JP4696943B2 - Optical element - Google Patents
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Description
本発明は光学素子に関する。 The present invention relates to an optical element.
電気毛管現象(エレクトロウエッティング現象)を用いて第1、第2の液体間の界面形状を変化させることによって光学特性を変化させる光学素子が提案されている。
このような光学素子では、互いに対向する第1、第2の端面壁と、第1、第2の端面壁を接続する側面壁とを有し、それらの内部に密閉された収容室が形成された容器を備えている。
そして、有極性または導電性を有する第1の液体と、収容室に封入され第1の液体と互いに混合しない第2の液体とを収容室に封入し、第1の液体に電界をかけるための第1の電極および第2の電極を設け、第1の電極と第2の電極の間に電圧を印加することで、第1、第2の液体間の界面形状を変化させている。
ところで、このような光学素子が絞りを構成するものであった場合、絞りの開口が偏心すると、また、光学素子がレンズを構成するものであった場合、レンズが偏心すると、光学素子の光学特性に悪影響を与える。
このような偏心の発生を防止するために、光学素子の第1の電極または第2の電極のうち一方の電極を複数の電極部に分割し、各電極部に与える電圧を偏心量に応じてそれぞれ制御する技術が提案されている(特許文献1参照)。
Such an optical element has first and second end face walls facing each other and a side wall connecting the first and second end face walls, and a sealed storage chamber is formed inside them. Equipped with a container.
Then, the first liquid having polarity or conductivity and the second liquid sealed in the storage chamber and not mixed with the first liquid are sealed in the storage chamber, and an electric field is applied to the first liquid. The interface shape between the first and second liquids is changed by providing a first electrode and a second electrode, and applying a voltage between the first electrode and the second electrode.
By the way, when such an optical element constitutes a diaphragm, when the aperture of the diaphragm is decentered, and when the optical element constitutes a lens, when the lens is decentered, the optical characteristics of the optical element Adversely affects.
In order to prevent the occurrence of such eccentricity, one of the first electrode and the second electrode of the optical element is divided into a plurality of electrode portions, and the voltage applied to each electrode portion is determined according to the amount of eccentricity. Techniques for controlling each have been proposed (see Patent Document 1).
しかしながら上記の従来技術では、光学素子の偏心に応じて複数の電極部に印加する電圧をそれぞれ異ならせて印加する制御回路などが必要となるため、光学素子の簡素化および低コスト化を図る上で不利となり、また、電圧印加手段は各電極部に対して異なる電圧を印加しなくてはならないので、電圧印加手段の動作時の低消費電力化を図る上でも不利であった。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、偏心の発生を防止しつつ光学素子の簡素化および低コスト化、低消費電力化を図る上で有利な光学素子を提供することにある。
However, the above-described conventional technology requires a control circuit that applies different voltages to the plurality of electrode portions in accordance with the eccentricity of the optical element, so that the optical element can be simplified and reduced in cost. In addition, since the voltage applying means must apply different voltages to the respective electrode portions, it is disadvantageous in terms of reducing power consumption during operation of the voltage applying means.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical element that is advantageous in terms of simplification, cost reduction, and power consumption of the optical element while preventing the occurrence of eccentricity. There is to do.
上述の目的を達成するため、本発明は、互いに対向する第1、第2の端面壁と、前記第1、第2の端面壁を接続する側面壁とを有し、それらの内部に密閉された収容室が形成された容器と、前記収容室に封入された有極性または導電性を有する第1の液体と、前記収容室に封入され前記第1の液体と互いに混合しない第2の液体と、前記第1の液体に電界をかけるための第1の電極および第2の電極と、前記第1の電極と第2の電極の間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記第1の液体の透過率は第2の液体の透過率よりも低く形成され、前記電圧印加手段による電圧印加によりそれら前記第1の液体と第2の液体の界面が変形し、前記第1、第2の端面壁および前記第2の液体部分を通り前記第1、第2の端面壁が互いに対向する方向である前記容器の厚さ方向に延在する光の透過路が形成される光学素子であって、前記第1の電極は、前記収容室に臨む前記第1の端面壁の内面に形成され、前記第2の電極は、前記収容室に臨む前記第2の端面壁の内面に形成され、前記第2の電極は、前記容器の厚さ方向に延在する単一の仮想軸を中心として放射方向に延在する複数の電極部で構成され、前記仮想軸の周方向において隣接する前記電極部の間には前記電極部が形成されていない第1の非電極部が形成され、前記各電極部および前記各第1の非電極部は、前記仮想軸の周方向に沿った幅をそれぞれ有し、前記各電極部は、前記半径方向外方に至るにつれて前記電極部の幅が次第に大きくなるように形成され、前記各第1の非電極部は、前記半径方向外方に至るにつれて前記第1の非電極部の幅が次第に大きくなるように形成されていることを特徴とする。
また、本発明は、互いに対向する第1、第2の端面壁と、前記第1、第2の端面壁を接続する側面壁とを有し、それらの内部に密閉された収容室が形成された容器と、前記収容室に封入された有極性または導電性を有する透明な第1の液体と、前記収容室に封入され前記第1の液体と互いに混合しない透明な第2の液体と、前記第1の液体に電界をかけるための第1の電極および第2の電極と、前記第1の電極と第2の電極の間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記電圧印加手段による電圧印加によりそれら前記第1の液体と第2の液体の界面形状を曲面状に変形させることで、前記第1、第2の端面壁が互いに対向する方向である前記容器の厚さ方向に進行して前記界面を通過する光を屈折させる光学素子であって、前記第1の電極は、前記収容室に臨む前記第1の端面壁の内面に形成され、前記第2の電極は、前記収容室に臨む前記第2の端面壁の内面に形成され、前記第2の電極は、前記容器の厚さ方向に延在する単一の仮想軸を中心として放射方向に延在する複数の電極部で構成され、前記仮想軸の周方向において隣接する前記電極部の間には前記電極部が形成されていない第1の非電極部が形成され、前記各電極部および前記各第1の非電極部は、前記仮想軸の周方向に沿った幅をそれぞれ有し、前記各電極部は、前記半径方向外方に至るにつれて前記電極部の幅が次第に大きくなるように形成され、前記各第1の非電極部は、前記半径方向外方に至るにつれて前記第1の非電極部の幅が次第に大きくなるように形成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention has first and second end face walls facing each other and a side wall connecting the first and second end face walls, and is sealed inside them. A container in which the storage chamber is formed, a polar or conductive first liquid sealed in the storage chamber, and a second liquid sealed in the storage chamber and not mixed with the first liquid A first electrode and a second electrode for applying an electric field to the first liquid, and a voltage applying means for applying a voltage between the first electrode and the second electrode. The transmittance of the liquid is formed to be lower than the transmittance of the second liquid, and the interface between the first liquid and the second liquid is deformed by the voltage application by the voltage applying means, and the first and second liquids are deformed. The first and second end face walls face each other through the end face wall and the second liquid portion. The optical element is formed with a light transmission path extending in the thickness direction of the container, and the first electrode is formed on an inner surface of the first end face wall facing the storage chamber. The second electrode is formed on the inner surface of the second end face wall facing the storage chamber, and the second electrode is centered on a single virtual axis extending in the thickness direction of the container. A plurality of electrode portions extending in a radial direction are formed, and a first non-electrode portion where the electrode portions are not formed is formed between the electrode portions adjacent to each other in the circumferential direction of the virtual axis. The electrode portions and the first non-electrode portions each have a width along the circumferential direction of the imaginary axis, and the width of the electrode portions gradually increases as the electrode portions extend radially outward. Each first non-electrode portion is formed so as to extend outward in the radial direction. Wherein the serial first width of the non-electrode portion is formed so as to gradually increase.
In addition, the present invention includes first and second end face walls facing each other and a side wall connecting the first and second end face walls, and a sealed storage chamber is formed therein. A transparent first liquid having polarity or conductivity sealed in the storage chamber, a transparent second liquid sealed in the storage chamber and not mixed with the first liquid, A first electrode and a second electrode for applying an electric field to the first liquid; and a voltage applying means for applying a voltage between the first electrode and the second electrode. By applying voltage, the interface shape of the first liquid and the second liquid is deformed into a curved surface, so that the first and second end face walls proceed in the thickness direction of the container, which is a direction facing each other. An optical element that refracts light passing through the interface, Is formed on the inner surface of the first end surface wall facing the storage chamber, the second electrode is formed on the inner surface of the second end surface wall facing the storage chamber, and the second electrode is Consists of a plurality of electrode portions extending radially about a single virtual axis extending in the thickness direction of the container, and the electrodes between the electrode portions adjacent in the circumferential direction of the virtual axis 1st non-electrode part in which a part is not formed is formed, and each said electrode part and each said 1st non-electrode part have a width along the circumferential direction of said virtual axis, respectively, and each said electrode part Is formed such that the width of the electrode portion gradually increases toward the outer side in the radial direction, and each of the first non-electrode portions has a width of the first non-electrode portion toward the outer side in the radial direction. The width is formed so as to gradually increase.
