JP2004061831A

JP2004061831A - 電気泳動光量調整素子

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Publication number: JP2004061831A
Application number: JP2002219702A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsuda; 松田　宏; Yoshinori Uno; 宇野　喜徳; Tsutomu Ikeda; 池田　勉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】撮像素子に入射する光量を制御するために電気泳動素子を用いた構成を提供する。
【解決手段】実質的に透明な第一及び第二基板と、該基板上に形成された複数の電極と、これらの基板の間隙を所定量に保つための間隙支持体と、前記第一及び第二基板間に充填された複数の不透明帯電泳動粒子を含む透明絶縁性液体とからなり、前記第一基板と第二基板の少なくとも一部である開口部を透過する光量を調整する電気泳動光量調整素子を用いて、撮像素子に入射する光量を調節する光量調整装置。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光量を調整するための電気泳動光量調整素子及びその駆動方法、該電気泳動光量調整素子が光路中に設けられているレンズ装置及び撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
透過率の異なるフィルタを選択的に光軸上に出し入れして、自動的に光量調整を行うビデオ、カメラ用交換レンズの光量調整装置が特開平０５−０４０２９３に開示されている。係る発明は、透過率の異なる複数のフィルタを保持したフィルタ保持体を鏡筒内に設け、この鏡筒を組み付けたカメラ本体からの情報により前記フィルタ保持体を駆動して適正な光量が得られるように光軸上のフィルタを選択交換する駆動源とを備え、カメラ本体の電源が投入されて撮影待機状態になるときはフィルタ本体を駆動して光量調整動作を行い、カメラ本体が録画状態になったときは光量調整動作を規制する構成とした光量調整装置である。
【０００３】
また、電気鍍金を利用して光量調節を行う電気化学的調光素子が、特開平１０−２７４７９０、特開２００１−０５１３０７、同２００１−０５１３０８、同２００１−０５９９８０に記載されている。係る発明は、光透過状態にある銀塩を含む電解液に透明電極を介して電圧を印加し、可視光域において均等な遮光が可能な銀を透明電極上に可逆的に析出・溶解せしめることにより光量調整を行う電気光学素子である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平０５−０４０２９３で開示された機械的な光量調整装置は、複数のフィルタとこれらを選択交換するためのアクチュエーターを保持することから小型化が困難である。特に近年のＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）を用いた撮像装置は小型化が進み、従来の機械的光変調素子を利用すると、システム全体の小型化に限界が生ずる。また、フィルタによる透過率が不連続に変化するため、動画などの撮影中の切替が困難である。もしくは切り替えた場合に不自然な画像となる懸念がある。
【０００５】
特開平１０−２７４７９０等で開示された電気化学的調光素子は、上記機械的調光素子と異なり、アクチュエータを必要としないので、小型化が可能である。しかし、鍍金量即ち光学変調量を制御するために、鍍金に直接関わる一対の電極（作用電極と対極）に加えて、これらの電位を正確に検知するための参照電極が必要となり、素子の構成が複雑になるとともに、その駆動方法も複雑になるという問題を有する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、以上述べたように問題点を解析し、鋭意検討した結果、電気泳動現象を利用することにより、極く簡単な構成で透過光量を電気的に調整する素子を考案した。
【０００７】
すなわち、本発明の目的は、上記の従来技術の問題点を改善し、不透明帯電泳動粒子を電気信号で移動させて透過光量状態を変化させる電気泳動光量調整素子を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、前記電気泳動光量調整素子の駆動方法を提供することにある。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、前記電気泳動光量調整素子を用いたレンズ装置及び撮像装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の第１の電気泳動光量調整素子は、実質的に透明な第一基板と、前記第一基板に対向して配置される実質的に透明な第二基板と、これらの基板の間隙を所定量に保つための間隙支持体と、前記第一基板及び第二基板間に充填された透明絶縁性液体と、該透明絶縁性液体中に分散された複数の不透明帯電泳動粒子を含み、前記第一基板と第二基板の一部を透過する光量を調整する電気泳動光量調整素子であって、
