(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交流電圧を印加する給電手段と、印加する前記交流電圧を制御する印加電圧制御手段を有し、該印加電圧制御手段が前記交流電圧のデューティ比及び前記交流電圧の周波数を制御する構成を備え、
前記給電手段によるピーク電圧を固定すると共に、前記交流電圧の周波数として、前記光学素子の絶縁層への電荷注入が生じる周波数より高く、且つインピーダンスの増加による電荷移動が阻害される周波数より低い周波数を選定し、
前記交流電圧のデューティ比を制御することによって前記界面形状を変化させることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記給電手段が、前記ピーク電圧と前記交流電圧の周波数が実質上一定の矩形波である交流電圧を印加する構成を有す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】
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交流電圧を印加する給電手段と、印加する前記交流電圧を制御する印加電圧制御手段を有し、該印加電圧制御手段が前記交流電圧のデューティ比及び前記交流電圧の周波数を制御する構成を備え、
前記給電手段によるピーク電圧と前記交流電圧のデューティ比を固定し、
前記交流電圧の周波数として、前記光学素子への電荷移動が阻害される周波数より高い周波数を選定し、
該交流電圧の周波数を制御することによって前記界面形状を変化させることを特徴とする光学装置。
【請求項４】
前記給電手段が、前記ピーク電圧と前記交流電圧のデューティ比が実質上一定の矩形波である交流電圧を印加する構成を有することを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
【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、特に該素子を駆動するための給電手段に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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。
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。
【０００３】
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、上記した従来の技術は、つぎのような点に問題を有している。例えば、上記した特開平８−１１４７０３号公報では、アクチュエータとして透明弾性膜上に形成した圧電素子によるユニモルフ機構が利用され、該アクチュエータを駆動するためのアクチュエータ制御装置の記載がある。しかし当公知技術は弾性変形部の剛性が高く、その結果、アクチュエータ駆動に大電力を要する欠点がある。
また、上記した特開平１１−１３３２１０号公報も同様に、弾性変形部の剛性が高く、その結果、アクチュエータ駆動に大電力を要する欠点がある。
また、上記したＷＯ９９／１８４５６では、機械的な可動部がないために、少ない電力で光学パワーを変化させられるが、電源手段に詳しい記載がなく、光学パワーを精密にかつ低消費電力で制御するための技術は開示されていない。
【０００７】
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を駆動制御する際、簡略な駆動回路で構成することができ、その光学パワーを短時間で正確に制御し、少ない電力で駆動することが可能となる光学装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【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）〜（４）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交流電圧を印加する給電手段と、印加する前記交流電圧を制御する印加電圧制御手段を有し、該印加電圧制御手段が前記交流電圧のデューティ比及び前記交流電圧の周波数を制御する構成を備え、
前記給電手段によるピーク電圧を固定すると共に、前記交流電圧の周波数として、前記光学素子の絶縁層への電荷注入が生じる周波数より高く、且つインピーダンスの増加による電荷移動が阻害される周波数より低い周波数を選定し、
前記交流電圧のデューティ比を制御することによって前記界面形状を変化させることを特徴とする光学装置。
（２）前記給電手段が、前記ピーク電圧と前記交流電圧の周波数が実質上一定の矩形波である交流電圧を印加する構成を有することを特徴とする上記（１）に記載の光学装置。
（３）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交流電圧を印加する給電手段と、印加する前記交流電圧を制御する印加電圧制御手段を有し、該印加電圧制御手段が前記交流電圧のデューティ比及び前記交流電圧の周波数を制御する構成を備え、
前記給電手段によるピーク電圧と前記交流電圧のデューティ比を固定し、
前記交流電圧の周波数として、前記光学素子への電荷移動が阻害される周波数より高い周波数を選定し、
該交流電圧の周波数を制御することによって前記界面形状を変化させることを特徴とする光学装置。
