JP2007233390A - 荷電不透明粒子を使用する可変アイリス - Google Patents

Abstract

【課題】荷電不透明粒子（２）を使用する可変アイリス（１）、及びこうした可変アイリス（１）を動作させる方法に関する。
【解決手段】可変アイリス（１）は、第１の透明基板（４）及び第２の透明基板（５）を有し、それらは１つ又はそれ以上のリブ（６）で分けられて、荷電不透明粒子（２）を閉じ込めるセル（３）を形成する。第１の透明基板（４）には、荷電不透明粒子（２）に影響を与えるために電源（１０）に結合されるように適合された少なくとも第１の電極（７）及び第２の電極（８）、及び荷電不透明粒子（２）に影響を与えるために電源（１０）に結合されるように適合された少なくとも第３の電極（９）が提供され、第１の電極（７）、第２の電極（８）、及び第３の電極（９）に印加された電圧は、同一の又は反対の符号を有するように制御できる。可変アイリス（１）はさらに、電圧パルスを電極（７、８、９）に印加するパルスドライバを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、荷電不透明粒子を使用する可変アイリス、及びこうした可変アイリスを制御する方法に関する。

最近は、多くのデジタル（スチル及びムービー）カメラが市場に出ている。光検出器上に落ちる光の量を制御する異なる種類の絞りは、レンズ光学を利用している。最も広く使用されている絞りがアイリス絞りである。しかし、この機械的なアイリス絞りは多くの不利点を有する。機械部品の必要なサイズのために、例えば最近の小型デジタルカメラのような小型レンズアセンブリには適していない。さらに、絞りの形状を制御することが不可能である。バネと機械的な動きが使用されるので、アイリス絞りには維持管理が必要である。最後に、この型の絞りは比較的応答が遅い。

上記課題の少なくともいくつかを回避するために、液晶要素を基礎とした電子絞りが提案された。しかし、液晶要素はかなり光学透過率が低く、及び全てのアプリケーションに適しているわけではない。

更なる代替案として、小型の荷電不透明粒子（電気泳動粒子）を使用する可変アイリスが開発された。このやり方によると、アイリス絞りの型は、電極を用いて不透明粒子の位置を制御することにより調節される。この型の可変アイリスは液晶型のアイリスと比較して絞りの透過率が高い。

例えばＪＰ２００４−０１２９０６では、２つの基板の間に閉じ込められる電気泳動粒子から成る光制御要素を説明している。複数の環状電極が、粒子を基板間の望ましい場所に移動させるために使用される。この方法で、可変絞りが形成される。

同様に、ＪＰ２００４−０６１８３２では、電気泳動光量調節要素を説明している。２つの透明電極間に閉じ込められた不透明粒子は、それぞれの不透明電極で取り囲まれ、ＣＣＤ検出器上に衝突する光の量を制御するのに使用される。電圧をその電極に印加することにより、粒子は透明電極により形成される絞りの中又は外側に移動される。

本発明の目的は、応答時間が改良された可変アイリスを提供することである。

本発明によると、本目的は、１つ又はそれ以上のリブで分けられて、荷電不透明粒子を閉じ込めるセルを形成する第１の透明基板及び第２の透明基板を有し、第１の透明基板には、荷電不透明粒子に影響を与えるために電源に結合されるように適合された少なくとも第１の電極及び第２の電極、及び荷電不透明粒子に影響を与えるために電源に結合されるように適合された少なくとも第３の電極が提供され、その際、第１の電極、第２の電極、及び第３の電極に印加された電圧は、同一の又は反対の符号を有するように制御できる可変アイリスにより達成される。第１の符号を有する荷電不透明粒子を、例えば第２の電極から第１の電極へ移動させるために、第１の符号の電圧は最初に第２の電極及び第１の電極に印加される。同時に、反対の符号の電圧パルスは第３の電極に印加される。一旦粒子がセル内部に十分に移動すると、第３の電極への電圧パルスが切られ及び反対の符号の電圧が第１の電極に印加される。荷電不透明粒子を第１の電極から第２の電極へ移動させるためには、上述の第１及び第２の電極の役割が交換される。

