JP2013101227A - Liquid optical element and its control method - Google Patents

Liquid optical element and its control method Download PDF

Info

Publication number
JP2013101227A
JP2013101227A JP2011245005A JP2011245005A JP2013101227A JP 2013101227 A JP2013101227 A JP 2013101227A JP 2011245005 A JP2011245005 A JP 2011245005A JP 2011245005 A JP2011245005 A JP 2011245005A JP 2013101227 A JP2013101227 A JP 2013101227A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid
drive pump
optical
conductive
unit
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.)
Pending
Application number
JP2011245005A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Yamamoto
亮 山本
Yoshihiro Saito
義広 斉藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2011245005A priority Critical patent/JP2013101227A/en
Publication of JP2013101227A publication Critical patent/JP2013101227A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for making fast a driving speed which is apt to decrease owing to friction between an insulating film of an electrode and a liquid with respect to a liquid optical element such as a liquid lens using driving force of an EW type driving pump part.SOLUTION: The liquid optical element has an optical effective part and a plurality of driving pump parts 108. A driving pump part has a holding part 106 holding ends of interfaces 103b, 103c, and 103d between liquids 101, 102 which are not mixed together,and an insulating electrode 104 arranged for the holding part. An end of an interface contacting the electrode 104 is displaced by controlling a voltage applied to the electrode to move the liquids, and the state of the optical effective part where a plurality of liquids including the liquids 101, 102 present communicating with the respective driving pump parts is changed to change optical characteristics.

Description

本発明は、パワー可変素子などの光学素子、特に液体を用いてパワーを変化させる液体レンズなどの液体光学素子及びその制御方法に関する。 The present invention relates to an optical element such as a power variable element, and more particularly to a liquid optical element such as a liquid lens that changes power using liquid and a control method thereof.

従来、1つの素子で光学的パワーを変化させるパワー可変素子が数多く提案されている。その中で2つの液体の界面を変化させる液体レンズは、偏光依存性がない等の優れた特性を有する。界面を変化させる手法としては、外部にポンプを有しそのポンプで内部の液体の量を変化させるものや、エレクトロウェッティング(以下EWともいう)現象を用いるものなどがある。ここでEW現象は、図14(a)、(b)に示す様に、2つの液体を導電性液体2001と非導電性液体2002で構成し、導電性液体2001と電極2003との間に絶縁膜2004を介して電圧を印加し、液体と絶縁膜との間の接触角αを変化させるものである。このEW現象における液体の駆動力は、印加する電圧と、2つの液体2001、2002と絶縁膜2004の3つが接する部分の長さ(以下接線長ともいう)とに比例して大きくなる。また、EW現象を用いた別の例として、EW現象により、封止された2つの液体を移動させて両者の界面の形状を変化させ、この界面を含むレンズ有効部の光学パワーを変化させる液体レンズが提案されている(特許文献1参照)。 Conventionally, many power variable elements that change optical power with one element have been proposed. Among them, a liquid lens that changes the interface between two liquids has excellent characteristics such as no dependency on polarization. As a method of changing the interface, there are a method in which a pump is provided outside and the amount of liquid inside is changed by the pump, and a method using electrowetting (hereinafter also referred to as EW) phenomenon. Here, in the EW phenomenon, as shown in FIGS. 14A and 14B, two liquids are composed of a conductive liquid 2001 and a non-conductive liquid 2002, and the conductive liquid 2001 and the electrode 2003 are insulated. A voltage is applied through the film 2004 to change the contact angle α between the liquid and the insulating film. The driving force of the liquid in the EW phenomenon increases in proportion to the voltage to be applied and the length of the portion where the two liquids 2001 and 2002 are in contact with each other (hereinafter also referred to as the tangential length). As another example of using the EW phenomenon, the liquid that changes the shape of the interface between the two liquids moved by the EW phenomenon and changes the optical power of the lens effective portion including the interface. A lens has been proposed (see Patent Document 1).

また、特許文献2に記載の発明では、駆動ポンプ部においてEW現象を用いて2つの液体の界面を変位させ、これによりレンズ有効部の両液体の界面の位置を制御して透過光の位相を変化させている。このとき、EW現象で液体を移動させる力を増大するために、電極を分割して電極の数を増やし、結果として駆動ポンプ部の接線長を増加させ、EW現象による駆動力を増やしている。また、特許文献3に記載の発明では、液体レンズの高速駆動を実現するために、レンズ部をフレネルレンズ化し、フレネルレンズの各リングに電極を配置している。この様な電極配置にすることで、特許文献2の発明と同様、液体全体の量に対する接線長を長くし、駆動力を増大させて高速駆動を実現可能にしている。 In the invention described in Patent Document 2, the interface between the two liquids is displaced using the EW phenomenon in the drive pump unit, thereby controlling the position of the interface between the two liquids in the lens effective portion, thereby adjusting the phase of the transmitted light. It is changing. At this time, in order to increase the force for moving the liquid by the EW phenomenon, the number of electrodes is increased by dividing the electrode, and as a result, the tangential length of the drive pump unit is increased, and the driving force by the EW phenomenon is increased. Further, in the invention described in Patent Document 3, in order to realize high-speed driving of the liquid lens, the lens portion is made into a Fresnel lens, and electrodes are arranged on each ring of the Fresnel lens. By adopting such an electrode arrangement, as in the invention of Patent Document 2, the tangent length with respect to the total amount of the liquid is lengthened, and the driving force is increased to realize high-speed driving.

EP1870741A1EP1870741A1 特開2010−79297号公報JP 2010-79297 A 特表2007−519025号公報Special table 2007-519025 gazette

EW現象は、図14(c)に示す様に、電圧を印加することで界面の接触角αを増大させるものである。しかし、電圧が低い領域では、図14(c)に示す様に、印加電圧に対し接触角αは殆ど変化しない(すなわち不感帯を持つ)。この理由は、2つの液体と該液体の接する絶縁膜との間の摩擦によるものと考えられる。この摩擦のため、低い電圧では界面駆動が低速になる現象が生じる。このため、微小な焦点距離変化を与えたい場合ほど、駆動が低速になってしまう。逆に、高い電圧(閾値より十分に大きい電圧)を印加すると、静止摩擦を乗り越えられるため、非常に高速な駆動が可能になる。また、接触角αの変化には、立ち上がり時と立下り時で異なる変化態様を示す所謂ヒステリシスが存在する。このヒステリシスは絶縁膜と2つの液体の物性に依存しており、完全に無くすことは困難である。 As shown in FIG. 14C, the EW phenomenon increases the contact angle α at the interface by applying a voltage. However, in the region where the voltage is low, as shown in FIG. 14C, the contact angle α hardly changes with respect to the applied voltage (that is, has a dead zone). This reason is considered to be due to friction between the two liquids and the insulating film in contact with the liquids. Due to this friction, there is a phenomenon that the interface drive becomes slow at a low voltage. For this reason, the drive becomes slower as it is desired to give a minute change in focal length. On the contrary, when a high voltage (a voltage sufficiently larger than the threshold value) is applied, the static friction can be overcome, so that a very high-speed driving is possible. In addition, the change in the contact angle α has a so-called hysteresis indicating a different change mode between rising and falling. This hysteresis depends on the physical properties of the insulating film and the two liquids and is difficult to completely eliminate.

本発明は、これらの課題に鑑み、摩擦力による応答速度低下を十分無視できる程に大きな電圧を含む離散的な電圧の印加を行いながら、微小な光学特性(焦点距離など)の変化から比較的大きな光学特性の変化までを与えることが可能な技術を提供する。また、この技術を用いて印加電圧制御を適切にすることで、液体や絶縁膜の物性に関わらず、ヒステリシスの低減を行うことが可能になる。 In view of these problems, the present invention is relatively insensitive to changes in minute optical characteristics (focal length, etc.) while applying a discrete voltage including a voltage that is large enough to neglect a decrease in response speed due to frictional force. A technique capable of providing even a large change in optical characteristics is provided. In addition, by appropriately applying the applied voltage control using this technique, it is possible to reduce the hysteresis regardless of the physical properties of the liquid and the insulating film.

本発明の液体光学素子は、光学特性を変化させる機能を担う光学有効部と複数の駆動ポンプ部を有する。各駆動ポンプ部は、互いに不混和な導電性液体と非導電性液体により形成された界面の端部を保持する保持部と、保持部に対して配置され導電性及び非導電性の液体に対して絶縁された電極とを有する。そして、電極に印加される電圧を制御することで、エレクトロウェッティング現象により、電極に接する界面の端部を変位させて、保持部と電極によって挟持された導電性及び非導電性の液体を移動させる。このことにより、各駆動ポンプ部から連通して存在する前記導電性及び非導電性の液体を含む少なくとも二種類の非混合の液体が存在する光学有効部の状態を変化させて光学特性が変化させられる。さらに、各駆動ポンプ部の電極に印加する電圧を、動作範囲内にある少なくとも2つの離散的な電圧値とし、複数の駆動ポンプ部の電極への印加電圧をそれぞれ独立に制御することにより光学有効部にある界面の状態を変化させる。 The liquid optical element of the present invention has an optically effective portion that has a function of changing optical characteristics and a plurality of drive pump portions. Each drive pump unit has a holding unit that holds an end portion of an interface formed by a conductive liquid and a non-conductive liquid that are immiscible with each other, and is disposed with respect to the holding unit and is provided for the conductive and non-conductive liquids. And an insulated electrode. Then, by controlling the voltage applied to the electrode, the electrowetting phenomenon displaces the end of the interface in contact with the electrode to move the conductive and nonconductive liquid sandwiched between the holding part and the electrode. Let As a result, the optical characteristics are changed by changing the state of the optically effective part where at least two kinds of non-mixed liquids including the conductive and non-conductive liquids existing in communication with each drive pump part are present. It is done. In addition, the voltage applied to the electrodes of each drive pump unit is set to at least two discrete voltage values within the operating range, and the applied voltage to the electrodes of the plurality of drive pump units is controlled independently, thereby optically effective. The state of the interface at the part is changed.