本発明の光学素子によれば、各電極部に対して同一の電圧を印加しているにも拘わらず、第2の液体の中心と仮想軸が合致する位置で第1の液体と第2の液体の界面の形状が安定するため、光学素子の偏心が防止される。
したがって、光学素子の光学特性の低下を防止する上で有利となることは無論のこと、従来の光学素子のように光の透過路の偏心に応じて複数の電極部に印加する電圧をそれぞれ異ならせて印加する制御回路などが不要となるため、光学素子の簡素化および低コスト化を図る上で有利となり、低消費電力化を図る上でも有利となる。
According to the optical element of the present invention, although the same voltage is applied to each electrode portion, the first liquid and the second liquid are positioned at a position where the center of the second liquid coincides with the virtual axis. Since the shape of the liquid interface is stable, the optical element is prevented from being decentered.
Therefore, it goes without saying that it is advantageous in preventing the optical characteristics of the optical element from degrading, and unlike the conventional optical element, the voltages applied to the plurality of electrode portions differ depending on the eccentricity of the light transmission path. This eliminates the need for a control circuit to be applied, which is advantageous for simplifying and reducing the cost of the optical element, and also for reducing power consumption.
まず、本発明の光学素子が用いる電気毛管現象(エレクトロウエッティング現象)の原理について説明する。
図9は電気毛管現象の原理説明図であり、(A)は電圧印加前の状態を示す図、(B)は電圧印加後の状態を示す図である。
図9(A)に示すように、基板1の表面上に絶縁膜2が形成され、この絶縁膜2の表面に有極性または導電性を有する第1の液体3が位置しており、第1の液体3には第1の電極4が電気的に接続されている。
絶縁膜2と基板1の間には第2の電極5が形成されている。
図9(A)に示すように、第1の電極4と第2の電極5との間に電圧Eが印加されていない状態では、第1の液体4は表面張力によってその表面が上方に凸のほぼ球面をなしている。このときに絶縁膜2の表面と、第1の液体3が絶縁膜2に接触している部分における液面の角度θ、すなわち接触角θをθ0とする。なお、接触角θは液体が空気に面した状態で測定されるものであり、言い換えると、気液界面において測定されるものである。
ところが、図9(B)に示すように、第1の電極4と第2の電極5との間に電圧Eが印加されることで第1の液体4に電界がかけられると、絶縁膜2の表面に例えばマイナス電荷が帯電することで第1の液体3を構成する分子に電界(静電気力)が作用する。これにより、第1の液体3を構成する分子が引き寄せされることで、第1の液体3の絶縁膜2に対する濡れ性が良くなり、接触角θはθ0よりも小さなθ1となる。また、接触角θは電圧Eの値が大きくなるに従って小さくなる。
このような現象を電気毛管現象という。
First, the principle of the electrocapillary phenomenon (electrowetting phenomenon) used by the optical element of the present invention will be described.
9A and 9B are diagrams illustrating the principle of the electrocapillary phenomenon. FIG. 9A is a diagram illustrating a state before voltage application, and FIG. 9B is a diagram illustrating a state after voltage application.
As shown in FIG. 9A, an
A
As shown in FIG. 9A, when the voltage E is not applied between the first electrode 4 and the
However, as shown in FIG. 9B, when an electric field is applied to the first liquid 4 by applying a voltage E between the first electrode 4 and the
Such a phenomenon is called an electrocapillary phenomenon.
次に、本実施の形態の光学素子10について説明する。
本実施の形態において光学素子10は絞りを構成している。
図1は光学素子10の構成を示す縦断面図、図2は図1のAA線矢視図である。
図1に示すように、光学素子10は、容器12と、第1の液体14と、第2の液体16と、第1の電極18と、第2の電極20と、電圧印加手段22とを含んで構成されている。
容器12は、互いに対向し平行をなして延在する第1の端面壁24、第2の端面壁26と、これら第1、第2の端面壁24、26を接続する側面壁28とを有し、それら第1、第2の端面壁24、26、側面壁28とにより密閉された収容室30を有している。
ここで容器12の厚さ方向とは、第1の端面壁24と第2の端面壁26とが互いに対向する方向をいう。
本実施の形態では、第1、第2の端面壁24、26は同形同大に形成された矩形板状を呈し、側面壁28は第1、第2の端面壁24、26の輪郭に沿った矩形枠状を呈し、収容室30は扁平な四角柱状を呈している。
また、第1、第2の端面壁24、26および側面壁28は、絶縁性を有する材料で形成され、さらに、第1、第2の端面壁24、26は光を透過する透明な材料で形成されている。
第1、第2の端面壁24、26を構成する材料として、例えば、透明で絶縁性を有する合成樹脂材料あるいは透明なガラス材料を用いることができる。
Next, the
In the present embodiment, the
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the
As shown in FIG. 1, the
The
Here, the thickness direction of the
In the present embodiment, the first and second
The first and second
As a material constituting the first and second
第1の液体14は、有極性または導電性を有し収容室30に封入されている。
第2の液体16は、第1の液体14と互いに混合しないものであり収容室30に封入されている。
また、第1の液体14と第2の液体16は実質的に等しい比重を有しかつ第1の液体14の透過率は第2の液体16の透過率よりも低くなるように形成されている。
本実施の形態では、第1の液体14は、例えば、純水とエタノールとエチレングリコールを混合した液体に光を透過しない材料からなる微粒子が混合されることで形成されている。
前記微粒子としては、例えばカーボンブラックを用いることができる。カーボンブラックを用いる場合には、カーボンブラックが、第1の液体14に対して満遍なく混合されるように、それらの表面に親水コーティング処理をなすことが好ましい。前記親水コーティング処理は、例えば、カーボンブラックの表面に親水基を形成することでなされる。
また、本実施の形態では、第2の液体16はシリコンオイルで構成されている。
なお、第1の液体14として使用できる液体としては、本実施の形態に限定されるものではなく、例えば、ニトロメタン、無水酢酸、酢酸メチル、酢酸エチル、メタノール、アセトニトリル、アセトン、エタノール、プロピオニトリル、テトロヒドロフラン、n−ヘキサン、2−プロパノール、2−ブタノン、n−ブチロニトリル、1−プロパノール、1−ブタノール、ジメチルスルホキシド、クロロベンゼン、エチレングリコール、ホルムアミド、ニトロベンゼン、炭酸プロピレン、1,2−ジクロロエタン、二硫化炭素、クロロホルム、ブロモベンゼン、四塩化炭素、トリクロロ酢酸無水物、トルエン、ベンゼン、エチレンジアミン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、リン酸トリブチル、ピリジン、ベンゾニトル、アニリン、1,4−ジオキサン、ヘキサメチルホスホルアミドなどが挙げられる。
また、第2の液体16として使用できる液体は、例えば、シリコン、デカン系、オクタン系、ノナン、ヘプタンなどが挙げられる。
また、第1の液体14および第2の液体16は、それぞれ単一の液体で形成してもよいし、複数の液体を混合して形成してもよい。要は、第1の液体14と第2の液体16が実質的に等しい比重を有するように形成されていればよい。
The
The
Further, the
In the present embodiment, the
As the fine particles, for example, carbon black can be used. When carbon black is used, it is preferable to perform hydrophilic coating treatment on the surfaces of the carbon black so that the carbon black is uniformly mixed with the
In the present embodiment, the
The liquid that can be used as the
Examples of the liquid that can be used as the
The
第1、第2の電極18、20は、第1の液体14に電界をかけるためのものである。
第1の電極18は、第1の端面壁24が収容室30に臨む箇所に形成され、本実施の形態では、第1の端面壁24が収容室30に臨む内面全域に形成されている。
より詳細には、本実施の形態では、後述するように、絞りの動作速度の高速化を図るために親水膜34が用いられており、第1の電極18が第1の液体14に臨む箇所に親水膜34が設けられ、第1の電極18は親水膜34を介して第1の液体14に臨むように配設されている。
第2の電極20は、収容室30に臨む第2の端面壁26の内面の部分に形成されている。
第1、第2の電極18、20は、例えば、光を透過可能なITO膜(Indium Tin Oxide膜)などの導電材料で形成されている。
電圧印加手段22は、容器12の外部に設けられ出力電圧が可変であり、電圧印加手段22の正電圧出力端子が第1の電極18に電気的に接続され、電圧印加手段22の負電圧出力端子が第2の電極20に電気的に接続されている。
なお、本実施の形態では、第1の液体14に直流電圧を印加することで電気毛管現象を発生させる場合について説明するが、第1の液体14に印加する電圧は直流電圧に限定されるものではなく、交流電圧やパルス電圧、あるいは、ステップ状に増減する電圧など、どのような電圧を用いてもよく、要は第1の液体14に電気毛管現象を発生させることができればよい。
