JP2000347005A - 可変焦点レンズ装置 - Google Patents
可変焦点レンズ装置Info
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- JP2000347005A JP2000347005A JP15534199A JP15534199A JP2000347005A JP 2000347005 A JP2000347005 A JP 2000347005A JP 15534199 A JP15534199 A JP 15534199A JP 15534199 A JP15534199 A JP 15534199A JP 2000347005 A JP2000347005 A JP 2000347005A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 可変焦点レンズ装置の駆動電圧の低減を目的
とする。 【解決手段】 可変焦点レンズ装置において、導電性で
ある第１の液体と、セル中の絶縁層の内部の表面の領域
に静止状態で配置された絶縁性の第２の液体の小滴と、
を満たされた前記セルを備え、前記第１と前記第２の液
体は互いに混合することなく、異なった屈折率をもち、
密度がほぼ等しく、前記第２の液体は絶縁性であり、前
記絶縁層は１μｍ以下の薄膜であり、前記セル中の前記
第１の液体と前記第２の液体の表面上に配置された電極
との間に電圧印加手段を含み、前記電圧印加手段の電圧
印加時の前記第２の液体の小滴の形状を制御するため
に、前記第２の液体の小滴の中心位置を保持するための
手段を含むことを特徴とする。可変焦点レンズ装置にお
いて絶縁層に１ミクロン以下の薄膜を含む構成をとる。
とする。 【解決手段】 可変焦点レンズ装置において、導電性で
ある第１の液体と、セル中の絶縁層の内部の表面の領域
に静止状態で配置された絶縁性の第２の液体の小滴と、
を満たされた前記セルを備え、前記第１と前記第２の液
体は互いに混合することなく、異なった屈折率をもち、
密度がほぼ等しく、前記第２の液体は絶縁性であり、前
記絶縁層は１μｍ以下の薄膜であり、前記セル中の前記
第１の液体と前記第２の液体の表面上に配置された電極
との間に電圧印加手段を含み、前記電圧印加手段の電圧
印加時の前記第２の液体の小滴の形状を制御するため
に、前記第２の液体の小滴の中心位置を保持するための
手段を含むことを特徴とする。可変焦点レンズ装置にお
いて絶縁層に１ミクロン以下の薄膜を含む構成をとる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、可変焦点レンズ装
置に関するものであり、主に、低電界により焦点変化を
連続的に制御できる液体レンズを有する可変焦点レンズ
装置に関する。
置に関するものであり、主に、低電界により焦点変化を
連続的に制御できる液体レンズを有する可変焦点レンズ
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】B.Bergeらの文献“Electrocapillarity
and wetting of insulator films bywater,C.R.Acad.Sc
i.Paris,t.137p.157(1993)”には、平板電極の上に配置
された誘電体フィルム上に置かれた導電性液体小滴を含
むデバイスが示されている。
and wetting of insulator films bywater,C.R.Acad.Sc
i.Paris,t.137p.157(1993)”には、平板電極の上に配置
された誘電体フィルム上に置かれた導電性液体小滴を含
むデバイスが示されている。
【０００３】この文献によれば、導電性液体小滴と電極
との間に電圧を印加すると、小滴の接触角が変化するこ
とが記述されており、この現象はelectro-wettingと呼
ばれている。
との間に電圧を印加すると、小滴の接触角が変化するこ
とが記述されており、この現象はelectro-wettingと呼
ばれている。
【０００４】しかし、十分な接触角の変化を実現するた
めには、６００Ｖ程度の高電圧が必要であることが示さ
れている。
めには、６００Ｖ程度の高電圧が必要であることが示さ
れている。
【０００５】このelectro-wetting現象を用いた、ディ
スプレイデバイスがＵＳＰ５，６５９，３３０に開示さ
れているが、光学レンズに用いるという示唆はない。
スプレイデバイスがＵＳＰ５，６５９，３３０に開示さ
れているが、光学レンズに用いるという示唆はない。
【０００６】また、Vallet,Berge,Vovelleらの文献“El
ectrowetting of water and aqueous solutions on pol
y(ethylene terephthalate),Polymer,Vol.37,No12p.246
5(1996)”には、導電性液体に印加する電圧が高すぎる
と、小滴の表面が不安定になり、小滴が一つの形状を保
てなくなってしまうことが示されている。
ectrowetting of water and aqueous solutions on pol
