JP2006064946A - 光学素子、レンズユニット、および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高温環境下でも光学性能を維持することができるとともに、長期にわたって光の透過性を維持することができる光学素子、レンズユニット、および撮像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】相互に屈折率が異なる、相互に不混和な、それぞれが光透過性を有する、絶縁性液体およびイオン性液体が内部に収容された、少なくとも所定の光軸方向については光を透過させる液体収容器と、液体収容器内のイオン性液体に接触した第１の電極と、液体収容器内のイオン性液体に対して絶縁された第２の電極とを備えたことを特徴とする。イオン性液体は、高温下でも蒸発せず、電気分解を生じにくいため、長期にわたって光の透過性を維持することができるとともに、高温環境下でも光学性能を維持することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、光を透過する光学素子、レンズユニット、および被写体光を結像して画像データを取得する撮像装置に関する。

Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ（ＣＣＤ）などといった固体撮像素子上に被写体の像を結像させて、その被写体を表す画像データを信号として取り込む電子スチールカメラや、写真フィルム上に写真撮影を行うフィルムカメラなどの中には、撮影画角を自在に設定するズーム機能を備えたものがあり、このようなカメラにはズームスイッチの操作に応じて焦点距離が変化する撮影レンズが備えられている。この撮影レンズは、一般に、複数のレンズエレメントの組み合わせからなる複合レンズであって、ズームスイッチによって設定された焦点距離に応じて複数のレンズエレメントの相対位置が調整される。このようなカメラにはカム機構が備えられており、ズームスイッチの操作に応じてそのカム機構がモータの回転を伝達することによって複数のレンズエレメントそれぞれが光軸方向に前後して相対位置が調整され、焦点距離が変化する。

また、複数のレンズエレメントの中にはピント調整用のフォーカスレンズもあり、このフォーカスレンズを移動させるレンズ駆動機構が上記カム機構とは別に配備されている場合もある。

近年、上述した、駆動機構を有する撮影レンズに替えて、相互に屈折率が異なる、相互に不混和な２種類の液体が内部に収容された焦点距離可変の液体レンズが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

この非特許文献１に提案された液体レンズには、相互に屈折率が異なる、相互に不混和な２種類の液体が内部に収容されており、これら２種類の液体のうち一方の液体は支持電解質が溶解された導電性水溶液であり、もう一方の液体は絶縁性オイルである。これらの液体は、短いガラス製のチューブの両端が、光透過性を有する透明なエンドキャップで塞がれた液体収容器の中に収容されている。また、このチューブの内壁と一方のエンドキャップの内壁とが撥水性膜で被覆されている。このように構成された液体レンズによれば、２種類の液体のうち導電性水溶液が、撥水性膜で被覆されたチューブの内壁、および一方のエンドキャップの内壁と反撥することとなり、この導電性水溶液が、他方のエンドキャップに接触する状態で半球形状を有して滞留するため、導電性水溶液と絶縁性オイルとの界面部分が凹レンズとして機能する。また、この液体レンズには、導電性水溶液に対して電圧を印加するための２つの電極も備えられていて、これら２つの電極のうちの一方の電極は導電性水溶液に接するように配設され、他方の電極は撥水性膜の裏側に配設されている。このような電極に対して電圧が印加されると、導電性水溶液に接するように配設された電極からこの導電性水溶液中に電荷が放出され、放出された電荷が導電性水溶液中の、絶縁性オイルとの界面部分に溜まる現象が生じる。この界面部分に溜まった電荷と、この電荷とは逆極性の、撥水性膜の裏側に配設された電極に集まった電荷とがクーロン力によって引き合って、導電性水溶液中の電荷が撥水性膜付近に引き付けられる。その結果、導電性水溶液がチューブの内壁に被覆された撥水性膜を濡らし始めて、２種類の液体の界面形状が変化する。即ち、導電性水溶液に対して電圧が強くかけられるに従って、最初に凹レンズとして機能していた導電性水溶液の、絶縁性オイルとの界面部分の曲率半径が変化し、例えば、その界面部分が完全に平らになったり、その導電性水溶液が凸レンズとして機能するようになったりして、焦点距離が変化することとなる。

このような液体レンズによると、レンズを移動させずに焦点距離の変化などを行うことができるため、上述したカム機構やレンズ駆動機構などを設けなくても、ズーム機能やフォーカス機能を実現することができる。したがって、装置を大幅に小型化することができ、携帯電話などといった小型機器にも適用することができる。
"Ｐｈｉｌｉｐｓ´Ｆｌｕｉｄ Ｌｅｎｓｅｓ"、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１６年３月３日、Ｒｏｙａｌ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、［平成１６年３月３１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｐｒｅｖｉｅｗ．ｃｏｍ／ｎｅｗｓ／０４０３／０４０３０３０２ｐｈｉｌｉｐｓｆｌｕｉｄｌｅｎｓ．ａｓｐ＞

しかし、非特許文献１に記載された液体レンズによると、電極から放出された電荷によって導電性水溶液が電気分解されるため、長期にわたって使用していると、発生した気体が液体収容器内に溜まって気泡化してしまい、光の散乱が起こって光の透過率が低下してしまうという問題がある。

