JP2007532972A - ２液を有する可変焦点レンズ及び電子装置 - Google Patents

Abstract

可変焦点レンズは、異なる屈折率を有し互いに界面（１４）を介して接触する不混和性の絶縁液体（Ａ）及び伝導性液体（Ｂ）を収容する容器であって、両液体（Ａ，Ｂ）が該容器を通る光路上に少なくとも部分的に配置される、容器を含む。可変焦点レンズは、さらに、前記界面（１４）の形状を、印加される電圧により制御する電極構成（２，１２）を含む。容器は、更に、前記光路内に透明な端部（４）を含み、該透明な端部（４）の一部（４’）が、電圧の所定値で前記界面の一部の形状を画成する。これにより、成形高さ（Ｈ）が低減され、端部（４）の内面上の伝導性液体（Ｂ）の小さな液滴の経時的な形成からの悪影響を受け難い可変焦点レンズが実現される。

Description

本発明は、異なる屈折率を有し互いに界面を介して接触する不混和性の絶縁液体及び伝導性液体を収容する容器であって、両液体が該容器を通る光路上に配置される、容器と、前記界面の形状を電圧により制御する電極構成とを含み、前記容器が、更に、前記光路内に透明な端部を含む、可変焦点レンズに関する。

本発明は、更に、かかる可変焦点レンズを含む電子装置に関する。

液体の操作（マニプレーション）に基づく光学装置は、急速に大きな商業的な関心を獲得している。これは、とりわけ、その機械的な可動部品の不要性及び装置の比較的簡易性に起因し、これにより、装置を安価で且つ耐久性の高いものとなる。

例えば、特許文献１には、同一の屈折率であるが異なる透過率の２つの不混和性の液体を組み込み、当該２つの液体の一方が導電性のある光学装置が、開示される。これらの２つの液体間の界面を可変することにより、装置を通る光路における各液体の量が変化し、結果としてダイアフラムが得られる。

特許文献２には、異なる屈折率を有する２つの流体であって、一方が導電性で他方が絶縁性を呈する２つの不混和性の流体を組み込む円筒形の可変焦点レンズが開示される。２つの流体の界面の形状は、レンズ両端に電圧を印加することにより操作され、これは、レンズの焦点に変化をもたらすために用いることができる。円筒体の壁及び円筒体の透明な蓋の一方は、疎水性のコーティングで被覆され、これにより、少なくともオフ状態において、典型的には極性液体である伝導性流体が、流体間の良好に画成された界面を維持すべく、前記壁に接触しないことが保証される。
米国特許出願公開第２００１／００１７９８５号 国際特許出願ＷＯ０３/０６９３８０

しかしながら、円筒体の蓋は、親水性ポリマーやガラスのような親水性材料から形成されうるので、疎水性コーティングにおけるピンホールは、伝導性液体による又は可変焦点レンズを通した温度勾配の存在による絶縁性液体の低速の浸透に起因して時の経過とともにピンホールにおける伝導性液体の微少液滴の形成の原因となり、２つの蓋の低温側の内面上に伝導性液体の液滴の凝縮をもたらす。これは、これらの微少液滴はレンズにより生成される画像をひずませるので、非常に望ましくない。

本発明は、かかる微少液滴の形成が顕著に低減される可変焦点レンズを提供することを目的とする。

本発明は、更に、かかる可変焦点レンズを含む電子装置を提供することを目的とする。

本発明の一局面によると、異なる屈折率を有し互いに界面を介して接触する不混和性の絶縁液体及び伝導性液体を収容する容器であって、両液体が該容器を通る光路上に少なくとも部分的に配置される、容器と、
前記界面の形状を電圧により制御する電極構成とを含み、
前記容器が、前記光路内に透明な端部を含み、該透明な端部が、所定の電圧で前記界面の一部の形状を画成する、可変焦点レンズが提供される。

かかる可変焦点レンズでは、伝導性液体は、所定の電圧で、容器の端部、例えば円筒形チャンバの被覆された蓋に意図的に接触する。これにより、端部にある伝導性液体の微少液滴は、高い親和性に起因して大量の伝導性液体と融合することになり、従って、端部の内面上に付与される微少液滴の数が低減される。

本発明の可変焦点レンズは、例えばレンズパワーのような、ある光学的パワーが、端部の内面上の伝導性液体の微少液滴の存在を対処するために犠牲となるという事実により、可変焦点レンズの成形高さ（building height）を低減することができるという追加の効果を有し、これは、例えば携帯電話のような携帯型装置に対するカメラモジュールへの組み込みのような、装置の形状ファクターが関連する領域のアプリケーションで特に有用な効果である。