y(ethylene terephthalate),Polymer,Vol.37,No12p.246
5(1996)”には、導電性液体に印加する電圧が高すぎる
と、小滴の表面が不安定になり、小滴が一つの形状を保
てなくなってしまうことが示されている。
【０００７】これらの従来技術では、可変焦点レンズを
安定的に形成させるには不十分であり、さらに、これら
のシステムでは、透明電極と、小滴液体との接合電極が
必要であり、製造上、効率的でなく困難が伴う。
安定的に形成させるには不十分であり、さらに、これら
のシステムでは、透明電極と、小滴液体との接合電極が
必要であり、製造上、効率的でなく困難が伴う。
【０００８】フランス国内出願された、No97 12781,INP
I Grenoble,oct.8,1997には、electro-wetting現象を用
いて、電界制御によって、レンズの焦点が連続的に変化
させることのできるレンズが開示されている。この特許
に開示されている可変焦点レンズでは、典型例として印
加される電圧は、２５０Ｖ、５０Ｈｚ〜１０ｋＨｚとい
う、かなり高電圧のＡＣ電界である。
I Grenoble,oct.8,1997には、electro-wetting現象を用
いて、電界制御によって、レンズの焦点が連続的に変化
させることのできるレンズが開示されている。この特許
に開示されている可変焦点レンズでは、典型例として印
加される電圧は、２５０Ｖ、５０Ｈｚ〜１０ｋＨｚとい
う、かなり高電圧のＡＣ電界である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した高電圧で焦点距離を可変できる可変焦点レンズ装置
の駆動電圧の低減である。
した高電圧で焦点距離を可変できる可変焦点レンズ装置
の駆動電圧の低減である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に関する可変焦点
レンズ装置は、（１）第１の液体と、第２の液体の小滴
で満たされたセルを備え、（２）前記第２の液体の小滴
は、セル中の絶縁層の内部の表面の領域に静止状態で配
置されており、（３）前記第１と第２の液体は互いに混
合することなく、異なった屈折率をもち、密度がほぼ等
しく、第１の液体は導電性であり、第２の液体は絶縁性
であり、絶縁層は１μｍ以下の薄膜であり、（４）セル
中の導電性液体と、絶縁層の第２の表面上に配置された
電極との間に電圧印加手段を含み、（５）電圧印加時の
小滴の形状を制御するために、小滴の中心位置を保持す
るための手段、を含むことを特徴としている。
レンズ装置は、（１）第１の液体と、第２の液体の小滴
で満たされたセルを備え、（２）前記第２の液体の小滴
は、セル中の絶縁層の内部の表面の領域に静止状態で配
置されており、（３）前記第１と第２の液体は互いに混
合することなく、異なった屈折率をもち、密度がほぼ等
しく、第１の液体は導電性であり、第２の液体は絶縁性
であり、絶縁層は１μｍ以下の薄膜であり、（４）セル
中の導電性液体と、絶縁層の第２の表面上に配置された
電極との間に電圧印加手段を含み、（５）電圧印加時の
小滴の形状を制御するために、小滴の中心位置を保持す
るための手段、を含むことを特徴としている。
【００１１】また、本発明は、可変焦点レンズ装置にお
いて、導電性である第１の液体と、セル中の絶縁層の内
部の表面の領域に静止状態で配置された絶縁性の第２の
液体の小滴と、を満たされた前記セルを備え、前記第１
と前記第２の液体は互いに混合することなく、異なった
屈折率をもち、密度がほぼ等しく、前記第２の液体は絶
縁性であり、前記絶縁層は１μｍ以下の薄膜であり、前
記セル中の前記第１の液体と前記第２の液体の表面上に
配置された電極との間に電圧印加手段を含み、前記電圧
印加手段の電圧印加時の前記第２の液体の小滴の形状を
制御するために、前記第２の液体の小滴の中心位置を保
持するための手段を含むことを特徴とする。
いて、導電性である第１の液体と、セル中の絶縁層の内
部の表面の領域に静止状態で配置された絶縁性の第２の
液体の小滴と、を満たされた前記セルを備え、前記第１
と前記第２の液体は互いに混合することなく、異なった
屈折率をもち、密度がほぼ等しく、前記第２の液体は絶
縁性であり、前記絶縁層は１μｍ以下の薄膜であり、前
記セル中の前記第１の液体と前記第２の液体の表面上に
配置された電極との間に電圧印加手段を含み、前記電圧
印加手段の電圧印加時の前記第２の液体の小滴の形状を
制御するために、前記第２の液体の小滴の中心位置を保
持するための手段を含むことを特徴とする。
【００１２】また、本発明は、電圧を印加することによ
りレンズ焦点距離を変化する可変焦点レンズ装置におい
て、レンズ形状を形成する透明な絶縁性液体の小滴と、
前記絶縁性液体の小滴と接触する基板上の薄膜絶縁層
と、前記絶縁性液体の小滴を覆う透明な導電性液体と、
前記薄膜絶縁層と前記絶縁性液体の小滴とが接触する接
触領域と、前記薄膜絶縁層に接触する電圧を印加する電
極と、他方の電圧を印加する前記導電性液体と導通する
電極と、前記薄膜絶縁層を支持する透明基材とからセル
を構成し、複数のセルを備えたことを特徴とする。
りレンズ焦点距離を変化する可変焦点レンズ装置におい