本発明によれば、EW現象により、連通する光学有効部と複数の駆動ポンプ部との間で液体を移動させ、光学有効部にある液体界面の状態を変化させる液体レンズなどの液体光学素子において、各駆動ポンプ部の電極への印加電圧を、複数の離散的な電圧値とする。そして、この印加電圧をそれぞれ独立に制御する。したがって、ほぼ全ての光学特性可変範囲(焦点距離可変範囲など)での高速駆動を実現することができる。さらに、印加電圧の制御を適切にすれば、ほぼ全ての光学特性可変範囲においてヒステリシスの低減を行うことも可能になる。 According to the present invention, in the liquid optical element such as a liquid lens that moves the liquid between the optically effective portion that communicates with the plurality of drive pump portions and changes the state of the liquid interface in the optically effective portion due to the EW phenomenon. The applied voltage to the electrodes of each drive pump unit is a plurality of discrete voltage values. The applied voltages are controlled independently. Accordingly, it is possible to realize high-speed driving in almost all optical characteristic variable ranges (focal length variable ranges, etc.). Furthermore, if the applied voltage is appropriately controlled, hysteresis can be reduced in almost all optical characteristic variable ranges.

液体光学素子の第1実施例の液体レンズの断面図。Sectional drawing of the liquid lens of 1st Example of a liquid optical element. 第1実施例の液体レンズの正面図。The front view of the liquid lens of 1st Example. 第1実施例における、駆動ポンプ部の数の違いによる印加電圧と光学パワーの関係の違い及び印加電圧と光学パワーの関係の別の例を表す図。The figure showing another example of the relationship between the applied voltage and optical power by the difference in the number of drive pump parts in 1st Example, and the relationship between an applied voltage and optical power. 第2実施例の液体レンズを示す図。The figure which shows the liquid lens of 2nd Example. 印加電圧と光学パワーの関係におけるヒステリシスを表す図。The figure showing the hysteresis in the relationship between an applied voltage and optical power. 第2実施例の電極構造の別の例、及び第3実施例の液体レンズを示す正面図。The front view which shows another example of the electrode structure of 2nd Example, and the liquid lens of 3rd Example. 第3実施例の液体レンズの、駆動ポンプ部の駆動個数と光学パワーの関係図。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the number of drive pump units driven and the optical power in the liquid lens of the third example. 第3実施例におけるEW駆動ポンプ部の動作を表す模式図。The schematic diagram showing operation | movement of the EW drive pump part in 3rd Example. 第3実施例の液体レンズの別の例、及び駆動ポンプ部の駆動方法の例を示す図。The figure which shows the other example of the liquid lens of 3rd Example, and the example of the drive method of a drive pump part. 第4実施例のデジタルビデオカメラの構成、及びウォブリングの駆動方法を説明する図。The figure explaining the structure of the digital video camera of 4th Example, and the driving method of wobbling. 第5実施例のデジタルスチルカメラの外観及びブロック構成を示す図。The figure which shows the external appearance and block configuration of the digital still camera of 5th Example. 第6実施例のカメラ付き携帯電話のブロック構成図。The block block diagram of the mobile telephone with a camera of 6th Example. 第7実施例の監視カメラの外観及びそのブロック構成を示す図。The figure which shows the external appearance of the surveillance camera of 7th Example, and its block configuration. EW現象による接触角の変化、及びEW現象における印加電圧と接触角変化の関係を示す図。The figure which shows the change of the contact angle by EW phenomenon, and the relationship between the applied voltage and contact angle change in EW phenomenon.

本発明の特徴は、液体光学素子の駆動ポンプ部に印加する電圧を動作範囲内にある複数の離散的な電圧とし、電圧を印加する複数の駆動ポンプ部をそれぞれ独立に制御することにより光学有効部にある界面の状態を変化させることである。ここで、動作範囲の電圧とは、光学有効部にある界面の状態を有効に確立できる範囲内の電圧値ということであり、典型的には、0と閾値以上かつ破壊電圧以下の電圧である。ただし、破壊電圧に対しては或る程度余裕を持つことが通常であるので、その余裕を考慮した電圧となる。また、駆動ポンプ部では2つの液体の間に界面が形成されて、該界面を移動させて2液体を動かし、駆動ポンプ部と連通する光学有効部の界面の状態を変化させる訳であるが、光学有効部の界面は前記2液体の間で形成されてもよいし、例えば、前記2液体の間に、2液体とは非混合である他の液体を挟み込む形で界面を形成してもよい。また、光学特性を変化させる機能を担う光学有効部は、後述のレンズ機能を有するものの他に種々のものであり得て、駆動ポンプ部から連通して存在する前記2液体の状態の変化で達成できる機能であれば、どの様な機能(例えば、透過光の位相変調、強度変調など)を担うものでもよい。こうした構成の液体光学素子では、複数の駆動ポンプ部への印加電圧として、0及び閾値以上の値から適切に選択すれば、不感帯を避けられて、比較的高速で、小さな光学特性の変化から大きな光学特性の変化までの変化を実現することができる。また、アナログ的(連続的)な電圧印加でなくデジタル的(2値選択的)な電圧印加であるため、結果としてヒステリシスの発生を抑制することができる。以上の考え方に基づいて、本発明の液体光学素子は、上記課題を解決するための手段のところで述べた基本的な構成を有する。また、こうした液体光学素子の制御方法では、複数の駆動ポンプ部の電極への印加電圧を、それぞれ、動作範囲内にある少なくとも2つの離散的な電圧値から選んで、独立に制御する。 The feature of the present invention is that the voltage applied to the drive pump unit of the liquid optical element is a plurality of discrete voltages within the operating range, and the plurality of drive pump units to which the voltage is applied are controlled independently of each other. It is to change the state of the interface in the part. Here, the voltage in the operating range is a voltage value within a range in which the state of the interface in the optically effective portion can be effectively established, and is typically a voltage that is 0 or more and a breakdown voltage or less. . However, since there is usually a certain margin for the breakdown voltage, the voltage takes into account the margin. Further, in the drive pump unit, an interface is formed between the two liquids, and the two liquids are moved by moving the interface to change the state of the interface of the optically effective unit communicating with the drive pump unit. The interface of the optically effective portion may be formed between the two liquids. For example, the interface may be formed between the two liquids by sandwiching another liquid that is not mixed with the two liquids. . Further, the optically effective portion responsible for the function of changing the optical characteristics can be various in addition to those having the lens function described later, and is achieved by the change in the state of the two liquids communicating with the drive pump portion. Any function that can be performed (for example, phase modulation or intensity modulation of transmitted light) may be used. In the liquid optical element having such a configuration, if the voltage applied to the plurality of drive pump units is appropriately selected from 0 and a value equal to or higher than the threshold value, the dead zone can be avoided, the speed is relatively high, and the change from the small optical characteristic is large. It is possible to realize a change up to a change in optical characteristics. In addition, since analog (continuous) voltage application is not digital but (binary-selective) voltage application, the occurrence of hysteresis can be suppressed as a result. Based on the above concept, the liquid optical element of the present invention has the basic configuration described in the means for solving the above-mentioned problems. In such a liquid optical element control method, the voltage applied to the electrodes of the plurality of drive pump units is selected from at least two discrete voltage values within the operating range and controlled independently.

