JP2012128029A - Liquid lens and control method for the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid lens of which focal distance can be more highly accurately controlled by utilizing hysteresis characteristics and a control method of the liquid lens.SOLUTION: A liquid lens has hysteresis characteristics in which, between a first threshold value and a second threshold value of an applied voltage, a first range where a focal distance is different in a first operation for increasing the applied voltage and in a second operation for decreasing the applied voltage and the rate of change of the focal distance to the change in the applied voltage is smaller when performing the first operation than when performing the second operation, and a second range opposite to the first range are present. As to this liquid lens, when a change is made to the focal distance within the second range, the applied voltage value is placed in a state of equal to or more than the second threshold value once and then a control is made to change to a target voltage value, and when a change is made to the focal distance within the first range, the applied voltage value is placed in a state of equal to or less than the first threshold value once and then a control is made to change to a target voltage value.

Description

本発明は、可変焦点の液体レンズに関し、特にエレクトロウェッティング(電気毛管、以下EWと記す)現象を利用した液体レンズ及びこの液体レンズにおける光学特性の制御方法に関する。   The present invention relates to a variable focus liquid lens, and more particularly, to a liquid lens utilizing an electrowetting (hereinafter referred to as EW) phenomenon and a method for controlling optical characteristics of the liquid lens.

近年、光学素子として可変焦点の液体レンズが注目されている。液体レンズは、レンズを移動させる駆動機構を設けることなく、レンズそのものの光学特性を変化させることによって焦点距離を可変にする。液体レンズとしては、EW現象を用いた電気方式の駆動制御を行うものが、特許文献1等で提案されている。   In recent years, a variable focus liquid lens has attracted attention as an optical element. The liquid lens makes the focal length variable by changing the optical characteristics of the lens itself without providing a driving mechanism for moving the lens. As a liquid lens, one that performs electric drive control using the EW phenomenon has been proposed in Patent Document 1 and the like.

特許文献1に記載されたEW電気方式による液体レンズは、絶縁液体の液滴が、この液滴と互いに混和せず、且つ、異なる屈折率を有する導体液体と共に誘電体のチャンバに収容されて成る。チャンバの内壁には導体液体のぬれ性を向上させる表面処理が施されている。上記導体液体には、第1電極が接触している。一方、チャンバの外側表面には、円形の開口を有する第2の電極が配置されている。そして、第1及び第2の電極間に電圧を印加すると共に、印加電圧値を制御することによって、液滴の形状を変化させ、焦点距離を変化させることができる。   The liquid lens based on the EW electric method described in Patent Document 1 is configured such that a droplet of an insulating liquid is immiscible with the droplet and is contained in a dielectric chamber together with a conductive liquid having a different refractive index. . The inner wall of the chamber is subjected to a surface treatment for improving the wettability of the conductor liquid. The first electrode is in contact with the conductor liquid. On the other hand, a second electrode having a circular opening is disposed on the outer surface of the chamber. And while applying a voltage between 1st and 2nd electrodes and controlling an applied voltage value, the shape of a droplet can be changed and a focal distance can be changed.

国際公開番号WO1999/018456International Publication Number WO1999 / 018456

一方、上記EW電気方式による液体レンズは、第1及び第2の電極間に印加する電圧値を大きくして行った時と、小さくしていった時とで、同じ印加電圧値に対して焦点距離が異なる、所謂ヒステリシス特性を有することが知られている。   On the other hand, the liquid lens based on the EW electrical method is focused on the same applied voltage value when the voltage value applied between the first and second electrodes is increased and when it is decreased. It is known to have so-called hysteresis characteristics with different distances.

本発明の目的は、上記ヒステリシス特性を利用して、より高い精度で焦点距離の制御が可能な液体レンズ及びその制御方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a liquid lens capable of controlling the focal length with higher accuracy and its control method using the hysteresis characteristic.

上記目的を達成する本発明の液体レンズは、導電性又は有極性の第1の液体と、該第1の液体と混合せず、且つ第1の液体と異なる屈折率を有する絶縁性又は無極性の第2の液体とが、曲率を有する界面を形成するように収容された容器、前記第1の液体に接触した第1の電極、前記第2の液体に絶縁層を介して対向するように設けられた第2の電極、及び前記第1の電極と第2の電極との間に印加される印加電圧値を制御することによって焦点距離を変化させる電圧制御部を備えた液体レンズにおいて、前記印加電圧値が第1の閾値以下又は第1の閾値よりも大きい第2の閾値以上の場合には、印加電圧値に対応する1つの焦点距離となり、印加電圧値が第1の閾値よりも大きく、且つ、第2の閾値よりも小さい場合には、第1の閾値以下の状態から電圧値を大きくしていく第1の動作を行った時と、第2の閾値以上の状態から電圧値を小さくしていく第2の動作を行った時とで、焦点距離が異なり、且つ、前記第1及び第2の閾値にそれぞれ対応する第1及び第2の焦点距離の間に、印加電圧値の変化に対する焦点距離の変化率が第1の動作を行った時の方が第2の動作を行った時よりも小さい第1の範囲と、印加電圧値の変化に対する焦点距離の変化率が第2の動作を行った時の方が第1の動作を行った時よりも小さい第2の範囲とが存在するヒステリシス特性を有し、前記電圧制御部は、焦点距離が第1の範囲内又はそれよりも長い状態から第2の範囲内の目標とする焦点距離に変化させる場合には、印加電圧値を一旦、第2の閾値以上の状態とした後に、目標とする焦点距離に対応する電圧値に変化させる制御を行い、且つ、焦点距離が第2の範囲内又はそれよりも短い状態から第1の範囲内の目標とする焦点距離に変化させる場合には、印加電圧値を一旦、第1の閾値以下の状態とした後に、目標とする焦点距離に対応する電圧値に変化させる制御を行うことを特徴とする。   The liquid lens of the present invention that achieves the above object is a conductive or polar first liquid and an insulating or nonpolar material that does not mix with the first liquid and has a refractive index different from that of the first liquid. A container accommodated so as to form an interface having a curvature, a first electrode in contact with the first liquid, and the second liquid so as to face each other through an insulating layer. In the liquid lens including the provided second electrode and a voltage control unit that changes a focal length by controlling an applied voltage value applied between the first electrode and the second electrode. When the applied voltage value is equal to or less than the first threshold value or greater than or equal to the second threshold value, which is greater than the first threshold value, the focal length corresponds to the applied voltage value, and the applied voltage value is greater than the first threshold value. And less than the first threshold if less than the second threshold The focal length differs between when the first operation of increasing the voltage value from the state is performed and when performing the second operation of decreasing the voltage value from the state of the second threshold value or more, The rate of change of the focal length with respect to the change of the applied voltage value between the first and second focal lengths corresponding to the first and second threshold values is the first when the first operation is performed. The first range that is smaller than when the second operation is performed, and the rate of change of the focal length with respect to the change in the applied voltage value is smaller when the second operation is performed than when the first operation is performed. The voltage control unit changes the focal length from a state within or longer than the first range to a target focal length within the second range. After the applied voltage value is once set to a state equal to or higher than the second threshold value, the target focus is set. When the control is performed to change the voltage value corresponding to the separation, and the focal length is changed from the state within the second range or shorter than the target focal length within the first range, the applied voltage After the value is once brought to a state equal to or less than the first threshold value, control is performed to change the voltage value to a target focal length.

