專利名稱：可變光學性質(zhì)元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可變光學性質(zhì)元件，例如可變形反射鏡或變焦鏡頭，其中通過改變光偏轉(zhuǎn)功能改變焦距和像差。
背景技術：
已經(jīng)提出了多種可變形反射鏡和變焦鏡頭(參照例如日本專利特開平No.2000-267010，2001-208905，2002-189172和2003-177335；美國專利No.6,384,952，及Optic Communication，Vol.140，p.187(1997))。
不過，對于所構(gòu)成的光學表面可以變形成凸形的傳統(tǒng)可變光學性質(zhì)元件的了解非常少。至于這種可變光學性質(zhì)元件，已知的有一種電磁力驅(qū)動型。不過，這種可變光學性質(zhì)元件具有能耗較高的缺點。還有一種利用壓電元件的可變光學性質(zhì)元件，不過具有難以制造小尺寸可變光學性質(zhì)元件的缺點。
特開平No.2001-208905中提出的可變光學性質(zhì)元件具有結(jié)構(gòu)復雜的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可變光學性質(zhì)元件，其結(jié)構(gòu)簡單，并且光學表面可以變形成凸起形狀；其驅(qū)動電路；以及使用其的光學裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件包括多個電極，由電力驅(qū)動且可變形成凸起形狀的基板，與該基板構(gòu)成一體的電極，處于基板上的光學表面，以及與電極連接的驅(qū)動電路。
根據(jù)本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面，與該光學表面構(gòu)成一體的第一電極，以及處于光學表面兩側(cè)的第二電極和第三電極，至少一個電極具有透過所用光束的開口。在此情形中，在第一與第二電極上，或者第一與第三電極上施加電壓或電流，從而改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)。
該可變光學性質(zhì)元件為可變反射鏡。
根據(jù)本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面；與光學表面設置為一體、分成多段的第一電極；以及設置在光學表面的一側(cè)上、分成多段的第二電極。在此情形中，相同符號的電荷存儲在第一和第二電極其中的至少一組上，每個電極分成多段，從而在分離電極之間產(chǎn)生電力，使光學表面變形。
根據(jù)本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面，與光學表面設置為一體的第一電極，以及設置在光學表面一側(cè)上的第二電極。第一電極或第二電極分成多段，在其間施加交流電壓或電流，從而在第一電極與第二電極之間產(chǎn)生排斥力或電力，使光學表面變形。
根據(jù)本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面，與光學表面設置為一體的第一電極，以及設置在光學表面一側(cè)上的第二電極。第一電極和第二電極中的每一個分成多段，在其間施加交流電壓或電流，從而在第一電極與第二電極之間產(chǎn)生排斥力或電力，使光學表面變形，同時，在沒有施加交流電壓的分離電極之間設置一電阻器。
根據(jù)本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面，與光學表面設置為一體的第一電極，以及設置在光學表面至少一側(cè)上的第二電極。將電壓或電流施加給第一電極或第二電極，從而改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)。在此情形中，與可變形基板設置為一體的電極與另一電極上設置的電極不平行。
根據(jù)本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件可以用于補償光學裝置的震動。
根據(jù)本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件可以用于補償溫度改變，濕度改變，制造誤差和光學裝置隨時間的改變的其中一種。
根據(jù)本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件設計成滿足下面的條件0.000001≤tw≤10000]]>其中t為第一電極和第二電極每一個的厚度，w為其面積。
根據(jù)本發(fā)明的光學裝置包括具有可變光學性質(zhì)元件的光學系統(tǒng)，該可變光學性質(zhì)元件具有多個分離電極，從而可將與光學系統(tǒng)的對稱性不同的電壓分布授給電極。
本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面，與光學表面設置為一體的第一電極，以部分阻擋所用光束的方式設置在光學表面一側(cè)上的第二電極。在第一電極與第二電極之間施加電壓或電流，從而可改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面，和與光學表面設置為一體的多個電極。光學表面通過電極之間產(chǎn)生的電力發(fā)生變形，從而可改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件設計成在多個電極中存儲不同符號的電荷。
根據(jù)本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件包括具有導電性的可變形光學表面和與光學表面設置為一體的多個電極。按照多個電極劃分具有導電性的光學表面。
根據(jù)本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件設計成使可變形光學表面具有導電性，并且按照第一電極劃分具有導電性的光學表面。
根據(jù)本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面，與光學表面設置為一體的第一電極，以及設置在光學表面一側(cè)上的第二電極，從而通過在第一電極與第二電極之間施加相同符號的電荷產(chǎn)生電力或排斥力，改變光偏轉(zhuǎn)的性質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面，與光學表面設置為一體的第一電極，以及設置在光學表面一側(cè)上的第二電極，從而通過在第一電極與第二電極之間施加電流或電壓產(chǎn)生電力或排斥力，可改變光偏轉(zhuǎn)的性質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面；與光學表面設置為一體、分成多段的第一電極；以及設置在光學表面一側(cè)上、分成多段的第二電極，從而通過在實際上劃分成彼此相對的第一與第二電極之間存儲相同符號的電荷而在分離電極之間產(chǎn)生排斥力，使光學表面變形。
根據(jù)本發(fā)明的可變反射鏡包括具有反射表面和基板的可變形部分，和與基板相對設置的電極，從而將反射表面分成多段，并由電力驅(qū)動。
根據(jù)本發(fā)明的可變反射鏡包括具有反射表面和基板的可變形部分，以及與基板相對設置的電極，從而將反射表面分成多段，具有電極功能，并由電力驅(qū)動。
根據(jù)本發(fā)明的可變反射鏡包括可變形反射表面，使反射表面可變形成凸形或凹形，并且使用液體，靜電力，電場，電磁力，壓電效應，磁收縮(magnetrostriction)，溫度改變和電磁波其中至少一種使反射表面變形。
根據(jù)本發(fā)明的可變反射鏡包括可變形反射表面，從而反射表面可以變形成凸形或凹形，并且當反射表面變形成凸形時利用液體的壓力，而當變形成凹形時利用電力。
根據(jù)本發(fā)明的成像裝置包括具有可變形反射表面的可變反射鏡，從而當可變反射鏡的表面輪廓平坦時，使在遠處的景深遠點處接近無窮遠的物體聚焦。
根據(jù)本發(fā)明的成像裝置包括在調(diào)焦過程中反射表面同時呈現(xiàn)凸形和凹形的可變反射鏡。
根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭包括可變形光學表面，使光學表面可以變形成凸形或凹形，并且使用液體，靜電力，電場，電磁力，壓電效應，磁收縮，溫度改變和電磁波其中至少兩種使光學表面變形。
根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭包括可變形光學表面，使光學表面可以變形成凸形或凹形，并且當光學表面變形成凸形時使用液體的壓力，當其變形成凹形時使用電力。
根據(jù)本發(fā)明的成像裝置包括具有可變形光學表面的變焦鏡頭，從而當變焦鏡頭的表面輪廓平坦時，使在遠處的景深遠點接近無窮遠處的物體聚焦。
根據(jù)本發(fā)明的成像裝置包括具有可變形光學表面的變焦鏡頭，從而當變焦鏡頭的表面輪廓平坦時，使處于從無窮遠到0.5米的任何距離處的物體聚焦。
根據(jù)本發(fā)明的成像裝置包括聚焦過程中光學表面呈現(xiàn)凸形和凹形的變焦鏡頭。
根據(jù)本發(fā)明的光學裝置包括可變光學性質(zhì)元件，震動傳感器和圖像傳感器。該可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面，與光學表面構(gòu)成一體的第一電極，和設置在光學表面兩側(cè)上的第二電極和第三電極，至少其中一個電極具有透過所用光束的開口。在第一電極與第二電極上，或第一電極與第三電極上施加電壓或電流，從而改變光偏轉(zhuǎn)的性質(zhì)。在此情形中，可變光學性質(zhì)元件的光學表面發(fā)生變形，從而補償震動造成的影響。
根據(jù)本發(fā)明的光學裝置具有可變光學性質(zhì)元件。該可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面，與光學表面構(gòu)成一體的第一電極，和設置在光學表面兩側(cè)上的第二電極和第三電極，至少其中一個電極具有透過所用光束的開口。在第一電極與第二電極上，或者第一電極與第三電極上施加電壓或電流，從而改變光偏轉(zhuǎn)的性質(zhì)。在此情形中，可變光學性質(zhì)元件的光學表面發(fā)生變形，從而對溫度改變，濕度改變，制造誤差和隨時間的改變其中至少一種進行補償。
根據(jù)下面結(jié)合附圖對優(yōu)選實施例的詳細描述，本發(fā)明的這些和其他特征和優(yōu)點是顯而易見的。
附圖簡述

圖1為表示根據(jù)本發(fā)明可變光學性質(zhì)元件一個實施例的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖2為表示電極劃分式樣的一個示例的平面圖；圖3為在圖1的實施例中反射表面變形的一個例子；圖4A為圖1的實施例中反射表面變形的另一個例子；圖4B為表示電極劃分式樣另一示例的平面圖；圖5為表示根據(jù)本發(fā)明可變光學性質(zhì)元件另一實施例的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖6為表示根據(jù)本發(fā)明可變光學性質(zhì)元件另一實施例的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖7為表示使用另一驅(qū)動電路的圖6實施例的結(jié)構(gòu)的剖面圖；
圖8為表示在圖7的實施例中電荷存儲狀態(tài)的說明性圖；圖9為表示使用另一驅(qū)動電路的圖6實施例的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖10為表示圖6實施例的改進例子的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖11為表示在圖9的實施例中電荷存儲狀態(tài)的說明性圖；圖12A，12B和12C為表示電極劃分式樣互不相同的例子的平面圖；圖13為表示使用另一驅(qū)動電路的圖6實施例的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖14為表示在圖13的實施例中電荷存儲狀態(tài)的說明圖；圖15為表示使用另一驅(qū)動電路的圖6實施例的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖16為表示根據(jù)本發(fā)明可變光學性質(zhì)元件另一實施例的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖17示意地表示出可變形反射鏡的一個例子，該可變形反射鏡為本發(fā)明光學裝置中所用光學系統(tǒng)中適用的可變光學性質(zhì)元件；圖18示意地表示出可變形反射鏡的另一個例子；圖19為表示圖17和18中每一個的可變形反射鏡中所使用的電極的一種方案的說明圖；圖20為表示圖17和18中每一個的可變形反射鏡中所使用的電極的另一種方案的說明圖；圖21示意地表示可變形反射鏡的另一個例子；圖22示意地表示可變形反射鏡的另一個例子；圖23示意地表示可變形反射鏡的另一個例子；圖24為表示在圖23的例子中薄膜線圈的纏繞密度的說明圖；圖25示意地表示可變形反射鏡的另一個例子；圖26為表示圖25的例子中線圈陣列的一個例子的說明圖；圖27為表示圖25的例子中線圈陣列的另一個例子的說明圖；圖28為表示在圖23例子中的適用于圖27的線圈陣列的永磁體陣列的說明性圖；圖29示意地表示根據(jù)本發(fā)明可變形反射鏡的另一個例子；圖30示意地表示可變形反射鏡，其中通過微型泵注入和抽出液體使透鏡表面變形；