て、レンズ形状を形成する透明な絶縁性液体の小滴と、
前記絶縁性液体の小滴と接触する基板上の薄膜絶縁層
と、前記絶縁性液体の小滴を覆う透明な導電性液体と、
前記薄膜絶縁層と前記絶縁性液体の小滴とが接触する接
触領域と、前記薄膜絶縁層に接触する電圧を印加する電
極と、他方の電圧を印加する前記導電性液体と導通する
電極と、前記薄膜絶縁層を支持する透明基材とからセル
を構成し、複数のセルを備えたことを特徴とする。
【００１３】上述した本発明の目的を達成するために、
上記の絶縁性液体の小滴を支える絶縁層を１μｍ以下の
薄膜とすることで、レンズの焦点変化を非常に低い駆動
電圧で実現することができる。
上記の絶縁性液体の小滴を支える絶縁層を１μｍ以下の
薄膜とすることで、レンズの焦点変化を非常に低い駆動
電圧で実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて詳細に説明する。
いて詳細に説明する。
【００１５】図１に本発明の可変焦点レンズ装置の断面
図を示す。図１において、１１はレンズ形状を形成する
透明な第２の液体である絶縁性液体の小滴、１２は薄膜
絶縁層、１３は透明な第１の液体である導電性液体、１
４は表面処理部、１５は薄膜絶縁層１２と絶縁性液体の
小滴１１の接触領域、１６は電圧を印加する電極、１７
は他方の電圧を印加する電極、１８は透明なガラス等の
透明基材、１９は本可変焦点レンズ装置の一つを形成す
るセルである。
図を示す。図１において、１１はレンズ形状を形成する
透明な第２の液体である絶縁性液体の小滴、１２は薄膜
絶縁層、１３は透明な第１の液体である導電性液体、１
４は表面処理部、１５は薄膜絶縁層１２と絶縁性液体の
小滴１１の接触領域、１６は電圧を印加する電極、１７
は他方の電圧を印加する電極、１８は透明なガラス等の
透明基材、１９は本可変焦点レンズ装置の一つを形成す
るセルである。
【００１６】図１において、絶縁性液体の小滴１１が導
電性液体１３で満たされたセル１９の内部表面１５の上
に配置されている。絶縁性液体１１と導電性液体１３は
共に透明であり、互いに混合することなく、異なった屈
折率をもち、ほぼ等しい密度の値をもっている。
電性液体１３で満たされたセル１９の内部表面１５の上
に配置されている。絶縁性液体１１と導電性液体１３は
共に透明であり、互いに混合することなく、異なった屈
折率をもち、ほぼ等しい密度の値をもっている。
【００１７】薄膜の絶縁層１２は、導電性液体１３に関
しては疎水性の性質をもっており、表面処理１４を施す
ことによって、導電性液体１３に関して親水性の性質を
もつようになる。したがって、導電性液体１３は、絶縁
性液体１１および表面処理１４のまわりに存在すること
になる。
しては疎水性の性質をもっており、表面処理１４を施す
ことによって、導電性液体１３に関して親水性の性質を
もつようになる。したがって、導電性液体１３は、絶縁
性液体１１および表面処理１４のまわりに存在すること
になる。
【００１８】このようにして、表面処理１４は、小滴１
１の位置を保持することになり、この小滴が望ましい接
触表面を超えて、広がっていくことを防ぐ役割を果たし
ている。
１の位置を保持することになり、この小滴が望ましい接
触表面を超えて、広がっていくことを防ぐ役割を果たし
ている。
【００１９】装置のシステムが静止位置にある時は、小
滴１１は“Ａ”で示される自然な型をとっている。
滴１１は“Ａ”で示される自然な型をとっている。
【００２０】図１に示す“Ｃ”で示されている軸は、接
触領域１５に垂直であり、この領域の中心を通ってい
る。静止位置では、小滴１１は、装置の光軸となる軸
“Ｃ”を中心として位置している。軸“Ｃ”に隣接する
装置の各部分は透明であり、１８は透明基材で構成され
ている。電極１６は、絶縁層１２の外部の表面上に配置
され、この電極１６の上に、小滴１１の領域が重なるよ
うに小滴が置かれている。電極１７は、導電性液体１３
と電気的に接続されており、導電性液体１３に浸されて
いてもよいし、セル１９の内壁に導電性膜を配置しても
よい。
触領域１５に垂直であり、この領域の中心を通ってい
る。静止位置では、小滴１１は、装置の光軸となる軸
“Ｃ”を中心として位置している。軸“Ｃ”に隣接する
装置の各部分は透明であり、１８は透明基材で構成され
ている。電極１６は、絶縁層１２の外部の表面上に配置
され、この電極１６の上に、小滴１１の領域が重なるよ
うに小滴が置かれている。電極１７は、導電性液体１３
と電気的に接続されており、導電性液体１３に浸されて
いてもよいし、セル１９の内壁に導電性膜を配置しても
よい。
【００２１】電極１６と１７の間に電圧Ｖが印加される
と、上述したelectro-wettingの原理に従って、導電性
液体１３の接触領域１５が広がり、このことによって、
絶縁性液体小滴１１が動かされて、小滴１１は“Ｂ”で
示された破線のように変形する。
と、上述したelectro-wettingの原理に従って、導電性
液体１３の接触領域１５が広がり、このことによって、
絶縁性液体小滴１１が動かされて、小滴１１は“Ｂ”で
示された破線のように変形する。
【００２２】このようにして小滴１１のレンズの焦点を
可変にできる。本発明では、薄膜の絶縁層１２を用いる