また、本発明の制御方法は、上記構成において、液体レンズを、焦点距離が第1の範囲内又はそれよりも長い状態から第2の範囲内の目標とする焦点距離に変化させる場合には、印加電圧値を一旦、第2の閾値以上の状態とした後に、目標とする焦点距離に対応する電圧値に変化させる制御を行い、且つ、前記液体レンズを、焦点距離が第2の範囲内又はそれよりも短い状態から第1の範囲内の目標とする焦点距離に変化させる場合には、印加電圧値を一旦、第1の閾値以下の状態とした後に、目標とする焦点距離に対応する電圧値に変化させる制御を行うことを特徴とする。   In the control method of the present invention, in the above configuration, when the liquid lens is changed from a state in which the focal length is within the first range or longer than the target focal length in the second range, After the applied voltage value is once brought to a state equal to or greater than the second threshold value, control is performed to change the voltage value to a voltage value corresponding to a target focal length, and the liquid lens has a focal length within a second range or When changing from a shorter state to a target focal length within the first range, the voltage corresponding to the target focal length is set after the applied voltage value is once less than the first threshold. Control is performed to change the value.

本発明によれば、より高い精度で焦点距離の制御を行うことができる。   According to the present invention, the focal length can be controlled with higher accuracy.

本発明の実施形態に係る液体レンズの概略断面図。1 is a schematic cross-sectional view of a liquid lens according to an embodiment of the present invention. 図1に記載の電圧制御部の構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of the voltage control part of FIG. 図1の実施形態における印加電圧と焦点距離との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the applied voltage and focal distance in embodiment of FIG. 図1の実施形態において目標とする焦点距離が第2の範囲にある場合の制御方法を説明する図。The figure explaining the control method in case the target focal distance exists in the 2nd range in embodiment of FIG. 図1の実施形態において目標とする焦点距離が第1の範囲にある場合の制御方法を説明する図。The figure explaining the control method in case the target focal distance exists in the 1st range in the embodiment of FIG. 図1の実施形態における液体レンズの制御の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of control of the liquid lens in embodiment of FIG.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明に係わるEW電気方式の液体レンズの一実施形態を示す概略断面図である。図1において、符号Oは液体レンズの光軸を示す。液体レンズは、この光軸Oに対して回転対称形状をなしている。上側部材1及び下側部材2はそれぞれ、透光性の平板部材から成る。これらの部材1及び2は、不図示の枠体或いはスペーサーによって所定の間隔を空けて互いに平行に配置され、液体レンズを保持する収容室(セル)を構成している。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of an EW electric type liquid lens according to the present invention. In FIG. 1, the symbol O indicates the optical axis of the liquid lens. The liquid lens has a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis O. Each of the upper member 1 and the lower member 2 is made of a translucent flat plate member. These members 1 and 2 are arranged in parallel with each other at a predetermined interval by a frame or a spacer (not shown), and constitute a storage chamber (cell) that holds a liquid lens.

下側部材2の内表面上には、円形の開口3aを有する第2の電極3が設けられている。この第2の電極3は、透明電極から成り、その開口は光軸Oに対して回転対称の形状を有する。第2の電極3の上には、絶縁層4が形成されている。そして、絶縁層4の上には、光軸Oを中心とした円形に撥水層5が形成され、この撥水層5を取り囲むように、絶縁層4上に親水層6が形成されている。これらの撥水層5及び親水層6が、収容室(セル)の内壁を構成している。   On the inner surface of the lower member 2, a second electrode 3 having a circular opening 3a is provided. The second electrode 3 is made of a transparent electrode, and its opening has a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis O. An insulating layer 4 is formed on the second electrode 3. A water-repellent layer 5 is formed in a circle around the optical axis O on the insulating layer 4, and a hydrophilic layer 6 is formed on the insulating layer 4 so as to surround the water-repellent layer 5. . These water repellent layer 5 and hydrophilic layer 6 constitute the inner wall of the storage chamber (cell).

上記の部材1及び2から構成された収容室(セル)には、導電性又は有極性の第1の液体7と、絶縁性又は無極性の第2の液体8とが収容されている。第1及び第2の液体は、互いに混合することなく、且つ、互いに異なる屈折率を有している。第2の液体8は疎水性を有し、撥水層5に接するように配置されている。これに対し、第1の液体7は親水性を有し、親水層6に接し、第2の液体8を取り囲むように収容室内に充填される。その結果、これらの液体の間には、Aに示すような曲率を有する界面が形成される。これらの液体は屈折率が異なるので、界面Aを透過する光に対して、レンズ作用を生じる。例えば、通常用いられる材料としては、絶縁性又は有極性である第2の液体8の方が、導電性又は有極性を有する第1の液体7よりも屈折率が大きい場合が多い。この場合には、液体レンズは凸レンズとして機能する。   The accommodation chamber (cell) composed of the members 1 and 2 contains a conductive or polar first liquid 7 and an insulating or nonpolar second liquid 8. The first and second liquids do not mix with each other and have different refractive indexes. The second liquid 8 has hydrophobicity and is disposed so as to contact the water repellent layer 5. On the other hand, the first liquid 7 has hydrophilicity and is filled in the accommodation chamber so as to contact the hydrophilic layer 6 and surround the second liquid 8. As a result, an interface having a curvature as indicated by A is formed between these liquids. Since these liquids have different refractive indexes, a lens action is generated for light transmitted through the interface A. For example, as a commonly used material, the refractive index of the second liquid 8 that is insulative or polar is often higher than that of the first liquid 7 that is conductive or polar. In this case, the liquid lens functions as a convex lens.

収容室(セル)の一部には孔が開けられ、ここに棒状電極から成る第1の電極9が挿入されて、第1の液体7と接触している。孔と第1の電極9との間は接着剤で封止され、収容室(セル)の密封性を維持している。第1の電極9と先に説明した第2の電極3との間には、電圧制御部10によって電圧が印加される。また、電圧制御部10は、第1及び第2の電極間に印加される印加電圧値を制御することができるように構成されている。また、電圧制御部10は、例えば液体レンズを搭載した光学装置の他の機器と信号のやり取りができるように構成されている。なお、電圧制御部10によって印加される電圧は、直流電圧でも良いが、絶縁層4への電荷注入を抑制するために、数10Hz〜数10KHzの交流電圧を用いるのが好ましい。   A hole is formed in a part of the storage chamber (cell), and a first electrode 9 made of a rod-like electrode is inserted therein and is in contact with the first liquid 7. The space between the hole and the first electrode 9 is sealed with an adhesive to maintain the sealing property of the storage chamber (cell). A voltage is applied by the voltage controller 10 between the first electrode 9 and the second electrode 3 described above. Moreover, the voltage control part 10 is comprised so that the applied voltage value applied between the 1st and 2nd electrodes can be controlled. The voltage control unit 10 is configured to exchange signals with other devices of the optical device equipped with a liquid lens, for example. The voltage applied by the voltage control unit 10 may be a DC voltage, but in order to suppress charge injection into the insulating layer 4, it is preferable to use an AC voltage of several tens Hz to several tens KHz.