以下、図を用いて具体的な実施例を説明する。
(第1実施例)
図1と図2を用いて、本発明における第1実施例の説明を行う。図1と図2において、2つの液体(一方が導電性液体、他方が非導電性液体)101、102の界面103のうち、103aが光学特性可変機能を担う光学有効部の界面を構成する。そして、103b、103c及び103dが液体の移動を発生させる部分(以下EW駆動ポンプ部または駆動ポンプ部ともいう)を構成する。ここでEW駆動ポンプ部108a〜108cは、液体界面103b、103c、103d、電極104a、104b、104c、液体に対して電極を絶縁する絶縁膜105、及び突起106b、106c、106dにより構成されている。例えば、電極104aに電圧を印加すると、液体界面103bと絶縁膜105の接触角が変化する。ここで、液体界面103bは、その一方の端を突起106aに接触させてある。液体界面103bは、これの端部を保持する保持部である突起106aにより固定されているため、この端部の位置は移動しない。これに対し、電極104bの側にある液体界面103bの端部は、電圧の印加により絶縁膜105との接触角が変化する。このプロセスの結果、例えば、図1(a)の状態から図1(b)の状態へ液体界面103bの位置が変化する。このとき、液体を密封して収容する筺体107内にある液体101、102の総量は一定のため、液体に流れ(矢印参照)が生じる。この流れにより、光学有効部にあり端部が突起109により固定された界面103aに圧力が加わり、この界面103aの形状が変化する。以上の様に、本実施例の液体光学素子は、光学有効部と複数の駆動ポンプ部を有する。そして、各駆動ポンプ部は、互いに不混和な2液体により形成された界面の端部を保持する保持部と、保持部に対して配置され2液体に対して絶縁された電極を有する。電極に印加される電圧を制御することで、エレクトロウェッティング(EW)現象により、電極に接する界面の端部を変位させて、保持部と電極で挟持された2液体を移動させることにより、各駆動ポンプ部から連通して存在する前記2液体を含む少なくとも二種類の非混合の液体が存在する光学有効部の状態を変化させて光学特性が変化させられる。
Hereinafter, specific examples will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
The first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2, among the interfaces 103 of two liquids (one is a conductive liquid and the other is a non-conductive liquid) 101 and 102, 103 a constitutes an interface of an optically effective portion that assumes an optical property varying function. The parts 103b, 103c, and 103d form a part that generates liquid movement (hereinafter also referred to as an EW drive pump part or a drive pump part). Here, the EW drive pump units 108a to 108c include liquid interfaces 103b, 103c, and 103d, electrodes 104a, 104b, and 104c, an insulating film 105 that insulates the electrodes from the liquid, and protrusions 106b, 106c, and 106d. . For example, when a voltage is applied to the electrode 104a, the contact angle between the liquid interface 103b and the insulating film 105 changes. Here, one end of the liquid interface 103b is in contact with the protrusion 106a. Since the liquid interface 103b is fixed by the protrusion 106a which is a holding portion for holding the end of the liquid interface 103b, the position of the end does not move. On the other hand, the contact angle with the insulating film 105 changes at the end of the liquid interface 103b on the electrode 104b side by application of voltage. As a result of this process, for example, the position of the liquid interface 103b changes from the state of FIG. 1 (a) to the state of FIG. 1 (b). At this time, since the total amount of the liquids 101 and 102 in the housing 107 for containing and sealing the liquid is constant, a flow (see an arrow) occurs in the liquid. By this flow, pressure is applied to the interface 103a which is in the optically effective portion and the end portion is fixed by the protrusion 109, and the shape of the interface 103a changes. As described above, the liquid optical element of this embodiment includes the optically effective portion and a plurality of drive pump portions. Each drive pump unit includes a holding unit that holds an end portion of an interface formed by two liquids that are immiscible with each other, and an electrode that is disposed with respect to the holding unit and insulated from the two liquids. By controlling the voltage applied to the electrode, the electrowetting (EW) phenomenon causes the end of the interface in contact with the electrode to be displaced, and the two liquids sandwiched between the holding part and the electrode are moved, The optical characteristics can be changed by changing the state of the optically effective portion where there are at least two kinds of unmixed liquids including the two liquids communicating with the drive pump.

図2の様に、光学有効部(界面)103aの外側にEW駆動ポンプ部108a〜108cは配置される。駆動ポンプ部の配置は光学有効部(界面)103aの外側であればどこでも構わないが、液体の流れを考えると、なるべく光学有効部に近いことが望ましい。また、本実施例では、駆動ポンプ部108a〜108cそれぞれの大きさは等しく、同じ電圧で駆動させた場合の液体の流量は等しいものとする。尚、図2のA-Aにおける断面図が図1の断面図である。 As shown in FIG. 2, the EW drive pump units 108a to 108c are arranged outside the optically effective portion (interface) 103a. The drive pump unit may be disposed anywhere outside the optically effective portion (interface) 103a, but it is desirable that the driving pump portion be as close to the optically effective portion as possible in view of the flow of liquid. In the present embodiment, the drive pump units 108a to 108c are equal in size, and the liquid flow rates when driven at the same voltage are the same. 2 is a cross-sectional view of FIG.

ここで、光学有効部における界面103aの形状を微小に変化させる場合を考える。界面103aの変化による液体レンズの光学パワーの変化は、電極104a〜104cに印加した電圧と、液体を駆動させるEW駆動ポンプ部の個数に比例するものと仮定する(図3(a)参照)。図3(a)の様に、或る光学パワー変化φを与える場合、EW駆動ポンプ部1個(例えば、108aだけ)を動かす場合には、必要な印加電圧はV1となる。これに対し、3つのEW駆動ポンプ部108a〜108cを動作させる場合には、V1より小さな電圧V2を印加する。このとき、3つのEW駆動ポンプ部全てに電圧を印加する場合、図3(a)の様に閾値Vtを僅かに超えた程度の電圧を印加することになる。この閾値Vtは、2つの液体101、102と絶縁膜105の物性によって決まる値であり、この両者の間に働く静止摩擦力に依存する。このため、電圧V2を与えた場合と電圧V1を与えた場合では、静止摩擦力をより大きな力で超えられる電圧V1を与えた場合の方が、より高速に界面が移動し、結果としてより高速なレンズ駆動を達成できる。 Here, consider a case where the shape of the interface 103a in the optically effective portion is minutely changed. It is assumed that the change in the optical power of the liquid lens due to the change in the interface 103a is proportional to the voltage applied to the electrodes 104a to 104c and the number of EW drive pump units that drive the liquid (see FIG. 3A). As shown in FIG. 3A, when a certain optical power change φ is given, when one EW drive pump unit (for example, only 108a) is moved, the necessary applied voltage is V1. On the other hand, when operating the three EW drive pump units 108a to 108c, a voltage V2 smaller than V1 is applied. At this time, when a voltage is applied to all three EW drive pump units, a voltage slightly exceeding the threshold value Vt is applied as shown in FIG. This threshold value Vt is a value determined by the physical properties of the two liquids 101 and 102 and the insulating film 105, and depends on the static friction force acting between them. For this reason, when the voltage V2 is applied and when the voltage V1 is applied, the interface moves faster when the voltage V1 that exceeds the static friction force with a larger force is applied, resulting in higher speed. Lens driving can be achieved.

図1の様に電極の数が3つと少ない場合、与える電圧が0とV1だけの場合には、液体レンズは、初期状態を含め4つの光学パワー状態にしか変化させることができない。このため、図3(b)の様に、0、V1、V3の様に3つ以上の電圧を離散的に与えて電圧状態を変化させてもかまわない。この様に離散的に電圧を与えることで、液体レンズの取り得る光学パワーの数を増加させることができる。このとき、与える電圧は閾値Vtより大きく、可能であれば閾値Vtの1.2倍以上の電圧値を選ぶことが望ましい。また、与える電圧に0Vを含まない形でも構わない。例えば、0でない電圧V4、V5を選んで駆動させても構わない。 When the number of electrodes is as small as three as shown in FIG. 1, when the applied voltages are only 0 and V1, the liquid lens can be changed only to four optical power states including the initial state. Therefore, as shown in FIG. 3B, the voltage state may be changed by discretely applying three or more voltages such as 0, V1, and V3. Thus, by applying voltages discretely, the number of optical powers that the liquid lens can take can be increased. At this time, the applied voltage is larger than the threshold value Vt, and if possible, it is desirable to select a voltage value of 1.2 times or more the threshold value Vt. Further, the applied voltage may not include 0V. For example, non-zero voltages V4 and V5 may be selected and driven.

以上の説明から分かる様に、液体流量の小さいEW駆動ポンプ部を多数配置し、それら駆動ポンプ部を閾値Vtより十分大きい大電圧で駆動させることで、液体レンズの高速駆動を達成することができる。さらには、小さな光学特性の変化も大きな光学特性の変化も実現することができる。より具体的には、例えば、印加電圧制御部で、光学パワーの各値と各駆動ポンプ部の印加電圧の値との対応を表すテーブルを記憶しておいて、装置全体を制御する制御部から或る値の光学パワーが要求されたら、テーブルを参照して、その光学パワーに対応する電圧を各駆動ポンプ部に印加する、といった印加電圧制御を行う。 As can be seen from the above description, high-speed driving of the liquid lens can be achieved by arranging a large number of EW drive pump units with a small liquid flow rate and driving these drive pump units with a large voltage sufficiently larger than the threshold value Vt. . Furthermore, it is possible to realize both small optical characteristic changes and large optical characteristic changes. More specifically, for example, the applied voltage control unit stores a table representing the correspondence between each value of the optical power and the applied voltage value of each drive pump unit, and from the control unit that controls the entire apparatus. When a certain value of optical power is required, application voltage control is performed such that a voltage corresponding to the optical power is applied to each drive pump unit with reference to the table.

