(57)【特許請求の範囲】
【請求項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電極に対する電圧の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ズーム操作手段を有する光学装置であって、
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と、前記印加電圧を制御する印加電圧制御手段と、
経過時間をカウントするタイマ手段と、
撮像手段を制御する制御手段とを有し、
前記ズーム操作手段の操作があった場合に前記タイマ手段により経過時間をカウントするとともに、
前記印加電圧制御手段が、前記ズーム操作手段の操作に応じた焦点距離に対応する第１の電圧を印加する前に、前記ズーム操作されたときの温度に応じて決定された電圧の印加波形と印加時間とによる過渡的な第２の印加電圧を印加し、
前記タイマ手段によりカウントされた経過時間が所定時間に到達するまでは、前記制御手段が前記撮像手段による撮像を禁止することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記第２の印加電圧を生成する手段が、前記光学素子の環境温度の検知結果に基づいて、前記第２の電圧の印加波形を設定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記第１の印加電圧の電圧値が、前記光学素子の環境温度の検知結果に基づいて設定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項４】
前記第１の印加電圧の電圧値が、演算によって求められることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
前記第１の印加電圧の印加時間が、前記光学素子の環境温度の検知結果に基づいて設定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項６】
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電極に対する電圧の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、該光学素子を通過した光束による光学像を記録する画像記録手段を有する光学装置であって、
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と、該給電手段の給電開始からの経過時間をカウントするタイマ手段を備え、前記画像記録手段が前記タイマ手段のカウント値が所定値に達するまで画像記録動作を禁止する構成を有し、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の印加電圧制御手段を備えているいることを特徴とする光学装置。
【請求項７】
前記印加電圧制御手段が、請求項１〜５のいずれか１項に記載の印加電圧制御手段の構成を備えていることを特徴とする光学装置。
【請求項８】
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電極に対する電圧の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を有する光学装置であって、
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と、前記印加電圧の入力方向を判別し、または前記印加電圧の入力量によって前記光学素子に印加する第１の電圧値を決定すると共にその第１の電圧値を制御する印加電圧制御手段を有し、
前記印加電圧制御手段が、前記所定の電圧である第１の電圧値の印加前に、前記印加電圧の入力方向と関係なく、過渡的に第１の電圧値に比べて低くまたは高く設定された第２の電圧値を印加するようにした構成を有し、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の印加電圧制御手段を備えていることを特徴とする光学装置。
【請求項９】
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請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記第１の液体及び第２の液体は、屈折率が実質的に等しく、それらの界面が前記電圧の無印加時に略フラットの形状をなした状態で、前記容器内に密閉されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記電極が、第１の電極と前記第１の液体から絶縁された第２の電極とからなり、該第１の電極が前記第１の液体に導通するように設けられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１２】
前記第１の電極が、前記容器の側面側から前記第１の液体に導通するように設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の光学装置。
【請求項１３】
前記第１の電極が、前記容器の上面側から前記第１の液体に導通するように設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の光学装置。
【請求項１４】
前記第２の電極が、前記容器の側面側に設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の光学装置。
【請求項１５】
前記第２の電極が、リング状の電極であって、前記第２の液体を取り囲むように配されていることを特徴とする請求項１４に記載の光学装置。
【請求項１６】
前記リング状の電極は、光束の射出方向に向かって徐々に内径寸が大きくなる形状を有していることを特徴とする請求項１５に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エレクトロウェッティング（電気毛管現象）を利用した光学素子を含む光学装置に関し、特に該光学素子の駆動制御に関するものである。
【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。
例えば、特許第２６３３０７９号公報では、ズーミングにより光軸方向に移動する１群レンズと、該１群レンズの移動の際に前記光軸方向に移動する１群鏡筒と、該１群鏡筒の移動により前記光軸方向に移動するカム筒とを有するズームレンズ鏡筒であって、前記１群鏡筒が固定筒の外径側に嵌合し、前記カム筒が前記固定筒の内径側に嵌合し、前記カム筒の前側の部分が前記１群鏡筒の内径側に嵌合することを特徴とした構成であって、前記カム筒を光軸方向に移動させる事で、該１群レンズを移動させてズーミング動作を行う。
【０００３】
このように、機械的にレンズ（もしくはレンズ群）を光軸方向に移動させて焦点距離を変更する場合、光学装置の機械的構造が複雑になるという不具合が有る。
この不具合を解決するために、レンズそのものの光学特性を変化させる事によって焦点距離を可変にするものが有る。