図1の液体レンズにおいて、上側部材1及び下側部材2としては、例えばアクリル製の透明基板を用いることができる。第2の電極3は、例えば、下側部材2の内表面上に、スパッタリングによって酸化インジウムスズ(ITO)の薄膜を形成し、この薄膜をパターニングすることによって形成することができる。円形の開口3aは、絶縁材料によって埋め込まれ、電極の上面と同じ高さに平坦化されていることが望ましい。第2の電極3上の絶縁層4は、電圧制御部10の駆動電圧が高くならないよう、1μm以下の厚さであることが望ましい。このような絶縁層4としては、例えばLangmuir−Blodgett(LB)法で形成される膜(LB膜)を用いることができる。LB法を用いれば、常温、常圧で、均一な無欠陥の薄膜を得ることができる。また、絶縁層4として、キャストコート膜を用いることもできる。この膜は、有機や無機の化合物(好ましくはフッ素系やシリコン系の樹脂)を溶媒と共に、ディピングやスピンコートなどの手法を用いて、基板上に塗布することにより形成することができる。さらに、絶縁層4として、スパッタリングによって成膜した金属酸化物やシリコンなどの膜を用いることも可能である。   In the liquid lens of FIG. 1, for example, an acrylic transparent substrate can be used as the upper member 1 and the lower member 2. The second electrode 3 can be formed, for example, by forming a thin film of indium tin oxide (ITO) on the inner surface of the lower member 2 by sputtering and patterning the thin film. The circular opening 3a is preferably filled with an insulating material and flattened at the same height as the upper surface of the electrode. It is desirable that the insulating layer 4 on the second electrode 3 has a thickness of 1 μm or less so that the driving voltage of the voltage controller 10 does not increase. As such an insulating layer 4, for example, a film (LB film) formed by the Langmuir-Blodgett (LB) method can be used. If the LB method is used, a uniform defect-free thin film can be obtained at normal temperature and normal pressure. A cast coat film can also be used as the insulating layer 4. This film can be formed by applying an organic or inorganic compound (preferably a fluorine-based or silicon-based resin) onto a substrate together with a solvent using a technique such as dipping or spin coating. Further, as the insulating layer 4, a film made of metal oxide or silicon formed by sputtering can be used.

撥水層5は、例えば絶縁層4上に撥水処理剤を塗布することによって形成される。撥水処理剤としては、フッ素化合物等が好適に用いられる。この撥水層5は、第2の液体8に対する親和性(親和力)が、第1の液体7に対する親和性よりも大きくなる表面層を形成するものである。また、親水層6は、例えば絶縁層4上に親水処理剤を塗布することによって形成される。親水処理剤としては、界面活性剤、親水性ポリマー等が好適に用いられる。この他にも、一般的に知られた親水性材料を用いて、親水層6を形成しても良い。   The water repellent layer 5 is formed, for example, by applying a water repellent treatment agent on the insulating layer 4. As the water repellent agent, a fluorine compound or the like is preferably used. The water repellent layer 5 forms a surface layer in which the affinity (affinity) for the second liquid 8 is greater than the affinity for the first liquid 7. The hydrophilic layer 6 is formed, for example, by applying a hydrophilic treatment agent on the insulating layer 4. As the hydrophilic treatment agent, a surfactant, a hydrophilic polymer or the like is preferably used. In addition, the hydrophilic layer 6 may be formed using a generally known hydrophilic material.

第1の液体7としては、無機塩の水溶液や有機液体など、それ自体が導電性や有極性を有するもの、あるいは、イオン性成分を付加することによって導電性や有極性を持たせた液体が用いられる。一例として、水、エチルアルコール、食塩が所定比率で混合され、密度1.06、室温での屈折率1.38の電解液を用いることができる。なお、この例における密度や屈折率は一つの仕様として提示したものであり、特にこれに限定されない。   Examples of the first liquid 7 include an aqueous solution of an inorganic salt and an organic liquid such as a liquid having conductivity and polarity per se, or a liquid having conductivity and polarity by adding an ionic component. Used. As an example, an electrolytic solution in which water, ethyl alcohol, and sodium chloride are mixed at a predetermined ratio and has a density of 1.06 and a refractive index of 1.38 at room temperature can be used. In addition, the density and refractive index in this example are presented as one specification, and are not particularly limited thereto.

第2の液体8としては、無色透明で、液体レンズの使用温度範囲において第1の液体7と実質的に同じ密度を有している液体を用いることが望ましい。第1及び第2の液体の密度の差が大きいと、これらの液体の界面が非対称形状になってしまい、コマ収差が生じてしまう。ここで、実質的に同じ密度とは、両液体の密度の差が、高い方の液体の密度に対して1%未満であることを言う。第2の液体8としては、例えば、密度1.06、室温での屈折率1.49のシリコーンオイルを用いることができる。また、第2の液体8として、パラフィンオイルを用いることもできる。このように、第1の液体7と混合しない絶縁性または無極性の液体であれば、第2の液体8の種類は問わない。   As the second liquid 8, it is desirable to use a liquid that is colorless and transparent and has substantially the same density as the first liquid 7 in the operating temperature range of the liquid lens. If the difference in density between the first and second liquids is large, the interface between these liquids becomes asymmetrical, and coma aberration occurs. Here, “substantially the same density” means that the difference in density between the two liquids is less than 1% with respect to the density of the higher liquid. As the second liquid 8, for example, silicone oil having a density of 1.06 and a refractive index of 1.49 at room temperature can be used. Paraffin oil can also be used as the second liquid 8. As described above, the type of the second liquid 8 is not limited as long as it is an insulating or nonpolar liquid that does not mix with the first liquid 7.

図2は、図1に記載した本発明の実施形態における電圧制御部の構成例を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the voltage control unit in the embodiment of the present invention described in FIG. 1.

図2において、電圧制御部10は、制御演算、駆動信号の生成を行うCPU(中央処理装置)11、CPU11のバスに接続されるROM13とRAM14、実際の印加電圧を生成する電源15、DC/DCコンバータ16、電圧値を増幅するアンプ17及び18から構成されている。CPU11は、印加電圧の制御を行う、組み込み型のものである。CPU11は、印加電圧値、印加するタイミング及び、PWM制御の場合は印加電圧のデューティ比の制御を行う。また、本実施形態の液体レンズが、撮像装置等の光学装置に組み込まれている場合、CPU11は、この光学装置の他の機器と信号のやり取りを行うことによって、光学装置全体を制御する。   In FIG. 2, a voltage control unit 10 includes a CPU (Central Processing Unit) 11 that performs control calculation and drive signal generation, a ROM 13 and a RAM 14 that are connected to the bus of the CPU 11, a power supply 15 that generates an actual applied voltage, and a DC / DC It comprises a DC converter 16 and amplifiers 17 and 18 that amplify the voltage value. The CPU 11 is a built-in type that controls the applied voltage. The CPU 11 controls the applied voltage value, the application timing, and the duty ratio of the applied voltage in the case of PWM control. When the liquid lens of this embodiment is incorporated in an optical device such as an imaging device, the CPU 11 controls the entire optical device by exchanging signals with other devices of the optical device.

ROM13には、制御用の参照テーブル(LUT)やCPU11に各種制御を実行させるためのプログラムやデータが格納されている。ROM13としては、不揮発性のメモリであるフラッシュメモリ(Flash Memory)等が用いられる。RAM14には、CPU11が各種制御や処理を行うために用いるワークエリア、液体レンズの状態や装置の環境情報等が格納されている。RAM14としては、リフレッシュが必要なDRAMやリフレッシュ動作が不要なSRAM等、速度やコストを考慮して適したデバイスを用いる。   The ROM 13 stores a reference table (LUT) for control and programs and data for causing the CPU 11 to execute various controls. As the ROM 13, a flash memory that is a nonvolatile memory or the like is used. The RAM 14 stores a work area used for the CPU 11 to perform various controls and processes, the state of the liquid lens, environment information of the apparatus, and the like. As the RAM 14, a suitable device is used in consideration of speed and cost, such as a DRAM that requires refreshing or an SRAM that does not require refreshing.

