JP2009175539A - Liquid prism and projector using the same - Google Patents
Liquid prism and projector using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009175539A JP2009175539A JP2008015353A JP2008015353A JP2009175539A JP 2009175539 A JP2009175539 A JP 2009175539A JP 2008015353 A JP2008015353 A JP 2008015353A JP 2008015353 A JP2008015353 A JP 2008015353A JP 2009175539 A JP2009175539 A JP 2009175539A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid
- container
- prism
- conductive
- interface
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Projection Apparatus (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)
Abstract
Description
本発明は、液体の界面を利用して光を屈折させる液体プリズムに関し、特に、エレクトロウェッティングによって液体の界面を駆動させるように構成された液体プリズムに関する。 The present invention relates to a liquid prism that refracts light using a liquid interface, and more particularly, to a liquid prism configured to drive a liquid interface by electrowetting.
液体プリズムは、互いに屈折率が異なり、且つ、互いに混じりあわない、2つの液体間の界面又は液体と気体の間の界面における光の屈折を利用する光学素子である。界面の傾斜角及び最大傾斜方向は、エレクトロウェッティングによって駆動させる。エレクトロウェッティングとは、電極と液体の間に電位差を与えることで、液体の電極に対する見かけの接触角を変化させる現象である(非特許文献1)。界面の傾斜角及び最大傾斜方向を変化させることにより、光の屈折角及び屈折方向を変化させることができる。液体プリズムの従来例は、特許文献2、非特許文献2などに記載されている。また、特許文献1には、携帯機器用プロジェクタの例が記載されている。
The liquid prism is an optical element that utilizes the refraction of light at the interface between two liquids or the interface between a liquid and a gas, which have different refractive indexes and are not mixed with each other. The tilt angle and the maximum tilt direction of the interface are driven by electrowetting. Electrowetting is a phenomenon in which an apparent contact angle of a liquid with respect to an electrode is changed by applying a potential difference between the electrode and the liquid (Non-Patent Document 1). By changing the inclination angle and the maximum inclination direction of the interface, the refraction angle and refraction direction of light can be changed. Conventional examples of the liquid prism are described in
液体プリズムでは、エレクトロウェッティングによって界面の傾斜角及び最大傾斜方向を変化させる。しかしながら、エレクトロウェッティングでは、電極面に対する液面の接触角の可変範囲に制限がある。従って、光軸に対する界面の傾斜角には制限がある。そのため、入射光に対する出射光の屈折角には制限がある。 In the liquid prism, the tilt angle and the maximum tilt direction of the interface are changed by electrowetting. However, in electrowetting, the variable range of the contact angle of the liquid surface with respect to the electrode surface is limited. Therefore, there is a limit to the inclination angle of the interface with respect to the optical axis. Therefore, there is a limit to the refraction angle of the outgoing light with respect to the incident light.
本発明の目的は、入射光に対する出射光の屈折角を大きくすることができる液体プリズム(光軸可変素子)を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a liquid prism (optical axis variable element) capable of increasing the refraction angle of outgoing light with respect to incident light.
本発明の液体プリズムでは、次の条件を満たすように、導電性液体と電極の間に印加する電圧が制御される。
(1)液界面は平面である。
(2)液界面の最大傾斜線は、容器の角部のうち、互いに最も離れた2つの角部を通る。従って、液界面の最大傾斜線は、容器の2つの角部を通るが、容器の側面を通らない。容器の断面が、互いに直交する長軸と短軸を有する図形の場合、液界面は、容器の断面を短軸回りに回転させて得られる面であり、液界面の最大傾斜線は、断面の長軸を短軸回りに回転させて得られる線である。
In the liquid prism of the present invention, the voltage applied between the conductive liquid and the electrode is controlled so as to satisfy the following condition.
(1) The liquid interface is a plane.
(2) The maximum inclination line of the liquid interface passes through two corners farthest from each other among the corners of the container. Thus, the maximum slope of the liquid interface passes through the two corners of the container but not through the side of the container. When the cross section of the container is a figure having a major axis and a minor axis perpendicular to each other, the liquid interface is a surface obtained by rotating the cross section of the container around the minor axis, and the maximum inclination line of the liquid interface is the cross section of the cross section. It is a line obtained by rotating the major axis around the minor axis.
本発明の液体プリズムによると、入射光に対する出射光の屈折角を大きくすることができる。 According to the liquid prism of the present invention, the refraction angle of outgoing light with respect to incident light can be increased.