圖31示意地表示微型泵的一個例子；圖32表示根據(jù)本發(fā)明變焦鏡頭的原理結(jié)構(gòu)；圖33表示單軸各向異性向列液晶的折射率橢球；圖34表示將電場施加給圖32中大分子分散液晶層時的狀態(tài)；圖35表示施加給圖32中大分子分散液晶層的電壓可以改變的例子；圖36表示用于使用本發(fā)明變焦鏡頭的數(shù)碼相機的成像光學系統(tǒng)的一個例子；圖37表示作為本發(fā)明可變光學性質(zhì)元件的變焦衍射光學元件的一個例子；圖38表示變焦眼鏡，每個鏡片具有使用扭曲向列液晶的變焦鏡頭；圖39表示當施加給圖38中扭曲向列液晶層的電壓增大時液晶分子的取向；圖40A和40B表示作為根據(jù)本發(fā)明可變光學性質(zhì)元件的可變偏轉(zhuǎn)角棱鏡的兩個例子；圖41用于解釋圖40A和40B中可變偏轉(zhuǎn)角棱鏡的應用；圖42示意地表示作為根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭的變焦反射鏡的一個例子；圖43示意地表示使用根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭的成像光學系統(tǒng)；圖44為表示圖43的變焦鏡頭的一種改進例的說明圖；圖45為表示圖44的變焦鏡頭發(fā)生變形時的狀態(tài)的說明性圖；圖46示意地表示根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭的另一個例子，其中通過微型泵注入和抽取液體使透鏡表面變形；圖47示意地表示根據(jù)本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件的另一個例子，該可變光學性質(zhì)元件為使用壓電物質(zhì)的變焦鏡頭；圖48為表示圖47的變焦鏡頭發(fā)生變形時的狀態(tài)的說明圖；圖49示意地表示根據(jù)本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件的另一個例子，該可變光學性質(zhì)元件為使用壓電物質(zhì)構(gòu)成的兩薄板的變焦鏡頭；圖50示意地表示根據(jù)本發(fā)明的變焦鏡頭的另一個例子；
圖51為表示圖50中變焦鏡頭的變形的說明圖；圖52示意地表示根據(jù)本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件的另一個例子，該可變光學性質(zhì)元件為使用光子效應的變焦鏡頭；圖53A和53B為分別表示圖52變焦鏡頭中使用的反式型(trans-type)和順式型(cis-type)偶氮苯的結(jié)構(gòu)的說明性圖；圖54示意地表示根據(jù)本發(fā)明的可變形反射鏡的另一個例子；以及圖55A和55B所示分別為表示根據(jù)本發(fā)明的電磁驅(qū)動可變反射鏡的側(cè)視圖，和從反射膜相反一側(cè)觀察時的視圖。
發(fā)明詳述下面，將根據(jù)附圖中所示的實施例描述本發(fā)明。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明可變光學性質(zhì)元件的一個實施例。
該實施例構(gòu)造成由靜電驅(qū)動的可變形反射鏡，它可以變形成凹形和凸形。在這種可變形反射鏡中，作為反射表面(光學表面)的薄膜409a，可變形基板409j和可變形電極板409k層疊，并且反射鏡的邊緣通過支撐底座423安裝在下基板431上。在下基板431與電極板409k之間，將固定電極409b1，409b2，409b3，409b4和409b5在下基板431上排列。與支撐底座423相對的支架432，固定電極409b6和409b7，以及上基板434在薄膜409a的邊緣處層疊。在上基板434的中間形成使光束入射和出射的開口433。如圖2中所示，固定電極409b6和409b7與其他分開的固定電極409b8，409b9，409b10和409b11一起排列在開口433周圍。
如圖中所示，固定電極409b1，409b2，409b3，409b4和409b5通過可變電阻器411-1，411-2，411-3，411-4和411-5，固定電阻器411-20-1，411-20-2，411-20-3，411-20-4和411-20-5與電極板409k連接，并通過電源開關413A與DC電源412A相連。如圖中所示，電極409k通過可變電阻器411-6和411-7，固定電阻器411-21和411-22與固定電極409b6和409b7相連，并通過電源開關413B與DC電源412B相連。
如上所述構(gòu)成本實施例，從而當在圖1的狀態(tài)下閉合開關413A時，在下固定電極409b1-409b5與電極板409k之間產(chǎn)生靜電吸引力，反射表面409a與基板409j和電極板409k一起變形成凹形，起凹面鏡的作用。在此情形中，適當控制可變電阻器411-1至411-5，從而可調(diào)節(jié)凹面形狀。當在圖1的狀態(tài)下閉合電源開關413B時，在上固定電極409b6-409b11與電極板409k之間產(chǎn)生靜電吸引力，如圖3中所示，反射表面409a與基板409j和電極板409k一起，變形成凸形，起到凸面鏡的作用。在此情形中，控制可變電阻器411-6和411-7，將不同電壓施加給各電極，從而反射表面409a可以變形成各種形狀。因此，可以實現(xiàn)改變光學系統(tǒng)的焦距或者改變像差的效果。
如圖4A中所示，當閉合電源開關413A和413B，在電極板409k與上電極409b6之間，以及下電極409b5與電極板409k之間施加DC電壓時，反射表面409a的左邊部分被向上拉，而右邊部分被向下拉，從而使反射表面409a還可以變形成傾斜鏡面的狀態(tài)。這種表面輪廓對于成像系統(tǒng)或觀察系統(tǒng)的防震(或者震動補償)和制造誤差的補償尤為有效。
為了充分增大電極板409k與上電極409b6-409b11之間的電力，需要滿足下述條件0.02≤S2/S1≤0.98 (1)其中S1為基板409j可變形部分的面積(圖1中支架432的開口面積)，S2為開433的面積。
如果S2/S1的值超出條件(1)的上限，則將削弱靜電力，使變形量不夠大。低于下限時，則可利用光束遠小于鏡面尺寸，這是不利的。在此情形中，還需要滿足以下條件0.05≤S2/S1≤0.9 (1’)更希望可以滿足以下條件0.08≤S2/S1≤0.8 (1”)在上面的實施例中，反射表面409a受到靜電力的驅(qū)動而導致變形。不過，如后面描述的圖24或26中所示，當固定電極409b1-409b11或電極板409k設計成線圈形電極時，反射表面409a可通過電磁力而導致變形。在此情形中，也規(guī)定條件(1)，(1’)和(1”)。
例如，通過增大電極板409k與固定電極409b6或409b7之間施加的電壓，反射表面409a可以變形，并且在與固定電極409b6和409b7緊密接觸的方式下使用。
另外，例如，如下面描述的圖16中所示，可以設置多層電極基板(434-1和434-2)，以使固定電極409b6-409b9設置在各單獨電極基板434-1和434-2上。由此，電極板409k與固定電極409b6-409b9之間的距離可作各種變化，可增加變形自由度的數(shù)量?；蛘?，上基板434可以設有凸起和凹進部分，在凸起和凹進部分上設置分離電極，從而電極板409k與分離電極之間的距離可作各種變化。
如圖4B中所示，在開433內(nèi)，上電極409b6-409b9可以設有一個阻擋部分光束的部分。為了如上所述設置上電極，圖4中也將上基板434設計成部分阻擋光束。因此，開433分成兩個開口433A和433B。由此，反射表面409a可以有效地變形成凸形。
當傳輸光束被上電極(圖4B中的擋光部分)阻擋的面積與傳輸光束的總面積(開433A和433B的面積與擋光部分的面積之和)的比值表示為f時，要求滿足下式0.001≤f≤0.8 (1A)低于條件(1A)的下限時，靜電力削弱，從而變形自由度的數(shù)量受到限制。超過上限時，可利用光束減少。
還希望滿足下面的條件0.01≤f≤0.5 (1B)更希望滿足下面的條件0.01≤f≤0.35 (1C)此外，圖4B表示從圖1下側(cè)觀察時的上基板434。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明可變光學性質(zhì)元件的另一實施例。該實施例構(gòu)造成由靜電力和液壓驅(qū)動的變焦鏡頭。在本實施例中，透明可變形膜302；與其設置為一體的透明電極303；具有透鏡形狀的透明基板305，基板設有透明固定電極309b1，309b2和309b3；固定電極409b6和409b7；以及固定基板434的基本結(jié)構(gòu)和設置與已經(jīng)描述的實施例相同。支撐底座423，以及透明電極303和透明基板305與液體緊密接觸，透明電極303與透明基板305之間形成的腔室充有透明液體304。與透明液體304的腔室連通的液槽306，安裝到支撐底座423的側(cè)壁。液槽306可以用下面將描述的圖43中所示的圓柱體146所取代。透明液體304受到圓柱體146的壓力，薄膜302從而可以變形成凸形。當透明液體304受到負壓力時，薄膜302也可以變形成凹形。薄膜304可以受到液壓與電力的聯(lián)合驅(qū)動。
此外，連接在各獨立電極之間的DC電源，可變電阻器，固定電阻器和電源開關的結(jié)構(gòu)基本上與圖1的實施例相同，因此這些元件使用相同的附圖標記。
如上所述構(gòu)成本實施例，因此，如圖1的實施例，例如，當在透明電極303與固定電極309b6和309b7之間施加DC電壓時，透明薄膜302與透明電極303一起被向左拉。此外，當在透明電極303與固定電極309b1-309b3之間，或者在透明電極303與固定電極309b5和309b6之間施加各種電壓時，透明薄膜302可以變形成多種形狀。由此，本實施例的透鏡可以用作變焦鏡頭或可變像差透鏡。此外，與可變角度棱鏡一樣，可提供改變光偏轉(zhuǎn)角的功能。
圖6表示根據(jù)本發(fā)明可變光學性質(zhì)元件的另一實施例。該實施例構(gòu)造成通過靜電力驅(qū)動的可變形反射鏡，其中分開的、固定電極409b1-409b4設置在下基板432上，分開的、可變形電極409k1，409k2，409k3和409k4也設置在基板409j上。如圖所示，當電極409k1-409k4的電勢表現(xiàn)出相同符號時，則如后面描述的圖18的例子中所示，可變光學性質(zhì)元件作為可通過靜電力變形成凹形的可變形反射鏡。而且，雖然在本實施例中附圖標記322表示上基板，不過對于與以上實施例相同大體相同的元件使用相同附圖標記，并省略其描述。為了使反射鏡變形成凹形，只需使用反射表面409a作為電極，取代電極409k1-409k4，以使電壓或電流施加在反射表面409a與電極409k1-409k4之間。
另一方面，當使用如圖7中所示的驅(qū)動電路施加電壓，并且電源開關413A和413B閉合時，如圖8中所示，可變形反射鏡409a與基板409j一起變形成凸形。這是因為，如圖8中所示，在上基板409k1-409k4中分別產(chǎn)生電荷-Q2，+Q1，-Q4和+Q3，在固定電極409b1-409b4中分別產(chǎn)生電荷-Q1，+Q2，-Q3和+Q4，從而在相對的電極之間產(chǎn)生靜電排斥力。
此外，在圖7中，附圖標記411-11，411-12，411-13，411-14，411-15和411-16表示可變電阻器，而411-30-1，411-30-2，411-30-3和411-30-4表示固定電阻器。對于與上述實施例基本上相同的元件使用相同附圖標記，并省略其描述。
可將圖9中所示的驅(qū)動電路設計成將電壓施加給各個電極。在這種驅(qū)動電路中，當電源開關413A和413B閉合時，如圖11中所示，電荷存儲到各電極409b1-409b4和409k1-409k4中，從而在相對的電極之間產(chǎn)生靜電排斥力，使反射表面409a變形成凸形。
此外，如圖9中所示，盡管附圖標記411-17和411-18表示可變電阻器，但對于與上述實施例基本上相同的元件使用相同附圖標記并省略其描述。電極409k1-409k4或409b1-409b4其中至少一個可以再分成多段，從而將相同符號的電壓施加給這些段電極。
從上述說明顯然可以看出，在圖7或9的驅(qū)動電路中，改變固定電阻器或可變電阻器的電阻值，從而使反射表面409a的輪廓可以發(fā)生不同改變。
在本實施例中，為了使基板409j成為堅固的凸起表面，必須增大靜電排斥力。為此，如圖7中所示，在基板409j平坦處當上電極409k1-409k4與下電極409b1-409b4之間的距離表示為G時(當電極表面粗糙且距離G隨電極而變時，假設使用距離G的平均值)，相鄰電極之間中心到中心的間距的平均值表示為P，則需要滿足以下條件1/1000000＜G/P＜300(2)如果G/P的值超過條件(2)的上限，則某電極和與其相對的電極之間的排斥力由該電極和與之相鄰電極之間的吸引力抵消，從而基板409j實際上未發(fā)生變形。低于下限時，距離G的數(shù)值太小，以至于可變反射鏡本身制造困難。在此情形中，還要求滿足以下條件1/100000＜G/P＜100 (2’)