前記第一基板上の第二基板と対向する面に形成された、１以上の第一電極と１以上の実質的に透明な第二電極からなる一対の電極と、
前記第二基板上の第一基板と対向する面に形成された、１以上の第三電極と１以上の実質的に透明な第四電極からなる一対の電極からなることを特徴とする電気泳動光量調整素子である。
【００１１】
また、本発明の第二の電気泳動光量調整素子は、前記第一電極と第三電極が、実質的に同等の形状であり、かつ相互に対向するように第一基板上及び第二基板上に形成されており、前記第二電極と第四電極が、実質的に同等の形状であり、かつ相互に対向するように第一基板上及び第二基板上に形成されていることを特徴とする電気泳動光量調整素子である。
【００１２】
また、本発明の電気泳動光量調整素子の駆動方法は、前記第一電極および／または第三電極近傍と、前記第二電極および／または第四電極近傍との間で前記不透明帯電泳動粒子を泳動させて前記開口部領域の透過光量を調整する電気泳動光量調整素子の駆動方法であって、前記第一電極、第二電極、第三電極、第四電極に電圧パルスを印加することを特徴とする駆動方法である。
【００１３】
また、本発明のその他の特徴的な駆動方法は、前記開口部領域を透過する光の光量を測定し、該光量に応じて該電気泳動光量調整素子を制御し、透過光量を可変する手段を有することを特徴とする駆動方法である。
【００１４】
また、本発明の撮像装置は、光路中にレンズおよび撮像素子および請求項１記載の電気泳動光量調整素子を適宜配置したことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施態様について説明する。
【００１６】
＜第一の実施形態＞
図１に本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な断面（光の進行方向に平行な面）構成図を、図４に本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な平面図（光の入射面に平行な面）を示す。
【００１７】
実質的に光学的に透明な第一基板１上には第一電極３とこれに隣接して実質的に透明な第二電極４が配置されており、これらの電極を被覆するように実質的に透明な絶縁層８が形成される。係る第一基板と対向するように、隔壁７を介して、実質的に光学的に透明な第二基板２が配置される。該第二基板２の第一基板側表面に、第三電極５とこれに隣接して実質的に透明な第四電極６が配置されており、これらの電極を被覆するように実質的に透明な絶縁層８が形成されている。第一基板１と第二基板２と隔壁７によって作られる空間には透明絶縁性液体１０が充填され、その透明絶縁性液体１０中に複数の不透明帯電泳動粒子９が分散されている。
【００１８】
調光する対象となる光は、概ね第二電極４及び第四電極６を貫く方向に入射される。即ちこれらの電極に位置する部分が本光量調整素子の開口部に相当する。従って、これらの電極ならびに絶縁層ならびに第一基板、第二基板は、実質的に光学的に透明であり、ガラス、石英等の透明無機材料、或いはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の有機材料など透明性の高い材料を使用することができる。
なお、本発明において、実質的に透明であるとは、光透過率が可視光域（波長４００−７００ｎｍ）或は変調しようとする波長領域において、７０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上であることを意味する。
【００１９】
電極材料は、少なくとも第二電極４及び第四電極６には、透明な電極材料を使用する。例えば液晶表示装置等で使用されているＩＴＯ電極、或いは有機導電性材料も使用可能である。第一電極３及び第三電極５は、必ずしも透明である必要はなく、Ａｌ、Ｔｉ等の金属膜でこれを形成してもよい。またこれらの電極は、各々、一体形成されている必要はなく、電気的に結線されていれば、複数個に分割形成しても構わない。
【００２０】
隔壁７は、透明絶縁性液体１０を保持する必要があるため、図４に示すように閉形状である。また本実施態様においては、第一基板１と第二基板２との間隔を均一かつ適切な値に保つ間隙支持体としての役割も担っている。この第一基板１と第二基板２との間隔は、１μｍ−２００μｍ、好ましくは１０μｍ−５０μｍである。隔壁７を比較的柔らかい材料で構成する場合など、隔壁７とは別に、間隙支持体（スペーサー）を適宜設けても構わない。この場合、間隙支持体は必ずしも閉形状をとる必要はなく、柱状や球状であっても構わない。また隔壁７の外側に、機密性や機械的強度を高める目的で、更に不図示の封止材を充填してもよい。
【００２１】
透明な絶縁層８としては、シリカ、アルミナ等の無機透明絶縁膜、或いはアクリル樹脂等の透明有機膜を使用することが可能である。
【００２２】
図１では隔壁７は第一電極３及び第三電極５上に形成されているが、不透明帯電泳動粒子９を透明絶縁性液体１０に分散させた電気泳動液を保持でき、かつ第一基板１と第二基板２との間隙を一定に保つことができれば、どのような位置に形成しても構わない。例えば、図２に示すように絶縁層８上に形成してもよいし、第一基板や第二基板上に直接形成してもよい。隔壁７とは別に間隙支持体を設ける場合も同様である。ただし、隔壁や間隙支持体を開口部に設けることは、たとえこれらが透明であったとしても、一般に好ましくないことは明らかであろう。