（４）前記給電手段が、前記ピーク電圧と前記交流電圧のデューティ比が実質上一定の矩形波である交流電圧を印加する構成を有することを特徴とする上記（３）に記載の光学素子。
【０００９】
【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、界面形状を変化させるための電極に所定の交流電圧を印加する給電手段と、印加電圧を制御する印加電圧制御手段と、該印加電圧制御手段を前記交流電圧のデューティ比を制御するように構成し、印加電圧のデューティ比を変えることで、光学素子への印加電圧実効値を制御し、光学素子の光学特性を正確に制御することが可能となる。
また、前記給電手段によって、ピーク電圧と周波数が実質上一定の矩形波である交流電圧を印加するように構成することで、簡単なディジタル制御回路で光学素子への印加電圧実効値を制御し、光学素子の光学特性を正確に制御することが可能となる。
また、界面形状を変化させるための電極に所定の交流電圧を印加する給電手段と、印加電圧を制御する印加電圧制御手段と、該印加電圧制御手段を前記交流電圧の周波数を制御するように構成し、印加電圧の周波数を変えることで、光学素子への入力電力に対する界面変形のエネルギ変換効率を制御し、光学素子の光学特性を正確に制御することが可能となる。
また、前記給電手段によって、ピーク電圧とデューティ比が実質上一定の矩形波である交流電圧を印加するように構成することで、簡単なディジタル制御回路で、光学素子への入力電力に対する界面変形のエネルギ変換効率を制御し、光学素子の光学特性を正確に制御することが可能となる。
また、前記界面形状を変化させるために前記電極に所定の交流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を有し、該印加電圧制御手段が前記交流電圧の周波数を制御する構成を備え、該周波数を制御することによって前記界面形状を変化させるように構成することで、光学素子の界面の変形制御の仮定に応じて、該光学素子に印加する電圧の周波数を切り換えることが可能となる。
また、給電制御手段を、前記光学素子への電圧印加開始時には前記交流電圧を第１の周波数とし、前記光学素子の変形が完了した後は前記交流電圧を第２の周波数に切り換えるように構成することで、光学素子の界面を変形させる際には第１の周波数で、該界面の変形が完了してその形状を維持する際には第２の周波数で駆動することが可能となる。
付加手段は、撮影手段を有し、前記給電制御手段は該撮影手段が画像を記録するための撮影準備時には前記交流電圧を第２の周波数とし、前記撮影手段が画像を記録するための撮影時には前記交流電圧を第１の周波数に切り換えるように構成することで、光学装置が撮影準備段階にある時は光学素子を第１の周波数で駆動し、撮影準備段階から撮影動作に移行する場合は撮影動作の前に第２の周波数に切り換えて駆動することが可能となる。
【００１０】
【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１１は本発明の実施例１の構成を説明するための図であり、図２は本実施例の光学素子の構成を示す断面図である。図２を用いて、まず、本実施例の光学素子の構成と作成方法を説明する。
図２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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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３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２に比べて図３の界面１２４の方が曲率半径が短くなるので、図３の状態の光学素子１０１の方が図２の状態に比べて光学素子１０１の焦点距離は短くなる。
【００１５】
図４は、給電手段１２６より直流電圧を発生させた時の、光学素子１０１の界面１２４の変形過程を概念的に説明する図である。
同図（ａ）において、時刻ｔ0に光学素子１０１に対して電圧値Ｖ0のステップ状の直流電圧を印加する。この時、光学素子１０１の界面は同図（ｂ）に示す曲線のような応答を示す。すなわち所定の時定数で立ち上がり、時刻ｔ12において最終変形量δ0の９５％値に到達し、更にδ0に向かって漸近するが、電圧が印加されているにもかかわらず、その後変形量は減少する。これは図３において、絶縁層１０４内に徐々に電荷が注入され、電気毛管現象が減じられることに起因する。この現象を回避するため、給電手段１２６に５０ないし３ｋＨｚ程度の交流電源を用いれば良いことが、Ｃｏｍｐｔｅｓ  Ｒｅｎｄｕｓ  ｄｅｓ  Ｓｅａｎｃｅｓ  ｄｅｉ´Ａｃａｄｅｍｉｅ  ｄｅｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３１７（１９９３）の１５８ページに記載されている。
なお、δは界面変形の量を概念的に表わしたもので、界面の高さや接触角を直接的に表わす数値ではなく、電気毛管現象の強さを意味している。
【００１６】
図５は、給電手段１２６より交流電圧を発生させた時の、光学素子１０１の界面１２４の変形過程を概念的に説明する図である。
同図（ａ）において、時刻ｔ0に光学素子１０１に対して最大電圧Ｖ0で所定周波数の正弦波状交流電圧を印加すると光学素子１０１の界面は同図（ｂ）に示す曲線のような応答を示す。すなわち図４と同様に所定の時定数で立ち上がり、時刻ｔ12において最終変形量δsineの９５％値に到達する。そして時間の経過と共にδsineに向かって漸近し、その後変形量が減少することはない。