當d表示相鄰電極之間間距的平均值時(在圖7中，d1表示電極409k1與409k2之間間隔距離，電極409k2與409k3之間間隔距離，...的平均值；d2表示電極409b1與409b2之間間隔距離，電極409b2與409b3之間間隔距離，...的平均值)，要求滿足以下條件1/1000000＜G/d＜1000 (3)超過條件(3)的上限時，則某電極和與其相對的電極之間的排斥力由該電極和與之相鄰電極之間的吸引力抵消，從而基板409j實際上未發(fā)生變形。低于下限時，距離G的數(shù)值太小，以至于可變反射鏡本身制造困難。在此情形中，進一步要求滿足以下條件1/100000＜G/d＜300 (3’)當用a表示分開的并設置在一個基板上的電極的面積之和，用A表示基板整個電極區(qū)域的面積(在圖12A中由虛線圍繞的電極區(qū)域的面積)時，希望滿足以下條件0.001＜a/A＜1 (4)當?shù)陀跅l件(4)的下限時，存儲在電極中的電荷量減少，電力削弱。在此情形中，更希望滿足以下條件0.01＜a/A＜1 (4’)此外，盡管在圖9中電壓也施加給下電極409b1-409b4，不過電壓可以僅施加給上電極409k1-409k4。在此情形中，如圖11中所示，存儲電荷+Q3，-Q3，+Q4和-Q4，從而在上電極409k1與409k2之間，在上電極409k2與409k3之間，以及上電極409k3與409k4之間產(chǎn)生靜電引力，從而基板409j向上翹曲?？梢詫㈦妷菏┘拥竭@些電極上，從而電極之間的力是排斥力。這種方法也適用于變焦鏡頭。此外，可用線圈取代電極，從而通過電磁力在電極之間產(chǎn)生力，使反射表面409a變形。假設靜電力和電磁力通常稱作電力。
圖10表示可變反射鏡的一個實施例。下面給出該實施例的描述。
圖12A，12B和12C表示可變反射鏡中所使用的上電極409k1-409k4或下電極409b1-409b4的劃分式樣。在圖中，下標i，j，m和n表示自然數(shù)，是賦予電極的數(shù)字，Pij表示第i個與第j個電極的重心之間的距離，P表示距離Pij的平均值，dmn表示第m個與第n個電極之間的距離，d表示距離dmn的平均值。
當各分離電極的面積近似相等時，便于控制反射表面409a的輪廓。對于距離P的數(shù)值來說，只需使用各電極形狀重心之間的距離Pij的平均值。上電極的結(jié)構(gòu)或數(shù)量不必與下電極的結(jié)構(gòu)或數(shù)量一致。當將上電極409k1-409k4和下電極409b1-409b4中任何一個再分，并將相同符號的電壓施加給這些再分電極時，采用的距離P和d是假設將再分電極視作一個電極時得到的。此條件對于下面所述實施例中的電極也有效。圖12C中表示出這種狀態(tài)。圖12B中表示出再分之前的電極。
已參考作為另一實施例的可變反射鏡，不過其具有的結(jié)構(gòu)類似于圖5中所示，該可變反射鏡可作為變焦鏡頭使用。在此情形中，僅需要將圖5中的透明電極303分成多段，并且如圖6、7或9中所示，在這些段與透明電極309b1-309b3之間施加電壓。由此，透明薄膜302可以變形成凹形或凸形。在此情形中，不需要固定電極409b6和409b7。
在目前公開的內(nèi)容中，在所有實施例中都使用DC電源412A和412B作為電源，不過也可以使用AC電源。即使在使用AC電源的情況下，當AC頻率足夠高時，保持電壓恒定可使光學表面呈現(xiàn)出相同的形狀。因此，這種可變光學性質(zhì)元件可以用于光學裝置中，如后面所述的圖29或36的成像裝置，或者圖38的觀測裝置。
圖13表示另一實施例中可變反射鏡的另一種驅(qū)動技術。在該例中，當?shù)皖l率f1的AC電壓施加在下電極409b1和409b2上時，在面對這些下電極的電極409k1和409k2中產(chǎn)生與電極409b1和409b2的電荷符號相反的電荷(參照圖14)。結(jié)果，靜電吸引力將基板409j向下拉。然后，當AC電壓的頻率增大時，可變電阻器411-15的電阻值引起時滯，直至在電極409k1和409k2中產(chǎn)生與電極409b1和409b2中的電荷符號相反的電荷。因此，有一段時間在下電極409b1和上電極409k1中產(chǎn)生相同符號的電荷，并且在此期間，在兩電極之間產(chǎn)生排斥力。當可變電阻器411-15的電阻值增大時，時滯也增大，并且在兩電極之間產(chǎn)生排斥力。由此，通過改變AC電壓的頻率f1或可變電阻器411-15的電阻值，從而使兩電極之間產(chǎn)生的力可以成為吸引力或排斥力。
上面的描述也保持下電極409b3和409b4與上電極409k3和409k4之間的關系。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，與已經(jīng)描述的其他實施例相比，具有簡化上電極409k1-409k4的電子電路的優(yōu)點。
如圖15中所示，未加劃分的上電極409k由高阻抗材料制成的單電極構(gòu)造而成。當在下電極409b1與409b2之間，以及下電極409b3與409b4之間施加AC電壓時，隨著頻率f1和f2的增大，施加給上電極409k的力從吸引力變?yōu)榕懦饬?。在此情形中，?yōu)點在于上電極結(jié)構(gòu)得到了簡化。此外，可將反射鏡設計成使下電極409b1-409b4未劃分，并由高阻抗材料制成，而將上電極劃分，并且將AC電壓施加給分離電極。
上電極409k也可以由薄膜409a取代。在此情形中，優(yōu)點在于簡化了薄膜的結(jié)構(gòu)。
由于相同原因在上面兩個示例的情形中也規(guī)定條件(2)，(2’)，(3)，(3’)，(4)和(4’)。
在圖13和15中的每個中，引用可變反射鏡為例子，不過上述驅(qū)動技術也適用于變焦鏡頭。在此情形中，在圖5中僅需要把透明電極303作為上電極409k或電極409k1-409k4，將AC電壓施加在電極409k1-409k4與固定電極309b1-309b3上。
在圖6，7，9，13和15的每個示例中，除了圖13的上電極409k1-409k4以外，電壓施加給所有的分離電極，不過電壓也可以不施加給某些電極。通過選擇施加電壓的電極，基板409j的變形自由度增大。特別是，當想要在上電極與下電極之間產(chǎn)生排斥力時體現(xiàn)出優(yōu)點。
當電極的劃分式樣設計成與使用可變形反射鏡的光學系統(tǒng)具有相同的對稱表面，并且減小從中心到邊緣的電極面積時，就使控制更加方便。如上所述構(gòu)成圖12A和12B中所示的電極。
此外，為了補償光學系統(tǒng)的制造誤差，要求施加給電極的電壓對于對稱表面具有不對稱式樣。
在上述可變光學性質(zhì)元件的實施例中，當基板未發(fā)生變形時，設置在基板上的電極平行，但是它們并非必須平行。特別地，如圖16中所示，電極可以傾斜。當通過這種方法構(gòu)造可變光學性質(zhì)元件時，具有施加在上電極與下電極之間的電壓變化不大且獲得非對稱結(jié)構(gòu)光學表面的優(yōu)點。
在本實施例中，如圖16中所示，圖1的上基板434劃分成第一上基板434-1和第二上基板434-2，從而第一上基板434-1設有電極409b6和409b7，第二上基板434-2設有電極409b8和409b9。
此外，在該實施例中，可去除上電極409b6-409b9，支架432，第一上基板434-1和第二上基板434-2。
下基板431和上基板434-1或434-2中每一個的表面可不具有平坦形狀，而具有彎曲的形狀。
在上述所有實施例中根據(jù)本發(fā)明的可變光學性質(zhì)元件用于聚焦，調(diào)節(jié)屈光度，改變放大率，震動補償，制造誤差補償，補償溫度和濕度改變，以及補償光學裝置隨時間的改變。在后面所述的圖29，36，38和43中表示出這種光學裝置的結(jié)構(gòu)。
在圖6和后面附圖的實施例中，當電極由透明電極構(gòu)成時，該實施例中光學表面的變形技術也可用于變焦鏡頭。
在圖6，7，9，10和13的每一個實施例中，當上電極409k2-409k4和下電極409b1-409b4每一個的厚度(或頁面垂直方向的寬度)表示為t，其面積表示為w時，則要求滿足以下條件0.000001≤t/w≤10000---(5)]]>低于條件(5)的下限時，電極邊緣的電場太強以至于發(fā)生放電。超出上限時，電極太厚，使得可變形反射鏡或變焦鏡頭的厚度增大。進一步要求滿足以下條件0.00001≤t/w≤1000--(5')]]>在圖6，7，9，10和13的每一個實施例中，當基板409j的厚度表示為u時，要求滿足以下條件0.0000001≤u/G≤1000 (6)低于條件(6)的下限時，薄膜409a中產(chǎn)生的感應電荷削弱靜電力。超過上限時，基板409j的硬度增大，難以變形。進一步要求滿足以下條件0.000001≤u/G≤100 (6’)或者，當薄膜409a與上電極409k1-409k4之間的距離表示為Δ時，要求滿足以下條件0.0000001≤Δ/G≤1000 (7)低于條件(7)的下限時，薄膜409a中產(chǎn)生的感應電荷削弱靜電力。超過上限時，基板409j的硬度增大，難以變形。進一步要求滿足以下條件0.000001Δ/G≤100 (7’)在圖6，7，9，10和13的每個實施例中，為了消除薄膜409a中產(chǎn)生的感應電荷削弱靜電力的缺點，如圖10中所示，薄膜409a可以根據(jù)與其相對的上電極409k1-409k4進行劃分。附圖標記409a1-409a4代表分開的反射膜，其形狀分別與上電極409k1-409k4大致相同。反射膜409a1-409a4的數(shù)量不必與上電極409k1-409k4的數(shù)量相同，并且其形狀不必嚴格相同。只需要消除靜電力減小的缺點。當分開的反射膜之間的距離k表示為毫米(mm)時，需要滿足以下條件0.00001＜k＜100 (8)低于條件(8)的下限時，薄膜409a的制造變得困難。超出上限時，反射薄膜的面積減小，光量受到損失。進一步要求滿足以下條件0.0001＜k＜20 (8’)在本發(fā)明中，除了可變光學性質(zhì)元件本身以外，可變光學性質(zhì)元件與其驅(qū)動電路的組合有時也稱作可變光學性質(zhì)元件。
在圖10中，分開的反射膜409a1，409a2，409a3和409a4可以作為分離電極使用而取代上電極409k1，409k2，409k3和409k4。在此情形中，可以去除上電極409k1，409k2，...，并且在這種情況下，由于變形部分的硬度減小，便于變形的發(fā)生。同樣，在圖6-9和圖11，13和14中，薄膜409a可以分成多段，并作為分離電極使用。由此，產(chǎn)生與圖10相同的效果。
此外，即使上電極409k1，409k2，...保持不變，僅劃分薄膜409a，變形部分的硬度減小，從而便于變形的發(fā)生。
即使如圖42中所示基板或光學表面不發(fā)生變形的可變反射鏡中，也可以劃分反射表面并作為分離電極使用。
在可變光學性質(zhì)元件如可變反射鏡或變焦鏡頭中，當光學表面變形成凸形時，如圖30中所示可使用液體；而當變形成凹形時，如圖17，18或23中所示可使用如靜電力，電磁力或壓電效應的電力。
在變形成凹形或凸形其中任何一種時，可以將液壓力與電力組合。通過將多種力組合，獲得表面可以變形成多種形狀的可變光學性質(zhì)元件。當然，也可以將至少兩種力組合。
例如，假設如圖29所示，在使用可變反射鏡的成像系統(tǒng)中，當光學表面變形成凸形時，使用了液體壓力；而當其變形成凹形時，使用了靜電力。當反射表面的輪廓平坦時，將圖象傳感器408設置在使景深的遠點處于無窮遠的距離處聚焦的位置。
在照相自動聚焦操作中，可變反射鏡在凸面到凹面的范圍內(nèi)變形，同時，通過圖象傳感器408進行照相。只需要判斷當物體圖象的高頻分量最大時聚焦即可。當用可變反射鏡在此情形中的反射表面輪廓執(zhí)行實際照相時，就得到良好的圖象。即使由于斷電或者驅(qū)動電路故障，可變反射鏡的反射表面只能變形成平坦形狀，也可以使接近于遠點的點聚焦，因此在實際使用時很難出現(xiàn)任何問題。
當反射表面平坦時，可通過選擇任何在無窮遠到0.5米范圍內(nèi)的需要聚焦的物距而設置圖象傳感器408。當通過這種方法設置圖象傳感器408時，在斷電時可獲得相同效果。
上述聚焦操作技術也可用于變焦鏡頭，當然，可應用于可變反射鏡或者使用一種驅(qū)動力的變焦鏡頭。
將可變光學性質(zhì)元件的光學表面構(gòu)造成可通過液體變形成凸形，然后通過靜電力變形成凹形，習慣做法是提供具有液體排放閥的可變反射鏡或變焦鏡頭。
隨后，參照本發(fā)明中可變光學性質(zhì)元件的其他多種結(jié)構(gòu)示例和使用可變光學性質(zhì)元件的光學裝置的例子。
在圖17中，可變形反射鏡409包括形成在變形基板409j上的鋁涂層薄膜(反射表面)409a；多個電極409b，其中三層結(jié)構(gòu)的邊緣包括設置在基板409j下面、被環(huán)形支架支撐的電極409k，以使電極409b與電極409k分隔開，并且安裝在支架423上；多個與電極409b相連的可變電阻器411a，并且起驅(qū)動電路的作用；通過可變電阻器411b和電源開關413連接在電極409k與電極409b之間的電源412；以及用于控制多個可變電阻器411a電阻值的算術單元414。溫度傳感器415，濕度傳感器416和距離傳感器417與算術單元414相連，并且如圖中所示，它們構(gòu)成一個光學單元。此外，變形基板409j可以為薄膜或板。
可變反射鏡的反射表面并非必須為平面，根據(jù)算術單元414的控制，可以具有任何形狀，如球形或旋轉(zhuǎn)對稱非球面；球面、平面或相對光軸偏軸的旋轉(zhuǎn)對稱非球面；具有對稱表面的非球面；僅具有一個對稱表面的非球面；不具有對稱表面的非球面；自由成形(free-formed)的表面；具有不可區(qū)分(nondifferentiable)點或線的表面；等等。通常，這種表面稱作展開面(extended surface)。通過薄膜409a構(gòu)成的反射表面，光線沿圖中箭頭所示方向反射。