例えば、特開平８−１１４７０３号公報では、少なくとも一面側が透明弾性膜によって構成された圧力室内に作動液を封入して、透明弾性膜に作用する作動液による圧力によって透明弾性膜を変形させて、焦点距離が可変制御されるようにした場合、透明弾性膜の変形形状がレンズ収差の発生が小さくなるように最適化されると共に、圧力室内の作動液の圧力を透明弾性膜に形成された圧力センサで計測し、その値を基に作動液の圧力を調整することにより、作動液の熱膨張及び収縮等による焦点距離の変動も抑制することができるようにした可変焦点レンズを提供している。
【０００４】
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。
【０００５】
一方、電気毛管現象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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術は、つぎのような点に問題を有している。
例えば、特開平８−１１４７０３号公報では、圧力室内の作動液の圧力を変化させるためには、別のアクチュエータが必要となると共に、そのアクチュエータをレンズ部以外のところに設けるため、可変焦点レンズが大型化するという欠点がある。
また、特開平１１−１３３２１０号公報では、第１スペーサと透明弾性板、第１スペーサと第２スペーサ、第２スペーサと導電性弾性板、導電性弾性板と透明板、以上４ヵ所を液密に接合する必要があり、製造コストの増大を招く。
それに対して、シンプルな構成であるＷＯ９９／１８４５６では、光学パワーを可変とする技術が開示されているが、光学装置に組込んだ時の駆動シーケンスについての記述はなく、また、つぎのような点について、懸念事項が考えられる。
（１）温度によって液体の粘性が変わるので、同一印加電圧値でも温度によって界面の変形の仕方が異なること。
（２）界面の変形にヒステリシスがある場合、その影響をキャンセルする駆動制御を確立する必要があること。
【０００７】
上記（１）の点について、図２５を用いて、更に詳しく説明する。
図２５（ａ）に示したように、ＷＯ９９／１８４５６の光学素子に電圧値Ｖ0の電圧を印加すると、常温時では図２５（ｂ）に示したような時定数ｔ01で界面の変形が始める。ところが、図２５（ｃ）に示したように光学素子が低温環境下に置かれている場合はその液体の粘性が高くなるので、常温時に比べて大きな時定数ｔ11で変形が始まり、また所望の変形量δ0に達するまでにｔ12と常温時に比べて長い時間が必要となる。
また、図２５（ｄ）に示したように光学素子が高温環境下に置かれている場合には、その液体の粘性が低くなるので、常温時に比べて小さな時定数ｔ21で変形が始まるが、粘性が低いために変形にオーバーシュート現象が発生し、なかなか界面が静定しないという不具合が生じる。
【０００８】
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駆動制御において、温度に応じた駆動制御を行うことができ、また、ヒステリシスの影響を無視することができ、あるいはヒステリシスの影響を容易に補正することができる光学装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【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）〜（１６）のように構成し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電極に対する電圧の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ズーム操作手段を有する光学装置であって、
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と、前記印加電圧を制御する印加電圧制御手段と、
経過時間をカウントするタイマ手段と、
撮像手段を制御する制御手段とを有し、
前記ズーム操作手段の操作があった場合に前記タイマ手段により経過時間をカウントするとともに、
前記印加電圧制御手段が、前記ズーム操作手段の操作に応じた焦点距離に対応する第１の電圧を印加する前に、前記ズーム操作されたときの温度に応じて決定された電圧の印加波形と印加時間とによる過渡的な第２の印加電圧を印加し、
前記タイマ手段によりカウントされた経過時間が所定時間に到達するまでは、前記制御手段が前記撮像手段による撮像を禁止することを特徴とする光学装置。
（２）前記第２の印加電圧を生成する手段が、前記光学素子の環境温度の検知結果に基づいて、前記第２の電圧の印加波形を設定するように構成されていることを特徴とする上記（１）に記載の光学装置。
（３）前記第１の印加電圧の電圧値が、前記光学素子の環境温度の検知結果に基づいて設定するように構成されていることを特徴とする上記（１）に記載の光学装置。
（４）前記第１の印加電圧の電圧値が、演算によって求められることを特徴とする上記（３）に記載の光学装置。
（５）前記第１の印加電圧の印加時間が、前記光学素子の環境温度の検知結果に基づいて設定するように構成されていることを特徴とする上記（１）に記載の光学装置。
（６）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電極に対する電圧の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、該光学素子を通過した光束による光学像を記録する画像記録手段を有する光学装置であって、
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と、該給電手段の給電開始からの経過時間をカウントするタイマ手段を備え、前記画像記録手段が前記タイマ手段のカウント値が所定値に達するまで画像記録動作を禁止する構成を有し、
上記（１）〜（５）のいずれかに記載の印加電圧制御手段を備えているいることを特徴とする光学装置。
（７）前記印加電圧制御手段が、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の印加電圧制御手段の構成を備えていることを特徴とする光学装置。
（８）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電極に対する電圧の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を有する光学装置であって、
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と、前記印加電圧の入力方向を判別し、または前記印加電圧の入力量によって前記光学素子に印加する第１の電圧値を決定すると共にその第１の電圧値を制御する印加電圧制御手段を有し、
前記印加電圧制御手段が、前記所定の電圧である第１の電圧値の印加前に、前記印加電圧の入力方向と関係なく、過渡的に第１の電圧値に比べて低くまたは高く設定された第２の電圧値を印加するようにした構成を有し、
上記（１）〜（５）のいずれかに記載の印加電圧制御手段を備えていることを特徴とする光学装置。
（９）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）〜（８）のいずれかに記載の光学装置。