【００１７】
以上のように、光学素子１０１は、給電手段の駆動周波数によって、界面変形時の応答特性が異なる。そこで、給電手段から出力される電圧の周波数と光学素子１０１の界面１２４の変形応答を概念的に示したものが図６である。当図において、横軸は給電手段から光学素子１０１に供給される交流電圧の周波数、縦軸は給電開始時の界面変形速度、給電開始から充分な時間が経過した時の界面変形量、及び給電手段が消費する電力である。
【００１８】
当図によると、駆動周波数がｆ1の時は前記図４の現象が生じて所定の変形量が得られないので、光学素子１０１の光学状態を正確に制御するには不適である。駆動周波数がｆ2の時は所定の変形量は得られるが、変形（応答）速度は比較的遅い。駆動周波数がｆ3の時は所定の変形量が得られ、かつ変形速度も速い。駆動周波数がｆ4の時は所定の変形量が得られなくなる。これは、光学素子は所定の静電容量を有するコンデンサと見なせるが、透明電極１０３の抵抗や電解液１２２のイオン易動度が有限値を持つため、駆動周波数が高周波になると光学素子１０１への電荷注入がさまたげられて電気毛管現象が効果的に発現しなくなるためである。すなわち光学素子１０１を効果的に制御するためには、これを駆動するための電源条件を適切に設定することが必要である。
【００１９】
図７及び図８は本発明の実施例１の給電手段に係わる説明図であり、図７は本実施例の光学素子の断面と給電手段の構成を示す図である。
図７において、１３０は後述する光学装置１５０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。
【００２０】
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（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）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。
【００２１】
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。
【００２２】
図８は増幅器１３４及び１３５から出力される電圧波形を説明する図である。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３３から増幅器１３４及び１３５へそれぞれ１００Ｖの電圧が出力されたものとして以下説明を行う。
図８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８（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８（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８（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。
【００２３】
また光学素子１０１に印加される電圧の印加開始からの実効値は図８（ｅ）の様に表す事が出来る。
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。
【００２４】
図９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。なお、撮影光学系のズーミングを行なうには、通常は複数レンズ群のパワー変化や群の移動が必要であるが、当図では簡便のために光学素子１０１のパワー変化でズーミング動作を代表させている。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。
【００２５】
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の内部のメモリ領域に設けられたルックアップテーブルで、光学素子１０１の光学パワーを所定値に制御するために必要な給電手段１３１の出力電圧のデューティ比データが、対応表の形態で記憶されている。
１５１は液晶ディスプレイ等の表示器で、撮像手段１４４で取得した被写体像や、可変焦点レンズを有する光学装置の動作状況を表示する。１５２はＣＰＵ１３０をスリープ状態からプログラム実行状態に起動するメインスイッチ、１５３はズームスイッチで、撮影者のズームスイッチ操作に応じて後述する変倍動作を行ない、撮影光学系１４０の焦点距離を変える。１５４は上記スイッチ以外の操作スイッチ群で、撮影準備スイッチ、撮影開始スイッチ、シャッター秒時等を設定する撮影条件設定スイッチ等で構成される。
【００２６】
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。
【００２７】
図１０は、図９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９及び図１０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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、ズームスイッチ１５３の操作量（操作方向やオン時間等）を検出する。ステップＳ１２２では、その操作量に基いて撮影光学系１４０の焦点距離制御目標値を演算する。ステップＳ１２３では、ＣＰＵ１３０内のルックアップテーブル１４７より、上記焦点距離制御目標値に対応する、光学素子１０１への印加電圧のデューティ比を読み出す。該デューティ比に対する光学素子１０１の変形量は、図１及び図１１を用いて後述する。ステップＳ１２４では、上記デューティ比にて給電手段１３１より光学素子１０１へ給電を開始し、ステップＳ１０３に戻る。