電源15としては、乾電池や蓄電池等の直流電源が用いられる。電源15は、制御系であるCPU11やその周辺回路の他、液体レンズを始めとする他の制御機構の動作に必要な電力を供給する。DC/DCコンバータ16は、CPU11の制御信号に応じて電源15から供給される電圧を所望の電圧値へと昇圧する。エレクトロウェッティング動作を行うには、一般的には数百ボルトの電圧が必要となる。CPU11からの制御信号に応じて、電源15の出力電圧がDC/DCコンバータ16、アンプ17および18によって所望の電圧値、周波数、およびデューティで液体レンズに印加されるようになる。アンプ17は図1に示す液体レンズ内の第1の電極9に、アンプ18は第2の電極3にそれぞれ接続され、これらの電極間に電圧を印加する。   As the power source 15, a DC power source such as a dry battery or a storage battery is used. The power supply 15 supplies power necessary for the operation of the control system such as the liquid lens as well as the CPU 11 and its peripheral circuits which are control systems. The DC / DC converter 16 boosts the voltage supplied from the power supply 15 to a desired voltage value according to the control signal of the CPU 11. In order to perform the electrowetting operation, a voltage of several hundred volts is generally required. In response to the control signal from the CPU 11, the output voltage of the power supply 15 is applied to the liquid lens by the DC / DC converter 16 and the amplifiers 17 and 18 at a desired voltage value, frequency, and duty. The amplifier 17 is connected to the first electrode 9 in the liquid lens shown in FIG. 1, and the amplifier 18 is connected to the second electrode 3, and a voltage is applied between these electrodes.

次に、図1に示す実施形態の液体レンズの動作を説明する。まず、第1の液体7に電圧が印加されていない場合、この第1の液体7と第2の液体8との界面は図1において実線で示すAの状態である。ここで、界面Aの形状は、両液体間の界面張力、第1の液体7と撥水層5或いは親水層6との界面張力、第2の液体8と撥水層5或いは親水層6との界面張力、第2の液体8の体積によって決まる。本実施形態では、第2の液体8であるシリコーンオイルと撥水層5との界面張力が小さくなるように材料選定されている。すなわち、前記両材料間の濡れ性が高いため、第2の液体8が形成するレンズ状液滴の外縁は広がる性向を持ち、外縁が撥水層5の塗布領域に一致したところで安定する。一方、両液体は前述のごとく実質的に等しい密度を有するため、重力は作用しない。そのため、界面Aは球面となり、その曲率半径及び頂点の高さ(レンズの厚さ)は、第2の液体8の体積によって決まる。   Next, the operation of the liquid lens of the embodiment shown in FIG. 1 will be described. First, when a voltage is not applied to the first liquid 7, the interface between the first liquid 7 and the second liquid 8 is in the state A shown by the solid line in FIG. Here, the shape of the interface A includes the interfacial tension between the two liquids, the interfacial tension between the first liquid 7 and the water repellent layer 5 or the hydrophilic layer 6, and the second liquid 8 and the water repellent layer 5 or the hydrophilic layer 6. , And the volume of the second liquid 8. In this embodiment, the material is selected so that the interfacial tension between the silicone oil that is the second liquid 8 and the water repellent layer 5 is reduced. That is, since the wettability between the two materials is high, the outer edge of the lenticular droplet formed by the second liquid 8 has a tendency to spread, and is stabilized when the outer edge coincides with the application region of the water repellent layer 5. On the other hand, since both liquids have substantially the same density as described above, gravity does not act. Therefore, the interface A is a spherical surface, and the radius of curvature and the height of the apex (lens thickness) are determined by the volume of the second liquid 8.

一方、図1に示す電圧制御部10から第1の電極9を介して、第1の液体7と第2の電極3との間に電圧が印加されると、EW現象によって、第1の液体7と親水層6或いは撥水層5との界面エネルギーの釣り合いが変化する。そして、第1の液体7が親水層6と撥水層5との境界を乗り越えて、撥水層5が塗布された領域に侵入する。その結果、第2の液体8が作るレンズの底面の直径は減少し、両液体の界面は、実線Aに示す形状から、破線で示すBの形状へと変化する。本実施形態においては、第2の液体8が第1の液体7よりも高い屈折率を有しており、界面Aから界面Bへの状態(形状)変化によって、界面の曲率半径が小さくなるため、液体レンズの焦点距離が短くなる。つまり、この液体レンズは電圧の印加によって焦点距離が変化する、所謂可変焦点レンズとして機能する。   On the other hand, when a voltage is applied between the first liquid 7 and the second electrode 3 via the first electrode 9 from the voltage controller 10 shown in FIG. The balance of the interfacial energy between 7 and the hydrophilic layer 6 or the water repellent layer 5 changes. Then, the first liquid 7 gets over the boundary between the hydrophilic layer 6 and the water repellent layer 5 and enters the region where the water repellent layer 5 is applied. As a result, the diameter of the bottom surface of the lens formed by the second liquid 8 decreases, and the interface between the two liquids changes from the shape shown by the solid line A to the shape B shown by the broken line. In the present embodiment, the second liquid 8 has a higher refractive index than the first liquid 7, and the curvature radius of the interface becomes smaller due to the state (shape) change from the interface A to the interface B. The focal length of the liquid lens is shortened. In other words, the liquid lens functions as a so-called variable focus lens in which the focal length is changed by applying a voltage.

図1において、第1の電極9と第2の電極3との間に電圧を印加した時の接触角をθで示す。接触角θを、印加電圧Vの関数として表現したθ(V)は、絶縁層4の膜厚をd、絶縁層4の誘電率をε、第2の液体8の界面エネルギーをγ、真空の誘電率をεとすると、以下の(1)式で与えられる。
cosθ(V)−cosθ(0)=ε・ε・V/(2d・γ) …(1)
In FIG. 1, the contact angle when a voltage is applied between the first electrode 9 and the second electrode 3 is denoted by θ. Θ (V), which represents the contact angle θ as a function of the applied voltage V, is d for the thickness of the insulating layer 4, ε for the dielectric constant of the insulating layer 4, γ for the interfacial energy of the second liquid 8, and When the dielectric constant is ε 0 , the following equation (1) is given.
cos θ (V) −cos θ (0) = ε 0 · ε · V 2 / (2d · γ) (1)

(1)式から、電圧の印加によって接触角θが変化し、第1及び第2の液体の間の界面形状を制御できることがわかる。つまり、本実施形態においては、印加される電圧値によって、液体レンズの焦点距離が変化する。第1の電極9と第2の電極3との間に電圧を印加し、印加電圧値を徐々に大きくして行くと、液体レンズの焦点距離はだんだん短くなる。反対に、上記両電極間に大きな電圧値が印加されている状態から、徐々に電圧値を小さくして行くと、液体レンズの焦点距離はだんだん長くなる。このように、印加電圧値を変化させることによって、液体レンズの焦点距離を連続的に変化させることが出来る。   From equation (1), it can be seen that the contact angle θ changes with the application of a voltage, and the interface shape between the first and second liquids can be controlled. That is, in the present embodiment, the focal length of the liquid lens changes depending on the applied voltage value. When a voltage is applied between the first electrode 9 and the second electrode 3 and the applied voltage value is gradually increased, the focal length of the liquid lens becomes shorter. On the other hand, when the voltage value is gradually decreased from a state in which a large voltage value is applied between the two electrodes, the focal length of the liquid lens gradually increases. Thus, the focal length of the liquid lens can be continuously changed by changing the applied voltage value.

以上、本発明の前提となる液体レンズの構成及び動作の実施形態を説明したが、次に本発明の特徴である制御方法について説明する。本発明は、EW電気方式の液体レンズが持つヒステリシス特性を利用して、焦点距離を目的とする値に制御する場合に、より高い精度で制御を行えるようにするものである。まず、液体レンズのヒステリシス特性について、図3を用いて説明する。   The configuration and operation of the liquid lens that is the premise of the present invention have been described above. Next, the control method that is a feature of the present invention will be described. The present invention makes it possible to perform control with higher accuracy when the focal length is controlled to a target value by using the hysteresis characteristic of an EW electric type liquid lens. First, the hysteresis characteristic of the liquid lens will be described with reference to FIG.