また、非特許文献１に記載された液体レンズを真夏の車内などで使用すると、１００度に近い温度環境によって導電性水溶液が揮発してしまい、レンズの性能が劣化してしまうという問題もある。

本発明は、上記事情に鑑み、高温環境下でも光学性能を維持することができるとともに、長期にわたって光の透過性を維持することができる光学素子、レンズユニット、および撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の光学素子は、相互に屈折率が異なる、相互に不混和な、それぞれが光透過性を有する、絶縁性液体およびイオン性液体が内部に収容された、少なくとも所定の光軸方向については光を透過させる液体収容器と、
液体収容器内のイオン性液体に接触した第１の電極と、
液体収容器内のイオン性液体に対して絶縁された第２の電極とを備えたことを特徴とする。

イオン性液体は、カチオン性化合物とアニオン性化合物とからなるイオン性化合物であり、常温でも液体である有機塩である。また、イオン性液体には、高い導電性を有する、電気分解を生じない、高温でも蒸発しない（蒸気圧がゼロ）、引火しにくいなどという特徴がある。

本発明の光学素子によると、第１の電極と第２の電極との相互間に電圧が印加されると、第１の電極からイオン性液体中に電荷が放出されるとともに、第２の電極にはその電荷とは逆極性の電荷が集まる。この結果、イオン性液体中の電荷と、第２電極に集まった電荷とがクーロン力によって引き合い、イオン性液体と絶縁性液体との境界面の形状が変化する。このとき、第１の電極から放出された電荷などによって、微弱ながらイオン性液体に電流が流れるが、イオン性液体は電気分解されにくいため、気泡の発生が回避され、長期にわたって光の透過性が維持される。また、イオン性液体は、高温下においても低粘性や高導電性等が保たれるとともに、揮発せず、引火しにくいなどという特徴もあり、屋外や車内用の撮像装置などに適用される場合であっても、長期にわたって光学性能や安全性が維持される。

また、本発明の光学素子において、上記絶縁性液体が、有機溶媒であることが好ましい。

イオン性液体と有機溶媒とでは導電性の差が大きいため、これらの液体が組み合わされることによって、液体間の境界面の形状が高精度に効率よく変化することとなる。

また、本発明の光学素子において、上記絶縁性液体が、炭化水素系の有機溶媒であることが好ましい。

炭化水素系の有機溶媒が適用されることによって、光学素子の経時安定性が向上する。

また、本発明の光学素子において、上記イオン性液体が、イミダゾリウム塩化合物であることが好ましい。

イミダゾリウム塩化合物は入手が容易であるため、光学素子の製造コストを抑えることができる。

また、上記目的を達成する本発明のレンズユニットは、相互に屈折率が異なる、相互に不混和な、それぞれが光透過性を有する、絶縁性液体およびイオン性液体が内部に収容された、少なくとも所定の光軸方向については光を透過させる液体収容器と、
液体収容器内のイオン性液体に接触した第１の電極と、
液体収容器内のイオン性液体に対して絶縁された第２の電極とを備え、
第１の電極と第２の電極との間に印加される電圧に応じて、絶縁性液体とイオン性液体との境界面の形状が変化することを特徴とする。

本発明のレンズユニットによると、本発明の光学素子と同様に、長期にわたって光の透過性を維持することができるとともに、高温環境下でも光学性能を維持することができる。

なお、本発明にいうレンズユニットについては、ここではその基本形態のみを示すのにとどめるが、これは単に重複を避けるためであり、本発明にいうレンズユニットには、上記の基本形態のみではなく、前述した光学素子の各形態に対応する各種の形態が含まれる。

また、上記目的を達成する本発明の撮像装置は、相互に屈折率が異なる、相互に不混和な、それぞれが光透過性を有する、絶縁性液体およびイオン性液体が内部に収容された、少なくとも所定の光軸方向については光を透過させる液体収容器と、
液体収容器内のイオン性液体に接触した第１の電極と、
液体収容器内のイオン性液体に対して絶縁された第２の電極と、
第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加することによって、絶縁性液体とイオン性液体との境界面の形状を変化させる制御部と、
絶縁性液体、およびイオン性液体を通ってきた被写体光が表面に結像されて、被写体光を表わす画像信号を生成する撮像素子とを備えたことを特徴とする。

本発明の撮像装置によると、本発明の光学素子と同様に、長期にわたって光の透過性を維持することができるとともに、高温環境下でも光学性能を維持することができる。

なお、本発明にいう撮像装置については、ここではその基本形態のみを示すのにとどめるが、これは単に重複を避けるためであり、本発明にいう撮像装置には、上記の基本形態のみではなく、前述した光学素子の各形態に対応する各種の形態が含まれる。

本発明によれば、長期にわたって光の透過性を維持することができるとともに、高温環境下でも光学性能を維持することができる光学素子、レンズユニット、および撮像装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明するのに先立って、上述した非特許文献１に記載された液体レンズの問題点について詳しく分析する。