(第2実施例)
図4を用いて、本発明の第2実施例の説明を行う。図4(a)、(b)は第2実施例における液体レンズの断面図、図4(c)は第2実施例における液体レンズの正面図である。第2実施例では、第1実施例と異なり、EW駆動ポンプ部が、液体レンズの光軸を中心に液体レンズの光学有効部の周りを多層に取り巻く配置となっている。図4に示す様に、光学有効部の界面503aを取り巻く様にリング状のEW駆動ポンプ部508a〜508cが配置されている。EW駆動ポンプ部508a〜508cは、第1実施例のEW駆動ポンプ部と同様、液体界面503b〜503d、電極504a、504b、504c、絶縁膜505、及び突起506a、506b、506cにより構成されている。第1実施例と同様、電極504a〜504cそれぞれに電圧を印加することで液体界面503b〜503dが変化し、密閉筺体507内に収容された液体501、502を押すことで光学有効部の液体界面503aの形状が変化する(図4(b)参照)。
(Second embodiment)
The second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4A and 4B are cross-sectional views of the liquid lens in the second embodiment, and FIG. 4C is a front view of the liquid lens in the second embodiment. In the second embodiment, unlike the first embodiment, the EW drive pump section is arranged to surround the optical effective section of the liquid lens in multiple layers around the optical axis of the liquid lens. As shown in FIG. 4, ring-shaped EW drive pump portions 508a to 508c are arranged so as to surround the interface 503a of the optically effective portion. The EW drive pump units 508a to 508c are configured by liquid interfaces 503b to 503d, electrodes 504a, 504b, and 504c, an insulating film 505, and protrusions 506a, 506b, and 506c, similarly to the EW drive pump unit of the first embodiment. . As in the first embodiment, the liquid interfaces 503b to 503d are changed by applying voltages to the electrodes 504a to 504c, and the liquid interfaces of the optically effective portion are pressed by pressing the liquids 501 and 502 accommodated in the sealed casing 507. The shape of 503a changes (see FIG. 4B).

この様にEW駆動ポンプ部508a〜508cを光学有効部を取り巻く様に配置することで、光学有効部の界面503aとEW駆動ポンプ部508a〜508cとの間の距離を短くできる。このため、不必要な液体の流れが発生せず、界面503aにスムーズな変化を与えることが可能になる。また、EW駆動ポンプ部508a〜508cがリング状の形状をしているため、液体界面503aに対して等方的に液体の流れが発生する。よって、液体界面503aが球面から大きく外れて変化する(非球面化する)様なことを抑制できる。 Thus, by disposing the EW drive pump units 508a to 508c so as to surround the optical effective unit, the distance between the interface 503a of the optical effective unit and the EW drive pump units 508a to 508c can be shortened. For this reason, an unnecessary liquid flow does not occur, and a smooth change can be given to the interface 503a. In addition, since the EW drive pump units 508a to 508c have a ring shape, a liquid flow isotropically occurs with respect to the liquid interface 503a. Therefore, it is possible to suppress the liquid interface 503a from greatly changing from the spherical surface (aspherical).

ここで、電極に印加する電圧を0とV1とした場合、印加電圧と液体レンズの持つ光学パワーの関係は図5の様になる。ここで、もし0とV1以外の電圧V2(0<V2<V1)を与えたとする。このとき、前述した様に、液体レンズには、印加電圧と光学パワーの間にヒステリシスが発生してしまい、立ち上がり時と立下り時で異なる光学パワーを示す(φuとφd)。このヒステリシスは、液体501と液体502、絶縁膜505の材料により発生する接触角θのヒステリシス(前進角・後退角)などに起因する。このヒステリシスを完全に0にすることは困難であり、与える電圧をアナログ的に与えている限り、液体レンズにはヒステリシスが発生してしまう。これに対し、本実施例における液体レンズでは、与える電圧は0とV1(ヒステリシス領域外の電圧)の2つの電圧しか与えない。このため、接触角の前進角・後退角はともに等しい値になり、各駆動ポンプ部の駆動により発生する光学パワーは図5のφ0とφだけとなり、ヒステリシスの発生を抑えることが可能になる。この様に、本実施例では、アナログ的に電圧を印加せずデジタル的な2つの電圧の印加を行うため、中間的な電圧で発生する接触角の差の発生を抑え、結果としてヒステリシスを低減することができる。ただし、3つ以上の電圧をデジタル的に与えるような場合、液体レンズの高速駆動は達成できるが図5の様なヒステリシス(φdとφu)が発生する可能性がある。したがって、要求仕様に応じて、印加電圧制御の態様を決める必要がある。例えば、ヒステリシスを抑制するために、印加電圧の選択範囲は限定されるが、ヒステリシスが小さい領域から選んだ離散的な電圧を印加する制御態様がある。つまり、実施例1の図3(b)に示すように3つ以上の電圧を与える場合、最大、最小になる電圧以外の電圧をヒステリシスの小さい領域から選ぶことで、ヒステリシスの発生を小さくすることが可能となる。 Here, when the voltages applied to the electrodes are 0 and V1, the relationship between the applied voltage and the optical power of the liquid lens is as shown in FIG. Here, it is assumed that a voltage V2 other than 0 and V1 (0 <V2 <V1) is applied. At this time, as described above, hysteresis occurs between the applied voltage and the optical power in the liquid lens, and different optical powers are shown at the rise and fall (φu and φd). This hysteresis is caused by the hysteresis (advance angle / retreat angle) of the contact angle θ generated by the material of the liquids 501 and 502 and the insulating film 505. It is difficult to make this hysteresis completely zero, and as long as the applied voltage is applied in an analog manner, hysteresis occurs in the liquid lens. On the other hand, in the liquid lens in the present embodiment, only two voltages 0 and V1 (voltage outside the hysteresis region) are applied. For this reason, the advancing angle and the receding angle of the contact angle are equal to each other, and the optical power generated by driving each drive pump unit is only φ0 and φ in FIG. 5, and the occurrence of hysteresis can be suppressed. In this way, in this embodiment, since two digital voltages are applied without applying an analog voltage, the occurrence of a difference in contact angle caused by an intermediate voltage is suppressed, resulting in a reduction in hysteresis. can do. However, when three or more voltages are applied digitally, the liquid lens can be driven at high speed, but hysteresis (φd and φu) as shown in FIG. 5 may occur. Therefore, it is necessary to determine the mode of applied voltage control according to the required specifications. For example, in order to suppress hysteresis, the selection range of the applied voltage is limited, but there is a control mode in which a discrete voltage selected from a region where hysteresis is small is applied. That is, when three or more voltages are applied as shown in FIG. 3B of the first embodiment, the generation of hysteresis is reduced by selecting a voltage other than the maximum and minimum voltages from a region having a small hysteresis. Is possible.

ところで、本実施例ではリング状に作製された各電極504a〜504cが繋がった構成をしているが、例えば図6(a)の様に、リング状の電極をさらに電気的に分割し、小さなEW駆動ポンプ部を液体レンズの光軸を中心に点対称に多数構成して夫々を個別に駆動しても構わない。この場合、例えば電極801aから順に、駆動するEW駆動ポンプ部の数を増やしていくことで、ヒステリシスの発生を防ぎながら合計で9状態の光学的パワーを与えることのできる液体レンズを構成できる。もちろん、駆動する順番はこれに限らず、例えばランダムに選択される様にしても構わない。すなわち、例えば、1つ駆動の場合は電極801aのみ、3つ駆動の場合は電極801a,c,dを動かしてもよいし電極801b,g,hや電極801c,d,fを動かしてもよいという様に、動かす駆動ポンプ部の個数だけ合っていればどれを動かしても構わない様にしてもよい。 By the way, in the present embodiment, the respective electrodes 504a to 504c produced in a ring shape are connected. For example, as shown in FIG. A large number of EW drive pump units may be configured point-symmetrically around the optical axis of the liquid lens, and each may be driven individually. In this case, for example, by increasing the number of EW drive pump units to be driven in order from the electrode 801a, a liquid lens capable of giving a total of nine states of optical power while preventing the occurrence of hysteresis can be configured. Of course, the driving order is not limited to this, and may be selected at random, for example. That is, for example, in the case of one drive, only the electrode 801a may be moved, and in the case of three drives, the electrodes 801a, c, d may be moved, or the electrodes 801b, g, h and the electrodes 801c, d, f may be moved. In this way, any number of drive pump units to be moved may be moved as long as they match.

この様にEW駆動ポンプ部をリング状に配置することで、液体の流れを均一化させ、光学有効部の液体界面の形状を崩さず、光学パワー変化を与えることが可能になる。また、0と大電圧といった2つの電圧での駆動を行うことで、ヒステリシスの低減も実現することができる。 By disposing the EW drive pump portion in a ring shape in this way, it is possible to make the liquid flow uniform and change the optical power without breaking the shape of the liquid interface of the optically effective portion. Also, hysteresis can be reduced by driving with two voltages such as 0 and a large voltage.

