非球面、あるいは対称面を有す
る非球面、対称面を１つだけ有する非球面、対称面のな
い非球面、自由曲面、微分不可能な点、線を有する面
等、いかなる形をしていても良い。反射面でも、屈折面
でも、光になんらかの影響を与えうる面ならば良い。上
述の各例では、これらを総称して拡張曲面と呼ぶことに
する。

【０１１２】光学特性可変光学素子とは、可変焦点レン
ズ、可変形状鏡、面形状の変わる偏光プリズム、頂角可
変プリズム、光偏向作用の変わる可変回折光学素子、つ
まり可変ＨＯＥ，可変ＤＯＥ等を含む。

【０１１３】可変焦点レンズには、焦点距離が変化せ
ず、収差量が変化するような可変レンズも含むものとす
る。可変形状鏡についても同様である。要するに、光学
素子で、光の反射、屈折、回折等の光偏向作用が変化し
うるものを光学特性可変光学素子と呼ぶ。

【０１１４】情報発信装置とは、携帯電話、固定式の電
話、ゲームマシン、テレビ、ラジカセ、ステレオ等のリ
モコンや、パソコン、パソコンのキーボード、マウス、
タッチパネル等の何らかの情報を入力し、送信すること
ができる装置を指す。撮像装置のついたテレビモニタ
ー、パソコンのモニター、デイスプレも含むものとす
る。情報発信装置は、信号処理装置の中に含まれる。

【０１１５】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、可変形状鏡
の電極間の静電容量から反射面の変位を精度良く検出す
ることができ、これをフィードバックすることにより可
変形状鏡の形状を高精度に制御することの可能な可変形
状鏡装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る可変形状鏡の第１実施例と
静電容量検出回路を含む電子回路部を備えた、反射面兼
上部電極を含む上部基板と電圧制御回路及び高周波重畳
回路を含む電子回路部を備えた、静電容量検出電極を兼
ねた制御電極を含む下部基板とを離間させて示した斜視
図である。