The first and
The
More specifically, in this embodiment, as will be described later, the
The
The first and
The voltage application means 22 is provided outside the
In this embodiment, the case where the electrocapillarity is generated by applying a DC voltage to the
また、収容室30に臨む第2の端面壁26の内面およびこの内面に設けられた第2の電極20上に絶縁膜32が形成されている。
したがって、第1の電極18と第2の電極20に電圧が印加されることで絶縁膜32の表面に例えばマイナス電荷が帯電され、これにより第1の液体14に電界がかかり、第1の液体14を構成する分子に電界(静電気力)が作用して電気毛管現象が発生するように構成されている。
An insulating
Accordingly, when a voltage is applied to the
また、第1の電極18の全域および側面壁28の内面全域を覆うように、光を透過する透明な親水膜34(特許請求の範囲の第1の膜に相当)が形成されている。
親水膜34は第1の液体14に対する濡れ性が第2の液体16に対する濡れ性よりも高くなるように構成されたものであり、言い換えると、親水膜34に対する第1の液体14の接触角は、親水膜34に対する第2の液体16の接触角よりも小さい値となるように構成されている。
親水膜34は、例えば親水性ポリマーや界面活性剤を第1の電極18、側面壁28の内面に塗布することで形成することができ、従来公知の様々な材料を採用可能である。
また、本実施の形態では、第2の端面壁26上の第2の電極20上に設けられた絶縁膜32の全域を覆うように、光を透過する透明な撥水膜36(特許請求の範囲の第2の膜に相当)が形成されている。
撥水膜36は第2の液体16に対する濡れ性が第1の液体14に対する濡れ性よりも高くなるように構成されている。言い換えると、撥水膜36に対する第2の液体16の接触角は、撥水膜36に対する第1の液体14の接触角よりも小さい値となるように構成されている。
撥水膜36は、親油性を有する膜であり、例えば、シリコンを主成分とする材料を焼き付けることで、あるいは、非結晶フッ素樹脂からなる材料を成膜することで形成することができ、撥水膜36としては、従来公知の様々な材料を採用可能である。
Further, a transparent hydrophilic film 34 (corresponding to the first film in the claims) that transmits light is formed so as to cover the entire area of the
The
The
In the present embodiment, a transparent
The
The
次に第2の電極20について詳細に説明する。
図1、図2に示すように、第2の電極20は、容器12の厚さ方向と直交する平面内において容器12の厚さ方向に延在する単一の仮想軸38を中心として放射方向に延在する複数の電極部40で構成され、本実施の形態では4つの電極部40で構成されている。
各電極部40はそれぞれ不図示の配線部材により電圧印加手段22の負電圧出力端子に電気的に接続されている。
仮想軸38の周方向において隣接する電極部40の間には電極部40が形成されていない第1の非電極部42が形成されている。
各電極部40および各第1の非電極部42は、仮想軸38の周方向に沿った幅をそれぞれ有し、各電極部40は、半径方向外方に至るにつれて電極部40の幅が次第に大きくなるように形成されている。
各第1の非電極部42は、半径方向外方に至るにつれて第1の非電極部42の幅が次第に大きくなるように形成されている。
本実施の形態では、各電極部40は同形同大で、仮想軸38を中心として半径方向外側に扇形状に延在し、各電極部40の半径方向の外縁部は、仮想軸38を中心とした単一の仮想円上を延在している。
また、各第1の非電極部42は各電極部40の間で同形同大に形成されている。
また、前記平面上で仮想軸38を中心とする円形の範囲に電極部40が形成されていない第2の非電極部44が設けられ、各電極部40は第2の非電極部44の半径方向の外側に設けられている。
また、各電極部40の外縁部の半径方向外側箇所は、電極部40が形成されておらず各第1の非電極部42に接続する第3の非電極部46が設けられている。
Next, the
As shown in FIGS. 1 and 2, the
Each
A first
Each
Each first
In the present embodiment, each
The first
In addition, a second
In addition, at the radially outer portion of the outer edge portion of each
したがって、第1の液体14が位置する第1の端面壁24内面に位置する第1の液体14箇所の全域は、親水膜34を介して第1の電極18に臨んだ状態となり、かつ、第2の液体16が位置する第2の端面壁26内面に位置する第2の液体16の箇所の全域は、撥水膜36、絶縁膜32を介して第2の電極20に臨んだ状態となる。
したがって、電圧印加手段22から第1の電極18、第2の電極20に電圧Vが印加され、絶縁膜32の表面に例えばマイナス電荷が帯電され、これにより第1の液体14に電界がかかり、第1の液体14を構成する分子に電界(静電気力)が作用して電気毛管現象が発生することになる。なお、第2の電極20を構成する複数の電極部40には同一の電圧が印加されるものとする。
Therefore, the entire area of the first liquid 14 located on the inner surface of the
Therefore, the voltage V is applied from the voltage applying means 22 to the
次に、光学素子10の動作について説明する。
図3(A)、(B)、(C)は光学素子10の第1、第2の電極18、20に電圧V1、V2、V3が印加された場合の動作を説明する断面図、図4(A)、(B)、(C)は図3(A)、(B)、(C)の平面図である。
図1に示すように、電圧印加手段22から第1の電極18、第2の電極20に電圧Vが印加されない状態では、第1、第2の液体14、16の界面48の形状は第1、第2の液体14、16の表面張力、撥水膜36上の界面張力のバランスによって決定される。
したがって、撥水膜36に対する第1の液体14の接触角と第2の液体16の接触角との差が大きいほど、撥水膜36上において第2の液体16はより扁平に広がり、第1の液体14と第2の液体16の界面48の形状が平坦面に近い曲面となる。
また、第1の液体14は、第1の端面壁24上の親水膜34から側面壁28上の親水膜34を覆うように位置している。
したがって、第1の液体14のうち側面壁28と第2の端面壁26の境界付近の環状の箇所に位置する第1の液体14は、撥水膜36に直接接するが、第2の液体16は側面壁28上の親水膜34に接しない状態となる。
そのため、第1の液体14が撥水膜36に接触した環状部分は、第2の液体16を介在させることなく、撥水膜36、絶縁膜32を挟んで第2の電極20に対向している。
この際、第1の液体14が光の透過方向と直交する方向の全域にわたって延在することにより容器12の厚さ方向に進行する光は遮断された状態となる。
Next, the operation of the
3A, 3B, and 3C are cross-sectional views for explaining the operation when voltages V1, V2, and V3 are applied to the first and
As shown in FIG. 1, in the state where the voltage V is not applied from the voltage applying means 22 to the
Therefore, the larger the difference between the contact angle of the first liquid 14 with respect to the
The
Therefore, the first liquid 14 located in an annular portion in the vicinity of the boundary between the
Therefore, the annular portion where the
At this time, the
次に、図3(A)に示すように、電圧印加手段22から第1の電極18、第2の電極20に電圧V1(>0)が印加されると、電気毛管現象により、界面48が第2の液体16から第1の液体14に向かって凸状の曲面(球面)となるように変形し、界面48の中央が第1の端面壁24(親水膜34)に接触する。
これにより、第1の端面壁24(親水膜34)上で界面48が接触している領域には、第1の液体14が存在しなくなり、図4(A)に示すように、収容室30に第2の液体16のみが存在する領域50が形成され、この領域50により第1、第2の端面壁24、26を通り容器12の厚さ方向に延在する光の透過路52が形成される。すなわち、光の透過路52が開口52Aを構成し、光の透過路52(開口52A)の直径が絞りの開口径D1となる。
次に、図3(B)に示すように、電圧印加手段22から第1の電極18、第2の電極20に電圧V2(>V1)が印加されると、界面48の凸状の曲面(球面)の湾曲の傾斜がさらに大きくなる。
そして、図4(B)に示すように、収容室30に形成された第2の液体16のみが存在する領域50の直径が拡大され、光の透過路52の直径、すなわち絞りの開口径がD1からD2に拡径される。
次に、図3(C)に示すように、電圧印加手段22から第1の電極18、第2の電極20に電圧V3(>V2)が印加されると、界面48の凸状の曲面(球面)の湾曲の傾斜がさらに大きくなる。
そして、図4(C)に示すように、収容室30に形成された第2の液体16のみが存在する領域50の直径がさらに拡大され、光の透過路52の直径、すなわち絞りの開口径がD3(>D2)に拡径される。
したがって、電圧印加手段22から第1の電極18、第2の電極20に印加される電圧を調整することで、第2の液体16のみが存在する領域50の直径を拡大および縮小させて絞りの開口径を調整することができる。
なお、図3(A)、(B)、(C)において、符号θ1、θ2、θ3は第1の液体14の接触角を示しており、第1の液体14にかけられる電界が大きくなるほど、接触角が小さくなり、第1の液体14の濡れ性が高くなっている。
Next, as shown in FIG. 3A, when the voltage V1 (> 0) is applied from the voltage applying means 22 to the
As a result, the
Next, as shown in FIG. 3B, when a voltage V2 (> V1) is applied from the voltage application means 22 to the
Then, as shown in FIG. 4B, the diameter of the region 50 where only the
Next, as shown in FIG. 3C, when a voltage V3 (> V2) is applied from the voltage application means 22 to the
Then, as shown in FIG. 4C, the diameter of the region 50 where only the
