JP2007333975A - Liquid lens and optical equipment - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an efficient liquid lens by lowering the reflectivity at a boundary between a first liquid and a second liquid. <P>SOLUTION: The liquid lens (120) includes the first liquid (1), the second liquid (2), and a first layer (13). The second liquid has a refractive index different from that of the first liquid. The first layer has the refractive index between the refractive index of the first liquid and the refractive index of the second liquid and is provided between the first liquid and the second liquid. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体レンズと、この液体レンズを用いた光学機器とに関する。   The present invention relates to a liquid lens and an optical apparatus using the liquid lens.

従来から、屈折率の異なる二種類の液体を容器内に充填して液体レンズを構成するとともに、電圧の印加で液体の界面形状を変化させることで可変焦点レンズとして用いる光学系が提案されている。なお、上記の光学系の一例が特許文献１に開示されている。
特表２００１−５１９５３９号公報 Conventionally, an optical system has been proposed in which a liquid lens is configured by filling a container with two types of liquids having different refractive indices, and the interface shape of the liquid is changed by applying a voltage, thereby using the varifocal lens. . An example of the above optical system is disclosed in Patent Document 1.
JP 2001-515539 A

しかし、従来の液体レンズでは、第１の液体の屈折率と第２の液体の屈折率との差を大きくして液体レンズ全体の屈折率を上げようとすると、第１の液体と第２の液体との界面において入射光束に対する反射率が大きくなる点で改善の余地があった。
本発明は、第１の液体と第２の液体との界面における反射率を小さくした液体レンズを提供することを目的とする。 However, in the conventional liquid lens, if the refractive index of the entire liquid lens is increased by increasing the difference between the refractive index of the first liquid and the refractive index of the second liquid, the first liquid and the second liquid There is room for improvement in that the reflectance with respect to the incident light beam becomes large at the interface with the liquid.
An object of this invention is to provide the liquid lens which made the reflectance in the interface of a 1st liquid and a 2nd liquid small.

第１の発明の液体レンズは、第１の液体と、第２の液体と、第１の層とを含む。第２の液体は、第１の液体とは異なる屈折率を有する。第１の層は、第１の液体の屈折率と第２の液体の屈折率との間の屈折率を有し、第１の液体と第２の液体との間に備えられる。
第２の発明は、第１の発明において、第１の層は、第１の液体および第２の液体から分離して備えられている。 The liquid lens of the first invention includes a first liquid, a second liquid, and a first layer. The second liquid has a refractive index different from that of the first liquid. The first layer has a refractive index between the refractive index of the first liquid and the refractive index of the second liquid, and is provided between the first liquid and the second liquid.
In a second aspect based on the first aspect, the first layer is provided separately from the first liquid and the second liquid.

第３の発明は、第１または第２の発明において、第１の層が流動性を有する。
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、第１の層は、粘性体、液体、高分子膜および高分子粒のいずれか１つを含む。
第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、第１の液体、第２の液体および第１の層は、入射光の光軸に沿って配置されている。 According to a third aspect, in the first or second aspect, the first layer has fluidity.
In a fourth invention according to any one of the first to third inventions, the first layer includes any one of a viscous material, a liquid, a polymer film, and a polymer particle.
In a fifth aspect based on any one of the first to fourth aspects, the first liquid, the second liquid, and the first layer are arranged along the optical axis of the incident light.

第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明において、第１の層は、入射光束に対する反射防止膜としての役割を有する。
第７の発明は、第１から第６のいずれかの発明において、入射光の波長をλとし、第１の層の屈折率をｎとしたとき、第１の層の厚さはλ／（４ｎ）である。
第８の発明は、第１から第７のいずれかの発明において、第１の層は、第１の液体および第２の液体の少なくとも一方と親和性を有する。 In a sixth aspect based on any one of the first to fifth aspects, the first layer serves as an antireflection film for incident light flux.
In a seventh invention according to any one of the first to sixth inventions, when the wavelength of incident light is λ and the refractive index of the first layer is n, the thickness of the first layer is λ / ( 4n).
In an eighth aspect based on any one of the first to seventh aspects, the first layer has an affinity for at least one of the first liquid and the second liquid.

第９の発明の光学機器は、第１から第８のいずれかの発明の液体レンズを用いたことを特徴とする。   An optical apparatus according to a ninth aspect uses the liquid lens according to any one of the first to eighth aspects.

本発明によれば、第１の液体と第２の液体との界面での反射率を小さくした高機能の液体レンズを提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the highly functional liquid lens which made small the reflectance in the interface of a 1st liquid and a 2nd liquid can be provided.

以下、添付の図面を用いて、本発明の一実施形態について説明する。
（液体レンズの説明）
図１から図３は、本実施形態の液体レンズの動作を示す説明図である。なお、図１は液体レンズの光軸方向と水平に切断した状態を示している。
図１に示す液体レンズ１２０は、導電性液体１と、誘電性液体２と、容器５と、絶縁層６と、上部電極７ａ，８ａと、下部電極７ｂ，８ｂと、第３物質層１３とを有している。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(Description of liquid lens)
1 to 3 are explanatory views showing the operation of the liquid lens of the present embodiment. FIG. 1 shows a state in which the liquid lens is cut horizontally with the optical axis direction.
The liquid lens 120 shown in FIG. 1 includes a conductive liquid 1, a dielectric liquid 2, a container 5, an insulating layer 6, upper electrodes 7a and 8a, lower electrodes 7b and 8b, and a third material layer 13. have.