第２の透明基板上又はリブ上に配置される第３の電極に印加される電圧は、荷電不透明粒子の第１及び第２の電極から離れる移動及びセル内部への移動を支える。第１及び第３の電極は両方とも、可変アイリスを全開状態に設定するために使用されるので、アイリスの応答は非常に速い、つまりアイリスの絞りが素早く変化する。これにより、可変アイリスはビデオカメラ光学にも使用できる。本発明による可変アイリスは複数の更なる利点を有する。機械的アクチュエータの省略のために、アイリスは容易に小型化できる。従って、小型の画像取得装置に適している。さらに、開いた絞りの寸法が非常に小さい場合でも絞りの形状は維持される。その一方、機械的なアイリス絞りに対しては、開いた絞りの寸法が非常に小さい場合、絞りの形状は変形し、ブレパターンの変更につながる。更なる利点は、多角形の絞り及び環状の絞りを含む任意の形状のアイリス絞りを達成できるという可能性である。

最近、メモリ効果を有する電気泳動粒子が発展してきている。例えば、「ＳＩＤ´０４（Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ），Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｐｅｒｓ」の１３３ページから１３５ページに「Ｑｕｉｃｋ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｌｉｑｕｉｄ ｐｏｗｄｅｒ ｄｉｓｐｌａｙ」が開示されている。このディスプレイに使用される粒子は、１０μｍ未満の径を有し、その応答時間は０．２ｍｓ未満である。そのディスプレイはメモリ効果を有する。こうした電気泳動粒子が本発明による可変アイリスに使用されると、粒子位置が変更されるときだけ電力が消費され、そのため消費電力が非常に低い。これは、モバイルアプリケーションにとって重要な側面である。

好ましくは、本発明による可変アイリスは画像取得装置又は画像投影装置、又は光学記憶媒体から読み取る及び／又はそこに書き込む装置に使用される。こうした画像取得装置の例は、デジタルスチルカメラ又はデジタルムービーカメラ、又は携帯電話のカメラである。画像投影装置は、フロント及びリアビデオプロジェクタを含む。光学記憶媒体から読み取る及び／又はそこに書き込む装置では、可変アイリスは、好ましくは、光の径を光学記憶媒体の型に適合させるために使用される。

よりより理解のために、本発明は図面を参照して以下の記述でさらに詳細に説明される。本発明はこの例示的な実施形態に限定されず、及び特定の特徴はまた、本発明の範囲を逸脱することなく適切に組み合わされる及び／又は改良されることを理解されたい。

図１及び図２は、電気泳動粒子を使用する本発明による可変アイリス１の基本的な概念図を示している。図１ａ）が開状態の可変アイリス１の側面図、図１ｂ）がその上面図であり、一方図２は（一部）閉状態の可変アイリス１の側面図である。図１ａ）からわかるように、荷電不透明粒子２は透明基板４、５及びリブ６から成るセル３に閉じ込められている。セル３は液体で満たされている。荷電不透明粒子２は、正電荷を有する。不透明粒子２は好ましくは、迷光を回避するので黒色粒子又は灰色粒子であるが、任意の他の色の粒子２も同様に使用できる。透明な環状電極７、８、９は、透明基板４、５上に配置される、つまり、第１の電極７及び第２の電極８が下部透明基板４に、及び第３の電極９が上部透明基板５に配置される。第１の環状電極７及び第２の環状電極８は、図１ｂ）に示されるように、中央の透明区域１２を取り囲む。

図１ａ）では、荷電不透明粒子２が第１の電極７上に配置される。この状態は、アース電圧を第１のスイッチ１１ａを介して第１の電極７に、及び正の電圧を第３のスイッチ１１ｃを介して第３の電極９に印加することにより達成される。矢印で示される入射光は、中央の透明区域１２及び第２の電極８を通過する。第２の電極８が第２のスイッチ１１ｂにより電源１０に結合されると、電圧は第２の電極８に印加され、及びいくつかの粒子２が第２の電極８に移動される。これは図２に示されている。この場合、第２の電極８が不透明粒子２で覆われるので、入射光は中央の透明区域１２だけを通過する。そのため装置は双安定のアイリス絞りであり、第１の電極７及び第３のスイッチ１１ｃにより電源１０と結合可能な第３の電極９は、可変アイリス１を「全開」状態に設定するために使用される。

上記例では、閉じ込められた粒子２の数に起因して、電圧が印加されると、第１の電極７及び第２の電極８は粒子２に完全に覆われる。従って、入射光が完全に遮断される。粒子２の数を削減することにより、入射光の減衰が制御できる。図１及び図２では第１の電極７及び第３の電極９は透明電極であるが、これらの電極７、９のうちの１つ又はその両方を不透明にすることも同様に可能である。しかし、第１の電極７が透明であるとき、第３の電極９は好ましくは同様に透明である。電極７、９のうちの１つ又はその両方が不透明である場合、第２の電極８の領域だけが、透明から不透明に切り替え可能である。

