JP2006065043A - 光学素子、レンズユニット、および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、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、絶縁性液体および導電性液体が内部に収容された光学素子、レンズユニット、および、このような光学素子が組み込まれた撮影光学系を経由して入射した被写体光を捉えることにより撮影を行う撮像装置に関し、電圧の印加が繰り返されても光学的な性能が維持される光学素子、レンズユニット、および、このような光学素子が組み込まれた撮影光学系を経由して入射した被写体光を捉えることにより撮影を行う撮像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】導電性液体に対する濡れ性が絶縁性液体に対する濡れ性よりも低い被覆膜における、導電性液体あるいは絶縁性液体に接する表面に対する裏面が凹凸形状を有する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、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、絶縁性液体および導電性液体が内部に収容された光学素子、レンズユニット、および、このような光学素子が組み込まれた撮影光学系を経由して入射した被写体光を捉えることにより撮影を行う撮像装置に関する。

例えば、Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ（ＣＣＤ）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といったカメラの中には、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の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種類の液体のうちの一方の液体は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２種類の液体は、短いチューブの両端が、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種類の液体のうちの導電性水溶液が、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。
"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＞

上述した、上記非特許文献１に提案された液体レンズに備えられた２つの電極に対する電圧の印加が繰り返されると、液体容器の内壁に被覆された撥水性膜が剥離すると考えられ、撥水性膜が剥離した部分での導電性水溶液に対する濡れ性が高まってしまうおそれがある。このように、撥水性膜で被覆されている部分における導電性水溶液に対する濡れ性が高まると、液体容器の中に収容された２種類の液体の界面形状が、撥水性膜が剥離する前に形成されていた界面形状とは異なることとなり、その結果、焦点距離の変化に起因したレンズ性能の劣化が引き起こされる。

なお、上述したような問題は液体レンズに限られるものではなく、上記非特許文献１に提案された液体レンズにおける界面変形の原理が他種の光学素子に応用された場合であっても、このような問題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑み、電圧の印加が繰り返されても光学的な性能が維持される光学素子、レンズユニット、および、このような光学素子が組み込まれた撮影光学系を経由して入射した被写体光を捉えることにより撮影を行う撮像装置を提供することを目的とするものである。

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、絶縁性液体および導電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、
上記液体収容器内の導電性液体に接触した第１の電極と、
上記液体収容器内の導電性液体に対して絶縁された第２の電極と、
上記導電性液体に対する濡れ性が上記絶縁性液体に対する濡れ性よりも低い、上記液体収容器の内面の少なくとも一部を覆う、上記導電性液体あるいは上記絶縁性液体に接する表面に対する裏面が凹凸形状を成した被覆膜とを備えたことを特徴とする。

本発明の光学素子は、導電性液体に対する濡れ性が絶縁性液体に対する濡れ性よりも低い被覆膜における、導電性液体あるいは絶縁性液体に接する表面に対する裏面が凹凸形状を有するものであるため被覆される表面積が増えることとなり、被覆膜の密着性が向上する。従って、本発明の光学素子によれば、この光学素子に対する電圧の印加が繰り返されてもその被覆膜が剥離することが防止されるため、長期にわたって光学的な性能が維持される。

ここで、上記本発明の光学素子は、
「上記液体収容器の内面の少なくとも一部を覆う、その内面に接する第１面の裏の第２面が凹凸形状を成した絶縁膜を備え、
上記被覆膜が、上記絶縁膜の第２面を覆うものである」
ことが好ましい。

このような絶縁膜を備えた光学素子によれば、絶縁膜と被覆膜との密着性が向上するため、被覆膜が剥離することが防止されて、光学的な性能が維持される。

また、上記本発明の光学素子のうちの上記絶縁膜を備えた光学素子は、その絶縁膜が、相分離によって形成されてなるものであることがさらに好ましい。

このように、相分離によって絶縁膜が形成されれば、安価に絶縁膜を得ることができる。

また、上記本発明の光学素子のうちの上記絶縁膜を備えた光学素子は、その絶縁膜が、テトラアルキルオルソシリケートとアクリル系ポリマーとの相分離によって形成されてなるものであることがさらに好ましい。