図１は、比較例である液体レンズの概略構成図である。以下では、矢印Ｏの方向に光が透過するものとし、光の入射側（図１の上側）を上側、光の出射側（図１の下側）を下側と称する。

図１に示すように、液体レンズ１は、ガラス製のチューブ１１ａの両端がガラス製のキャップ１１ｂ，１１ｃで塞がれたガラス製の容器１１の内部に、支持電解質が加えられた透明な水２１と、絶縁性液体である透明な油２２とが互いに混じり合わずに収容されている。水２１よりも油２２の方が光の屈折率が大きいため、液体レンズ１では、油２２が光を屈折させるレンズの役割を担う。

容器１１の、チューブ１１ａの内面と、チューブ１１ａの上端を塞ぐキャップ１１ｂの内面は、撥水性を有する撥水性膜１５で覆われており、チューブ１１ａの下端を塞ぐキャップ１１ｃの内面は、親水性を有する親水性膜１６で覆われている。

また、チューブ１１ａと撥水性膜１５との間には、絶縁膜１４が設けられており、液体レンズ１には、水２１と接する第１電極１２と、絶縁膜１４によって水２１と絶縁された第２電極１３も備えられている。

第１電極１２と第２電極１３との相互間に電圧が印加されていない状態では、図１のパート（Ａ）に示すように、水２１は撥水性膜１５と反撥して親水性膜１６と接触するため、水２１と撥水性膜１５との接触部分Ｐ₁が小さくなる。このため、水２１は半球形状に滞留し、水２１に押された油２２は円筒形状から半球を刳り貫いた形状に滞留する。油２２からみたときの、水２１と油２２との境界面の形状は凹状であるため、パート（Ａ）では、液体レンズ１は凹レンズとして機能する。

また、例えば、第１電極１２にプラスの電圧を印加し、第２電極１３にマイナスの電圧を印加すると、第１電極１２から水２１にプラス電荷３１ａが放出され、第２電極１３にはマイナス電荷３１ｂが溜まる。このとき、水２１に放出されたプラス電荷３１ａが、クーロン力によって第２電極１３のマイナス電荷３１ｂに引き付けられ、水２１と撥水性膜１５との接触部分Ｐ₂が印加電圧に応じて大きくなる。パート（Ｂ）では、油２２からみたときの、水２１と油２２との境界面の形状は凸状となっており、液体レンズ１は凸レンズとして機能する。また、第１電極１２および第２電極１３に印加される電圧を調整することによって、水２１と油２２との境界面の形状を少しずつ変化させることができる。

このように、液体レンズ１によると、レンズを移動させる機構を設けなくても、水２１と油２２との境界面の形状を変化させることによって、ズーム機能やフォーカス機能を実現することができる。

ここで、液体レンズ１では、第１電極１２から放出されたプラス電荷３１ａなどによって、水２１が電気分解されて気体が発生する。ガラス製の容器１１は気体を通さないため、長期間のうちに気体が溜まって水２１や油２２中に気泡が生じてしまい、その気泡によって光の散乱が生じて光の透過性が劣化してしまうという問題がある。

また、液体レンズ１は、携帯電話などといった小型機器に適用されると考えられるが、その携帯電話が真夏の車内などといった高温環境下に放置されると、水２１が蒸発してしまって、レンズ性能が劣化してしまうという問題もある。

本発明は、上記のような詳しい分析に基づいたものである。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図２は、本発明の一実施形態が適用されたデジタルカメラを前面斜め上から見た外観斜視図である。

図２に示すように、このデジタルカメラ１００の前面中央部には、撮影レンズ１０１が備えられている。また、このデジタルカメラ１００の前面上部には、光学式ファインダ対物窓１０２および補助光発光部１０３が備えられている。さらに、このデジタルカメラ１００の上面には、スライド式の電源スイッチ１０４およびレリーズスイッチ１５０が備えられている。

図３は、図１に示すデジタルカメラ１００の概略構成図である。

図３に示すように、デジタルカメラ１００の内訳は、大きく分けて撮影光学系１１０と信号処理部１２０とに分かれる。デジタルカメラ１００には、それらのほかにも、撮影した画像を表示させるための画像表示部１３０、撮影した画像信号を記録しておくための外部記録媒体１４０、撮影のための各種処理をデジタルカメラ１００に行なわせる、ズームスイッチ１７０、撮影モードスイッチ１６０、およびレリーズスイッチ１５０が設けられている。

まず撮影光学系１１０の構成を、図３を参照して説明する。

デジタルカメラ１００では、図３の左方から被写体光が入射し、ズームレンズ１１５およびフォーカスレンズ１１４を経て、被写体光の光量を調整するアイリス１１３を通過した後、シャッタ１１２が開いている場合は固体撮像素子１１１に結像する。この固体撮像素子１１１は、本発明にいう撮像素子の一例に相当する。本来、撮影光学系には複数のレンズが配備され、それら複数のレンズのうち少なくとも１つのレンズがピント調節に大きく関与し、各レンズの相対位置が焦点距離に関与するが、この図３では、焦点距離の変化に係わるレンズをズームレンズ１１５として模式的に示しており、同じくピントの調節に係わるレンズをフォーカスレンズ１１４として模式的に示している。