(第3実施例)
図6(b)を用いて本発明の第3実施例について説明を行う。図6(b)は第3実施例における液体レンズの上面図である。第3実施例は、第2実施例で説明した様なリング状のEW駆動ポンプ部をさらに三角柱状の小さなEW駆動ポンプ部に小分けした構造を有する。図6(b)の様に、光学有効部901を取り囲む様に、電気的に独立な略三角柱状をしたEW駆動ポンプ部902が多数配列される。図6(b)ではEW駆動ポンプ部902が48個並んだ形をしているが、もちろんこの数に限られない。詳しくは、図6(b)の構成では、各三角柱の各斜辺に互いに絶縁された一対の電極があって(1つの三角柱に注目すると、その2つの斜辺にある2つの電極は電気的に繋がっている)、各三角柱の電極が独立に制御される。つまり、本実施例では、駆動ポンプ部は、その界面の形状が三角形状の三角柱状の形状を有し、三角柱状の駆動ポンプ部は、光学有効部の周りに、保持部が配置された三角柱の一面が交互に互い違いに対向面に来るよう配置されている。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6B is a top view of the liquid lens in the third embodiment. The third embodiment has a structure in which the ring-shaped EW drive pump section as described in the second embodiment is further divided into small triangular prism-shaped EW drive pump sections. As shown in FIG. 6B, a large number of electrically independent substantially triangular prism-shaped EW drive pump units 902 are arranged so as to surround the optically effective unit 901. In FIG. 6B, 48 EW drive pump units 902 are arranged side by side, but the number is not limited to this number. Specifically, in the configuration of FIG. 6 (b), there is a pair of electrodes insulated from each other on each hypotenuse of each triangular prism (noting one triangular prism, the two electrodes on the two hypotenuses are electrically connected to each other. The electrodes of each triangular prism are controlled independently. In other words, in this embodiment, the drive pump unit has a triangular prism shape whose interface is triangular, and the triangular pump drive pump unit has a triangular prism in which a holding unit is disposed around the optically effective portion. Are arranged so as to alternately come to the opposite surface.

1つ1つのEW駆動ポンプ部902には大きな電圧V1を与える。EW駆動ポンプ部902は小さいため、送ることのできる液体量は非常に小さい。このため、高い電圧V1を与えながら微小な光学パワー変化を達成することができる。また、EW駆動ポンプ部902は高速な応答が可能になる。さらに、EW駆動ポンプ部902の個数が多いため、EW駆動ポンプ部902の動作個数を制御することで、略連続的に大きな光学パワー変化を与えることもできる。図7はこのことを示している。 A large voltage V1 is applied to each EW drive pump unit 902. Since the EW drive pump unit 902 is small, the amount of liquid that can be sent is very small. For this reason, a minute change in optical power can be achieved while applying a high voltage V1. In addition, the EW drive pump unit 902 can respond at high speed. Furthermore, since the number of EW drive pump units 902 is large, it is possible to give a large change in optical power substantially continuously by controlling the number of operations of the EW drive pump units 902. FIG. 7 illustrates this.

図8は、小分けされた三角柱状のEW駆動ポンプ部902を1つ取りだし、その動作を表した模式図である。EW駆動ポンプ部902は、第1実施例のEW駆動ポンプ部と同様、2つの液体1101、1102とそれらによる液体界面1103、電極1104、絶縁膜1105、及び突起1106で構成される。図8は、簡単のため、三角柱を成すEW駆動ポンプ部の手前の面を透過する図としているが、本来この面には奥の面と同様に、隣接するEW駆動ポンプ部の電極1104と絶縁膜1105が配置されている。ここで、導電性液体1101と電極1104の間に電圧V1を印加する。すると、液体界面1103と絶縁膜1105との接触角が変化し、液体界面1103が成す三角形の頂点1107の位置が移動する(図8(b)参照)。この結果、液体1102が液体界面1103により押される形になり、矢印の様に液体の流れが生じる。この液体の流れが光学有効部901にある液体界面(不図示)を押すことにより、第1及び第2実施例と同様に液体界面の形状が変化し、光学的パワーの変化を与える。 FIG. 8 is a schematic view showing the operation of one subdivided triangular prism-shaped EW drive pump unit 902 taken out. Similar to the EW drive pump unit of the first embodiment, the EW drive pump unit 902 includes two liquids 1101 and 1102, a liquid interface 1103, an electrode 1104, an insulating film 1105, and a protrusion 1106. For simplicity, FIG. 8 is a view that penetrates the front surface of the EW drive pump portion that forms a triangular prism, but this surface is originally insulated from the electrode 1104 of the adjacent EW drive pump portion as in the back surface. A membrane 1105 is disposed. Here, a voltage V 1 is applied between the conductive liquid 1101 and the electrode 1104. Then, the contact angle between the liquid interface 1103 and the insulating film 1105 changes, and the position of the vertex 1107 of the triangle formed by the liquid interface 1103 moves (see FIG. 8B). As a result, the liquid 1102 is pushed by the liquid interface 1103, and a liquid flow is generated as shown by the arrows. When the liquid flow pushes a liquid interface (not shown) in the optical effective unit 901, the shape of the liquid interface changes as in the first and second embodiments, and the optical power changes.

図6(b)の実施例と第二実施例の図4の構造を組み合わせ、図9(a)の様にEW駆動ポンプ部902が多層構造を成す様な構成にしても構わない。また、図9(b)に示す様に、EW駆動ポンプ部を同時に複数個駆動ないし多数駆動させる場合には、光学有効部1301の中心(光軸)に対して点対称な位置にある駆動ポンプ部を動作させることが望ましい。この場合、EW駆動ポンプ部は常に最低2個を同時駆動させる。例えば3個の駆動ポンプ部を動作させる場合には、図9(c)に示す様に、光軸中心に120度点対称にある位置のEW駆動ポンプ部を駆動させる。この様に駆動させることで、各EW駆動ポンプ部による液体の流れを妨げず、かつ光学有効部1301において均一な流れを発生させ、光学有効部1301の液体界面が球面から外れて変化することを抑制できる。 6 (b) and the structure of FIG. 4 of the second embodiment may be combined so that the EW drive pump unit 902 has a multilayer structure as shown in FIG. 9 (a). In addition, as shown in FIG. 9B, when a plurality of EW drive pump units are driven at the same time or when they are driven in large numbers, the drive pump is in a point-symmetrical position with respect to the center (optical axis) of the optical effective unit 1301 It is desirable to operate the part. In this case, the EW drive pump unit always drives at least two at the same time. For example, when operating three drive pump units, as shown in FIG. 9 (c), the EW drive pump unit at a position symmetrical about 120 degrees about the optical axis is driven. By driving in this way, the liquid flow by each EW drive pump unit is not hindered, and a uniform flow is generated in the optical effective unit 1301, and the liquid interface of the optical effective unit 1301 is changed from the spherical surface. Can be suppressed.

この様に、液体流量の小さいEW駆動ポンプ部を多数配置することで、略連続的な光学パワー変化を与えることが可能になる。さらに、光軸の周りに点対称な位置のEW駆動ポンプ部を駆動させることで、液体界面形状を球面のまま変化させることが可能になる。尚、ここまでの第1から第3の実施例における液体レンズは、電圧印加によりEW駆動ポンプ部を駆動すると、光学パワーが大きくなる液体レンズとなっている。しかし、これに限るものでなく、2つの液体の屈折率や界面の曲率を適宜選ぶことで、電圧印加とともに光学パワーが小さくなる液体レンズを構成することもできる。また、第2実施例や第3実施例において、それぞれのEW駆動ポンプ部の大きさを異ならせ、必要な液体の駆動量に合わせて、動かすEW駆動ポンプ部が適宜選択されるなどの構成を取っても構わない。 As described above, by arranging a large number of EW drive pump units having a small liquid flow rate, it is possible to give a substantially continuous optical power change. Furthermore, by driving the EW drive pump unit that is point-symmetric about the optical axis, it is possible to change the liquid interface shape as a spherical surface. The liquid lenses in the first to third embodiments so far are liquid lenses that increase the optical power when the EW drive pump unit is driven by voltage application. However, the present invention is not limited to this, and by appropriately selecting the refractive index of the two liquids and the curvature of the interface, it is possible to configure a liquid lens in which the optical power decreases with voltage application. In the second and third embodiments, the size of each EW drive pump unit is varied, and the EW drive pump unit to be moved is appropriately selected according to the required liquid drive amount. You can take it.

(第4実施例)
図10(a)を用いて本発明の第4実施例について説明する。第4実施例は、本発明の液体光学素子である液体レンズをデジタルビデオカメラに適用した例である。ここで用いている液体レンズは、第3実施例の液体レンズを想定している。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fourth embodiment is an example in which a liquid lens which is a liquid optical element of the present invention is applied to a digital video camera. The liquid lens used here is assumed to be the liquid lens of the third embodiment.

本実施例のデジタルビデオカメラでは、画像のピント合わせに際して画像のコントラストを検出し、ピントをずらしながら最もコントラストの高い位置をピント位置として検出する。このとき、大きくピントがずれていた場合、ピント位置を検出するのに時間がかかってしまう。このため、常に小さくピントを移動させ、どちらにピント位置があるかを検出するウォブリングという駆動を行う。ウォブリングでは、撮像素子上で被写界深度以下の幅でピントを前後させ、コントラストの高くなる方にピントを移動させる。ウォブリングの方法としてはレンズや撮像素子を微小移動させる方法が考えられるが、この方法ではモータなどの移動手段や、それらによって発生する音が動画に入り込む可能性がある。これに対し、EW駆動ポンプ部を用いた液体レンズは、可動部が存在しないため、ピントを微小移動させるウォブリング素子として非常に有効に用いることができる。 In the digital video camera of this embodiment, the contrast of the image is detected when the image is focused, and the position with the highest contrast is detected as the focus position while shifting the focus. At this time, if the focus is greatly deviated, it takes time to detect the focus position. For this reason, a driving called wobbling is performed in which the focus is always moved small and the focus position is detected. In wobbling, the focus is moved back and forth on the image sensor with a width equal to or smaller than the depth of field, and the focus is moved toward the higher contrast. As a wobbling method, a method of minutely moving a lens or an image sensor is conceivable. However, in this method, moving means such as a motor or sound generated by them may enter a moving image. On the other hand, the liquid lens using the EW drive pump unit can be used very effectively as a wobbling element for moving the focus minutely because there is no movable part.