図1を参照して、本発明の液体プリズムを説明する。本発明の液体プリズムは、容器100と、その内部に封入された導電性液体10と絶縁性液体11を有する。導電性液体10と絶縁性液体11は界面12で接している。導電性液体10と絶縁性液体11は、互いに混じり合わず、且つ、互いに屈折率が異なる。
The liquid prism of the present invention will be described with reference to FIG. The liquid prism of the present invention has a
容器100は、第1面101と、第2面102と、少なくとも3つの側面(図1には2つの側面103a、103cのみが示されている)からなる。液体プリズムの光軸200を、図示のように、第1面101及び第2面102を通る、容器100の中心軸線に沿って設定する。
The
容器100を、光軸200に垂直な面で切断した断面の形状は、正方形、長方形、菱形、多角形等の点対称図形であってよいが、直角三角形、2等辺三角形等の非点対称図形であってもよい。第1面101と第2面102は、光軸200に垂直に配置されている。複数の側面103a、103cは、光軸200に平行に配置されてよい。この場合、容器の断面形状は、光軸に垂直な複数の面で切断すると、全て同一となる。しかしながら、複数の側面103a、103cは、光軸200に平行でなくてもよい。この場合、容器の断面形状は、光軸に垂直な複数の面で切断すると、互いに相似形であるが異なる寸法の形状となる。例えば、第1面101から第2面102の方向に沿って、容器の断面が小さくなるように構成してよい。容器の形状の例は後に説明する。
The shape of the cross section obtained by cutting the
複数の側面103a、103cの内面には、それぞれ電極(図1には2つの電極104a、104cのみが示されている)が設けられている。電極を覆うように、電極の内面に、それぞれ絶縁膜(図1には2つの絶縁膜106a、106cのみが示されている)が設けられている。更に、絶縁膜を覆うように、絶縁膜の内面に、それぞれ撥水膜(図1には2つの撥水膜107a、107cのみが示されている)が設けられている。撥水膜が十分な絶縁性を有する場合には、絶縁膜は不要である。第1面101の内面には共通電極105が設けられている。共通電極105は、導電性液体10に接触している。
Electrodes (only two
共通電極105と複数の電極104a、104cの間に、それぞれ電源(図1には2つの電源108a、108cのみが示されている)が接続されている。電源によって、共通電極105に接触している導電性液体10と電極104a、104cの間に、それぞれ電圧が印加される。エレクトロウェッティングによって、容器100の側面に対する、導電性液体10の接触角が変化する。電源108a、108cからの電圧を調節することによって、容器100の側面の各々における、導電性液体10の接触角を所望の値に変化させることができる。こうして、光軸200に対する界面12の傾斜角及び最大傾斜方向を所望の値に設定することができる。図示のように、第2面102を経由して、光軸200に沿って入射された光は、界面12にて屈折し、第1面101を経由して出射される。入射光201に対する出射光202のなす角、即ち、屈折角αは、導電性液体10と絶縁性液体11の屈折率、及び、液界面12の傾斜角に依存する。
A power source (only two
本例の液体プリズムでは、導電性液体10は共通電極105に接触するように、第1面101側に配置されている。即ち、容器100を、3次元空間内にて、どのような回転方向及び回転位置に配置しても、導電性液体10は絶縁性液体11より分離し、且つ、共通電極105に接触するように、第1面101側に配置される。導電性液体10を第1面101側に配置するために、任意の物理現象、例えば、付着力を利用してもよい。この場合、第1面101の材質として、導電性液体10の付着力が大きいものを選択し、第2面102の材質として、絶縁性液体11の付着力が大きいもの選択する。
In the liquid prism of this example, the
本例の液体プリズムの構成部材の材料について説明する。第1面101及び第2面102の材料は、液体プリズムへの入射光201を透過させることができる材質であればどのようなものであってもよい。例えば、入射光201が可視光の場合、第1面101及び第2面102は、ガラス又はアクリルによって構成してよい。絶縁膜106a、106cは、SiO2、parylene(商品名)などをCVDにより成膜したものでよい。撥水膜107a、107cは、フッ素系材料であるサイトップ(商品名)やAF1601(商品名)などをディップコートもしくはスピンコートで成膜したものでよい。
The material of the constituent member of the liquid prism of this example will be described. The material of the
導電性液体10と絶縁性液体11は、互いに交じり合わず、且つ、屈折率が異なる液体であればよい。例えば、導電性液体10は、水、塩化カリウムなどの電解質を溶解した水溶液でよい。絶縁性液体11はシリコーンオイルやフッ素系オイルなどのオイルや、デカンやドデカンなどの有機溶媒などでよい。また、導電性液体10と絶縁性液体11は、第1面101及び第2面102と同様に、入射光201の波長を透過する材質である。
The
図2を参照して本発明の特徴を詳細に説明する。図2Aは、本例の液体プリズムの容器100の側面と、容器の内部に収納された導電性液体10と絶縁性液体11のみを示す斜視図である。本例の容器100は4つの側面103a、103b、103c、103dを有し、光軸200に垂直な面で切断した容器の断面は4辺形である。電極104a、104b、104c、104d、絶縁膜106a、106b、106c、106d、撥水膜107a、107b、107c、107d、及び、共通電極105の図示は省略されている。
The features of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2A is a perspective view showing only the side surface of the
導電性液体10の接触角について説明する。界面12の4つの辺、即ち、界面12が4つの側面103a、103b、103c、103dと接触する接触線を、それぞれ、12a、12b、12c、12dとする。導電性液体10の接触角は、界面12の4つの接触線における、界面12と側面のなす角として定義される。図示のように、側面103a、103b、103c、103dに対する導電性液体10の接触角を、それぞれθa、θb、θc、θdとする。例えば、側面103aに対する導電性液体10の接触角θaは、接触線12aにおける界面12と側面103aのなす角である。容器100を、接触線12aに垂直な面によって切断したとき、その切断面において、界面12と側面103aのなす角が、側面103aにおける導電性液体10の接触角θaである。他の接触角θb、θc、θdも、同様に求められる。
The contact angle of the
接触角θa、θb、θc、θdの各々は、絶縁膜106a、106b、106c、106d、及び、撥水膜107a、107b、107c、107dの各々の比誘電率と厚さに依存する。更に、接触角θa、θb、θc、θdの各々は、導電性液体10と電極104a、104b、104c、104dの間に印加される電圧に、それぞれ依存する。
Each of the contact angles θa, θb, θc, and θd depends on the relative dielectric constant and thickness of each of the insulating