（１０）前記第１の液体及び第２の液体は、屈折率が実質的に等しく、それらの界面が前記電圧の無印加時に略フラットの形状をなした状態で、前記容器内に密閉されていることを特徴とする上記（１）〜（８）のいずれかに記載の光学装置。
（１１）前記電極が、第１の電極と前記第１の液体から絶縁された第２の電極とからなり、該第１の電極が前記第１の液体に導通するように設けられていることを特徴とする上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の光学装置。
（１２）前記第１の電極が、前記容器の側面側から前記第１の液体に導通するように設けられていることを特徴とする上記（１１）に記載の光学装置。
（１３）前記第１の電極が、前記容器の上面側から前記第１の液体に導通するように設けられていることを特徴とする上記（１１）に記載の光学装置。
（１４）前記第２の電極が、前記容器の側面側に設けられていることを特徴とする上記（１１）に記載の光学装置。
（１５）前記第２の電極が、リング状の電極であって、前記第２の液体を取り囲むように配されていることを特徴とする上記（１４）に記載の光学装置。
（１６）前記リング状の電極は、光束の射出方向に向かって徐々に内径寸が大きくなる形状を有していることを特徴とする上記（１５）に記載の光学装置。
【００１０】
【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、印加電圧制御手段を、前記所定の電圧を印加するための第１の電圧を、光学素子の環境温度に適応した電圧として印加するため、第１の印加電圧を生成する前に過渡的な第２の印加電圧を生成するように構成することで、温度に応じて第１の電圧と第２の電圧を制御して、温度に応じた光学装置の駆動制御を可能とすることができる。
また、画像記録手段がタイマ手段のカウント値が所定値に達するまで画像記録動作を禁止するように構成することで、光学素子の界面の変形が静定してから撮影を行う事が可能となる。
また、印加電圧制御手段を、光学素子の界面の変形方向に応じて前記光学素子に印加する電圧値を制御するように構成することで、光学素子のヒステリシスの影響がキャンセルされた駆動制御を行う事が可能となる。
また、印加電圧制御手段を、前記所定の電圧である第１の電圧値の印加前に、前記印加電圧の入力方向と関係なく、過渡的に第１の電圧値に比べて低くまたは高く設定された第２の電圧値を印加するように構成することで、光学素子のヒステリシスの影響の補正が容易な駆動制御を行う事が可能となる。
【００１１】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
図１ないし図１０は本発明の実施例１に係わる図であり、図１は本発明の光学素子の構成を示す断面図である。
図１を用いて光学素子の構成と作成方法を説明する。
図１において、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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
一方、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。よって、給電手段１２６の電圧制御によって界面１２４の形状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。
さらには、図１に比べて図２の界面１２４の方が曲率半径が短くなるので、図２の状態の光学素子１０１の方が図１の状態に比べて光学素子１０１の焦点距離は短くなる。
【００１６】
図３は、本発明の給電手段１２６の出力電圧と光学素子１０１の変形との関係を説明する図である。
同図（ａ）において、時刻ｔ0に光学素子１０１に対して電圧値Ｖ0の電圧を印加すると、時定数ｔ11で光学素子１０１の界面１２４の変形が始まる（図３（ｂ）参照）。このまま電圧印加を続けていても、界面１２４が所望の変化量δ0に達する迄にはかなり長い時間が必要となる。そこで、光学系としては誤差として許容できる変形量、例えば図３（ｂ）においては所望の界面変化量δ0の９５％（０．９５δ0と表記）まで界面１２４が変形した時（時刻ｔ12）に所望の変形量に達したと見なす。この変形量に達しなければ、光学素子１０１の次の制御は進まない設定となっている。なおこの許容できる変形量は、光学素子１０１が組込まれる光学系に基いて決定されるものである。
【００１７】
図４及び図５は本発明の実施例１の給電手段に係わる説明図である。
図４は本発明の光学素子及び給電手段の構成を示す断面図であり、図１及び図２を用いて給電手段の構成と作成方法を説明する。
１３０は後述する光学装置１５１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（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）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。
【００１８】
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は光学素子１０１の透明電極１０３に、増幅器１３５は光学素子１０１の棒状電極１２５にそれぞれ接続している。
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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を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。
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。
【００２３】
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。
１４６は光学装置１５０の環境温度（気温）を測定する温度センサーである。
１４７はＣＰＵ１３０の内部に設けられたタイマで、ＣＰＵ１３０によって設定された時間をカウントするためのものである。
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変倍動作を行ない、撮影光学系１４０の焦点距離を変える。
【００２４】
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。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及び図７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。
【００２６】
ステップＳ１０２では、温度センサー１４６によって光学装置１５０が置かれている環境温度、つまり光学装置１５０の周囲の気温を測定する。
ステップＳ１０３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。
【００２７】
ステップＳ１０４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Ｓ１０５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ではタイマ１４７がカウント中かどうかの判別を行う。カウントしていなければステップＳ１２３へ移行し、カウント中である場合は、そのカウンタ値をリセットした後（Ｓ１２２）、ステップＳ１２３へと移行する。