【００２３】
係る隔壁７の表面を適切な材料で被覆してもよい。特に図３に示すように、隔壁７表面を絶縁層８と同じ材料で被覆することが、不透明帯電泳動粒子９との相互作用が均一になる点から好ましい。或は、隔壁７形成後に、絶縁層８表面を含めて、適切な材料で被覆してもよい。或は、隔壁７自体を、絶縁層８を構成する材料で形成しても同様の効果が期待できる。
【００２４】
絶縁層８の形成は必ずしも必要ではなく、図４に示すように省略しても構わないが、電極から不透明帯電泳動粒子９に電荷が注入されたり、或は電極上で電気化学反応が発生する恐れがあるので、できるだけ設置することが好ましい。
【００２５】
不透明帯電泳動粒子９には、減光または遮光可能であれば、従来公知の電気泳動可能な顔料或いは、染色或は顔料分散された樹脂等が利用できる。不透明帯電泳動粒子９の形状として、駆動時の安定性の観点から、粉砕物のような不定形のものよりも球状であることが望ましい。実質的に均一な径を持つ球状粒子を利用する場合、光散乱を低減させる目的からは、その粒径が光の波長以下であること、すなわちサブミクロン径であることが望ましいが、粒径が小さいと係る不透明帯電泳動粒子９と接触する絶縁層８などの部材に不可逆に吸着されやすくなる傾向があり、概ね０．１μｍ−１０μｍ、好ましくは、０．１μｍ−３μｍ径である。
【００２６】
透明絶縁性液体１０には、例えば、イソパラフィン、シリコーンオイル、トルエン、キシレン等を使用することができる。
【００２７】
透明絶縁性液体１０には、これに分散されている不透明帯電泳動粒子９の帯電状態を制御・安定化させることを目的として、例えばモノアゾ染料の金属錯塩、サリチル酸、有機四級アンモニウム塩、ニグロシン系化合物等の荷電制御剤を添加してもよい。また、不透明帯電泳動粒子９同士の凝集を防ぎ分散状態を維持するために、さらに分散剤を添加してもよい。分散剤としては、燐酸カルシウム、燐酸マグネシウム等の燐酸多価金属塩、炭酸カルシウム等の炭酸塩、その他無機塩、無機酸化物、或いはポリエチレンやポリスチレン等の高分子材料等を用いることができる。これら添加剤は上記試薬に限るものではなく、電気泳動表示デバイスとして従来公知の電気泳動液用の添加剤を利用できる。
【００２８】
本実施態様では、図５に示すように、第二電極４と第四電極６とは同等の円形状であり、第一電極３と第三電極５とは、これらの電極を取り囲むように配置されている。第一電極、第二電極、第三電極及び第四電極の実効的表面積、すなわち平面図に示される表面積を各々、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４とすると（第一電極及び第二電極においては、隔壁より外側の部分は含まれない）、Ａ１＝Ａ３かつＡ２＝Ａ４かつＡ１≧Ａ２であることが望ましい。
【００２９】
この関係が満たされる場合、非開口部である電極上にはＡ１の面積に相当する不透明帯電泳動粒子を配置することができる。この粒子全体を面積Ａ２の開口部の電極上に配置しても、その面積が小さいために、開口部に相当する第二電極並びに第四電極を十分に被覆するに足る量の不透明帯電泳動粒子９を充填でき、開口部の遮光効果が十分に発揮できる。
【００３０】
次に、本実施態様における、電気泳動光量調整素子の駆動方法について、図６を参照しつつ説明する。
【００３１】
本実施態様においては、第二電極４及び第四電極６は接地されており、第一電極３及び第三電極５は任意の電圧パルスをこれらの電極に印加することができる電源１３に接続されている。
【００３２】
今、不透明帯電泳動粒子９が負に帯電しているものとすると、第一電極３及び第三電極５に正の電圧パルス印加（例えば矩形波）を適切な波高値とパルス幅で実施すると、不透明帯電泳動粒子９がこれらの電極近傍に引き寄せられ、第二電極４及び第四電極６近傍、即ち開口部１２から不透明帯電泳動粒子９が排除され、光透過量が最大となる（図６（ａ））。逆に、第一電極３及び第三電極５に負の電圧パルス印加を適切な波高値とパルス幅で実施すると、不透明帯電泳動粒子９がこれらの電極近傍から排除され、第二電極４及び第四電極６近傍、即ち開口部１２に不透明帯電泳動粒子９が引き寄せられるので、光透過量が最小となる（図６（ｂ））。
【００３３】
以上の説明において、不透明帯電泳動粒子９が負に帯電しているものとしたが、逆に正に帯電していたとしても、印加する電圧パルスの極性を入れ替えれば、全く同等の光学的効果が得られることは明らかであろう。
【００３４】
また、図６では、第二電極４と第四電極６とが接地されているとしたが、第一電極、第二電極、第三電極、第四電極に印加する電圧を各々、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４とする時、Ｖ１＝Ｖ３＞Ｖ２＝Ｖ４およびＶ１＝Ｖ３＜Ｖ２＝Ｖ４の関係を自在に設定できる電気回路でれば、どのようなものを用いても構わないことは明らかであろう。
【００３５】