このような相分離による絶縁膜の形成は、安価な上に、１μｍ以下の凹凸形状を形成することができるため、被覆膜の密着性がより一層向上する。

また、上記本発明の光学素子は、
「上記第２の電極が、上記液体収容器の内壁を構成するとともに、表面の少なくとも一部が凹凸形状を成したものであって、
上記被覆膜が、上記第２の電極の凹凸形状を成した表面を覆う絶縁性の被覆膜である」
ことも好ましい形態である。

このような好ましい形態によれば、第２の電極と被覆膜との密着性が向上するため、被覆膜が剥離することが防止されて、光学的な性能が維持される。

さらに、上記本発明の光学素子は、上記被覆膜が、フルオロアルキルシランによるカップリング処理によって形成されてなるものであるという形態も好ましい。

このようなカップリング処理によって被覆膜が形成されると、導電性液体に対する濡れ性が絶縁性液体に対する濡れ性よりもより一層低い被覆膜を得ることができる。

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、絶縁性液体および導電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、
上記液体収容器内の導電性液体に接触した第１の電極と、
上記液体収容器内の導電性液体に対して絶縁された第２の電極と、
上記導電性液体に対する濡れ性が上記絶縁性液体に対する濡れ性よりも低い、上記液体収容器の内面の少なくとも一部を覆う、上記導電性液体あるいは上記絶縁性液体に接する表面に対する裏面が凹凸形状を成した被覆膜とを備え、
上記第１の電極と上記第２の電極との間に印加される電圧に応じて、上記絶縁性液体と上記導電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、被覆膜の密着性が向上して、被覆膜が剥離することが防止されるため、長期にわたって光学的な性能が維持される。

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、上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、
撮影光学系を有し、その撮影光学系を経由して入射した被写体光を捉えることにより撮影を行う撮像装置において、
上記撮影光学系が、
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、絶縁性液体および導電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、
上記液体収容器内の導電性液体に接触した第１の電極と、
上記液体収容器内の導電性液体に対して絶縁された第２の電極と、
上記導電性液体に対する濡れ性が上記絶縁性液体に対する濡れ性よりも低い、上記液体収容器の内面の少なくとも一部を覆う、上記導電性液体あるいは上記絶縁性液体に接する表面に対する裏面が凹凸形状を成した被覆膜と、
上記第１の電極と上記第２の電極との間に電圧を印加することによって、上記絶縁性液体と上記導電性液体との境界面の形状を変化させる制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明の撮像装置は、導電性液体に対する濡れ性が絶縁性液体に対する濡れ性よりも低い被覆膜における、導電性液体あるいは絶縁性液体に接する表面に対する裏面が凹凸形状を有する光学素子を有しているものであるため被覆される表面積が増えることとなり、被覆膜の密着性が向上する。従って、本発明の撮像装置によれば、この光学素子に備えられた第１の電極と第２の電極との間に対する電圧の印加が繰り返されてもその被覆膜が剥離することが防止されるため、長期にわたって光学的な性能が維持される。さらに、本発明の撮像装置は、従来、焦点距離を変化させるにあたって複数のレンズエレメントそれぞれを移動させていたレンズ駆動機構が不要であるため、薄型化、小型化が実現される。

ここで、上記本発明の撮像装置は、上記被写体光による被写体像が結像され、その被写体像を表す画像信号を出力する固体撮像素子を備えたものであることが好ましい。

このような固体撮像素子を備えた撮像装置によれば、より一層薄型化、小型化することができる。

本発明によれば、電圧の印加が繰り返されても光学的な性能が維持される光学素子、レンズユニット、および、このような光学素子が組み込まれた撮影光学系を経由して入射した被写体光を捉えることにより撮影を行う撮像装置が提供される。

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と第２電極１３との相互間に対する電圧の印加が繰り返されると、容器１１の内壁に被覆された撥水性膜１５が剥離すると考えられ、撥水性膜１５が剥離した部分での水２１に対する濡れ性が高まってしまうおそれがある。このように、撥水性膜１５で被覆されている部分における水２１に対する濡れ性が高まると、容器１１の中に収容された２種類の液体の界面形状が、撥水性膜１５が剥離する前に形成されていた界面形状とは異なることとなり、その結果、焦点距離の変化に起因したレンズ性能の劣化が引き起こされる。