ウォブリング素子として液体レンズを用いた場合の構成図を図10(a)に示す。撮像素子1401上の被写体1402の像1408は、撮像素子1401により電気信号化され、画像処理回路1403に送られる。画像処理回路1403では、得られた画像のコントラストを検出し、被写体1402に対しピントが前にあるのか後ろにあるのかを判断する。このとき、被写体像1408がボケている場合、被写体像1408のコントラストは低い。そこで、図10(b)に示す様に、撮像素子1401で画像を取り込むタイミングと、本発明の液体レンズ1407のピント微小変動のタイミングを同期させる。これにより、図10(c)の様に、現在のピント位置1501の前後での被写体のコントラストを検出できる。このとき、例えば、被写体像1408のベストピント位置が1502であった場合、1502の方向にピントを移動させるほど画像のコントラストは高くなる。このため、液体レンズ1407の光学パワーを微小変動させ、現在のピント位置前後での像のコントラストを計測することで、被写体像1408のピント方向を把握することが可能になる。 FIG. 10A shows a configuration diagram when a liquid lens is used as the wobbling element. An image 1408 of the subject 1402 on the image sensor 1401 is converted into an electrical signal by the image sensor 1401 and sent to the image processing circuit 1403. The image processing circuit 1403 detects the contrast of the obtained image and determines whether the subject 1402 is in front or behind. At this time, when the subject image 1408 is blurred, the contrast of the subject image 1408 is low. Therefore, as shown in FIG. 10B, the timing of capturing an image with the image sensor 1401 is synchronized with the timing of the minute focus fluctuation of the liquid lens 1407 of the present invention. Accordingly, the contrast of the subject before and after the current focus position 1501 can be detected as shown in FIG. At this time, for example, when the best focus position of the subject image 1408 is 1502, the contrast of the image increases as the focus is moved in the direction of 1502. Therefore, it is possible to grasp the focus direction of the subject image 1408 by minutely changing the optical power of the liquid lens 1407 and measuring the contrast of the image before and after the current focus position.

ここで、被写界深度は、被写体からの光を結像する光学系のF値によって変化する。つまり、被写体が明るい場合には絞りは絞り込まれるため、被写界深度は深くなる。このため、ピントの方向を掴むにはウォブリングでのピント移動量を大きくする必要がある。このため、撮像光学系1404の絞り1405のF値を検出し、液体レンズ駆動回路1406にそのF値の情報を送る。液体レンズ1407は駆動回路1406の信号に合わせ、光学パワーの変動量を変化させる。これにより、撮像素子1401上の像のボケ量が増減される。この光学パワーの変動量は絞り1405のF値に比例し、絞りが開く(暗い場所)の場合は変動量が小さく、絞りが絞られる(明るい場所)の場合は変動量が大きくなる。即ち、被写体が暗い場合には図9におけるEW駆動ポンプ部902は少ない数が駆動され、被写体が明るい場合にはEW駆動ポンプ部902は多くの数が駆動されることになる。このとき、ウォブリングの周波数はビデオのフレームレートの1/2で駆動される。これは2フレームでピント位置を前後に振るためである。即ち、60fpsで動画を撮影する場合、液体レンズ1407の駆動周波数は30Hzとなる。この様な高い周波数で駆動するためにも、EW駆動ポンプ部に高い電圧を与えられる本発明の液体レンズの構成が望ましい。 Here, the depth of field changes depending on the F value of the optical system that forms an image of light from the subject. That is, when the subject is bright, the aperture is narrowed down, so that the depth of field becomes deep. For this reason, in order to grasp the direction of focus, it is necessary to increase the amount of focus movement in wobbling. Therefore, the F value of the aperture 1405 of the imaging optical system 1404 is detected, and information on the F value is sent to the liquid lens driving circuit 1406. The liquid lens 1407 changes the fluctuation amount of the optical power in accordance with the signal from the drive circuit 1406. Thereby, the blur amount of the image on the image sensor 1401 is increased or decreased. The fluctuation amount of the optical power is proportional to the F value of the diaphragm 1405. The fluctuation amount is small when the diaphragm is open (dark place), and the fluctuation amount is large when the diaphragm is narrowed (bright place). That is, when the subject is dark, a small number of EW drive pump units 902 in FIG. 9 are driven, and when the subject is bright, a large number of EW drive pump units 902 are driven. At this time, the wobbling frequency is driven at half the video frame rate. This is because the focus position is moved back and forth in two frames. That is, when shooting a moving image at 60 fps, the drive frequency of the liquid lens 1407 is 30 Hz. In order to drive at such a high frequency, the configuration of the liquid lens of the present invention that can apply a high voltage to the EW drive pump unit is desirable.

(第5実施例)
図11(a)を用いて、本発明の第5実施例の説明を行う。第5実施例は、本発明の液体光学素子である液体レンズをデジタルスチルカメラに適用した例である。図11(a)は液体レンズを適用したデジタルカメラの外観を示す模式図であり、1601は撮影レンズ、1602はファインダ、1603はフラッシュ発光部、1604はシャッタースイッチである。
(5th Example)
The fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fifth embodiment is an example in which a liquid lens which is a liquid optical element of the present invention is applied to a digital still camera. FIG. 11A is a schematic diagram showing the external appearance of a digital camera to which a liquid lens is applied. 1601 is a photographing lens, 1602 is a finder, 1603 is a flash light emitting unit, and 1604 is a shutter switch.

図11(b)は、図11(a)のデジタルカメラの主要部のブロック図である。図11(b)のデジタルカメラでは、本発明の液体レンズ1702を固体レンズ1701と組み合わせてユニット化して用いており、固体レンズ1701と液体レンズ1702の光学系を経た光は、絞り1703、シャッター1704を経て撮像素子1705に像を結ぶ。液体レンズ1702、絞り1703、シャッター1704はカメラ制御部1706からの制御信号により制御される。図11(b)における他の要素はデジタルカメラにおける一般的なものであるが、以下簡単に説明する。1707は信号処理部でアナログ信号処理を行い、A/D変換器1708でアナログ信号をデジタルに変換する。画像メモリ1709はデジタル信号を格納するメモリであり、画像処理部1710は信号変換、信号補正等を行う。メインCPU1711はデジタルカメラの全動作を制御する。CPU1711はROM1712に格納された制御プログラムの実行により画像処理部1710、カメラ制御部1706等の制御を行う。1713はプログラム実行の作業領域を提供するRAMであり、1714は画素表示部1715に表示させる撮影画像を記憶する画像メモリである。圧縮/伸長処理部1716は画像メモリ1709内の画像情報を符号化し、符号化したデータはI/F1717を介してメモリカード1718に格納される。カメラ制御部1706は操作スイッチ1719からの操作信号に基づき各種動作を実行する。 FIG. 11B is a block diagram of the main part of the digital camera of FIG. In the digital camera of FIG. 11B, the liquid lens 1702 of the present invention is combined with the solid lens 1701 and used as a unit, and light passing through the optical system of the solid lens 1701 and the liquid lens 1702 is used as an aperture 1703 and a shutter 1704. Then, an image is formed on the image sensor 1705. The liquid lens 1702, the diaphragm 1703, and the shutter 1704 are controlled by a control signal from the camera control unit 1706. The other elements in FIG. 11 (b) are common in digital cameras, but will be described briefly below. A signal processing unit 1707 performs analog signal processing, and an A / D converter 1708 converts the analog signal to digital. An image memory 1709 is a memory for storing digital signals, and an image processing unit 1710 performs signal conversion, signal correction, and the like. The main CPU 1711 controls all operations of the digital camera. The CPU 1711 controls the image processing unit 1710, the camera control unit 1706, and the like by executing a control program stored in the ROM 1712. Reference numeral 1713 denotes a RAM that provides a work area for program execution, and reference numeral 1714 denotes an image memory that stores captured images to be displayed on the pixel display unit 1715. The compression / decompression processing unit 1716 encodes image information in the image memory 1709, and the encoded data is stored in the memory card 1718 via the I / F 1717. The camera control unit 1706 executes various operations based on operation signals from the operation switch 1719.

シャッタースイッチ1604が押下されることで、カメラ制御部1706は調光制御部1720に信号を送り、フラッシュ1603を発光させる等の所定の動作がなされる。この際、撮影レンズ1601内に配置された液体レンズ1702は、メインCPU1711からの信号に従い、撮像レンズ1601による像を撮像素子1705上に結ぶよう光学パワーを変化させピント位置を制御する。1721は通信用回路であり、撮影した画像を無線で外部に送信するときなどに用いる。この様に、所謂オートフォーカスに本発明の高速応答可能な液体レンズを適用することにより、高速なオートフォーカスを実現することが可能になる。 When the shutter switch 1604 is pressed, the camera control unit 1706 sends a signal to the dimming control unit 1720 to perform a predetermined operation such as causing the flash 1603 to emit light. At this time, the liquid lens 1702 disposed in the photographing lens 1601 controls the focus position by changing the optical power so as to tie an image by the imaging lens 1601 on the imaging element 1705 in accordance with a signal from the main CPU 1711. Reference numeral 1721 denotes a communication circuit which is used when a photographed image is transmitted to the outside wirelessly. In this manner, by applying the liquid lens capable of high-speed response of the present invention to so-called autofocus, it becomes possible to realize high-speed autofocus.