Therefore, by adjusting the voltage applied from the voltage application means 22 to the
3A, 3 </ b> B, and 3 </ b> C, reference signs θ <b> 1, θ <b> 2, and θ <b> 3 indicate contact angles of the
なお、親水膜34および撥水膜36は省略することも可能であるが、本実施の形態のように親水膜34および撥水膜36を用いると次の利点を有する。
第1の電極18の全域および側面壁28の内面全域を覆うように、光を透過する透明な親水膜34(第1の膜に相当)が形成されていると、第1の液体14が親水膜34に対して良く濡れる。したがって、第2の液体16が第1の端面壁24にいったん接触した後で第1の端面壁24から離れる際に、親水膜34から第2の液体16が離間しやすくなり、絞りの動作速度の高速化が図られる。
また、第2の端面壁26上の第2の電極20上に設けられた絶縁膜32の全域を覆うように、光を透過する透明な撥水膜36が形成されていると、撥水膜36上で第1の液体14の液面が円滑に動きやすいので、絞りの動作速度の高速化が図られる。
Although the
When a transparent hydrophilic film 34 (corresponding to the first film) that transmits light is formed so as to cover the entire area of the
Further, when a transparent water-
次に、第1の液体14、第2の液体16の界面48の形状の変化について詳細に説明する。
第1の電極18、第2の電極20の間に電圧Vが印加された場合、図3(A)乃至(C)に示すように、第1の液体14と第2の液体16の界面48がなす角度を接触角θとすると、接触角θは式(1)で示される。
cosθ(V)=cosθ(V=0)+ε0・εr・V2/2γt (1)
ここで、cosθ(V)は印加電圧V[V]の時の接触角、cosθ(V=0)は電圧無印加時の接触角、ε0は真空の誘電率8.85×10-12[F/m]、εrは絶縁膜32の比誘電率、Vは印加電圧[V]、tは絶縁膜32の厚み[m]、γは第1の液体14と第2の液体16間の界面張力(または界面エネルギー)[N/m]である。
すなわち、電圧Vの増減により接触角θが増減し(第1の液体14の濡れ性が変化し)、これにより第1の液体14が第2の液体16を押す力が変化し、界面48の形状が変化するのである。
Next, a change in the shape of the
When the voltage V is applied between the
cosθ (V) = cosθ (V = 0) + ε0 ・ εr ・ V2 / 2γt (1)
Here, cosθ (V) is the contact angle when the applied voltage is V [V], cosθ (V = 0) is the contact angle when no voltage is applied, and ε0 is the dielectric constant of vacuum 8.85 × 10-12 [F / m , Εr is the relative dielectric constant of the insulating
That is, the contact angle θ is increased or decreased by the increase or decrease of the voltage V (the wettability of the
このように第1の電極18、第2の電極20の間に印加する電圧をV1からV3にわわたって増減させることで界面48の形状が変化し開口径がD1からD3にわたって変化するが、第1の電極18、第2の電極20の間に印加される電圧の変化に拘わらず、光の透過路52(開口52A)は、その中心が常に仮想軸38と合致した状態に保たれており、光の透過路52の中心が仮想軸38からずれて偏心を生じても、光の透過路52の中心が仮想軸38と合致するように自動的に復元される。このことについて詳細に説明する。
図5は光の透過路52の中心が仮想軸38と合致した状態を示す説明図、図6は光の透過路52の中心が仮想軸38からずれて偏心した状態を示す説明図である。
なお、図5、図6においては、説明の便宜上、仮想軸38と直交する絶縁膜32上において仮想軸38と直交し、かつ、互いに直交する2本の座標軸X、Yによって区切られる4つの象限を第1象限A、第2象限B、第3象限C、第4象限Dとして説明する。
また、各電極部40は第1象限A、第2象限B、第3象限C、第4象限Dのそれぞれに位置している。
In this way, by increasing or decreasing the voltage applied between the
FIG. 5 is an explanatory view showing a state where the center of the light transmission path 52 coincides with the
5 and 6, for convenience of explanation, four quadrants are defined on the insulating
Each
図5に示すように、光の透過路52に偏心が生じていない状態では、各電極部40上に位置している第1の液体14の面積は互いに等しく、かつ、各電極部40上に位置している第2の液体16の面積は互いに等しい。言い換えると、各電極部40上に位置している第1の液体14と第2の液体16の界面48の長さは互いに等しい。
ところが、図6に示すように、例えば、第2の液体16が第2象限Bの方向に移動して、光の透過路52に偏心が生じると、第2の象限Bの電極部40上に位置している界面48の長さと、第4の象限Dの電極部40上に位置している界面48の長さとが等しくなくなる。
具体的には、第2の象限Bの電極部40上に位置している界面48の長さは、第4の象限Dの電極部40上に位置している界面48の長さよりも長くなる。これは、仮想軸38を中心として放射状に形成された電極部40および第1の非電極部42が仮想軸38の半径方向外方に到るにつれて幅が次第に大きくなるように形成されているためである。
したがって、各電極部40に印加される電圧が同じであれば(同電位であれば)、第1の液体14が第2の液体16を押す単位長当たりの力は各象限で同じであるが、電極部40上に位置している界面48の長さが長くなるため、第2の液体16を押す力が界面48の長さに比例して大きくなり、第2の液体16を押す力は第4象限Dより第2象限Bのほうが大きく働くことになる。
そのため、第4の象限Dの電極部40上の界面48の長さが第2の象限Bの電極部40上の界面48の長さよりも長いことにより、第2の象限B上の第1の液体14が第2の液体16を押す力の方が、第4の象限D上の第1の液体14が第2の液体16を押す力よりも大きくなる。
その結果、第1の液体14によって第2の液体16を押す力がバランスするところまで第2の液体16が押し戻され、すなわち、図5に示すように、第2の象限Bの界面48の長さと第4の象限Dの界面48の長さとが等しくなるところまで第2の液体16が押し戻される。これにより、第2の液体16の中心と仮想軸48が合致する位置となり、この位置で第1の液体14と第2の液体16の界面48の形状が安定し、光の透過路52の偏心が防止される。
なお、第1の象限A、第3の象限Cの電極部40においても上述と同様の原理によりこのような偏心防止の作用が図られている。
As shown in FIG. 5, in the state where the light transmission path 52 is not decentered, the areas of the
However, as shown in FIG. 6, for example, when the second liquid 16 moves in the direction of the second quadrant B and the light transmission path 52 is decentered, the
Specifically, the length of the
Therefore, if the voltage applied to each
Therefore, since the length of the
As a result, the
In addition, in the
図7は界面48の位置を示す説明図である。
図3(A)、(B)、(C)に示すように、第1の電極18、第2の電極20の間に印加する電圧VをV1、V2、V3と増加させることにより、第1の液体14により第2の液体16が押される力が大きくなることで、界面48の形状が変化し、開口径がD1、D2、D3と増加している。
そして、仮想軸38を中心とする円形の範囲に第2の非電極部44が設けられ、各電極部40は第2の非電極部44の半径方向の外側に設けられているので、図3(A)に示すように、第1の電極18、第2の電極20の間に印加する電圧がV1のときには、図7に示すように、絶縁膜32上に位置する第1の液体14と第2の液体16の界面48は、各電極部40の外縁部の半径方向外側箇所、すなわち、各電極部40と第3の非電極部46の境界線上の位置(イ)に位置しており、界面48がそれ以上半径方向外側に移動しないように規制することができ、同時に光の透過路52の偏心防止が図られている。
ここで開口径D1は、図3(A)に示すように、光学素子10の最小開口径Dminとなっている。
また、各電極部40の半径方向の外縁部は、仮想軸38を中心とした単一の仮想円上を延在しているので、図3(C)に示すように、第1の電極18、第2の電極20の間に印加する電圧がV3のときには、図7に示すように、絶縁膜32上に位置する第1の液体14と第2の液体16の界面48は、各電極部40の内縁部の半径方向内側箇所、すなわち、各電極部40と第2の非電極部44の境界線上の位置(ロ)に位置しており、界面48がそれ以上半径方向内側に移動しないように規制することでき、同時に光の透過路52の偏心防止が図られている。
ここで、開口径D3は、図3(C)に示すように、光学素子10の最大開口径Dmaxとなっている。
FIG. 7 is an explanatory view showing the position of the
As shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C, the voltage V applied between the
Then, the second
Here, the opening diameter D1 is the minimum opening diameter Dmin of the
Moreover, since the outer edge part of each
Here, the opening diameter D3 is the maximum opening diameter Dmax of the
上述した光学素子10は、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラなどの撮像装置の撮影光学系に適用される。
図8は光学素子10を撮像装置の撮影光学系に適用した例を示す構成図である。
図8に示すように、撮像装置100は、被写体像を撮像するCCDなどの撮像素子102と、前記被写体像を撮像素子102に導く撮影光学系104とを含んで構成されている。
撮影光学系104は、その光軸L上において、被写体から撮像素子102に向かって、第1のレンズ群106、第2のレンズ群108、第3のレンズ群110、第4のレンズ群112、フィルタ群114がこの順番で配置されている。