容器５は、円筒状の内部空間を有する容器本体と、容器本体の開口を塞ぐ蓋体とで構成されている。この容器５の材質は、絶縁性を有する透光性樹脂などで構成されている。そして、液体レンズ１２０の組立状態では、容器５に液体レンズを構成する各部品が収納される。便宜上、図１では容器５を一体化した一部品として示す。なお、容器５の内側側面には撥水加工が施されている。   The container 5 includes a container body having a cylindrical inner space and a lid that closes the opening of the container body. The material of this container 5 is comprised with the translucent resin etc. which have insulation. In the assembled state of the liquid lens 120, each component constituting the liquid lens is stored in the container 5. For convenience, FIG. 1 shows the container 5 as an integral part. The inner side surface of the container 5 is water repellent.

容器５の内部には、いずれも透光性を有する導電性液体１および誘電性液体２が充填されている。導電性液体１および誘電性液体２の間には、透光性を有する第３物質層１３が形成されている。第３物質層１３は、導電性液体１および誘電性液体２から分離して容器５内に備えられている。すなわち、容器５内において導電性液体１および誘電性液体２は第３物質層１３で隔てられており、各々の液体が混じり合うことはない。なお、第３物質層１３は、入射光束に対する反射防止膜の役割も果たす。   The inside of the container 5 is filled with a conductive liquid 1 and a dielectric liquid 2 each having translucency. A light-transmitting third material layer 13 is formed between the conductive liquid 1 and the dielectric liquid 2. The third material layer 13 is provided in the container 5 separately from the conductive liquid 1 and the dielectric liquid 2. That is, the conductive liquid 1 and the dielectric liquid 2 are separated by the third material layer 13 in the container 5, and the respective liquids are not mixed. The third material layer 13 also serves as an antireflection film for incident light flux.

また、導電性液体１、誘電性液体２および第３物質層１３は、液体レンズ１２０に対する入射光の光軸に沿って配置されている。具体的には、図１では液体レンズ１２０の光軸方向入射側（図１の上側）から順に、誘電性液体２、第３物質層１３、導電性液体１がそれぞれ層をなすように配置されている。なお、容器５の内側側面の撥水加工によって、導電性液体１の図中上側の界面は、誘電性液体２および第３物質層１３に対して中央部が張り出した凸球面をなしている。   Further, the conductive liquid 1, the dielectric liquid 2, and the third material layer 13 are disposed along the optical axis of the incident light with respect to the liquid lens 120. Specifically, in FIG. 1, the dielectric liquid 2, the third material layer 13, and the conductive liquid 1 are arranged in order from the incident side (the upper side in FIG. 1) of the liquid lens 120 in the optical axis direction. ing. Note that the upper interface in the figure of the conductive liquid 1 is formed as a convex spherical surface with the central portion protruding from the dielectric liquid 2 and the third material layer 13 by the water repellent processing of the inner side surface of the container 5.

ここで、導電性液体１には例えば無機塩の水溶液が使用される。また、誘電性液体２には例えばフッ素系オイルが使用される。そして、導電性液体１および誘電性液体２は各々が異なる屈折率を有し、導電性液体１は誘電性液体２よりも屈折率が大きくなるように設定されている。
第３物質層１３は流動性のある物質で構成されており、導電性液体１と誘電性液体２との界面形状の変形を許容する。例えば、第３物質層１３は、粘性体、液体、高分子膜、高分子粒のいずれか１つを含んでいる。また、第３物質層１３の屈折率は、導電性液体１の屈折率と誘電性液体２の屈折率との間の値となるように設定される。なお、第３物質層１３の厚さは、入射光の波長をλとし、第３物質層１３の屈折率をｎとするときに、λ／（４ｎ）の値に設定することが特に好ましい。 Here, for example, an aqueous solution of an inorganic salt is used for the conductive liquid 1. The dielectric liquid 2 is, for example, fluorinated oil. The conductive liquid 1 and the dielectric liquid 2 each have a different refractive index, and the conductive liquid 1 is set to have a higher refractive index than the dielectric liquid 2.
The third material layer 13 is made of a fluid material and allows deformation of the interface shape between the conductive liquid 1 and the dielectric liquid 2. For example, the third material layer 13 includes any one of a viscous material, a liquid, a polymer film, and polymer particles. The refractive index of the third material layer 13 is set to be a value between the refractive index of the conductive liquid 1 and the refractive index of the dielectric liquid 2. The thickness of the third material layer 13 is particularly preferably set to a value of λ / (4n) where λ is the wavelength of incident light and n is the refractive index of the third material layer 13.

また、図１において、第３物質層１３の下面は導電性液体１との親和性を有している。同様に、第３物質層１３の上面は誘電性液体２との親和性を有している。ここで、親和性とは、ある物質が他の物質と容易に結合する性質を意味する。もっとも、実際には、第３物質層１３が導電性液体１および誘電性液体２の両方に親和性を有する必要はない。例えば、第３物質層１３が導電性液体１または誘電性液体２の一方に対して親和性を有していれば足りる。   In FIG. 1, the lower surface of the third material layer 13 has affinity with the conductive liquid 1. Similarly, the upper surface of the third material layer 13 has affinity with the dielectric liquid 2. Here, affinity means the property that a certain substance easily binds to another substance. However, in practice, the third material layer 13 does not have to have an affinity for both the conductive liquid 1 and the dielectric liquid 2. For example, it is sufficient that the third material layer 13 has an affinity for one of the conductive liquid 1 and the dielectric liquid 2.