好ましくは、前記所定の電圧は、可変焦点レンズのオフ状態で端部に接触する伝導性液体を有するために、０ボルトである。明らかであるが、界面が透明な端部に接触しているとき、可変焦点レンズを通る像は歪を受ける。それ故に、可変焦点レンズのユーザが当該歪に気付くのを防止するため、これを可変焦点レンズのオフ状態中に生じさせることが望ましい。

この点、指摘すべきこととして、上記の特許文献１の図７Ｂでは、２つの不混和性の液体に基づくダイアフラムを開示し、そこでは、２つの液体間の界面の形状が、ダイアフラムの容器の蓋により部分的に画成されている。しかしながら、そこに開示される２つの液体は、同一の屈折率を有するが異なる透過率を有する。結果として、２つの液体の界面は、ダイアフラムを通る光路の方向に悪影響を与えない。即ち、界面の形状は、ダイアフラムの性能に無関係であり、ダイアフラムの性能は、ダイアフラムを通る光路内の液体層のそれぞれの厚さにより決まる。対照的に、可変焦点レンズにおける２つの液体間の界面の形状の品質は、本発明の可変焦点レンズの性能にとって重要である。それ故に、上記の特許文献１に開示されるダイアフラムにおける液体界面の変形が液体ベースの可変焦点レンズにおいて効果的な作用をもたらすだろうことは、当業者にとって明らかなことではない。

更に、上記の特許文献１は、液体間の界面に接触する容器の端部上における微少液滴の形成の問題については完全に触れておらず、従って、当業者といえども、当該先行技術から本発明を導き出すことは困難であり、これは、当該先行技術に対して本発明を新規性及び進歩性のあるものとする。

本発明のその他の局面によると、可変焦点レンズを含む電子装置であって、
前記可変焦点レンズが、
異なる屈折率を有し互いに界面を介して接触する不混和性の絶縁液体及び伝導性液体を収容する容器であって、両液体が該容器を通る光路上に配置される、容器と、
前記界面の形状を電圧により制御する電極構成とを含み、
前記容器が、前記光路内に透明な端部を含み、該透明な端部が、所定の電圧で前記界面の一部の形状を画成し、
前記電極構成に結合される駆動回路を含み、該駆動回路が、前記可変焦点レンズのアイドル状態において前記電極構成に所定電圧を印加すると共に、前記可変焦点レンズがイネーブルされたときに前記透明の端部から前記界面を分離させるために前記電極構成の両端に更なる電圧を印加するように構成されている、電子装置が提供される。

これは、可変焦点レンズを含む電子装置の機能が起動されると直ぐに、駆動回路が可変焦点レンズの電極構成に更に電圧を供給することになり、透明な端部からの界面の分離をもたらし、電子装置のユーザが可変焦点レンズを必要とする機能の起動直後から歪のない画像を提供されるという、効果を奏する。

一実施例では、更なる電圧は、更なる所定の電圧であり、これは、駆動回路の内部メモリ又は外部メモリに記憶されてもよく、或いは、駆動回路内にハードコード等されてもよい。

その他の実施例では、前記電子装置は、前記可変焦点レンズを通る光を検出する画像センサを更に含み、該画像センサが、前記駆動回路に、前記更なる電圧の大きさを制御するための出力信号を供給するように構成されている。

この実施例では、更なる電圧は、光学的なフィードバック機構により動的に決定される。これは、例えば可変焦点レンズの加齢により生じ、更なる電圧の大きさに影響を与える、可変焦点レンズの特性変化が、自動的に補償されるという、効果を奏する。

以下、本発明は、添付図面を参照して非限定的な例により詳細に説明される。

尚、図面は、単に概略的なものであり、実寸ではない。また、理解されるべきこととして、同一の参照符号が、同一ないし類似の部品を示すために全図を通して用いられている。

図１には、上記の特許文献２に開示される可変焦点レンズが示されている。可変焦点レンズは、円筒形のチャンバに収容される第１の絶縁性流体Ａと第２の伝導性流体Ｂを含む。本発明の内容において、伝導性という用語は、極性のある流体及び分極可能な流体を含む意図である。流体Ａ，Ｂは、不混和性であり、異なる屈折率を有し、好ましくは、流体間の界面１４を含む流体の向き（オリエンテーション）に対する向きに依存する重力の影響を防ぐため、同一の密度を有する。円筒形チャンバは、更に、第１の端部４及び第２の端部６を含み、第１の端部４は、円筒形チャンバの内壁と同様、ＤｕＰｏｎｔ社からのＡＦ１６００^ＴＭのような疎水性且つ絶縁性のあるコーティング材により被覆され、パリレンの積層（スタック）と結合されてもよい。