本例においては、第1のレンズ群106、第3のレンズ群110が光軸方向に移動不能に設けられ、第2のレンズ群108がズームレンズとして光軸方向に移動可能に設けられ、第4のレンズ群112がフォーカスレンズとして光軸方向に移動可能に設けられている。
第1のレンズ群106によって導かれた被写体からの光束は第2のレンズ群108によって平行な光束とされ第3のレンズ群110に導かれて、第4のレンズ群112、フィルタ群114を介して撮像素子102の撮像面102に収束される。
光学素子10は、仮想軸38を撮影光学系104の光軸Lに合致させた状態で、平行な光束が通過する箇所である第2のレンズ群108と第3のレンズ群110の間に配置されている。
したがって、光学素子10の光の透過路52(開口52A)が拡縮することにより、撮像面102Aに導かれる光束量が増減されることになる。
なお、複数の電極部40の間に第1の非電極部42が設けられていることから、厳密に言えば、第1の液体14にかかる電界の力は仮想軸38の周方向において均一ではなく、したがって、第1の液体14と第2の液体16の界面48も仮想軸38の周方向において均一ではないため、光学素子10の光の透過路52(開口52A)の形状も正円ではなく、半径方向の寸法が周方向に沿って変化している。
しかしながら、上述したように、絞りは、光束が平行した箇所に配置されるため、開口52Aの形状が光学特性に与える影響は無視することができる。
The
FIG. 8 is a configuration diagram illustrating an example in which the
As shown in FIG. 8, the imaging apparatus 100 includes an
On the optical axis L, the photographic
In this example, the
The light beam from the subject guided by the
The
Therefore, the light transmission path 52 (
Strictly speaking, the force of the electric field applied to the
However, as described above, since the stop is disposed at a position where the light beams are parallel, the influence of the shape of the
以上説明したように、本実施の形態によれば、光学素子10の電極部40および第1の非電極部42が、仮想軸38を中心として放射状に形成され仮想軸38の半径方向外方に到るにつれて幅が次第に大きくなるように形成されていることにより、各電極部40に対して同一の電圧を印加しているにも拘わらず、第2の液体16の中心と仮想軸48が合致する位置で第1の液体14と第2の液体16の界面48の形状が安定するため、光の透過路52(開口52A)の偏心が防止される。
したがって、光学素子10の光の透過路52の偏心によって生じる収差や、周辺光量の不均一によるシェーディングの発生による光学特性の低下を防止する上で有利となることは無論のこと、従来の光学素子のように光の透過路の偏心に応じて複数の電極部に印加する電圧をそれぞれ異ならせて印加する制御回路などが不要となるため、光学素子10の簡素化および低コスト化を図る上で有利となり、また、電圧印加手段22は各電極部40に対して同一の電圧を印加すればよいので電圧印加手段22の動作時の低消費電力化を図る上でも有利となる。
As described above, according to the present embodiment, the
Accordingly, it goes without saying that it is advantageous in preventing the deterioration of the optical characteristics due to the aberration caused by the decentration of the light transmission path 52 of the
(第2の実施の形態)
次に第2の実施の形態について説明する。
第2の実施の形態は、第2の端面壁26の内面に配線部を設け、この配線部を介して電極部40を電圧印加手段22に接続した点が第1の実施の形態と異なっている。
図10は第2の実施の形態の光学素子10の構成を示す説明図であり、以下の実施の形態では第1の実施の形態と同一あるいは同様の部分については同一の符号を付して説明する。
図10に示すように、第2の実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、第2の電極20は、容器12の厚さ方向と直交する平面内において容器12の厚さ方向に延在する単一の仮想軸38を中心として放射方向に延在する複数の電極部40で構成されている。
第2の実施の形態では、第2の端面壁26の内面に第2の端面壁26の外周に沿って枠状の第1の配線部54が形成されている。
複数の電極部40、第1の非電極部42、第2の非電極部44は、第1の実施の形態と同様に、第2の端面壁26の中央に設けられている。
各第1の非電極部42の半径方向外側に、電極部40と第1の配線部54を接続する第2の配線部56が設けられ、各電極部40は第2の配線部56を介して第1の配線部54に電気的に接続されている。
第1の配線部54は不図示の配線部材により電圧印加手段22の電極に接続され、電圧印加手段22から第1、第2の配線部54、56を介して各電極部40に同一の電圧が印加されるように構成されている。
また、第1、第2の配線部54、56は電極部40と同様に透明性を有する導電材料で形成されている。
なお、第2の実施の形態では、第3の非電極部46が第1、第2の配線部54、56によって第1、第2の非電極部42、44と分離されている点が第1の実施の形態と異なっている。
第2の実施の形態によれば、第1の実施と同様の効果が奏されることは無論のこと、第1、第2の配線部54、56を介して各電極部40に同一の電圧を印加できるので配線部材の簡素化、低コスト化を図る上で有利となる。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.
The second embodiment is different from the first embodiment in that a wiring portion is provided on the inner surface of the second
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the configuration of the
As shown in FIG. 10, also in the second embodiment, the
In the second embodiment, a frame-shaped
The plurality of
A
The
Further, the first and
In the second embodiment, the third
According to the second embodiment, it is a matter of course that the same effect as in the first embodiment can be obtained, and the same voltage is applied to each
(第3の実施の形態)
次に第3の実施の形態について説明する。
第3の実施の形態は、電極部40の形状が第1の実施の形態と異なっている。
図11は第3の実施の形態の光学素子10の構成を示す説明図である。
図11に示すように、第1の実施の形態と同様に、第2の電極20は、容器12の厚さ方向と直交する平面内において容器12の厚さ方向に延在する単一の仮想軸38を中心として放射方向に延在する複数の電極部40で構成され、本実施の形態では4つの電極部40で構成されている。
仮想軸38の周方向において隣接する電極部40の間には電極部40が形成されていない第1の非電極部42が形成されている。
各電極部40および各第1の非電極部42は、仮想軸38の周方向に沿った幅をそれぞれ有し、各電極部40は、半径方向外方に至るにつれて電極部40の幅が次第に大きくなるように形成されている。
各第1の非電極部42は、半径方向外方に至るにつれて第1の非電極部42の幅が次第に大きくなるように形成されている。
第3の実施の形態では、各電極部40は同形同大に形成され、各第1の非電極部42は各電極部40の間で同形同大に形成されている。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described.
The third embodiment is different from the first embodiment in the shape of the
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the configuration of the
As shown in FIG. 11, similarly to the first embodiment, the
A first
Each
Each first
In the third embodiment, the
第3の実施の形態では、第1の実施の形態と異なり、第2、第3の非電極部44、46は形成されていないことから、図7に示すように、絶縁膜32上に位置する第1の液体14と第2の液体16の界面48を、各電極部40と第3の非電極部46の境界線上の位置(イ)に位置させたり、あるいは、各電極部40と第2の非電極部44の境界線上の位置(ロ)に位置させて界面48の半径方向の位置規制を行なう作用を奏することはできないが、それ以外については第1の実施の形態と同様の効果が奏される。
In the third embodiment, unlike the first embodiment, the second and third
(第4の実施の形態)
次に第4の実施の形態について説明する。
第4の実施の形態も電極部40の形状が第1の実施の形態と異なっている。
図12は第4の実施の形態の光学素子10の構成を示す説明図である。
図12に示すように、第1の実施の形態と同様に、第2の電極20は、容器12の厚さ方向と直交する平面内において容器12の厚さ方向に延在する単一の仮想軸38を中心として放射方向に延在する複数の電極部40で構成され、本実施の形態では4つの電極部40で構成されている。
仮想軸38の周方向において隣接する電極部40の間には電極部40が形成されていない第1の非電極部42が形成されている。
各電極部40および各第1の非電極部42は、仮想軸38の周方向に沿った幅をそれぞれ有し、各電極部40は、半径方向外方に至るにつれて電極部40の幅が次第に大きくなるように形成されている。
各第1の非電極部42は、半径方向外方に至るにつれて第1の非電極部42の幅が次第に大きくなるように形成されている。
第4の実施の形態では、各電極部40は同形同大で、仮想軸38を中心として半径方向外側に扇形状に延在し、各電極部40の半径方向の外縁部は、仮想軸38を中心とした単一の仮想円上を延在している。
また、各第1の非電極部42は各電極部40の間で同形同大に形成されている。
また、各電極部40の外縁部の半径方向外側箇所は、電極部40が形成されておらず各第1の非電極部42に接続する第3の非電極部46が設けられている。
第4の実施の形態では、第1の実施の形態と異なり、第2の非電極部44が形成されていないことから、図7に示すように、絶縁膜32上に位置する第1の液体14と第2の液体16の界面48を、各電極部40と第2の非電極部44の境界線上の位置(ロ)に位置させて界面48の半径方向の位置規制を行なう作用を奏さないことを除いて、第1の実施の形態の効果と同様の効果が奏される。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described.