ズームレンズ１１５、アイリス１１３、およびシャッタ１１２は、ズームモータ１１５ａ、アイリスモータ１１３ａ、およびシャッタモータ１１２ａによりそれぞれ駆動され移動する。また、フォーカスレンズ１１４には、モータの替わりに、フォーカスレンズ１１４のレンズ形状を変化させるフォーカスコントローラ１１４ａが設けられている。これらズームモータ１１５ａ、アイリスモータ１１３ａ、およびシャッタモータ１１２ａを作動させる指示は、信号処理部１２０中のデジタル信号処理部１２０ｂからモータドライバ１２０ｃを通じて伝達されるとともに、フォーカスコントローラ１１４ａを作動させる指示は、デジタル信号処理部１２０ｂから直接伝達される。

ズームレンズ１１５は、ズームモータ１１５ａによって光軸に沿う方向に移動される。ズームレンズ１１５が、信号処理部１２０からの信号に応じた位置に移動されることによって、焦点距離が変化して撮影倍率が決定される。

フォーカスレンズ１１４は、ＴＴＬＡＦ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｌｅｎｓ Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ）機能を実現するためのレンズである。このＴＴＬＡＦ機能とは、一般的には、光軸に沿う方向にフォーカスレンズを移動させながら、固体撮像素子１１１で得られた画像信号のコントラストを信号処理部１２０のＡＦ／ＡＥ演算部１２６で検出し、そのコントラストのピークが得られるレンズ位置をピント位置として、フォーカスレンズ１１４をピント位置に調節するものである。このＴＴＬＡＦ機能によって、コントラストがピークになる被写体（つまり、最も近くにある最近被写体）に自動的に焦点を合わせて撮影を行うことができる。本実施形態においては、フォーカスレンズ１１４を移動させる替わりに、フォーカスコントローラ１１４ａでフォーカスレンズ１１４のレンズ形状を変化させることによって、最近被写体に焦点を合わせる。このフォーカスレンズ１１４の構成と、レンズ形状を変化させる方法については、後で詳しく説明する。

アイリス１１３は、デジタル信号処理部１２０ｂのＡＦ／ＡＥ演算部１２６から与えられた指示に基づいて駆動されることによって、被写体光の光量を調整する。

以上が撮影光学系１１０の構成である。

続いて信号処理部１２０の構成を説明する。撮影光学系で固体撮像素子１１１に結像させた被写体像が画像信号としてアナログ処理（Ａ／Ｄ）部１２０ａに読み出され、このアナログ処理部（Ａ／Ｄ）１２０ａでアナログ信号がデジタル信号に変換されデジタル信号処理部１２０ｂへと供給される。デジタル信号処理部１２０ｂにはシステムコントローラ１２１が配備されており、そのシステムコントローラ１２１内の動作の手順を示したプログラムにしたがってデジタル信号処理部１２０ｂ内の信号処理が行なわれる。このシステムコントローラ１２１と、画像信号処理部１２２、画像表示制御部１２３、画像圧縮部１２４、メディアコントローラ１２５、ＡＦ／ＡＥ演算部１２６、キーコントローラ１２７、バッファメモリ１２８、内部メモリ１２９との間のデータの受け渡しはバス１２００を介して行なわれ、そのバス１２００を介してデータの受け渡しが行なわれるときのバッファとして内部メモリ１２９が働いている。この内部メモリ１２９に各部の処理プロセスの進行状況に応じて変数となるデータが随時書き込まれて、システムコントローラ１２１、および画像信号処理部１２２、画像表示制御部１２３、画像圧縮部１２４、メディアコントローラ１２５、ＡＦ／ＡＥ演算部１２６、キーコントローラ１２７の各部では、そのデータを参照することにより適切な処理が行なわれる。つまり、システムコントローラ１２１からの指示がバス１２００を介して上記の各部に伝えられ、各部の処理プロセスが立ち上げられる。そして、その内部メモリ１２９のデータがプロセスの進行状況に応じて書き換えられ、さらにシステムコントローラ１２１側で参照されて上記の各部の動作が管理される。言い換えれば、電源が投入され、システムコントローラ１２１内のプログラムの手順にしたがって各部のプロセスが立ち上げられる。たとえば、レリーズスイッチ１５０、ズームスイッチ、撮影モードスイッチのスイッチが操作されると、その操作されたという情報がキーコントローラ１２７を経由してシステムコントローラ１２１に伝えられ、その操作に応じた処理がシステムコントローラ１２１内のプログラムの手順にしたがって行われる。

