JP2008276177A - 液体レンズ用の光軸位置合せ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体レンズ用の光軸位置合せ装置を提供する。
【解決手段】光軸位置合せ装置は、透明の基体と、対向する電極構造体と、透明の絶縁層とを備えている。前記電極構造体は電界を提供できるとともに、電極中心軸を規定している。前記絶縁層はそれ自体が、前記電極中心軸を囲むように対向している光軸位置合せ構造を提供している。特に、前記電極構造体が前記電界を提供していない状態で、前記液体レンズにおける一つの光軸と前記電極中心軸とが略共軸となっている。
【選択図】図３

Description

本発明は光軸位置合せ装置に関し、しかも特に、本発明は液体レンズ用の光軸位置合せ装置（ｏｐｔｉｃａｌ ａｘｉｓ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）に関する。

一般的には、液体レンズは焦点距離（ｆｏｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ）が可変であるレンズのことを指す。光学系において、フォーカス調整可能なレンズは概ね機械式フォーカス調整および電子式フォーカス調整の二種類に分けることができる。機械式フォーカス調整のレンズは、レンズ本体の前後の伸縮変化によりフォーカス調整の目的を達成する。ますます薄型・小型化しているデジタルカメラまたは撮影機能付の携帯電話機にとっては、機械式フォーカス調整のレンズは厚すぎで、大きすぎるので、多くの薄型カメラでは電子式フォーカス調整のレンズが用いられている。
従来技術において、電子式フォーカス調整技術は液滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）をレンズとするとともに、エレクトロウェッティング現象（ｅｌｅｃｔｒｏ-ｗｅｔｔｉｎｇ）などのメカニズムで液滴の形状および曲率を調節することで、液滴の焦点距離を変えるものである。しかしながら、液滴の位置を固定しないと、液滴の光軸（ｏｐｔｉｃａｌ ａｘｉｓ）が左右にずれてしまい、このレンズが正確に焦点合せできなくなってしまう可能性がある。
従来における液滴を固定する方法の一つは、図１に示すように、液滴１２をベル状の立体構造１４の凹部に配置して、液滴１２を動かないようにしている。液滴を固定する他の方法は、図２に示すように、液滴２２を液体チャンバ（ｆｌｕｉｄ ｃｈａｍｂｅｒ）２０内に配置して、更に液滴２２を補助的に固定する他の液体２４を入れるというものである。二種類の液体は非相溶性であるので、表面張力のバランスが取れた後、図２に示すような円弧状の界面が出現する。
上記した従来技術の欠点は、ハードウェアの製作方式が複雑すぎて、製作コストが嵩むという物である。上記問題を解決するために、本考案では、液体レンズ用の光軸位置合せ装置を提供する。

本発明の範囲は、液体レンズ用の光軸位置合せ装置を提供するところにある。前記液体レンズは封入液体（ｓｅａｌｉｎｇ ｌｉｑｕｉｄ）と、レンズ液体（ｌｅｎｓ ｌｉｑｕｉｄ）とを備えている。本発明に係る好ましい具体的な実施例においては、前記光軸位置合せ装置は透明の基体（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）と、対向する電極構造体（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と、透明の絶縁層（ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）とを備えている。
前記透明の基体は上面を有している。前記電極構造体は前記基体の前記上面に形成されている。前記電極構造体は電界を提供できるとともに、それ自体が電極中心軸（ｃｅｎｔｒａｌ ａｘｉｓ）を規定している。前記絶縁層は前記基体の前記上面に形成されるとともに、前記電極構造体を被覆している。更に詳しく言えば、前記絶縁層はそれ自体が、前記電極中心軸を囲むように対向している光軸位置合せ構造を提供している。このうち、前記レンズ液体は前記光軸位置合せ構造上に配設されている。また、前記封入液体は前記液体レンズを満たすとともに前記レンズ液体を包んでいる。これにより、前記電極構造体が前記電界を提供していない状態で、前記液体レンズにおける一つの光軸と前記電極中心軸とが略共軸となっている。
本発明に係る他の好ましい具体的な実施例は液体レンズである。前記液体レンズは、収容チャンバ（ｃｈａｍｂｅｒ）と、対向する電極構造体と、透明の絶縁層と、レンズ液体と、封入液体とを備えている。前記収容チャンバは上面を有する透明の基体を備えており、前記基体は前記収容チャンバ内に配置されている。前記電極構造体は前記基体の上面に形成されている。前記電極構造体は電界を提供できるとともに、それ自体が電極中心軸を規定している。前記絶縁層は前記基体の前記上面に形成されるとともに、前記電極構造体を被覆している。更に詳しく言えば、前記絶縁層はそれ自体が、前記電極中心軸を囲むように対向している光軸位置合せ構造を提供している。前記封入液体は前記収容チャンバを満たすとともに前記レンズ液体を包んでいる。これにより、前記電極構造体が前記電界を提供していない状態で、前記液体レンズにおける一つの光軸と前記電極中心軸とが略共軸となっている。また、前記電極構造体が提供する前記電界により、前記レンズ液体の曲率が調整され得る。
従来技術に比べて、本発明に係る液体レンズ用の光軸位置合せ装置は、光軸を効果的に位置合せすることができる。本発明に係る光軸位置合せ装置および液体レンズの構造および実現する方式はいずれも従来技術に比べて単純であるので、ハードウェア製作のコストを削減することができる。また、技術の観点から見たとき、本発明に係る光軸位置合せ装置はその他異なる動作原理の液体レンズにも応用することができる。
本発明の長所および技術的思想は、下記する発明の詳細な説明および図面により、より一層明確になる。