本実施態様の電気泳動光量調整素子への入射光強度を１００％として、本電気泳動光量調整素子を透過する光の透過率最大値をＴｍａｘ、最小値をＴｍｉｎとすると、Ｔｍａｘは７０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上である。一方Ｔｍｉｎは、光量調整素子としての仕様によって設定されるが、例えばＣＣＤを用いた撮像装置に組み込む場合、好ましくは１０％以下、より好ましくは１％以下になるように不透明帯電泳動粒子９の光学濃度（粒子の色濃度並びに量）を調整する。開口部に不透明帯電泳動粒子９が全く存在しない場合でも、入射光が、基板、透明電極、絶縁層、透明絶縁性液体を透過する際に若干の損失が発生するから、Ｔｍａｘが１００％未満となるのは止むを得ない。
【００３６】
Ｔｍａｘを与える時の電圧パルスについて、その波高値をＶｂ＝Ｖ１−Ｖ２＝Ｖ３−Ｖ４、パルス幅をＷｂとし、またＴｍｉｎを与える時の電圧パルスについて、波高値をＶｄ＝Ｖ１−Ｖ２＝Ｖ３−Ｖ４、パルス幅をＷｄとすると、｜Ｖｂ｜以下及び／またはＷｂ以下の電圧パルス、及び／または、｜Ｖｄ｜以下及び／またはＷｄ以下の電圧パルス、を印加することで、ＴｍａｘからＴｍｉｎ間の透過率を得ることもできる。
【００３７】
印加する電圧パルスの形状は、必ずしも矩形波に限る必要はなく、要は不透明帯電泳動粒子を電気泳動させることができれば、どのような形状のものを用いても構わない。
【００３８】
また図６において、第一電極３と第三電極５、並びに、第二電極４と第四電極６が各々電気的に結線されているが、これらの電極が独立に任意の電圧印加できるように、電源と接続されていても構わない。これにより、各電極の電位を独立に制御可能となり、例えば、第一電極３および第二電極５上にある不透明帯電泳動粒子９の内、先ず、第一電極３上のもののみ、第四電極６上に移動させ、次に第三電極５上のもののみ、第二電極４上に移動させてもよい。また、第二電極４および第四電極６に不透明帯電泳動粒子９を集めた後、その密度（電極の被覆程度）を均一にするために、これらの電極間で不透明帯電泳動粒子９を複数回移動させてもよい。この場合、例えば、不透明帯電泳動粒子９が負帯電であるものとして、Ｖ１及びＶ３には、Ｖ２及びＶ４の何れよりも小さい電圧を印加しておくことも、不透明帯電泳動粒子９が第一電極３及び第三電極５へ移動することを防止する上で、好ましい駆動方法である。
【００３９】
不透明帯電泳動粒子９としては、完全に入射光を遮光するものと減光するもの（入射光の一部は透過する）の何れを用いても構わない。前者（遮光）の場合は、Ｔｍｉｎの状態において該不透明帯電粒子が第二電極４及び／または第四電極６を完全に隠蔽することがないように、即ち開口部の一部が開口しているように駆動する必要がある。即ち絞りのような働きをさせる必要がある。後者（減光）の場合は、Ｔｍｉｎの状態において該不透明帯電粒子が第二電極４及び／または第四電極６を完全に隠蔽しても構わない。この場合は、ＮＤフィルタのような働きを示す。
【００４０】
一般に電圧パルス印加により何れかの電極近傍に集まった不透明帯電泳動粒子９は、電圧パルス印加終了後も、鏡映力や分子間力などにより、その位置を保つことができる。その保持時間は、不透明帯電泳動粒子９の帯電量や表面状態、透明絶縁性液体１０への添加物、これらと接触している絶縁膜８などの材料に依存して変動する。条件によっては、保持時間ゼロ、すなわち電圧パルス印加時以外においては、不透明帯電泳動粒子９が常に透明絶縁性液体中を均一分散しているように設計することも可能である。しかしながら消費電力を低減させる観点からは、少なくともある程度の保持特性が発現するように設計することが望ましい。
【００４１】
非開口部１１に相当する部分での、光の入射や散乱を防止するため、適切な遮光を行うことが望ましい。その一例を図７に示す。ここでは第一電極３及び第三電極５の上を例えばブラックレジストなどの遮光層で被覆し、遮光部１４としている。遮光部１４は電極上に限るわけではなく、基板上に形成してもよい。またその材料もブラックレジストに限定されるわけではなく、金属層などを利用してもよい。この場合、第一電極３及び／又は第三電極４を不透明な材料で形成しても構わないことはいうまでもない。
【００４２】
図７においては、遮光部１４が第二電極４及び第四電極６の一部と重なるように形成されているが、多少の重なりは問題にならない。
【００４３】
＜第二の実施形態＞
第一の実施態様において、不透明帯電泳動粒子９として完全に入射光を遮光するものを用いる場合、Ｔｍｉｎの状態（透過率最小状態）において該不透明帯電粒子が第二電極４及び／または第四電極６を完全に隠蔽することないように、即ち開口部の一部が開口しているように駆動する必要があると説明したが、この動作が安定に再現性よく実施できるように、開口部１２の一部に不透明帯電泳動粒子９が移動不可能かつ実質的に透明な領域を設けることも好ましい。
【００４４】
係る構成の一例を断面図を図８に、また平面図を図９に示す。本実施態様では、開口部１２の中央に実質的に透明な粒子移動不可能領域１５が設置されている。
【００４５】
粒子移動不可能領域１５の面積は、所望の光量調整量に応じて適宜設定できる。材料としては、隔壁７を構成する材料と同等のもので作製するのが、便利である。また第一の実施態様で述べたように、その表面を絶縁層８と同等の材料で被覆しておくことも好ましい。