薄膜409a，如例如SPIE PRESS出版、P.RaiChoudhury編輯的“微光刻、微機械加工和微制造手冊(Handbook of Microlithography，Micromachining and Microfabrication)”，第二冊微機械加工和微制造(Micromachining and Microfabrication)(第495頁，圖8.58)，或光學通訊(Optics Communication，Vol.140，pp.187-190，1997)中提出的薄膜反射鏡，當在多個電極409b與電極409k之間施加電壓時，薄膜409a通過靜電力變形，其表面輪廓改變。
此外，僅要求選擇電極409b的外形，如圖19或20中所示，使其具有與薄膜409a的變形一致的同心或矩形劃分式樣。
如上所述，通過以下方式控制起反射表面作用的薄膜409a的結(jié)構(gòu)，用來自算術單元414的信號改變可變電阻器411a的電阻值，以優(yōu)化成像性質(zhì)。將與環(huán)境溫度和濕度以及物體距離相應的信號，從溫度傳感器415，濕度傳感器416和距離傳感器417輸入算術單元414中。根據(jù)這些輸入信號，算術單元414輸出用于確定可變電阻器411a的電阻值的信號，從而通過用于環(huán)境溫度和濕度條件以及距物體距離或者電子變焦的圖像處理器發(fā)出的命令，將控制薄膜409a結(jié)構(gòu)的電壓施加給電極409b。因此，由于薄膜409a通過施加給電極409b的電壓，即靜電力而發(fā)生變形，所以薄膜409a呈現(xiàn)出包括非球面在內(nèi)的與環(huán)境相應的各種展開面。并非必須使用距離傳感器417，在此情形中，僅需要計算物距和使可變反射鏡變形，從而使來自固態(tài)圖像傳感器408的圖像信號的高頻成分大體上最大化。當使用光刻制造可變反射鏡409時，易于獲得高制造精度和良好質(zhì)量。
當變形基板409j由合成樹脂材料如聚酰亞胺或商標名Cytop(ASAHI GLASS有限公司制造)制造時，即使在低壓下也能發(fā)生很大變形，這是有益的。
在圖17中，夾有變形基板409j的反射表面的薄膜409a和變形電極409k構(gòu)成一體，從而具有可選擇某些制造方法的優(yōu)點。反射表面的薄膜409a可以設計成導電薄膜。由此，薄膜409a還可以用作變形電極409k。這樣就帶來了由于兩者構(gòu)成在一個單元內(nèi)而使結(jié)構(gòu)簡化的優(yōu)點。
可變反射鏡的反射表面的輪廓最好是自由成形的表面。這是由于這樣方便對像差的校正，是有益的。
此外，盡管在圖17中，提供了算術單元414，溫度傳感器415，濕度傳感器416和距離傳感器417以使可變反射鏡409補償溫度、濕度和物距的改變，不過本發(fā)明不限于這種結(jié)構(gòu)。即，可不使用算術單元414，溫度傳感器415，濕度傳感器416和距離傳感器417。
圖18表示可變反射鏡409的另一個例子。在該示例的可變反射鏡中，壓電元件409c設置于反射表面的薄膜409a與電極409b之間，并且所有元件置于支架423上。施加給壓電元件409c的電壓隨各個電極409b而變，從而壓電元件409c引起局部不同的膨脹和收縮，從而可改變薄膜409a的形狀。電極409b的結(jié)構(gòu)如圖19中所示，可以具有同心劃分式樣，或者如圖20中所示可以為矩形劃分式樣。對于其他式樣，可以選擇適當結(jié)構(gòu)。
在圖18中，附圖標記424表示與算術單元414相連的震動傳感器。例如，上述光學裝置用于數(shù)碼相機中時，震動傳感器424檢測數(shù)碼相機的震動，并通過算術單元414和包含可變電阻器的驅(qū)動電路411改變施加給電極409b的電壓，從而使薄膜409a變形以補償震動導致的圖像模糊。此時，同時考慮溫度傳感器415，濕度傳感器416和距離傳感器417發(fā)出的信號，執(zhí)行聚焦和溫度及濕度補償。在此情形中，通過壓電元件409c的變形將壓力施加給薄膜409a，因此將薄膜409a設計成具有適當厚度和適當強度是一種良好的習慣做法。
驅(qū)動電路411不限于根據(jù)電極409b的數(shù)量而設置多個電路的構(gòu)造，還可以構(gòu)造成由單一驅(qū)動電路控制多個電極409b。
圖21表示可變反射鏡的另一示例。該示例的可變反射鏡由設置在薄膜409a與電極409b之間，且由壓電性質(zhì)方向相反的物質(zhì)制成的兩個壓電元件409c和409c’構(gòu)成。具體而言，壓電元件409c和409c’由鐵電晶體制成，并且設置成其晶軸彼此反向。在此情形中，當施加電壓時壓電元件409c和409c’沿相反方向膨脹或收縮，從而與圖18的單層結(jié)構(gòu)相比具有使薄膜409a的變形力更強的優(yōu)點，結(jié)果，鏡面的形狀可以發(fā)生顯著改變。
對于用作壓電元件409c和409c’的物質(zhì)，例如，有諸如鈦酸鋇、羅謝爾鹽、石英晶體、電氣石、KDP、ADP以及鈮酸鋰的壓電物質(zhì)；壓電物質(zhì)多晶或晶體；壓電陶瓷如PbZrO3和PbTiO3的固溶體；有機壓電物質(zhì)如PVDF；以及其他鐵電體。尤其是，有機壓電物質(zhì)的楊氏模數(shù)小，且在低壓下產(chǎn)生明顯變形，這是有利的。當使用這些壓電元件時，如果其厚度不均勻，在上面各示例中也可以使薄膜409a適當變形。
使用高聚壓電體如聚亞安酯，硅橡膠，丙烯酸彈性體(acrylicelastomer)，PZT，PLZT和PVDF；亞乙烯基氰共聚物；亞乙烯基氟共聚物與三氟乙烯共聚物作為壓電元件409c和409c’的材料。
最好使用具有壓電性的有機物質(zhì)，合成樹脂或者彈性體，因為其可引起可變反射鏡表面相當大的變形。
當使用電致伸縮物質(zhì)，例如丙烯酸彈性體或硅橡膠作為圖18和22中所示的壓電元件409c時，如圖18中虛線所示，壓電元件409c可具有雙層結(jié)構(gòu)取代單層結(jié)構(gòu)，其中基板409c-1粘合到電致伸縮物質(zhì)409c-2上。
圖22表示可變反射鏡409的另一個示例。該示例的可變反射鏡設計成使壓電元件409c夾在薄膜409a與電極409d之間，這些元件置于支架423上。通過由算術單元414控制的驅(qū)動電路425a將電壓施加給夾在薄膜409a與電極409d之間的壓電元件409c。除此之外，通過算術單元414控制的驅(qū)動電路425b，也將電壓施加給置于支架423上的電極409b。從而，在該例中，由于電壓施加在薄膜409a與電極409d之間以及施加給電極409b，薄膜409a可通過靜電力發(fā)生雙倍變形。與上面所述的任何例子相比，具有可提供各種變形式樣且響應快速的優(yōu)點。
通過改變施加在薄膜409a與電極409d之間的電壓的符號，可變反射鏡可以變形成凸形或凹形表面。在此情形中，通過壓電效應可實現(xiàn)相當大的變形，而通過靜電力可以實現(xiàn)輕微形狀改變?；蛘?，壓電效應主要用于凸面變形，而靜電力可用于凹面變形。此外，電極409d可以由多個類似電極409b的電極構(gòu)成。圖22中表示出這種狀態(tài)。在本發(fā)明中，將壓電效應，電致伸縮效應和電致伸縮統(tǒng)稱作壓電效應。因此，認為電致伸縮物質(zhì)歸于壓電物質(zhì)的類別中。
圖23表示可變反射鏡409的另一個例子。該示例的可變反射鏡設計成利用電磁力改變反射表面的形狀。永久磁體426固定在支架423內(nèi)側(cè)的底面上，由氮化硅或聚酰亞胺制成的基板409e的邊緣安裝和固定在其頂面上。具有金屬涂層如鋁的薄膜409a沉積在基板409e的表面上，從而構(gòu)成可變反射鏡409。在基板409e下面，牢固地安裝多個線圈427并通過驅(qū)動電路428與算術單元414連接。根據(jù)算術單元414的輸出信號將適當電流從驅(qū)動電路428輸送給線圈427，其中該輸出信號與光學系統(tǒng)的改變相應，通過415，416，417和424等傳感器的信號在算術單元414獲得的。此時，通過永久磁鐵426的電磁力排斥或吸引線圈427，使基板409e和起反射表面作用的薄膜409a變形。
在此情形中，還可以使不同電流量流過線圈427中的每個?？墒褂脝渭兊木€圈427。永久磁鐵426可以安裝在基板409e的下表面上，從而使線圈427設置在支架423底側(cè)上。希望線圈427通過光刻過程制造而成。各線圈427中可裝入鐵磁鐵芯。
在此情形中，如圖24中所示，各線圈427可以設計成使線圈密度隨位置而變，如線圈428’，從而為基板409e和薄膜409a帶來所需的變形?？墒褂脝渭兊木€圈427，或者各線圈427中可裝入鐵磁鐵芯。
圖25表示可變反射鏡409的另一個例子。在該示例的可變反射鏡中，基板409e由鐵磁材料如鐵制成，反射膜的薄膜409a由鋁制成。在此情形中，由于即使線圈沒有設置在基板409e的下面，薄膜409a也可以通過磁力發(fā)生變形，可以簡化結(jié)構(gòu)和降低制造成本。如果電源開關413用轉(zhuǎn)換設備和電源通斷開關(power on-off switch)取代，則可以改變流過線圈427的電流的方向，可隨意改變基板409e和薄膜409a的結(jié)構(gòu)。
圖26表示該示例的線圈427陣列的一個例子。圖27表示線圈427陣列的另一個例子。這些陣列也適用于圖23中的例子。
圖28表示適用于圖27中所示線圈427的永久磁鐵426的陣列，其中線圈427放射狀設置。具體而言，如圖28中所示，當條形永久磁鐵426呈放射狀設置時，與圖23的示例相比，可以為基板409e和薄膜409a提供細微變形。如上所述，當使用電磁力使基板409e和薄膜409a變形時(圖23和25的示例中)，相對于使用靜電力的情況，其優(yōu)點在于可以用更低的電壓驅(qū)動。
已經(jīng)描述了可變反射鏡的一些例子，不過如圖22的示例中所示，可使用至少兩種力來改變由薄膜構(gòu)成的反射鏡的形狀。具體而言，可同時使用靜電力，電磁力，壓電效應，磁致收縮，液體壓力，電場，磁場，溫度改變和電磁波其中的至少兩種使構(gòu)成反射表面的薄膜發(fā)生變形。即，當使用至少兩種不同驅(qū)動技術制造可變光學性質(zhì)元件時，可同時獲得相當大的變形和輕微變形，還可以獲得具有高精度的鏡面。
圖29表示使用可變反射鏡409的成像系統(tǒng)，其中可變反射鏡409適用于本發(fā)明另一實施例的光學裝置，并且用于例如移動電話的數(shù)碼相機，膠囊內(nèi)窺鏡(capsule endoscope)，電子內(nèi)窺鏡，用于個人電腦的數(shù)碼相機，或者用于PDA的數(shù)碼相機。
在這種成像系統(tǒng)中，由可變形反射鏡409，透鏡902，固態(tài)圖像傳感器408和控制系統(tǒng)103構(gòu)成一個成像單元104。該實施例的成像單元104設計成可使來自物體的光通過透鏡902經(jīng)由可變反射鏡409會聚，并在固態(tài)圖像傳感器408上成像?？勺兎瓷溏R409是一種可變光學性質(zhì)元件，并且也稱作變焦反射鏡。
根據(jù)本實施例，即使物距改變，但可變反射鏡409發(fā)生變形，從而對物體調(diào)焦。本實施例無需使用馬達移動透鏡902，在緊湊、輕便設計和低能耗方面優(yōu)異。成像單元104可以用于任何實施例中作為本發(fā)明的成像光學系統(tǒng)。當使用多個可變反射鏡409時，可構(gòu)造諸如變焦成像光學系統(tǒng)或可變放大率成像光學系統(tǒng)的光學系統(tǒng)。
在圖29中，列舉出在控制系統(tǒng)103中包括使用線圈的變壓器升壓電路的控制系統(tǒng)。尤其是，最好使用疊層壓電變壓器，因為可以實現(xiàn)緊湊的設計。升壓電路可以用在使用電力的可變反射鏡或變焦鏡頭中，尤其是用于利用靜電力或壓電效應的可變反射鏡或變焦鏡頭中。為了使用可變反射鏡409進行聚焦，例如，僅需要在固態(tài)圖像傳感器408上形成物體圖像，并且在改變可變反射鏡409的焦距時尋找出物體圖像的高頻成分最大的狀態(tài)。為了檢測高頻成分，僅需要例如將包括微計算機的處理器與固態(tài)圖像傳感器408相連，并檢測其中的高頻成分。
圖30表示可變反射鏡的另一示例。在圖中，可變反射鏡188設計成通過微型泵180注入和吸出液體161，使在支撐體189a的上表面延伸的薄膜構(gòu)成的反射鏡表面發(fā)生變形。根據(jù)本實施例，具有反射鏡表面可以發(fā)生相當大變形的優(yōu)點。在此圖中，附圖標記168表示控制裝置，與微型泵180一起用于控制支撐體189a中液體161的數(shù)量。控制裝置168和微型泵180控制薄膜189的變形，因此相當于驅(qū)動電路。
微型泵180是小尺寸泵，通過例如微機械加工技術制造而成，并設計成使之通過電力操作。例如通過微機械加工技術制造而成的泵，有使用熱變形，壓電物質(zhì)和靜電力的泵。
圖31表示圖30微型泵180的一個例子。在本示例的微型泵180中，震動板181通過靜電力或壓電效應的電力而震動。在圖31中，表示出震動板通過靜電力而發(fā)生震動的情形，附圖標記182和183表示電極。虛線表示發(fā)生變形的震動板181。當震動板181震動時，兩個閥184和185打開和關閉，將液體161自右向左輸送。
在圖30所示的可變反射鏡188中，構(gòu)成反射表面的薄膜189根據(jù)液體161的量變形成凹形或凸形，從而起可變反射鏡的作用?？墒褂糜袡C或無機物質(zhì)，如硅油、空氣、水或膠狀物作為液體。