【図２】図１のII-IIに沿う断面図である。

【図３】電子回路部に備えられた電圧制御回路と高周波
重畳回路及び静電容量検出回路と上部電極及び制御電極
との相互の接続関係を略示したブロック図である。

【図４】電圧制御回路の一例を示す配線図である。

【図５】本発明に係る高周波重畳回路と静電容量検出回
路の上記一実施例の等価回路図である。

【図６】本発明の第２実施例を示しており、図６（a）
は下部基板の平面図、図６（b）は図６（a）のVI-VI線
断面図である。

【図７】第２実施例において定電圧と高周波電源を一体
に構成した場合の各要素の接続を示す等価回路図であ
る。

【図８】第２実施例において定電圧源と高周波電源を別
体に構成した場合の各要素の接続を示す等価回路図であ
る。

【図９】本発明の第３実施例を示しており、図９（a）
は下部基板の平面図、図９（b）は図９（a）のIX-IX線
断面図である。

【図１０】第３実施例における各要素の接続を示す等価
回路図である。

【図１１】本発明を適用し得る光学特性ミラーを用いた
デジタルカメラのケプラー式ファインダーの概略構成図
である。

【図１２】本発明を適用し得る可変形状鏡の他の例を示
す概略構成図である。

【図１３】図１２に示した可変形状鏡に用いる電極の一
形態を示す説明図である。

【図１４】図１２に示した可変形状鏡に用いる電極の他
の形態を示す説明図である。

【図１５】本発明を適用し得る可変形状鏡の更に他の例
を示す概略構成図である。

【図１６】本発明を適用し得る可変形状鏡の更に他の例
を示す概略構成図である。

【図１７】本発明を適用し得る可変形状鏡の更に他の例
を示す概略構成図である。

【図１８】図１７に示した可変形状鏡における薄膜コイ
ルの巻密度の状態を示す説明図である。

【図１９】本発明を適用し得る可変形状鏡の更に他の例
を示す概略構成図である。

【図２０】図１９に示した可変形状鏡におけるコイルの
一配置例を示す説明図である。

【図２１】図１９に示した可変形状鏡におけるコイルの
他の配置例を示す説明図である。

【図２２】図１９に示した例において、コイルの配置を
図２１に示したようにした場合に適する永久磁石の配置
を示す説明図である。

【図２３】本発明を適用し得る可変形状鏡を用いた撮像
系、例えば携帯電話のデジタルカメラ、カプセル内視
鏡、電子内視鏡、パソコン用デジタルカメラ、ＰＤＡ用
デジタルカメラ等に用いられる撮像系の概略構成図であ
る。