ことによって、この駆動電圧Ｖを、１０Ｖ以下にするこ
とができる。このことは本発明の効果であり、以下に定
量的に詳述する。
可変にできる。本発明では、薄膜の絶縁層１２を用いる
ことによって、この駆動電圧Ｖを、１０Ｖ以下にするこ
とができる。このことは本発明の効果であり、以下に定
量的に詳述する。
【００２３】図１において、電圧Ｖを印加したときの接
触角は“θ”で示されており、θを電圧Ｖの関数として
表現したθ（Ｖ）は、絶縁層１２の膜厚をｄ、この絶縁
層１２の比誘電率をε、小滴１１の界面張力をγ、真空
の誘電率をεO とすると、 ｃｏｓθ（Ｖ）−ｃｏｓθ（０）＝εO・ε・Ｖ2／２ｄ・γ …（式１） で与えられることが、上述のVallet,Berge,Vovelleらの
文献で示されている。但し、文献では小滴１１は導電性
液体小滴であり、図１の導電性液体１３は空気となって
いるが、以下の定量的な考察ではこの違いは本質的なも
のではない。
触角は“θ”で示されており、θを電圧Ｖの関数として
表現したθ（Ｖ）は、絶縁層１２の膜厚をｄ、この絶縁
層１２の比誘電率をε、小滴１１の界面張力をγ、真空
の誘電率をεO とすると、 ｃｏｓθ（Ｖ）−ｃｏｓθ（０）＝εO・ε・Ｖ2／２ｄ・γ …（式１） で与えられることが、上述のVallet,Berge,Vovelleらの
文献で示されている。但し、文献では小滴１１は導電性
液体小滴であり、図１の導電性液体１３は空気となって
いるが、以下の定量的な考察ではこの違いは本質的なも
のではない。
【００２４】（式１）によって、電圧印加により、θが
変化し、小滴１１の形状を制御できることが定量的に示
されている。ところが従来技術では、絶縁層１２の膜厚
ｄが、ミクロンオーダーであったために、接触角を数度
変化させるための駆動電圧は１００Ｖ以上を要してい
た。
変化し、小滴１１の形状を制御できることが定量的に示
されている。ところが従来技術では、絶縁層１２の膜厚
ｄが、ミクロンオーダーであったために、接触角を数度
変化させるための駆動電圧は１００Ｖ以上を要してい
た。
【００２５】そこで本発明は、絶縁層１２として、ｄ＝
１μｍ以下の薄膜を用いれば、（式１）によって、小さ
な電圧Ｖによって大きな接触角θの変化を起こすことが
できるという着眼のもとになされたものである。実際に
（式１）に、以下の典型的な値、 θ（０）＝６０℃ θ（Ｖ）＝０℃ γ＝７０ｍＮ／ｍ を用いて、電圧Ｖの値を定量的に求めてみると、θをほ
ぼ６０°変化させるのに必要な電圧Ｖは、ｄを１０ｎｍ
から１００ｎｍ（０．１μｍ）としたとき、それぞれ５
〜１７Ｖ程度となり、従来技術と比べて駆動電圧Ｖを、
１〜２ケタ、低減できることがわかる。
１μｍ以下の薄膜を用いれば、（式１）によって、小さ
な電圧Ｖによって大きな接触角θの変化を起こすことが
できるという着眼のもとになされたものである。実際に
（式１）に、以下の典型的な値、 θ（０）＝６０℃ θ（Ｖ）＝０℃ γ＝７０ｍＮ／ｍ を用いて、電圧Ｖの値を定量的に求めてみると、θをほ
ぼ６０°変化させるのに必要な電圧Ｖは、ｄを１０ｎｍ
から１００ｎｍ（０．１μｍ）としたとき、それぞれ５
〜１７Ｖ程度となり、従来技術と比べて駆動電圧Ｖを、
１〜２ケタ、低減できることがわかる。
【００２６】しかし、小滴１１の中心は、電界印加のＯ
Ｎ，ＯＦＦによる小滴の変形によって軸Ｃから動いてし
まうことがありうる。さらに、接触表面１５の輪郭も、
小滴１１の変形の間に、小滴の円の型が失われることも
ありうる。これらの問題を避けるための、小滴１１の中
心位置を保持するための手段が、上述のフランス国内出
願された引用特許に記載されており、その中のいくつか
は本発明でも適用できる。
Ｎ，ＯＦＦによる小滴の変形によって軸Ｃから動いてし
まうことがありうる。さらに、接触表面１５の輪郭も、
小滴１１の変形の間に、小滴の円の型が失われることも
ありうる。これらの問題を避けるための、小滴１１の中
心位置を保持するための手段が、上述のフランス国内出
願された引用特許に記載されており、その中のいくつか
は本発明でも適用できる。
【００２７】たとえば、上記引用特許の図３に示されて
いるように、電極１６の代わりに３つの同心円状電極３
５，３６，３７を配置することである。この３つの電極
を３種類の電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を、連続的に変化させ
て印加することにより、小滴１１を、Ａの位置からＢの
位置へと連続的に変形させることができる。
いるように、電極１６の代わりに３つの同心円状電極３
５，３６，３７を配置することである。この３つの電極
を３種類の電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を、連続的に変化させ
て印加することにより、小滴１１を、Ａの位置からＢの
位置へと連続的に変形させることができる。
【００２８】もう一つの手段は、上記引用特許の図５に
示されているように、表面処理１４において、異なった
表面処理領域１４，６５，６６，６７を配置することで
ある。そして、この順番で、導電性液体１３に関する親
水性の程度を徐々に弱めるようにしておく。このように