在使用靜電力或壓電效應的可變反射鏡或變焦鏡頭中，有時需要高壓進行驅(qū)動。在此情形中，例如如圖29中所示，需要使用升壓變壓器或壓電變壓器構(gòu)成控制系統(tǒng)。
在不像支撐體423或189a的環(huán)形元件的上部那樣發(fā)生變形的部件上提供構(gòu)成反射表面的薄膜409a或薄膜189是很合適的，因為當用干涉儀測量可變反射鏡的反射表面的輪廓時，其可以用作參考表面。
圖32表示另一種變焦鏡頭的原理結(jié)構(gòu)。變焦鏡頭511包括第一透鏡512a，其中具有分別作為第一表面和第二表面的透鏡表面508a和508b；第二透鏡512b，其中具有分別作為第三表面和第四表面的透鏡表面509a和509b；以及第三透鏡512c，由通過透明電極513a和513b夾在第一和第二透鏡之間的大分子分散液晶層514構(gòu)成。入射光通過第一、第三和第二透鏡512a、512c和512b會聚。透明電極513a和513b通過開關515與交流電源516相連，以將交流電壓有選擇地施加給大分子分散液晶層514。大分子分散液晶層514由大量微小的大分子晶元518組成，每個大分子晶元具有任何形狀，如球形或多面體形，并且包含液晶分子517。各晶元的體積等于構(gòu)成大分子晶元518的大分子和液晶分子517所占有的體積之和。
此處，對于每個大分子晶元518的尺寸，例如為球形時，當用D表示平均直徑，用λ表示所使用的光波長時，選擇平均直徑D滿足以下條件
2nm≤D≤λ/5 (9)即，各液晶分子517的尺寸至少為大約2nm，因此平均直徑D的下限設為2nm或更大。直徑D的上限取決于大分子分散液晶層514在變焦鏡頭511光軸方向的厚度t。不過，如果直徑大于波長λ，則大分子與液晶分子517之間的折射率差將導致光在大分子晶元518的界面處散射，并將使液晶層514呈現(xiàn)出不透明狀態(tài)。因此，如后面所述，直徑D的上限應當最好為λ/5或者更小。取決于使用變焦鏡頭的光學產(chǎn)品，并非必須具有高精度。在此情形中，低于波長值λ的直徑D是滿足需要的。此外，大分子分散液晶層514的透明度隨厚度t的增加而下降。
在液晶分子517中，例如使用單軸向列液晶分子。各液晶分子517的折射率橢球如圖33中所示。即nox＝noy＝no(10)其中no為尋常光的折射率，nox和noy為在包含尋常光線的平面內(nèi)彼此垂直方向的折射率。
此處，在如圖32中所示開關515斷開的情形中，即電場沒有施加給液晶層514的情形中，液晶分子517沿各種方向取向，因此液晶層514對于入射光的折射率較高，以形成具有強折射能力的透鏡。相反，當如圖34中所示開關515接通，并且將交流電壓施加給液晶層514時，液晶分子517取向成使各液晶分子517折射率橢球的長軸平行于變焦鏡頭511的光軸，從而折射率降低，形成具有較弱折射能力的透鏡。
施加給大分子分散液晶層514的電壓，例如如圖35中所示，通過使用可變電阻器519可以逐步或連續(xù)改變。由此，當所施加的電壓變高時，液晶分子517取向成使各液晶分子517折射率橢球的長軸逐漸平行于變焦鏡頭511的光軸，從而可以逐步或連續(xù)改變折射率。
此處，在圖32的情形中，即在電壓沒有施加給大分子分散液晶層514的情形中，當如圖33中所示，用nz表示折射率橢球長軸方向的折射率時，液晶分子517的平均折射率nLC’近似由下式給出(nox+noy+nz)/3≡nLC′ (11)
此外，當折射率nz表示異常光線的折射率ne時，由公式(10)建立的液晶分子517的平均折射率nLC表示為(2no+nz)/3≡nLC(12)在此情形中，當構(gòu)成大分子晶元518的各大分子的折射率表示為np，液晶層514與液晶分子517的體積比表示為ff時，根據(jù)Maxwell-Garnet定律，液晶層514的折射率nA為nA＝ff·nLC′+(1-ff)np(13)因此，如圖35中所示，當透鏡512a和512b的內(nèi)表面，即液晶層514一側(cè)的曲率半徑表示為R1和R2時，由液晶層514構(gòu)成的第三透鏡512c的焦距f1表示為1/f1＝(nA-1)(1/R1-1/R2) (14)此外，當曲率中心處于圖像一側(cè)時，假設曲率半徑R1和R2均為正。忽略透鏡512a和512b每一個的外表面產(chǎn)生的折射。即，由公式(14)給出僅由液晶層514構(gòu)成的透鏡512c的焦距。
當正常光線的平均折射率表示為(nox+noy)/2≡no′ (15)時，圖34的情形中，即電壓施加給液晶層514的情形中液晶層514的折射率nB表示為nB＝ff·no′+(1-ff)np(16)從而，在此情形中，僅由液晶層514構(gòu)成的透鏡512c的焦距f2表示為1/f2＝(nB-1)(1/R1-1/R2) (17)另外，當?shù)陀趫D34中所示的電壓施加給液晶層514時，焦距為公式(14)給出的焦距f1和公式(17)給出的焦距f2之間的某一數(shù)值。
從公式(14)和(17)可以看出，由液晶層514構(gòu)成的透鏡的焦距的改變率表示為|(f2-f1)/f2|＝|(nB-nA)/(nA-1)|(18)因此，為了增大改變率，僅需要增大|nB-nA|的值。此處，nB-nA＝ff(no′-nLC′) (19)因此，如果|no′-nLC′|的值增大，則改變率增大。實際上，由于液晶層514的折射率nB為大約1.3-2，選擇|no′-nLC′|的值滿足以下條件0.01≤|no′-nLC′|≤10 (20)通過這種方式，當ff＝0.5時，由液晶層514構(gòu)成的透鏡的焦距至少可以改變0.5％，從而可獲得有效的變焦鏡頭。此外，由于液晶物質(zhì)的限制，|no′-nLC′|的值不能超過10。
隨后，將描述條件(9)的上限的建立基礎。在Eleesvier SciencePublishers B.v.1993年出版、Wilson和Eck編輯的“太陽能材料和太陽能電池(Solar Energy Materials and Solar Cells)”的第31卷第197-214頁上的“使用散射/透明開關膜的透射變化(Transmission variationusing scattering/transparent switching films)”中描述了大分子分散液晶單元各晶元的尺寸改變時透射率τ的改變。在該出版物第206頁上的圖6中，表示出當用r表示各大分子分散液晶晶元的半徑，t＝300μm，ff＝0.5，np＝1.45，nLC＝1.585且λ＝500nm時，如果r＝5nm(D＝λ/50，且D.t＝λ.6μm，其中D和λ用納米表示)，則透射率τ的理論值為大約90％，并且如果r＝25nm(D＝λ/10)，則為大約50％。
此處，假設t＝150μm，且透射率τ作為厚度t的指數(shù)函數(shù)發(fā)生改變。在t＝150μm的情況下當r＝25nm(D＝λ/10且D·t＝λ·15μm)時透射率τ近似為71％。同樣，在t＝75μm的情況下當r＝25nm(D＝λ/10且D·t＝λ·7.5μm)時透射率τ近似為80％。
根據(jù)這些結(jié)果，透射率τ為至少70-80％，如果液晶滿足以下條件，則液晶實際上可以作為透鏡使用D·t≤λ·15μm(21)因此，例如，在t＝75μm時，如果D≤λ/5，則可以獲得令人滿意的透射率。
隨著折射率np的值接近折射率nLC’的值，大分子分散液晶層514的透射率增大。另一方面，如果折射率no’與np的值彼此不同，則液晶層514的透射率將降低。在圖32和34中，當液晶層514滿足下式時，液晶層514透射性的平均值得到改善np＝(no′+nLC′)/2 (22)使用變焦鏡頭511作為透鏡，從而在圖32和34中，希望透射率幾乎相同且較高。由此，雖然對構(gòu)成大分子晶元518的大分子和液晶分子517的物質(zhì)有限制，不過在實際使用時僅需要滿足以下條件no′≤np≤nLC′ (23)當滿足公式(22)時，條件(21)減輕，并且僅需要滿足以下條件D·t≤λ·60μm (24)由于這個原因，根據(jù)菲涅耳反射定律，反射率正比于折射率差的平方，從而光在構(gòu)成大分子晶元518的大分子與液晶分子517之間的界面處反射，即，液晶層514透射率的減小，大致正比于大分子與液晶分子517之間折射率差的平方。
參照no′≈1.45，nLC′≈1.585的情形進行上面的描述，不過在更一般的公式表達中，僅需要滿足以下條件D·t≤λ·15μm·(1.585-1.45)2/(nu-np)2(25)其中(nu-np)2是(nLC′-np)2和(no′-np)2其中一個大于另一個時的數(shù)值。
為了大大改變變焦鏡頭511的焦距，比值ff最好盡可能高，不過在ff＝1時，大分子的體積為零，大分子晶元518不可成形。因此，必須滿足以下條件0.1≤ff≤0.999(26)另一方面，隨著比值ff的降低，透射率τ得到改善，從而最好可以將條件(25)減輕為4×10-6[μm]2≤D·t≤λ·45μm·(1.585-1.45)2/(nu-np)2(27)此外，從圖32顯然可以看出，厚度t的下限相當于直徑D，如上所述其至少為2nm，從而D.t的下限為(2×10-3μm)2，即4×10-6[μm]2。
如T.Mukai，Iwanami Shoten在“Iwanami Science Library 8，Asteroids are coming”第58頁(1994年)中提到，當直徑D為5-10nm或更大時確定的折射率近似表示物質(zhì)的光學性質(zhì)。如果直徑D的值超過500λ，則光的散射將發(fā)生幾何改變，從而根據(jù)菲涅耳反射公式，在構(gòu)成大分子晶元518的大分子與液晶分子517之間界面處光的散射增大。由此，在實際使用中，必須選擇直徑D以滿足以下條件
7nm≤D≤500λ (28)圖36表示使用圖35的變焦鏡頭511的成像光學系統(tǒng)，其中在本發(fā)明的光學裝置中，例如在用于數(shù)碼像機的成像光學系統(tǒng)中使用變焦鏡頭511的例子中，變焦鏡頭511設置在孔徑光闌521與圖像傳感器之間。在這種成像光學系統(tǒng)中，通過光闌521，變焦鏡頭511和透鏡522，在固態(tài)圖像傳感器523如CCD上形成物體(未示出)的圖像。此外，在圖36中，未表示出液晶分子。
根據(jù)這種成像光學系統(tǒng)，施加給變焦鏡頭511的大分子分散液晶層514的交流電壓由可變電阻器519控制，以改變變焦鏡頭511的焦距。從而，無需沿光軸移動變焦鏡頭511和透鏡522，例如，即可針對從無窮遠到600mm的物距執(zhí)行連續(xù)聚焦。
圖37表示所使用的變焦衍射光學元件的一個例子，從而如同圖35的變焦鏡頭那樣，在本發(fā)明的光學裝置中可改變成像光學系統(tǒng)的焦距。
本示例的變焦衍射光學元件531包括第一透明基板532，其中具有彼此平行的第一表面532a和第二表面532b；和具有第三表面533a和第四表面533b的第二透明基板533，其中第三表面533a由凹槽深度相當于光波長的鋸齒狀橫截面環(huán)形衍射光柵構(gòu)成，第四表面533b為平面。入射光通過第一和第二透明基板532和533射出。在第一與第二透明基板532與533之間，如圖32中所示，通過透明電極513a和513b夾入大分子分散液晶層514，以使透明電極513a和513b通過開關515與交流電源516相連，并且將交流電壓施加給大分子分散液晶層514。
在這種結(jié)構(gòu)中，當用p表示第三表面533a的光柵間距，用m表示整數(shù)時，入射在變焦衍射光學元件531上的光線被偏轉(zhuǎn)的角度θ滿足以下公式psinθ＝mλ (29)并且在此處出射。當用h表示凹槽深度，用n33表示透明基板533的折射率，且用k表示整數(shù)時，在波長λ處衍射效率為100％，并且通過滿足下式可防止產(chǎn)生反射光斑
h(nA-n33)＝mλ(30)h(nB-n33)＝kλ(31)此處，公式(30)與(31)兩側(cè)之差表示為h(nA-nB)＝(m-k)λ (32)因此，當假設λ＝500nm，nA＝1.55且nB＝1.5時，0.05h＝(m-k)·500nm并且當m＝1，k＝0時，h＝10000nm＝10μm在此情形中，最好從公式(30)得出透明基板533的折射率n33為1.5。當假設變焦衍射光學元件531邊緣上的光柵間距p為10μm，θ≈2.87°，則可以得到F數(shù)為10的透鏡。
通過施加給液晶層514的電壓的通-斷操作而改變光程長度的變焦衍射光學元件531，例如，可將其放置在透鏡系統(tǒng)的光束不平行的位置用于聚焦調(diào)節(jié)，或者可以用于改變整個透鏡系統(tǒng)的焦距。
在這個例子中，在實際使用中僅需要將公式(30)-(32)設置成滿足以下條件0.7mλ≤h(nA-n33)≤1.4mλ (33)0.7kλ≤h(nA-n33)≤1.4kλ (34)0.7(m-k)λ≤h(nA-nB)≤1.4(m-k)λ (35)使用扭曲向列液晶的變焦鏡頭也處于本發(fā)明類型內(nèi)。圖38和39表示這種情況下的變焦眼鏡550。變焦鏡頭551具有透鏡552和553，分別通過透明電極513a和513b設置在這些透鏡內(nèi)部的取向膜539a和539b，以及夾在取向膜之間的扭曲向列液晶層554。透明電極513a和513b通過可變電阻器519與交流電源516相連，以使交流電壓施加給扭曲向列液晶層554。
在這種結(jié)構(gòu)中，當施加給扭曲向列液晶層554的電壓增大時，如圖39中所示，液晶分子555呈現(xiàn)出垂直(homeotropic)取向，從而使液晶層554的折射率降低，與圖38中施加較低電壓的扭曲向列狀態(tài)相比，焦距更長。
