JP2016122117A - 液体レンズ装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体レンズ部を様々な形状に変化させることができる液体レンズ装置を提供する。
【解決手段】基材２と弾性膜３との間に液体４が封入された液体レンズ部５と、液体レンズ部５の基材２側に配置された第１の電極部６と、液体レンズ部５の弾性膜３側に配置された第２の電極部７と、を備え、第１の電極部６は、駆動電位が印加される複数の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃを有し、第２の電極部７は、共通電位が印加される１つ又は複数の共通電極９を有し、複数の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃに対して駆動電位を選択的に印加することによって、液体レンズ部５の形状が変化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体レンズ装置及びその駆動方法に関する。

例えば、液体を封入した液体レンズ部の形状を変化させることによって、液体レンズ部の焦点距離が変わる液体レンズ装置が提案されている（特許文献１を参照。）。

特開２００９−１８６９３５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の液体レンズ装置では、液体レンズ部の焦点距離を変えること以外に液体レンズ部の形状を変化させることはできない。さらに、振動等が加わった際に、液体レンズ部内で液体が流動してしまうため、液体レンズ部の形状を保持することは困難である。

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、液体レンズ部を様々な形状に変化させることができる液体レンズ装置、並びに液体レンズ部の形状に安定的に変化させると共に、その形状を安定的に保持することができる液体レンズ装置の駆動方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る液体レンズ装置は、基材と弾性膜との間に液体が封入された液体レンズ部と、前記液体レンズ部の前記基材側に配置された第１の電極部と、前記液体レンズ部の前記弾性膜側に配置された第２の電極部と、を備え、前記第１の電極部は、駆動電位が印加される複数の駆動電極を有し、前記第２の電極部は、共通電位が印加される１つ又は複数の共通電極を有し、前記複数の駆動電極に対して前記駆動電位を選択的に印加することによって、前記液体レンズ部の形状が変化することを特徴とする。

また、本発明に係る液体レンズ装置の駆動方法は、前記液体レンズ装置の駆動方法であって、前記複数の駆動電極に対して前記駆動電位を選択的に印加して、前記液体レンズ部を所定の形状に変化させる際に、前記選択された複数の駆動電極に対して、前記液体レンズ部の厚みが相対的に小さくなる側から大きくなる側に向けて順に、前記駆動電位を印加することを特徴とする。

以上のように、本発明では、複数の駆動電極に対して駆動電位を選択的に印加することによって、液体レンズ部を様々な形状に変化させることが可能である。

また、本発明では、選択された複数の駆動電極に対して、液体レンズ部の厚みが相対的に小さくなる側から大きくなる側に向けて順に駆動電位を印加することによって、液体レンズ部の形状を安定的に変化させることが可能である。

さらに、本発明では、選択された複数の駆動電極に対する駆動電位の印加を保持することによって、変化後の液体レンズ部の形状を安定的に保持することが可能である。

本発明の一実施形態に係る液体レンズ装置の構成を示す模式図である。 図１に示す液体レンズ装置が備える液体レンズ部の駆動電極の配列を示す平面図である。 図２に示す複数の駆動電極のうち分割パターン及び第１の列パターンを構成する駆動電極の配列を示す平面図である。 図２に示す複数の駆動電極のうち第２の列パターン及び第３の列パターンを構成する駆動電極の配列を示す平面図である。 図１に示す液体レンズ装置の具体的な駆動方法を説明するための模式図である。 液体レンズ部の形状を変化させたときの一例を示す三方図である。 図６に示す形状に液体レンズ部を変化させる際の動作を説明するための平面図である。 液体レンズ部の形状を変化させたときの一例を示す三方図である。 図８に示す形状に液体レンズ部を変化させる際の動作を説明するための平面図である。 液体レンズ部の形状を変化させたときの一例を示す三方図である。 図１０に示す形状に液体レンズ部を変化させる際の動作を説明するための平面図である。 図１に示す液体レンズ装置を用いた灯火システムの一例を示す断面図である。 図１２に示す灯火システムの動作を説明するための模式図である。 駆動電極の配列の変形例を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明では、各構成要素を見易くするため、図面において構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

（液体レンズ装置）
先ず、本発明の一実施形態として図１に示す液体レンズ装置１について説明する。
液体レンズ装置１は、図１に示すように、基材２と弾性膜３との間に液体４を封入した液体レンズ部５を備えている。液体レンズ部５は、弾性膜３側をレンズ面（凸面）５ａとした凸レンズを構成している。

基材２、弾性膜３及び液体４は、何れも光透過性を有する透明材料からなる。具体的に、基材２には、ガラス板（例えば薄板ガラス）や透明樹脂板などが用いられている。弾性膜３には、可撓性を有する薄膜（例えばパレリン膜）やフィルムなどが用いられている。液体４には、空気よりも屈折率の高い液体（例えばシリコーンオイル）やゲルなどが用いられている。

液体レンズ装置１は、液体レンズ部５の基材２側に配置された第１の電極部６と、弾性膜３側に配置された第２の電極部７とを備えている。第１の電極部６は、駆動電位が印加される複数の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃを有して構成されている。第２の電極部７は、共通電位が印加される１つ又は複数の共通電極９を有して構成されている。