図３を参照されたい。図３は本発明に係る好ましい具体的な実施例における液体レンズ３００内に用いられる光軸位置合せ装置３０２の概略図を示す。前記液体レンズ３００は封入液体３０８と、レンズ液体３０６とを備えている。
具体的な実施例において、前記封入液体３０８および前記レンズ液体３０６は非相溶性であり（ｉｍｍｉｓｃｉｂｌｅ）非導電性であるとともに、液体間の重力の影響を無視して、液体レンズに一定の形を持たせることができるように、前記レンズ液体３０６の密度が前記封入液体３０８の密度と略同じとすることができるものである。
前記封入液体３０８は第１の誘電性液体とするとともに、前記レンズ液体３０６は第２の誘電性液体とすることができる。例えば、前記第１の誘電性液体は光学オイル（ｏｐｔｉｃａｌ ｏｉｌ）とするとともに、前記第２の誘電性液体は数種類の多価アルコール（ｐｏｌｙｈｙｄｒｉｃ ａｌｃｏｈｏｌ）の混合物とすることができる。封入液体３０８（光学オイル）の屈折率は比較的大きいので、このように組合わせた液体レンズ３００は凹レンズとすることができる。または、前記第１の誘電性液体は数種類の多価アルコールの混合物とするとともに、前記第２の誘電性液体は前記光学オイルとすることができる。封入液体３０８（数種類の多価アルコールの混合物）の屈折率は比較的小さいので、このように組合わせた液体レンズ３００は凸レンズとすることができる。
他の具体的な実施例において、前記封入液体３０８および前記レンズ液体３０６のうちの一つは導電性を有することができる。同様に、前記封入液体３０８および前記レンズ液体３０６は非相溶性であるうえ、前記レンズ液体３０６の密度は前記封入液体３０８の密度と略同じとなる。
図３に示すように、前記光軸位置合せ装置３０２は透明の基体３０２０と、対向する電極構造体３０２２と、透明の絶縁層３０２４とを備えている。前記透明の基体３０２０は上面を有している。前記電極構造体３０２２は前記基体３０２０の前記上面に形成されている。前記電極構造体３０２２は電界を提供できるとともに、それ自体が電極中心軸３０２Ａを規定しており、前記透明の絶縁層３０２４も前記電極中心軸３０２Ａをその中心軸としている。
具体的な実施例において、前記電極構造体３０２２は複数の同心円を形成する形式とすることができる。
前記絶縁層３０２４は前記基体３０２０の前記上面に形成されるとともに、前記電極構造体３０２２を被覆している。更に詳しく言えば、前記絶縁層３０２４はそれ自身が、前記電極中心軸３０２Ａを囲むように対向している光軸位置合せ構造を提供している。実際の応用においては、前記光軸位置合せ構造は平坦面（ｐｌａｔｆｏｒｍ）または窪み領域とすることができるとともに、前記光軸位置合せ構造の形態（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）は円形または楕円形とすることができる。
図４Ａないし図４Ｄは、可能な光軸位置合せ構造の平面図を示している。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、前記平坦面４０の形態は円形または楕円形とすることができ、図４Ｃおよび図４Ｄに示すように、このうちのドット状の領域は前記窪み領域４２を意味し、そして前記窪み領域４２の形態もまた円形または楕円形とすることができる。
前記レンズ液体３０６は前記光軸位置合せ構造上に配設されている。また、前記封入液体３０８は前記液体レンズ３００を満たすとともに前記レンズ液体３０６を包んでいる。これにより、前記電極構造体３０２２が前記電界を提供していない状態で、前記液体レンズ３００における一つの光軸（図示しない）と前記電極中心軸３０２Ａとが略共軸となっている。言い換えれば、前記絶縁層３０２４は特定のパターン（光軸位置合せ構造）を有することで、前記液体レンズ３００の前記光軸と前記電極中心軸３０２Ａとの間の偏移角または位置ずれは無視することができる。
再度図３を参照されたい。図３は本発明に係る他の好ましい具体的な実施例の液体レンズの概略図を示している。前記液体レンズ３００は透明の基体３０２０と、対向する電極構造体３０２２と、透明の絶縁層３０２４と、収容チャンバ３０４と、レンズ液体３０６と、封入液体３０８とを備えている。前記収容チャンバ３０４は上面を有する透明の基体３０２０を備え、前記基体３０２０は収容チャンバ３０４内に配置されている。
具体的な実施例において、前記封入液体３０８および前記レンズ液体３０６は非相溶性であり（ｉｍｍｉｓｃｉｂｌｅ）非導電性であるとともに、液体間の重力の影響を無視して、液体レンズに一定の形を持たせることができるように、前記レンズ液体３０６の密度が前記封入液体３０８の密度と略同じとすることができるものである。