The fourth embodiment is also different from the first embodiment in the shape of the
FIG. 12 is an explanatory diagram showing the configuration of the
As shown in FIG. 12, similarly to the first embodiment, the
A first
Each
Each first
In the fourth embodiment, each
The first
In addition, at the radially outer portion of the outer edge portion of each
In the fourth embodiment, unlike the first embodiment, since the second
(第5の実施の形態)
次に第5の実施の形態について説明する。
第5の実施の形態も電極部40の形状が第1の実施の形態と異なっている。
図13は第5の実施の形態の光学素子10の構成を示す説明図である。
図13に示すように、第1の実施の形態と同様に、第2の電極20は、容器12の厚さ方向と直交する平面内において容器12の厚さ方向に延在する単一の仮想軸38を中心として放射方向に延在する複数の電極部40で構成され、本実施の形態では4つの電極部40で構成されている。
仮想軸38の周方向において隣接する電極部40の間には電極部40が形成されていない第1の非電極部42が形成されている。
各電極部40および各第1の非電極部42は、仮想軸38の周方向に沿った幅をそれぞれ有し、各電極部40は、半径方向外方に至るにつれて電極部40の幅が次第に大きくなるように形成されている。
各第1の非電極部42は、半径方向外方に至るにつれて第1の非電極部42の幅が次第に大きくなるように形成されている。
第5の実施の形態では、各電極部40は同形同大で、各電極部40の半径方向の外縁部は、第2の端面壁26の内面の外周に沿って形成された枠状の配線部58によって電気的に接続され、配線部58は電極部40と同様に透明性を有する導電材料で形成されている。
配線部58は不図示の配線部材により電圧印加手段22の電極に接続され、電圧印加手段22から配線部58を介して各電極部40に同一の電圧が印加されるように構成されている。
また、各第1の非電極部42は各電極部40の間で同形同大に形成されている。
また、前記平面上で仮想軸38を中心とする円形の範囲に電極部40が形成されていない第2の非電極部44が設けられ、各電極部40は第2の非電極部44の半径方向の外側に設けられ、各第1の非電極部42は第2の非電極部44の外縁から半径方向外側に延在している。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described.
The fifth embodiment is also different from the first embodiment in the shape of the
FIG. 13 is an explanatory diagram showing the configuration of the
As shown in FIG. 13, similarly to the first embodiment, the
A first
Each
Each first
In the fifth embodiment, each
The
The first
In addition, a second
第5の実施の形態では、第1の実施の形態と異なり、第3の非電極部46が形成されていないことから、図7に示すように、絶縁膜32上に位置する第1の液体14と第2の液体16の界面48を、各電極部40と第3の非電極部46の境界線上の位置(イ)に位置させて界面48の半径方向の位置規制を行なう作用を奏さないことを除いて、第1の実施の形態の効果と同様の効果が奏される。
また、第5の実施の形態では、第2の実施の形態と同様に、配線部58を介して各電極部40に同一の電圧を印加することで配線部材の簡素化、低コスト化を図る上で有利となる。
なお、第5の実施の形態では、第2の電極20を4個の電極部40で構成した場合について説明したが、電極部40の個数は任意であり、例えば、図14に示すように、第2の電極20を8個の電極部40で構成してもよく、あるいは、図15に示すように、第2の電極20を12個の電極部40で構成するようにしてもよい。
このように電極部40の数を増やすほど第1の液体14にかかる電界の力を増大させることができ、光の透過路52(開口52A)の偏心を防止する上で有利となる。
In the fifth embodiment, unlike the first embodiment, the third
Further, in the fifth embodiment, as in the second embodiment, the same voltage is applied to each
In the fifth embodiment, the case where the
Thus, as the number of
(第6の実施の形態)
次に第6の実施の形態について説明する。
第6の実施の形態は、複数の電極部40と複数の第1の非電極部42に加えて、それらの中央に第1の非電極部42と分離された中央非電極部60を設けた点が第1の実施の形態と異なっている。
図16は第6の実施の形態の光学素子10の構成を示す説明図である。
図16に示すように、容器12の厚さ方向と直交する平面内において容器12の厚さ方向に延在する単一の仮想軸38を中心とした円形の中央非電極部60が設けられている。
前記平面内において、中央非電極部60の半径方向外側には、複数の電極部40が第1の実施の形態と同様に仮想軸38を中心として放射方向に延在して設けられ、各電極部40の間には第1の非電極部42が設けられている。
本実施の形態では第2の電極20は4つの電極部40で構成されている。
各電極部40および各第1の非電極部42は、仮想軸38の周方向に沿った幅をそれぞれ有し、各電極部40は、半径方向外方に至るにつれて電極部40の幅が次第に大きくなるように形成されている。
各第1の非電極部42は、半径方向外方に至るにつれて第1の非電極部42の幅が次第に大きくなるように形成されている。
本実施の形態では、各電極部40は同形同大であり、各第1の非電極部42も同形同大に形成されている。
また、各電極部40の半径方向の内縁部は、中央非電極部60の外周に沿って延在する環状配線部62によって電気的に接続され、環状配線部62は電極部40と同様に透明性を有する導電材料で形成されている。
中央非電極部60と各第1の非電極部42とは、環状配線部62によって分離されている。
また、各電極部40の半径方向の外縁部は、第2の端面壁26の内面の外周に沿って形成された枠状の配線部58によって電気的に接続され、配線部58は電極部40と同様に透明性を有する導電材料で形成されている。
また、半径方向外側の各第1の非電極部42の半径方向の外縁部は、仮想軸38を中心とした単一の仮想円上の接線方向に延在する直線状に形成されている。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described.
In the sixth embodiment, in addition to the plurality of
FIG. 16 is an explanatory diagram showing the configuration of the
As shown in FIG. 16, a circular central non-electrode part 60 centering on a single
Within the plane, on the radially outer side of the central non-electrode part 60, a plurality of
In the present embodiment, the
Each
Each first
In the present embodiment, each
Further, the inner edge portion in the radial direction of each
The central non-electrode portion 60 and each first
Further, the outer edge portion in the radial direction of each
The radially outer edge of each first
第6の実施の形態では、中央非電極部60を設けたので、絶縁膜32上に位置する第1の液体14と第2の液体16の界面48が中央非電極部60上に位置している状態(開口52Aが最大開口径Dmax)では、光の透過路52(開口52A)の偏心を防止する効果が奏される。
また、各電極部40の第2の液体16を囲む第1の液体14の周方向の全周にわたって大きな電界をかけることができる領域では、絞りの応答性の向上を図る上で有利となる。
また、絶縁膜32上に位置する第1の液体14と第2の液体16の界面48が複数の電極部40上に位置している状態(開口52Aが中間の開口径から最小開口径Dminの間の範囲にある状態)では、第1の実施の形態と同様に光の透過路52(開口52A)の偏心を防止する効果が奏される。
なお、第6の実施の形態では、図16において、絶縁膜32上に位置する第1の液体14と第2の液体16の界面48を、各第1の非電極部42と枠状の配線部58の境界線上に位置させたとしても、界面48の半径方向の位置規制を行なう作用は奏されない。すなわち、第6の実施の形態では、図7に示すように、絶縁膜32上に位置する第1の液体14と第2の液体16の界面48を、各電極部40と第3の非電極部46の境界線上の位置(イ)に位置させたときのように、界面48の半径方向の位置規制を行なう作用は奏されない。
しかしながら、半径方向外側の各電極部40の半径方向の外縁部を、第1の実施の形態と同様に、仮想軸38を中心とした単一の仮想円上を延在するように形成すれば、界面48の半径方向の位置規制を行なう作用が奏されることは無論である。
In the sixth embodiment, since the central non-electrode part 60 is provided, the
Further, in a region where a large electric field can be applied over the entire circumference in the circumferential direction of the
Further, the
In the sixth embodiment, in FIG. 16, the
However, if the outer edge portion in the radial direction of each
(第7の実施の形態)
次に、第7の実施の形態について説明する。
第7の実施の形態が第1の実施の形態と異なるのは、光学素子10がレンズを構成している点である。
第7の実施の形態の光学素子10の構成は、第1、第2の液体14、16の組成が異なる点を除いて、ほぼ第1の実施の形態と同様であるため、以下では、第1の実施の形態と相違する部分について説明する。
図17は第7の実施の形態における光学素子10の構成を示す縦断面図、図18は図17のAA線矢視図である。
光学素子10は、電圧印加手段22による電圧印加により第1の液体14と第2の液体16の界面48の形状を曲面状に変形させることで、第1、第2の端面壁24、26が互いに対向する方向である容器12の厚さ方向に進行して界面48を通過する光を屈折させるものである。
図17、図18に示すように、光学素子10は、第1の実施の形態と同様に、容器12と、第1の液体14と、第2の液体16と、第1の電極18と、第2の電極20と、電圧印加手段22とを含んで構成されている。
第1の液体14は、有極性または導電性を有し収容室30に封入されている。
第2の液体16は、第1の液体14と互いに混合しないものであり収容室30に封入されている。
また、第1の液体14と第2の液体16は透明であり実質的に等しい比重を有しかつ第2の液体16の屈折率は第1の液体14の屈折率よりも高く形成されている。
第1の電極18および第2の電極20の形状配置は第1の実施の形態と同様であり、光学素子10の電極部40および第1の非電極部42は、仮想軸38を中心として放射状に形成され仮想軸38の半径方向外方に到るにつれて幅が次第に大きくなるように形成されている。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment will be described.