第１の電極部６は、複数の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃが絶縁層１０を介して積層された構造を有している。第１の電極部６は、このような積層構造を基材２の面上に形成した多層配線基板によって構成することができる。又は、このような多層配線基板を基材２と接合した構成としてもよい。

駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃは、例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)などの透明電極材料を用いて形成されている。絶縁層１０は、例えばシリコン酸化膜(ＳｉＯ_２)などの透明絶縁材料を用いて形成されている。

第１の電極部６を構成する複数の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃのうち、図２及び図３に示す一部の駆動電極１１ａ〜１１ｄは、液体レンズ部５の光が通過する領域（図２中の２点鎖線で示す円形の領域）Ｔを液体レンズ部５の周方向に分割する分割パターン１１を構成している。

分割パターン１１を構成する複数（本実施形態では４つ）の駆動電極（以下、分割駆動電極という。）１１ａ〜１１ｄは、上述した図１に示す絶縁層１０を介して積層された複数の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃのうち、上層（基材２側から１番目の層）に配置された駆動電極８ａにより構成されている。

分割駆動電極１１ａ〜１１ｄは、同一平面内において互いに電気的に絶縁された状態で、液体レンズ部５の半径方向に沿って直線状に形成されている。また、分割駆動電極１１ａ〜１１ｄは、液体レンズ部５の光が通過する領域Ｔを均等に分割する（４等分）する位置に放射状（本実施形態では十字状）に並んで配置されている。

なお、本実施形態では、４つの分割駆動電極１１ａ〜１１ｄのうち、図２中の上部に位置する分割駆動電極１１ａを第１の分割駆動電極１１ａとし、残りの分割駆動電極１１ｂ〜１１ｄを第１の分割駆動電極１１ａから時計回りに順に、第２の分割駆動電極１１ｂ、第３の分割駆動電極１１ｃ、第４の分割駆動電極１１ｄとして区別するものとする。

また、本実施形態では、液体レンズ部５の光が通過する領域Ｔのうち、第１の分割駆動電極１１ａと第２の分割駆動電極１１ｂとの間の領域（図２中の右上に位置する領域）を第１の分割領域Ｔ１とし、第２の分割駆動電極１１ｂと第３の分割駆動電極１１ｃとの間の領域（図２中の右下に位置する領域）を第２の分割領域Ｔ２とし、第３の分割駆動電極１１ｃと第４の分割駆動電極１１ｄとの間の領域（図２中の左下に位置する領域）を第３の分割領域Ｔ３とし、第４の分割駆動電極１１ｄと第１の分割駆動電極１１ａとの間の領域（図２中の左上に位置する領域）を第４の分割領域Ｔ４として区別するものとする。

第１の電極部６を構成する複数の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃのうち、図２、図３及び図４に示す残りの駆動電極１２ａ〜１２ｅと駆動電極１３ａ〜１３ｊと駆動電極１４ａ〜１４ｊとは、それぞれ同一面内に所定の間隔で並べられた第１の列パターン１２と第２の列パターン１３と第３の列パターン１４とを構成している。また、第１の電極部６には、複数の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃが積層された層毎に、互いの配列（パターン形状）が異なる第１の列パターン１２と第２の列パターン１３と第３の列パターン１４とが設けられている。

このうち、第１の列パターン１２は、図２及び図３に示すように、円環状に形成された複数（本実施形態では５つ）の駆動電極（以下、第１の駆動電極という。）１２ａ〜１２ｅを同心円状に並べて構成されている。

第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅは、上述した図１に示す絶縁層１０を介して積層された複数の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃのうち、上層に配置された駆動電極８ａにより構成されている。また、分割パターン１１と第１の列パターン１２とは、同一平面内において互いに電気的に絶縁された状態で配置されている。

第１の列パターン１２は、液体レンズ部５の光が通過する領域Ｔのうち、第１〜第４の分割駆動電極１１ａ〜１１ｄにより４分割された第１〜第４の分割領域Ｔ１〜Ｔ４に１つずつ配置されている。第１〜第４の分割領域Ｔ１〜Ｔ４に配置された４つの第１の列パターン１２は、領域Ｔの中心部に対して各第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅの配列が互いに対称となるように配置されている。

なお、第１の列パターン１２を構成する第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅの幅や間隔等については、適宜変更を加えることが可能である。例えば、本実施形態では、隣り合う第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅの間隔が第１の列パターン１２の内側に向かって徐々に狭くなっているが、第１の列パターン１２の外側に向かって徐々に間隔を狭くしたり、互いの間隔を等しくしたりすることも可能である。

一方、第２の列パターン１３及び第３の列パターン１４は、図２及び図４に示すように、複数（本実施形態では１０つ）の駆動電極（以下、第２の駆動電極という。）１３ａ〜１３ｊと、複数（本実施形態では１０つ）の駆動電極（以下、第３の駆動電極という。）１４ａ〜１４ｊとを互いに格子状に並べて構成されている。