図3(a)及び(b)は、図1の実施形態における印加電圧と焦点距離との関係を示す図である。図3(a)及び(b)において、横軸は図1に示す第1の電極9と第2の電極3との間に印加される電圧を示し、縦軸は液体レンズの焦点距離を示す。上記両電極間に電圧を印加していない状態において、液体レンズの焦点距離はFである。この状態から、図3(a)に示すように、両電極間に電圧を印加し、印加電圧値を大きくして行くと、焦点距離は曲線Cに従って徐々に短くなって行く。そして、一旦、第2の閾値V以上の電圧値を印加した後、印加電圧値を小さくして行くと、焦点距離は曲線Cにしたがって徐々に長くなって行く。更に、印加電圧値を小さくして行き、一旦、第1の閾値V以下の状態とした後、印加電圧値を大きくして行くと、焦点距離は再び曲線Cに従って変化する。このように、図1の液体レンズは、その界面挙動が非線形性、所謂ヒステリシス特性を示す。 3A and 3B are diagrams showing the relationship between the applied voltage and the focal length in the embodiment of FIG. 3A and 3B, the horizontal axis indicates the voltage applied between the first electrode 9 and the second electrode 3 shown in FIG. 1, and the vertical axis indicates the focal length of the liquid lens. . In a state where no voltage is applied between the two electrodes, the focal length of the liquid lens is F 0. From this state, as shown in FIG. 3 (a), a voltage is applied between the electrodes, the gradually increasing the applied voltage, the focal length gradually becomes shorter as the curve C 1. Then, once the voltage value equal to or higher than the second threshold value V 2 is applied and then the applied voltage value is decreased, the focal length gradually increases according to the curve C 2 . Furthermore, continue to decrease the applied voltage value once, after the first threshold value V 1 the following conditions, when the applied voltage is increased, the focal length changes according to curve C 1 again. As described above, the interface behavior of the liquid lens of FIG. 1 is nonlinear, so-called hysteresis characteristics.

このようなヒステリシス特性を有すると、印加電圧値が第1の閾値Vよりも大きく、第2の閾値Vよりも小さい範囲においては、同じ電圧値Vを印加した場合であっても、液体レンズは異なる焦点距離を示す。例えば、図3(a)において、第1の閾値V以下の状態から電圧値を大きくして行く第1の動作を行って、電圧値をVとした場合の焦点距離はFである。これに対し、第2の閾値V以上の状態から電圧値を小さくして行く第2の動作を行って、電圧値をVとした場合の焦点距離は、Fとは異なるFとなる。一方、印加電圧値が第1の閾値V以下の場合、又は、第2の閾値V以上の場合には、印加電圧値から焦点距離は一義的に決まる。つまり、これらの場合に、液体レンズは印加電圧値に対応する1つの焦点距離となる。 When having such a hysteresis characteristic, greater than the applied voltage value is the first threshold value V 1, in the second range smaller than the threshold value V 2, even when applying the same voltage V, liquid The lenses show different focal lengths. For example, in FIG. 3 (a), by performing the first operation to go to increase the voltage value from the first threshold value V 1 the following condition, the focal distance when the voltage value is V is F A. On the other hand, the focal length when the voltage value is set to V by performing the second operation in which the voltage value is decreased from the state equal to or higher than the second threshold value V 2 becomes F B different from F A. . On the other hand, when the applied voltage value is less than or equal to the first threshold value V 1 or greater than or equal to the second threshold value V 2 , the focal length is uniquely determined from the applied voltage value. That is, in these cases, the liquid lens has one focal length corresponding to the applied voltage value.

上記のような液体レンズにおいて、非線形領域では第1の曲線Cと第2の曲線Cとで印加電圧値の変化に対する焦点距離の変化率が異なる。図3(b)において、印加電圧値の第1の閾値V及び第2の閾値Vに対応する焦点距離を、それぞれ第1の焦点距離F及び第2の焦点距離Fとする。すると、焦点距離FとFとの間に、曲線Cと曲線Cとで、焦点距離の変化率が等しくなる、つまり曲線Cの接線と曲線Cの接線の傾きが等しくなる焦点距離Fが存在する。そして、焦点距離FからFの間の第1の範囲Rにおいては、印加電圧値の変化に対する焦点距離の変化率が、第1の動作を行った時の方が第2の動作を行った時よりも小さくなる。これに対し、焦点距離FからFの間の第2の範囲Rにおいては、印加電圧値の変化に対する焦点距離の変化率が、第2の動作を行った時の方が第1の動作を行った時よりも小さい。 In the liquid lens as described above, in the non-linear region the rate of change of the focal length is different with respect to a change in applied voltage value in the first curve C 1 and the second curve C 2. In FIG. 3 (b), the first threshold value V 1 and a second focal length corresponding to the threshold V 2 of the applied voltage value, to the first focal length F 1 and a second focal length F 2, respectively. Then, between the focal lengths F 1 and F 2 , the change rates of the focal lengths are equal between the curves C 1 and C 2 , that is, the slopes of the tangents of the curves C 1 and C 2 are equal. there is a focal length F 3. In the first range R 1 between the focal lengths F 1 and F 3 , the change rate of the focal length with respect to the change in the applied voltage value indicates that the second operation is performed when the first operation is performed. It will be smaller than when it was done. On the other hand, in the second range R 2 between the focal lengths F 3 and F 2 , the change rate of the focal length with respect to the change of the applied voltage value is the first when the second operation is performed. Smaller than when the operation was performed.

図3(b)のような特性において、目標とする焦点距離が第1の範囲Rにある場合、曲線Cに沿って焦点距離を変化させた方が、印加電圧値に対する変化率が小さいので、より精度の高い制御が可能となる。これに対し、目標とする焦点距離が第2の範囲Rにある場合、曲線Cに沿って焦点距離を変化させた方が、より精度の高い制御が出来る。本発明は、この点に着目したものである。つまり、焦点距離が第1の範囲R内、又はそれよりも長い状態(Fよりも長い状態)から第2の範囲R内の目標とする焦点距離に変化させようとする場合を考えてみる。この場合には、印加電圧値を一旦、第2の閾値V以上の状態とした後に、目標とする焦点距離に対応する電圧値に変化させる制御を行う。また、焦点距離が第2の範囲R内、又はそれよりも短い状態(Fよりも短い状態)から第1の範囲R内の目標とする焦点距離に変化させようとする場合を考えてみる。この場合には、印加電圧値を一旦、第1の閾値V以下の状態とした後に、目標とする焦点距離に対応する電圧値に変化させる制御を行う。このような方法を用いることで、印加電圧値に対する焦点距離の変化率が小さい方の曲線上で焦点距離を変化させることが出来、より精度の高い制御が可能となる。以下に各々の場合について、更に詳細に説明する。 In the characteristic as shown in FIG. 3B, when the target focal length is in the first range R 1 , the rate of change with respect to the applied voltage value is smaller when the focal length is changed along the curve C 1. Therefore, more accurate control is possible. In contrast, if the focal length of the target is in the second range R 2, who was varied focal length along a curve C 2 is more accurate control is possible. The present invention focuses on this point. That is, a case is considered where the focal length is to be changed from the state within the first range R 1 or longer (the state longer than F 1 ) to the target focal length within the second range R 2 . Try. In this case, once the applied voltage, after the second threshold value V 2 or more states of, it performs control to change the voltage value corresponding to the focal length of the target. Also, consider a case where the focal length is to be changed from a state within the second range R 2 or shorter (a state shorter than F 2 ) to a target focal length within the first range R 1 . Try. In this case, control is performed to change the applied voltage value to a voltage value corresponding to the target focal length after the applied voltage value is once set to a state equal to or lower than the first threshold value V1. By using such a method, the focal length can be changed on a curve having a smaller change rate of the focal length with respect to the applied voltage value, and control with higher accuracy is possible. Each case will be described in more detail below.