The seventh embodiment differs from the first embodiment in that the
The configuration of the
FIG. 17 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the
The
As illustrated in FIGS. 17 and 18, the
The
The
The
The shape and arrangement of the
次に、光学素子10の動作について説明する。
図19(A)、(B)、(C)は光学素子10の第1、第2の電極18、20に電圧V1、V2、V3が印加された場合の動作を説明する断面図である。
図17に示すように、電圧印加手段22から第1の電極18、第2の電極20に電圧Vが印加されない状態では、第1、第2の液体14、16の界面60の形状は第1、第2の液体14、16の表面張力、撥水膜36上の界面張力のバランスによって決定されれ、第2の液体16から第1の液体14に向かって緩やかな凸状の曲面をなしている。
ここで、第2の液体16の屈折率が第1の液体14の屈折率よりも高く形成されていることから、第1、第2の端面壁24、26を通り容器12の厚さ方向に進行して界面48を通過する光は界面48で屈折され、したがって、光学素子10は光を収束させるパワーを有するレンズを構成している。
Next, the operation of the
FIGS. 19A, 19B, and 19C are cross-sectional views illustrating the operation when voltages V1, V2, and V3 are applied to the first and
As shown in FIG. 17, when the voltage V is not applied from the voltage application means 22 to the
Here, since the refractive index of the
次に、図19(A)に示すように、電圧印加手段22から第1の電極18、第2の電極20に電圧V1(>0)が印加されると、電気毛管現象により、界面48の凸状の曲面(球面)の湾曲の傾斜が大きくなる。
次に、図19(B)に示すように、電圧印加手段22から第1の電極18、第2の電極20に電圧V2(>V1)が印加されると、界面48の凸状の曲面(球面)の湾曲の傾斜がさらに大きくなる。
次に、図19(C)に示すように、電圧印加手段22から第1の電極18、第2の電極20に電圧V3(>V2)が印加されると、界面48の凸状の曲面(球面)の湾曲の傾斜がさらに大きくなる。
したがって、電圧印加手段22から第1の電極18、第2の電極20に印加される電圧を調整することで、界面48の曲率を変えてレンズの焦点距離を可変できる(レンズのパワーを可変できる)。
このようにレンズを構成する光学素子10は、第1の実施の形態と同様に、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラなどの撮像装置の撮影光学系に適用可能である。
Next, as shown in FIG. 19A, when the voltage V1 (> 0) is applied from the voltage application means 22 to the
Next, as shown in FIG. 19B, when a voltage V2 (> V1) is applied from the voltage application means 22 to the
Next, as shown in FIG. 19C, when a voltage V3 (> V2) is applied from the voltage application means 22 to the
Therefore, by adjusting the voltage applied from the voltage application means 22 to the
As in the first embodiment, the
光学素子10において、第1の電極18、第2の電極20の間に印加する電圧をV1からV3にわわたって増減させることで界面48の形状が変化しレンズの焦点距離が変化するが、第1の電極18、第2の電極20の間に印加される電圧の変化に拘わらず、レンズは、その中心が常に仮想軸38と合致した状態に保たれており、レンズの中心が仮想軸38からずれて偏心を生じても、レンズの中心が仮想軸38と合致するように自動的に復元される。
すなわち、第1の実施の形態と同様に、光学素子10の電極部40および第1の非電極部42が、仮想軸38を中心として放射状に形成され仮想軸38の半径方向外方に到るにつれて幅が次第に大きくなるように形成されていることにより、各電極部40に対して同一の電圧を印加しているにも拘わらず、第2の液体16の中心と仮想軸48が合致する位置で第1の液体14と第2の液体16の界面48の形状が安定するため、レンズの偏心が防止される。
また、図7に示すように、絶縁膜32上に位置する第1の液体14と第2の液体16の界面48を、各電極部40と第3の非電極部46の境界線上の位置(イ)に位置させて界面48の半径方向の位置規制を行なうとともに、界面48を各電極部40と第2の非電極部44の境界線上の位置(ロ)に位置させて界面48の半径方向の位置規制を行なうことができることは第1の実施の形態と同様である。
したがって、第7の実施の形態においても第1の実施の形態と同様に、光学素子10の光学特性の低下を防止する上で有利となることは無論のこと、従来の光学素子のように偏心に応じて複数の電極部に印加する電圧をそれぞれ異ならせて印加する制御回路などが不要となるため、光学素子10の簡素化および低コスト化を図る上で有利となり、また、電圧印加手段22は各電極部40に対して同一の電圧を印加すればよいので電圧印加手段22の動作時の低消費電力化を図る上でも有利となる。
In the
That is, as in the first embodiment, the
Further, as shown in FIG. 7, the
Accordingly, in the seventh embodiment as well, as in the first embodiment, it is of course advantageous to prevent the optical characteristics of the
なお、第7の実施の形態では、光学素子10の第2の電極20が第1の実施の形態と同様に構成されている場合について説明したが、第2の電極20の構成は、第2乃至第6の実施の形態と同様に構成されていてもよいことは無論である。
In the seventh embodiment, the case where the
10……光学素子、12……容器、14……第1の液体、16……第2の液体、18……第1の電極、20……第2の電極、22……電圧印加手段、24……第1の端面壁、26……第2の端面壁、28……側面壁、30……収容室、40……電極部、42……第1の非電極部、48……界面。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記収容室に封入された有極性または導電性を有する第1の液体と、
前記収容室に封入され前記第1の液体と互いに混合しない第2の液体と、
前記第1の液体に電界をかけるための第1の電極および第2の電極と、
前記第1の電極と第2の電極の間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
前記第1の液体の透過率は第2の液体の透過率よりも低く形成され、
前記電圧印加手段による電圧印加によりそれら前記第1の液体と第2の液体の界面が変形し、前記第1、第2の端面壁および前記第2の液体部分を通り前記第1、第2の端面壁が互いに対向する方向である前記容器の厚さ方向に延在する光の透過路が形成される光学素子であって、
前記第1の電極は、前記収容室に臨む前記第1の端面壁の内面に形成され、
前記第2の電極は、前記収容室に臨む前記第2の端面壁の内面に形成され、
前記第2の電極は、前記容器の厚さ方向に延在する単一の仮想軸を中心として放射方向に延在する複数の電極部で構成され、
前記仮想軸の周方向において隣接する前記電極部の間には前記電極部が形成されていない第1の非電極部が形成され、
前記各電極部および前記各第1の非電極部は、前記仮想軸の周方向に沿った幅をそれぞれ有し、
前記各電極部は、前記半径方向外方に至るにつれて前記電極部の幅が次第に大きくなるように形成され、
前記各第1の非電極部は、前記半径方向外方に至るにつれて前記第1の非電極部の幅が次第に大きくなるように形成されている、
ことを特徴とする光学素子。 A container having first and second end face walls facing each other and a side wall connecting the first and second end face walls, and a sealed storage chamber formed therein;
A polar or conductive first liquid sealed in the storage chamber;
A second liquid enclosed in the storage chamber and not mixed with the first liquid;
A first electrode and a second electrode for applying an electric field to the first liquid;
Voltage applying means for applying a voltage between the first electrode and the second electrode,
The transmittance of the first liquid is formed lower than the transmittance of the second liquid,
By applying voltage by the voltage applying means, the interface between the first liquid and the second liquid is deformed, passes through the first and second end face walls and the second liquid portion, and the first and second liquids. An optical element in which a light transmission path extending in the thickness direction of the container, which is a direction in which end walls face each other, is formed,
The first electrode is formed on an inner surface of the first end face wall facing the storage chamber,
The second electrode is formed on the inner surface of the second end wall facing the storage chamber,
The second electrode is composed of a plurality of electrode portions extending in the radial direction around a single virtual axis extending in the thickness direction of the container,
A first non-electrode part in which the electrode part is not formed is formed between the electrode parts adjacent in the circumferential direction of the virtual axis,
The electrode portions and the first non-electrode portions each have a width along the circumferential direction of the virtual axis,
Each of the electrode portions is formed such that the width of the electrode portion gradually increases as it goes outward in the radial direction,
Each of the first non-electrode portions is formed such that the width of the first non-electrode portion gradually increases as it goes outward in the radial direction.