レリーズ操作が行われると、固体撮像素子から読み出された画像データは、アナログ処理（Ａ／Ｄ）部１２０ａでアナログ信号からデジタル信号に変換され、このデジタル化された画像データがデジタル信号処理部１２０ｂ内のバッファメモリ１２８にいったん蓄えられる。このデジタル化された画像データのＲＧＢ信号が画像信号処理部１２２でＹＣ信号に変換され、さらに画像圧縮部１２４でＪＰＥＧ圧縮と呼ばれる圧縮が行なわれて画像信号が画像ファイルとなってメディアコントローラ１２５を介して外部記録媒体１４０に記録される。この画像ファイルとして記録された画像データは、画像表示制御部１２３を通じて画像表示部１３０において再生される。この処理の際、ＲＧＢ信号に基づいてピント調節および露出調節の演算を行なっているのがＡＦ／ＡＥ演算部である。このＡＦ／ＡＥ演算部１２６ではピント調節のためにＲＧＢ信号から被写体距離ごとにコントラストを検出することが行なわれる。この検出結果に基づいて、フォーカスレンズ１１４によってピント調整が行われる。またＡＦ／ＡＥ演算部ではＲＧＢ信号から輝度信号が抽出され、そこから被写界輝度が検出される。この結果に基づき、固体撮像素子に与えられる被写体光の光量が適切になるように、アイリス１１３によって露出調節が行なわれる。

デジタルカメラ１００は、基本的には以上のように構成されている。

ここで、デジタルカメラ１００における本発明の特徴は、フォーカスレンズ１１４にある。以下では、このフォーカスレンズ１１４について詳しく説明する。

図４は、フォーカスレンズの概略構成図である。なお、図４の左側から矢印Ｏの方向に被写体光が入射し、光が入射する側（図４の左側）を前側、光が出射する側（図４の右側）を後側と称して説明を行う。

フォーカスレンズ１１４は、チューブ２０１ａの両端がキャップ２０１ｂ，２０１ｃで塞がれた液体収容器２０１内に、イオン性液体３０１と、イオン性液体３０１と不混和な絶縁性液体３０２とが収容されて形成されている。この液体収容器２０１は、透明なガラスで構成されており、本発明にいう液体収容器の一例に相当する。

チューブ２０１ａの後端を塞ぐキャップ２０１ｃの、液体と接触する面（内面）は、イオン性液体３０１に対する濡れ性が高い高濡性膜２０６で覆われている。また、液体収容器２０１の、高濡性膜２０６で覆われた部分以外の内面は、イオン性液体３０１に対する濡れ性が絶縁性液体３０２に対する濡れ性よりも低い低濡性膜２０５で覆われている。

また、液体収容器２０１には、高濡性膜２０６を挟むように配置された、液体と接触する第１電極２０２と、チューブ２０１ａと低濡性膜２０５に挟まれた絶縁膜２０４と、絶縁膜２０４によって液体と絶縁された第２電極２０３も備えられている。これら第１電極２０２、および第２電極２０３は、図３に示すフォーカスコントローラ１１４ａと接続されており、フォーカスコントローラ１１４ａによって、これらの電極間に電圧が印加される。この第１電極２０２は、本発明にいう第１の電極の一例に相当し、第２電極２０３は、本発明にいう第２の電極の一例に相当する。また、フォーカスコントローラ１１４ａは、本発明にいう制御部の一例に相当する。

上記のような液体収容器２０１に、相互に光屈折率が異なるイオン性液体３０１と、絶縁性液体３０２とが収容される。本実施形態では、イオン性液体３０１として、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム ヘキサフルオロホスフェート（東京化成社製）が適用され、絶縁性液体３０２として、有機溶媒（アイソパー：エクソン社製）が適用される。イオン性液体３０１として適用されたイミダゾリウム塩化合物は、比較的入手が容易であるため、フォーカスレンズ１１４の製造コストを抑えることができる。このイオン性液体３０１は、本発明にいうイオン性液体の一例にあたり、絶縁性液体３０２は、本発明にいう絶縁性液体の一例に相当する。

第１電極２０２と第２電極２０３との間に電圧が印加されていない状態では、イオン性液体３０１が低濡性膜２０５と反撥することによって、イオン性液体３０１と絶縁性液体３０２との境界面は実線で示すような形状になる。

図３に示す信号処理部１２０からの指示に従って、フォーカスコントローラ１１４ａが第１電極２０２と第２電極２０３との相互間に電圧を印加すると、第１電極２０２からイオン性液体３０１に電荷が放出され、第２電極２０３には、イオン性液体３０１に放出された電荷とは逆極性の電荷が集まる。このイオン性液体３０１に放出された電荷と、第２電極２０３の電荷とがクーロン力によって引き合い、イオン性液体３０１中の電荷が低濡性膜２０５付近に引き付けられる。その結果、イオン性液体３０１と絶縁性液体３０２との境界面が、例えば、図４の点線で示すような形状に変化する。

このフォーカスレンズ１１４を用いて、以下のような手順でＴＴＬＡＦ機能が実現される。

まず、フォーカスコントローラ１１４ａによって、第１電極２０２、および第２電極２０３に印加される電圧が少しずつ変えられることによって、イオン性液体３０１と絶縁性液体３０２との境界面の形状が変えられながら、図３に示す固体撮像素子１１１で画像信号が取得される。続いて、撮像信号のコントラストがＡＦ／ＡＥ演算部１２６で検出され、コントラストのピークが得られるときの電圧が第１電極２０２、および第２電極２０３に印加される。このようにして、レンズ形状が確定された状態で撮影が行われることによって、最も近い位置にある被写体に焦点を合わせることができる。