図１及び図２では、第３の電極９が第１の電極７と同一の寸法である。しかし、これは必須ではない。第３の電極９が透明である場合、それが上部基板５を完全に均一に覆う。さらに、２つ以上の電極が下部透明基板４上に配置できる。図３は、４つの環状電極７、８、１３、１４及び対応するスイッチ１１ａ、１１ｂ、１１ｄ、１１ｅを伴う下部透明基板４の例を示している。電圧が第１の電極７及び第２の電極８に印加されると、第４の電極１３及び第５の電極１４は透明のままである。電圧が第１の電極７、第２の電極８及び第４の電極１３に印加されると、第５の電極１４だけが透明のままである。しかし、電圧が第５の電極１４だけに印加される場合、第１の電極７、第２の電極８及び第４の電極１３が透明のままである。この場合、絞りの形状は環状である。

図面では、環状形状又はディスク形状の電極だけが示されている。しかし、例えば多角形といった任意の型の形状を使用することも可能である。長方形の電極が使用される場合、ブレのパターンも基本的に長方形である。この場合、長方形の電極の側面が画像センサ、例えばＣＣＤアレイの画素線に平行である場合、透過光線のブレもまた画素線に平行であり及び取り込み画像を容易に補正できる。同様に、本発明は円筒形状のセル３に限定されない。例えば立方体といった他の形状も使用できる。任意の形状のセル３に対して、任意の形状の電極が選択できる。

図４は、第３の電極９が上部透明基板５ではなく、リブ６上に配置されている例を示している。この場合、適切な電圧が第３の電極９に印加されると、荷電粒子２がリブ６上に配置され、及び可変アイリス１が第１の電極７及び第２の電極８で全開となる。リブ６が金属製のとき、リブ６自体が第３の電極９として使用できる。このことは図５に表されている。

図１及び図２を参照すると、荷電粒子２が正電荷を有することが記載されている。もちろん、負電荷を有する荷電粒子２を使用することも可能である。この場合、電極に印加される電圧が逆にされる必要がある。さらに、図６に示されるように、正及び負の荷電粒子２両方をセル３に閉じ込めることが可能である。これによりセル３内の全電荷が中和される。この場合、電界が電極７、８、９、１７を介して印加されない場合、粒子がくっつく。しかし、この効果はセル３の液状内の粒子２の移動性が限定されるために２〜３ヵ月後に起こり、及び通常使用に対する課題を構成していない。同じ理由で、重力又は加速度のような他の外力による粒子の相当な移動はもたらされない。しかし、長時間の効果を回避するために、電界は定期的にセル３に印加される。

更なる改良により、図７に示されるように、電極が誘電体層１５、１６で覆われる。誘電体層１５、１６は、セル３内の液体により引き起こされる浸食から電極を保護するのに役立つ。この図及びこれに続く図では、電源１０及びスイッチ１１ａ、１１ｂ、１１ｄ、１１ｅは示されない。

ときどき、粒子２の移動は摩擦により妨げられる。その摩擦を削減するために、図８ａ）に示されるように、基板４、５のいかなる表面とも接触せずにセル３の空間内で粒子２を移動させることが好ましい。この非接触移動を達成するために電極に印加される電圧の例示的なタイミングは、３つの電極を伴う可変アイリスに対する図８ｂ）に示されている。粒子２が最初に第２の電極８に配置されると、正の電圧が上部基板５上の第３の電極９に印加され、及びアース電圧が第２の電極８に印加される。粒子２を第１の電極７に移動させるために、正の電圧が第２の電極８に印加され、及びアース電圧が第３の電極９に印加される。しばらくして、粒子２が第３の電極９に向かって移動し及び液体内に分散されると、正の電圧がこの第３の電極９に印加され及びアース電圧が第１の電極７に印加される。この第３の電極９の「パルス」動作を使用して、粒子２はどの基板表面とも接触することなく移動される。

もちろん、３以上の電極が半径方向に配置できる。その後粒子２の非接触移動は、似た電圧パルスを第３の電極９に印加されるものとして印加することにより達成される。図９から図１１では、４つ、５つ、及び７つの電極を伴う可変アイリスのパルス動作が示されている。図９では、粒子２を第１の電極７に移動させるために、正の電圧が第２の電極８に印加され、及びアース電圧が第６の電極１７及び第３の電極９に印加される。しばらくして、粒子２が第６の電極１７に向かって移動すると、正の電圧が第６の電極１７及び第３の電極９に印加され、及びアース電圧が第１の電極７に印加される。同様に、図１０では、パルスが最初に第６の電極１７に、その後第２の電極に、そして最後に第３の電極９に印加される。同様に、図１１では、パルスを第２の電極８及び第３の電極９に印加する前にパルスが印加される２つの更なる電極１３及び１８が用いられる。

上記例では、電極は下部透明基板及び上部透明基板の両方に配置される。電極のパルス動作は、リブ６が電極として使用されるときにも同様に用いられる。

本発明による開状態の可変アイリスの側面図及び上面図を示している。 一部閉状態の可変アイリスを示している。 ４つの環状電極を有する可変アイリスを示している。 リブ上に配置された電極を有する可変アイリスを示している。 リブを電極として使用する可変アイリスを示している。 正及び負に電荷された粒子を両方使用する可変アイリスを示している。 電極上に誘電体層を有する可変アイリスを示している。 ３つの電極を有する可変アイリスのパルス動作を示している。 ４つの電極を有する可変アイリスのパルス動作を示している。 ５つの電極を有する可変アイリスのパルス動作を示している。 ７つの電極を有する可変アイリスのパルス動作を示している。

符号の説明

１ 可変アイリス
２ 荷電不透明粒子
３ セル
４ 透明基板
５ 透明基板
６ リブ
７ 第１の電極
８ 第２の電極
９ 第３の電極
１０ 電源
１１ スイッチ
１２ 透明区域
１３ 第４の電極
１４ 第５の電極
１５ 誘電体層
１６ 誘電体層
１７ 第６の電極

Claims (10)

1. １つ又はそれ以上のリブ（６）で分けられて、荷電不透明粒子（２）を閉じ込めるセル（３）を形成する第１の透明基板（４）及び第２の透明基板（６）を有し、
   前記第１の透明基板（４）には、前記荷電不透明粒子（２）に影響を与える少なくとも第１の電極（７）及び第２の電極（８）、及び前記荷電不透明粒子（２）に影響を与えるために前記電源（１０）に結合されるように適合された少なくとも第３の電極（９）が提供され、
   前記第１の電極（７）、前記第２の電極（８）、及び前記第３の電極（９）に印加される電圧が同一の又は反対の符号を有するように制御できる可変アイリス（１）において、
   電圧パルスを前記電極（７、８、９）に印加するパルスドライバを含むことを特徴とする可変アイリス（１）。
2. 前記第３の電極（９）が、前記第２の透明基板（５）又は前記リブ（６）上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の可変アイリス（１）。
3. 前記リブ（６）が、前記第３の電極（９）を形成することを特徴とする請求項１に記載の可変アイリス（１）。
4. 正及び負に電荷された不透明粒子（２）の両方が前記セル（３）に閉じ込められることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の可変アイリス（１）。
5. 前記第１の透明基板（４）及び前記第２の透明基板（５）の少なくとも１つが誘電体層（１５、１６）で覆われることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の可変アイリス（１）。
6. １つ又はそれ以上のリブ（６）で分けられて、第１の符号の荷電不透明粒子（２）を閉じ込めるセル（３）を形成する第１の透明基板（４）及び第２の透明基板（５）を有し、
   前記第１の透明基板（４）には、前記荷電不透明粒子（２）に影響を与える電源（１０）に結合されるように適合された少なくとも第１の電極（７）及び第２の電極（８）、及び前記荷電不透明粒子（２）に影響を与える前記電源（１０）に結合されるように適合される少なくとも第３の電極（９）が提供される可変アイリス（１）を動作させる方法において、
   前記第１の符号の電圧を前記第２の電極（８）及び前記第１の電極（７）に印加し、
   反対の符号の電圧パルスを前記第３の電極（９）に印加し、
   前記反対の符号の電圧を前記第１の電極（７）又は前記第３の電極（９）のどちらかに印加する工程を有することを特徴とする前記可変アイリス（１）を動作させる方法。
7. 続いて前記反対の符号の電圧パルスを前記第１の電極（７）及び前記第２の電極（８）間の更なる中間電極（１３、１４、１７、１８）に印加する工程をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 請求項１から５のいずれか１項に記載の可変アイリスを含むことを特徴とする光学記憶媒体から読み取る及び／又はそれに書き込む装置。
9. 請求項１から５のいずれか１項に記載の可変アイリスを含むことを特徴とする画像装置。
10. 請求項１から５のいずれか１項に記載の可変アイリスを含むことを特徴とする投影装置。

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