【００４６】
さらにまた粒子移動不可能領域１５は、透明絶縁性液体１０と略同等の屈折率を有することが、光学損失を低減させる観点から好ましい。
【００４７】
これまでの説明で、特に第二電極４や第四電極６と駆動回路との結線方法については、詳しくは述べなかったが、一般的な手法により構成すればよい。
【００４８】
例えば、第一電極３及び第二電極４が同一面に形成されている場合、図１０にその平面図を示すように、環状の第一電極の一部を切断し、係る切断部を貫通するように取り出し配線１６を形成すればよい。図１０では、４本の取り出し配線１６を設けたために、第一電極３が複数に分割されることになるが、取り出し配線の数や電極の分割数は、これに限定されるものではない。
【００４９】
印加する電圧パルスによっては、この取り出し配線部１５にも不透明帯電泳動粒子９が引き寄せられる可能性があり、光量調整素子としの機能が低減する恐れがある。そこで、取り出し配線１６を被覆するように、隔壁７のような構造物を形成してもよい。
【００５０】
あるいはまた、図１１にその断面図を示すように、取り出し配線１６と、第二電極４を形成した後、これらの上に絶縁層１７を堆積せしめた後に、第一電極３を形成してもよい。
【００５１】
図１１に示した構成においては、絶縁層１７の膜厚が薄いと、駆動時において、第一電極３と取り出し配線部１６との間で電界が集中することによる駆動効率の低下が懸念される。しかしながら絶縁層１７の膜厚を厚くすると、第一電極３と第二電極４との間の段差が大きくなり、不透明帯電泳動粒子９の移動に支障をきたすことが懸念される。
【００５２】
そこで、図１２に示すように、基板１にコンタクトホール１８を形成し、第一基板１の裏面に取り出し配線１６を形成してもよい。
【００５３】
以上、第一基板１上の第一電極３及び第二電極４に関連して取り出し配線の形成方法について説明したが、第二基板２上の第四電極６に対する取り出し配線の形成方法も、全く同様に行えばよいことは明らかであろう。
【００５４】
＜第三の実施形態＞
これまでの説明において、第一電極３及び第三電極５が、各々第二電極４及び第四電極６の外周部に配置された構成について述べたが、位置関係が逆であっても構わない。そのような構成の一例について、図１３にその平面図、図１４に断面図を示す。
【００５５】
係る構成においても、第一電極３及び第三電極５に相当する部分が、非開口部１１に相当する。よって、これらの電極を不透明の材料、例えばＡｌ膜で形成してもよい。その場合、遮光部１４はあってもなくてもよい。勿論、これらの電極を透明な導電体で形成してもよい。その場合、遮光部１４を形成することが望ましい。
【００５６】
本実施態様の電気泳動光量調整素子を用いる場合、光量調整する対象となる光線の中央部が常に遮光されるという制限が発生することは止むを得ない。
【００５７】
＜第四の実施形態＞
本発明の電気泳動光量調整素子を図１５に示すような撮像系に組み込むにあたっては、電気泳動光量調整素子１５１の各電極に所望の電圧を印加するための駆動回路１５３に加えて、係る電気泳動光量調整素子１５１を通過する光量を測定する光量測定手段１５２を備え、測定された光量に応じて駆動回路１５３を制御することは、好ましい構成である。光量測定手段１５２としては、どのようなものでも良いが、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）などの撮像素子を利用することができる。
【００５８】
図１６にこのような撮像系を組み込んだ撮像装置１６１の概略構成図を示す。
【００５９】
１６２は撮像モジュールの全体構成を示す。レンズ装置１６３内にはレンズ１６４と本発明の電気泳動光量調整素子１６５を配置してある。この下側にＣＣＤなどの撮像素子１６６を配置する。駆動装置１６８により本発明の電気泳動光量調整素子１６５を駆動するが、撮像素子駆動装置１６７によって前記撮像素子と同期して駆動され、所定の信号が記憶装置１６９に記憶される。
【００６０】
【実施例】
以下、実施例に従って本発明を説明する。
【００６１】
（実施例１）
本実施例では、図１２に示す断面構成で、図５に示す平面構成の電気泳動光量調整素子を作製し駆動を行った。以下素子の作製方法について述べる。
【００６２】
厚さ０．２ｍｍのガラス基板を第一基板１として、その表面に厚さ１μｍのＩＴＯを低温成膜し、フォトリソグラフィー及びエッチングにより、直径０．７ｍｍの円形状の第二電極３と、その周囲に１０μｍのギャップを介して、外径１．１ｍｍの輪状の第一電極３を形成した。
【００６３】
次に裏面から、該ガラス基板に第二電極４と電気的に接続可能なコンタクトホール１８を形成し、更に取り出し配線１６をＡｌで形成した。
【００６４】
次に、第一電極３及びコンタクトホール１８を遮蔽するように、ブラックレジストで遮光部１４を形成した。
【００６５】
次に、幅２０μｍ、高さ２０μｍの隔壁７兼間隙支持体を、厚膜フォトレジストを用いて、内径１ｍｍで、第一電極３及び第二電極４と同心になるよう輪状に形成した。尚この際、一部に欠落部を設け、後で不透明帯電泳動粒子９を透明絶縁性液体１０に分散せしめた電気泳動液を注入するための注入口とした。
【００６６】