前記封入液体３０８は第１の誘電性液体とするとともに、前記レンズ液体３０６は第２の誘電性液体とすることができる。例えば、前記第１の誘電性液体は光学オイル（ｏｐｔｉｃａｌ ｏｉｌ）とするとともに、前記第２の誘電性液体は数種類の多価アルコール（ｐｏｌｙｈｙｄｒｉｃ ａｌｃｏｈｏｌ）の混合物とすることができる。封入液体３０８（光学オイル）の屈折率は比較的大きいので、このように組合わせた液体レンズ３００は凹レンズとすることができる。または、前記第１の誘電性液体は数種類の多価アルコールの混合物とするとともに、前記第２の誘電性液体は前記光学オイルとすることができる。封入液体３０８（数種類の多価アルコールの混合物）の屈折率は比較的小さいので、このように組合わせた液体レンズ３００は凸レンズとすることができる。
他の具体的な実施例において、前記封入液体３０８および前記レンズ液体３０６のうちの一つは導電性を有することができる。同様に、前記封入液体３０８および前記レンズ液体３０６は非相溶性であるうえ、前記レンズ液体３０６の密度は前記封入液体３０８の密度と略同じとなる。
前記電極構造体３０２２は前記基体３０２０の前記上面に形成されている。前記電極構造体３０２２は電界を提供できるとともに、それ自体が電極中心軸３０２Ａを規定しており、前記透明の絶縁層３０２４も前記電極中心軸３０２Ａをその中心軸としている。
具体的な実施例において、前記電極構造体３０２２は複数の同心円を形成する形式とすることができる。
前記絶縁層３０２４は前記基体３０２０の前記上面に形成されるとともに、前記電極構造体３０２２を被覆している。更に詳しく言えば、前記絶縁層３０２４はそれ自身が、前記電極中心軸３０２Ａを囲むように対向している光軸位置合せ構造を提供している。実際の応用においては、前記光軸位置合せ構造は平坦面または窪み領域とすることができるとともに、前記光軸位置合せ構造の形態は円形または楕円形とすることができる。
図４Ａないし図４Ｄは、可能な光軸位置合せ構造の平面図を示している。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、前記平坦面４０の形態は円形または楕円形とすることができ、図４Ｃおよび図４Ｄに示すように、このうちのドット状の領域は前記窪み領域４２を意味し、そして前記窪み領域４２の形態もまた円形または楕円形とすることができる。
前記レンズ液体３０６は前記光軸位置合せ構造上に配設されている。前記封入液体３０８は前記収容チャンバ３０４を満たすとともに前記レンズ液体３０６を包んでいる。これにより、前記電極構造体３０２２が前記電界を提供していない状態で、前記液体レンズ３００における一つの光軸と前記電極中心軸３０２Ａとが略共軸となっている。しかも、前記電極構造体３０２２が提供する前記電界により、前記レンズ液体３０６の曲率が調整され得る。言い換えれば、前記レンズ液体３０６における接触角（ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｇｌｅ）が調整可能となることで、前記液体レンズ３００の焦点距離を変える効果を達成している。
図５は本発明に係る他の好ましい具体的な実施例における液体レンズの概略図である。図５は図３と概ね同じであるので、ここでは別途説明はしない。ただし図５における光軸位置合せ構造の形態は窪み領域となっている。
図６を参照されたい。図６は本発明に係る好ましい具体的な実施例における液体レンズおよび光軸位置合せ構造を持たない液体レンズにて、光軸偏移角度の測定を行って得られたグラフを示している。図中の横軸は前記電極構造体に印加する外部電圧により、前記電極構造体が供給可能な電界を表わしており、縦軸は液体レンズの光軸の偏移角度を表わしている。ひし形の記号の曲線は位置合せ構造を持たない液体レンズを表わし、三角形の記号および円形の記号の曲線は、本発明に係る円形平坦面の光軸位置合せ構造、および円形窪み領域の光軸位置合せ構造を有する液体レンズをそれぞれ表わしている。図６に示すように、本発明に係る液体レンズはいずれも光軸の偏移角度が小さい。特に、前記電極構造体が電界を提供していない状態では、本発明に係る液体レンズの光軸と前記電極中心軸との間の偏移角度または位置ずれは無視することができる。言い換えれば、前記液体レンズの前記光軸と前記電極中心軸とは略共軸であるということである。
従来技術に比べて、本発明に係る液体レンズ用の光軸位置合せ装置は、光軸を効果的に位置合せすることができる。本発明に係る光軸位置合せ装置および液体レンズの構造および実現する方式はいずれも従来技術に比べて単純であるので、ハードウェア製作のコストを削減することができる。また、技術の観点から見たとき、本発明に係る光軸位置合せ装置は、例えばエレクトロウェッティング現象を応用した液体レンズなどといったその他異なる動作原理の液体レンズにも応用することができる。
上記した好ましい具体的な実施例の詳細な説明によって、本発明の特徴および技術的思想がより明確となり、そして上記で開示した好ましい具体的な実施例で本発明の範囲を限定するものではないということが明記されている。反対に、その目的は各種改変および均等的なアレンジは、本発明が求める特許請求の範囲内に含まれることを望むところにある。