図4は、印加電圧と焦点距離との関係に関し図3と同一の特性を示すものであって、目標とする焦点距離が第2の範囲R内にある場合の制御方法を説明するための図である。図4(a)のように、現在の状態、つまり焦点距離を変化させる前の状態が、Fよりも長い焦点距離FS1であるとする。この時の印加電圧値は、VS1である。目標とする焦点距離Fは第2の範囲R内にあるので、印加電圧値を、VS1から大きくして行き、一旦、第2の閾値V以上の状態とする。その後、印加電圧値を小さくして行き、Fに対応する電圧値Vとする。これは、現在の状態が第1の範囲R内の焦点距離FS2である場合も同様である。つまり、印加電圧値をVS2から一旦、第2の閾値V以上の状態とした後、Fに対応した電圧値Vに制御する。 Figure 4 relates to the relationship between the applied voltage and the focal length there is shown the same characteristics as in FIG. 3, the focal length of the target for explaining a control method when it is in the second range R in 2 FIG. As shown in FIG. 4A, it is assumed that the current state, that is, the state before the focal length is changed is the focal length F S1 longer than F 1 . The applied voltage value at this time is V S1 . Since the target focal length FT is within the second range R 2 , the applied voltage value is increased from V S1 and is temporarily set to a state equal to or greater than the second threshold value V 2 . Thereafter, the applied voltage value is decreased to a voltage value V T corresponding to F T. This is the same when the current state is the focal length F S2 in the first range R 1 . That is, the applied voltage value is once changed from V S2 to a state equal to or higher than the second threshold value V 2 and then controlled to the voltage value V T corresponding to F T.

一方、図4(b)のように、現在の状態がFより短い焦点距離FS1であるとする。この場合に、印加電圧値はVS1から徐々に小さくして行き、直接Vとなるように制御する。つまり、印加電圧値を一旦、V以下にする必要はない。また、現在の状態が第2の範囲R内の焦点距離FS2である場合も同様に、印加電圧値をVS2から直接、Vに変化させる。 On the other hand, as shown in FIG. 4B, it is assumed that the current state is a focal length F S1 shorter than F 2 . In this case, the applied voltage value is controlled to gradually decrease from V S1 and directly to V T. That is, it is not necessary to temporarily set the applied voltage value to V 1 or less. Similarly, when the current state is the focal length F S2 in the second range R 2 , the applied voltage value is directly changed from V S2 to V T.

続いて図5は、印加電圧と焦点距離との関係に関し図3と同一の特性を示すものであって、目標とする焦点距離が第1の範囲R内にある場合の制御方法を説明するための図である。図5(a)のように、現在の状態が、Fよりも短い焦点距離FS1であるとする。この時の印加電圧値は、VS1である。目標とする焦点距離Fは第1の範囲R内にあるので、印加電圧値を、VS1から小さくして行き、一旦、第1の閾値V以下の状態とする。その後、印加電圧値を大きくして行き、Fに対応する電圧値Vとする。これは、現在の状態が第2の範囲R内の焦点距離FS2である場合も同様である。つまり、印加電圧値をVS2から一旦、第1の閾値V以下の状態とした後、Fに対応した電圧値Vに制御する。 Next, FIG. 5 shows the same characteristics as FIG. 3 with respect to the relationship between the applied voltage and the focal length, and the control method when the target focal length is in the first range R 1 will be described. FIG. Assume that the current state is a focal length F S1 shorter than F 2 as shown in FIG. The applied voltage value at this time is V S1 . Since the target focal length FT is within the first range R 1 , the applied voltage value is decreased from V S1 , and is temporarily set to a state equal to or less than the first threshold value V 1 . Thereafter, the applied voltage value is increased to obtain a voltage value V T corresponding to F T. This is the same when the current state is the focal length F S2 in the second range R 2 . That is, the applied voltage value is once changed from V S2 to a state equal to or lower than the first threshold value V 1 and then controlled to the voltage value V T corresponding to F T.

一方、図5(b)のように、現在の状態がFより長い焦点距離FS1であるとする。この場合に、印加電圧値はVS1から徐々に大きくして行き、直接Vとなるように制御する。つまり、印加電圧値を一旦、V以上にする必要はない。また、現在の状態が第1の範囲R内の焦点距離FS2である場合も同様に、印加電圧値をVS2から直接、Vに変化させる。 On the other hand, as shown in FIG. 5B, it is assumed that the current state is a focal length F S1 longer than F 1 . In this case, the applied voltage value is gradually increased from V S1 and controlled so as to directly become V T. In other words, once the applied voltage value, you need not be V 2 or more. Similarly, when the current state is the focal length F S2 in the first range R 1 , the applied voltage value is directly changed from V S2 to V T.

図4及び図5で説明した制御方法において、焦点距離が第1の範囲R内で、曲線C上にある状態、及び、第2の範囲R内で曲線C上にある状態を想定していない。これは、本発明の方法に従って制御を行っている限り、このような状態にはなり得ないからである。
また、目標とする焦点距離がF以上、又はF以下の場合は、印加電圧値に対して焦点距離が一義的に決まるのであるから、図4(a)或いは図5(a)のような制御は不要である。つまり、この場合には、印加電圧値を直接Vに制御すれば良い。
In the control method described with reference to FIG. 4 and FIG. 5, at the focal length within the range R 1 first, a state located on the curve C 2, and the state is on the curve C 1 in the second range R within 2 Not assumed. This is because such a state cannot be obtained as long as control is performed according to the method of the present invention.
In addition, when the target focal length is F 1 or more or F 2 or less, the focal length is uniquely determined with respect to the applied voltage value, and as shown in FIG. 4 (a) or FIG. 5 (a). No control is necessary. That is, in this case, the applied voltage may be controlled to direct V T.

上記のような制御は、図2に示す電圧制御部10によって行われる。電圧制御部10において、ROM13の参照テーブル(LUT)には、図3のような特性、つまり非線形領域における曲線C及びCを含め、焦点距離とその焦点距離に対応する印加電圧値がセットで格納されている。また、ROM13には、第1及び第2の閾値V及びVと、対応する焦点距離F及びF、更には第1の範囲Rと第2の範囲Rとの境界の焦点距離Fの情報が格納されている。一方、RAM14には、現在の状態、つまり焦点距離を変化させる前の状態の焦点距離Fが書き込まれている。そして、これらのメモリに格納された情報に基づいて、CPU11が制御方法を決定する。そして、CPU11は、決定した制御方法に従ってアンプ17及び18を制御し、印加電圧値を変化させる。ここでは、ROM13に参照テーブルを格納する例を示したが、メモリ容量削減のため、図3のような特性を関数に置き換えて格納し、CPU11で印加電圧値を演算によって求めるようにしても良い。 The above control is performed by the voltage controller 10 shown in FIG. In the voltage control unit 10, the ROM13 of the reference table (LUT), characteristics, i.e. including the curves C 1 and C 2 in the nonlinear region, the set applied voltage value corresponding to the focal distance and the focal length as shown in FIG. 3 Is stored in. The ROM 13 also includes first and second threshold values V 1 and V 2 , corresponding focal lengths F 1 and F 2 , and a focal point at the boundary between the first range R 1 and the second range R 2. information of the distance F 3 are stored. On the other hand, the RAM 14, and the current state, that is, the focal length F S in a state before changing the focal length written. Based on the information stored in these memories, the CPU 11 determines the control method. Then, the CPU 11 controls the amplifiers 17 and 18 according to the determined control method to change the applied voltage value. Here, an example in which the reference table is stored in the ROM 13 has been shown. However, in order to reduce the memory capacity, the characteristics shown in FIG. .