次に隔壁７、遮光部１４及び各電極の表面を厚さ１μｍの透明アクリル樹脂で被覆し、透明の絶縁層８を形成した。
【００６７】
隔壁７の形成工程を省略した以外は、上記の工程と全く同様にして、厚さ０．２ｍｍのガラス基板を第二基板２として、ＩＴＯからなる直径０．７ｍｍの円形状の第四電極６、外径１．１ｍｍ・内径０．７２ｍｍの輪状の第三電極５、コンタクトホール１８、取り出し配線１６、遮光部１４、絶縁層８を順次形成した。
【００６８】
以上の工程を経た各基板を紫外線硬化性樹脂を接着剤として、第二電極４と第四電極６の中心が相対向するように貼り合わせた。
【００６９】
引き続き、第一基板１、第二基板２及び隔壁７により形成された空間内に、不透明帯電泳動粒子９を透明絶縁性液体１０に分散せしめた電気泳動液を充填した。透明絶縁性液体１０としては、イソパラフィン（商品名：アイソパーＨ、エクソン社製）を使用した。不透明帯電泳動粒子９としては、ポリスチレンと黒色染料の混合物で、平均粒径０．５μｍ位のものを使用した。イソパラフィンには、荷電制御剤としてコハク酸イミド（商品名：ＯＬＯＡ１２００、シェブロン社製）を含有させた。イソパラフィン中での不透明帯電泳動粒子９は正帯電極性を示した。
【００７０】
注入後、注入口を紫外線硬化性樹脂を用いて封止した。
【００７１】
以上の工程を経て作製した電気泳動光量調整素子に、図６に示すような電圧印加が可能な駆動回路を接続して駆動を行った。
【００７２】
まず、第一電極３及び第三電極５に波高値−２０Ｖ、パルス幅１００ｍｓの矩形電圧パルスを印加したところ、素子全体に分散していた不透明帯電泳動粒子９はこれらの電極上に集まり、開口部は透明状態となった。次に、第一電極３及び第三電極５に波高値＋２０Ｖ、パルス幅１００ｍｓの矩形電圧パルスを印加したところ、第一電極３及び第三電極５上に集まっていた不透明帯電泳動粒子９が、第二電極４及び第四電極６上に移動し、開口部が半透光状態になった。この時の減光率は約９５％であった。
【００７３】
上記の透過率変化は、電圧パルスの極性に応じて、繰り返し切り替えることが可能であった。
【００７４】
（実施例２）
実施例１と同様にして作製した電気泳動光量調整素子に、図６に示すような電圧印加が可能な駆動回路を接続して駆動を行った。
【００７５】
第一電極３及び第三電極５に波高値−２０Ｖ、パルス幅１００ｍｓの矩形電圧パルスを印加したところ、素子全体に分散していた不透明帯電泳動粒子９はこれらの電極上に集まり、開口部は透明状態となった。次に、第一電極３及び第三電極５に波高値＋９Ｖ、パルス幅１００ｍｓの矩形電圧パルスを印加したところ、第一電極３及び第三電極５上に集まっていた不透明帯電泳動粒子９の一部が、第二電極４及び第四電極６上に移動し、開口部が半透光状態になった。この時の減光率は約２５％であった。
【００７６】
一旦、第一電極３及び第三電極５に波高値−２０Ｖ、パルス幅１００ｍｓの矩形電圧パルスを印加して開口部を透明状態にリセットした後、今度は、第一電極３及び第三電極５に波高値＋１３Ｖ、パルス幅１００ｍｓの矩形電圧パルスを印加したところ、減光率が約５０％に変化した。
【００７７】
さらに同様にして開口部を透明状態にリセットした後、第一電極３及び第三電極５に波高値＋１７Ｖ、パルス幅１００ｍｓの矩形電圧パルスを印加したところ、減光率が約７５％に変化した。
【００７８】
図１５に示すように、この電気泳動光量調整素子１５１及び駆動装置１５３に光量測定手段１５２を接続し、開口部を透明状態とした時の光量測定手段１５２の出力に依存して、電圧パルスの波高値を適宜選択して印加したところ、電気泳動光量調整素子１５１を透過する光量をおおよそ一定に保つことができた。また、本素子を図１６に示す、撮像装置１６１に取り付けて駆動させたところ、明所から暗所まで良好な画像を得ることができた。
【００７９】
（実施例３）
本実施例では、概ね中央部に粒子異動不可能領域１５を有する図８に示す断面構成で、取り出し配線１６に関して、図１１に示す断面構成を有する構造、即ち図１７に示す断面構成を有する電気泳動光量調整素子を作製し駆動を行った。この素子の平面構成図を図１８に示す。
【００８０】
厚さ０．２ｍｍのガラス基板を第一基板１として、その表面に厚さ１μｍのＩＴＯを低温成膜し、フォトリソグラフィー及びエッチングにより、直径０．７ｍｍの円形状の第二電極３および取り出し配線１６を形成した。
【００８１】
次に、層間絶縁層１７としてＳｉＯ_２を２００ｎｍ厚に成膜した。
【００８２】
次に、係る層間絶縁層１７上に、第二電極３と同心を持つように、外形１．１ｍｍ、内径０．７ｍｍの輪状の第一電極２を厚さ１００ｎｍのＡｌで形成した。
【００８３】
次に、第一電極３を遮蔽するように、ブラックレジストで遮光部１４を形成した。
【００８４】
次に、幅２０μｍ、高さ２０μｍの隔壁７兼間隙支持体を、透明の厚膜フォトレジストを用いて、内径１ｍｍで、第一電極２及び第二電極３と同心になるよう輪状に形成した。尚この際、一部に欠落部を設け、後で不透明帯電泳動粒子９を透明絶縁性液体１０に分散せしめた電気泳動液を注入するための注入口とした。また同時に、第二電極３と同心になるように、直径７０μｍ、高さ２０μｍの粒子移動不可能領域１５を形成した。
【００８５】
次に隔壁７、粒子移動不可能領域１５、遮光部１４及び各電極の表面を厚さ１μｍの透明アクリル樹脂で被覆し、透明の絶縁層８を形成した。