すれば、上述したのと同じ結果を得ることができる。
示されているように、表面処理１４において、異なった
表面処理領域１４，６５，６６，６７を配置することで
ある。そして、この順番で、導電性液体１３に関する親
水性の程度を徐々に弱めるようにしておく。このように
すれば、上述したのと同じ結果を得ることができる。
【００２９】また本発明の別の具体例では、上記引用特
許の図６に示されているように、セルではなく、円筒状
の形状にすることもできる。このようにすれば円筒状の
可変焦点レンズとなる。
許の図６に示されているように、セルではなく、円筒状
の形状にすることもできる。このようにすれば円筒状の
可変焦点レンズとなる。
【００３０】本発明で用いる、薄膜絶縁層１２として
は、１μｍ以下で、欠陥のない均一な膜を形成できる材
料を用いることができる。必要に応じて表面を疎水性に
するための処理が施されてもよい。
は、１μｍ以下で、欠陥のない均一な膜を形成できる材
料を用いることができる。必要に応じて表面を疎水性に
するための処理が施されてもよい。
【００３１】まず、薄膜絶縁層１２としては、Langmuir
-Blodgett（ＬＢ）法で形成される膜があげられる。Ｌ
Ｂ膜は常温、常圧で、均一な無欠陥の薄膜を得ることが
できる。
-Blodgett（ＬＢ）法で形成される膜があげられる。Ｌ
Ｂ膜は常温、常圧で、均一な無欠陥の薄膜を得ることが
できる。
【００３２】次に、キャストコート膜があげられる。本
発明で用いることのできる材料としては、有機、無機の
化合物を溶媒とともに、基板にディピング、スピンコー
トなどの手法により形成することができる。好ましく
は、フッ素系、シリコン系の樹脂などをあげることがで
きる。さらに、スパッタリングによって作製した膜に用
いることのできる材料は、金属酸化物、シリコンなどで
ある。
発明で用いることのできる材料としては、有機、無機の
化合物を溶媒とともに、基板にディピング、スピンコー
トなどの手法により形成することができる。好ましく
は、フッ素系、シリコン系の樹脂などをあげることがで
きる。さらに、スパッタリングによって作製した膜に用
いることのできる材料は、金属酸化物、シリコンなどで
ある。
【００３３】表面処理１４は、導電性液体１３に関して
親水性の材料を、付与することによって得られる。親水
性の材料は一般に公知の材料であれば、特に限定されな
い。
親水性の材料を、付与することによって得られる。親水
性の材料は一般に公知の材料であれば、特に限定されな
い。
【００３４】導電性液体１３としては、無機塩の水溶液
や、有機の液体など、それ自身が導電性か、イオン性成
分を付加することによって導電性となる液体を用いるこ
とができる。
や、有機の液体など、それ自身が導電性か、イオン性成
分を付加することによって導電性となる液体を用いるこ
とができる。
【００３５】絶縁性液体小滴１１としては、たとえば、
シリコンオイル、パラフィンオイルなどのような、導電
性液体１３と混合しない、絶縁性の液体を用いることが
できる。小滴１１は、導電性液体１３と同程度の密度の
ものを選ぶ必要がある。また好ましくは、小滴１１は、
導電性液体１３よりも屈折率がより大きなものがよい。
シリコンオイル、パラフィンオイルなどのような、導電
性液体１３と混合しない、絶縁性の液体を用いることが
できる。小滴１１は、導電性液体１３と同程度の密度の
ものを選ぶ必要がある。また好ましくは、小滴１１は、
導電性液体１３よりも屈折率がより大きなものがよい。
【００３６】電圧Ｖは直流でもさしつかえないが、絶縁
層１２への電荷注入を抑制するために、数１０Ｈｚ〜数
１０ｋＨｚのＡＣ電圧印加がより好ましい。
層１２への電荷注入を抑制するために、数１０Ｈｚ〜数
１０ｋＨｚのＡＣ電圧印加がより好ましい。
【００３７】本発明による可変焦点レンズは、微小電圧
の印加によって焦点距離を可変すると共に制御すること
ができるので、１次元状又は２次元状に配置された半導
体装置による光電変化装置の各画素毎に形成することに
より、例えばオートフォーカスをガラスレンズによって
調節するように、印加電圧を調節することにより、対象
画像に応じて適切な測距によって、最適な焦点ポイント
を検出してオートフォーカスとすることができる。
の印加によって焦点距離を可変すると共に制御すること
ができるので、１次元状又は２次元状に配置された半導
体装置による光電変化装置の各画素毎に形成することに
より、例えばオートフォーカスをガラスレンズによって
調節するように、印加電圧を調節することにより、対象
画像に応じて適切な測距によって、最適な焦点ポイント
を検出してオートフォーカスとすることができる。
【００３８】また、発光素子や液晶素子上に、本発明に
よる可変焦点レンズを各素子毎に配置して、投射型プロ
ジェクターとして、スクリーンの位置に応じて焦点が一
致するように、各画像に応じて発光し又は液晶セルの透
過角度を変化させて画像を形成する表示パネル上で、可
変焦点レンズに印加電圧を可変して、適切な焦点をスク
リーンに結ぶことができる。
よる可変焦点レンズを各素子毎に配置して、投射型プロ
ジェクターとして、スクリーンの位置に応じて焦点が一
致するように、各画像に応じて発光し又は液晶セルの透
