JP4576058B2

JP4576058B2 - 変位検出機能を備えた可変形状鏡

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Publication number: JP4576058B2
Application number: JP2001023187A
Authority: JP
Inventors: 隆之井出; 新二金子
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2021-01-31
Also published as: JP2002228813A; US7190500B2; US20020101646A1

Description

【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２−１０１４０２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】
【課題を解決するための手段】
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、前記制御電極と前記静電容量検出電極とを兼用するとともに、前記反射面を変形させる定電圧に前記静電容量を検出するための高周波電圧を重畳することで、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検出す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。また、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１０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３’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＋端子が接地され−端子が抵抗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。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１参考例を示しており、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】
この第１参考例は、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、上記実施例と異なる。作用は、上記実施例の場合と同様であるので、説明を省略する。この第１参考例によれば、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２参考例を示しており、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、既述の実施例及び参考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】
この第２参考例は、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、既述の実施例及び参考例の何れとも異なる。この第２参考例では、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。この第２参考例によれば、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１１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-choudhury編、Handbook of
Michrolithography, Michromachining and Michrofabrication,
Volume 2:Michromachining 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２２，２３、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１１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１１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１８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１１の更に他の実施例を示している。
この例は、薄膜１１ａ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１１ｃ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、ＰｂＺｒＯ₃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（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１１の更に他の例を示している。この例では、圧電素子１１ｃ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２９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１１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１１ｅ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１７，１８，１９，２８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１６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３０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１１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１５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１１ｅ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２２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４６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５１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５２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５０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２８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４９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 Cells」31巻,Wilson and Eck,1993, Eleevier Science Publishers B.v.発行の第197 〜214 頁、「Transmission variation using scattering/transparent switching films 」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・１５μｍ）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２８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４４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５７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５４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，５９ｂ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１０μｍ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７０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，７３ｂ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，７６ｂ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７７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４９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４９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、ＰＺＴ、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８４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７８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９４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９４Ｂ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１００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９４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、４９、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（ｈｅａｄｍｏｕｎｔｅｄｄｉｓｐｌａｙ：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実施例の等価回路図である。
【図６】本発明の第１参考例を示しており、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１参考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１参考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２参考例を示しており、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２参考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ツイストネマティック液晶層
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

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、前記制御電極と前記静電容量検出電極とを兼用するとともに、前記反射面を変形させる定電圧に前記静電容量を検出するための高周波電圧を重畳することで、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検出す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。
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に記載の変位検出機能を備えた可変形状鏡。
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に記載の変位検出機能を備えた可変形状鏡。