必須使圖38的扭曲向列狀態(tài)中液晶分子555的螺距P近似等于，或者遠小于光波長λ，從而滿足以下條件2nm≤P≤2λ/3 (36)此外，該條件的下限取決于液晶分子555的大小，而上限值為當入射光為自然光時，在圖38的狀態(tài)下液晶層554為各向同性介質(zhì)的情況時所必需的。如果超過該條件的上限，則變焦鏡頭551變成焦距隨偏轉(zhuǎn)方向而變的透鏡。從而形成雙重圖像，并且僅能得到模糊的圖像。不過，當不需要特別高的精度時，可將條件(36)的上限設為3λ。在精度不高的應用中，上限可以設為5λ。
圖40A表示可用于本發(fā)明的光學裝置中所使用的光學系統(tǒng)的可變偏轉(zhuǎn)角棱鏡的例子?？勺兤D(zhuǎn)角棱鏡561包括處于入射側(cè)且具有第一表面562a和第二表面562b的第一透明基板562；和處于出射側(cè)、具有第三表面563a和第四表面563b的如平行平面平板的第二透明基板563。將入射側(cè)透明基板562的內(nèi)表面(第二表面)562b設計成菲涅耳形狀(Fresnel form)，并且如圖32中所示，通過透明電極513a和513b將大分子分散液晶層514夾在該透明基板562與出射側(cè)透明基板563之間。透明電極513a和513b通過可變電阻器519與交流電源516相連。從而，將交流電壓施加給液晶層514，以控制透過可變偏轉(zhuǎn)角棱鏡561的光的偏轉(zhuǎn)角度θ。此外，在圖40A中，透明基板562的內(nèi)表面562b設計成菲涅耳形狀，不過如圖40B所示，透明基板562和563的內(nèi)表面可以設計成普通棱鏡形狀，其表面相對傾斜，或者可以設計成圖37中所示的衍射光柵。在后一種情形中，公式(29)-(32)和條件(33)-(35)同樣適用。
如上所述構(gòu)成的可變偏轉(zhuǎn)角棱鏡561用于各種光學系統(tǒng)中，如TV攝像機，數(shù)碼相機，電影攝像機或者雙眼望遠鏡，從而可有效地防止震動。在此情形中，希望可變偏轉(zhuǎn)角棱鏡561的折射(偏轉(zhuǎn))方向垂直。為了進一步改善其性能，希望設置兩個可變偏轉(zhuǎn)角棱鏡561，從而改變棱鏡561的偏轉(zhuǎn)方向，并且如圖41中所示，在垂直和橫向改變折射角。此外，在圖40A，40B和41中，省略了液晶分子。
圖42表示用于取代可變反射鏡的變焦反射鏡的一個例子，即在光學裝置的光學系統(tǒng)中通過在變焦鏡頭的一個表面上設置反射膜構(gòu)造而成。
本例子的變焦反射鏡565包括具有第一表面566a和第二表面566b的第一透明基板566，和具有第三表面567a和第四表面567b的第二透明基板567。第一透明基板566設計成平板形或者透鏡形，在內(nèi)表面(第二表面)566b上設置透明電極513a。第二透明基板567的內(nèi)表面(第三表面)567a設計成凹面，在其上沉積反射膜568，并且在反射膜568上設置透明電極513b。在透明電極513a與513b之間，如圖32中所示，夾有大分子分散液晶層514，以使透明電極513a和513b通過開關515和可變電阻器519與交流電源516相連，并且將交流電壓施加給大分子分散液晶層514。此外，在圖42中，省略液晶分子。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于從透明基板566一側(cè)入射的光線經(jīng)由反射膜(反射表面)568再次穿過液晶層514，液晶層514的功能可以行使兩次，可通過改變施加給液晶層514的電壓而偏移反射光的焦點位置。在此情形中，入射在變焦反射鏡565上的光線兩次通過液晶層514，從而當用t表示液晶層514厚度的兩倍時，可使用上述條件。此外，透明基板566或567的內(nèi)表面也可以設計成衍射光柵形狀，如圖37中所示，以減小液晶層514的厚度。這樣就產(chǎn)生了可使散射光量更小的優(yōu)點。
在上面的描述中，為了防止液晶的質(zhì)量下降，使用交流電源516作為電壓源，將交流電壓施加給液晶。不過，可使用直流電源，從而也可以將直流電壓施加給液晶。除了改變電壓以外，通過改變施加給液晶的電場的頻率，施加給液晶的磁場的強度和頻率，以及液晶的溫度，可以實現(xiàn)改變液晶分子取向的技術。在上面的描述中，某些大分子分散液晶接近于固態(tài)而非液態(tài)。因此，在此情形中，透鏡512a和512b其中之一，透明基板532，透鏡538，透鏡552和553其中之一，圖40A中的透明基板563，圖40B中的透明基板562和563其中之一，或者透明基板566和567其中之一可以省略不用。
通過改變介質(zhì)的折射率改變光學元件焦距的這類光學元件，如圖32-42中所述，由于形狀沒有改變，具有機械設計容易、機械結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。
圖43表示在光學裝置中圖像傳感器408前面使用變焦鏡頭140的成像光學系統(tǒng)的一個例子。該成像光學系統(tǒng)可以當作成像單元141使用。
在這個例子中，透鏡102和變焦鏡頭140構(gòu)成成像透鏡系統(tǒng)。該成像透鏡系統(tǒng)和圖像傳感器408構(gòu)成成像單元141。變焦鏡頭140由透明元件142；置于一對透明電極145之間的軟透明基板143，如壓電合成樹脂；和夾在透明元件142與透明電極145之間的透光液體或膠狀物質(zhì)144構(gòu)成。
可使用硅油、彈性橡膠，膠狀物或水作為液體或膠狀物質(zhì)144。透明電極145設置在透明物質(zhì)143兩側(cè)，并且當通過電路103’將電壓施加給透明電極145時，通過透明物質(zhì)143的壓電效應使透明物質(zhì)143發(fā)生變形，從而改變變焦鏡頭140的焦距。
因此，根據(jù)該示例，即使物距改變，也可以不通過馬達移動成像光學系統(tǒng)而實現(xiàn)聚焦，并且同樣，該示例在緊湊和輕便設計以及低能耗方面優(yōu)異。
此外，在圖43中，附圖標記145表示透明電極，146表示用于存儲液體的圓柱體。
可使用諸如聚亞安酯，硅橡膠，丙烯酸彈性體，PZT，PLZT和PVDF的高分子壓電材料；亞乙烯基氰共聚物；或者亞乙烯基氟共聚物與三氟乙烯共聚物作為透明物質(zhì)143。
最好使用具有壓電特性的有機物質(zhì)，如合成樹脂或彈性體，因為可使變焦鏡頭的表面發(fā)生相當大的變形。習慣做法使用透明壓電物質(zhì)作為變焦鏡頭。
在圖43中，取代圓柱體146，可將如圖44中所示的變焦鏡頭140設計為使環(huán)形支撐元件147設置在平行于透明元件142的位置，并且保持透明元件142與支撐元件147之間的距離。
在圖44中，裝入該對電極145之間的透明物質(zhì)143，和由邊緣可變形元件148覆蓋的液體或膠狀物質(zhì)144設置在支撐元件147與透明元件142之間。當電壓施加給透明物質(zhì)143，從而如圖45中所示透明物質(zhì)143發(fā)生變形時，可變形元件148變形，使變焦鏡頭140的整體體積不改變。由此，不必需要圓柱體146。在圖44和45中，可變形元件148由彈性體，可折疊狀合成樹脂或金屬制成。
在圖43和44所示的每一個示例中，當施加反向電壓時，透明物質(zhì)143沿相反方向變形，從而也可以構(gòu)成凹透鏡。
當使用電致伸縮物質(zhì)如丙烯酸彈性體或硅橡膠作為透明物質(zhì)143使用時，需要將透明物質(zhì)143設計成使透明物質(zhì)和電致伸縮物質(zhì)彼此粘合。
圖46表示在可在根據(jù)本發(fā)明光學裝置的成像光學系統(tǒng)中應用的變焦鏡頭的另一示例中的變焦鏡頭167，其中通過用微型泵160注入和吸出液體161而使透鏡表面變形。
各微型泵160為小尺寸泵，例如通過微機械加工技術制造，并且設計成通過電力操作。液體161夾在透明物質(zhì)163與透明彈性體164之間。在圖46中，附圖標記165表示用于保護彈性體164的透明基板，不過該基板并不是必須需要的。
由微機械加工技術制成的泵的例子，有使用熱變形，壓電物質(zhì)和靜電力的泵。
僅需要使用兩個微型泵，例如如圖46的變焦鏡頭中使用的微型泵160，每個泵均為如圖31中所示的微型泵180。
在使用靜電力或壓電效應的變焦鏡頭中，有時需要高壓進行驅(qū)動。在此情形中，需要使用升壓變壓器或者壓電變壓器構(gòu)成控制系統(tǒng)。尤其是，最好使用疊層壓電變壓器，因為可以實現(xiàn)緊湊設計。
圖47表示可在光學裝置的光學系統(tǒng)中使用的可變光學性質(zhì)元件的另一示例中，使用壓電物質(zhì)200的變焦鏡頭201。使用與透明物質(zhì)143相同的物質(zhì)作為壓電物質(zhì)200，并且設置在軟透明基板202上。希望合成樹脂或有機物質(zhì)用于基板202。
在該例中，電壓通過兩個透明電極59施加給壓電物質(zhì)200，從而壓電物質(zhì)200變形，在圖47中產(chǎn)生凸透鏡的作用。
預先將基板202設計成凸形，并且使兩個透明電極59中至少一個的尺寸與基板202不同，例如使一個電極59小于基板202。由此，當撤去所施加的電壓時，如圖48中所示，兩個透明電極59中僅有相對的預定部分變形成凹形，從而具有凹透鏡的功能，起到變焦鏡頭的作用。
在此情形中，由于基板202發(fā)生變形，使液體161的體積不變，所以具有無需液體槽168的優(yōu)點。
該例子具有的顯著優(yōu)點為儲存液體161的一部分基板202通過壓電物質(zhì)而發(fā)生變形，且無需液體槽168。
透明基板163和165可以設計成透鏡或平面，不過也可以與圖46的例子所述相同。
圖49表示可在光學裝置的光學系統(tǒng)中使用的可變光學性質(zhì)元件的另一示例中，使用壓電物質(zhì)構(gòu)成的兩個薄板200A和200B的變焦鏡頭。
根據(jù)此示例，該變焦鏡頭具有的優(yōu)點為使用壓電物質(zhì)方向相反的薄板200A和薄板200B，從而增大變形量，可獲得較寬變焦范圍。此外，在圖49中，附圖標記204表示透鏡形透明基板。即使在該例中，圖中右側(cè)的透明電極59也設計成小于基板202。
在圖47-49的例子中，基板202，壓電物質(zhì)200和薄板200A及200B的厚度可以不均勻，從而控制由電壓施加引起的變形狀態(tài)。由于也可以校正透鏡像差，因此是很方便的。
圖50表示變焦鏡頭的另一個例子。本例子的變焦鏡頭207由電致收縮物質(zhì)206如硅橡膠或丙烯酸彈性體構(gòu)成。
當電壓較低時，如上所述構(gòu)成的變焦鏡頭207，如圖50中所示，起到凸透鏡的作用，而當電壓增大時，如圖51中所示，電致伸縮物質(zhì)206沿垂直方向膨脹沿橫向收縮，因此焦距增大。通過這種方式，電致伸縮物質(zhì)206起變焦鏡頭的作用。根據(jù)本例子的變焦鏡頭，由于無需大電源從而具有能耗最小化的優(yōu)點。
與上述圖43-51的變焦鏡頭相同的特征在于，起透鏡作用的介質(zhì)的形狀改變，從而可獲得可變焦距。與折射率改變的變焦鏡頭不同，這種變焦鏡頭具有可任意選擇可變焦距范圍或透鏡尺寸的優(yōu)點。
圖52表示可在光學裝置的光學系統(tǒng)中應用的的可變光學性質(zhì)元件的另一示例中，使用光機械效應的變焦鏡頭。該例的變焦鏡頭214設計成將偶氮苯210夾在透明彈性體208與209之間，并且通過透明隔板211用紫外光照射。在圖52中，附圖標記212和213表示紫外光源，比如中心波長分別為λ1和λ2的紫外LED或者紫外半導體激光器。
在該例中，當用中心波長為λ1的紫外光照射圖53A中所示的反式型偶氮苯時，偶氮苯210變成圖53B中所示的順式型偶氮苯，其體積減小。因此，變焦鏡頭214的厚度減小，凸透鏡的功能削弱。
另一方面，當用中心波長為λ2的紫外光照射順式型偶氮苯時，偶氮苯210從順式型變成反式型偶氮苯，體積增大。因此，變焦鏡頭214的厚度增大，凸透鏡的功能得到增強。通過這種方式，本例的光學元件214起到變焦鏡頭的作用。
在變焦鏡頭214中，由于紫外光在各透明彈性體208和209與空氣之間的界面處全反射，光不會通過表面泄露，從而得到高效率。
圖54表示可在光學裝置的光學系統(tǒng)中使用的可變反射鏡的另一個例子。假設在數(shù)碼像機的成像光學系統(tǒng)中使用該可變反射鏡，并在此基礎上描述此例。而且，在圖54中，附圖標記411表示內(nèi)置可變電阻器的驅(qū)動電路；414表示算術單元；415表示溫度傳感器；416表示濕度傳感器；417表示距離傳感器；424表示震動傳感器。
該例的可變反射鏡45由四層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中分離電極409b與包括有機物質(zhì)如丙烯酸彈性體的電致伸縮物質(zhì)453分隔開，電致伸縮物質(zhì)453的邊緣通過支撐體423支撐，電極452和可變形基板451依次設置在電致伸縮物質(zhì)453上，并且在基板451上設有包含例如鋁的金屬薄膜的反射膜450用于反射入射光。
與分離電極409b與電致伸縮物質(zhì)453構(gòu)成一體時相比，當如上所述構(gòu)成時，可變反射鏡45具有反射膜450的表面輪廓平滑，且不易產(chǎn)生像差的優(yōu)點。
此外，可變形基板451與電極452可以按照相反順序設置。在圖54中，附圖標記449表示用于光學系統(tǒng)放大率改變或變焦的按鈕。通過算術單元414控制可變反射鏡45，以使用戶按下按鈕449，便使反射膜450可以發(fā)生變形用于放大率改變或變焦。
而且，取代包括有機物質(zhì)如丙烯酸彈性體的電致伸縮物質(zhì)，可以使用已經(jīng)描述過的例如鈦酸鋇的壓電物質(zhì)。