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２に示すデジタルカメラ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、図３に示す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、導電性液体３０１と、導電性液体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、導電性液体３０１に対する濡れ性が高い親水性膜２０６で覆われている。また、液体収容器２０１の、親水性膜２０６で覆われた部分以外の内面は、導電性液体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撥水性膜２０５で覆われている。また、この撥水性膜２０５の、導電性液体３０１あるいは絶縁性液体３０２に接する表面に対する裏面は凹凸形状を成しており、この撥水性膜２０５は、本発明にいう被覆膜の一例に相当する。

また、液体収容器２０１には、親水性膜２０６を挟むように配置された、液体と接触する金製の第１電極２０２と、チューブ２０１ａと撥水性膜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金製の第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。

ここで、絶縁膜２０４および撥水性膜２０５を形成する手順を説明する。

まず、以下の手順で相分離によって絶縁膜２０４を形成する。テトラエチルオルソシリケート（和光純薬社製）１０質量部と濃塩酸６質量部のエタノール溶液を２０時間攪拌する。続いて、アクリル酸ポリマー（和光純薬社製）の５．５質量％エタノール溶液を添加し、１時間攪拌した後、第２電極２０３上に塗布する。これを５００℃で２５分間加熱処理することによって、第２電極２０３上に、１μｍ以下の径を有するクレータ状の凹凸がついた厚み５００ｎｍの絶縁膜２０４が得られる。このように、相分離によって絶縁膜２０４が形成されれば、安価に絶縁膜２０４を得ることができる。

次に、以下の手順でフルオロアルキルシランによるカップリング処理によって撥水性膜２０５を形成する。上述したようにして得られた絶縁膜２０４上に、ヘプタデカフルオロデシルトリエトキシシラン（アズマックス社製）の３０％エタノール水溶液を塗布して、２００℃で加熱処理することによって、絶縁膜２０４のクレータ状の凹凸形状と噛み合った凹凸形状で裏面が絶縁膜２０４と密着した撥水性膜２０５が得られる。また、この撥水性膜２０５の、導電性液体３０１や絶縁性液体３０２に接する面は滑らかな面となっている。このようなカップリング処理によって撥水性膜２０５が形成されると、導電性液体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より一層低い撥水性膜２０５を得ることができる。

上記のような液体収容器２０１に、相互に屈折率が異なる導電性液体３０１と、絶縁性液体３０２とが収容される。本実施形態では、導電性液体３０１として、水に支持電解質（テトラブチルアンモニウムパークロレイト０．１ｍｏｌ／Ｌ）が加えられたものが適用され、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。この導電性液体３０１は、本発明にいう導電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、導電性液体３０１が撥水性膜２０５と反撥することによって、導電性液体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。このとき、第２電極２０２と導電性液体３０１とが接触する。

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から導電性液体３０１に電荷が放出され、第２電極２０３には、導電性液体３０１に放出された電荷とは逆極性の電荷が集まる。この導電性液体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、導電性液体３０１中の電荷が撥水性膜２０５付近に引き付けられる。その結果、導電性液体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、導電性液体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。

上述したように、絶縁膜２０４と撥水性膜２０５は、１μｍ以下の凹凸形状によって互いに密着しているので、第１電極２０２と第２電極２０３との相互間に電圧の印加が繰り返されてもその撥水性膜２０５が剥離することが防止されていて、光学的な性能が維持される。

以上で、本発明の第１実施形態の説明を終了する。

次に、本発明にいう被覆膜が、上述した第１実施形態で説明した位置とは異なる位置に形成された第２実施形態および第３実施形態について説明する。

尚、以下説明する第２実施形態および第３実施形態では、第１実施形態で説明した装置構成と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。また、第２実施形態および第３実施形態のフォーカスレンズの概略構成図の説明でも、第１実施形態のフォーカスレンズの概略構成図の説明と同様に、図の左側から矢印Ｏの方向に被写体光が入射し、光が入射する側（図の左側）を前側、光が出射する側（図の右側）を後側と称して説明を行う。