図2Bは、容器100を光軸200に垂直な面で切断した断面形状を示す。図示のように、容器100の断面は、4つの頂点14a、14b、14c、14dを有する菱形である。容器100の断面は、菱形の短軸に沿った短い対角線13aと長軸に沿った長い対角線13bを有し、両者の交点を光軸200が通る。頂点14bを挟む2つの側面103b、103cのなす角、即ち、頂点角をβとする。
FIG. 2B shows a cross-sectional shape of the
図2Cは、容器100の長い対角線13bと光軸200Cの両者を通る面によって切断した、容器100の断面を示す。光軸200に垂直な面に対する液界面12の傾斜角をφとする。液界面12は、容器100の断面を短い対角線13a回りに傾斜させた平面である。液界面12の最大傾斜線は、長い対角線13bを短い対角線13a回りに傾斜させた線である。液体プリズムへの入射光201は、液体プリズムの光軸200に沿って、第2面102から入射され、液界面12により屈折し、第1面101を通って、液体プリズムの外へ出射される。入射光201に対する出射光202の屈折角はαである。
FIG. 2C shows a cross section of the
4つの電極104a、104b、104c、104dに対してそれぞれ電圧を印加すると、エレクトロウェッティングにより接触角θa、θb、θc、θdがそれぞれ変化する。すなわち、電源108a、108b、108c、108dの電圧によって光軸200に対する液界面12の角度φを操作可能である。液界面12の角度φを調節することにより、所望の屈折角αを得ることができる。
When voltages are respectively applied to the four
本発明によると、液面12の傾斜角φの最大値を、従来の液体プリズムと比較して、より大きくすることができる。本発明によると、液界面は次の条件を有する。
(1)液界面は平面である。
(2)液界面の最大傾斜線は、容器の角部のうち、互いに最も離れた2つの角部を通る。従って、液界面の最大傾斜線は、容器の2つの角部を通るが、容器の側面を通らない。容器の断面が、互いに直交する長軸と短軸を有する図形の場合、液界面は、容器の断面を短軸回りに回転させて得られる面であり、液界面の最大傾斜線は、断面の長軸を短軸回りに回転させて得られる線である。
According to the present invention, the maximum value of the inclination angle φ of the
(1) The liquid interface is a plane.
(2) The maximum inclination line of the liquid interface passes through two corners farthest from each other among the corners of the container. Thus, the maximum slope of the liquid interface passes through the two corners of the container but not through the side of the container. When the cross section of the container is a figure having a major axis and a minor axis perpendicular to each other, the liquid interface is a surface obtained by rotating the cross section of the container around the minor axis, and the maximum inclination line of the liquid interface is the cross section of the cross section. It is a line obtained by rotating the major axis around the minor axis.
この2つの液面条件を満たすために必要な条件を説明する。本例では、容器100の断面は菱形である。従って、頂点14aの両側の隣り合う2つの側面103a、103bに対する接触角θa、θbは等しく、頂点14cの両側の隣り合う2つの側面103c、103dに対する接触角θc、θdは等しい。
θa=θb、且つ、θc=θd 式1
The conditions necessary for satisfying these two liquid level conditions will be described. In this example, the cross section of the
θa = θb and θc =
更に、頂点14bの両側の隣り合う2つの側面103b、103cに対する接触角θbとθcの和は180゜となり、頂点14dの両側の隣り合う2つの側面103a、103dに対する接触角θa、θdの和は180゜となる。
θb+θc=θa+θd=180゜ 式2
Further, the sum of the contact angles θb and θc for the two adjacent side surfaces 103b and 103c on both sides of the
θb + θc = θa + θd = 180 °
このように、接触角を設定することにより、上述の2つの条件が満たされる。4つの側面103a、103b、103c、103dに装着された絶縁膜106a、106b、106c、106dの比誘電率と厚さが全て等しく、撥水膜107a、107b、107c、107dの比誘電率と厚さが全て等しいと仮定する。4つの側面における接触角が、式1及び式2の関係を満たすためには、電極104aと電極104bに同一の電圧を印加し、電極104cと電極104dに同一の電圧を印加すればよい。こうして、4つの電極に、所定の電圧を印加することにより、各側面におけるエレクトロウェッティングを制御することができる。即ち、エレクトロウェッティングにより、それぞれの接触角を調整することができる。それによって、上述の2つの条件を満たす液界面を得ることができる。
Thus, the above-mentioned two conditions are satisfied by setting the contact angle. The relative dielectric constants and thicknesses of the insulating
図3を参照して、容器の断面形状と液面12の傾斜角φの関係を説明する。容器100の断面は4辺形であり、その頂点角βが90゜、120゜、150゜、180゜の4つの場合について、側面103aに対する導電性液体10の接触角θaと液界面の傾斜角φの関係を計算した。図3Aは、接触角θaと液界面の傾斜角φの関係を示す図である。横軸は、側面103aにおける接触角θa、縦軸は、液界面の傾斜角φである。接触角θaの最小値は60゜である。即ち、接触角θaは60゜〜180゜の範囲で可変である。
The relationship between the cross-sectional shape of the container and the inclination angle φ of the
側面103aにおける接触角θaを所定の値に設定し、容器の頂点角βを90°より大きくすると、液界面の傾斜角φが大きくなることが判る。例えば、接触角θaを60゜とする。容器の頂点角βが90゜のとき、液界面の傾斜角φは45°である。即ち、容器の断面が正方形であり、側面103aにおける接触角θaを60゜とすると、液界面の傾斜角φは45°となる。
It can be seen that when the contact angle θa on the