図１において、上部電極７ａおよび下部電極７ｂと、上部電極８ａおよび下部電極８ｂとは、各々１対の電極を構成する。そして、上記の１対の電極間には直流電圧が印加される。また、下部電極７ｂ，８ｂの容器内面側はそれぞれ絶縁層６で被覆されている。なお、図１はいずれの電極にも電圧が印加されていない状態を示している。
図２は、上部電極８ａと下部電極８ｂとの間に直流電圧を印加したときの状態を示す図である。上部電極８ａと下部電極８ｂとに直流電圧が印加されると、電界によって導電性液体１と誘電性液体２との表面張力が変化し、導電性液体１が電極８ａ，８ｂの方に引かれて変位した状態となる。これにより、導電性液体１と誘電性液体２との界面の形状が変化して、液体レンズ１２０の光学特性が変化する。 In FIG. 1, an upper electrode 7a and a lower electrode 7b, and an upper electrode 8a and a lower electrode 8b each constitute a pair of electrodes. A DC voltage is applied between the pair of electrodes. Moreover, the container inner surface side of the lower electrodes 7b and 8b is covered with an insulating layer 6, respectively. FIG. 1 shows a state in which no voltage is applied to any electrode.
FIG. 2 is a diagram showing a state when a DC voltage is applied between the upper electrode 8a and the lower electrode 8b. When a DC voltage is applied to the upper electrode 8a and the lower electrode 8b, the surface tension between the conductive liquid 1 and the dielectric liquid 2 is changed by the electric field, and the conductive liquid 1 is drawn toward the electrodes 8a and 8b. Will be displaced. Thereby, the shape of the interface between the conductive liquid 1 and the dielectric liquid 2 changes, and the optical characteristics of the liquid lens 120 change.

また、本実施形態の液体レンズ１２０では、レンズの円周方向に４対の電極を配置している。これにより、液体レンズ１２０における界面の変位を、光軸に対して垂直な面内の２方向に制御可能としている。図３は、液体レンズ１２０を光軸方向から見た図である。容器５の円周上には、円弧状の４対の電極７，８，９，１０が配置されている。そして、電極７または電極８への電圧印加により、紙面左右方向（Ｘ方向）に液体レンズ１２０を制御できる。同様に、電極９または電極１０への電圧印加により、紙面上下方向（Ｙ方向）に液体レンズ１２０を制御できる。   In the liquid lens 120 of the present embodiment, four pairs of electrodes are arranged in the circumferential direction of the lens. Thereby, the displacement of the interface in the liquid lens 120 can be controlled in two directions in a plane perpendicular to the optical axis. FIG. 3 is a view of the liquid lens 120 as viewed from the optical axis direction. On the circumference of the container 5, four arc-shaped pairs of electrodes 7, 8, 9, 10 are arranged. Then, by applying a voltage to the electrode 7 or the electrode 8, the liquid lens 120 can be controlled in the left-right direction (X direction) on the paper surface. Similarly, by applying a voltage to the electrode 9 or the electrode 10, the liquid lens 120 can be controlled in the vertical direction (Y direction) on the paper surface.

ここで、図３に示す各電極（７〜１０）は、各々が上部電極および下部電極を有している。電極９，１０の構成は、図１および図２に示した電極７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂの構成とほぼ共通するので、個別の図示と重複説明は省略する。また、液体レンズ１２０の屈折率を高精度に制御する必要がある場合には、電極の分割数をさらに増やせばよい。なお、液体レンズ１２０を有効に駆動するためには、少なくとも３対の電極が必要となる。   Here, each of the electrodes (7 to 10) shown in FIG. 3 has an upper electrode and a lower electrode. The configuration of the electrodes 9 and 10 is almost the same as the configuration of the electrodes 7a, 7b, 8a and 8b shown in FIGS. Further, when it is necessary to control the refractive index of the liquid lens 120 with high accuracy, the number of divided electrodes may be further increased. In order to drive the liquid lens 120 effectively, at least three pairs of electrodes are required.

以上の構成によれば、簡素な機構で光学特性を変化できるとともに、小型化が容易な液体レンズ１２０を提供できる。特に本実施形態では、第３物質層１３によって入射光束の界面での反射が防止されるので、入射光束の利用効率を高めた高性能の液体レンズ１２０が実現できる。
なお、本実施形態では、容器５内に電極（７〜１０）を設ける例を説明したが、導電性液体１に対して電圧を直接印加する構成としてもよい。 According to the above configuration, it is possible to provide the liquid lens 120 that can change the optical characteristics with a simple mechanism and can be easily reduced in size. In particular, in the present embodiment, the third material layer 13 prevents reflection at the interface of the incident light beam, so that a high-performance liquid lens 120 with improved utilization efficiency of the incident light beam can be realized.
In this embodiment, the example in which the electrodes (7 to 10) are provided in the container 5 has been described. However, a voltage may be directly applied to the conductive liquid 1.

（本実施形態の具体例）
次に、本実施形態の具体例について説明する。ここで、導電性液体１の屈折率をｎｂ、誘電性液体２の屈折率をｎａ、第３物質層１３の屈折率をｎｃ、第３物質層の膜厚をｄとする。なお、本実施形態での屈折率の値は、ｎａ＜ｎｃ＜ｎｂの関係を有する。この場合、界面に対して垂直に入射する光の反射率Ｒｃは、次式で表される。 (Specific example of this embodiment)
Next, a specific example of this embodiment will be described. Here, the refractive index of the conductive liquid 1 is nb, the refractive index of the dielectric liquid 2 is na, the refractive index of the third material layer 13 is nc, and the film thickness of the third material layer is d. In addition, the value of the refractive index in the present embodiment has a relationship of na <nc <nb. In this case, the reflectance Rc of light incident perpendicularly to the interface is expressed by the following equation.