図５は、第２実施形態のフォーカスレンズの概略構成図である。

この図５に示すフォーカスレンズ２１４は、図３に示すデジタルカメラ１００の撮影光学系１１０に、フォーカスレンズ１１４に替えて組み込まれたものである。

このフォーカスレンズ２１４の撥水性膜２０７および絶縁膜２０４は、図４に示す第２実施形態のフォーカスレンズの撥水性膜２０５および絶縁膜２０４を形成する手順と同様の手順で形成されている。但し、この第２実施形態では、絶縁膜２０４が、チューブ２０１ａの前側を塞ぐガラス製のキャップ２０１ｂの内面上にも形成されている。このため、キャップ２０１ｂの内面についても撥水性膜２０７の剥離が防止されている。尚、このキャップ２０１ｂは光路上に位置するものであるが、相分離によって形成されるクレーター状の凹凸は径が１μｍ以下であるので、光の散乱を生じさせない程度のものであり、光の透過性などには影響しない。

図６は、第３実施形態のフォーカスレンズの概略構成図である。

この図６に示すフォーカスレンズ３１４は、図３に示すデジタルカメラ１００の撮影光学系１１０に、フォーカスレンズ１１４に替えて組み込まれたものである。

このフォーカスレンズ３１４の液体収容器２０１の、親水性膜２０６で覆われた部分以外の内面は、導電性液体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、絶縁性を有する撥水性膜２０９で覆われている。また、この撥水性膜２０９の、導電性液体３０１あるいは絶縁性液体３０２に接する表面に対する裏面が凹凸形状を成しているとともに、第２電極２０８の表面もクレータ上の凹凸形状を成していて、互いの凹凸形状が噛み合って密着している。この撥水性膜２０９は、本発明にいう被覆膜の一例に相当する。

ここで、第２電極２０８自体に凹凸形状を形成し、絶縁膜２０４および撥水性膜２０９を形成する手順を説明する。

まず、第２電極２０８に対して、金属表面の陽極酸化処理を施すことによって、この第２電極２０８の表面に凹凸形状を形成する。尚、第２電極２０８表面の凹凸形状は、例えば、第２電極２０８に対してエッチング処理を施すことによっても形成することができる。

次に、第１実施形態および第２実施形態と同様の手法で絶縁膜２０４を、チューブ２０１ａの前側を塞ぐガラス製のキャップ２０１ｂの内面上に形成する。

次に、上述したようにして得られた絶縁膜２０４上、および金属表面の陽極酸化処理が施された第２電極２０８上に、ヘプタデカフルオロデシルトリエトキシシラン（アズマックス社製）の３０％エタノール水溶液を塗布して、２００℃で加熱処理することによって、絶縁膜２０４および第２電極２０８のクレータ状の凹凸形状と噛み合った凹凸形状で裏面が絶縁膜２０４および第２電極２０８と密着した、絶縁性を有する撥水性膜２０９が得られる。

尚、上述した各実施形態では、Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ（ＣＣＤ）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デジタルカメラに本発明を適用した例で説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、例えば、写真フィルム上に写真撮影を行うフィルムカメラ、あるいはフィルムをカメラ外部に送り出すとともに現像するインスタントカメラ、あるいは動画を撮影するビデオカメラのいずれにも適用することができる。

また、上述した各実施形態では、液体収容器中に、導電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、上述した各実施形態では、本発明にいう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、本発明にいう光学素子は、ズームレンズなどに適用されてもよい。

最後に、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。
＜被覆膜＞
本発明にいう被覆膜の表面の、導電性液体に対する濡れ性を絶縁性液体に対する濡れ性よりも、より一層低くするためには、通常、フッ素やシシリコーンなどを含むポリマー膜をコーティングする方法が広く採用されている。しかしながら、本発明にいう光学素子では、電圧の印加を繰り返して用いるため、低濡性を持続させた被覆膜を用いる必要がある。そのために、凹凸形状を成した基板上に被覆膜が形成されることが好ましい。

平坦な基板上に凹凸形状を成した膜を形成する方法として、ポリマーと無機物との相分離を利用する方法や、シリカなどの無機粒子を添加する方法などが挙げられる。

また、基板自体に凹凸形状を形成する方法として、エッチング処理や、金属表面の陽極酸化処理などが挙げられる。

また、基板自体に凹凸形状を形成するとともに、その基板上に凹凸形状を成した膜を形成する方法として、有機ガスのプラズマ重合処理などが挙げられる。

尚、上述した種々の方法のうち、簡便、かつ低濡性機能の耐久性の高い被覆膜を得る方法としては、ポリマーと無機物との相分離を利用する方法である。

本発明にいう被覆膜を形成する方法としては、フルオロアルキルシランによるカップリング処理、フルオロポリマーのコーティング処理などが挙げられる。特に、フルオロアルキルシランによるカップリング処理が好ましい。
＜液体＞
本発明にいう導電性液体、および絶縁性液体は、屈折率が互いに異なり、互いに混合しない２種類以上の液体であればよい。