尚、第１電極２０２からイオン性液体３０１に電荷が放出されるため、イオン性液体３０１には、微弱ながら電流が流れる。しかし、イオン性液体３０１は電気分解されにくいため、デジタルカメラ１００を長期間使用していても、液体収容器２０１内には気泡が発生せず、長期にわたって光の透過性を維持することができる。

また、イオン性液体３０１は高温下でも蒸発しないため、本実施形態のデジタルカメラ１００によると、屋外や車内でデジタルカメラ１００を使用する場合であっても、高画質な撮影画像を得ることができる。

以上で、本発明の第１実施形態の説明を終了する。

ここで、本発明の光学素子は、高温環境下でも光学性能が維持されるという利点があるが、以下では、この利点を活かした第２実施形態および第３実施形態について説明する。

まず、本発明の光学素子を、撮影装置が屋外に設置される監視システムに適用する第２実施形態について説明する。第１実施形態と第２実施形態とでは、ほぼ同じ装置構成を有するため、第１実施形態との相違点に注目し、同じ要素については同じ符号を付して説明を省略する。

図５は、本発明の第２実施形態が適用された監視システムの簡略構成図である。

図５に示す監視システム４００は、屋外駐車場などに設置される撮影装置４１０と、監視室などに設置される監視装置４２０とがネットワークで接続されて構成されている。

撮影装置４１０では、監視装置４２０からモータドライバ１２０ｄなどを介して各種指示が取得され、その指示に従って被写体が撮影されて、デジタルの撮影画像データが生成される。尚、撮影画像データが生成される際には、フォーカスコントローラ１１４ａによって、図４に示す第１電極２０２および第２電極２０３に印加される電圧が制御され、イオン性液体３０１と絶縁性液体３０２との境界面の形状が調整されることによって、被写体に焦点が合わせられる。生成された撮影画像データは、監視装置４２０に送られる。

監視装置４２０では、撮影装置４１０で生成された撮影画像データに画像処理が施されるとともに、撮影画像データが表わす撮影画像がモニタ１３１に表示される。また、監視装置４２０では、モニタ１３１に表示された撮影画像を確認したオペレータによって、各種指示が入力される。入力された各種指示は、撮影装置４１０に伝えられる。

撮影装置４１０は屋外に設置されるため、真夏などにはかなりの高温環境下で正常に動作することが要求される。撮影装置４１０のフォーカスレンズ１１４は、移動機構を必要としない分、小型化が図られており、大気圧では蒸発しないイオン性液体３０１が導電性液体として用いられているため、高温環境下でも高い光学性能が維持される。また、イオン性液体３０１には、引火しにくいという利点や、電気分解されにくいなどという利点もあり、本実施形態の監視システム４００によると、火災に対する安全性や、装置寿命を向上させることができる。

このように、導電性液体としてイオン性液体が用いられた液体レンズは、屋外などで使用される場合であっても、長期にわたって光学性能が維持され、装置の長寿命化が図られる。

以上で第２実施形態の説明を終了し、本発明の光学素子を、レーザ光によって用紙上に画像を形成するプリンタに適用する第３実施形態について説明する。尚、第１実施形態のフォーカスレンズ１１４（図４参照）と、第３実施形態に適用されるレンズとは、ほぼ同じ構成を有するため、図４を第３実施形態の説明でも用いて、第１実施形態との相違点のみ説明する。

図６は、本発明の第３実施形態が適用されたプリンタの簡略構成図である。

プリンタ５００には、プリンタ５００の各種要素を制御する制御部５１０、出力画像を表わす画像データを生成する画像処理部５２０、画像データに基づいたレーザ光を発射するレーザ発光部５３０、レーザ光を屈折させるプリズム５４０、およびレーザ光を用紙６００上に集光するレンズ５５０が備えられている。

例えば、原稿画像が読み取られるなどして得られた画像データは、画像処理部５２０で取得され、画像処理部５２０で所定の画像処理が施される。画像処理後の画像データは、レーザ発光部５３０に送られる。

レーザ発光部５３０では、画像処理部５２０から送られてきた画像データに基づいたレーザ光が発射される。発射されたレーザ光は、プリズム５４０で屈折されて、レンズ５５０に入射される。

レンズ５５０は、図４に示す第１実施形態のフォーカスレンズ１１４と同様の構成を有している。制御部５１０は、レンズ５５０の第１電極２０２および第２電極２０３に印加される電圧を制御し、レンズ５５０の、イオン性液体３０１と絶縁性液体３０２との境界面の形状を調整することによって、レーザ光を用紙６００上に集光させる。この制御部５１０は、本発明にいう制御部の一例に相当する。

用紙６００の表面には感光材料が塗布してあり、レンズ５５０によってレーザ光が照射されると、そのレーザ光に応じた画像が用紙６００上に形成される。

ここで、画像を形成する際には、レーザ光によってレンズ５５０内がかなり高温に加熱されるが、レンズ５５０にはイオン性液体３０１が適用されており、高温環境下でも高い光学性能が維持される。このため、プリンタ５００によると、高画質な画像を長期にわたって形成することができる。