すなわちズームスイッチ１５３の操作が継続中は、該操作量に応じた所定デューティ比の信号が光学素子１０１に印加され、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。
【００３０】
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１０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。
【００３１】
ステップＳ１１１では、撮像手段１４４及び信号処理回路１４５を駆動して、プレビュー画像を取得する。プレビュー画像とは、最終記録用画像の撮影条件を適切に設定するため、及び撮影者に撮影構図を把握させるために撮影前に取得する画像の事である。
ステップＳ１１２では、ステップＳ１１１で取得したプレビュー画像の受光レベルを認識する。具体的には、撮像手段１４４が出力する画像信号において、最高、最低及び平均の出力信号レベルを演算し、撮像手段１４４に入射する光量を認識する。
【００３２】
ステップＳ１１３では、前記ステップＳ１１２で認識した受光量に基いて、撮影光学系１４０内に設けられた絞りユニット１４３を駆動して適正光量になるように絞りユニット１４３の開口径を調整する。
ステップＳ１１４では、ステップＳ１１１で取得したプレビュー画像を表示器１５１に表示する。続いてステップＳ１１５では、焦点検出手段１５５を用いて撮影光学系１４０の焦点状態を検出する。続いてステップＳ１１６では、フォーカス駆動手段１５６により、第１レンズ群１４１を光軸方向に進退させて合焦動作を行なう。その後、ステップＳ１１７に進み、撮影スイッチ（フロー図１０では、ＳＷ２と表記）のオン操作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない時はステップＳ１１１に戻り、プレビュー画像の取得からフォーカス駆動までのステップを繰り返し実行する。以上のごとく、撮影準備動作を繰り返し実行している最中に、撮影者が撮影スイッチをオン操作すると、ステップＳ１１７からステップＳ１３１にジャンプする。
【００３３】
ステップＳ１３１では撮像を行なう。すなわち撮像手段１４４上に結像した被写体像を光電変換し、光学像の強度に比例した電荷が各受光部近傍の電荷蓄積部に蓄積される。ステップＳ１３２では、ステップＳ１３１で蓄積された電荷を電荷転送ラインを介して読み出し、読み出しされたアナログ信号を信号処理回路１４５に入力させる。ステップＳ１３３では、信号処理回路１４５において、入力したアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換し、ＡＧＣ制御、ホワイトバランス、γ補正、エッジ強調等の画像処理を施し、さらに必要に応じてＣＰＵ１３０内に記憶された画像圧縮プログラムでＪＰＥＧ圧縮等を施す。ステップＳ１３４では、上記ステップＳ１３３で得られた画像信号をメモリ１５７に記録する。ステップＳ１３５では、まずステップＳ１１４で表示されたプレビュー画像を消去し、ステップＳ１３３で得られた画像信号を表示器１５１に改めて表示する。ステップＳ１３６では、給電手段１３１からの給電出力を停止し、ステップＳ１３７にて一連の撮影動作が終了する。
【００３４】
次に図１及び図１１を用いて前記図１０のステップＳ１２３における作用を説明する。図１１は、光学素子１０１の界面１２４に大きな変形を与え、光学素子１０１の焦点距離を短くする場合の給電手段の制御方法とその効果を説明する図である。
同図（ａ）は、給電手段１３１から出力され、光学素子１０１へ印加される電圧波形で、その定義は図８（ｄ）で説明したものと同様である。この波形は、ピーク電圧が±Ｖ0［Ｖ］、周波数１ｋＨｚ、デューティ比が１００％の矩形波の交流電圧である。この時、光学素子１０１へ印加される実効電圧は図１１（ｂ）のようにＶ0となり、界面１２４の変形は図１１（ｃ）に示すごとく、所定の変形量δ1で静定する。
【００３５】
図１は、光学素子１０１の界面１２４に与える変形量が図１１よりも小さな場合の、給電手段の制御方法とその効果を説明する図である。
同図（ａ）は、給電手段１３１から出力され、光学素子１０１へ印加される電圧波形である。この波形は、ピーク電圧が図１１と同様の±Ｖ0［Ｖ］、周波数も同様の１ｋＨｚ、デューティ比が５０％の矩形波の交流電圧である。この時、光学素子１０１へ印加される実効電圧は図１（ｂ）のように０．５Ｖ0となり、界面１２４の変形は図１（ｃ）に示すごとく、図１１の変形量の約半分、すなわち０．５δ1で静定する。
【００３６】
すなわち本実施例では、給電手段から出力される駆動電圧のピーク電圧と周波数は常に一定で、デューティ比を可変とすることで、光学素子１０１へ供給される実効電圧を制御し、界面１２４の変形量を制御している。そしてこの駆動周波数は本実施例では１ｋＨｚとしたが、これは図６のｆ3付近の周波数に相当する。この様な周波数を選択することで、光学素子１０１の光学パワーを高速に、かつ安定して変化させる事が可能である。
【００３７】
上記実施例１によれば、