過角度を変化させて画像を形成する表示パネル上で、可
変焦点レンズに印加電圧を可変して、適切な焦点をスク
リーンに結ぶことができる。
【００３９】
【実施例】以下、実施例をあげて本発明の可変焦点レン
ズ装置の詳細を説明するが、本発明は以下の例にのみ限
定されるものではない。
ズ装置の詳細を説明するが、本発明は以下の例にのみ限
定されるものではない。
【００４０】［実施例１〜３］ガラス基板１８上に金電
極１６を真空蒸着によって形成した。この電極付き基板
を用いて、次にＬＢ膜の形成を行った。
極１６を真空蒸着によって形成した。この電極付き基板
を用いて、次にＬＢ膜の形成を行った。
【００４１】フッ素系材料であるＦＣ７２２（３Ｍ製）
を同じくフッ素系溶剤ＦＣ７７（３Ｍ）にて２０倍希釈
し、ＬＢ膜成膜用の希釈溶液を得た。
を同じくフッ素系溶剤ＦＣ７７（３Ｍ）にて２０倍希釈
し、ＬＢ膜成膜用の希釈溶液を得た。
【００４２】次に、該希釈溶液を水温２０℃の純水から
成るＬＢ膜作製装置の水面上に展開し、表面圧を１０ｍ
Ｎ／ｍまで高めた。前記金／ガラス基板はここで既にＬ
Ｂ膜作製装置の基板上下駆動機構へ装着されており、該
基板を水面に対して垂直に下降させ、該基板先端が水面
下１インチに位置したところで停止させた。引き続き、
該基板を上昇させ該基板先端が水面とほぼ同位置で停止
させた。この往復操作を何回か繰り返して転写率０．９
５にて前記基板上にＦＣ７２２の薄膜を形成した。この
時の基板上昇下降速度は１０ｍｍ／分であった。
成るＬＢ膜作製装置の水面上に展開し、表面圧を１０ｍ
Ｎ／ｍまで高めた。前記金／ガラス基板はここで既にＬ
Ｂ膜作製装置の基板上下駆動機構へ装着されており、該
基板を水面に対して垂直に下降させ、該基板先端が水面
下１インチに位置したところで停止させた。引き続き、
該基板を上昇させ該基板先端が水面とほぼ同位置で停止
させた。この往復操作を何回か繰り返して転写率０．９
５にて前記基板上にＦＣ７２２の薄膜を形成した。この
時の基板上昇下降速度は１０ｍｍ／分であった。
【００４３】このような方法によって、膜厚が２８ｎ
ｍ、４９ｎｍ、１μｍ，（以上、実施例）および、２μ
ｍ（比較例）のＬＢ膜を形成した。
ｍ、４９ｎｍ、１μｍ，（以上、実施例）および、２μ
ｍ（比較例）のＬＢ膜を形成した。
【００４４】次に続いて、小滴の接触領域１５の部分を
マスキングして、１４の表面処理として親水性材料の酸
化ケイ素をエタノール中に分散した溶液を浸漬塗布し、
乾燥することによって、表面処理１４を行った。
マスキングして、１４の表面処理として親水性材料の酸
化ケイ素をエタノール中に分散した溶液を浸漬塗布し、
乾燥することによって、表面処理１４を行った。
【００４５】小滴１１にはシリコンオイル（信越化学社
製ＫＦ５４）で、屈折率１．５１、密度１．１のものを
用い、導電性液体１３としては、食塩水（屈折率１．３
５）を用いた。シリコンオイルと密度がほぼ同一となる
よう、食塩水の濃度を調整して用いた。これらを透明な
セルに改めてレンズ装置を形成した。
製ＫＦ５４）で、屈折率１．５１、密度１．１のものを
用い、導電性液体１３としては、食塩水（屈折率１．３
５）を用いた。シリコンオイルと密度がほぼ同一となる
よう、食塩水の濃度を調整して用いた。これらを透明な
セルに改めてレンズ装置を形成した。
【００４６】可変焦点レンズの特性評価は、直接、駆動
電圧Ｖの印加によるレンズの焦点距離ｆ（Ｖ）（ｍ単
位）を測定し、次式 １／ｆ（Ｖ）−１／ｆ（０）＝６０ …（式２） が成り立つ電圧Ｖを求めることによって行なった。ここ
で１／ｆ（ｍ）は、ディオプトル（diopter）としてレ
ンズの焦点距離（単位メートル）の逆数として定義され
ている。したがって（式２）は、ディオプトルの変化が
６０となるのに必要な電圧がＶであることを示してい
る。
電圧Ｖの印加によるレンズの焦点距離ｆ（Ｖ）（ｍ単
位）を測定し、次式 １／ｆ（Ｖ）−１／ｆ（０）＝６０ …（式２） が成り立つ電圧Ｖを求めることによって行なった。ここ
で１／ｆ（ｍ）は、ディオプトル（diopter）としてレ
ンズの焦点距離（単位メートル）の逆数として定義され
ている。したがって（式２）は、ディオプトルの変化が
６０となるのに必要な電圧がＶであることを示してい
る。
【００４７】たとえば、ｆ（Ｖ）＝０．０１（１ｃ
ｍ）、ｆ（０）＝０．０２５（２．５ｃｍ）のように、
駆動電圧Ｖの印加によって焦点が２．５ｃｍから１ｃｍ
に変化した時、（式２）＝６０となる。
ｍ）、ｆ（０）＝０．０２５（２．５ｃｍ）のように、
駆動電圧Ｖの印加によって焦点が２．５ｃｍから１ｃｍ
に変化した時、（式２）＝６０となる。
【００４８】このようにして得られた結果を表−１に示
した。
した。
【００４９】
【表１】 以上の結果より、絶縁層が１μｍ以下であれば、ほぼ５
０ボルト以下での低駆動電圧化が実現できることがわか
る。
０ボルト以下での低駆動電圧化が実現できることがわか
る。
【００５０】［実施例４〜５］絶縁層として実施例１〜
３のＬＢ膜の代わりに以下のようにして、キャストコー
ト膜を作製して用いた以外は、全く実施例１〜３と同様
の方法で、レンズ装置を形成した。
３のＬＢ膜の代わりに以下のようにして、キャストコー