Ｒｃ＝（（ｎａ×ｎｂ−ｎｃ2）／（ｎａ×ｎｂ＋ｎｃ2））2
第３物質層１３の上面と下面との反射強度が等しいため、反射光が無い状態においては、Ｒｃ＝０である。そのため、振幅条件は次式で表される。
ｎｃ＝（ｎａ×ｎｂ）1/2
また、第３物質層１３の上下二つの境界面での反射光の位相差をλ／２にする必要がある。そのため、位相条件は次式で表される。 Rc = ((na × nb−nc 2 ) / (na × nb + nc 2 )) 2
Since the reflection intensity of the upper surface and the lower surface of the third material layer 13 is equal, Rc = 0 in a state where there is no reflected light. Therefore, the amplitude condition is expressed by the following equation.
nc = (na × nb) 1/2
In addition, the phase difference of the reflected light at the upper and lower boundary surfaces of the third material layer 13 needs to be λ / 2. Therefore, the phase condition is expressed by the following equation.

ｎｃ×ｄ＝λ／４
したがって、上記の振幅条件と位相条件を満たせば、波長λに対して反射率Ｒｃが０となる。一般に、液体レンズの界面での反射はある特定の波長λにおいて特に大きくなる。したがって、当該波長λについて、上記の振幅条件と位相条件とを満たすように液体レンズを設計すれば、液体レンズの界面に垂直に入射する光の反射率を大幅に低減できる。 nc × d = λ / 4
Therefore, if the above amplitude condition and phase condition are satisfied, the reflectance Rc becomes 0 with respect to the wavelength λ. In general, reflection at the interface of the liquid lens is particularly large at a specific wavelength λ. Therefore, if the liquid lens is designed so as to satisfy the amplitude condition and the phase condition for the wavelength λ, the reflectance of light incident perpendicularly to the interface of the liquid lens can be greatly reduced.

（比較例）
上記した具体例に対する比較例として、第３物質層１３を設けていない液体レンズの界面における反射率Ｒの一例を示す。
導電性液体（屈折率大）の屈折率を１．８、誘電性液体（屈折率小）の屈折率を１．３とする。この場合、液体レンズの界面に垂直に入射する光の反射率Ｒは、次式で示すことができる。 (Comparative example)
As a comparative example to the specific example described above, an example of the reflectance R at the interface of the liquid lens not provided with the third material layer 13 is shown.
The refractive index of the conductive liquid (high refractive index) is 1.8, and the refractive index of the dielectric liquid (low refractive index) is 1.3. In this case, the reflectance R of light incident perpendicularly to the interface of the liquid lens can be expressed by the following equation.

Ｒ＝（（１．８−１．３）／（１．８＋１．３））2
上記の式において、反射率Ｒはパーセントで表現すると約２．６％であり、上記具体例の反射率Ｒｃよりも大きな値となってしまう。したがって、本実施形態によれば、液体レンズの界面における光の反射率を大幅に低減できることが分かる。
（液体レンズの光学機器への応用例１）
図４は、本実施形態の液体レンズ１２０をカメラシステムに適用した場合を示す模式図である。同図の例では、上述の液体レンズ１２０が、一眼レフ型のカメラシステムのレンズシフト系のブレ補正装置に適用されている。 R = ((1.8−1.3) / (1.8 + 1.3)) 2
In the above formula, the reflectance R is about 2.6% in terms of percentage, which is larger than the reflectance Rc of the specific example. Therefore, according to the present embodiment, it can be seen that the reflectance of light at the interface of the liquid lens can be greatly reduced.
(Application example 1 of liquid lens to optical equipment)
FIG. 4 is a schematic diagram showing a case where the liquid lens 120 of the present embodiment is applied to a camera system. In the example of the figure, the above-described liquid lens 120 is applied to a lens shift system blur correction device of a single-lens reflex camera system.

図４のカメラシステムは、交換レンズ２００とカメラボディ２１０とを有している。そして、交換レンズ２００内に上記のブレ補正装置が搭載されている。
交換レンズ２００は、角速度センサ１５と、増幅部２０と、Ａ／Ｄ変換部３０と、基礎値演算部４０と、減算器５０と、目標駆動値演算部６０と、駆動量データテーブル７０と、撮影倍率情報計算部９０と、撮影距離情報計算部１００と、ブレ補正レンズ光学情報計算部１１０と、ＲＯＭ１１５と、ドライバ８０と、像ブレ補正用の液体レンズ１２０とを有している。 The camera system in FIG. 4 includes an interchangeable lens 200 and a camera body 210. The blur correction device is mounted in the interchangeable lens 200.
The interchangeable lens 200 includes an angular velocity sensor 15, an amplification unit 20, an A / D conversion unit 30, a basic value calculation unit 40, a subtractor 50, a target drive value calculation unit 60, a drive amount data table 70, The imaging magnification information calculation unit 90, the shooting distance information calculation unit 100, the blur correction lens optical information calculation unit 110, the ROM 115, the driver 80, and the liquid lens 120 for image blur correction are provided.