【００２８】
ステップＳ１２３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対応する焦点距離変化量を演算する（Ｓ１２４）。その演算結果によって、光学素子１０１への最終印加電圧基準値Ｖ0を決定し（Ｓ１２５）、温度による最終電圧基準値の補正及び電圧印加波形の決定を行う「温度補正」のサブルーチンに進む（図８参照、詳細は後述）。この「温度補正」のサブルーチンで決定した光学素子１０１に印加する補正最終電圧値及び印加波形パターンで給電手段１３１の制御を行い、光学素子１０１に電圧を印加する（Ｓ１２７）。それと同時にタイマ１４７のカウントを開始する（Ｓ１２８）。そしてステップＳ１０３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Ｓ１０３からステップＳ１２８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Ｓ１０５へと移行する。
【００２９】
ステップＳ１０５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Ｓ１０３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Ｓ１０５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。
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。
【００３０】
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。
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。
【００３１】
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７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。
【００３２】
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、タイマ１４７のカウントが完了しているかどうかの判別を行う（Ｓ１１８）。カウントが完了していない場合はそのまま判別を続行し、タイマ１４７のカウントが完了した時点でステップＳ１１８からステップＳ１３１にジャンプし、タイマ１４７のカウント値をリセットした後（Ｓ１３１）、ステップＳ１３２へと移行する。
【００３３】
ステップＳ１３２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Ｓ１３３では、ステップＳ１３２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Ｓ１３４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Ｓ１３５では、上記ステップＳ１３４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Ｓ１３６にて一旦プレビュー画像を消去した後に、ステップＳ１３４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（Ｓ１３７）、一連の撮影動作が終了する。
【００３４】
つぎに、図８及び図９を用いて温度補正をする場合についての説明をする。
ステップＳ１５１では温度センサー１４６で測定した気温が１５℃以上かどうかの判別を行う。気温が１５℃以下の場合は、図９の（ａ）に示した電圧印加波形Ａを選択する（Ｓ１５２）。これは先述したように、低温時には光学素子１０１中の液体１２１及び１２２の粘性が高くなる事によって界面が変形を完了するまでの時間が長くなっていたのに対し、電源投入後の立上がり時に所定の最終電圧基準値Ｖ0よりも高い電圧を印加することによって起動時の界面の変形量を多くする事で界面の変形完了時間の短縮化を図っている。
【００３５】
これは、光学素子１０１に印加する第１の電圧、すなわち、最終電圧基準値Ｖ0を印加する前の所定時間（以下、プリ印加時間と呼ぶ）は最終電圧基準値Ｖ0よりも高い第２の電圧、すなわち、プリ電圧値Ｖ1を光学素子１０１に印加し、プリ印加時間経過後は最終電圧基準値Ｖ0を光学素子１０１に印加する波形パターンである。
測定気温が１０℃以上１５℃未満の場合は（Ｓ１５３）、プリ印加時間を０ｍｓに設定し（Ｓ１５４）、プリ電圧値Ｖ1を演算するＳ１８０へと進む。
測定気温が５℃以上１０℃未満の場合は（Ｓ１５５）、プリ印加時間を１０ｍｓに設定し（Ｓ１５６）、プリ電圧値Ｖ1を演算するＳ１８０へと進む。
測定気温が０℃以上５℃未満の場合は（Ｓ１６０）、プリ印加時間を２０ｍｓに設定し（Ｓ１５６）、プリ電圧値Ｖ1を演算するＳ１８０へと進む。
測定気温が０℃未満の場合は（Ｓ１６０）、プリ印加時間を３０ｍｓに設定し（Ｓ１５６）、プリ電圧値Ｖ1を演算するＳ１８０へと進む。
【００３６】
ステップＳ１８０で演算するプリ電圧値Ｖ1は例えば以下のような式で求まる
プリ電圧値Ｖ1＝（補正定数１）×（基準温度−測定温度）…（１−１）式
つまり基準温度、１５℃との温度差に（補正定数１）を掛けた値がプリ電圧値Ｖ1となる。
プリ電圧値Ｖ1が求まった後、ステップＳ１８１に進んで、最終電圧基準値Ｖ0の補正量を計算すると共に、最終電圧印加時間を求める。最終電圧基準値Ｖ0はステップＳ１２５で求まっているが、これにも例えば以下のような式で表される補正を行う。
【００３７】
補正最終電圧値Ｖ0’＝（最終電圧基準値Ｖ0）＋（補正定数２）×（基準温度−測定温度）…（１−２）式
つまり、ステップＳ１２５で求まった最終電圧基準値Ｖ0に、基準温度１５℃との温度差に（補正定数２）を掛けた値を加えたものが補正最終電圧値Ｖ0’となる。
【００３８】
以上の制御を行う事で、印加電圧波形は温度に応じて図９（ａ）に示した様にきめ細かく変更され、その結果、界面の応答波形は同図（ｃ）のごとく温度によらずほぼ一定となり、時刻ｔ32でほぼ変形が完了する。そこで変形完了の目安となるタイマ１４７の待ち時間をｔ32より若干長いＴAとし、これを予めＣＰＵ１３０のメモリ内に記憶しておく。そして、図７のステップＳ１１８でこのＴAをタイマ完了の判断値とする事により、界面が静定してからステップＳ１３１以降のフローの実行が許可される。
【００３９】
一方、ステップＳ１５１にて測定温度が１５℃以上の場合は、図９の（ｂ）に示した電圧印加波形Ｂを選択する（Ｓ１７０）。これは、先述したように高温時には光学素子１０１中の液体１２１及び１２２の粘性が低くなる事によって界面が変形を完了するまでに振動現象が起こってしまう事に対し、電源投入後の立上がり時に徐々に所定の最終電圧基準値Ｖ0まで電圧を印加することによって起動時の界面の振動現象の抑制を図っている。
【００４０】
つまり、光学素子１０１に印加する最終電圧基準値Ｖ0を印加する前の所定時間（これもプリ印加時間と呼ぶ）は徐々に最終電圧基準値Ｖ0になるように電圧制御を行う波形パターンである。
【００４１】