このように、導電性液体としてイオン性液体が用いられた液体レンズは、レーザ光などのように高い熱が発生する装置にも適用することができる。

ここで、上記では、液体収容器中に、イオン性液体と絶縁性液体の２種類の液体が収容された例について説明したが、本発明にいう液体収容器には、３種類以上の液体が収容されていてもよい。

また、上記では、本発明の光学素子がフォーカスレンズに適用される例について説明したが、本発明の光学素子は、ズームレンズなどに適用されてもよい。

続いて、本発明を構成する各構成部分において採用可能な種々の形態について付記する。
＜イオン性液体＞
本発明にいうイオン性液体としては、いかなるものであってもよいが、好ましくは、イミダゾリウム塩化合物、ピリジニウム塩化合物、アンモニウム塩化合物、ホスホニウム塩化合物などが挙げられる。具体的には、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム ブロマイド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム ヨーダイド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム トリフルオロメタンスルホネート、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム テトラフルオロボレート、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム ヘキサフルオロホスフェート、１−ｎ−ブチル−３−メチルイミダゾリウム クロライド、１−ｎ−ブチル−３−メチルイミダゾリウム ブロマイド、１−ｎ−ブチル−３−メチルイミダゾリウム テトラフルオロボレート、オクチルトリフェニルホスホニウム ブロマイド、メチルトリブチルアンモニウム トシレート、メチルトリブチルアンモニウム クロライド、メチルトリブチルアンモニウム ブロマイドなどが挙げられる。好ましくは、イミダゾリウム塩化合物であり、さらに好ましくは、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム塩化合物、１−ｎ−ブチル−３−メチルイミダゾリウム塩化合物である。

また、本発明にいうイオン性液体は、粘度が小さく応答速度が速いという観点から、フッ素置換対アニオンを有する構造のものが好ましい。例えば、トリフルオロメタンスルホネート塩、ペンタフルオロエタンスルホネート塩、ヘキサフロオロホスフェート塩、テトタフルオロボレート塩である。

本発明にいうイオン性液体は、２種類以上のイオン性液体が混合されたものであってもい。また、イオン性液体の屈折率、粘度、表面張力などを調整するために、イオン性液体に添加物を加えてもよい。この添加物としては、いかなるものであってもよいが、例として、低分子有機化合物、高分子無機化合物、金属塩化合物などが挙げられる。
＜絶縁性液体＞
本発明にいう絶縁性液体としては、有機溶媒が好ましく、さらには、炭化水素（ヘキサン、ヘプタン、ペンタン、オクタン、アイソパーなど）、炭化水素系芳香族化合物（ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレンなど）、ハロゲン系炭化水素（ジフルオロプロパン、ジクロロエタン、クロロエタン、プロモエタンなど）、ハロゲン系炭化水素系芳香族化合物（クロロベンゼンなど）、エーテル系化合物（ジブチルエーテル、アニソール、ジフェニルエーテルなど）が好ましい。

また、本発明に適用されるイオン性液体と絶縁性液体との組み合わせは、お互いの屈折率差が大きくなるものが好ましい。好ましい屈折率差は、０．０５〜０．５の範囲であり、特に好ましくは、０．１〜０．２の範囲である。

ここで、上記では、本発明の概念を実現するための基本的な実施形態について説明したが、本発明に採用する光学素子を実用化するにあたっては、光路上にゴミや水滴などが付着してレンズ性能が劣化してしまう不具合を防止するための工夫を施すことが好ましい。

例えば、液体が収容された容器の光路と交わる外面（以下では、この面を光透過面と称する）に撥水性膜を付設することが好ましい。光透過面に撥水性を付与することによって、ゴミや水滴の付着などが防止され、光学素子の高い光透過性を維持することができる。この撥水性膜を構成する材料としては、シリコーン樹脂、オルガノポリシロキサンのブロック共重合体、フッ素系ポリマー、およびポリテトラフルオロエタンなどが好ましい。

また、光学素子を構成する容器の光透過面に、親水性膜を付設することも好ましい。光透過面に親水撥油性を付与することによっても、ゴミの付着を防止することができる。この親水性膜としては、アクリレート系ポリマーで構成されたものや、非イオン性オルガノシリコーン系界面活性剤などといった界面活性剤を塗布したものなどが好ましく、親水性膜の作製方法としては、シラン系モノマーのプラズマ重合や、イオンビーム処理などを適用することができる。

また、光学素子を構成する容器の光透過面に、酸化チタンなどといった光触媒を付設することも好ましい。光と反応した光触媒によって汚れなどが分解され、光透過面をきれいに保つことができる。