此外，盡管下文中所述與本發(fā)明的可變反射鏡相同，但是希望從垂直于反射表面的方向觀察時，反射表面變形部分的形狀可以在近軸光線入射平面方向較長，例如橢圓形、卵形或多邊形。這是因為如圖29中所示，可變反射鏡常常在光線以掠射角入射的狀態(tài)下使用。為了抑制這種情況下產(chǎn)生的像差，要求反射表面具有類似于旋轉(zhuǎn)橢園體，旋轉(zhuǎn)拋物面或者旋轉(zhuǎn)雙曲面的形狀。這是由于為了使可變形反射鏡的反射表面變形成這種形狀，希望從垂直于反射表面的方向觀察時，反射表面變形部分的形狀在沿近軸光線入射平面的方向較長。
圖55A和55B表示可在光學裝置的光學系統(tǒng)中使用的電磁驅(qū)動可變反射鏡的結(jié)構(gòu)。圖55B為從反射膜409a相反側(cè)觀察時的圖。給可變形元件409j提供線圈(電極)427，以輸送來自于驅(qū)動電路的電流，從而在永久磁鐵426的磁場中產(chǎn)生電磁力，以使反射鏡的形狀改變。由于薄膜線圈的使用便于線圈427的制造，并降低其硬度，使反射鏡易于變形。
本發(fā)明各實施例中所示的變焦鏡頭可以用于圖36，38，39和43中每一個所示的光學裝置中。
本發(fā)明具有以下附加特征(1)可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面，與光學表面構(gòu)成一體的第一電極，和設置在光學表面兩側(cè)上的第二電極和第三電極，至少其中之一具有用于透過所用光束的開口。在此情形中，電壓或電流施加在第一與第二電極上，或施加在第一與第三電極上，從而改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)。
(2)在項目(1)的可變光學性質(zhì)元件中，第一電極、第二電極和第三電極其中至少一個分成多段。
(3)在項目(1)或(2)的可變光學性質(zhì)元件中，第二電極或第三電極是固定的。
(4)在項目(1)和(3)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件中，具有多個電極的基板處于光學表面的一側(cè)上。
(5)在項目(1)-(4)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件中，施加在電極上的電壓或電流是直流或交流。
(6)項目(1)-(5)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件設計成可變形反射鏡或變焦鏡頭。
(7)在項目(1)-(6)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件中，光學表面通過靜電力或電磁力發(fā)生變形。
(8)將項目(1)-(7)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件設計成滿足以下條件0.02≤S2/S1≤0.98其中S1為光學表面可變形部分的面積，S2為開口的面積。
(9)可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面；與光學表面設置為一體、分成多段的第一電極；以及處于光學表面一側(cè)上、分成多段的第二電極。在此情形中，相同符號的電荷存儲在第一與第二電極其中至少一組中，并且每個電極分成多段，從而在分離電極之間產(chǎn)生電力，使光學表面發(fā)生變形。
(10)項目(9)的可變光學性質(zhì)元件構(gòu)造成當使施加給第一電極所有分離段的電壓的符號相同時，也使施加給第二電極所有分離段的電壓的符號相同，并且使施加給第一電極與第二電極的電壓的符號不同，光學表面也可以變形。
(11)項目(9)或(10)的可變光學性質(zhì)元件構(gòu)造成，在第一電極的一個分離段與一個鄰近或靠近第二電極的一個分離段的分離段之間施加的不同符號的電壓，該分離段與第一電極的所述分離段緊密相對。
(12)項目(9)-(11)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件構(gòu)造成，在第一電極或第二電極的一個分離段與靠近或鄰近所述一個分離段的分離段之間施加不同符號的電壓。
(13)權利要求10和項目(9)-(12)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件設計成滿足以下條件1/1000000＜G/P＜300其中G為光學表面平坦處第一電極與第二電極之間的距離，P為相鄰分離段之間中心到中心的平均間距。
(14)權利要求10和項目(9)-(12)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件設計成滿足以下條件1/1000000＜G/d＜1000其中d為第一電極和第二電極中相鄰分離段之間的平均距離。
(15)項目(9)-(12)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件設計成滿足以下條件0.001＜a/A＜1其中a為第一電極或第二電極中分離段的面積和，A為整個電極部分的面積。
(16)在權利要求10和項目(9)-(15)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件中，第一電極的劃分式樣與第二電極的劃分式樣相同或不同。
(17)在權利要求10和項目(9)-(16)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件中，第一電極或第二電極是固定的。
(18)在權利要求10和項目(9)-(17)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件中，施加給第一和第二電極的電壓是直流或交流的。
(19)項目(9)-(18)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件設計成可變形反射鏡或變焦鏡頭。
(20)項目(9)-(19)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件設計成通過靜電力使光學表面變形。
(21)可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面，與光學表面設置為一體的第一電極，以及設置在光學表面一側(cè)上的第二電極。將第一電極或第二電極分成多段，在其間施加交流電壓或電流，從而在第一電極與第二電極之間產(chǎn)生排斥力或電力，以使光學表面變形。
(22)項目21的可變光學性質(zhì)元件還包括驅(qū)動電路，其中交流電壓或電流的頻率可改變。
(23)可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面，與光學表面設置為一體的第一電極，以及設置在光學表面一側(cè)上的第二電極。第一電極和第二電極的每一個分成多段，在其間施加交流電壓或電流，從而在第一電極與第二電極之間產(chǎn)生排斥力或電力，使光學表面變形，同時，在分離電極之間設置電阻器，而交流電壓不施加給該電阻器。
(24)在項目23的可變光學性質(zhì)元件中，該電阻器是可變的。
(25)在項目(21)-(24)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件中，相比施加交流電壓或電流的電極，沒有施加交流電壓或電流的電極由更高阻抗的材料制成。
(26)項目(21)-(25)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件設計成滿足以下條件1/1000000＜G/P＜300其中G為光學表面平坦處第一電極與第二電極之間的距離，P為相鄰分離段之間中心到中心的平均間距。
(27)項目(21)-(25)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件設計成滿足以下條件1/1000000＜G/d＜1000其中d為第一電極和第二電極中相鄰分離段之間的平均距離。
(28)項目(21)-(25)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件設計成滿足以下條件0.001＜a/A＜1其中a為第一電極或第二電極中分離段的面積和，A為整個電極部分的面積。
(29)在項目(21)-(25)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件中，第一電極的劃分式樣與第二電極的劃分式樣近似相同或不同。
(30)項目(21)-(25)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件設計成可變形反射鏡或變焦鏡頭。
(31)可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面，與光學表面設置為一體的第一電極，以及設置在光學表面至少一側(cè)上的第二電極。電壓或電流施加給第一電極或第二電極，從而改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)。在此情形中，與可變形基板設置為一體的電極與設置在另一電極上的電極不平行。
(32)項目(1)，(9)，(21)和(31)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件可以用于光學裝置的聚焦調(diào)節(jié)。
(33)項目(1)，(9)，(21)和(31)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件可以用于光學裝置的放大率改變。
(34)項目(9)-(12)或(21)-(25)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件設計成滿足以下條件0.0000001≤u/G≤1000其中G為第一電極與第二電極之間的距離，u為位于第一電極與第二電極之間的基板的厚度。
(35)項目(9)-(12)或(21)-(25)其中任何一個的可變光學性質(zhì)元件設計成滿足以下條件0.0000001≤Δ/G≤1000其中Δ為光學表面與第一電極之間的距離。
(36)可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面，與光學表面設置為一體的第一電極，以及以部分阻擋所用光束的方式設置在光學表面一側(cè)上的第二電極。在第一電極與第二電極之間施加電壓或電流，從而可改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)。
(37)項目36的可變光學性質(zhì)元件，包括相對可變形光學表面處于第二電極相對一側(cè)上的第三電極。在第一電極與第二電極之間，或第一電極與第三電極之間施加電壓或電流，從而可改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)。
(38)項目36的可變光學性質(zhì)元件，包括相對于第一電極處于第二電極相對一側(cè)上的第三電極。在第一電極與第二電極之間或者第一電極與第三電極之間施加電壓或電流，從而可改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)。
(39)項目36的可變光學性質(zhì)元件設計成滿足以下條件0.01≤f≤0.5其中f為傳輸光束被第二電極阻擋的面積與傳輸光束總面積的比值。
(40)可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面和與光學表面設置為一體的多個電極。光學表面通過電極之間產(chǎn)生的電力變形，從而可改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)。
(41)項目40的可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面，與光學表面設置為一體的多個電極，以及在電極中存儲電荷的驅(qū)動電路，從而光學表面通過電極之間產(chǎn)生的電力變形，并可改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)。
(42)可變光學性質(zhì)元件包括具有導電性的可變形光學表面和與光學表面設置為一體的多個電極。按照多個電極劃分具有導電性的光學表面。
(43)項目42的可變光學性質(zhì)元件包括與多個電極相對的第二電極。
(44)項目42的可變光學性質(zhì)元件包括處于光學表面一側(cè)上的第二電極。
(45)項目(42)和(44)任何一個的可變光學性質(zhì)元件設計成滿足以下條件0.000001≤t/w≤10000]]>其中t為第一電極和第二電極每一個的厚度，w為其面積。
(46)項目(9)或(22)的可變光學性質(zhì)元件設計成使電力為排斥力，從而可改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)。
(47)可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面，與光學表面設置為一體的第一電極，以及設置在光學表面一側(cè)上的第二電極，從而通過在第一電極與第二電極之間施加電流或電壓產(chǎn)生電力或排斥力，可改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)。