（１）給電手段から出力される駆動電圧のピーク値と周波数を固定し、デューティ比のみを可変とすることで、給電手段の構成が簡単で済み、マイコン等を用いたディジタル制御に適した給電手段を提供できる。その結果、安価な制御回路で光学素子の光学特性を正確に制御可能となること。
（２）給電手段の出力周波数を、光学素子の絶縁層への電荷注入が生じる周波数より高く、かつインピーダンスの増加による電荷移動が阻害される周波数より低い周波数を選定したため、界面を安定的に変形させることが可能であること。
等が達成される。
なお、本実施例では光学装置の一例として、画像を光電変換してそのデータを記録するデジタルスチルカメラを取り挙げたが、ビデオカメラや、画像を銀塩フィルムに記録する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。
【００３８】
［実施例２］
前述の実施例１は、ピーク電圧と周波数が一定の交流電圧を光学素子に印加し、その交流信号のデューティを変える事で光学素子の界面を所望の形状に変える実施形態であった。これに対して、実施例２では、ピーク電圧とデューティが一定の交流電圧を光学素子に印加し、その交流信号の周波数を変える事で光学素子の界面を所望の形状に変える実施例を示す。
【００３９】
図１２ないし図１５は本実施例を説明するための図であり、図１２は本実施例の光学装置の構成を示す図で、実施例１と同様の光学素子１０１や給電手段１３１を備えたデジタルスチルカメラ２５０を示す図である。
【００４０】
本実施例の光学装置２５０が実施例１の光学装置１５０と異なる部分は、ＣＰＵ２３０が有するルックアップテーブル２４７には、光学素子１０１の光学パワーを所定値に制御するために必要な給電手段１３１の出力周波数データが対応表の形態で記憶されている点である。これ以外は実施例１と同様の構成と作用をなすため、くわしい説明は省略する。
【００４１】
図１３は実施例２の光学装置２５０が有するＣＰＵ２３０の制御フロー図である。当フロー図が実施例１における図１０のフロー図と異なる部分は、前記ルックアップテーブル２４７からのデータ読み出し部分のみである。以下、この変更部分のみを説明する。
ステップＳ２０４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し、該スイッチ１５３が操作された場合は、ステップＳ２２１に移行する。
【００４２】
ステップＳ２２１では、ズームスイッチ１５３の操作量（操作方向やオン時間等）を検出する。ステップＳ２２２では、その操作量に基いて撮影光学系１４０の焦点距離制御目標値を演算する。ステップＳ２２３では、ＣＰＵ２３０内のルックアップテーブル２４７より、上記焦点距離制御目標値に対応した、光学素子１０１へ印加される給電信号の周波数を読み出す。該周波数に対する光学素子１０１の変形量は、図１４及び図１５を用いて説明する。ステップＳ２２４では、上記周波数にて給電手段１３１より光学素子１０１へ給電を開始し、ステップＳ２０３に戻る。
【００４３】
次に図１４及び図１５を用いて前記図１３のステップＳ２２３における作用を説明する。図１４は、光学素子１０１の界面１２４に大きな変形を与え、光学素子１０１の焦点距離を短くする場合の給電手段の制御方法とその効果を説明する図である。
同図（ａ）は、給電手段１３１から出力され、光学素子１０１へ印加される電圧波形で、その定義は図８（ｄ）あるいは図１（ａ）及び図１１（ａ）で説明したものと同様である。この波形は、ピーク電圧が±Ｖ0［Ｖ］、周波数２ｋＨｚ、デューティ比が１００％の矩形波交流電圧である。この時、光学素子１０１へ印加される実効電圧は図１１（ｂ）のようにＶ0となり、界面１２４の変形は図１１（ｃ）に示すごとく、所定の変形量δ2で静定する。
【００４４】
図１５は、光学素子１０１の界面１２４に与える変形量が図１４よりも小さな場合の、給電手段の制御方法とその効果を説明する図である。
同図（ａ）は、給電手段１３１から出力され、光学素子１０１へ印加される電圧波形である。この波形は、ピーク電圧が図１４と同様の±Ｖ0［Ｖ］、デューティ比も同様の１００％、周波数は２倍の４ｋＨｚの矩形波交流電圧である。この時、光学素子１０１へ印加される実効電圧は図１４（ｂ）と同じくＶ0となるが、界面１２４の変形は図１５（ｃ）に示すごとく、図１４の変形量の約半分、すなわち０．５δ2で静定する。
【００４５】
これは当実施例が図６のｆ4付近の周波数を用いているためである。すなわち、給電電圧を所定値よりも高周波にすると、光学素子１０１には界面１２４を変形させるための電荷が供給されにくくなり、電気毛管現象の発現が抑制されるためである。従って、駆動周波数の増加とともに界面１２４の変形量が低下するため、駆動周波数を制御することで光学素子１０１の光学パワーを所望の値に制御する事が可能である。
【００４６】
上記実施例２によれば、
（１）給電手段から出力される駆動電圧のピーク値とデューティ比を固定し、周波数のみを可変とすることで、給電手段の構成が簡単で済み、マイコン等を用いたディジタル制御に適した制御手段を提供できる。その結果、安価な制御回路で光学素子の光学特性を正確に制御可能となること。
【００４７】
（２）給電手段の出力周波数を、光学素子への電荷移動が阻害される周波数より高い周波数を選定したため、周波数の変化で界面を正確かつ連続的に変形させる事が可能であること。
等が達成される。
なお、本実施例でも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。