また、光学素子を構成する容器の光透過面に、帯電防止膜を付設することも好ましい。容器の光透過面に静電気が溜まったり、電極によって帯電してしまうと、光透過面にゴミや埃がくっついてしまう恐れがある。光透過面に帯電防止膜を付設することによって、このような不要物の付着を防止し、光学素子の光透過性を維持することができる。この帯電防止膜は、ポリマーアロイ系の材料で構成されていることが好ましく、このポリマーアロイ系が、ポリエーテル系や、ポリエーテルエステルアミド系や、カチオン性基を有するものや、レオミックス（商品名、第一工業製薬株式会社）であることが特に好ましい。また、この帯電防止膜が、ミスト法によって作製されたものであることが好ましい。

また、光学素子を構成する容器に、防汚性素材を適用しても良い。防汚性素材としてはフッ素樹脂が好ましいが、具体的には、含フッ素アルキルアルコキシシラン化合物や、含フッ素アルキル基含有ポリマー、オリゴマー等が好ましく、上記硬化性樹脂と架橋可能な官能基を有するものが特に好ましい。また、防汚性素材の添加量は、防汚性を発現する必要最低量であることが好ましい。

比較例である液体レンズの概略構成図である。 本発明の一実施形態が適用されたデジタルカメラを前面斜め上から見た外観斜視図である。 図１に示すデジタルカメラの概略構成図である。 フォーカスレンズの概略構成図である。 本発明の第２実施形態が適用された監視システムの簡略構成図である。 本発明の第３実施形態が適用されたプリンタの簡略構成図である。

符号の説明

１ 液体レンズ
１１ 容器
１１ａ チューブ
１１ｂ，１１ｃ キャップ
１２ 第１電極
１３ 第２電極
１４ 絶縁膜
１５ 撥水性膜
１６ 親水性膜
２１ 水
２２ 油
１００ デジタルカメラ
１０１ 撮影レンズ
１０２ 光学式ファインダ対物窓
１０３ 補助光発光部
１０４ 電源スイッチ
１１０ 撮影光学系
１１１ 固体撮像素子
１１２ シャッタ
１１２ａ シャッタモータ
１１３ アイリス
１１３ａ アイリスモータ
１１４ フォーカスレンズ
１１４ａ フォーカスコントローラ
１１５ ズームレンズ
１１５ａ ズームモータ
１２０ 信号処理部
１２０ａ アナログ処理（Ａ／Ｄ）部
１２０ｂ デジタル信号処理部
１２０ｃ モ−タドライバ
１２１ システムコントローラ
１２２ 画像信号処理部
１２３ 画像表示制御部
１２４ 画像圧縮部
１２５ メディアコントローラ
１２６ ＡＦ／ＡＥ演算部
１２７ キーコントローラ
１２８ バッファメモリ
１２９ 内部メモリ
１２００ バス
１３０ 画像表示部
１４０ 外部記録媒体
１５０ レリーズスイッチ
１６０ 撮影モードスイッチ
１７０ ズームスイッチ
２０１ 液体収容器
２０１ａ チューブ
２０１ｂ，２０１ｃ キャップ
２０２ 第１電極
２０３ 第２電極
２０４ 絶縁膜
２０５ 低濡性膜
２０６ 高濡性膜
３０１ イオン性液体
３０２ 絶縁性液体
４００ 監視システム
４１０ 撮影装置
４２０ 監視装置
５００ プリンタ
５１０ 制御部
５２０ 画像処理部
５３０ レーザ発光部
５４０ プリズム
５５０ レンズ
６００ 用紙

Claims (6)

1. 相互に屈折率が異なる、相互に不混和な、それぞれが光透過性を有する、絶縁性液体およびイオン性液体が内部に収容された、少なくとも所定の光軸方向については光を透過させる液体収容器と、
   前記液体収容器内のイオン性液体に接触した第１の電極と、
   前記液体収容器内のイオン性液体に対して絶縁された第２の電極とを備えたことを特徴とする光学素子。
2. 前記絶縁性液体が、有機溶媒であることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
3. 前記絶縁性液体が、炭化水素系の有機溶媒であることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
4. 前記イオン性液体が、イミダゾリウム塩化合物であることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
5. 相互に屈折率が異なる、相互に不混和な、それぞれが光透過性を有する、絶縁性液体およびイオン性液体が内部に収容された、少なくとも所定の光軸方向については光を透過させる液体収容器と、
   前記液体収容器内のイオン性液体に接触した第１の電極と、
   前記液体収容器内のイオン性液体に対して絶縁された第２の電極とを備え、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加される電圧に応じて、前記絶縁性液体と前記イオン性液体との境界面の形状が変化することを特徴とするレンズユニット。
6. 相互に屈折率が異なる、相互に不混和な、それぞれが光透過性を有する、絶縁性液体およびイオン性液体が内部に収容された、少なくとも所定の光軸方向については光を透過させる液体収容器と、
   前記液体収容器内のイオン性液体に接触した第１の電極と、
   前記液体収容器内のイオン性液体に対して絶縁された第２の電極と、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加することによって、前記絶縁性液体と前記イオン性液体との境界面の形状を変化させる制御部と、
   前記絶縁性液体、および前記イオン性液体を通ってきた被写体光が表面に結像されて、該被写体光を表わす画像信号を生成する撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。

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