第２の駆動電極１３ａ〜１３ｊは、上述した図１に示す絶縁層１０を介して積層された複数の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃのうち、中層（基材２側から２番目の層）に配置された駆動電極８ｂにより構成されている。第３の駆動電極１４ａ〜１４ｊは、上述した図１に示す絶縁層１０を介して積層された複数の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃのうち、下層（基材２側から３番目の層）に配置された駆動電極８ｃにより構成されている。したがって、第２の列パターン１３と第３の列パターン１４とは、厚み方向において互いに電気的に絶縁された状態で配置されている。また、分割パターン１１及び第１の列パターン１２と第２の列パターン１３及び第３の列パターン１４とは、厚み方向において互いに電気的に絶縁された状態で配置されている。

第２の列パターン１３は、液体レンズ部５の光が通過する領域Ｔのうち、第２，４の分割駆動電極１１ｂ，１１ｄにより２分割された第１，４の分割領域Ｔ１，Ｔ４及び第２，３の分割領域Ｔ２，Ｔ３に１つずつ配置されている。第１，４の分割領域Ｔ１，Ｔ４及び第２，３の分割領域Ｔ２，Ｔ３に配置された２つの第２の列パターン１３は、領域Ｔの中心部に対して各第２の駆動電極１３ａ〜１３ｊの配列が互いに対称となるように配置されている。

２つの第２の列パターン１３は、第２及び第４の分割領域Ｔ２，４において、それぞれ直線状に形成された第２の駆動電極１３ａ〜１３ｊの一部を第２，４の分割駆動電極１１ｂ，１１ｄに対して平行に並べると共に、第１及び第３の分割領域Ｔ１，３において、それぞれ円弧状に形成された第２の駆動電極１３ａ〜１３ｊの一部を領域Ｔの中心部に対して同心状に並べて構成されている。また、２つの第２の列パターン１３は、全体として領域Ｔに対応した形状（円形状）となるように、各第２の駆動電極１３ａ〜１３ｊの長さを領域Ｔの形状に合わせて異ならせている。

なお、第２の列パターン１３を構成する第２の駆動電極１３ａ〜１３ｊの幅や間隔等については、適宜変更を加えることが可能である。例えば、本実施形態では、隣り合う第２の駆動電極１３ａ〜１３ｊの間隔が互いに等しくなっているが、互いの間隔を異ならせることも可能である。

第３の列パターン１４は、液体レンズ部５の光が通過する領域Ｔのうち、第１，３の分割駆動電極１１ａ，１１ｃにより２分割された第１，２の分割領域Ｔ１，Ｔ２及び第３，４の分割領域Ｔ３，Ｔ４に１つずつ配置されている。第１，２の分割領域Ｔ１，Ｔ２及び第３，４の分割領域Ｔ３，Ｔ４に配置された２つの第３の列パターン１４は、領域Ｔの中心部に対して各第３の駆動電極１４ａ〜１４ｊの配列が互いに対称となるように配置されている。

２つの第３の列パターン１４は、第１，２の分割領域Ｔ１，Ｔ２及び第３，４の分割領域Ｔ３，Ｔ４において、それぞれ直線状に形成された第３の駆動電極１４ａ〜１４ｊを第１，３の分割駆動電極１１ａ，１１ｃに対して平行に並べて構成されている。また、各第３の駆動電極１４ａ〜１４ｊは、各第２の駆動電極１３ａ〜１３ｊの円弧状に形成された部分の先端と平面視で重なるように配置されている。また、２つ第３の列パターン１４は、全体として領域Ｔに対応した形状（円形状）となるように、各第３の駆動電極１４ａ〜１４ｊの長さを領域Ｔの形状に合わせて異ならせている。

なお、第３の列パターン１４を構成する第３の駆動電極１４ａ〜１４ｊの幅や間隔等については、適宜変更を加えることが可能である。例えば、本実施形態では、隣り合う第３の駆動電極１４ａ〜１４ｊの間隔が互いに等しくなっているが、互いの間隔を異ならせることも可能である。

第２の電極部７を構成する共通電極９は、図１に示すように、例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)などの透明電極材料を用いて、弾性膜３の面上を覆うように形成されている。また、共通電極９は、弾性膜３を弾性変形し易くするため、複数の共通電極９に分割された構成としてもよい。この場合、第２の電極部７では、上述した第１の電極部６を構成する複数の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃの配列（分割パターン１１や第１〜第３の列パターン１２〜１４）に合わせて、最適な共通電極９の配列を設定すればよい。

液体レンズ装置１は、液体レンズ部５を駆動するレンズ駆動部１５を備えている。第１の電極部６を構成する複数の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃは、レンズ駆動部１５と電気的に接続されている。レンズ駆動部１５は、各駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃに印加される駆動電位のオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）を選択的に切り替える。これにより、複数の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃには、駆動電位が独立して印加されることになる。

一方、第２の電極部７を構成する共通電極９は、液体レンズ装置１の接地部ＧＮＤと電気的に接続されている。これにより、共通電極９には、共通電位（接地電位）が共通して印加されることになる。

以上のような構成を有する液体レンズ装置１では、レンズ駆動部１５が複数の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃに対して駆動電位を選択的に印加することによって、液体レンズ部５の形状を変化させることが可能である。

具体的に、液体レンズ部５では、駆動電位が印加された駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃと共通電極９との間に働くクーロン力（電位差）によって、駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃに対して共通電極９が接近する方向に移動する。また、共通電極９は、駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃに印加される駆動電位の大きさ（電圧）が大きくほど、駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃと接近することになる。