【００４８】
［実施例３］
図１６ないし図２１は本発明の実施例３を説明するための図であり、図１６及び図１７は本実施例に用いられる光学素子及び給電手段に係わる説明図である。図１６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１６を用いて光学素子の構成を説明する。
図１６において、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変化する。すなわち当実施例では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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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１７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１７（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２の封止板８０２から射出する光束の強度は一様に低下する。
【００５３】
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１７（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２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。
【００５４】
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前述した国際特許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号公報に記載されている。
【００５５】
図１８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。
【００５６】
図１８において、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４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４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４レンズ群４３３の間に光学素子８０１が配置される。撮影光学系４４０の焦点位置（予定結像面）には、撮像手段１４４が配置される。
【００５７】
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。
【００５８】
図１９は、図１８に示した光学装置３５０が有するＣＰＵ３３０の制御フロー図である。以下、図１８及び図１９を用いて光学装置３５０の制御フローを説明する。なお、実施例１と同様な制御フローについてはその詳細な説明を省略する。
ステップＳ３０１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Ｓ３０１に留まる。ステップＳ３０１でメインスイッチ１５２がオン操作されたと判定されたら、ＣＰＵ３３０はスリープ状態から脱してステップＳ３０２以降を実行する。
【００５９】
ステップＳ３０２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３５０が置かれている環境温度、つまり光学装置３５０の周囲の気温を測定する。
ステップＳ３０３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Ｓ３０４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Ｓ３０３に戻り、撮影条件設定の受付の判別を繰り返す。
【００６０】
ステップＳ３０４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Ｓ３１１へ移行する。
ステップＳ３１１及びステップＳ３１２は実施例１と同様なので、その説明を省略する。
ステップＳ３１３では、前記ステップＳ３１２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Ｓ３１４に進む。
【００６１】
一方ステップＳ３１３において、前記ステップＳ３１２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Ｓ３２１にジャンプする。ステップＳ３２１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に与えるべき適正透過率を演算する。ステップＳ３２２ではステップＳ３２１で演算した適正透過率を得るために、光学素子８０１に印加する電圧を演算する。具体的には、ＣＰＵ３３０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３４７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Ｓ３２１で演算した透過率に対する印加電圧Ｖ3を求める。すなわち、光学素子の界面変形量を制御するために、実施例１では給電手段からの交流出力のデューティ比を、実施例２では周波数を切り換えていたが、実施例３ではピーク電圧を切り換えている。
【００６２】