また、図3のような特性は、環境条件、特に液体レンズ収容室内の液体の温度によって変わるため、環境条件に対応した参照用テーブルを複数保持する構成が望ましい。この場合、環境条件を計測するためのセンサが必要となる。また、このセンサによる計測は、液体レンズの駆動開始時等、所定のタイミングで行い、参照用テーブルを選択するようにすれば良い。   Also, since the characteristics as shown in FIG. 3 vary depending on environmental conditions, particularly the temperature of the liquid in the liquid lens storage chamber, it is desirable to have a plurality of reference tables corresponding to the environmental conditions. In this case, a sensor for measuring environmental conditions is required. Further, the measurement by this sensor may be performed at a predetermined timing such as when the driving of the liquid lens is started, and the reference table may be selected.

図6は、図1の実施形態における液体レンズの制御の流れを示すフローチャートである。
図6において、ステップ101ではまず、図2に示すCPU11は、RAM14から現在の焦点距離Fを読み込む。次に、ステップS102では、図2のCPU11は、外部の他の機器から指示される目標の焦点距離Fを読み込む。ここで、先に説明したように、CPU11が液体レンズを組み込んだ光学機器全体を制御するように構成されている場合がある。この場合には、他の機器(例えば焦点検出装置)からの信号に従って、CPU11が目標とする焦点距離Fを決定することになる。
FIG. 6 is a flowchart showing a flow of control of the liquid lens in the embodiment of FIG.
6, in step 101 first, CPU 11 shown in FIG. 2 reads the current focal length F S from RAM 14. Next, in step S102, CPU 11 of FIG. 2 reads the focal length F T of the target instructed from other external devices. Here, as described above, the CPU 11 may be configured to control the entire optical apparatus in which the liquid lens is incorporated. In this case, the target focal length FT is determined by the CPU 11 in accordance with a signal from another device (for example, a focus detection device).

続いて、ステップS103では、図2のCPU11は、目標とする焦点距離Fが第1の焦点距離F(第1の閾値Vに対応)以上であるか否かを判断する。FがF以上であった時には、ステップS104に進み、印加電圧値をVに制御して、焦点距離を目標値Fに合わせる。その後、CPU11は、ステップS105において、RAM14中の現在の焦点距離FをFに置き換え、処理を終了する。 Then, in step S103, CPU 11 of FIG. 2, the focal length F T of the target to determine whether a first focal length F 1 (first corresponding to the threshold V 1) or more. When F T was at F 1 or more, the process proceeds to step S104, by controlling the applied voltage value V T, adjust the focal length to the target value F T. Thereafter, in step S105, the CPU 11 replaces the current focal length F S in the RAM 14 with F T and ends the process.

一方、ステップS103において、目標とする焦点距離FがF以上でない、と判断された時には、ステップS106に進む。ステップS106において、CPU11は、目標とする焦点距離Fが第2の焦点距離F(第2の閾値Vに対応)以下であるか否かを判断する。FがF以下であった時には、ステップS104に進む。その後、先の説明と同様に印加電圧値をVとして、焦点距離をFに調整した後、ステップS105を経て、処理を終了する。 On the other hand, in step S103, when the focal length F T that the target is not F 1 or more, and is determined, the process proceeds to step S106. In step S106, CPU 11 has a focal length F T of the target to determine whether a second focal length F 2 (second corresponding to the threshold value V 2) below. When F T is was F 2 or less, the process proceeds to step S104. Thereafter, the foregoing description as well as the applied voltage value as V T, after adjusting the focal length F T, through step S105, the process ends.

ステップS106において、目標とする焦点距離FがF以下でない、と判断された時には、ステップS107に進む。ステップS107において、CPU11は、目標とする焦点距離Fが第1の範囲R内か否かを判断する。FがR内である、と判断された時には、ステップS108に進む。ステップS108においては、現在の焦点距離Fが第1の範囲R内にあるか、又は、Fが第1の範囲Rよりも長いか(第1の焦点距離F以上であるか)を判断する。ステップS108でYESと判断された時には、ステップS104に進み、印加電圧値をVとして、焦点距離をFに調整した後、ステップS105を経て、処理を終了する。 In step S106, when the focal length F T that the target is not F 2 or less, and is determined, the process proceeds to step S107. In step S107, CPU 11 has a focal length F T of the target to determine whether the first range R within 1. F T is within R 1, when it is determined that, the process proceeds to step S108. In step S108, is the current focal length F S within the first range R 1 or is F S longer than the first range R 1 (whether it is greater than or equal to the first focal length F 1 )? ). When YES is determined in step S108, the process proceeds to step S104, the application voltage value as V T, after adjusting the focal length F T, through step S105, the process ends.

ステップS108において、NOと判断された時には、ステップS109に進む。ステップS109において、CPU11は、印加電圧を一旦、第1の閾値V以下とした後、印加電圧値をVに制御して、焦点距離を目標値Fに合わせる。その後、ステップS105を経て、処理を終了する。 If NO is determined in step S108, the process proceeds to step S109. In step S109, CPU 11 has applied voltage temporarily, after the first threshold value V 1 or less, by controlling the applied voltage value V T, adjust the focal length to the target value F T. Thereafter, the process is terminated through step S105.

一方、ステップS107において、NO(Fが第1の範囲R内にない)と判断された時には、ステップS110に進む。ステップS110においては、現在の焦点距離Fが第2の範囲R内にあるか、又は、Fが第2の範囲Rよりも短いか(第2の焦点距離F以下であるか)を判断する。ステップS110でYESと判断された時には、ステップS104に進み、印加電圧値をVとして、焦点距離をFに調整した後、ステップS105を経て、処理を終了する。 On the other hand, in step S107, NO (F T is not in the first range R 1) when it is determined that, the process proceeds to step S110. In step S110, is the current focal length F S within the second range R 2 or whether F S is shorter than the second range R 2 (whether it is less than or equal to the second focal length F 2 )? ). When YES is determined in step S110, the process proceeds to step S104, the application voltage value as V T, after adjusting the focal length F T, through step S105, the process ends.

ステップS110でNOと判断された時には、ステップS111へ進む。ステップS111において、CPU11は、印加電圧を一旦、第2の閾値V以上とした後、印加電圧値をVに制御して、焦点距離を目標値Fに合わせる。その後、ステップS105を経て、処理を終了する。 If NO is determined in step S110, the process proceeds to step S111. In step S 111, CPU 11 is the applied voltage once and, after the second threshold value V 2 or more, by controlling the applied voltage value V T, adjust the focal length to the target value F T. Thereafter, the process is terminated through step S105.

以上の実施形態においては、液体レンズが凸レンズとして機能する例を示したが、第2の液体の方が第1の液体よりも屈折率が小さく、液体レンズが凹レンズとして機能する場合にも、本発明を適用することが出来る。このように本発明は、種々の応用が可能であり、本発明は特許請求の範囲を逸脱しない限りにおいて、このような応用例を全て包含するものである。   In the above embodiment, an example in which the liquid lens functions as a convex lens has been shown. However, the second liquid has a smaller refractive index than the first liquid, and the liquid lens functions as a concave lens. The invention can be applied. As described above, the present invention can be applied in various ways, and the present invention includes all such application examples without departing from the scope of the claims.