これらの液体の組み合わせとしては、いかなるものであってもよいが、好ましくは、水と有機溶媒の組み合わせである。有機溶媒としては、好ましくは、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（エクソン社製）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、ブロモエタンなど）、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、水には、電気伝導度を高める目的で、支持電解質を添加することが好ましい。支持電解質としては、ＴＭＡＰ：Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅ、あるいは、ＴＢＡＦ：Ｔｅｔｒａｂｕｔｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏｐｈｏｓｐｈａｔｅ等が用いられる。

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２に示すデジタルカメラの概略構成図である。 図３に示すフォーカスレンズの概略構成図である。 第２実施形態のフォーカスレンズの概略構成図である。 第３実施形態のフォーカスレンズの概略構成図である。

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
３１ａ プラス電荷
３１ｂ マイナス電荷
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
２１４ フォーカスレンズ
３１４ 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 撥水性膜
２０６ 親水性膜
２０７ 撥水性膜
２０８ 第２電極
２０９ 撥水性膜
３０１ 導電性液体
３０２ 絶縁性液体

Claims (9)

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、絶縁性液体および導電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導電性液体に接触した第１の電極と、
   前記液体収容器内の導電性液体に対して絶縁された第２の電極と、
   前記導電性液体に対する濡れ性が前記絶縁性液体に対する濡れ性よりも低い、前記液体収容器の内面の少なくとも一部を覆う、前記導電性液体あるいは前記絶縁性液体に接する表面に対する裏面が凹凸形状を成した被覆膜とを備えたことを特徴とする光学素子。
2. 前記液体収容器の内面の少なくとも一部を覆う、該内面に接する第１面の裏の第２面が凹凸形状を成した絶縁膜を備え、
   前記被覆膜が、前記絶縁膜の第２面を覆うものであることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
3. 前記絶縁膜が、相分離によって形成されてなるものであることを特徴とする請求項２記載の光学素子。
4. 前記絶縁膜が、テトラアルキルオルソシリケートとアクリル系ポリマーとの相分離によって形成されてなるものであることを特徴とする請求項２記載の光学素子。
5. 前記第２の電極が、前記液体収容器の内壁を構成するとともに、表面の少なくとも一部が凹凸形状を成したものであって、
   前記被覆膜が、前記第２の電極の凹凸形状を成した表面を覆う絶縁性の被覆膜であることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
6. 前記被覆膜が、フルオロアルキルシランによるカップリング処理によって形成されてなるものであることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
7. 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、絶縁性液体および導電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導電性液体に接触した第１の電極と、
   前記液体収容器内の導電性液体に対して絶縁された第２の電極と、
   前記導電性液体に対する濡れ性が前記絶縁性液体に対する濡れ性よりも低い、前記液体収容器の内面の少なくとも一部を覆う、前記導電性液体あるいは前記絶縁性液体に接する表面に対する裏面が凹凸形状を成した被覆膜とを備え、
   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導電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。
8. 撮影光学系を有し、該撮影光学系を経由して入射した被写体光を捉えることにより撮影を行う撮像装置において、
   前記撮影光学系が、
   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、絶縁性液体および導電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導電性液体に接触した第１の電極と、
   前記液体収容器内の導電性液体に対して絶縁された第２の電極と、
   前記導電性液体に対する濡れ性が前記絶縁性液体に対する濡れ性よりも低い、前記液体収容器の内面の少なくとも一部を覆う、前記導電性液体あるいは前記絶縁性液体に接する表面に対する裏面が凹凸形状を成した被覆膜と、
   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導電性液体との境界面の形状を変化させる制御部とを備えたことを特徴とする撮像装置。
9. 前記被写体光による被写体像が結像され、該被写体像を表す画像信号を出力する固体撮像素子を備えたことを特徴とする請求項８記載の撮像装置。

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