しかしながら、容器の頂点角βが120°のとき、即ち、容器の断面が菱形の場合、液界面の傾斜角φは45゜以上(もしくは90゜)となる。尚、接触角θaが90゜のとき、液界面の傾斜角φは0°となる。また、液界面の傾斜角φが負の値のとき、図2Cの断面図において、液界面12が左下−右上に傾いた状態となる。
However, when the apex angle β of the container is 120 °, that is, when the cross section of the container is rhombus, the inclination angle φ of the liquid interface is 45 ° or more (or 90 °). When the contact angle θa is 90 °, the inclination angle φ of the liquid interface is 0 °. Further, when the tilt angle φ of the liquid interface is a negative value, the
図3Bは、導電性液体10と電極の間に印加する電圧と液界面の傾斜角φの関係を示す図である。横軸は、側面103aに装着された電極104aと導電性液体10の間の印加電圧V、縦軸は、液界面の傾斜角φである。容器100の断面は4辺形であり、その頂点角βが90゜、120゜、150゜、180゜の4つの場合について、印加電圧Vと液界面の傾斜角φの関係を計算した。尚、液体の電極面に対する接触角と液体と電極との電位差の関係は非特許文献1に記載されている。
FIG. 3B is a diagram showing the relationship between the voltage applied between the
絶縁膜106a、106b、106c、106d、及び、撥水膜107a、107b、107c、107dの材料として、電荷を有さない材料を用いてよいが、電荷を有する材料を用いてもよい。
As materials for the insulating
絶縁膜106a、106b、106c、106d、及び、撥水膜107a、107b、107c、107dが電荷を有さない場合、導電性液体10と電極の間の電位差、即ち、印加電圧Vは、電源(図1には2つの電源108a、108cのみが示されている。)の電圧に等しい。電源の電圧をVbとすると、V=Vbである。
When the insulating
本例では、絶縁膜を兼ねる撥水膜を比誘電率2.1、厚さ300nmのサイトップとし、印加電圧Vがゼロのときの側面103aに対する導電性液体10の接触角θaを180゜、導電性液体10と絶縁性液体11の界面張力を40mN/mとして計算した。
In this example, the water repellent film also serving as an insulating film is a Cytop having a relative dielectric constant of 2.1 and a thickness of 300 nm, and the contact angle θa of the conductive liquid 10 with respect to the
絶縁膜106a、106b、106c、106d、及び、撥水膜107a、107b、107c、107dが電荷を有する場合、印加電圧Vは、絶縁膜、及び、撥水膜の電位差と、電源電圧の和に等しい。絶縁膜、及び、撥水膜の電位差を、Viとすると、V=Vi+Vbである。絶縁膜106a、106b、106c、106d、又は、撥水膜107a、107b、107c、107dをエレクトレットによって構成することができる。エレクトレットは電荷を有する。エレクトレット電位をVelとする。印加電圧Vは、V=Vel+Vbとなる。電源電圧がゼロ(Vb=0)のとき、導電性液体10と電極の間にエレクトレット電位が印加される。印加電圧Vがエレクトレット電位に等しいとき、即ち、電源電圧がゼロのとき(Vb=0)、側面に対する導電性液体12の接触角が90゜であると仮定する。電源電圧がゼロのとき(Vb=0)、液界面12は入射光201に対して垂直となり、電源電圧がゼロでないのとき(Vb≠0)、液界面12が傾斜する。
When the insulating
再び図3Bに戻る。頂点角βが90゜、120゜、150゜、180゜のいずれであっても、液界面の傾斜角φが0゜となる電圧が存在する。本例では、印加電圧が37.5ボルトのとき、液界面の傾斜角φが0゜となる。液界面の傾斜角φが0゜となる電圧は、絶縁膜及び撥水膜の比誘電率と厚さに依存する。更に、印加電圧Vを増加させると、液界面の傾斜角φは増加する。更に、頂点角βが大きいほど、印加電圧Vに対する液界面の傾斜角φの増加率は大きい。 Returning to FIG. 3B again. Regardless of the vertex angle β being 90 °, 120 °, 150 ° or 180 °, there is a voltage at which the inclination angle φ of the liquid interface becomes 0 °. In this example, when the applied voltage is 37.5 volts, the inclination angle φ of the liquid interface is 0 °. The voltage at which the inclination angle φ of the liquid interface becomes 0 ° depends on the relative dielectric constant and thickness of the insulating film and the water repellent film. Further, when the applied voltage V is increased, the tilt angle φ of the liquid interface increases. Furthermore, as the vertex angle β is larger, the increasing rate of the tilt angle φ of the liquid interface with respect to the applied voltage V is larger.
図3A及び図3Bによって、容器の頂点角βが90°より大きいと、液界面の傾斜角φを大きくすることができることが判る。例えば、容器の断面が、正方形の場合より菱形のほうが、液界面の傾斜角φを大きくすることができる。 3A and 3B, it can be seen that the inclination angle φ of the liquid interface can be increased when the apex angle β of the container is larger than 90 °. For example, when the cross section of the container is a square, the rhomboid can increase the inclination angle φ of the liquid interface.
上述の液面の条件を満たすなら、容器の断面は、正方形、又は、菱形でなくてもよい。以下に、容器の断面が、正方形、又は、菱形でない場合を説明する。 As long as the above liquid level conditions are satisfied, the cross section of the container may not be square or rhombus. Below, the case where the cross section of a container is not a square or a rhombus is demonstrated.