液体レンズ部５では、選択された駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃと共通電極９との間で弾性膜３が弾性変形するため、レンズ面５ａの形状が変化する。これに伴って、基材２と弾性膜３との間に封入された液体４が移動し、液体レンズ部５の形状が変化する。

液体レンズ装置１では、上述した分割パターン１１や第１〜第３の列パターン１２〜１４毎に、分割パターン１１を構成する各分割駆動電極１１ａ〜１１ｄと、第１〜第３の列パターン１２〜１４を構成する各第１〜第３の駆動電極１２ａ〜１２ｅ，１３ａ〜１３ｊ，１４ａ〜１４ｊとに対して、駆動電位を選択的に印加する。これにより、液体レンズ装置１では、第１〜第３の列パターン１２〜１４の形状に合わせて、液体レンズ部５を異なる形状に変化させることが可能である。

以上のように、本実施形態の液体レンズ装置１では、複数の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃに対して駆動電位を選択的に印加し、選択された駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃに印加される駆動電位の大きさ（電圧）を制御することによって、液体レンズ部５を様々な形状に変化させることが可能である。また、本実施形態の液体レンズ装置１では、選択された駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃに対する駆動電位の印加を保持することによって、例えば振動等が加わった際でも、変化後の液体レンズ部５の形状を安定的に保持することが可能である。

（液体レンズ装置の駆動方法）
次に、上記液体レンズ装置１について、液体レンズ部５の形状を変化させる際の具体的な駆動方法について説明する。

上記液体レンズ装置１では、液体レンズ部５の形状変化を安定的に行わせるため、例えば図５（ａ）〜（ｄ）に示す順に従って、複数の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃに対する駆動を制御する。なお、本実施形態では、複数の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃのうち、図５（ａ）〜（ｄ）に示す第３の列パターン１４を構成する第３の駆動電極１４ａ〜１４ｊの駆動を制御することによって、液体レンズ部５の形状を変化させる場合を例に挙げて説明する。

駆動前の液体レンズ部５は、図５（ａ）〜（ｄ）中の２点鎖線で示すように、レンズ面５ａの頂部ＬＰが中央部に位置した形状である。この状態から、駆動後の液体レンズ部５の形状を、図５（ａ）〜（ｄ）中の実線で示すように、レンズ面５ａの頂部ＬＰが片側（図５中の左側）に位置した形状に変化させる。

本実施形態の駆動方法では、選択された第３の駆動電極１４ａ〜１４ｊに対して、液体レンズ部５の厚みが相対的に小さくなる側から大きくなる側に向けて順に駆動電位を印加する。

すなわち、第３の駆動電極１４ａ〜１４ｊに対して駆動電位を印加する順番は、最初に図５（ａ）に示すように、液体レンズ部５の厚みが最も小さい端部（図５中の右端）に位置する第３の駆動電極１４ａに対して印加する。その後、図５（ｂ），図５（ｃ），図５（ｄ）に示す順序に従って、液体レンズ部５の厚みが大きくなる中央部に向かって、第３駆動電極１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，・・・，１４ｊの順で駆動電位を印加していく。

このとき、基材２と弾性膜３との間に封入された液体４は、液体レンズ部５の厚みが小さい端部側から厚みが大きい中央部側に向かって移動する。これにより、液体レンズ部５の形状を安定した状態で変化させることが可能である。

また、本実施形態の駆動方法では、選択された第３の駆動電極１４ａ〜１４ｊに対する駆動電位の印加を保持する。これにより、例えば振動等が加わった際でも、変化後の液体レンズ部５の形状を安定した状態で保持することが可能である。

なお、各駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃに対して印加される駆動電位の大きさ（電圧）については、所望する液体レンズ部５の形状に合わせて適宜設定すればよい。例えば、液体レンズ部５の厚みを小さくする場合は、駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃに対して印加される駆動電位の大きさ（電圧）を相対的に大きくし、液体レンズ部５の厚みを相対的に大きくする場合は、駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃに対して印加される駆動電位の大きさ（電圧）を相対的に小さくすればよい。

なお、駆動前の液体レンズ部５の形状は、レンズ面５ａの端部から中央部に向けて厚みが大きくなっていることから、この厚みの差を考慮して、各駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃに対して印加される駆動電位の大きさ（電圧）を設定することが好ましい。また、各駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃに対して駆動電位を印加するタイミングについても、液体レンズ部５の厚みと、それに伴う液体４の移動の速さを考慮して設定することが好ましい。これにより、液体レンズ部５の形状を安定した状態で変化させることが可能である。

また、本実施形態では、上述した液体レンズ部５の形状以外にも、液体レンズ部５を様々な形状に変化させることが可能である。以下、液体レンズ部５の異なる形状パターン１〜３について説明する。

〈形状パターン１〉
上記液体レンズ装置１では、例えば図６に示す形状パターン１のように、第１〜第４の分割領域Ｔ１〜Ｔ４に頂部ＬＰ１〜ＬＰ４を有する４つのレンズ面（凸面）５ｂ〜５ｅが形成されるように、液体レンズ部５の形状を変化させることが可能である。