(48)項目47的可變光學性質(zhì)元件設計成，使所施加的電流或電壓是交流的，從而可改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)。
(49)可變反射鏡具有反射表面和設置在反射表面附近的元件。該反射表面分成多段。
(50)可變反射鏡包括可變形反射表面，從而反射表面可以變形成凸形或凹形，并且使用液體，靜電力，電場，電磁力，壓電效應，磁收縮，溫度改變和電磁波其中至少一種使反射表面變形。
(51)可變反射鏡包括可變形反射表面，從而反射表面可以變形呈凸形或凹形，并且當反射表面變形成凸形時使用液體壓力，而當變形成凹形時使用電力。
(52)具有項目(50)或(51)的可變反射鏡的成像裝置，當可變反射鏡的表面輪廓平坦時，可使從無窮遠到0.5米的任何距離處的物體聚焦。
(53)具有項目(2)-(8)任何一個的可變光學性質(zhì)元件，震動傳感器和圖像傳感器的光學裝置，使可變光學性質(zhì)元件的光學表面變形，從而補償震動。
(54)具有項目(2)-(8)任何一個的可變光學性質(zhì)元件的光學裝置，可使可變光學性質(zhì)元件的光學表面變形，從而補償溫度改變，濕度改變，制造誤差和隨時間的改變其中至少一種。
最后，將描述本發(fā)明中使用的術語的定義。
光學裝置指包括光學系統(tǒng)或光學元件的裝置。光學裝置不必依靠本身而運行。即，其可以視作裝置的一部分。
成像裝置，觀察裝置，顯示裝置，照明裝置，信號處理器和光學信息處理器屬于光學裝置的類別之內(nèi)。
成像裝置指例如電影攝像機，數(shù)碼相機，用于PDA的數(shù)碼相機，機器人的眼鏡，可更換透鏡式數(shù)字單鏡頭反射式照相機，TV攝像機，運動圖像記錄儀，電子運動圖像記錄儀，便攜式攝像機，VTR攝像機，移動電話的數(shù)碼相機，移動電話的TV攝像機，電子內(nèi)窺鏡，膠囊內(nèi)窺鏡，車載攝像機，人造衛(wèi)星的攝像機，行星探測器的攝像機，空間探測器的攝像機，監(jiān)控攝像機和用于多種傳感器的視覺器官。數(shù)碼像機，卡片式數(shù)碼像機，TV攝像機，VTR攝像機，運動圖像記錄攝像機，移動電話的數(shù)碼像機，移動電話的TV攝像機，車載攝像機，人造衛(wèi)星的攝像機，行星探測器的攝像機，空間探測器的攝像機的任何一種都是電子成像裝置的例子。
觀察裝置指例如顯微鏡，望遠鏡，眼鏡，雙眼望遠鏡，放大鏡，纖維鏡，搜索器(finder)或者取景器。
顯示裝置包括例如液晶顯示器，取景器，游戲機(索尼公司的PlayStation)，視頻投影儀，液晶投影儀，頭戴式顯示器(HMD)，個人數(shù)字助理(PDA)，或者移動電話。
照明裝置包括例如攝像機頻閃燈，汽車前燈，內(nèi)窺鏡光源，或者用于顯微鏡的光源。
信號處理器指例如移動電話，個人電腦，游戲機，光盤讀/寫裝置，光學計算機的算術單元，光學轉(zhuǎn)接器，光信息處理器或PDA。
信息發(fā)射機指能輸入和傳輸任何來自移動電話；固定電話；游戲機、TV、無線電盒式磁帶錄音機，或立體聲系統(tǒng)的遙控裝置；個人電腦；或用于個人電腦的鍵盤、鼠標或觸摸板的信息的裝置。還包括具有成像裝置的TV監(jiān)視器，或者用于個人電腦的監(jiān)視器或顯示器。信息發(fā)射機歸入信號處理器一類。
圖像傳感器指例如CCD，攝像管，固態(tài)圖像傳感器，或者照相膠卷。將平行平面板視作棱鏡的一種。觀察者的改變包括屈光度改變。物體的改變包括物距改變。物體的位移包括被照相物體物距的改變，物體移動，振動或者物體震動。
如下定義展開面任何形狀，如球形、平面和旋轉(zhuǎn)對稱非球面；相對光軸偏軸的球面、平面或旋轉(zhuǎn)對稱非球面；具有對稱表面的非球面；僅具有一個對稱表面的非球面；不具有對稱表面的非球面；自由成形的表面；具有不可區(qū)分的點或線的表面；等等，是符合要求的。此外，任何對于光有某些效果，如反射表面或折射表面，是符合要求的。在本發(fā)明中，假設這種表面統(tǒng)稱作展開面。
可變光學性質(zhì)元件包括變焦鏡頭，可變反射鏡，表面輪廓改變的偏轉(zhuǎn)棱鏡，可變角度棱鏡，或者光偏轉(zhuǎn)功能改變的可變衍射光學元件，即可變HOE或者可變DOE。
變焦鏡頭也包括焦距不改變，但像差量改變的可變透鏡?？勺兎瓷溏R包括焦距不改變，但像差量改變的反射鏡。變焦鏡頭包括設有反射表面的反射鏡，形狀不改變的變焦反射鏡，或者形狀改變的可變形反射鏡。總之，將光偏轉(zhuǎn)功能如反射，折射或衍射可以改變的光學元件稱作可變光學性質(zhì)元件。
權利要求
1.一種可變光學性質(zhì)元件，包括多個電極；由電力驅(qū)動且變形成凸形的基板；與該基板構(gòu)成一體的電極；設置在該基板上的光學表面；以及與該電極相連的驅(qū)動電路。
2.一種可變光學性質(zhì)元件，包括可變形光學表面；與該光學表面構(gòu)成一體的第一電極；以及設置在該光學表面兩側(cè)上的第二電極和第三電極，至少其中之一具有用于透過所用光束的開口，電壓或電流施加在該第一電極與該第二電極上，或該第一電極與該第三電極上，從而改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)。
3.如權利要求2所述的可變光學性質(zhì)元件，其中該可變光學性質(zhì)元件為可變反射鏡。
4.一種可變光學性質(zhì)元件，包括可變形光學表面；與該光學表面設置為一體、分成多段的第一電極；以及設置在該光學表面一側(cè)上、分成多段的第二電極，相同符號的電荷存儲在該第一電極和該第二電極其中至少一組中，每個電極分成該多段，從而在該分離電極之間產(chǎn)生電力，使該光學表面變形。
5.一種可變光學性質(zhì)元件，包括可變形光學表面；與該光學表面設置為一體的第一電極；以及設置在該光學表面一側(cè)上的第二電極，將該第一電極或該第二電極分成多段，在其間施加交流電壓或交流電流，從而在該第一電極與該第二電極之間產(chǎn)生排斥力或者電力，使該光學表面變形。
6.一種可變光學性質(zhì)元件，包括可變形光學表面；與該光學表面設置為一體的第一電極；以及設置在該光學表面一側(cè)上的第二電極，將該第一電極和該第二電極的每一個分成多段，在其間施加交流電壓或交流電流，從而在該第一電極與該第二電極之間產(chǎn)生排斥力或電力，使該光學表面變形，同時，在分離電極之間設置電阻器，并且交流電壓不施加給該電阻器。
7.一種可變光學性質(zhì)元件，包括可變形光學表面；與該光學表面設置為一體的第一電極；以及設置在該光學表面至少一側(cè)上的第二電極，將電壓或電流施加給該第一電極或該第二電極，從而改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)，其中與可變形基板設置為一體的電極與設置在其余電極上的電極不平行。
8.如權利要求2、4、5或7任何一個所述的可變光學性質(zhì)元件，其中該可變光學性質(zhì)元件用于補償光學裝置的震動。
9.如權利要求2、4、5或7任何一個所述的可變光學性質(zhì)元件，其中該可變光學性質(zhì)元件用于補償溫度改變，濕度改變，制造誤差，和光學裝置隨時間的改變其中一種。
10.如權利要求4-5任何一個所述的可變光學性質(zhì)元件，滿足以下條件0.000001≤t/w≤10000]]>其中t為所述第一電極和所述第二電極每一個的厚度，w為其面積。
11.一種包括光學系統(tǒng)的光學裝置，該光學系統(tǒng)設有具有多個分離電極的可變光學性質(zhì)元件，其中可以將與光學系統(tǒng)對稱性不同的電壓分布施加給該電極。
12.一種可變光學性質(zhì)元件，包括可變形光學表面；與該光學表面設置為一體的第一電極；以及以部分阻擋所用光束的方式設置在該光學表面一側(cè)上的第二電極，電壓或電流施加在該第一電極與該第二電極之間，從而改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)。
13.一種可變光學性質(zhì)元件，包括可變形光學表面；以及多個與該光學表面設置為一體的電極，該光學表面通過電極之間產(chǎn)生的電力變形，從而可改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)。
14.如權利要求13所述的可變光學性質(zhì)元件，其中不同符號的電荷存儲在所述多個電極中。
15.一種改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)的可變光學性質(zhì)元件，包括具有導電性的可變形光學表面；以及與該光學表面設置為一體的多個電極，按照該多個電極劃分具有導電性的該光學表面。
16.如權利要求4、5、7或13任何一個所述的改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)的可變光學性質(zhì)元件，其中該可變形光學表面具有導電性，并且按照該第一電極劃分具有導電性的該光學表面。
17.一種可變光學性質(zhì)元件，包括可變形光學表面；與該光學表面設置為一體的第一電極；以及設置在該光學表面一側(cè)上的第二電極，通過在該第一電極與該第二電極之間施加相同符號的電荷產(chǎn)生電力或排斥力，以改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)。
18.一種可變光學性質(zhì)元件，包括可變形光學表面；與該光學表面設置為一體的第一電極；以及設置在該光學表面一側(cè)上的第二電極，通過在該第一電極與該第二電極之間施加電流或電壓產(chǎn)生電力或排斥力，以改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)。
19.一種可變光學性質(zhì)元件，包括可變形光學表面；與該光學表面設置為一體、分成多段的第一電極；以及設置在該光學表面一側(cè)上、分成多段的第二電極，通過在實際上彼此相對的分開的該第一電極與該第二電極之間存儲相同符號的電荷在分離電極之間產(chǎn)生排斥力，使該光學表面變形。
20.一種可變反射鏡，包括具有反射表面和基板的可變形部分；以及與該基板相對設置的電極，將該反射表面分成多段，并且由電力驅(qū)動。
21.一種可變反射鏡，包括具有反射表面和基板的可變形部分；以及與該基板相對設置的電極，將該反射表面劃分成多段，并且具有電極的功能，該反射表面由電力驅(qū)動。
22.一種具有可變形反射表面的可變反射鏡，其中該反射表面可以變形成凸形或凹形，并且可使用液體，靜電力，電場，電磁力，壓電效應，磁收縮，溫度改變，電磁波其中至少一種使該反射表面變形。
23.一種具有可變形反射表面的可變反射鏡，其中該反射表面可以變形成凸形或凹形，并且當該反射表面變形成凸形時使用液體壓力，當該反射表面變形成凹形時使用電力。
24.一種具有可變反射鏡的成像裝置，其中該可變反射鏡具有可變形反射表面，其中當該可變反射鏡的表面輪廓平坦時，景深遠點近似無窮遠的距離處的物體聚焦。
25.一種具有可變反射鏡的成像裝置，其中該可變反射鏡具有可變形反射表面，其中該反射表面在聚焦過程中呈現(xiàn)出凹形和凸形。
26.一種具有可變形光學表面的變焦鏡頭，其中該光學表面可以變形成凸形或凹形，并且可使用液體，靜電力，電場，電磁力，壓電效應，磁收縮，溫度改變，電磁波其中至少一種使該光學表面變形。
27.一種具有可變形光學表面的變焦鏡頭，其中該光學表面可以變形成凸形或凹形，并且當該光學表面變形成凸形時使用液體壓力，當該光學表面變形成凹形時使用電力。
28.一種具有變焦鏡頭的成像裝置，其中該變焦鏡頭具有可變形光學表面，其中當該變焦鏡頭的表面輪廓平坦時，使景深遠點的距離近似無窮遠的物體聚焦。
29.一種具有變焦鏡頭的成像裝置，其中該變焦鏡頭具有可變形光學表面，其中當該變焦鏡頭的表面輪廓平坦時，從無窮遠到0.5米任意距離處的物體聚焦。
30.一種具有變焦鏡頭的成像裝置，其中該變焦鏡頭具有可變形光學表面，其中在聚焦過程中該光學表面呈現(xiàn)出凹形和凸形。
31.一種光學裝置，包括可變光學性質(zhì)元件；震動傳感器；以及圖像傳感器，該可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面；與該光學表面構(gòu)成一體的第一電極；以及設置在該光學表面兩側(cè)上的第二電極和第三電極，至少其中之一具有透過所用光束的開口，在第一電極與第二電極上或第一電極與第三電極上施加電壓或電流，從而改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)，其中可變光學性質(zhì)元件的光學表面發(fā)生變形，從而補償震動。
32.一種具有可變光學性質(zhì)元件的光學裝置，該可變光學性質(zhì)元件包括可變形光學表面；與該光學表面構(gòu)成一體的第一電極；以及設置在該光學表面兩側(cè)上的第二電極和第三電極，至少其中之一具有透過所用光束的開口，在該第一電極與該第二電極之間或該第一電極與該第三電極之間施加電壓或電流，從而改變光偏轉(zhuǎn)性質(zhì)，其中該可變光學性質(zhì)元件的該光學表面發(fā)生變形，從而對溫度改變、濕度改變、制造誤差和隨時間的改變其中至少一種進行補償。
全文摘要
一種可變光學性質(zhì)元件，包括多個電極，受電力驅(qū)動可以變形成凸形的基板，與基板構(gòu)成一體的電極，設置在基板上的光學表面，以及與電極連接的驅(qū)動電路。
文檔編號G02B26/08GK1580834SQ20041005655
公開日2005年2月16日 申請日期2004年8月9日 優(yōu)先權日2003年8月8日
發(fā)明者西岡公彥 申請人:奧林巴斯株式會社