【００８６】
隔壁７及び粒子移動不可能領域１５の形成工程を省略した以外は、上記の工程と全く同様にして、厚さ０．２ｍｍのガラス基板を第二基板２として、ＩＴＯからなる直径０．７ｍｍの円形状の第四電極６及び取り出し配線１６、ＳｉＯ_２からなる層間絶縁層１７、Ａｌからなる外径１．１ｍｍ・内径０．７ｍｍの輪状の第三電極５、遮光部１４、絶縁層８を順次形成した。
【００８７】
以上の工程を経た各基板を紫外線硬化性樹脂を接着剤として、第二電極４と第四電極６の中心が相対向するように貼り合わせた。
【００８８】
引き続き、第一基板１、第二基板２及び隔壁７により形成された空間内に、不透明帯電泳動粒子９を透明絶縁性液体１０に分散せしめた電気泳動液を充填した。透明絶縁性液体１０としては、イソパラフィン（商品面：アイソパーＨ、エクソン社製）を使用した。不透明帯電泳動粒子９としては、ポリスチレンと黒色顔料の混合物で、平均粒径２μｍ位のものを使用した。イソパラフィンには、荷電制御剤としてコハク酸イミド（商品名：ＯＬＯＡ１２００、シェブロン社製）を含有させた。イソパラフィン中での不透明帯電泳動粒子９は正帯電極性を示した。
【００８９】
注入後、注入口を光硬化性樹脂を用いて封止した。
【００９０】
以上の工程を経て作製した電気泳動光量調整素子に、図６に示すような電圧印加が可能な駆動回路を接続して駆動を行った。
【００９１】
まず、第一電極３及び第三電極５に波高値−２０Ｖ、パルス幅１００ｍｓの矩形電圧パルスを印加したところ、素子全体に分散していた不透明帯電泳動粒子９はこれらの電極上に集まり、開口部は透明状態となった。次に、第一電極３及び第三電極５に波高値＋２０Ｖ、パルス幅１００ｍｓの矩形電圧パルスを印加したところ、第一電極３及び第三電極５上に集まっていた不透明帯電泳動粒子９が、第二電極４及び第四電極６上に移動し、中央の粒子移動不可能領域１５を除いて、開口部が不透明帯電泳動粒子９によって遮光された。この時の減光率は約９９％であった。
【００９２】
上記の透過率変化は、電圧パルスの極性に応じて、繰り返し切り替えることが可能であった。
【００９３】
また本発明の電気泳動光量調整素子は、レンズと撮像素子などの光学部品の光軸上に配置すればその配置方法について特に限定しない。この一例を図１９に示すが、本発明の電気泳動光量調整素子１９５をレンズ装置１９４の絞り位置に対応した場所に配置した例（図１９−ａ）、もしくはレンズ１９４の前面に配置する構成（図１９−ｂ）は好ましい構成例である。
【００９４】
レンズ装置を構成するレンズの枚数は特に限定しない。複数枚で構成しても良いし、１枚でもよい。少なくとも撮像素子に入射する光量を変化させることが出来て、かつ結像面で所望の像が得られればよく、どの位置に配置してもよい。これによってよって結像面に撮像素子１９６を配置することによって、入射光の光量を調節することが可能になる。
【００９５】
また駆動方法については、基本的に電気泳動素子の各種駆動方法を用いることができ、電気鍍金法のような参照電極を配置することもなく、通常の正負電圧を可変することによって実現可能である。この点でも簡単な駆動回路装置で済ませることができ、コスト上有利である。
【００９６】
【発明の効果】
以上、詳細に述べたように、本発明によって次のような効果が得られた。
【００９７】
第一に、一つの素子で透過率が変化する電気泳動光量調整素子を提供した。これによりこれまで小型化が困難であったレンズ装置、撮像モジュール、撮像装置を大幅に小型化できた。特に、極く薄型に作製できるので、携帯電話機用の超小型ＣＣＤカメラなどへの組み込みが可能となった。
【００９８】
第二に、無段階で透過率を変化できることから動画の撮影中にも透過率を変えることができ、より良好な動画像の撮影が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な断面図の一例を示す。
【図２】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な断面図の一例を示す。
【図３】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な断面図の一例を示す。
【図４】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な断面図の一例を示す。
【図５】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な平面図の一例を示す。
【図６】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な駆動方法の一例を示す。
【図７】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な断面図の一例を示す。
【図８】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な断面図の一例を示す。
【図９】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な平面図の一例を示す。