(第6実施例)
本発明の光学素子である液体レンズをカメラ付き携帯電話の撮影レンズに適用した第6実施例について説明する。図12は、本発明の液体レンズを用いた携帯電話の要部を示す模式図である。図12に示したカメラ付き携帯電話では、カメラ部1801の撮影レンズ部1802の少なくとも一部として本発明の液体レンズ1803を搭載し、CCD等の撮像素子1804に像の焦点が合う様に構成している。本発明の液体レンズは、高速な応答が期待されるので、カメラのオートフォーカス素子として有効性が高い。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment in which the liquid lens which is the optical element of the present invention is applied to a photographing lens of a camera-equipped mobile phone will be described. FIG. 12 is a schematic diagram showing a main part of a mobile phone using the liquid lens of the present invention. The camera-equipped mobile phone shown in FIG. 12 includes the liquid lens 1803 of the present invention as at least a part of the photographing lens unit 1802 of the camera unit 1801, and is configured so that the image is focused on an image sensor 1804 such as a CCD. ing. Since the liquid lens of the present invention is expected to respond at high speed, it is highly effective as an autofocus element for a camera.

図12における他の要素はカメラ付き携帯電話における一般的なものであるが、以下簡単に説明する。1805は携帯電話の制御部であり、CPU1806とROM1807を含んで構成される。1808はアンテナ、1809は無線部であり、これらは制御部1805に接続されている。1810はマイク、1811はレシーバ、1812は画像記憶部であり、カメラ1801で撮影された画像は画像記憶部1812に記憶される。1813は操作キーであり、1814はLCD等の表示部、1815はカメラ撮影のシャッターキーである。 The other elements in FIG. 12 are typical for camera-equipped mobile phones, but will be described briefly below. Reference numeral 1805 denotes a mobile phone control unit, which includes a CPU 1806 and a ROM 1807. Reference numeral 1808 denotes an antenna, and 1809 denotes a wireless unit, which are connected to the control unit 1805. Reference numeral 1810 denotes a microphone, 1811 denotes a receiver, and 1812 denotes an image storage unit. Images captured by the camera 1801 are stored in the image storage unit 1812. Reference numeral 1813 denotes an operation key, 1814 denotes a display unit such as an LCD, and 1815 denotes a shutter key for camera photography.

(第7実施例)
図13を用いて、本発明における第7実施例を説明する。第7実施例は、本発明の液体レンズを監視カメラに適用した例である。図13(a)は、本発明の液体レンズを用いた監視カメラの外観を示す模式図であり、図13(b)は、監視カメラシステムのブロック回路図である。図13(a)において、1901はレンズユニット部、1902は雲台ユニット部、1903はレンズユニット部を覆うカバーである。
(Seventh embodiment)
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The seventh embodiment is an example in which the liquid lens of the present invention is applied to a surveillance camera. FIG. 13A is a schematic diagram showing the appearance of a surveillance camera using the liquid lens of the present invention, and FIG. 13B is a block circuit diagram of the surveillance camera system. In FIG. 13A, reference numeral 1901 denotes a lens unit, 1902 denotes a pan head unit, and 1903 denotes a cover that covers the lens unit.

図13(b)において、レンズユニット部1901を構成するレンズの1つとして本発明の光学素子である液体レンズ1904を組み込んだ点が本実施例の特徴である。図13(b)おいては、固体レンズ群1905、液体レンズ1904、撮像素子1906が光軸に沿って並べられており、撮像素子の出力は増幅器1907を介して映像処理回路1908、フォーカス処理回路1909にそれぞれ接続されている。雲台ユニット1902にはレンズユニット1901の駆動のためのパン方向駆動モータ1910、チルト方向駆動モータ1911が設けられている。映像処理回路1908の出力は雲台ユニット部内のネットワーク処理回路1913に接続され、フォーカス処理回路1909の出力はCPU1912に接続されている。CPU1912の出力はネットワーク処理回路1913を介して外部のLAN1914に接続され、LAN1914にはパーソナルコンピュータ1915が接続されている。また、CPU1912の出力はパン駆動回路1916、チルト駆動回路1917を介して駆動モータ1910、1911に接続され駆動用の信号をこれらに供給する。さらに、CPU1912は液体レンズ駆動回路1918に接続されている。液体レンズ1904は液体レンズ駆動回路1918により駆動され、焦点の調整を行う。本発明の液体レンズは高速応答が可能であるので、本実施例の監視カメラではフォーカスの高速化が図れる。 In FIG. 13B, the feature of this embodiment is that a liquid lens 1904 which is an optical element of the present invention is incorporated as one of the lenses constituting the lens unit 1901. In FIG. 13B, a solid lens group 1905, a liquid lens 1904, and an image sensor 1906 are arranged along the optical axis, and the output of the image sensor is an image processing circuit 1908 and a focus processing circuit via an amplifier 1907. 1909, respectively. The pan head unit 1902 is provided with a pan direction drive motor 1910 and a tilt direction drive motor 1911 for driving the lens unit 1901. The output of the video processing circuit 1908 is connected to the network processing circuit 1913 in the pan head unit, and the output of the focus processing circuit 1909 is connected to the CPU 1912. The output of the CPU 1912 is connected to an external LAN 1914 via a network processing circuit 1913, and a personal computer 1915 is connected to the LAN 1914. Further, the output of the CPU 1912 is connected to drive motors 1910 and 1911 via a pan drive circuit 1916 and a tilt drive circuit 1917 to supply drive signals thereto. Further, the CPU 1912 is connected to the liquid lens driving circuit 1918. The liquid lens 1904 is driven by a liquid lens driving circuit 1918 to adjust the focus. Since the liquid lens of the present invention can respond at high speed, the surveillance camera of this embodiment can increase the speed of focus.

101、102・・・液体(導電性液体、非導電性液体)、103a・・・光学有効部の界面、103b、103c、103 d・・・駆動ポンプ部の界面、104a、104b、104c・・・電極、105・・・絶縁膜、106a、106b、106c・・・駆動ポンプ部の突起(界面の端部の保持部)、108a、108b、108c・・・駆動ポンプ部 101, 102 ... Liquid (conductive liquid, non-conductive liquid), 103a ... Interface of optical effective part, 103b, 103c, 103d ... Interface of drive pump part, 104a, 104b, 104c ...・ Electrodes, 105... Insulating film, 106a, 106b, 106c... Projection of driving pump part (holding part at interface end), 108a, 108b, 108c.

Claims (12)