測定気温が１５℃以上２０℃未満の場合は（Ｓ１７１）、プリ印加時間を１０ｍｓに設定し（Ｓ１７２）、補正最終電圧値Ｖ0’を演算すると共に、最終電圧印加時間を求めるステップＳ１８１へと進む。
【００４２】
測定気温が２０℃以上３０℃未満の場合は（Ｓ１７３）、プリ印加時間を２０ｍｓに設定し（Ｓ１７４）、補正最終電圧値Ｖ0’を演算すると共に、最終電圧印加時間を求めるステップＳ１８１へと進む。
測定気温が３０℃以上の場合は（Ｓ１７３）、プリ印加時間を３０ｍｓに設定し（Ｓ１７５）、補正最終電圧値Ｖ0’を演算すると共に、最終電圧印加時間を求めるステップＳ１８１へと進む。
【００４３】
以上の制御を行う事で、印加電圧波形は温度に応じて図９（ｂ）に示した様にきめ細かく変更され、その結果、界面の応答波形は同図（ｄ）のごとく温度によらずほぼ一定となり、時刻ｔ42でほぼ変形が完了する。そこで変形完了の目安となるタイマ１４７の待ち時間を、ｔ42より若干長いＴBとし、これを予めＣＰＵ１３０のメモリ内に記憶しておく。そして、図７のステップＳ１１８でこのＴＢをタイマ完了の判断値とする事により、界面が静定してからステップＳ１３１以降のフローの実行が許可される。
【００４４】
以上により、温度に応じた最終印加電圧値や電圧印加波形パターンが決定するので（Ｓ１８２）、ステップＳ１２７に戻る。
また温度に応じて最終印加電圧値や電圧印加波形パターンを制御することによって、各温度毎に最適な駆動制御を行う事が可能となる。
【００４５】
上記実施例１によれば、
（１）温度に応じて光学素子への最終印加電圧値や電圧印加波形パターンを制御することによって、光学素子の変形完了時間の短縮可能な光学装置を得ることが出来ること。
（２）実際に光学素子を駆動させる時間を短くする事が出来たので、光学装置の消費電力を低減する事が出来ること。
（３）光学素子の変形が静定するまで露光を禁止しているので、光学装置の撮影動作に影響を与える事が解消されること。
等が達成される。
【００４６】
なお、本実施例では電圧印加波形パターンの切り替える基準温度を１５℃としていたり、プリ印加時間を各温度毎に設定しているが、光学素子の構成やその液体の種類・組合せ等によって基準温度やプリ印加時間を設定すれば同様な効果が得られる。
また、光学素子への電圧印加を２段階にしているが、それ以上の多段階にしても同様な効果が得られる。
さらには、温度毎の最終印加電圧値やプリ印加電圧値の補正量を演算で求めているが、例えば図１０に示したように、所望の焦点距離の温度によって決まるテーブルをＣＰＵに記憶しておき、それを各補正量として使用しても本実施例と同様な効果が得られる。
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。
【００４７】
［実施例２］
前記実施例１は、無印加状態の光学素子に電圧印加をする場合の実施形態であった。これに対して、以下に示す実施例２は、ある電圧が印加されて界面が静定している光学素子に対して、さらにその界面形状を変更させる動作をした場合の構成例である。
図１１及び図１４は本発明の実施例２に係わる図である。
図１１は光学素子１０１を実施例１と同様にデジタルスチルカメラを例として光学装置に応用したものである。実施例１と同様なものについてはその説明を省略する。
同図において、光学装置１５０は撮影光学系やファインダー等の観察光学系等の各光学系を広角側にズーミングさせるためのＷ側ズーミングスイッチ２０１と、上記光学系を望遠側にズーミングさせるためのＴ側ズーミングスイッチ２０２を有している。
【００４８】
図１２及び図１３は、図１１に示した光学装置１５０の制御フローチャートである。以下、図１１及び図１３を用いて光学装置１５０の制御フローを説明する。
ステップＳ２０１からステップＳ２０３の撮影条件設定受付までは実施例１と同様なのでその説明を省略する。
ステップＳ２０４では、撮影者によってＷ側ズームスイッチ２０１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Ｓ２０５に進む。ここでＷ側ズームスイッチ２０１が操作された場合はステップＳ２２１へ移行する。
【００４９】
ステップＳ２０５では、撮影者によってＴ側ズームスイッチ２０２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Ｓ２０６に進む。ここでＴ側ズームスイッチ２０２が操作された場合はステップＳ２２１へ移行する。
ステップＳ２０６では、実施例１と同様に、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１２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Ｓ２０３に戻り、撮影条件設定の受付や、各ズームスイッチの操作の判別を繰り返す。ステップＳ２０６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。
【００５０】
ステップＳ２１１からステップＳ２３７までは実施例１と同様の制御フローなので、その説明を省略する。
ステップＳ２０４もしくはステップＳ２０５でＷ側ズームスイッチ２０１もしくはＴ側ズームスイッチ２０２が操作された場合に移行するステップＳ２２１では、タイマ１４７がカウントをしているか否かの判別を行う。カウントを行っていない場合にはステップＳ２２２へと進み、実施例１と同様にステップＳ２２２の「操作量検出」からステップＳ２２７の「タイマスタート」までの一連の制御フローを行うので、その説明は省略する。
【００５１】
一方、ステップＳ２２１でタイマ１４７がカウントしている、つまり光学素子１０１にある所定量の電圧が印加されていると判別された場合には、ステップＳ２２８の「最終印加電圧補正」のサブルーチンへと移行する。
【００５２】
つぎに、図１３及び図１４を用いて、最終印加電圧の補正についての説明をする。
ステップＳ２５１ではタイマ１４７のカウンタ値をリセットする。次にステップＳ２５２では、操作された方のズームスイッチの操作量を検出し、その操作量に基いて対応する焦点距離変化量を演算する（Ｓ２５３）。
ステップＳ２５４では、どちらのズームスイッチが操作されたかの判別を行う。Ｗ側ズームスイッチ２０１が操作された場合にはステップＳ２５５に進み、Ｔ側ズームスイッチ２０２が操作された場合には、ステップＳ２５７に進む。
【００５３】
ステップＳ２５４の判別でＷ側ズームスイッチ２０１が操作されたという事は、光学素子１０１に印加されている電圧値を増加させて光学素子１０１の界面１２４を更に変形させて光学素子１０１の焦点距離を短くする事であるから、ステップＳ２５５においては、最終印加電圧値を補正する方向を図１４（ａ）に示す方向とする。そして、光学素子１０１に印加されている電圧値ＶAから、焦点距離変化量から導かれる最終印加電圧基準値Ｖ0に補正分を加えたＶ2をＷ側ズーミングスイッチ２０１が操作された場合の補正最終印加電圧値として決定するので、Ｖ0及びその補正量の演算をステップＳ２５６で行う。
【００５４】