具体的に、液体レンズ部５を形状パターン１に変化させる際は、図７に示すように、先ず、分割パターン１１を構成する４つの第１〜第４の分割駆動電極１１ａ〜１１ｄに駆動電位を印加する。このとき、第１〜第４の分割駆動電極１１ａ〜１１ｄに印加される駆動電位の大きさと、その印加するタイミングを同じとする。これにより、基材２と弾性膜３との間に封入された液体４が第１〜第４の分割駆動電極１１ａ〜１１ｄにより４分割された第１〜第４の分割領域Ｔ１〜Ｔ４へと移動する。

次に、第１〜第４の分割領域Ｔ１〜Ｔ４において、第１の列パターン１２を構成する第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対して、液体レンズ部５の厚みが相対的に小さくなる側から大きくなる側に向けて順に駆動電位を印加する。すなわち、第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対して駆動電位を印加する順番は、外周側から内周側に向かって第２の駆動電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅの順で駆動電位を印加していく。

このとき、各分割領域Ｔ１〜Ｔ４内にある液体４は、厚みが小さい外周側から厚みが大きい内周側に向かって移動する。これにより、第１〜第４の分割領域Ｔ１〜Ｔ４に頂部ＬＰ１〜ＬＰ４を有する４つのレンズ面（凸面）５ｂ〜５ｅを形成することができる。

なお、第１〜４の分割領域Ｔ１〜Ｔ４において、各第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対して印加される駆動電位の大きさについては、図６に示す形状パターン１に合わせて適宜設定すればよい。

また、本実施形態では、上述した第１の列パターン１２を構成する全ての第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対して、駆動電位を印加する必要はなく、図６に示す形状パターン１に合わせて、選択的に駆動電位を印加しないようにする（非選択とする）ことも可能である。

以上のように、本実施形態では、液体レンズ部５を図６に示すような形状パターン１に変化させる際に、選択された第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対して、液体レンズ部５の厚みが相対的に小さくなる側から大きくなる側に向けて順に駆動電位を印加することによって、液体レンズ部５の形状を安定した状態で変化させることが可能である。

また、本実施形態では、選択された第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対する駆動電位の印加を保持する。これにより、例えば振動等が加わった際でも、変化後の液体レンズ部５の形状を安定した状態で保持することが可能である。

〈形状パターン２〉
上記液体レンズ装置１では、例えば図８に示す形状パターン２のように、第１，２の分割領域Ｔ１，Ｔ２に頂部ＬＰ５，ＬＰ６を有する２つのレンズ面（凸面）５ｆ，５ｇが形成されるように、液体レンズ部５の形状を変化させることが可能である。

具体的に、液体レンズ部５を形状パターン２に変化させる際は、図９に示すように、先ず、分割パターン１１を構成する２つの第２，４の分割駆動電極１１ｂ，１１ｄに駆動電位を印加する。このとき、第２，４の分割駆動電極１１ｂ，１１ｄに印加される駆動電位の大きさと、その印加するタイミングを同じとする。これにより、基材２と弾性膜３との間に封入された液体４が第２，４の分割駆動電極１１ｂ，１１ｄにより２分割された第１，４の分割領域Ｔ１，Ｔ４及び第２，３の分割領域Ｔ２，Ｔ３へと移動する。

次に、第３，４の分割領域Ｔ３，Ｔ４に配置された第３の列パターン１４を構成する第３の駆動電極１４ａ〜１４ｊに対して、液体レンズ部５の厚みが相対的に小さくなる側から大きくなる側に向けて順に駆動電位を印加する。すなわち、第３の駆動電極１４ａ〜１４ｊに対して駆動電位を印加する順番は、端部側から中央部側に向かって第３駆動電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，・・・，１４ｊの順で駆動電位を印加していく。これにより、第１，４の分割領域Ｔ１，Ｔ４及び第２，３の分割領域Ｔ２，Ｔ３内にある液体４は、厚みが小さい端部側から厚みが大きい中央部側に向かって移動する。

次に、第１の分割領域Ｔ１及び第３の分割領域Ｔ３において、第１の列パターン１２を構成する第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対して、液体レンズ部５の厚みが相対的に小さくなる側から大きくなる側に向けて順に駆動電位を印加する。すなわち、第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対して駆動電位を印加する順番は、外周側から内周側に向かって第１の駆動電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅの順で駆動電位を印加していく。

このとき、第１の分割領域Ｔ１及び第３の分割領域Ｔ３内にある液体４は、厚みが小さい外周側から厚みが大きい内周側に向かって移動する。これにより、第１，２の分割領域Ｔ１，Ｔ２に頂部ＬＰ５，ＬＰ６を有する２つのレンズ面（凸面）５ｆ，５ｇを形成することができる。

なお、第１，４の分割領域Ｔ１，Ｔ４及び第２，３の分割領域Ｔ２，Ｔ３において、各第３の駆動電極１４ａ〜１４ｊ及び各第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対して印加される駆動電位の大きさについては、図８に示す形状パターン２に合わせて適宜設定すればよい。