界面１４の形状は、チャンバの壁に埋設される円筒形の電極２と、好ましくは透明な、第２の流体Ｂに伝導的に接触する第２の端部６上の管状の電極１２との間の電圧を値Ｖ１からＶ２に変化させることによって、連続的な態様で、向き（ａ）で示す凸形状から向き（ｂ）で示す凹形状に切り替えられることができる。その結果、円筒体を通る光路Ｌの合焦点が変化される。

このレンズの内側には、第２の流体Ｂの微少な若しくは小さい液滴が、端部４の内面上に捕捉されることができ、可変焦点レンズ背後で捕捉されるべき画像における光学収差を引き起こす。かかる液滴は、例えば、第２の端部６が、加熱源、例えば可変焦点レンズの背後に配置される画像センサ、の存在下で配置される場合に形成され、低温側の第１の端部４上に流体Ｂの凝縮を引き起こす。

図２は、本発明の可変焦点レンズの一実施例を示す。図１に示す先行技術のレンズと比較するに、本発明の可変焦点レンズは、低減された成形高さＨを有し、絶縁性流体Ａ及び伝導性流体Ｂの間の界面１４の一部を端部４の部分４’に接触させる。即ち、端部４の部分４’は、部分４’に接触する界面１４の部分の形状を画成する。本発明の可変焦点レンズのより小さい成形高さは、可変焦点レンズを備える携帯電話、コンパクトカメラ、ＤＶＤのような携帯型のマルチスタンダード光学記憶装置、内視鏡のような、成形高さが問題となる用途において可変焦点レンズの組み込み（内蔵）に対して有利である。

更に、可変焦点レンズの動作中に端部４の部分４’上又はその近傍に形成された伝導性液体Ｂの小さな液滴は、界面１４が（ａ）に示すような形状となったときに大量の伝導性液体Ｂに吸収される。好ましくは、位置（ａ）は、休止時の位置であり、即ち、電極２と電極１２の間に電圧の印加が無い、即ちＶ１＝０であるときの位置であるが、これは必ずしも必要でない。

界面１４が、（ａ）に示すような中断された形状を有するとき、可変焦点レンズの背後で捕捉される画像は、特に、可変焦点レンズが可変焦点レンズとして用いられるとき、歪を受けうり、この場合、絶縁性液体Ａ及び伝導性液体Ｂは異なる屈折率を有し、好ましくは、同様の密度を有する。これは、界面１４と端部４との間の接触を無くすべく、（ｂ）に示すように可変焦点レンズの起動時に電極２及び電極１２の両端に電圧Ｖ１’を印加することにより防止することができる。

強調すべきこととして、端部４は、可変焦点レンズの容器に対する如何なる適切な蓋、例えば、疎水性コーティングを備えるガラスプレートないしガラスレンズ、疎水性コーティングを備える親水性ポリマープレートないしレンズ、親水性コーティングを備える疎水性ポリマープレートないしレンズ、容器の一体化した部分等であってよい。液体の容器は、好ましくは、円筒形であるが、例えば円錐形のような他の形状も考えられる。また、強調すべきこととして、本発明の可変焦点レンズは、好ましくは、可変焦点レンズであるが、これは厳密には必要でない。即ち、上記の特許文献１に開示されるようなダイアフラムは、例えば本発明の可変焦点レンズのより低い成形高さからの利点を享受しうる。

図３は、添付の詳細な説明で説明され図２に示したような本発明の可変焦点レンズを含む本発明の電子装置１の一部を示す。電子装置１は、更に、電極２及び電極１２を含む電極構成に結合される駆動回路２０を含む。駆動回路は、画像センサ３０に応答するものであり、画像センサ３０は、可変焦点レンズを通過する光、即ち画像を検出ないし測定する。可変焦点レンズのアイドル状態では、駆動回路２０は、電極２と電極１２の間に電圧Ｖ１を印加することになり、電圧Ｖ１は好ましくはゼロボルトである。本発明の可変焦点レンズの機能を必要とする電子装置１の機能の起動時、例えば、携帯電話上のカメラ機能のユーザによる選択時、駆動回路２０は、電極２と電極１２の間に更なる電圧Ｖ１’を印加するようにトリガされ、図２の状況（ｂ）に示すように、界面１４と端部４の間の接触を無くし、その後、電圧は、本発明の可変焦点レンズの動作中、値Ｖ１’と図１（ｂ）に示すように値Ｖ２の間で可変されてもよい。