図4は、本発明による液体プリズムの第2の例を示す。図4は、本例の容器100を光軸200に垂直な面で切断した断面形状を示す。図示のように、容器100の断面は、4つの頂点14a、14b、14c、14dを有する4辺形であるが、4つの辺の長さは同一ではない。容器100の断面は、2つの頂点14b、14dの間を結ぶ短い対角線13aと、2つの頂点14a、14cの間を結ぶ長い対角線13bを有し、両者は直交する。両者の交点を光軸200が通る。容器100の断面は、長い対角線13bに対して対称な4辺形である。従って、頂点14aを通る稜線を挟む2つの側面103a、103bは同一の寸法を有し、頂点14cを通る稜線を挟む2つの側面103c、103dは同一の寸法を有する。
FIG. 4 shows a second example of a liquid prism according to the present invention. FIG. 4 shows a cross-sectional shape obtained by cutting the
液界面12は、容器100の断面を短い対角線13a回りに傾斜させた平面である。長い対角線13bと光軸200の両者を通る面と、液界面12の交線が、液界面12の最大傾斜線である。即ち、液界面12の最大傾斜線は、頂点14aを通る稜線と頂点14cを通る稜線の間を結ぶ直線である。
The
上述の液界面の条件を満たすように、4つの側面における導電性液体10の接触角を設定する。本例では、上述の式1を満たすが、式2は成立しない。しかしながら、式2の代わりに、θa+θd=θb+θcとなる関係が成立する。こうして、本例の液体プリズムでは、液界面12の傾斜角φを大きくすることができる。
The contact angles of the
図5は、本発明による液体プリズムの第3の例を示す。図5は、本例の容器100を光軸200に垂直な面で切断した断面形状を示す。図示のように、容器100の断面は、6つの頂点14a、14b、14c、14d、14e、14fを有する6辺形であるが、6つの辺の長さは同一ではない。本例の容器は、図2に示した断面が菱形の容器を2つに分割し、その間に、互いに平行な2つの側面を挿入することによって得られる。容器100の断面は、2つの頂点14a、14dの間を結ぶ対角線13bを有し、その中点を光軸200が通る。容器100の断面は、対角線13bに対して対称な6辺形である。従って、頂点14aを通る稜線を挟む2つの側面103a、103bは同一の寸法を有し、頂点14dを通る稜線を挟む2つの側面103c、103dは同一の寸法を有する。また、両側の2つの側面103e、103fは、互いに平行であり、且つ、同一の寸法を有する。
FIG. 5 shows a third example of a liquid prism according to the present invention. FIG. 5 shows a cross-sectional shape of the
容器100の断面上にて、対角線13bの中点を通り、対角線13bに直交する軸13aを設定する。液界面12は、容器100の断面を、軸13a回りに傾斜させた平面である。長い対角線13bと光軸200の両者を通る面と、液界面12の交線が、液界面12の最大傾斜線である。即ち、液界面12の最大傾斜線は、頂点14aを通る稜線と頂点14dを通る稜線の間を結ぶ直線である。
On the cross section of the
上述の液界面の条件を満たすように、6つの側面における導電性液体10の接触角を設定する。側面103e、103fが光軸200に平行であるとする。この場合、側面103e、103fに対する導電性液体10の接触角を90゜に設定する。他の側面103a、103b、103c、103dに対する導電性液体10の接触角は、図2に示した例の場合と同様に設定する。こうして、本例の液体プリズムでは、液界面12の傾斜角φを大きくすることができる。
The contact angles of the
ここでは、容器100の断面は6辺形であるが、より多くの辺を有する多角形とすることができる。この場合、側面103e、103fをそれぞれ、複数の側面によって構成すればよい。例えば、側面103e、103fをそれぞれ、3角柱によって置き換えることによって、容器100の断面を、8辺形とすることができる。
Here, the cross section of the
図6は、本発明による液体プリズムの第4の例を示す。図6は、本例の容器100を光軸200に垂直な面で切断した断面形状を示す。図示のように、容器100の断面は、3つの頂点14a、14b、14cを有する2等辺3角形である。本例の容器は、図2に示した断面が菱形の容器を、長い対角線13bと光軸200Cの両者を通る面によって切断することによって得られる。頂点14bを通る稜線を挟む2つの側面103b、103cは同一の寸法を有する。容器100の断面上にて、頂点14bより、2つの頂点14a、14cを結ぶ底辺の中点に垂線13aを下ろす。この垂線13aの中点を、光軸200が通る。
FIG. 6 shows a fourth example of a liquid prism according to the present invention. FIG. 6 shows a cross-sectional shape of the
液界面12は、容器100の断面を、軸13a回りに傾斜させた平面である。液界面12の最大傾斜線は、頂点14aを通る稜線と頂点14cを通る稜線の間を結ぶ直線である。即ち、液界面12の最大傾斜線は、液界面12が側面103aと接触する接触線である。
The
上述の液界面の条件を満たすように、3つの側面における導電性液体10の接触角を設定する。側面103aが光軸200に平行であるとする。この場合、側面103aに対する導電性液体10の接触角を90゜に設定する。他の側面103b、103cに対する導電性液体10の接触角は、図2に示した例の場合と同様に設定する。こうして、本例の液体プリズムでは、液界面12の傾斜角φを大きくすることができる。
The contact angles of the
図7は、本発明による液体プリズムの第4の例を示す。図7Aは、本例の容器100の上面を示す。図示のように、容器100の上面は、4つの頂点14a、14b、14c、14dを有する菱形である。容器100の上面は、2つの頂点14b、14dの間を結ぶ短い対角線13aと、2つの頂点14a、14cの間を結ぶ長い対角線13bを有し、両者の交点を光軸200が通る。
FIG. 7 shows a fourth example of a liquid prism according to the present invention. FIG. 7A shows the top surface of the
図7Bは、容器100の長い対角線13bと光軸200の両者を通る面によって切断した、容器100の断面を示す。本例では、4つの側面は光軸200に対して傾斜している。容器100を光軸200に垂直な面で切断した断面は、菱形であるが、切断する位置によって菱形の寸法は変化する。光軸200に垂直な面に対する液界面12の傾斜角をφとする。
FIG. 7B shows a cross section of the
容器100の断面上にて、対角線13aに平行な軸13cを設定する。液界面12は、容器100の断面を、軸13c回りに傾斜させた平面である。長い対角線13bと光軸200の両者を通る面と、液界面12の交線が、液界面12の最大傾斜線である。即ち、液界面12の最大傾斜線は、頂点14aを通る稜線と頂点14cを通る稜線の間を結ぶ直線である。
On the cross section of the
上述の液界面の条件を満たすように、4つの側面における導電性液体10の接触角を設定する。それによって、液界面12の傾斜角φを大きくすることができる。
The contact angles of the