【図１０】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な平面図の一例を示す。
【図１１】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な断面図の一例を示す。
【図１２】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な断面図の一例を示す。
【図１３】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な平面図の一例を示す。
【図１４】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な断面図の一例を示す。
【図１５】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な適用方法の一例を示す。
【図１６】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な適用方法の一例を示す。
【図１７】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な断面図の一例を示す。
【図１８】本発明の電気泳動光量調整素子の代表的な平面図の一例を示す。
【図１９】本発明の電気泳動光量調整装置の代表的な光学配置を説明する図である。
【符号の説明】
１　第一基板
２　第二基板
３　第一電極
４　第二電極
５　第三電極
６　第四電極
７　隔壁
８　絶縁部
９　不透明帯電泳動粒子
１０　透明絶縁性液体
１１　非開口部
１２　開口部
１３　電源
１４　遮光部
１５　粒子移動不可能領域
１６　取り出し配線
１７　層間絶縁層
１８　コンタクトホール
１５１　電気泳動光量調整素子
１５２　光量測定手段
１５３　駆動装置
１６１　撮像装置
１６２　撮像モジュール
１６３　レンズ装置
１６４　レンズ
１６５　電気泳動光量調整素子
１６６　撮像素子
１６７　撮像素子駆動装置
１６８　駆動装置
１６９　記憶装置

Claims

実質的に透明な第一基板と、前記第一基板に対向して配置される実質的に透明な第二基板と、これらの基板の間隙を所定量に保つための間隙支持体と、前記第一基板及び第二基板間に充填された透明絶縁性液体と、該透明絶縁性液体中に分散された複数の不透明帯電泳動粒子を含み、前記第一基板と第二基板の一部を透過する光量を調整する電気泳動光量調整素子であって、
前記第一基板上の第二基板と対向する面に形成された、１以上の第一電極と１以上の実質的に透明な第二電極からなる一対の電極と、
前記第二基板上の第一基板と対向する面に形成された、１以上の第三電極と１以上の実質的に透明な第四電極からなる一対の電極からなることを特徴とする電気泳動光量調整素子。
前記第一電極と第三電極が、実質的に同等の形状であり、かつ相互に対向するように第一基板上及び第二基板上に形成されており、前記第二電極と第四電極が、実質的に同等の形状であり、かつ相互に対向するように第一基板上及び第二基板上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電気泳動光量調整素子。
前記電気泳動光量調整素子が開口部領域と非開口部領域からなり、前記開口部領域は前記第二電極および／または第四電極の形状並びに位置に概ね一致し、前記第一電極および第三電極は前記非開口部領域に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電気泳動光量調整素子。
前記第二電極および第四電極が実質的に円形又は環形であり、前記第一電極および第三電極が、実質的に第二電極と第四電極を取り囲む形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電気泳動光量調整素子。
前記第一電極、第二電極、第三電極及び第四電極の実効的な表面積を各々、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４とすると、実質的にＡ１＝Ａ３かつＡ２＝Ａ４かつＡ１≧Ａ２であることを特徴とする請求項１記載の電気泳動光量調整素子。
前記第一電極、第二電極、第三電極、第四電極表面が絶縁層で被覆されていることを特徴とする請求項１記載の電気泳動光量調整素子。
前記開口部領域の一部に、前記不透明帯電泳動粒子の移動を阻害する領域が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電気泳動光量調整素子。
前記第一電極および／または第三電極近傍と、前記第二電極および／または第四電極近傍との間で前記不透明帯電泳動粒子を泳動させて前記開口部領域の透過光量を調整する電気泳動光量調整素子の駆動方法であって、
前記第一電極、第二電極、第三電極、第四電極に電圧パルスを印加することを特徴とする請求項１記載の電気泳動光量調整素子の駆動方法。
前記開口部領域を透過する光の光量を測定し、該光量に応じて該電気泳動光量調整素子を制御し、透過光量を可変する手段を有することを特徴とする請求項１記載の電気泳動光量調整素子の駆動方法。
光路中にレンズおよび撮像素子および請求項１記載の電気泳動光量調整素子を適宜配置したことを特徴とする撮像装置。