ト膜を作製して用いた以外は、全く実施例１〜３と同様
の方法で、レンズ装置を形成した。
【００５１】絶縁層としてDu Pont社製Teflon４２（Ｐ
ＴＦＥ：ポリテトラフルオロエチレン ３２〜３５％の
水ディスパージョン）を用いて、キャスト法により成膜
した。
ＴＦＥ：ポリテトラフルオロエチレン ３２〜３５％の
水ディスパージョン）を用いて、キャスト法により成膜
した。
【００５２】まず、実施例１〜３で作製したのと同様な
金／ガラス基板の面上に上記の液を滴下し、約１３０℃
にして、水分をとばし、続いて３８０〜４３０℃でＰＴ
ＦＥ粒子が互いに融着するまで加熱することによって成
膜した。膜厚は液の液下量によって制御し、膜厚が０．
３μｍ、０．６μｍ（以上、実施例）および、２μｍ
（比較例）のキャストコート膜を得た。
金／ガラス基板の面上に上記の液を滴下し、約１３０℃
にして、水分をとばし、続いて３８０〜４３０℃でＰＴ
ＦＥ粒子が互いに融着するまで加熱することによって成
膜した。膜厚は液の液下量によって制御し、膜厚が０．
３μｍ、０．６μｍ（以上、実施例）および、２μｍ
（比較例）のキャストコート膜を得た。
【００５３】次に実施例１〜３と同様にして、レンズ装
置を形成し、同様な特性評価を行ない、表−２の結果を
得た。
置を形成し、同様な特性評価を行ない、表−２の結果を
得た。
【００５４】
【表２】 以上の結果より、絶縁層が１μｍ以下であれば、ほぼ９
０ボルト以下での低駆動電圧化が実現できることがわか
る。
０ボルト以下での低駆動電圧化が実現できることがわか
る。
【００５５】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の可変焦点
レンズ装置は、その中に含まれている絶縁層を１μｍ以
下の薄膜とすることで、レンズの焦点変化を非常に低い
駆動電圧、例えば５０Ｖ以下で実現できる。
レンズ装置は、その中に含まれている絶縁層を１μｍ以
下の薄膜とすることで、レンズの焦点変化を非常に低い
駆動電圧、例えば５０Ｖ以下で実現できる。
【図１】本発明の可変焦点レンズ装置の断面図である。
１１ 絶縁性液体の小滴 １２ 薄膜絶縁層 １３ 導電性液体 １４ 表面処理 １５ 小滴の接触領域 １６ 電極 １７ 電極 １８ 透明基材 １９ セル Ａ 小滴の静止位置での形状 Ｂ 小滴の電界印加時の形状 Ｃ 光軸 θ 接触角
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大山 淳史 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 堀切 智成 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 可変焦点レンズ装置において、 （１）第１の液体と、第２の液体の小滴で満たされたセ
ルを備え、 （２）前記第２の液体の小滴は、前記セル中の絶縁層の
内部の表面の領域に静止状態で配置されており、 （３）前記第１と前記第２の液体は互いに混合すること
なく、異なった屈折率をもち、密度がほぼ等しく、前記
第１の液体は導電性であり、前記第２の液体は絶縁性で
あり、前記絶縁層は１μｍ以下の薄膜であり、 （４）前記セル中の導電性液体と、前記絶縁層の第２の
表面上に配置された電極との間に電圧印加手段を含み、 （５）前記電圧印加手段による電圧印加時の前記第２の
液体の小滴の形状を制御するために、前記第２の液体の
小滴の中心位置を保持するための手段、を含むことを特
徴とする可変焦点レンズ装置。 - 【請求項２】 前記絶縁層がLangmuir-Blodgett（Ｌ
Ｂ）法で形成される膜であることを特徴とする請求項１
に記載の可変焦点レンズ装置。 - 【請求項３】 前記絶縁層がキャストコート膜あるいは
スパッタリングによって作製した膜であることを特徴と
する請求項１に記載の可変焦点レンズ装置。 - 【請求項４】 可変焦点レンズ装置において、導電性で
ある第１の液体と、セル中の絶縁層の内部の表面の領域
に静止状態で配置された絶縁性の第２の液体の小滴と、
を満たされた前記セルを備え、前記第１と前記第２の液
体は互いに混合することなく、異なった屈折率をもち、
密度がほぼ等しく、前記第２の液体は絶縁性であり、前
記絶縁層は１μｍ以下の薄膜であり、前記セル中の前記
第１の液体と前記第２の液体の表面上に配置された電極
との間に電圧印加手段を含み、前記電圧印加手段の電圧
印加時の前記第２の液体の小滴の形状を制御するため
に、前記第２の液体の小滴の中心位置を保持するための
手段を含むことを特徴とする可変焦点レンズ装置。 - 【請求項５】 電圧を印加することによりレンズ焦点距
離を変化する可変焦点レンズ装置において、 レンズ形状を形成する透明な絶縁性液体の小滴と、前記
絶縁性液体の小滴と接触する基板上の薄膜絶縁層と、前
記絶縁性液体の小滴を覆う透明な導電性液体と、前記薄
膜絶縁層と前記絶縁性液体の小滴とが接触する接触領域
と、前記薄膜絶縁層に接触する電圧を印加する電極と、
他方の電圧を印加する前記導電性液体と導通する電極
と、前記薄膜絶縁層を支持する透明基材とからセルを構
成し、当該セルを複数備えたことを特徴とする可変焦点