ステップＳ３２３では、給電手段よりピーク電圧が±Ｖ３で、第１の周波数の交流電圧を光学素子８０１に印加する。ここで当実施例では、第１の周波数は１ｋＨｚに設定されている。すると光学素子８０１の界面８２４は入力電圧の実効値に応じて所定形状に変形し、該素子８０１の光束透過率が所望の値に制御される。
【００６３】
ステップＳ３２３実行後はステップＳ３１１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Ｓ３１１の画像信号の取得からステップＳ３２３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Ｓ３１３からステップＳ３１４に移行する。
ステップＳ３１４では、給電手段１３１から出力される交流信号の周波数を第２の周波数に切り換える。当実施例では、第２の周波数は２５０Ｈｚに設定されているが、この切り換えによる作用は図２０及び図２１にて後述する。
【００６４】
ステップＳ３１５では、ステップＳ３１１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Ｓ３１６では、焦点検出手段１５５を用いて撮影光学系４３０の焦点状態を検出する。続いてステップＳ３１７では、フォーカス駆動手段１５６により、第１レンズ群４３１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Ｓ３１８に進み、撮影スイッチ（フロー図１９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Ｓ３１１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。
【００６５】
以上のごとく、撮影準備動作を繰り返し実行している最中に、撮影者が撮影スイッチをオン操作すると、ステップＳ３１８からステップＳ３３１にジャンプする。ステップＳ３３１では、給電手段１３１から出力される交流信号の周波数を第１の周波数に切り換える。すなわち、２５０Ｈｚから１ｋＨｚに戻す。
ステップＳ３３２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Ｓ３３３では、ステップＳ１３１で蓄積された電荷を電荷転送ラインを介して読み出し、読み出しされたアナログ信号を信号処理回路１４５に入力させる。ステップＳ３３４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ＣＰＵ３３０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Ｓ３３５では、上記ステップＳ３３４で得られた画像信号をメモリ１５７に記録する。ステップＳ３３６では、まずステップＳ３１５で表示されたプレビュー画像を消去し、ステップＳ３３４で得られた画像信号を表示器１５１に改めて表示する。ステップＳ３３７では、給電手段１３１からの給電出力を停止し、ステップＳ３３８にて一連の撮影動作が終了する。
【００６６】
次に図２０及び図２１を用いて、給電手段出力の周波数切り換えの作用と効果を説明する。図２０は、給電手段１３１の出力が第１の周波数、すなわち１ｋＨｚの場合の給電手段の制御方法とその効果を説明する図である。
同図（ａ）は、給電手段１３１から出力され、光学素子１０１へ印加される電圧波形で、その定義は図８（ｄ）で説明したものと同様である。この波形は、ピーク電圧が±Ｖ3［Ｖ］、周波数１ｋＨｚ、デューティ比が１００％の矩形波交流電圧である。ここでの周波数１ｋＨｚは、図６におけるｆ3に相当する。この時、光学素子１０１へ印加される実効電圧は図２０（ｂ）のようにＶ3となり、給電手段１３１における消費電力は同図（ｃ）となる。すなわち、光学素子８０１はコンデンサ構造をしているため、一定電圧印加後は電荷の蓄積と共に流入電流が減少するため、消費電力は同図（ｃ）に示すごとく、電源電圧の極性切り換えと同期して細かい変動を繰り返す。この時の消費電力のピーク値をＷ３０、平均値をＷ３１と仮定する。また、界面８２４は同図（ｄ）に示す波形で変形する。
【００６７】
図２１は、給電手段１３１の出力が第２の周波数、すなわち２５０Ｈｚの場合の給電手段の制御方法とその効果を説明する図で、それぞれの波形は図２０と同一の意味を成す。
同図（ａ）は、給電手段１３１から出力され、光学素子１０１へ印加される電圧波形で、ピーク電圧は図２０と同一の±Ｖ3［Ｖ］、デューティ比も図２０と同一の１００％、周波数は２５０Ｈｚの矩形波交流電圧である。ここでの周波数２５０Ｈｚは、図６におけるｆ2に相当する。この時、光学素子１０１へ印加される実効電圧は図２１（ｂ）のようにＶ3となり、給電手段１３１における消費電力は同図（ｃ）となる。すなわち、光学素子８０１へ給電される信号の周波数が減少したため、消費電力は図２０に示したものより大きく変動する。従って消費電力平均値をＷ32は図２０の場合より低い。また、界面８２４は同図（ｄ）に示す波形で変形するが、この時の界面変形速度は図２０の場合よりも遅い。ただし、界面変形量が所定値δ3に静定したのちは、界面形状は安定する。
【００６８】
以上の説明により、光学素子８０１に印加する交流信号を高周波にすると、消費電力は大きいが界面の応答速度は速く、該信号を低周波にすると、応答は遅くなるが消費電力は少なくて済む。従って当実施例では、図１９のステップＳ３２３で示したように、光学素子の界面形状を変化させる場合は高周波を印加して素早い変形を可能としている。一方図１９のステップＳ３１４に示したように、変形が完了して所定形状を維持しつづける場合には駆動周波数を低周波に切り換え、省電を達成している。この場合、界面８２４の変形はすでに完了しているため、界面の応答速度が遅いことは、何ら障害とならない。