更なる電圧Ｖ１’の大きさは、多くの方法で決定することができる。例えば、大きさは、予め決定されメモリ２２に記憶されてよく、メモリ２２は、駆動回路２０の内部メモリ構造又は外部メモリであってよく、そこから、大きさが可変焦点レンズの起動時に取り出される。これは、測定が必要とされないという効果と共に、界面１４を可変焦点レンズの起動と同時に所望の形状に直ぐに変化させることができるという効果を有する。しかし、これは、更なる電圧の大きさが可変焦点レンズの加齢時に増加する場合における本発明の可変焦点レンズの実現において、メモリ２２に記憶された更なる電圧の大きさが不十分になる原因となりうる。

代替的には、更なる電圧の大きさは、動的に決定されてもよい。これは、例えば、可変焦点レンズの電極構成に駆動回路２０により供給される電圧を、画像センサ３０により捕捉される画像に、可変焦点レンズの端部４の部分４’との界面１４の接触による歪がなくなるまで、増加させることにより、達成することができる。

更なる電圧の大きさの他の動的な決定が考えられる。例えば、可変焦点レンズの電極構成は、伝導性の接触の存在、若しくは、端部４と伝導性液体Ｂの間のキャパシタンスを、検出するため端部４上の透明な電極（図示せず）を用いて拡張されてよく、これは、本発明の可変焦点レンズの起動時のような接触を高精度に無くするために用いることができる。

尚、上述の実施例は、本発明を例示するもので限定するものでなく、当業者であれば、添付の請求の範囲の観点から逸脱することなく多数の代替的な実施例を設計することができるだろう。原文の請求項において、カッコ内の参照符号は、請求項を限定するのに解釈されるべきでない。単語“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）”は、請求項に列挙された要素やステップ以外の要素やステップの存在を除外するものでない。要素に付される単数表現は、かかる要素の複数の存在を除外するものでない。本発明は、幾つかの区別される要素を含むハードウェアにより実現されることができる。幾つかの手段を列挙する装置クレームでは、これらの手段のいくつかが、１つの同一のハードウェアのアイテムにより具現化されることができる。ある手段が、相互に異なる従属項の請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが効果的に使用できないことを意味するものではない。

先行技術の可変焦点レンズを概略的に示す図である。 本発明による可変焦点レンズを概略的に示す図である。 本発明による電子装置を概略的に示す図である。

Claims (5)

1. 異なる屈折率を有し互いに界面を介して接触する不混和性の絶縁液体及び伝導性液体を収容する容器であって、両液体が該容器を通る光路上に少なくとも部分的に配置される、容器と、
   前記界面の形状を電圧により制御する電極構成とを含み、
   前記容器が、前記光路内に透明な端部を含み、該透明な端部の一部が、所定の電圧で前記界面の一部の形状を画成する、可変焦点レンズ。
2. 前記印加される所定の電圧の値が０ボルトである、請求項１に記載の可変焦点レンズ。
3. 可変焦点レンズを含む電子装置であって、
   前記可変焦点レンズが、
   異なる屈折率を有し互いに界面を介して接触する不混和性の絶縁液体及び伝導性液体を収容する容器であって、両液体が該容器を通る光路上に少なくとも部分的に配置される、容器と、
   前記界面の形状を電圧により制御する電極構成とを含み、
   前記容器が、前記光路内に透明な端部を含み、該透明な端部の一部が、所定の電圧で前記界面の一部の形状を画成し、
   前記電極構成に結合される駆動回路を含み、該駆動回路が、前記可変焦点レンズのアイドル状態において前記電極構成の両端に所定電圧を印加すると共に、前記可変焦点レンズが起動されたときに前記透明の端部から前記界面を分離させるために前記電極構成の両端に更なる電圧を印加するように構成されている、電子装置。
4. 前記更なる電圧が、更なる所定電圧である、請求項３に記載の電子装置。
5. 前記可変焦点レンズを通る光を検出する画像センサを更に含み、該画像センサが、前記駆動回路に、前記更なる電圧の大きさを制御するための出力信号を供給するように構成されている、請求項３に記載の電子装置。

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