また、本実施形態では、上述した第３の列パターン１４を構成する全ての第３の駆動電極１４ａ〜１４ｊや、第１の列パターン１２を構成する全ての第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対して、駆動電位を印加する必要はなく、図８に示す形状パターン２に合わせて、選択的に駆動電位を印加しないようにする（非選択とする）ことも可能である。

以上のように、本実施形態では、液体レンズ部５を図８に示すような形状パターン２に変化させる際に、選択された第３の駆動電極１４ａ〜１４ｊ及び第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対して、液体レンズ部５の厚みが相対的に小さくなる側から大きくなる側に向けて順に駆動電位を印加することによって、液体レンズ部５の形状を安定した状態で変化させることが可能である。

また、本実施形態では、選択された第３の駆動電極１４ａ〜１４ｊ及び第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対する駆動電位の印加を保持する。これにより、例えば振動等が加わった際でも、変化後の液体レンズ部５の形状を安定した状態で保持することが可能である。

〈形状パターン３〉
上記液体レンズ装置１では、例えば図１０に示す形状パターン３のように、第１の分割領域Ｔ１に頂部ＬＰ７を有する１つのレンズ面（凸面）５ｈが形成されるように、液体レンズ部５の形状を変化させることが可能である。

具体的に、液体レンズ部５を形状パターン３に変化させる際は、図１１に示すように、先ず、第２，３の分割領域Ｔ２，Ｔ３に配置された第２の列パターン１３を構成する第２の駆動電極１３ａ〜１３ｊに対して、液体レンズ部５の厚みが相対的に小さくなる側から大きくなる側に向けて順に駆動電位を印加する。同時に、第３，４の分割領域Ｔ３，Ｔ４に配置された第３の列パターン１４を構成する第３の駆動電極１４ａ〜１４ｊに対して、液体レンズ部５の厚みが相対的に小さくなる側から大きくなる側に向けて順に駆動電位を印加する。

すなわち、第２の駆動電極１３ａ〜１３ｊに対して駆動電位を印加する順番は、外周及び端部側から内周及び中央部側に向かって第３駆動電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，・・・，１３ｊの順で駆動電位を印加していく。同時に、第３の駆動電極１４ａ〜１４ｊに対して駆動電位を印加する順番は、端部側から中央部側に向かって第３駆動電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，・・・，１４ｊの順で駆動電位を印加していく。これにより、第２，３，４の分割領域Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４内にある液体４は、第１の分割領域Ｔ１に向かって移動する。

次に、第１の分割領域Ｔ１において、第１の列パターン１２を構成する第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対して、液体レンズ部５の厚みが相対的に小さくなる側から大きくなる側に向けて順に駆動電位を印加する。すなわち、第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対して駆動電位を印加する順番は、外周側から内周側に向かって第１の駆動電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅの順で駆動電位を印加していく。

このとき、第１の分割領域Ｔ１内にある液体４は、厚みが小さい外周側から厚みが大きい内周側に向かって移動する。これにより、第１の分割領域Ｔ１に頂部ＬＰ７を有する１つのレンズ面（凸面）５ｈを形成することができる。

なお、第１〜４の分割領域Ｔ１〜Ｔ４において、各第２の駆動電極１３ａ〜１３ｊ、各第３の駆動電極１４ａ〜１４ｊ及び各第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対して印加される駆動電位の大きさについては、図１０に示す形状パターン３に合わせて適宜設定すればよい。

また、本実施形態では、上述した第２，第３の列パターン１４を構成する全ての第２，３の駆動電極１３ａ〜１３ｊ，１４ａ〜１４ｊや、第１の列パターン１２を構成する全ての第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対して、駆動電位を印加する必要はなく、図１０に示す形状パターン３に合わせて、選択的に駆動電位を印加しないようにする（非選択とする）ことも可能である。

以上のように、本実施形態では、液体レンズ部５を図１０に示すような形状パターン３に変化させる際に、選択された第２，３の駆動電極１３ａ〜１３ｊ，１４ａ〜１４ｊ及び第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対して、液体レンズ部５の厚みが相対的に小さくなる側から大きくなる側に向けて順に駆動電位を印加することによって、液体レンズ部５の形状を安定した状態で変化させることが可能である。

また、本実施形態では、選択された第２，３の駆動電極１３ａ〜１３ｊ，１４ａ〜１４ｊ及び第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対する駆動電位の印加を保持する。これにより、例えば振動等が加わった際でも、変化後の液体レンズ部５の形状を安定した状態で保持することが可能である。

（灯火システム）
次に、図１２に示すように、上記液体レンズ装置１を用いた灯火システム１００について説明する。なお、以下の説明では、上記液体レンズ装置１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

灯火システム１００は、図１２に示すように、光源部５０と、上記液体レンズ装置１とを備えている。

光源部５０は、光Ｌを出射する光源５１と、光源５１から出射された光Ｌを拡大投射する投射レンズ５２と、光源５１及び投射レンズ５２を収容するパッケージ５３とを有している。

光源５１には、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）やフィラメント灯などを用いることができる。また、光源５１の数については、１つに限らず複数であってもよい。