なおこの時の補正量は、演算によって決定しても良いし、ＣＰＵ１３０内に備えたメモリに最終印加電圧基準値Ｖ0に応じて決定されたテーブル値でも良い。これにより、図１４（ｃ）に示すように、最終印加電圧値をＶ0とした時は、光学素子１０１の界面１２４は時間経過と共に破線で示したように変化して、最終的には所望の変形量δAに対して光学的に許容できない変形量、例えば０．９０δAまでしか変形しないが、最終印加電圧値をＶ2とした時は、界面１２４は時間経過と共に実線で示したように変化し、最終的には所望の変形量δAに達する。つまり、光学素子１０１の所望の焦点距離変化が得られている事になる。
【００５５】
一方、ステップＳ２５４の判別でＴ側ズームスイッチ２０２が操作されたという事は、光学素子１０１に印加されている電圧値を減少させて光学素子１０１の界面１２４の変形量を小さくして光学素子１０１の焦点距離を長くする事であるから、ステップＳ２５７においては、最終印加電圧値を補正する方向を図１４（ｂ）に示す方向とする。そして、光学素子１０１に印加されている電圧値ＶBから、焦点距離変化量から導かれる最終印加電圧基準値Ｖ0に補正分を加えたＶ3をＴ側ズーミングスイッチ２０１が操作された場合の最終印加電圧値として決定するので、Ｖ0及びその補正量の演算をステップＳ２５８で行う。
【００５６】
なおこの時の補正量は、演算によって決定しても良いし、ＣＰＵ１３０内に備えたメモリに最終印加電圧値Ｖ0に応じて決定されたテーブル値でも良い。
これにより、図１４（ｄ）に示すように、最終印加電圧値をＶ0とした時は、光学素子１０１の界面１２４は時間経過と共に破線で示したように変化して、最終的には所望の変形量δBに対して光学的に許容できない変形量、例えば０．９０δBまでしか変形しないが、最終印加電圧値をＶ3とした時は、界面１２４は時間経過と共に実線で示したように変化し、最終的には所望の変形量δBに達する。つまり、光学素子１０１の所望の焦点距離変化が得られている事になる。
【００５７】
ステップＳ２５６及びステップＳ２５８での最終印加電圧値及びその補正量の演算が終了したら、ステップＳ２２５の「温度補正」のサブルーチンへと移行する。
この時、最終印加電圧値をＶ2もしくはＶ3として、実施例１で説明した最終印加電圧値に対する温度補正を行うが、その詳細の説明は省略する。
【００５８】
以上述べたように、静定している電圧印加中の光学素子１０１に、さらにその界面形状を変更させる動作をした場合、所望の焦点距離に対する最終印加電圧値がＶ0であっても、広角側から変化させる場合と望遠側から変化させる場合で最終印加電圧値の補正量と補正方向とをそれぞれ設定しているので、最終印加電圧値が異なっている。これにより、光学素子１０１に印加する電圧変化に対する界面１２４の変形にヒステリシスがあった場合でも、適切な補正量及び補正方向を設定する事によってその影響をキャンセルすることが出来る。
【００５９】
上記実施例２によれば、
（１）光学素子への印加電圧の変化方向によって最終印加電圧値をそれぞれ決定しているので、ヒステリシスの影響がない光学素子の光学特性変化が可能となること。
（２）ヒステリシスの影響をキャンセルして光学素子を制御出来るので、撮影者の意図を反映した正しい動作を行う事が可能となること。
等が達成される。
【００６０】
［実施例３］
図１５及び図１７は本発明の実施例３に係わる図である。なお、本実施例の光学装置は実施例２と同様なものとする。
図１５及び図１６は、本実施例の光学装置の制御フロー図である。以下、図１５及び図１６を用いて光学装置の制御フローを説明する。
実施例２の制御フロー図である図１２と、本実施例の制御フロー図である図１５とで共通の制御フローはその説明を省略する。ここでは、ステップＳ３２５で温度補正を行った後の光学素子１０１への電圧印加制御方法（ステップＳ３２６の「給電制御」についての以下の説明参照）が異なる。
【００６１】
そこで、この点を明らかにするため、図１６及び図１７を用いて、給電制御について説明する。
ステップＳ３５１において、撮影者によって操作されたズームスイッチが、Ｗ側ズームスイッチ２０１なのか否かの判別を行う。Ｗ側ズームスイッチ２０１が操作された場合にはステップＳ３５２に進み、Ｔ側ズームスイッチ２０２が操作された場合には、ステップＳ３６１に進む。
ステップＳ３５２では、ステップＳ３２５で求まった補正最終電圧値Ｖ0’に対する第１印加電圧値Ｖ4の演算及びその印加時間ｔ70の設定を行う。この第１印加電圧値Ｖ4は例えば以下のような式で求まる。
第１印加電圧値Ｖ4＝（補正最終電圧値Ｖ0’）−（定数）…（３−１）式
この（３−１）式中の「定数」や印加時間は、ＣＰＵ１３０内に記憶されているメモリから呼び出したものでも、補正最終電圧値Ｖ0’に対してある演算式で求まるもの、どちらでも良い。
【００６２】
このようにして第１印加電圧値Ｖ4及びその印加時間ｔ70が求まった後、ステップＳ３５３で第１印加電圧値Ｖ4の印加を開始し、それと同時にタイマ１４７のカウントをスタートさせる（Ｓ３５４）。ステップＳ３５２で設定した印加時間分のカウントが終了した後（Ｓ３５５）、タイマ１４７のカウントを終了させるのと同時に、第２印加電圧である、補正最終電圧値Ｖ0’の印加を開始する（Ｓ３５６，Ｓ３５７）。そして、ステップＳ３２７へと戻る。
【００６３】
一方、ステップＳ３６１では、ステップＳ３２５で求まった補正最終電圧値Ｖ0’に対する第３印加電圧値Ｖ5の演算及びその印加時間ｔ80の設定を行う。この第３印加電圧値Ｖ5は例えば以下のような式で求まる。
第３印加電圧値Ｖ5＝（補正最終電圧値Ｖ0’）−（定数）…（３‐２）式
この（３‐２）式中の「定数」や印加時間ｔ80は、ＣＰＵ１３０内に記憶されているメモリから呼び出したものでも、補正最終電圧値Ｖ0’に対してある演算式で求まるもの、どちらでも良い。
【００６４】
このようにして第３印加電圧値Ｖ5及びその印加時間ｔ80が求まった後、ステップＳ３６２で第３印加電圧値Ｖ5の印加を開始し、それと同時にタイマ１４７のカウントをスタートさせる（Ｓ３６３）。ステップＳ３６１で設定した印加時間分のカウントが終了した後（Ｓ３６４）、タイマ１４７のカウントを終了させるのと同時に、第４印加電圧である、補正最終電圧値Ｖ0’の印加を開始する（Ｓ３６５，Ｓ３６６）。そして、ステップＳ３２７へと戻る。
【００６５】
以上説明したように、光学素子１０１の焦点距離変化の方向によらず、光学素子１０１に補正最終電圧値Ｖ0’を印加する前に、所定時間、補正最終電圧値Ｖ0’よりも低い電圧を印加する事によって、光学素子１０１の界面１２４を静定させる方向が、界面１２４の曲率半径を小さくさせる方向となる。つまり、光学素子１０１の変形にヒステリシスがある場合でも、界面１２４を静定させる時の光学素子１０１への電圧印加方向を一定にしておけば、ヒステリシスの影響もある一方向のみの考慮を行えば良いので、その補正が容易となる。
【００６６】
なお、上記説明では界面を静定させる時の光学素子への電圧印加方向を電圧値増加方向としているが、これに限定することはなく、電圧値減少方向にしてもヒステリシスの影響をある一方向にすることが出来るので、同様の効果を得る事が出来る。
上記実施例３によれば、光学素子の界面を静定させる時に一定方向の電圧印加を行っているので、光学素子のヒステリシスの影響分の補正を容易に行う事が可能となる。
【００６７】
［実施例４］
前記実施例１及び実施例３は、光学素子を光学装置の撮影光学系内に組込んだ場合の実施形態であった。これに対して、以下に示す実施例４は、上記以外の光学系内に光学素子を組込んだ場合の構成例である。
図１８ないし図２０は本発明の実施例４に係わる図である。