また当実施例では、図１９のステップＳ３３１に示したように、撮影動作直前には駆動周波数を高周波に戻している。これは、撮影時には光学素子の界面拘束力を強くし、撮影中の外乱による光学特性の変動を少なくする効果がある。また、撮影時間は短いため、消費電力の増大は大きな障害とはならない。
【００６９】
上記実施例３によれば、
（１）給電手段から出力される駆動信号の周波数を、光学装置の状態に応じて適宜切り換えるため、光学素子の変形速度を犠牲にするとことなく、給電手段の省電が図れること。
（２）光学素子に高い安定性が要求される時は高周波の駆動信号を供給し、安定性が低くても許容できる時は低周波の駆動信号を供給することで、光学装置の性能を低下させることなく給電手段の省電が図れること。
等が達成される。
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。また、当実施例の光学素子８０１の給電制御方法を、実施例１及び実施例２に適用しても同様の効果が得られ、実施例１及び実施例２の給電制御方法を当実施例３に適用しても同様の効果が得られる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本出願の発明によれば、光学素子に印加する矩形波の交流信号のデューティ比を変化させて該光学素子の特性を変えるため、特に給電手段をマイクロコンピュータを用いてディジタル制御する装置において給電手段の構成を簡単かつ安価にできる。また、光学特性も高分解能で正確に制御可能となる。
【００７１】
また、本出願に係る他の発明によれば、光学素子に印加する矩形波の交流信号の周波数を変化させて該光学素子の特性を変えるため、特に給電手段をマイクロコンピュータを用いてディジタル制御する装置において給電手段の構成を簡単かつ安価にできる。また、光学特性も高分解能で正確に制御可能となる。
【００７２】
また、本出願に係る他の発明によれば、光学素子に印加する矩形波の交流信号の周波数を、信号印加開始時と信号印加継続時とで変えるため、不要な電力の消費を防止でき、光学装置が有する電源の寿命を延ばすことができる。
【００７３】
また、本出願に係る他の発明によれば、光学素子に印加する矩形波の交流信号の周波数を、光学素子に高い安定性が要求される場合とそれ以外とで変えるため、不要な電力の消費を防止でき、光学装置が有する電源の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における光学素子の給電制御方法を説明する図である。
【図２】本発明の実施例１における光学素子の断面図である。
【図３】本発明の実施例１における光学素子に電圧を印加した時の動作説明図である。
【図４】本発明の光学素子に直流電圧を印加した時の動作説明図である。
【図５】本発明の光学素子に交流電圧を印加した時の動作説明図である。
【図６】本発明の光学素子における駆動周波数と応答の概念図である。
【図７】本発明の実施例１における光学素子と給電手段の説明図である。
【図８】本発明の実施例１における給電手段の動作説明図である。
【図９】本発明の実施例１の光学装置の構成図である。
【図１０】本発明の実施例１の光学装置の制御フロー図である。
【図１１】本発明の実施例１における給電制御方法を説明する図である。
【図１２】本発明の実施例２の光学装置の構成図である。
【図１３】本発明の実施例２の光学装置の制御フロー図である。
【図１４】本発明の実施例２における給電制御方法を説明する図である。
【図１５】本発明の実施例２における給電制御方法を説明する図である。
【図１６】本発明の実施例３における光学素子の断面図である。
【図１７】本発明の実施例３における光学素子に電圧を印加した時の動作説明図である。
【図１８】本発明の実施例３の光学装置の構成図である。
【図１９】本発明の実施例３の光学装置の制御フロー図である。
【図２０】本発明の実施例３における給電制御方法を説明する図である。
【図２１】本発明の実施例３における給電制御方法を説明する図である。
【符号の説明】
１０１、８０１：光学素子
１０２、８０２：透明基板
１０３：透明電極
１０４、８０４：絶縁層
１０７、８０７：絞り板
８０３：電極リング
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、２３０、３３０：ＣＰＵ
１２６、１３１：給電手段
１３２：電源
１３３：ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３４、１３５：増幅器
１４０、４３０：撮影光学系
１４４：撮像手段
１４６：温度センサー
１５０、２５０、３５０：光学装置
１５１：表示器
１５２：メインスイッチ
１５３：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】
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【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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