投射レンズ５２は、光源５１の前方に配置された半球状のレンズであり、半球面側を光源５１とは反対側に向けた状態で配置されている。

パッケージ５３は、光源５１が配置される基板部５３ａと、光源５１及び投射レンズ５２の周囲を囲む鏡筒部５３ｂとを有している。また、鏡筒部５３ｂの内周面は、光源５１から出射された光を反射するため、反射面としてもよい。若しくは、鏡筒部５３ｂの内側に反射鏡を設けてもよい。

液体レンズ装置１の液体レンズ部５は、レンズ面５ａを光源部５０とは反対側に向けた状態でパッケージ５３上に取り付けることによって、光源部５０と一体化された構造を有している。

以上のような構成を有する灯火システム１００では、図１３に示すように、液体レンズ部５の形状を変化させることによって、光源部５０から出射され、液体レンズ部５通過した光Ｌの照射領域ＬＡを移動させることが可能である。

具体的に、この灯火システム１００では、液体レンズ部５の形状を、駆動前のレンズ面５ａの頂部ＬＰが中央部に位置する形状（図１３中の２点鎖線で示す形状）から、駆動後にレンズ面５ａの頂部ＬＰが片側（図１３中の左側）に位置する形状（図１３中の実線で示す形状）へと変化させる。

これにより、照射領域ＬＡは、液体レンズ部５の形状変化に合わせて、移動前の照射領域ＬＡｃから移動後の照射領域ＬＡｌへと変化する。このとき、移動前の照射領域ＬＡｃの形状が円形であるのに対して、移動後の照射領域ＬＡｌの形状は楕円形である。また、移動後の照射領域ＬＡｌの中心ＬＣｌは、移動前の照射領域ＬＡｃの中心ＬＣｃよりも移動方向にずれた位置にあり、移動後の照射領域ＬＡｌは、移動前の照射領域ＬＡｃよりも移動方向において幅が小さくなっている。なお、移動前及び移動後の照射領域ＬＡｃ，ＬＡｌでは、中心ＬＣｃ，ＬＣｌが最も照度が高く、中心ＬＣｃ，ＬＣｌから外側に向かうに従って照度が低くなっている。

また、本実施形態の灯火システム１００では、上述した図１３に示す液体レンズ部５の形状以外にも、液体レンズ部５を様々な形状（例えば形状パターン１〜３）に変化させることによって、異なる照射領域ＬＡを形成することが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記液体レンズ部５において、第１の電極部６を構成する複数の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃの配列については、図２に示すような配列（パターン形状）に限らず、図１４に示すような配列（パターン形状）とすることも可能である。

具体的に、図１４に示す構成では、上記第２，３の列パターン１３，１４の代わりに、第４の列パターン１６が設けられている。第４の列パターン１６は、円弧状に形成された複数（本実施形態では１０つ）の駆動電極（以下、第４の駆動電極という。）１６ａ〜１６ｊを同心円状に並べて構成されている。

第４の駆動電極１６ａ〜１６ｊは、上述した図１に示す絶縁層１０を介して積層された複数の駆動電極８ａ，８ｂ，８ｃのうち、中層又は下層に配置された駆動電極８ｂ，８ｃにより構成されている。すなわち、分割パターン１１及び第１の列パターン１２と第４の列パターン１６とは、厚み方向において互いに電気的に絶縁された状態で配置されている。

第４の列パターン１６は、液体レンズ部５の光が通過する領域Ｔのうち、第１〜第４の分割駆動電極１１ａ〜１１ｄにより４分割された第１〜第４の分割領域Ｔ１〜Ｔ４に１つずつ配置されている。第１〜第４の分割領域Ｔ１〜Ｔ４に配置された４つの第４の列パターン１６は、領域Ｔの中心部に対して各第４の駆動電極１６ａ〜１６ｊの配列が互いに対称となるように配置されている。これにより、４つの第４の列パターン１６は、全体として領域Ｔに対応した形状（円形状）に合わせて、同心円状に配置されている。

なお、第４の列パターン１６を構成する第４の駆動電極１６ａ〜１６ｊの幅や間隔等については、適宜変更を加えることが可能である。例えば、本実施形態では、例えば、本実施形態では、隣り合う第４の駆動電極１６ａ〜１６ｊの間隔が互いに等しくなっているが、互いの間隔を異ならせることも可能である。

図１４に示す構成では、上述した形状パターン１の他にも、第４の列パターン１６を構成する第４の駆動電極１６ａ〜１６ｊに対して選択的に駆動電位を印加することによって、液体レンズ部５の形状を変化させることが可能である。

具体的には、第１〜第４の分割領域Ｔ１〜Ｔ４において何れか選択された第４の列パターン１６を構成する第４の駆動電極１６ａ〜１６ｊに対して、液体レンズ部５の厚みが相対的に小さくなる側から大きくなる側に向けて順に駆動電位を印加する。すなわち、第４の駆動電極１６ａ〜１６ｊに対して駆動電位を印加する順番は、外周側から内周側に向かって第４の駆動電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，・・・，１６ｊの順で駆動電位を印加していく。

このとき、選択された分割領域Ｔ１〜Ｔ４内にある液体４は、厚みが小さい外周側から厚みが大きい内周側に向かって移動する。ここで、全ての分割領域Ｔ１〜Ｔ４が選択された場合には、各第４の駆動電極１６ａ〜１６ｊに印加される駆動電位に応じて、レンズ面５ａの頂部ＬＰの高さ（曲率）を変化させることが可能である。