【図２４】本発明を適用し得る可変形状鏡の更に他の例
に係る、マイクロポンプで流体を出し入れし、レンズ面
を変形させる可変形状鏡の概略構成図である。

【図２５】図２４に示したマイクロポンプの一具体例を
示す概略構成図である。

【図２６】本発明を適用し得る可変焦点レンズの一例の
原理的構成を示す図である。

【図２７】一軸性のネマティック液晶分子の屈折率楕円
体を示す図である。

【図２８】図２６に示す高分子分散液晶層に電界を印加
した状態を示す図である。

【図２９】図２６に示す高分子分散液晶層への印加電圧
を可変にする場合の一例の構成を示す図である。

【図３０】本発明を適用し得る可変焦点レンズを用いる
デジタルカメラ用の撮像光学系の一例の構成を示す図で
ある。

【図３１】本発明を適用し得る可変焦点回折光学素子の
一例の構成を示す図である。

【図３２】本発明を適用し得るツイストネマティック液
晶を用いた可変焦点レンズを有する可変焦点眼鏡の構成
を示す図である。

【図３３】図３２に示すツイストネマティック液晶層へ
の印加電圧を高くした時の液晶分子の配向状態を示す図
である。

【図３４】本発明を適用し得る可変偏角プリズムの二つ
の例の構成を示す図である。

【図３５】図３４に示す可変偏角プリズムの使用状態を
説明するための図である。

【図３６】本発明を適用し得る可変焦点レンズとしての
可変焦点ミラーの一例の構成を示す図である。

【図３７】本発明を適用し得る更に他の例に係る、可変
焦点レンズを用いた撮像ユニットの概略構成図である。

【図３８】図３７に示した例における可変焦点レンズの
変形例を示す説明図である。

【図３９】図３８に示した可変焦点レンズが変形した状
態を示す説明図である。

【図４０】本発明を適用し得る可変焦点レンズの更に他
の例に係る、マイクロポンプで流体を出し入れし、レン
ズ面を変形させる可変焦点レンズの概略構成図である。

【図４１】本発明を適用し得る光学特性可変光学素子の
他の例であって圧電材料を用いた可変焦点レンズの概略
構成図である。

【図４２】図４１の変形例に係る可変焦点レンズの状態
説明図である。

【図４３】本発明を適用し得る光学特性可変光学素子の
更に他の例であって圧電材料からなる２枚の薄板を用い
た可変焦点レンズの概略構成図である。

【図４４】本発明を適用し得る可変焦点レンズの更に他
の例を示す概略構成図である。

【図４５】図４４に示した例に係る可変焦点レンズの状
態説明図である。

【図４６】本発明を適用し得る光学特性可変光学素子の
更に他の例であって、フォトニカル効果を用いた可変焦
点レンズの概略構成図である。

【図４７】図４６に示した可変焦点レンズに用いるアゾ
ベンゼンの構造を示す説明図であり、(A)はトランス
型、(B)はシス型を示している。

【図４８】本発明を適用し得る可変焦点レンズに用いる
透明電極の一分割例を示す説明図である。

【図４９】本発明を適用し得る可変焦点レンズに用いる
透明電極の他の分割例を示す説明図である。

【図５０】本発明を適用し得る可変焦点レンズに用いる
透明電極のさらに他の分割例を示す説明図である。

【図５１】本発明を適用し得る可変焦点レンズに用いる
透明電極のさらに他の分割例を示す説明図である。

【符号の説明】

１圧電制御基板１´ 絶縁層２圧電制御電極２´ 静電容量検出電極３電圧制御回路４，７外部リード電極５上部基板６反射面兼上部電極６Ａ静電容量検出回路６ａ静電容量検出出力端８可撓性薄膜９電圧制御回路９a 高圧電源９b 駆動電源９c リファレンス電圧源１０変位量検出回路１０a 定電圧１０b 高周波電源１１可変形状鏡１１a 薄膜（反射面）１１b，４０，４１電極１１c 圧電素子１２，１４可変抵抗器１３電源１５電源スイッチ１６演算装置１７温度センサー１８湿度センサー１９距離センサー２０対物レンズ２１接眼レンズ２２，２３プリズム２４ミラー２５，５７固体撮像素子２６撮像レンズ２７支持台２８振れセンサー２９，３２駆動回路３０永久磁石３１コイル３３，７９撮像ユニット３４マイクロポンプ３５，９０流体３６可変形状鏡３７反射膜３８液溜３９振動板４２，４３弁４４，６２，７８可変焦点レンズ４５，４６，５６，６３，６４，８０レンズ４５a，４５b，４６a，４６b レンズ面４７，４８，６５，６６，８４透明電極４９高分子分散液晶層５０スイッチ５１交流電源５２，７０液晶分子５３高分子セル５４可変抵抗器５５絞り５８可変焦点回折光学素子５９，６０，７２，７３，７５，７６，９１，９３透
明基板６１可変焦点眼鏡６７，６８配向膜６９ツイストネマテイック液晶層７１可変偏角プリズム７４可変焦点ミラー７７反射膜８１透明部材８２透明物質８３流体又はゼリー状物質８５回路８６シリンダー８７支援部材８８変形可能な部材８９マイクロポンプ９２弾性体９４圧電材料９４A，９４B 薄板９５透明で柔らかい基板９６レンズ形状の透明基板９７電歪材料９８，９９透明弾性体１００アドベンゼン１０１スペーサー１０２，１０３紫外光源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電引力によって変形する反射面と上部電
極を有する可撓性薄膜と、該可撓性薄膜に対向して配置
された制御電極と静電容量検出電極を備えた可変形状鏡
において、前記上部電極と前記静電容量検出電極との間
の静電容量から前記反射面の変位を算出し得るように構
成したことを特徴とする変位検出機能を備えた可変形状
鏡。
【請求項２】前記制御電極と前記静電容量検出電極とを
兼用したことを特徴とする請求項１に記載の変位検出機
能を備えた可変形状鏡。
【請求項３】前記制御電極と前記静電容量検出電極と
を、同一層に別々に形成したことを特徴とする請求項１
に記載の変位検出機能を備えた可変形状鏡。
【請求項４】前記制御電極と前記静電容量検出電極と
を、異なる層に別々に形成したことを特徴とする請求項
１に記載の変位検出機能を備えた可変形状鏡。
【請求項５】前記反射面を変形させる定電圧に、前記反
射面の機械的共振周波数よりも遥に高い周波数を有する
前記静電容量を検出するための高周波電圧を重畳すると
共に、前記上部電極の接地側に抵抗を接続して、該抵抗
を介して流れる電流の位相と振幅から前記反射面の変位
量を検出し得るようにしたことを特徴とする請求項１乃
至４の何れかに記載の変位検出機能を備えた可変形状
鏡。
【請求項６】前記の静電容量検出電極に前記反射面の機
械的共振周波数よりも遥に高い周波数の高周波電圧を印
加すると共に、前記上部電極の接地側に抵抗を接続し
て、該抵抗を介して流れる電流の位相と振幅から前記反
射面の変位量を検出し得るようにしたことを特徴とする
請求項１又は３又は４に記載の変位検出機能を備えた可
変形状鏡。