図8を参照して、本発明による液体プリズムアレイの例を説明する。本例の液体プリズムアレイは、基板110に形成された複数の液体プリズムと、それらを接続する配線109を有する。各液体プリズムは、容器100と電極104a〜104dを有する。容器100の内部には、導電性液体と絶縁性液体が封入されている。全ての液体プリズムにおいて、入射光の方向、屈折角、及び、出射光の方向は同一である。即ち、全ての液体プリズムにおいて、光軸に沿った入射光は、第1面より入射し、所定の屈折角にて屈折し、出射光は、第2面を経由して出射する。
An example of a liquid prism array according to the present invention will be described with reference to FIG. The liquid prism array of this example includes a plurality of liquid prisms formed on the
液体プリズムは、半導体微細加工技術の応用によって、基板110に形成される。従って、容器100のサイズを小さくすることができる。また、駆動部である導電性液体10及び絶縁性液体11の質量を小さくし、液界面12の傾斜角の変化の応答速度を上げることが可能である。本例では、容器100の断面積が小さいため、液体プリズム内に入射する入射光201の光量が小さい。したがって、複数個の液体プリズムを配置すれば、入射光量の総量を大きくすることができる。この場合、全ての液体プリズムの液界面は、同一方向に駆動される。したがって、全ての液体プリズムにおいて、対応する電極には同一の電圧を印加する。全ての液体プリズムへの配線109は図示のように、櫛歯状にすることができる。容器100を同一の基板に形成する場合は、配線109は基板の第1面に形成することが可能である。
The liquid prism is formed on the
基板110として単結晶シリコンを用いることができる。単結晶シリコンの場合、ウェットエッチングによって、容器の側面を形成するとき、結晶の界面に沿って容器の側面が形成される。例えば、図2Aに示す断面が菱形の孔を形成することができ、2つの側面の間の頂点角βは、109.5゜となる。
Single crystal silicon can be used for the
図9を参照して本発明による液体プリズムを用いたプロジェクタの構成を示す。本例のプロジェクタは、光源301、垂直走査用液体プリズム302、水平走査用液体プリズム303、及び、それらを収納する筐体300を有する。本例のプロジェクタは、更に、光源と液体プリズムを駆動する駆動回路320、及び、電源321を有する。駆動回路320は、画像データ322を制御信号に変換する画像データ変換回路323、画像信号から変換された出力信号に応じて光源と液体プリズムの駆動信号を出力する制御回路324、制御回路の出力信号に基づいて光源301に駆動電圧を与える光源駆動ドライバ331、制御回路の出力信号に基づいて液体プリズム302、303に駆動電圧を与える液体プリズム駆動ドライバ332、333からなる。
Referring to FIG. 9, the configuration of a projector using a liquid prism according to the present invention is shown. The projector of this example includes a
光源301の出射光301aは、垂直走査用液体プリズム302によって垂直方向に走査され、水平走査用液体プリズム303によって水平方向に走査され、スクリーン上をラスタースキャンされる。走査位置に応じた光源301の光量の制御により、画像が形成される。
The emitted light 301a of the
光源301には、半導体レーザやLEDなどを用いることができる。特に光源301にLEDを用いた場合、光源から出射される光の拡がり角が大きいため、光源からの光を調整する光学系が必要である。
As the
図10は、光源からの光を調整する光学系の例を示す。本例の光学系は、光源301、集光レンズ304、垂直走査用液体プリズム302、水平走査用液体プリズム303、コリメートレンズ305、及び、筐体300を有する。光源301から出射された光は、集光レンズ304によって集光され、液体プリズム302、303に、それぞれ入射する。液体プリズム302、303から出射した光は、コリメートレンズ305によって拡がり角を絞られ、平行光線となって出射される。
FIG. 10 shows an example of an optical system that adjusts light from a light source. The optical system of this example includes a
図11を参照して本発明による液体プリズムを用いたプロジェクタの他の例の構成を示す。図10のプロジェクタは単色であるが、本例のプロジェクタはフルカラーを表示可能である。本例のプロジェクタは、赤、緑、青の3色の光源301A、301B、301Cを有する。赤の光源301Aに対して、水平走査用液体プリズム302A、垂直走査用液体プリズム303Aが設けられている。同様に、緑の光源301Bに対して、水平走査用液体プリズム302B、垂直走査用液体プリズム303Bが設けられ、青の光源301Cに対して、水平走査用液体プリズム302C、垂直走査用液体プリズム303Cが設けられている。これらの3色の液体プリズムは、筐体300に収納されている。
Referring to FIG. 11, a configuration of another example of a projector using a liquid prism according to the present invention is shown. Although the projector of FIG. 10 is a single color, the projector of this example can display full color. The projector of this example includes
3色の水平走査用液体プリズム302A、302B、302Cにおいて、入射光の方向、屈折角、及び、出射光の方向は同一である。即ち、3色の水平走査用液体プリズムにおいて、光軸に沿った入射光は、第1面より入射し、所定の屈折角にて屈折し、出射光は、第2面を経由して出射する。
In the three-color horizontal
3色の垂直走査用液体プリズム303A、303B、303Cにおいて、入射光の方向、屈折角、及び、出射光の方向は同一である。即ち、3色の垂直走査用液体プリズムにおいて、光軸に沿った入射光は、第1面より入射し、所定の屈折角にて屈折し、出射光は、第2面を経由して出射する。
In the three-color vertical
本例では、3色の光源光からの光が、スクリーン上の一点に照射されるように、光源301A、301B、301Cの波長に応じてそれぞれの液体プリズムの液界面角を調整する。この場合、一般的なラスタースキャンによる光走査で画像を形成する。
In this example, the liquid interface angles of the respective liquid prisms are adjusted according to the wavelengths of the
以上本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者により容易に理解されよう。 The example of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described example, and various modifications can be easily made by those skilled in the art within the scope of the invention described in the claims. Will be understood.