3 第2の電極
3a 円形の開口
4 絶縁層
5 撥水層
6 親水層
7 第1の液体
8 第2の液体
9 第1の電極
10 電圧制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 2nd electrode 3a Circular opening 4 Insulating layer 5 Water repellent layer 6 Hydrophilic layer 7 1st liquid 8 2nd liquid 9 1st electrode 10 Voltage control part

Claims (2)

導電性又は有極性の第1の液体と、該第1の液体と混合せず、且つ第1の液体と異なる屈折率を有する絶縁性又は無極性の第2の液体とが、曲率を有する界面を形成するように収容された容器、
前記第1の液体に接触した第1の電極、
前記第2の液体に絶縁層を介して対向するように設けられた第2の電極、及び
前記第1の電極と第2の電極との間に印加される印加電圧値を制御することによって焦点距離を変化させる電圧制御部
を備えた液体レンズにおいて、
前記印加電圧値が第1の閾値以下又は第1の閾値よりも大きい第2の閾値以上の場合には、印加電圧値に対応する1つの焦点距離となり、印加電圧値が第1の閾値よりも大きく、且つ、第2の閾値よりも小さい場合には、第1の閾値以下の状態から電圧値を大きくしていく第1の動作を行った時と、第2の閾値以上の状態から電圧値を小さくしていく第2の動作を行った時とで、焦点距離が異なり、且つ、
前記第1及び第2の閾値にそれぞれ対応する第1及び第2の焦点距離の間に、印加電圧値の変化に対する焦点距離の変化率が第1の動作を行った時の方が第2の動作を行った時よりも小さい第1の範囲と、印加電圧値の変化に対する焦点距離の変化率が第2の動作を行った時の方が第1の動作を行った時よりも小さい第2の範囲とが存在するヒステリシス特性を有し、
前記電圧制御部は、焦点距離が第1の範囲内又はそれよりも長い状態から第2の範囲内の目標とする焦点距離に変化させる場合には、印加電圧値を一旦、第2の閾値以上の状態とした後に、目標とする焦点距離に対応する電圧値に変化させる制御を行い、且つ、焦点距離が第2の範囲内又はそれよりも短い状態から第1の範囲内の目標とする焦点距離に変化させる場合には、印加電圧値を一旦、第1の閾値以下の状態とした後に、目標とする焦点距離に対応する電圧値に変化させる制御を行うことを特徴とする液体レンズ。
An interface in which a conductive or polar first liquid and an insulating or nonpolar second liquid that is not mixed with the first liquid and has a refractive index different from that of the first liquid have a curvature. Container accommodated to form,
A first electrode in contact with the first liquid;
A second electrode provided to face the second liquid through an insulating layer, and a focus by controlling an applied voltage value applied between the first electrode and the second electrode In a liquid lens with a voltage control unit that changes the distance,
When the applied voltage value is less than or equal to the first threshold value or greater than or equal to the second threshold value, which is greater than the first threshold value, one focal length corresponding to the applied voltage value is obtained, and the applied voltage value is greater than the first threshold value. When it is larger and smaller than the second threshold, the voltage value is increased when the first operation for increasing the voltage value from the state below the first threshold is performed and from the state above the second threshold. The focal length is different from the time when the second operation of decreasing the value is performed, and
Between the first and second focal lengths respectively corresponding to the first and second threshold values, the rate of change of the focal length with respect to the change of the applied voltage value is the second when the first operation is performed. A first range that is smaller than when the operation is performed, and a second rate at which the change rate of the focal length with respect to the change in the applied voltage value is smaller than that when the first operation is performed. And has a hysteresis characteristic in the range of
In the case where the voltage control unit changes the focal length within the first range or longer than the target focal length within the second range, the applied voltage value is once more than the second threshold value. Then, control is performed to change to a voltage value corresponding to the target focal length, and the target focus within the first range from the state where the focal length is within or shorter than the second range. In the case of changing to a distance, the liquid lens is characterized by performing control to change the applied voltage value to a voltage value corresponding to a target focal length after once changing the applied voltage value to a state equal to or less than a first threshold value.
導電性又は有極性の第1の液体と、該第1の液体と混合せず、且つ第1の液体と異なる屈折率を有する絶縁性又は無極性の第2の液体とが、曲率を有する界面を形成するように収容された容器、前記第1の液体に接触した第1の電極、及び前記第2の液体に絶縁層を介して対向するように設けられた第2の電極を備えた液体レンズに対し、前記第1の電極と第2の電極との間に印加される印加電圧値を変化させることによって前記液体レンズの焦点距離を変化させる制御方法において、
前記液体レンズは、前記印加電圧値が第1の閾値以下又は第1の閾値よりも大きい第2の閾値以上の場合には、印加電圧値に対応する1つの焦点距離となり、印加電圧値が第1の閾値よりも大きく、且つ、第2の閾値よりも小さい場合には、第1の閾値以下の状態から電圧値を大きくしていく第1の動作を行った時と、第2の閾値以上の状態から電圧値を小さくしていく第2の動作を行った時とで、焦点距離が異なり、且つ、
前記第1及び第2の閾値にそれぞれ対応する第1及び第2の焦点距離の間に、印加電圧値の変化に対する焦点距離の変化率が第1の動作を行った時の方が第2の動作を行った時よりも小さい第1の範囲と、印加電圧値の変化に対する焦点距離の変化率が第2の動作を行った時の方が第1の動作を行った時よりも小さい第2の範囲とが存在するヒステリシス特性を有し、
前記液体レンズを、焦点距離が第1の範囲内又はそれよりも長い状態から第2の範囲内の目標とする焦点距離に変化させる場合には、印加電圧値を一旦、第2の閾値以上の状態とした後に、目標とする焦点距離に対応する電圧値に変化させる制御を行い、且つ、前記液体レンズを、焦点距離が第2の範囲内又はそれよりも短い状態から第1の範囲内の目標とする焦点距離に変化させる場合には、印加電圧値を一旦、第1の閾値以下の状態とした後に、目標とする焦点距離に対応する電圧値に変化させる制御を行うことを特徴とする液体レンズの制御方法。
An interface in which a conductive or polar first liquid and an insulating or nonpolar second liquid that is not mixed with the first liquid and has a refractive index different from that of the first liquid have a curvature. A liquid provided with a container accommodated so as to form a first electrode, a first electrode in contact with the first liquid, and a second electrode provided to face the second liquid through an insulating layer In a control method for changing a focal length of the liquid lens by changing an applied voltage value applied between the first electrode and the second electrode with respect to the lens,
The liquid lens has one focal length corresponding to the applied voltage value when the applied voltage value is equal to or less than the first threshold value or greater than the second threshold value, which is greater than the first threshold value. When it is larger than the first threshold and smaller than the second threshold, the first operation for increasing the voltage value from the state below the first threshold is performed, and the second threshold or more The focal length is different from when the second operation of decreasing the voltage value from the state is performed, and
Between the first and second focal lengths respectively corresponding to the first and second threshold values, the rate of change of the focal length with respect to the change of the applied voltage value is the second when the first operation is performed. A first range that is smaller than when the operation is performed, and a second rate at which the change rate of the focal length with respect to the change in the applied voltage value is smaller than that when the first operation is performed. And has a hysteresis characteristic in the range of
When changing the liquid lens from a state in which the focal length is within or longer than the first range to a target focal length within the second range, the applied voltage value is once greater than or equal to the second threshold value. After changing to the state, control is performed to change to a voltage value corresponding to the target focal length, and the liquid lens is moved from the state where the focal length is within the second range or shorter than that within the first range. In the case of changing to the target focal length, the applied voltage value is once set to a state equal to or lower than the first threshold value, and then control is performed to change the voltage value to the target focal length. Liquid lens control method.
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