図１８は光学素子１０１を光学装置の観測光学系３３０内に組込んだ時のものである。実施例１及び実施例２と同様なものについてはその説明を省略する。
同図において、光学装置１５０は視度調スイッチ１５９を有している。この視度調スイッチ１５９は、レバータイプのものでもボタンタイプの物でも良く、その操作によってＣＰＵ１３０は給電手段を制御して光学素子１０１への印加電圧を変更する。つまり、視度調スイッチ１５９の操作によって光学素子１０１の焦点距離が変わるので、観察像の焦点を撮影者の視度に合わせる事が出来る。
【００６８】
３３０は複数のレンズ群からなる観察光学系で、第１レンズ群３３１、第２レンズ群３３２、第３レンズ群３３３、この光学系の略焦点位置に配置された視野枠３３４、及び光学素子１０１で構成される。第２レンズ群３３２の光軸方向の進退でズーミングが行われる。また、第３レンズ群３３３は移動しないリレーレンズ群である。よって観察者は、光学素子１０１を通して焦点位置に結像した観察像を観察する事が出来る。
【００６９】
図１９及び図２０は、図１８に示した光学装置１５０が有するＣＰＵ１３０の制御フローである。以下、図１８ないし図２０を用いて光学装置１５０の制御フローを説明する。
ステップＳ４０１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。一方、ステップＳ４０１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、ステップＳ４０２へと進む。
【００７０】
ステップＳ４０２では、ＣＰＵ１３０に記憶された光学素子１０１の補正最終印加電圧値Ｖ0’を確認する。なお、光学装置１５０を初めて使用する場合は、ＣＰＵ１３０には補正最終印加電圧値Ｖ0’＝０Ｖとして設定されている。
ステップＳ４０３では、上記ステップＳ４０２の結果に基づき、ＣＰＵ１３０に設定値がある場合は「メモリセット」のサブルーチンに進み、メモリ値が無い場合はステップＳ４０４に進む。ＣＰＵ１３０に設定値がある場合は、改めてその設定値を呼び出し（Ｓ４５１）、その設定値に基いて光学素子１０１への補正最終印加電圧値Ｖ0’を設定した後（Ｓ４５２）、給電手段１４４を制御して光学素子１０１に電圧を印加して元に戻る（Ｓ４５３）。
【００７１】
ステップＳ４０４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。
ステップＳ４０５では、撮影者によって視度調スイッチ１５９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にはステップＳ４０６に進む。ここで視度調スイッチ１５９が操作された場合は、ステップＳ４２１へと進む。
【００７２】
ステップＳ４２１では、視度調スイッチ１５９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対応する視度調整量の演算を行う（Ｓ４２２）。その演算結果によって、光学素子１０１への最終印加電圧量Ｖ0を決定し（Ｓ４２３）、実施例１で説明した「温度補正」を行い（Ｓ４２４）、その後給電手段１３１の出力電圧を制御して光学素子１０１に補正最終印加電圧値Ｖ0’を印加する（Ｓ４２５）。そしてステップＳ４０４へ戻る。つまり、視度調スイッチ１５９が操作され続けている場合は、ステップＳ４０４からステップＳ４２５を繰り返し実行し、視度調スイッチ１５９のオン操作が終了した時点でステップＳ４０６へと移行する。
【００７３】
ステップＳ４０６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１９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Ｓ４０４に戻り、撮影条件設定の受付や、視度調スイッチ１５９の操作の判別を繰り返す。また、ステップＳ４０６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Ｓ４１１へ移行する。
【００７４】
ステップＳ４１１からステップＳ４１７は実施例１のステップＳ１１１からステップＳ１１７と同様、及びステップＳ４３１からステップＳ４３５までは実施例１のステップＳ１３２からステップＳ１３６までと同様なので、その説明を省略する。
ステップＳ４３５で撮影された画像を表示器１５１に表示した後、ステップＳ４３６ではメインスイッチ１５２がオフ操作されたかどうかの判別を行う。メインスイッチ１５２がオフ操作されていない場合はステップＳ４０４に移行し、Ｓ４０４からＳ４３５までの一連の撮影動作を繰り返し行う
またステップＳ４３６でメインスイッチ１５２がオフ操作された場合は、ステップＳ４３７に進んでＣＰＵ１３０に記憶されている光学素子１０１への補正最終印加電圧値Ｖ0’を、メインスイッチ１５２のオフ操作直前の補正最終印加電圧値Ｖ0’に書き換えた後、ステップＳ４３８へと進んで光学素子１０１への電圧印加をオフして一連の撮影動作を終える。
【００７５】
以上説明したように、光学素子を観察光学系に組込んだ時でも温度に応じて光学素子への最終印加電圧値や電圧印加波形パターンを制御することが可能になる。つまり、光学素子をどのような光学系に組込んでも、同様な効果を得られる事が出来る。
【００７６】
［実施例５］
図２１ないし図２４は本発明の実施例５に係わる図である。
図２１及び図２２は本発明の他の形態をなす光学素子及び給電手段に係わる説明図である。
図２１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２１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。
【００７７】
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に対して軸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。
【００７８】
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。
【００７９】
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、エレクトロウェッティング効果によって界面８２４が変形する。
【００８０】
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２２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２２（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。
【００８１】
一方、第１の液体に電圧を印加すると、界面８２４の形状はエレクトロウェッティング効果で球面となる（図２２（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。
【００８２】
なお、エレクトロウェッティングによる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。
【００８３】