本発明の液体プリズムは、携帯機器の分野において、利用することができる。 The liquid prism of the present invention can be used in the field of portable devices.
10…導電性液体、11…絶縁性液体、12…液界面、13a…容器の断面の短い対角線、13b…容器の断面の長い対角線、100…容器、103a、103b、103c、103d、103e、103f…側面、104、104a、104b、104c、104d…電極、105…共通電極、106a、106b、106c、106d…絶縁膜、107a、107b、107c、107d…撥水膜、108a、108b、108c、108d…電源、109…配線、200…光軸、201…入射光、202…屈折光、300…筐体、301…光源、301a…光源14の出射光、301A…光源(赤)、301B…光源(緑)、301C…光源(青)、302A…光源(赤)垂直走査用液体プリズム、302B…光源(緑)垂直走査用液体プリズム、302C…光源(青)垂直走査用液体プリズム、303A…光源(赤)水平走査用液体プリズム、303B…光源(緑)水平走査用液体プリズム、303C…光源(青)水平走査用液体プリズム、304…集光レンズ、305…コリメートレンズ、320…駆動回路、321…電源、322…画像データ、323…画像データ変換回路、324…制御回路、331…光源駆動ドライバ、332、333…液体プリズム駆動ドライバ
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記電源装置は、前記導電性液体と前記絶縁性液体の液界面が平面となり、該液界面の最大傾斜線が、前記容器の角部のうち、互いに最も離れた2つの角部を通るように、前記電極の各々と前記導電性液体の間の電位差を変化させることを特徴とする液体プリズム。 A first surface through which incident light passes, a second surface through which outgoing light opposite to the first surface passes, at least three side surfaces arranged between the first surface and the second surface, the first surface, A container having an optical axis passing through the second surface; an electrode disposed on each inner surface of the side surface; and a conductive liquid and an insulating liquid which are enclosed in the container and are not mixed with each other and have different refractive indexes; In a liquid prism having a power supply device that changes a potential difference between each of the electrodes and the conductive liquid in order to change a contact angle of the conductive liquid on each of the side surfaces,
In the power supply device, a liquid interface between the conductive liquid and the insulating liquid is a flat surface, and a maximum inclined line of the liquid interface passes through two corners farthest from each other among corners of the container. A liquid prism that changes a potential difference between each of the electrodes and the conductive liquid.
前記液体プリズムの各々は、入射光が通過する第1面と該第1面と反対側の出射光が通過する第2面と上記第1面及び第2面の間に配置された少なくとも3つの側面と前記第1面及び第2面を通る光軸を有する容器と、前記側面の各々の内面に配置された電極と、前記容器に封入され互いに混じり合わず且つ互いに屈折率が異なる導電性液体及び絶縁性液体と、前記側面の各々における前記導電性液体の接触角を変化させるために、前記電極の各々と前記導電性液体の間の電位差を変化させる電源装置と、を有し、
前記電源装置は、前記導電性液体と前記絶縁性液体の液界面が平面となり、該液界面の最大傾斜線が、前記容器の角部のうち、互いに最も離れた2つの角部を通るように、前記電極の各々と前記導電性液体の間の電位差を変化させることを特徴とする液体プリズムアレイ。 In a liquid prism array having a substrate, a plurality of liquid prisms formed on the substrate, and wiring formed on the substrate,
Each of the liquid prisms includes at least three surfaces disposed between a first surface through which incident light passes, a second surface through which outgoing light on the opposite side of the first surface passes, and the first and second surfaces. A container having an optical axis passing through a side surface, the first surface and the second surface; an electrode disposed on each inner surface of the side surface; and a conductive liquid which is enclosed in the container and does not mix with each other and has a different refractive index. And an insulating liquid, and a power supply device that changes a potential difference between each of the electrodes and the conductive liquid in order to change a contact angle of the conductive liquid on each of the side surfaces,
In the power supply device, a liquid interface between the conductive liquid and the insulating liquid is a flat surface, and a maximum inclined line of the liquid interface passes through two corners farthest from each other among corners of the container. A liquid prism array that changes a potential difference between each of the electrodes and the conductive liquid.