また、基礎値演算部４０、減算器５０、目標駆動値演算部６０、駆動量データテーブル７０、撮影倍率情報計算部９０、撮影距離情報計算部１００、ブレ補正レンズ光学情報計算部１１０、ＲＯＭ１１５は、図示するようにマイコン１５０によって構成されている。なお、ＲＯＭ１１５は、マイコン１５０の制御方法（制御手順）を記憶している。
角速度センサ１５は、カメラシステムに加えられた振動を角速度として検出して、検出された角速度に応じた角速度検出信号を出力する。角速度センサ１５としては、通常、コリオリ力を検出する圧電振動式角速度センサが用いられる。 The basic value calculator 40, the subtractor 50, the target drive value calculator 60, the drive amount data table 70, the shooting magnification information calculator 90, the shooting distance information calculator 100, the blur correction lens optical information calculator 110, and the ROM 115 As shown in the figure, the microcomputer 150 is used. The ROM 115 stores a control method (control procedure) for the microcomputer 150.
The angular velocity sensor 15 detects vibration applied to the camera system as an angular velocity, and outputs an angular velocity detection signal corresponding to the detected angular velocity. As the angular velocity sensor 15, a piezoelectric vibration type angular velocity sensor that detects Coriolis force is usually used.

増幅部２０は、角速度センサ１５から出力される角速度検出信号を増幅する。角速度センサ１０の出力は小さいため、Ａ／Ｄ変換部３０でデジタル化してマイコン内で処理しようとしても、角速度検出信号の分解能が低すぎる（すなわち、１ビットあたりの角速度検出信号が大きすぎる）。そのため、このままでは正確な振動検出を行うことができず、像ブレ補正の精度を上げることができない。そこで、増幅部２０は、角速度検出信号をＡ／Ｄ変換部３０に入力する前に増幅する。これにより、マイコン１５０内での角速度検出信号の分解能を上げる（１ビットあたりの角速度検出信号を小さくする）ことができ、ブレ補正精度を上げることが可能になる。また、増幅部２０は、角速度検出信号を増幅するだけではなく、角速度センサ１５の出力に含まれる高周波ノイズを低減させるため、ローパスフィルタ等を備えてもよい。増幅した角速度検出信号は、Ａ／Ｄ変換部３０へ送信される。   The amplifying unit 20 amplifies the angular velocity detection signal output from the angular velocity sensor 15. Since the output of the angular velocity sensor 10 is small, the resolution of the angular velocity detection signal is too low (that is, the angular velocity detection signal per bit is too large) even if it is digitized by the A / D converter 30 and processed in the microcomputer. For this reason, accurate vibration detection cannot be performed as it is, and the accuracy of image blur correction cannot be increased. Therefore, the amplification unit 20 amplifies the angular velocity detection signal before inputting it to the A / D conversion unit 30. Thereby, the resolution of the angular velocity detection signal in the microcomputer 150 can be increased (the angular velocity detection signal per bit is reduced), and the blur correction accuracy can be increased. In addition, the amplifying unit 20 may include a low-pass filter or the like in order to reduce high-frequency noise included in the output of the angular velocity sensor 15 as well as amplify the angular velocity detection signal. The amplified angular velocity detection signal is transmitted to the A / D converter 30.

Ａ／Ｄ変換部３０は、増幅部２０から送られてきたアナログの角速度信号をデジタル信号に変換する。角速度検出信号をデジタル信号に変換することで、マイコン１５０内での演算処理が可能となる。なお、このＡ／Ｄ変換部３０は、図４に示すようにマイコン１５０と別に設けてもよいし、マイコン１５０にＡ／Ｄ変換部が内蔵されている場合には、そのＡ／Ｄ変換部を利用してもよい。なお、角速度検出信号は、Ａ／Ｄ変換部３０においてアナログ信号からデジタル信号に変換された後、基準値演算部４０と減算器５０とに入力される。   The A / D converter 30 converts the analog angular velocity signal sent from the amplifier 20 into a digital signal. By converting the angular velocity detection signal into a digital signal, arithmetic processing in the microcomputer 150 can be performed. The A / D conversion unit 30 may be provided separately from the microcomputer 150 as shown in FIG. 4, or when the A / D conversion unit is built in the microcomputer 150, the A / D conversion unit May be used. The angular velocity detection signal is converted from an analog signal into a digital signal by the A / D conversion unit 30 and then input to the reference value calculation unit 40 and the subtracter 50.

基準値演算部４０は、角速度検出信号に基づいて、振れが存在しないときの角速度検出信号の基準値を演算する。すなわち、基準値演算部４０は、振れがゼロのときの角速度検出信号を基準値として減算器５０に出力する。
基準値演算部４０における基準値の演算方法の一例として、次の（数１）に示す移動平均がある。 The reference value calculation unit 40 calculates a reference value of the angular velocity detection signal when there is no shake based on the angular velocity detection signal. That is, the reference value calculation unit 40 outputs the angular velocity detection signal when the shake is zero to the subtracter 50 as a reference value.
As an example of a reference value calculation method in the reference value calculation unit 40, there is a moving average shown in the following (Equation 1).

Figure 2007333975
Figure 2007333975

この他、一般的なローパスフィルタを利用して基準値を算出してもよい。例えば、増幅部２０とＡ／Ｄ変換部３０との間にローパスフィルタを設けてもよい。
減算器５０は、Ａ／Ｄ変換部３０から出力される角速度検出信号から前記基準値を減算して角速度で表される振れ検出信号を求め、求めた振れ検出信号を目標駆動値演算部６０へ出力する。 In addition, the reference value may be calculated using a general low-pass filter. For example, a low pass filter may be provided between the amplification unit 20 and the A / D conversion unit 30.
The subtracter 50 subtracts the reference value from the angular velocity detection signal output from the A / D conversion unit 30 to obtain a shake detection signal represented by the angular velocity, and sends the obtained shake detection signal to the target drive value calculation unit 60. Output.

目標駆動値演算部６０は、角速度で表される振れ検出信号を時間積分することにより振れ角度情報に変換する。その後、目標駆動値演算部６０は、振れ角度情報と、撮影倍率情報計算部９０で演算される撮影倍率情報βと、撮影距離情報計算部１００で演算されるレンズの焦点距離情報Ｒと、ブレ補正レンズ光学情報計算部１１０で演算されるブレ補正レンズ光学情報（ブレ補正係数Ｋ）とを利用して、液体レンズ１２０を駆動するための目標駆動値情報を演算する。   The target drive value calculation unit 60 converts the shake detection signal represented by the angular velocity into shake angle information by time integration. After that, the target drive value calculation unit 60 includes shake angle information, shooting magnification information β calculated by the shooting magnification information calculation unit 90, lens focal length information R calculated by the shooting distance information calculation unit 100, and blur information. Target drive value information for driving the liquid lens 120 is calculated using the blur correction lens optical information (blur correction coefficient K) calculated by the correction lens optical information calculation unit 110.

すなわち、撮影倍率情報計算部９０は、撮影倍率情報光学系の焦点距離や焦点調節用レンズの位置などから撮影倍率情報βを算出する。算出された撮影倍率情報βは目標駆動値演算部６０に入力される。
撮影距離情報計算部１００は、撮影距離情報光学系の焦点距離や焦点調節用レンズの位置などから撮影距離情報Ｒを算出する。撮影距離情報Ｒは目標駆動値演算部６０に入力される。 That is, the photographing magnification information calculation unit 90 calculates the photographing magnification information β from the focal length of the photographing magnification information optical system, the position of the focus adjustment lens, and the like. The calculated photographing magnification information β is input to the target drive value calculation unit 60.
The shooting distance information calculation unit 100 calculates shooting distance information R from the focal length of the shooting distance information optical system, the position of the focus adjustment lens, and the like. The shooting distance information R is input to the target drive value calculation unit 60.

ブレ補正レンズ光学情報計算部１１０は、ブレ補正レンズに関する光学情報を目標駆動値演算部６０に入力する。ここでの光学情報は、前記したようにブレ補正係数Ｋである。ブレ補正係数Ｋの定義は、ブレ補正係数＝レンズ移動量に対する像移動量である。
目標駆動値情報の演算式の例を次の（数２）に示す。 The blur correction lens optical information calculation unit 110 inputs optical information related to the blur correction lens to the target drive value calculation unit 60. The optical information here is the blur correction coefficient K as described above. The definition of the blur correction coefficient K is blur correction coefficient = image movement amount with respect to lens movement amount.
An example of an arithmetic expression for target drive value information is shown in the following (Equation 2).

Figure 2007333975
Figure 2007333975

（数２）は、レンズ目標駆動値θとＡ／Ｄ変換部３０から出力される角速度検出信号との偏差を求め（減算器５０の働き）、それをもとにして液体レンズ１２０を駆動するための駆動信号を演算するものである。駆動信号の演算は、偏差に比例する項、偏差の積分に比例する項、偏差の微分に比例する項を足しあわせる形で駆動信号を演算するＰＩＤ制御が一般的である。しかし、ＰＩＤ制御に限らず、他の方法を用いてもよい。   (Equation 2) calculates the deviation between the lens target drive value θ and the angular velocity detection signal output from the A / D converter 30 (operation of the subtractor 50), and drives the liquid lens 120 based on the deviation. The drive signal for calculating is calculated. The calculation of the drive signal is generally PID control in which the drive signal is calculated by adding a term proportional to the deviation, a term proportional to the integral of the deviation, and a term proportional to the derivative of the deviation. However, the method is not limited to PID control, and other methods may be used.

目標駆動値演算部６０から出力される駆動信号は、駆動量データテーブル７０に入力される。駆動量データテーブル７０は、液体レンズ１２０の光軸シフト量、及び光軸方向のずれ量を勘案して、目標駆動値演算部６０から出力される駆動信号（デジタル信号）を液体レンズ１２０の駆動電圧に換算して、ドライバ８０に出力する。
ドライバ８０は、駆動量データテーブル７０から出力される駆動電圧を受けて、上部電極７ａ，下部電極７ｂ，上部電極８ａ，下部電極８ｂに各々印加する電圧に変換して出力する。 The drive signal output from the target drive value calculation unit 60 is input to the drive amount data table 70. The drive amount data table 70 uses the drive signal (digital signal) output from the target drive value calculation unit 60 to drive the liquid lens 120 in consideration of the optical axis shift amount of the liquid lens 120 and the shift amount in the optical axis direction. It is converted into a voltage and output to the driver 80.
The driver 80 receives the driving voltage output from the driving amount data table 70, converts the voltage to the voltage applied to the upper electrode 7a, the lower electrode 7b, the upper electrode 8a, and the lower electrode 8b, and outputs the voltage.

液体レンズ１２０は、図４に示すように撮影部の結像光学系に内蔵されている。この液体レンズ１２０は、上記の例と同様に、導電性液体１と誘電性液体２の界面に位置する第３物質層１３が、入射光の反射を防止する。また、液体レンズ１２０は、上記の例と同様に４対の電極を備えている。しかし、後述の図６，図７の説明では、便宜上、２対の電極での液体レンズの制御のみを説明し、他の２対の電極での液体レンズの制御については重複説明を省略する。   The liquid lens 120 is built in the imaging optical system of the photographing unit as shown in FIG. In the liquid lens 120, the third material layer 13 located at the interface between the conductive liquid 1 and the dielectric liquid 2 prevents reflection of incident light, as in the above example. In addition, the liquid lens 120 includes four pairs of electrodes as in the above example. However, in the description of FIGS. 6 and 7 to be described later, only the control of the liquid lens with two pairs of electrodes is described for convenience, and the redundant description of the control of the liquid lens with the other two pairs of electrodes is omitted.