一方、非選択の分割領域Ｔ１〜Ｔ４がある場合には、その非選択の分割領域Ｔ１〜Ｔ４へと液体４が移動する。この場合、更に、非選択の分割領域Ｔ１〜Ｔ４において、第１の列パターン１２を構成する第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対して、液体レンズ部５の厚みが相対的に小さくなる側から大きくなる側に向けて順に駆動電位を印加する。すなわち、第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対して駆動電位を印加する順番は、外周側から内周側に向かって第２の駆動電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅの順で駆動電位を印加していく。

このとき、非選択の分割領域Ｔ１〜Ｔ４内にある液体４は、厚みが小さい外周側から厚みが大きい内周側に向かって移動する。これにより、非選択の分割領域Ｔ１〜Ｔ４に頂部を有するレンズ面（凸面）を形成することができる。

なお、第１〜４の分割領域Ｔ１〜Ｔ４において、各第４の駆動電極１６ａ〜１６ｊ及び各第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対して印加される駆動電位の大きさについては、所望する液体レンズ部５の形状に合わせて適宜設定すればよい。

また、本実施形態では、上述した第４の列パターン１６を構成する全ての第４の駆動電極１６ａ〜１６ｊや、第１の列パターン１２を構成する全ての第１の駆動電極１２ａ〜１２ｅに対して、駆動電位を印加する必要はなく、所望する液体レンズ部５の形状に合わせて、選択的に駆動電位を印加しないようにする（非選択とする）ことも可能である。

以上のように、本実施形態では、液体レンズ部５の形状を変化させる際に、選択された第４の駆動電極１６ａ〜１６ｊに対して、液体レンズ部５の厚みが相対的に小さくなる側から大きくなる側に向けて順に駆動電位を印加することによって、液体レンズ部５の形状を安定した状態で変化させることが可能である。

また、本実施形態では、選択された第４の駆動電極１６ａ〜１６ｊに対する駆動電位の印加を保持する。これにより、例えば振動等が加わった際でも、変化後の液体レンズ部５の形状を安定した状態で保持することが可能である。

なお、本実施形態の液体レンズ装置１は、上述した灯火システム１００に適用する場合に限らず、このような液体レンズ装置１が適用可能な光学デバイスに対して幅広く適用することが可能である。

１…液体レンズ装置 ２…基材 ３…弾性膜 ４…液体 ５…液体レンズ部 ５ａ…レンズ面 ６…第１の電極部 ７…第２の電極部 ８ａ，８ｂ，８ｃ…駆動電極 ９…共通電極 １０…絶縁層 １１…分割パターン １１ａ〜１１ｄ…分割駆動電極 １２…第１の列パターン １２ａ〜１２ｅ…第１の駆動電極 １３…第２の列パターン １３ａ〜１３ｊ…第２の駆動電極 １４…第３の列パターン １４ａ〜１４ｊ…第３の駆動電極 １５…レンズ駆動部 １６…第４の列パターン １６ａ〜１６ｊ…第４の駆動電極 ５０…光源部 １００…灯火システム

Claims (7)

1. 基材と弾性膜との間に液体が封入された液体レンズ部と、
   前記液体レンズ部の前記基材側に配置された第１の電極部と、
   前記液体レンズ部の前記弾性膜側に配置された第２の電極部と、を備え、
   前記第１の電極部は、駆動電位が印加される複数の駆動電極を有し、
   前記第２の電極部は、共通電位が印加される１つ又は複数の共通電極を有し、
   前記複数の駆動電極に対して前記駆動電位を選択的に印加することによって、前記液体レンズ部の形状が変化することを特徴とする液体レンズ装置。
2. 前記複数の駆動電極のうち少なくとも一部は、同一面内に所定の間隔で並べられた列パターンを構成していることを特徴とする請求項１に記載の液体レンズ装置。
3. 前記列パターンは、前記駆動電極の少なくとも一部を同心円状又は格子状に並べて構成されていることを特徴とする請求項２に記載の液体レンズ装置。
4. 前記第１の電極部は、前記複数の駆動電極が絶縁層を介して積層された構造を有し、
   前記複数の駆動電極が積層された層毎に、互いの配列が異なる前記列パターンが設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の液体レンズ装置。
5. 前記複数の駆動電極のうち少なくとも一部は、前記液体レンズ部の光が通過する領域を前記液体レンズ部の周方向に分割する分割パターンを構成しており、
   前記分割パターンで分割された領域毎に、互いの配列が対称となる前記列パターンが設けられていることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の液体レンズ装置。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の液体レンズ装置の駆動方法であって、
   前記複数の駆動電極に対して前記駆動電位を選択的に印加して、前記液体レンズ部を所定の形状に変化させる際に、前記選択された複数の駆動電極に対して、前記液体レンズ部の厚みが相対的に小さくなる側から大きくなる側に向けて順に、前記駆動電位を印加することを特徴とする液体レンズ装置の駆動方法。
7. 前記選択された複数の駆動電極に対する前記駆動電位の印加を保持することによって、前記液体レンズ部の形状を保持することを特徴とする請求項６に記載の液体レンズ装置の駆動方法。

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