前記液体プリズムの各々は、入射光が通過する第1面と該第1面と反対側の出射光が通過する第2面と上記第1面及び第2面の間に配置された少なくとも3つの側面からなる容器と、前記側面の各々の内面に配置された電極と、前記容器に封入され互いに混じり合わず且つ互いに屈折率が異なる導電性液体及び絶縁性液体と、前記側面の各々における前記導電性液体の接触角を変化させるために、前記電極の各々と前記導電性液体の間の電位差を変化させる電源装置と、を有し、
前記電源装置は、前記導電性液体と前記絶縁性液体の液界面が平面となり、該液界面の最大傾斜線が、前記容器の角部のうち、互いに最も離れた2つの角部を通るように、前記電極の各々と前記導電性液体の間の電位差を変化させることを特徴とするプロジェクタ。 In a projector having a plurality of light sources, and a horizontal scanning liquid prism and a vertical scanning liquid prism provided in each of the light sources,
Each of the liquid prisms includes at least three surfaces disposed between a first surface through which incident light passes, a second surface through which outgoing light on the opposite side of the first surface passes, and the first and second surfaces. A container composed of a side surface; an electrode disposed on an inner surface of each of the side surfaces; a conductive liquid and an insulating liquid which are sealed in the container and are not mixed with each other and have different refractive indexes; A power supply device that changes a potential difference between each of the electrodes and the conductive liquid to change a contact angle of the conductive liquid;
In the power supply device, a liquid interface between the conductive liquid and the insulating liquid is a flat surface, and a maximum inclined line of the liquid interface passes through two corners farthest from each other among corners of the container. A projector that changes a potential difference between each of the electrodes and the conductive liquid.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008015353A JP4834682B2 (en) | 2008-01-25 | 2008-01-25 | Liquid prism and projector using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008015353A JP4834682B2 (en) | 2008-01-25 | 2008-01-25 | Liquid prism and projector using the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009175539A true JP2009175539A (en) | 2009-08-06 |
JP4834682B2 JP4834682B2 (en) | 2011-12-14 |
Family
ID=41030679
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008015353A Expired - Fee Related JP4834682B2 (en) | 2008-01-25 | 2008-01-25 | Liquid prism and projector using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4834682B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016109835A (en) * | 2014-12-05 | 2016-06-20 | 大日本印刷株式会社 | Illumination device |
JP2018050747A (en) * | 2016-09-27 | 2018-04-05 | 株式会社トプコン | Optical device and ophthalmologic device |
US11513433B2 (en) | 2019-10-25 | 2022-11-29 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Lighting device and projection display apparatus |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11906767B2 (en) | 2021-09-21 | 2024-02-20 | Honeywell International Inc. | Light control system with hexagonal-shaped tunable optics |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004004818A (en) * | 2002-05-03 | 2004-01-08 | Hewlett-Packard Development Co Lp | Projector |
JP2004521389A (en) * | 2001-06-05 | 2004-07-15 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Display device based on attenuated total reflection |
JP2004333758A (en) * | 2003-05-06 | 2004-11-25 | Seiko Epson Corp | Display device, display method, and projector |
JP2005173609A (en) * | 2003-12-09 | 2005-06-30 | Hewlett-Packard Development Co Lp | Light modulator and method for controlling light by the light modulator |
JP2005539463A (en) * | 2002-09-25 | 2005-12-22 | インテル・コーポレーション | Fabrication of multiple piezoelectric thin film resonators on multiple silicon <110> wafers by crystal orientation dependent anisotropic etching |
JP2007062361A (en) * | 2005-08-01 | 2007-03-15 | Seiko Epson Corp | Electrostatic actuator, droplet discharge head, drive method of droplet discharge head, and manufacturing method of electrostatic actuator |
JP2007530997A (en) * | 2004-03-24 | 2007-11-01 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Birefringent optical system |
-
2008
- 2008-01-25 JP JP2008015353A patent/JP4834682B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004521389A (en) * | 2001-06-05 | 2004-07-15 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Display device based on attenuated total reflection |
JP2004004818A (en) * | 2002-05-03 | 2004-01-08 | Hewlett-Packard Development Co Lp | Projector |
JP2005539463A (en) * | 2002-09-25 | 2005-12-22 | インテル・コーポレーション | Fabrication of multiple piezoelectric thin film resonators on multiple silicon <110> wafers by crystal orientation dependent anisotropic etching |
JP2004333758A (en) * | 2003-05-06 | 2004-11-25 | Seiko Epson Corp | Display device, display method, and projector |
JP2005173609A (en) * | 2003-12-09 | 2005-06-30 | Hewlett-Packard Development Co Lp | Light modulator and method for controlling light by the light modulator |
JP2007530997A (en) * | 2004-03-24 | 2007-11-01 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Birefringent optical system |
JP2007062361A (en) * | 2005-08-01 | 2007-03-15 | Seiko Epson Corp | Electrostatic actuator, droplet discharge head, drive method of droplet discharge head, and manufacturing method of electrostatic actuator |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016109835A (en) * | 2014-12-05 | 2016-06-20 | 大日本印刷株式会社 | Illumination device |
JP2018050747A (en) * | 2016-09-27 | 2018-04-05 | 株式会社トプコン | Optical device and ophthalmologic device |
US11513433B2 (en) | 2019-10-25 | 2022-11-29 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Lighting device and projection display apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4834682B2 (en) | 2011-12-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100373174C (en) | Variable lens | |
CN100489599C (en) | Liquid crystal lens | |
US9513475B2 (en) | Electrowetting display device | |
JP4608546B2 (en) | Display element and electric device using the same | |
KR100818281B1 (en) | Electrowetting lens | |
KR102027586B1 (en) | Electrowetting display and method of manufacturing the same | |
US20130335799A1 (en) | Photoluminescence display device | |
US20210294179A1 (en) | Display panel, display device and terminal | |
US20130038922A1 (en) | Optical element, optical element array, display device, and electronic apparatus | |
JP2007057807A (en) | Optical element | |
KR20140028366A (en) | Electrowetting display device | |
JP4834682B2 (en) | Liquid prism and projector using the same | |
KR20030017661A (en) | Display device based on frustrated total internal reflection | |
JP2012042758A (en) | Liquid optical element array and stereoscopic image display | |
JP2006250977A (en) | Optical element | |
JP7325457B2 (en) | Color filter array for total internal reflection image display | |
JP5264386B2 (en) | Electrowetting display | |
JP2007086451A (en) | Optical element | |
JP2016050951A (en) | Concave fresnel lens and control method of concave fresnel lens | |
JP2006250974A (en) | Optical element | |
JP2022107681A (en) | Three-dimensional display apparatus | |
KR102003928B1 (en) | Variable focal length liquid crystal lens assembly and structure thereof | |
JP4997945B2 (en) | Liquid lens array | |
CN108387958B (en) | Liquid prism based on gravity effect | |
JP4218568B2 (en) | Spatial light modulation device, image display device, and projector |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100209 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110822 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110830 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110926 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140930 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |