JP4599781B2 - Thin film optical device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光量調整機能を有する薄膜光学装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
カメラ等の撮像機器では、レンズに入ってくる光量を絞り羽根等を開け閉めすることによって適正な露出となるように調整している。すなわち、光が強い時には、絞りを強くしてレンズへの入射光量をおさえ、 逆に光が弱い場合には絞りを弱めてレンズへの入射光量を増やす。ここで、絞り調整機構は絞り羽根等の機械部品であるため、その機械的摺動部分の摩耗等がカメラ等の撮像機器の寿命を大きく左右するという現状がある。
【0003】
機械的な摩耗のない光量調整機構として期待される光学デバイスとして、例えば特開平9−90436号公報には、酸化還元反応物質の酸化還元反応を利用した光学フィルタがある。この光学フィルタは、内面に電極が設けられたセルの内部を、可逆的に酸化還元反応する反応物質を含む反応溶液で充たし、セル内の反応物質の酸化還元反応によって光の透過率の制御を行うものである。
【0004】
このような光学フィルタのセルは、例えば、透明な導電性物質である酸化インジウムスズからなる電極(以下、ITO電極)および銀板電極が形成された円盤状の第1の透明基板と、この第1の透明基板とほぼ同じ形状の第2の透明基板と、第1の透明基板と第2の透明基板との間に配される環状のスぺーサーとからなる。第1の透明基板と第2の透明基板とはスぺーサーを介して対向するように配置され、第1の透明基板、第2の透明基板およびスぺーサーに囲まれた部分に反応溶液が充たされている。このセル内部に充たされる反応溶液としては、例えば、可逆的に酸化還元反応する反応物質であるAgClを含むんだ溶液が用いられる。
【0005】
このような光学フィルタで光透過率を制御する際は、ITO電極と銀板電極とに電位差を生じさせることにより、反応溶液中で酸化還元反応を起してAgをITO電極上に析出させたり溶解させる。すなわち光透過率を低下させるときには酸化還元反応によってITO電極上にAgを析出させ、光透過率を上げるときには酸化還元反応によってITO電極上のAgを溶解する。
【0006】
しかしながら、かかる酸化還元反応物質を用いた光学フィルタでは、経年使用等に伴う反応物質の劣化によって酸化還元反応が鈍くなってくると、ITO電極上に付着したAgが酸化還元反応による溶解で除去しきらずに残留するおそれがあり、良好な光量調整機能を維持できなくなるという問題がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、透明基板上に第1の電極層、光学多層膜、第2の電極層を順に積層し、第1の電極層と光学多層膜との間にはエアギャップを設け、電極間に印加する電圧を制御することによって電極間に生じた静電引力でエアギャップを変形させ、光の多重干渉条件を変化させることで光量調整を行う薄膜光学装置の開発が本発明者等によって進められている。
【0008】
この薄膜光学装置では、第1の電極層、光学多層膜、第2の電極層および一つのエアギャップで一つの光学薄膜素子が構成される。この薄膜光学装置を例えば撮像機器の絞り調整機構として組み込む場合、光学レンズの面に沿って多数の光学薄膜素子を配設し、各光学薄膜素子を駆動してトータルとして目的の光量が得られるように個々の光学薄膜素子の光の多重干渉条件を制御している。
【0009】
しかしながら、各光学薄膜素子が一斉に駆動されると、個々の光学薄膜素子の機械的な動きが全体的として大きな振動(共振)をうみ出し、光量調整に悪影響を来すおそれが考えられる。この光学薄膜素子の機械的な動きに伴って発生した振動(共振)や外部からの衝撃で加わった加速度を、以下、薄膜光学装置に加わった振動と呼ぶことにする。
【0010】
この発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、薄膜光学装置に加わる振動を抑圧して、安定した光量調整等の光学機能を得ることの可能な薄膜光学装置を提供することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、本発明の薄膜光学装置は、第1の薄膜と第2の薄膜との対向する面の間隔を可変して光の多重干渉条件を制御する複数の光学薄膜素子を有する薄膜光学装置において、前記薄膜光学装置に加わる振動を検出する検出手段と、この検出手段の検出結果に基づいて前記薄膜光学装置に加わる振動を打ち消すための振動を前記光学薄膜素子に発生させる制御手段とを具備してなるものである。
【0012】
また、この発明は、制御手段が薄膜光学装置に加わる振動を打ち消すための振動を予め決められた一部の前記光学薄膜素子に発生させるようになしたものである。
【0013】
さらに、この発明は、検出手段が、対向する面の間隔を検知して前記薄膜光学装置に加わる振動を検出するように構成されたものである。
【0014】
さらに、この発明は、前記第1の薄膜と前記第2の薄膜がそれぞれ通電により静電引力を発生させる電極層を備えて構成されたものである。
【0015】
また、この発明は、前記第1の薄膜と前記第2の薄膜がそれぞれ通電により磁力を発生させる薄膜コイルを備えて構成されたものである。
【0016】
すなわち、この発明は、薄膜光学装置に加わった振動を検出し、この検出された振動の逆位相の振動を光学薄膜素子に発生させるように制御を行うことによって、薄膜光学装置に加わった振動を抑圧することができ、安定した光量調整等の光学機能を得ることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【0018】
図1は、この発明の実施の形態にかかる薄膜光学装置を示す平面図である。
【0019】
同図に示すように、この薄膜光学装置101は、光学ガラスや光学レンズなどの基体部10と、この基体部10の面に均一に配設された複数の光学薄膜素子11で構成されている。
【0020】
図2および図3に光学薄膜素子11の構成を示す。これらの図に示すように、図1の基体部10である光学ガラス等の透明な基板1の上には第1の薄膜コイル2、第1の絶縁層3および第1の電極層4が順に積層形成されている。第1の電極層4の上には第1のSiN層5、第2の電極層6、第2の絶縁層7および第2の薄膜コイル8が順に積層され、第1の電極層4と第1のSiN層5との間にはエアギャップ13が形成されている。
【0021】
また、第1の電極層4の上にはスぺーサ用のSiN層12を介して、第3の電極層9と第2のSiN層10とが順に積層形成されている。第3の電極層9と第1の電極層4との間にはスぺーサ用のSiN層12の厚み分の空間が確保されており、この空間内に、第1の電極層4との間に上記のエアギャップ13を形成する第1のSiN層5、第2の電極層6、第2の絶縁層7および第2の薄膜コイル8からなる多層膜が収容されている。
【0022】
ここで、第1の電極層4、第2の電極層6および第3の電極層9は、例えば、透明な導電性物質である酸化インジウムスズからなる電極(ITO電極)で構成されている。第1の絶縁層3および第2の絶縁層7の材料には例えばSiO2 等が使用されている。
【0023】
また、図1に示すように、基体部10の外周部には、上記の各薄膜コイル2,8および各電極層4,6,9と導通する導体配線14が設けられたフレキシブル印刷基板15が取り付けられている。このフレキシブル印刷基板15の各導体配線14の一端はコントローラ16と接続されている。
【0024】
次に、図4を参照して、光学薄膜素子11の動作原理を説明する。
【0025】
光学薄膜素子11は、例えば光の透過率を切り替える光スイッチなどとして機能する。図4の(a)と(b)は光透過率が異なる光学薄膜素子11の二つの状態を示している。このように第1の電極層4と第1のSiN層5との対向する面の間隔すなわちエアギャップ13の高さを可変することによって光の多重干渉条件が制御され、光の透過率の調整が行われる。
【0026】
エアギャップ13の高さを可変するために、コントローラ16は3つの電極層4、6、9に印加する電圧を制御して、各電極間に所望の静電引力Pを発生させる。また、この実施形態では、第1の薄膜コイル2と第2の薄膜コイル8とがエアギャップ13の上下に互いに対向するようにして配置されており、これらの薄膜コイル2,8に通電することによって発生した磁力を併用してエアギャップ13の高さを可変させている。
【0027】
このような薄膜光学装置101は、例えば図5に示すような光学システムに利用することが可能である。この光学システムに利用される薄膜光学装置101は光学レンズ109を基体部として構成される。この光学システムは、光源103から出た光を光学レンズ105を通って被写体107にあて、薄膜光学装置101にて透過光量を制限した被写体107からの反射光を光学レンズ109、111を通して受光素子で構成される検出部113にて電気信号に変換するシステムである。
【0028】
次に、この薄膜光学装置101に代表される動作を説明する。
【0029】
図1に示したように、この実施の形態の例では、薄膜光学装置101の全体の光学薄膜素子11のうちの、例えば外周部Aの光学薄膜素子11を、薄膜光学装置101に加わった振動(外乱)を打ち消すための、当該外乱と逆位相の振動をうみ出すための光学薄膜素子11として使用する。この外周部Aの光学薄膜素子11は、はじめから光学薄膜素子11の光学機能を使用しないように決められた領域であってもよい。この外周部の各光学薄膜素子11の駆動と内周部Bの各光学薄膜素子11の駆動はコントローラ16によって別々に制御可能である。
【0030】
この実施形態の薄膜光学装置101は、薄膜光学装置101に加わった振動を検出するために、例えば、内周部Bの一つ以上の光学薄膜素子11の共振等による外乱振動を第1の薄膜コイル2あるいは第2の薄膜コイル8の誘起電圧の変化等から検出する振動検出部17を備えている。また、この外乱振動は電極間の静電容量の変化からも検出可能である。
【0031】
この振動検出部17によって検出された外乱信号はコントローラ16に与えられ、コントローラ16はこの外乱信号の逆位相電圧を生成し、これを外周部Aの光学薄膜素子11、例えば外周部Aのすべての光学薄膜素子11あるいは外周部Aの内周寄りの一部の光学薄膜素子11に駆動電圧として印加する。このように外乱信号の逆位相電圧によって外周部Aの光学薄膜素子11を駆動することで、薄膜光学装置に加わった振動、つまり内周部Bの各光学薄膜素子11の機械的な動きに伴って発生した振動(共振)や外部からの衝撃で加わった加速度を抑圧する効果を期待できる。
【0032】
尚、本発明の薄膜光学装置は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0033】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、薄膜光学装置に加わった振動を検出し、この検出された振動の逆位相の振動を光学薄膜素子に発生させるように制御を行うことによって、薄膜光学装置に加わった振動を抑圧することができ、安定した光量調整等の光学機能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態にかかる薄膜光学装置を示す平面図である。
【図2】この実施形態の光学薄膜素子の構成を示す断面図である。
【図3】図2の光学薄膜素子の駆動回路の構成を示す図である。
【図4】図2の光学薄膜素子の動作原理を説明するための図である。
【図5】この実施形態の薄膜光学装置を採用した光学システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
1 基板
2 第1の薄膜コイル
3 第1の絶縁層
4 第1の電極層
5 第1のSiN層
6 第2の電極層
7 第2の絶縁層
8 第2の薄膜コイル
9 第3の電極層
10 基体部
11 光学薄膜素子
13 エアギャップ
15 フレキシブル印刷基板
16 コントローラ
17 振動検出部
101 薄膜光学装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thin film optical device having a light amount adjustment function.
[0002]
[Prior art]
In an imaging device such as a camera, the amount of light entering the lens is adjusted so that proper exposure is obtained by opening and closing the aperture blades. That is, when the light is strong, the diaphragm is strengthened to reduce the amount of light incident on the lens. Conversely, when the light is weak, the diaphragm is weakened to increase the amount of light incident on the lens. Here, since the diaphragm adjustment mechanism is a mechanical part such as a diaphragm blade, there is a current situation in which wear of a mechanical sliding portion or the like greatly affects the life of an imaging device such as a camera.
[0003]
As an optical device expected as a light amount adjustment mechanism without mechanical wear, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-90436 has an optical filter using a redox reaction of a redox reaction substance. This optical filter fills the interior of the cell with electrodes on the inner surface with a reaction solution containing a reactive substance that undergoes a reversible oxidation-reduction reaction, and controls the light transmittance by the oxidation-reduction reaction of the reactive substance in the cell. Is what you do.
[0004]
The cell of such an optical filter includes, for example, a disk-shaped first transparent substrate on which an electrode (hereinafter referred to as ITO electrode) made of indium tin oxide, which is a transparent conductive material, and a silver plate electrode are formed. It consists of a second transparent substrate having substantially the same shape as the one transparent substrate, and an annular spacer disposed between the first transparent substrate and the second transparent substrate. The first transparent substrate and the second transparent substrate are arranged so as to face each other via a spacer, and the reaction solution is placed in a portion surrounded by the first transparent substrate, the second transparent substrate, and the spacer. It is charged. As the reaction solution filled in the cell, for example, a solution containing AgCl which is a reaction material that undergoes a reversible oxidation-reduction reaction is used.
[0005]
When controlling the light transmittance with such an optical filter, by causing a potential difference between the ITO electrode and the silver plate electrode, an oxidation-reduction reaction is caused in the reaction solution to deposit Ag on the ITO electrode. Dissolve. That is, when the light transmittance is lowered, Ag is deposited on the ITO electrode by an oxidation-reduction reaction, and when the light transmittance is increased, Ag on the ITO electrode is dissolved by the oxidation-reduction reaction.
[0006]
However, in such an optical filter using a redox reaction substance, when the redox reaction becomes dull due to deterioration of the reaction substance due to aging, etc., Ag adhering to the ITO electrode is removed by dissolution due to the redox reaction. There is a possibility that it may remain without being completed, and there is a problem that a good light quantity adjustment function cannot be maintained.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the first electrode layer, the optical multilayer film, and the second electrode layer are sequentially laminated on the transparent substrate, and an air gap is provided between the first electrode layer and the optical multilayer film, and applied between the electrodes. The inventors have developed a thin film optical device that adjusts the amount of light by changing the multiple interference condition of light by deforming the air gap by electrostatic attraction generated between the electrodes by controlling the voltage. .