光学特性を変化させる機能を担う光学有効部と複数の駆動ポンプ部を有し、
前記各駆動ポンプ部は、互いに不混和な導電性液体と非導電性液体により形成された界面の端部を保持する保持部と、前記保持部に対して配置され前記導電性及び非導電性の液体に対して絶縁された電極とを有し、前記電極に印加される電圧を制御することで、エレクトロウェッティング現象により、前記電極に接する前記界面の端部を変位させて、前記保持部と前記電極によって挟持された前記導電性及び非導電性の液体を移動させることにより、前記各駆動ポンプ部から連通して存在する前記導電性及び非導電性の液体を含む少なくとも二種類の非混合の液体が存在する前記光学有効部の状態を変化させて光学特性を変化させられる液体光学素子であって、
前記各駆動ポンプ部の電極に印加する電圧を、動作範囲内にある少なくとも2つの離散的な電圧値とし、前記複数の駆動ポンプ部の電極への印加電圧をそれぞれ独立に制御することにより前記光学有効部にある界面の状態を変化させることを特徴とする液体光学素子。
It has an optically effective part and a plurality of drive pump parts responsible for changing the optical characteristics
Each of the drive pump units includes a holding unit that holds an end portion of an interface formed by a conductive liquid and a non-conductive liquid that are immiscible with each other, and the conductive pump unit is disposed with respect to the holding unit. An electrode insulated from the liquid, and by controlling a voltage applied to the electrode, the end portion of the interface contacting the electrode is displaced by an electrowetting phenomenon, and the holding portion and By moving the conductive and non-conductive liquid sandwiched between the electrodes, at least two kinds of non-mixed liquids including the conductive and non-conductive liquid existing in communication with the drive pump units are provided. A liquid optical element capable of changing an optical characteristic by changing a state of the optically effective portion where the liquid exists,
The voltage applied to the electrodes of each of the drive pump units is at least two discrete voltage values within the operating range, and the voltages applied to the electrodes of the plurality of drive pump units are controlled independently of each other. A liquid optical element characterized by changing a state of an interface in an effective portion.
前記少なくとも2つの電圧のうち、1つの電圧は0Vであることを特徴とする請求項1に記載の液体光学素子。 The liquid optical element according to claim 1, wherein one of the at least two voltages is 0V. 前記複数の駆動ポンプ部は、前記光学有効部の界面により構成される液体レンズの光軸を中心に点対称に配置されることを特徴とする請求項1または2に記載の液体光学素子。 The liquid optical element according to claim 1, wherein the plurality of drive pump units are arranged point-symmetrically with respect to an optical axis of a liquid lens configured by an interface of the optical effective unit. 前記駆動ポンプ部は、複数個駆動される際に、前記光軸を中心に点対称の位置にある前記駆動ポンプ部が選択されて駆動されることを特徴とする請求項3に記載の液体光学素子。 4. The liquid optical according to claim 3, wherein when a plurality of the driving pump units are driven, the driving pump unit at a point-symmetrical position about the optical axis is selected and driven. element. 前記駆動ポンプ部は、その界面の形状が三角形状の三角柱状の形状を有し、
前記三角柱状の駆動ポンプ部は、前記光学有効部の周りに、前記保持部が配置された前記三角柱の一面が交互に互い違いに対向面に来るよう配置されていることを特徴とする請求項3または4に記載の液体光学素子。
The drive pump unit has a triangular prism shape whose interface shape is triangular,
4. The triangular prism-shaped drive pump section is disposed around the optically effective section so that one surface of the triangular prism on which the holding section is disposed alternately and alternately comes to a facing surface. Or 5. The liquid optical element according to 4.
前記複数の駆動ポンプ部は、前記光学有効部の界面により構成される液体レンズの光軸を中心に前記光学有効部の周りに多層に配置されることを特徴とする請求項1または2に記載の液体光学素子。 The plurality of drive pump units are arranged in multiple layers around the optical effective unit around an optical axis of a liquid lens formed by an interface of the optical effective unit. Liquid optical element. 液体レンズとして構成された請求項1〜6のいずれか1項に記載の液体光学素子と固体レンズをユニット化したことを特徴とするレンズ。 A lens comprising the liquid optical element according to claim 1 configured as a liquid lens and a solid lens as a unit. 液体レンズとして構成された請求項1〜6のいずれか1項に記載の液体光学素子を、被写体からの光を結像する光学系の少なくとも一部として搭載したことを特徴とするカメラ。 A camera comprising the liquid optical element according to claim 1 configured as a liquid lens as at least part of an optical system for imaging light from a subject. デジタルカメラまたは監視カメラであることを特徴とする請求項8に記載のカメラ。 The camera according to claim 8, wherein the camera is a digital camera or a surveillance camera. カメラ部を有し、
液体レンズとして構成された請求項1〜6のいずれか1項に記載の液体光学素子を、前記カメラ部において被写体からの光を結像する光学系の少なくとも一部として搭載したことを特徴とするカメラ付き携帯電話。
Having a camera part,
The liquid optical element according to any one of claims 1 to 6 configured as a liquid lens is mounted as at least a part of an optical system that forms an image of light from a subject in the camera unit. Camera phone.
光学特性を変化させる機能を担う光学有効部と複数の駆動ポンプ部とを有し、前記各駆動ポンプ部は、互いに不混和な導電性液体と非導電性液体により形成された界面の端部を保持する保持部と、前記保持部に対して配置され前記導電性及び非導電性の液体に対して絶縁された電極とを有し、前記電極に印加される電圧を制御することで、エレクトロウェッティング現象により、前記電極に接する前記界面の端部を変位させて、前記保持部と前記電極によって挟持された前記導電性及び非導電性の液体を移動させることにより、前記各駆動ポンプ部から連通して存在する前記導電性及び非導電性の液体を含む少なくとも二種類の非混合の液体が存在する前記光学有効部の状態を変化させて光学特性を変化させられる液体光学素子の制御方法であって、
前記複数の駆動ポンプ部の電極への印加電圧を、それぞれ、動作範囲内にある少なくとも2つの離散的な電圧値から選んで、独立に制御することを特徴とする液体光学素子の制御方法。
An optically effective portion having a function of changing optical characteristics, and a plurality of drive pump portions, each of the drive pump portions having an end portion of an interface formed by an electrically immiscible conductive liquid and a nonconductive liquid. A holding portion that holds the electrode and an electrode that is disposed with respect to the holding portion and insulated from the conductive and non-conductive liquids, and controls the voltage applied to the electrode to control the electrowetting. Due to the ting phenomenon, the end of the interface in contact with the electrode is displaced, and the conductive and non-conductive liquid sandwiched between the holding part and the electrode is moved to communicate with each drive pump part. A method of controlling a liquid optical element capable of changing an optical characteristic by changing a state of the optically effective portion in which at least two kinds of non-mixed liquids including the conductive and non-conductive liquids are present. I,
A method of controlling a liquid optical element, wherein the voltage applied to the electrodes of the plurality of drive pump units is selected from at least two discrete voltage values within the operating range and controlled independently.
前記駆動ポンプ部を、複数個駆動する際に、前記光軸を中心に点対称の位置にある前記駆動ポンプ部を選択して駆動することを特徴とする請求項11に記載の液体光学素子の制御方法。
12. The liquid optical element according to claim 11, wherein when driving a plurality of the driving pump units, the driving pump unit at a point-symmetrical position about the optical axis is selected and driven. Control method.
JP2011245005A 2011-11-09 2011-11-09 Liquid optical element and its control method Pending JP2013101227A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011245005A JP2013101227A (en) 2011-11-09 2011-11-09 Liquid optical element and its control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011245005A JP2013101227A (en) 2011-11-09 2011-11-09 Liquid optical element and its control method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013101227A true JP2013101227A (en) 2013-05-23

Family

ID=48621895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011245005A Pending JP2013101227A (en) 2011-11-09 2011-11-09 Liquid optical element and its control method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013101227A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016184135A1 (en) * 2015-05-20 2016-11-24 深圳市国华光电科技有限公司 Ink filling device and method for electro-wetting display
CN109188575A (en) * 2018-11-02 2019-01-11 上海酷聚科技有限公司 A kind of Fresnel liquid lens and focus controlling method
CN112363258A (en) * 2020-01-17 2021-02-12 北京纳米能源与系统研究所 Variable-focus liquid lens device modulated by triboelectric effect
JP2021524056A (en) * 2018-05-04 2021-09-09 エルジー イノテック カンパニー リミテッド The camera module
CN113747706A (en) * 2021-08-11 2021-12-03 Oppo广东移动通信有限公司 Decoration assembly, shell assembly and electronic equipment

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016184135A1 (en) * 2015-05-20 2016-11-24 深圳市国华光电科技有限公司 Ink filling device and method for electro-wetting display
JP2021524056A (en) * 2018-05-04 2021-09-09 エルジー イノテック カンパニー リミテッド The camera module
CN109188575A (en) * 2018-11-02 2019-01-11 上海酷聚科技有限公司 A kind of Fresnel liquid lens and focus controlling method
CN112363258A (en) * 2020-01-17 2021-02-12 北京纳米能源与系统研究所 Variable-focus liquid lens device modulated by triboelectric effect
CN112363258B (en) * 2020-01-17 2022-06-21 北京纳米能源与系统研究所 Variable-focus liquid lens device modulated by triboelectric effect
CN113747706A (en) * 2021-08-11 2021-12-03 Oppo广东移动通信有限公司 Decoration assembly, shell assembly and electronic equipment
CN113747706B (en) * 2021-08-11 2023-02-14 Oppo广东移动通信有限公司 Decoration assembly, shell assembly and electronic equipment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109839713B (en) Zoom assembly, lens assembly and camera module
US9723292B2 (en) Imaging device
KR100691245B1 (en) Method for compensating lens position error in mobile terminal
US7747159B2 (en) Focusing device and image-capturing device provided with the same
RU2650435C2 (en) Focal point adjustment device, image capture device and lens barrel
JP5379118B2 (en) IMAGING DEVICE, IMAGING DEVICE CONTROL METHOD, AND PROGRAM THEREOF
KR20050033308A (en) Zoom camera using the liquid lens for mobile phone, control system and method thereof
JP2013101227A (en) Liquid optical element and its control method
US9405092B2 (en) Control apparatus, image pickup system, and control method
JP4348261B2 (en) Trimming imaging device
JP2007128085A (en) Liquid zoom lens
JP2007272232A (en) Autofocusing optical system of camera module
CN105074528A (en) Imaging device, and focus control method
US11575821B2 (en) Camera device having first and second cameras, and method of operating same
US20140253761A1 (en) Control device, control method, and imaging apparatus
US20180176454A1 (en) Focus adjustment apparatus, imaging apparatus, focus adjustment method, and recording medium storing a focus adjustment program thereon
US9838632B2 (en) Image processing apparatus capable of movie recording, image pickup apparatus, control method therefor, and storage medium
KR102326952B1 (en) Optical system and camera module for comprising the same
CN115280756B (en) Method and device for adjusting zoom setting of digital camera and readable storage medium
JP2006074258A (en) Trimming imaging apparatus
JPWO2016181717A1 (en) IMAGING DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE HAVING THE SAME
CN115943344A (en) camera module
JP5783729B2 (en) Liquid lens driving method and imaging apparatus using liquid lens
JP2012204954A (en) Imaging system, illumination device, and camera
CN115379116A (en) Image acquisition method, electronic device, and computer-readable storage medium