従来技術における液滴を固定する方法である。 従来技術における液滴を固定する方法である。 本発明に係る好ましい具体的な実施例における液体レンズ概略図であり、しかも図中の光軸位置合せ構造が平坦面である。 可能な光軸位置合せ構造の平面図である。 可能な光軸位置合せ構造の平面図である。 可能な光軸位置合せ構造の平面図である。 可能な光軸位置合せ構造の平面図である。 本発明に係る他の好ましい具体的な実施例における液体レンズの概略図であり、しかも図中の光軸位置合せ構造が窪み領域である。 本発明に係る好ましい具体的な実施例における液体レンズおよび光軸位置合せ構造を持たない液体レンズにて、光軸偏移角度の測定を行って得られたグラフである。

符号の説明

１２：液滴 １４：ベル状の立体構造
２０：液体チャンバ ２２：液滴
２４：液体 ３００、５００：液体レンズ
３０２、５０２：光軸位置合せ装置 ３０２０、５０２０：基体
３０２２、５０２２：電極構造体 ３０２４、５０２４：絶縁層
３０４、５０４：収容チャンバ ３０６、５０６：レンズ液体
３０２Ａ、５０２Ａ：電極中心軸 ３０８、５０８：封入液体
４０：平坦面 ４２：窪み領域

Claims (18)

1. 液体レンズ（ｌｉｑｕｉｄ ｌｅｎｓ）用の光軸位置合せ装置（ｏｐｔｉｃａｌ ａｘｉｓ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）であって、前記液体レンズは封入液体（ｓｅａｌｉｎｇ ｌｉｑｕｉｄ）と、レンズ液体（ｌｅｎｓ ｌｉｑｕｉｄ）とを備えており、前記光軸位置合せ装置は、
   上面を有する透明の基体（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）と、
   前記基体の前記上面に形成されており、電界を提供できるとともに、それ自体が電極中心軸を規定している、対向する電極構造体（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と、
   前記基体の前記上面に形成されるとともに、前記電極構造体を被覆しており、それ自体が、前記電極中心軸を囲むように対向している光軸位置合せ構造を提供している透明の絶縁層（ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）と、を備え、
   前記レンズ液体は前記光軸位置合せ構造上に配設されており、前記封入液体は前記液体レンズを満たすとともに前記レンズ液体を包んでおり、
   これにより、前記電極構造体が前記電界を提供していない状態で、前記液体レンズにおける一つの光軸と前記電極中心軸とが略共軸となっている、ことを特徴とする光軸位置合せ装置。
   
2. 前記光軸位置合せ構造が、平坦面（ｐｌａｔｆｏｒｍ）または窪み領域である、ことを特徴とする請求項１に記載の光軸位置合せ装置。
   
3. 前記光軸位置合せ構造の形態（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）が、円形または楕円形である、ことを特徴とする請求項１に記載の光軸位置合せ装置。
   
4. 前記電極構造体が、複数の同心円を形成する形式である、ことを特徴とする請求項１に記載の光軸位置合せ装置。
   
5. 前記封入液体および前記レンズ液体は非相溶性であり（ｉｍｍｉｓｃｉｂｌｅ）非導電性であるとともに、前記レンズ液体の密度が前記封入液体の密度と略同じである、ことを特徴とする請求項１に記載の光軸位置合せ装置。
   
6. 前記封入液体が第１の誘電性液体であるとともに、前記レンズ液体が第２の誘電性液体である、ことを特徴とする請求項５に記載の光軸位置合せ装置。
   
7. 前記第１の誘電性液体が光学オイル（ｏｐｔｉｃａｌ ｏｉｌ）であるとともに、前記第２の誘電性液体が数種類の多価アルコール（ｐｏｌｙｈｙｄｒｉｃ ａｌｃｏｈｏｌ）の混合物である、ことを特徴とする請求項６に記載の光軸位置合せ装置。
   
8. 前記第１の誘電性液体が数種類の多価アルコールの混合物であるとともに、前記第２の誘電性液体が光学オイルである、ことを特徴とする請求項６に記載の光軸位置合せ装置。
   
9. 前記封入液体および前記レンズ液体が非相溶性であるうえ、前記レンズ液体の密度が前記封入液体の密度と略同じとなり、前記封入液体および前記レンズ液体のうちの一つが導電性を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の光軸位置合せ装置。
   
10. 液体レンズ（ｌｉｑｕｉｄ ｌｅｎｓ）であって、
    上面を有する透明の基体（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）を備えており、前記透明の基体がその中に配置されている収容チャンバ（ｃｈａｍｂｅｒ）と、
    前記基体の前記上面に形成されており、電界を提供できるとともに、それ自体が電極中心軸を規定している、対向する電極構造体（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と、
    前記基体の前記上面に形成されるとともに、前記電極構造体を被覆しており、それ自体が、前記電極中心軸を囲むように対向している光軸位置合せ構造を提供している透明の絶縁層（ｉｎｓｕｌａｔｉんｇ ｌａｙｅｒ）と、
    前記光軸位置合せ構造上に配設されているレンズ液体（ｌｅｎｓ ｌｉｑｕｉｄ）と、
    前記収容チャンバを満たすとともに前記レンズ液体を包んでいる封入液体（ｓｅａｌｉｎｇ ｌｉｑｕｉｄ）とを、を備え、
    これにより、前記電極構造体が前記電界を提供していない状態で、前記液体レンズにおける一つの光軸と前記電極中心軸とが略共軸となるとともに、前記電極構造体が提供する前記電界により、前記レンズ液体の曲率が調整され得る、ことを特徴とする液体レンズ。
    
11. 前記光軸位置合せ構造が、平坦面（ｐｌａｔｆｏｒｍ）または窪み領域である、ことを特徴とする請求項１０に記載の液体レンズ。
    
12. 前記光軸位置合せ構造の形態（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）が、円形または楕円形である、ことを特徴とする請求項１０に記載の液体レンズ。
    
13. 前記電極構造体が、複数の同心円を形成する形式である、ことを特徴とする請求項１０に記載の液体レンズ。
    
14. 前記封入液体および前記レンズ液体は非相溶性であり（ｉｍｍｉｓｃｉｂｌｅ）非導電性であるとともに、前記レンズ液体の密度が前記封入液体の密度と略同じである、ことを特徴とする請求項１０に記載の液体レンズ。
    
15. 前記封入液体が第１の誘電性液体であるとともに、前記レンズ液体が第２の誘電性液体である、ことを特徴とする請求項１４に記載の液体レンズ。
    
16. 前記第１の誘電性液体が光学オイル（ｏｐｔｉｃａｌ ｏｉｌ）であるとともに、前記第２の誘電性液体が数種類の多価アルコール（ｐｏｌｙｈｙｄｒｉｃ ａｌｃｏｈｏｌ）の混合物である、ことを特徴とする請求項１５に記載の液体レンズ。
    
17. 前記第１の誘電性液体が数種類の多価アルコールの混合物であるとともに、前記第２の誘電性液体が光学オイルである、ことを特徴とする請求項１５に記載の液体レンズ。
    
18. 前記封入液体および前記レンズ液体が非相溶性であるうえ、前記レンズ液体の密度が前記封入液体の密度と略同じとなり、前記封入液体および前記レンズ液体のうちの一つが導電性を有する、ことを特徴とする請求項１０に記載の液体レンズ。