[0008]
In this thin film optical device, one optical thin film element is constituted by the first electrode layer, the optical multilayer film, the second electrode layer, and one air gap. When this thin film optical device is incorporated as an aperture adjustment mechanism of an imaging device, for example, a large number of optical thin film elements are arranged along the surface of the optical lens, and each optical thin film element is driven so that a desired light amount can be obtained in total. In addition, the multiple interference condition of light of each optical thin film element is controlled.
[0009]
However, when the optical thin film elements are driven all at once, the mechanical movement of the individual optical thin film elements may generate a large vibration (resonance) as a whole, which may adversely affect the light amount adjustment. Hereinafter, the vibration (resonance) generated by the mechanical movement of the optical thin film element and the acceleration applied by an external impact will be referred to as vibration applied to the thin film optical device.
[0010]
The present invention has been proposed in view of such conventional circumstances, and provides a thin film optical device capable of suppressing vibration applied to the thin film optical device and obtaining an optical function such as stable light amount adjustment. It is intended to do.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, the thin film optical device of the present invention includes a plurality of optical thin film elements that control the multiple interference condition of light by changing the interval between the opposing surfaces of the first thin film and the second thin film. In the thin film optical device, the detecting means for detecting the vibration applied to the thin film optical device, and the control for causing the optical thin film element to generate vibration for canceling the vibration applied to the thin film optical device based on the detection result of the detecting means Means.
[0012]
Further, in the present invention, a vibration for canceling the vibration applied to the thin film optical device by the control means is generated in a predetermined part of the optical thin film element.
[0013]
Furthermore, the present invention is configured such that the detecting means detects the vibration applied to the thin film optical device by detecting the distance between the opposing surfaces.
[0014]
Further, in the present invention, the first thin film and the second thin film are each provided with an electrode layer that generates an electrostatic attractive force when energized.
[0015]
In the present invention, the first thin film and the second thin film each include a thin film coil that generates a magnetic force when energized.
[0016]
That is, the present invention detects vibration applied to the thin film optical device, and controls the thin film optical device to generate vibration having an antiphase of the detected vibration. It is possible to suppress the optical function such as stable light quantity adjustment.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is a plan view showing a thin film optical device according to an embodiment of the present invention.
[0019]
As shown in the figure, the thin film
[0020]
2 and 3 show the configuration of the optical
[0021]
In addition, a
[0022]
Here, the
[0023]
As shown in FIG. 1, a flexible printed
[0024]
Next, the operation principle of the optical
[0025]
The optical
[0026]
In order to vary the height of the
[0027]
Such a thin film
[0028]
Next, operations represented by the thin film
[0029]
As shown in FIG. 1, in the example of this embodiment, of the entire optical
[0030]
In order to detect the vibration applied to the thin film
[0031]
The disturbance signal detected by the
[0032]
Note that the thin film optical device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the vibration applied to the thin film optical device is detected, and the thin film optical is controlled by causing the optical thin film element to generate the vibration having the opposite phase of the detected vibration. Vibration applied to the apparatus can be suppressed, and an optical function such as stable light amount adjustment can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a thin film optical device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical thin film element of this embodiment.
3 is a diagram showing a configuration of a drive circuit for the optical thin film element of FIG. 2. FIG.
4 is a diagram for explaining the operating principle of the optical thin film element of FIG. 2; FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an optical system employing the thin film optical device of this embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記薄膜光学装置に加わる振動を検出する検出手段と、
この検出手段の検出結果に基づいて前記薄膜光学装置に加わる振動を打ち消すための振動を前記光学薄膜素子に発生させる制御手段とを具備し、
前記制御手段が前記薄膜光学装置に加わる振動を打ち消すための振動を予め決められた一部の前記光学薄膜素子に発生させる
薄膜光学装置。In a thin film optical device having a plurality of optical thin film elements that control the multiple interference condition of light by changing the distance between the opposing surfaces of the first thin film and the second thin film,
Detecting means for detecting vibration applied to the thin film optical device;
Control means for causing the optical thin film element to generate vibration for canceling vibration applied to the thin film optical device based on the detection result of the detection means ,
A thin-film optical device that causes a predetermined part of the optical thin-film element to generate vibration for canceling out vibration applied to the thin-film optical device by the control means .
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