カメラボディ２１０は、交換レンズ２００を着脱可能に構成されている。このカメラボディ２１０の内部には、クイックリターンミラー３００、増幅型の撮像素子（ＣＣＤ，ＣＭＯＳ等）４００、光学式ファインダ５００などを含む画像撮影に必要な部品群が備えられている。
写真等の像ブレは、手ぶれ等のカメラに加えられる振動により、露光中に撮像面上の像が動いてしまうことにより発生する。しかし、図４に示すようなブレ補正装置付きカメラにおいては、角速度センサ１５などの振動検出センサが内蔵されている。これらの振動検出センサは、カメラシステムに加えられた振動を検出する。そして、カメラシステムに加えられた振動が検出されれば、撮像面の像の動きを知ることができるので、結像面上の像の動きが止まるように液体レンズ１２０を動作させ、結像面上の像の動き、すなわち像ブレを補正することができる。このとき、液体レンズ１２０の第３物質層１３が入射光の反射を防止するので、高性能なブレ補正装置を実現することができる。 The camera body 210 is configured so that the interchangeable lens 200 can be attached and detached. Inside the camera body 210, a group of parts necessary for image capturing including a quick return mirror 300, an amplification type image pickup device (CCD, CMOS, etc.) 400, an optical viewfinder 500, and the like are provided.
Image blur such as a photograph occurs when an image on the imaging surface moves during exposure due to vibration applied to the camera such as camera shake. However, a camera with a shake correction apparatus as shown in FIG. 4 includes a vibration detection sensor such as the angular velocity sensor 15. These vibration detection sensors detect vibration applied to the camera system. If the vibration applied to the camera system is detected, the movement of the image on the imaging surface can be known. Therefore, the liquid lens 120 is operated so that the movement of the image on the imaging surface stops, and the imaging surface The movement of the upper image, that is, the image blur can be corrected. At this time, since the third material layer 13 of the liquid lens 120 prevents reflection of incident light, a high-performance blur correction device can be realized.

以上の実施形態では、角速度センサ１５を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、角速度センサ１５の代わりに、例えば加速度センサを用いてもよい。
なお、マイコン１５０は、以上に説明した演算部、変換部、制御プログラム等の各種情報を記憶する不揮発性メモリ等を全て含んでいる。また、上記の説明ではレンズ交換式のカメラシステムの例を説明したが、レンズとカメラとが一体化されたカメラシステムであっても勿論かまわない。 In the above embodiment, the angular velocity sensor 15 is used. However, the present invention is not limited to this, and an acceleration sensor, for example, may be used instead of the angular velocity sensor 15.
Note that the microcomputer 150 includes all the non-volatile memory that stores various information such as the arithmetic unit, the conversion unit, and the control program described above. In the above description, an example of an interchangeable lens camera system has been described. However, a camera system in which a lens and a camera are integrated may of course be used.

（液体レンズの光学機器への応用例２）
図５は、カメラ機能を備えた携帯電話のレンズ系Ｌに液体レンズ１２０を適用した例を示す図である。すなわち、液体レンズ１２０を携帯電話のレンズ系Ｌに適用することで、光学的なブレ補正を行うことのできるカメラ機能を備えた携帯電話を提供できる。なお、図５に示す携帯電話において、液体レンズ１２０によるブレ補正の実現に必要となる各機構は、上記の図４の構成とほぼ共通するので重複説明を省略する。 (Application example 2 of liquid lens to optical equipment)
FIG. 5 is a diagram showing an example in which the liquid lens 120 is applied to a lens system L of a mobile phone having a camera function. That is, by applying the liquid lens 120 to the lens system L of a mobile phone, a mobile phone having a camera function capable of performing optical blur correction can be provided. In the cellular phone shown in FIG. 5, each mechanism necessary for realizing the blur correction by the liquid lens 120 is substantially the same as the configuration shown in FIG.

（液体レンズによる像ブレ補正の説明）
以下、液体レンズ１２０を制御して、像ブレを補正する具体例について説明する。
図６は、本実施形態におけるブレ補正装置の光学系を示す図である。図６において、図１と共通する構成には同一符号を付して重複説明を省略する。この図６での光学系は、光軸に対してシフトしない光学系群２１，２２と、光軸に対してシフトする液体レンズ１２０とから構成されている。この図６では、各光学系群の光軸がほぼ同軸上にある状態を示している。図６において、無限遠に対する像面は符号３１で示す。 (Explanation of image blur correction by liquid lens)
Hereinafter, a specific example of correcting the image blur by controlling the liquid lens 120 will be described.
FIG. 6 is a diagram showing an optical system of the shake correction apparatus in the present embodiment. In FIG. 6, the same components as those in FIG. The optical system in FIG. 6 includes optical system groups 21 and 22 that do not shift with respect to the optical axis, and a liquid lens 120 that shifts with respect to the optical axis. FIG. 6 shows a state in which the optical axes of the optical system groups are substantially coaxial. In FIG. 6, the image plane for infinity is denoted by reference numeral 31.