An optical element.
前記各電極部の前記半径方向の外縁部は、前記仮想軸を中心とした単一の仮想円上を延在し、
前記各電極部の間で前記各第1の非電極部は同形同大に形成されている、
ことを特徴とする請求項1記載の光学素子。 Each of the electrode portions has the same shape and the same size, and extends in a fan shape radially outward from the virtual axis.
The radially outer edge portion of each electrode portion extends on a single virtual circle centered on the virtual axis,
The first non-electrode parts are formed in the same shape and size between the electrode parts,
The optical element according to claim 1.
前記各電極部の前記半径方向の外縁部は、前記仮想軸を中心とした単一の仮想円上を延在し、
前記各電極部の間で前記各第1の非電極部は同形同大に形成され、
前記各電極部の前記外縁部の前記半径方向外側箇所は、前記電極部が形成されない第3の非電極部が設けられている、
ことを特徴とする請求項1記載の光学素子。 Each of the electrode portions has the same shape and the same size, and extends in a fan shape radially outward from the virtual axis.
The radially outer edge portion of each electrode portion extends on a single virtual circle centered on the virtual axis,
The first non-electrode parts are formed in the same shape and size between the electrode parts,
The radially outer portion of the outer edge of each electrode part is provided with a third non-electrode part where the electrode part is not formed.
The optical element according to claim 1.
前記各電極部は前記第2の非電極部の半径方向の外側に設けられ、
前記第2の端面壁が前記収容室に臨む箇所の外周に沿って第1の配線部が設けられ、
前記各電極部は同形同大で、前記仮想軸を中心として前記第2の非電極部の半径方向外側で扇形状に延在し、前記各電極部の前記半径方向の外縁部は、前記仮想軸を中心とした単一の仮想円上を延在し、
前記各第1の非電極部は同形同大で、前記各電極部の間で前記第2の非電極部から半径方向外側に扇状に延在し、
前記各電極部の前記外縁部の前記半径方向外側箇所は、前記電極部が形成されておらず前記各第1の非電極部と分離された第3の非電極部が設けられ、
前記各第3の非電極部の間に前記電極部と前記第1の配線部とを接続する第2の配線部が設けられている、
ことを特徴とする請求項1記載の光学素子。 A second non-electrode part in which the electrode part is not formed is provided in a circular range around the virtual axis;
Each of the electrode portions is provided on the outer side in the radial direction of the second non-electrode portion,
A first wiring portion is provided along an outer periphery of a portion where the second end face wall faces the accommodation chamber;
Each of the electrode portions has the same shape and the same size, and extends in a fan shape on the outer side in the radial direction of the second non-electrode portion with the imaginary axis as the center. Extending on a single virtual circle around the virtual axis,
Each of the first non-electrode parts has the same shape and the same size, and extends in a fan shape radially outward from the second non-electrode part between the electrode parts,
The radially outer portion of the outer edge portion of each electrode portion is provided with a third non-electrode portion that is not formed with the electrode portion and is separated from each first non-electrode portion,
A second wiring portion that connects the electrode portion and the first wiring portion is provided between the third non-electrode portions;
The optical element according to claim 1.
前記各電極部は前記第2の非電極部の半径方向の外側に設けられ、
前記第2の端面壁が前記収容室に臨む箇所の外周に沿って配線部が設けられ、
前記各電極部は同形同大で、前記仮想軸を中心として前記第2の非電極部の半径方向外側で扇形状に延在し、
前記各電極部の前記半径方向の外縁部は前記配線部と接続されている、
ことを特徴とする請求項1記載の光学素子。 A second non-electrode part in which the electrode part is not formed is provided in a circular range around the virtual axis;
Each of the electrode portions is provided on the outer side in the radial direction of the second non-electrode portion,
A wiring portion is provided along an outer periphery of a portion where the second end face wall faces the storage chamber,
Each of the electrode portions has the same shape and the same size, and extends in a fan shape around the imaginary axis on the radially outer side of the second non-electrode portion,
The outer edge portion in the radial direction of each electrode portion is connected to the wiring portion,
The optical element according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1記載の光学素子。 The first liquid and the second liquid are formed to have substantially the same specific gravity,
The optical element according to claim 1.
前記第2の端面壁の内面に形成された前記第2の電極を含む前記第2の端面壁の内面の全域に前記第2の液体に対する濡れ性が前記第1の液体に対する濡れ性よりも高い第2の膜が形成されている、
ことを特徴とする請求項1記載の光学素子。 A first film having higher wettability with respect to the first liquid than the wettability with respect to the second liquid is formed over the entire inner surface of the first end face wall;
The wettability with respect to the second liquid is higher than the wettability with respect to the first liquid over the entire inner surface of the second end face wall including the second electrode formed on the inner surface of the second end face wall. A second film is formed;
The optical element according to claim 1.
前記収容室に封入された有極性または導電性を有する透明な第1の液体と、
前記収容室に封入され前記第1の液体と互いに混合しない透明な第2の液体と、
前記第1の液体に電界をかけるための第1の電極および第2の電極と、
前記第1の電極と第2の電極の間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
前記電圧印加手段による電圧印加によりそれら前記第1の液体と第2の液体の界面形状を曲面状に変形させることで、前記第1、第2の端面壁が互いに対向する方向である前記容器の厚さ方向に進行して前記界面を通過する光を屈折させる光学素子であって、
前記第1の電極は、前記収容室に臨む前記第1の端面壁の内面に形成され、
前記第2の電極は、前記収容室に臨む前記第2の端面壁の内面に形成され、
前記第2の電極は、前記容器の厚さ方向に延在する単一の仮想軸を中心として放射方向に延在する複数の電極部で構成され、
前記仮想軸の周方向において隣接する前記電極部の間には前記電極部が形成されていない第1の非電極部が形成され、
前記各電極部および前記各第1の非電極部は、前記仮想軸の周方向に沿った幅をそれぞれ有し、
前記各電極部は、前記半径方向外方に至るにつれて前記電極部の幅が次第に大きくなるように形成され、
前記各第1の非電極部は、前記半径方向外方に至るにつれて前記第1の非電極部の幅が次第に大きくなるように形成されている、
ことを特徴とする光学素子。 A container having first and second end face walls facing each other and a side wall connecting the first and second end face walls, and a sealed storage chamber formed therein;
A transparent first liquid having polarity or conductivity enclosed in the storage chamber;
A transparent second liquid enclosed in the storage chamber and not mixed with the first liquid;
A first electrode and a second electrode for applying an electric field to the first liquid;
Voltage applying means for applying a voltage between the first electrode and the second electrode,
By deforming the interface shape of the first liquid and the second liquid into a curved surface by applying a voltage by the voltage applying means, the first and second end face walls are in a direction facing each other. An optical element that refracts light traveling in the thickness direction and passing through the interface,
The first electrode is formed on an inner surface of the first end face wall facing the storage chamber,
The second electrode is formed on the inner surface of the second end wall facing the storage chamber,
The second electrode is composed of a plurality of electrode portions extending in the radial direction around a single virtual axis extending in the thickness direction of the container,
A first non-electrode part in which the electrode part is not formed is formed between the electrode parts adjacent in the circumferential direction of the virtual axis,
The electrode portions and the first non-electrode portions each have a width along the circumferential direction of the virtual axis,
Each of the electrode portions is formed such that the width of the electrode portion gradually increases as it goes outward in the radial direction,
Each of the first non-electrode portions is formed such that the width of the first non-electrode portion gradually increases as it goes outward in the radial direction.
An optical element.
12. The optical element according to claim 11, wherein the refractive index of the second liquid is higher than the refractive index of the first liquid.
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