図２３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、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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
図２４は、図２３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２３及び図２４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。
【００８７】
ステップＳ５０１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Ｓ５０１に留まる。ステップＳ５０１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Ｓ５０２以降を実行する。
ステップＳ５０２では実施例１と同様に、温度センサー１４６によって光学装置１５０が置かれている環境温度、つまり光学装置１５０の周囲の気温を測定する。
【００８８】
ステップＳ５０３では、撮影者による撮影条件の設定を受け付ける。
ステップＳ５０４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  Ｓ５０３に戻り、撮影条件設定の受付の判別を繰り返す。
ステップＳ５０４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Ｓ５１１へ移行する。
ステップＳ５１１及びステップＳ５１２は実施例１と同様なので、その説明を省略する。
ステップＳ５１３では、前記ステップＳ５１２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Ｓ５１４に進む。
【００８９】
一方ステップＳ５１３において、前記ステップＳ５１２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Ｓ５２１にジャンプする。ステップＳ５２１及びステップＳ５２２は実施例１と同様なので、その説明を省略する。ステップＳ５２３では、実際の受光量と適正な受光量を比較し、撮影光学系４３０内の光学素子８０１の適正透過率を演算する。ステップＳ５２４では、前記ステップＳ５２３で演算した適正透過率を得るための制御電圧（最終印加電圧値Ｖ0）を演算する。具体的には、ＣＰＵ１３０のＲＯＭには、印加電圧に対する透過率の関係がルックアップテーブルとして記憶されているので、該テーブルを参照し、ステップＳ５２３で演算した透過率に対する最終印加電圧値Ｖ0を求める。
【００９０】
ステップＳ５２５では実施例１と同様に最終印加電圧値Ｖ0に対する温度補正を行い、ステップＳ５２６では、前述の「温度補正」のサブルーチンで決定した光学素子８０１に印加する最終電圧基準値及び印加波形パターンで給電手段１３１の制御を行い、光学素子８０１に電圧を印加する。それと同時にタイマ１４７のカウントを開始する（Ｓ５２７）。ステップＳ５２７実行後はステップＳ５１１に戻り、撮像手段１４４に入射する光量が適正になるまで、ステップＳ５１１の画像信号の取得からステップＳ５２７までのステップを繰り返し実行する。そして撮像手段１４４に入射する光量が適正になると、ステップＳ５１３からステップＳ５１４に移行する。
ステップＳ５１４からステップＳ５３７までは第１及び実施例２と同様なのでその説明を省略する。
【００９１】
以上説明したように、光学素子を光学フィルタとして使用する場合でも、温度に応じて光学素子への最終印加電圧値や電圧印加波形パターンを制御することが可能になる。
つまり、光学素子の構成や使用形態によらずに実施例１から実施例４までと同様な効果を得る事が出来る。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電気毛管現象を利用した光学素子の駆動制御において、温度に応じた駆動制御を行うことができ、また、ヒステリシスの影響を無視することができ、あるいはヒステリシスの影響を容易に補正することができる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】本発明の光学素子の断面図である。
【図２】本発明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】本発明の光学素子の印加電圧と界面変形の関係を説明する図である。
【図４】本発明の光学素子の給電手段の説明図である。
【図５】本発明の光学素子の給電手段の動作説明図である。
【図６】本発明の実施例１の光学装置の構成図である。
【図７】本発明の実施例１の光学装置のメイン制御フロー図である。
【図８】本発明の実施例１の光学装置のサブ制御フロー図である。
【図９】本発明の実施例１の印加電圧と光学素子の界面変形の関係を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例１の温度補正テーブルの例である。
【図１１】本発明の実施例２の光学装置の構成図である。
【図１２】本発明の実施例２の光学装置のメイン制御フロー図である。
【図１３】本発明の実施例２の光学装置のサブ制御フロー図である。
【図１４】本発明の実施例２の印加電圧と光学素子の界面変形の関係を説明する図である。
【図１５】本発明の実施例３の光学装置のメイン制御フロー図である。
【図１６】本発明の実施例３の光学装置のサブ制御フロー図である。
【図１７】本発明の実施例３の印加電圧制御の説明図である。
【図１８】本発明の実施例４の光学装置の構成図である。
【図１９】本発明の実施例４の光学装置のメイン制御フロー図である。
【図２０】本発明の実施例４の光学装置のサブ制御フロー図である。
【図２１】本発明の実施例５の光学素子の構成図である。
【図２２】本発明の実施例５の光学素子の光学作用の説明図である。
【図２３】本発明の実施例５の光学装置の構成図である。
【図２４】本発明の実施例５の光学装置の制御フロー図である。
【図２５】従来の光学素子の問題点の説明図である。
【符号の説明】
１０１，８０１：光学素子
１０２，８０２：透明基板
１０３，８０３：透明電極
１０４，８０４：絶縁層
１０７，８０７：絞り板
１１１，８１１：撥水膜
１１２，８１２：親水膜
１１３，８１３：親水膜
１２１，８２１：第１の液体
１２２，８２２：第２の液体
１２３，８２３：光軸
１２４，８２４：界面
１２５，８２５：棒状電極
１３０：ＣＰＵ
１２６，１３１：給電手段
１３２：電源
１３３：ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３４，１３５：増幅器
１４０，２４０，４４０：撮影光学系
３４０：観察光学系
１４４：撮像手段
１４６：温度センサー
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
２０１：Ｗ側ズームスイッチ
２０２：Ｔ側ズームスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0004434413.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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