図７は、図６のブレ補正装置に対して、液体レンズ１２０の上部電極７ａと下部電極７ｂとの間、上部電極８ａと下部電極８ｂとの間に、図４に示すドライバ８０から出力された電圧を印加した状態を示している。この場合には、導電性液体１と誘電性液体２の界面形状を変化させることで、像面３３の位置を図６に示す像面３１とほぼ同一の位置（ピントが合った状態）にすることができる。   7 is output from the driver 80 shown in FIG. 4 between the upper electrode 7a and the lower electrode 7b of the liquid lens 120 and between the upper electrode 8a and the lower electrode 8b of the blur correction device of FIG. This shows a state in which a voltage is applied. In this case, by changing the interface shape between the conductive liquid 1 and the dielectric liquid 2, the position of the image plane 33 is made to be almost the same position (in focus) as the image plane 31 shown in FIG. be able to.

本実施形態の液体レンズを示す説明図Explanatory drawing which shows the liquid lens of this embodiment 本実施形態の液体レンズを示す説明図Explanatory drawing which shows the liquid lens of this embodiment 本実施形態の液体レンズを示す説明図Explanatory drawing which shows the liquid lens of this embodiment ブレ補正装置を備えたカメラの基本構成を表すブロック図Block diagram showing the basic configuration of a camera equipped with a shake correction device カメラ機能付携帯電話の一例を示す説明図Explanatory diagram showing an example of a mobile phone with a camera function 液体レンズによる像ブレの補正を説明する図The figure explaining the correction of the image blur by a liquid lens 液体レンズによる像ブレの補正を説明する図The figure explaining the correction of the image blur by a liquid lens

符号の説明Explanation of symbols

１…導電性液体、２…誘電性液体、５…容器、６…絶縁層、７ａ，７ｂ…上部電極、８ａ，８ｂ…下部電極、１３…第３物質層、１５…角速度センサ、２０…増幅部、３０…Ａ／Ｄ変換部、４０…基礎値演算部、５０…減算器、６０…目標駆動値演算部、７０…駆動量データテーブル、８０…ドライバ、９０…撮影倍率情報計算部、１００…撮影距離情報計算部、１１０…ブレ補正レンズ光学情報計算部、１１５…ＲＯＭ、１２０…液体レンズ、２００…交換レンズ、２１０…カメラボディ、Ｌ…レンズ系（携帯電話）

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Conductive liquid, 2 ... Dielectric liquid, 5 ... Container, 6 ... Insulating layer, 7a, 7b ... Upper electrode, 8a, 8b ... Lower electrode, 13 ... 3rd substance layer, 15 ... Angular velocity sensor, 20 ... Amplification , 30 ... A / D converter, 40 ... basic value calculator, 50 ... subtractor, 60 ... target drive value calculator, 70 ... drive amount data table, 80 ... driver, 90 ... shooting magnification information calculator, 100 ... shooting distance information calculation unit, 110 ... blur correction lens optical information calculation unit, 115 ... ROM, 120 ... liquid lens, 200 ... interchangeable lens, 210 ... camera body, L ... lens system (cell phone)

Claims (9)

第１の液体と、
前記第１の液体とは異なる屈折率を有する第２の液体と、
前記第１の液体の屈折率と前記第２の液体の屈折率との間の屈折率を有し、前記第１の液体と前記第２の液体との間に備えられる第１の層とを含むことを特徴とする液体レンズ。 A first liquid;
A second liquid having a refractive index different from that of the first liquid;
A first layer having a refractive index between the refractive index of the first liquid and the refractive index of the second liquid and provided between the first liquid and the second liquid; A liquid lens comprising: 請求項１に記載された液体レンズであって、
前記第１の層は、前記第１の液体および前記第２の液体から分離して備えられていることを特徴とする液体レンズ。 The liquid lens according to claim 1,
The liquid lens, wherein the first layer is provided separately from the first liquid and the second liquid. 請求項１または請求項２に記載された液体レンズであって、
前記第１の層は、流動性を有することを特徴とする液体レンズ。 The liquid lens according to claim 1 or 2, wherein
The liquid lens, wherein the first layer has fluidity. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された液体レンズであって、
前記第１の層は、粘性体、液体、高分子膜および高分子粒のいずれか１つを含むことを特徴とする液体レンズ。 A liquid lens according to any one of claims 1 to 3, wherein
The liquid lens, wherein the first layer includes any one of a viscous material, a liquid, a polymer film, and polymer particles. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された液体レンズであって、
前記第１の液体、前記第２の液体および前記第１の層は、入射光の光軸に沿って配置されていることを特徴とする液体レンズ。 A liquid lens according to any one of claims 1 to 4, wherein
The liquid lens, wherein the first liquid, the second liquid, and the first layer are disposed along an optical axis of incident light. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された液体レンズであって、
前記第１の層は、入射光束に対する反射防止膜としての役割を有することを特徴とする液体レンズ。 A liquid lens according to any one of claims 1 to 5, wherein
The liquid lens according to claim 1, wherein the first layer has a role as an antireflection film for an incident light beam. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された液体レンズであって、
入射光の波長をλとし、前記第１の層の屈折率をｎとしたとき、
前記第１の層の厚さは、λ／（４ｎ）であることを特徴とする液体レンズ。 A liquid lens according to any one of claims 1 to 6, wherein
When the wavelength of incident light is λ and the refractive index of the first layer is n,
The liquid lens according to claim 1, wherein the thickness of the first layer is λ / (4n). 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された液体レンズであって、
前記第１の層は、前記第１の液体および前記第２の液体の少なくとも一方と親和性を有することを特徴とする液体レンズ。 A liquid lens according to any one of claims 1 to 7,
The liquid lens, wherein the first layer has affinity with at least one of the first liquid and the second liquid. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載された液体レンズを用いたことを特徴とする光学機器。
An optical apparatus using the liquid lens according to any one of claims 1 to 8.
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