レンズ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15534199A JP2000347005A (ja) | 1999-06-02 | 1999-06-02 | 可変焦点レンズ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15534199A JP2000347005A (ja) | 1999-06-02 | 1999-06-02 | 可変焦点レンズ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000347005A true JP2000347005A (ja) | 2000-12-15 |
Family
ID=15603783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15534199A Withdrawn JP2000347005A (ja) | 1999-06-02 | 1999-06-02 | 可変焦点レンズ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000347005A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2851052A1 (fr) * | 2003-02-12 | 2004-08-13 | Commissariat Energie Atomique | Lentille a focale variable comprenant un substrat en silicium, en arseniure de gallium ou en quartz |
| JP2006204341A (ja) * | 2005-01-25 | 2006-08-10 | Pentax Corp | 光源装置 |
| JP2006285031A (ja) * | 2005-04-01 | 2006-10-19 | Sony Corp | 可変焦点レンズとこれを用いた光学装置、可変焦点レンズの製造方法 |
| US7180678B2 (en) | 2004-08-26 | 2007-02-20 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Lens unit and image taking apparatus |
| US7312929B2 (en) | 2005-01-13 | 2007-12-25 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Variable focus liquid lens with reduced driving voltage |
| WO2008018387A1 (en) * | 2006-08-10 | 2008-02-14 | Panasonic Corporation | Varifocal lens device |
| JP2008089752A (ja) * | 2006-09-29 | 2008-04-17 | Sony Corp | エレクトロウエッティング装置とこれを用いた可変焦点レンズ、光ピックアップ装置、光記録再生装置、液滴操作装置、光学素子、ズームレンズ、撮像装置、光変調装置及び表示装置 |
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| WO2008099702A1 (ja) * | 2007-02-13 | 2008-08-21 | Sony Corporation | エレクトロウェッティングデバイス及びその製造方法 |
| US7431518B2 (en) | 2004-08-27 | 2008-10-07 | Fujifilm Corporation | Optical device, lens unit, and imaging apparatus |
| KR100904310B1 (ko) | 2006-06-12 | 2009-06-23 | 신병철 | 비전도성유체 내에서 밀도차에 의한 위치에너지를 갖는전도성액체의 이동을 일렉트로웨팅으로 통제하는 방법 및그에 따른 게이트 장치 |
| US7657182B2 (en) | 2005-08-04 | 2010-02-02 | Panasonic Corporation | Liquid lens optical transmitter system |
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| JP2012070000A (ja) * | 2003-06-27 | 2012-04-05 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ投影装置 |
-
1999
- 1999-06-02 JP JP15534199A patent/JP2000347005A/ja not_active Withdrawn
Cited By (22)
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