JP5783729B2 - 液体レンズの駆動方法及び液体レンズを用いた撮像装置 - Google Patents
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Description
図1から図4を用いて、本発明の実施例1を説明する。図1は、本実施例における液体レンズ101を駆動するための構成を示す図、図2は液体レンズ101の周波数応答曲線の図である。液体レンズ101に入力される駆動信号は、図3に示すような振幅変調(以下AM変調とも言う)信号である。ここでは、AM変調信号は、搬送波としてFb(Hz)の矩形波を使用し、搬送波に重畳される変調波としてFw(Hz)の正弦波を使用している。しかし、搬送波、変調波ともに波形はこれに限るものではなく、搬送波が正弦波などでも、また変調波が三角波などでも構わない。AM変調信号が図3に示すような波形を有するのは、液体レンズ101において界面を形成する液体に電荷が蓄積されない様にする為である。エレクトロウェッティング方式の液体レンズ101は、筐体内部に封止された非導電性液体及び導電性液体と、これらの液体を介在させて電圧を印加するための電極を有する。また、印加する電圧を制御する手段を備え、これにより2種の液体のなす界面形状を変化させることで光学的パワーを変化させる。
Md=(VMax-VMin)/(VMax+VMin) (1)
なお、図3に示すように、振幅変調信号の最大振幅の電圧値をV Max 、振幅変調信号の最小振幅の電圧値をV Min としている。
図2は、横軸が変調波の変調周波数(Hz)である。縦軸は、変調波の周波数が0Hz(変調しない)である場合に2値である電圧値VMax(V)とVMin(V)をそれぞれ印加したときの光学的パワーの差を1としたときの、各変調周波数における2値の電圧値(V Max (V)、V Min (V))に対応する光学的パワーの差を示す。即ち、前者の光学的パワーの差に対する、搬送波に変調波を重畳した駆動信号により与えられる2つの電圧値(V Max (V)、V Min (V))に対応する光学的パワーの変動差の比率を示す。本明細書では、この比率を振幅比と言及する。図2中、最も振幅比が大きくなる点203は液体レンズ101の共振周波数である。図2の様に共振周波数203より周波数が低い場合、振幅比は大きくは増減しない。これに対し、点201の様に変調周波数が共振周波数203を越えると振幅比は大きく減少し、カットオフ周波数で振幅比は0となる。
ΔVA=(VMax-VMin)*A*1/0.7=1.43*ΔV*A(V) (3)
VCenterは固定なので、15Hzの変調周波数でウォブリングする際の最大電圧、最小電圧をそれぞれV15HzMax、V15HzMinとしてVCenterは次式の様になる。
V15HzMax=14.42(V)
V15HzMin=10.82(V)
Md15Hz=0.143
C’=A*0.3/0.7=0.43*A
こうなると、撮像光学系により撮像素子上に形成された被写体像のコントラストの違いを十分に検出できなくなるため、結果として合焦まで時間がかかることになる。これを解決するため、ウォブリング周波数の変化により生じる振幅比の違いを、より大きい電圧差を与えることで補正し、ウォブリングに必要な振幅(焦点距離の変動範囲)を確保する。具体的には、30Hzにおける振幅比は0.3なので、このときに印加する電圧差ΔVC(V)は、次の様になる。
ΔVC=(VMax-VMin)*A*1/0.3=3.33*ΔV*A (5)
V30HzMax=16.12(V)
V30HzMin=8.06(V)
Md30Hz=0.333
VMax401=13.85(V)
VMin401=11.54(V)
Md401=0.091
図5、図6を用いて、本発明の実施例2を説明する。図5は本実施例における動画撮像機器のシステム図である。図6は実施例2における液体レンズの周波数応答特性図である。撮像機器501の撮像レンズ502には、液体レンズ503、フォーカスレンズ504及びフォーカス駆動システム505が組み込まれている。撮像開始信号516が入力されると、撮像レンズ502で撮影された画像は撮像素子506にて電気信号に変換され、画像処理回路507を通してメモリ508に保存される。
・Md12Hz=0.00952
V12HzMax=10.61(V)
V12HzMin=10.41(V)
・Md15Hz=0.00952
V15HzMax=10.61(V)
V15HzMin=10.41(V)
・Md30Hz=0.0159
V30HzMax=10.68(V)
V30HzMin=10.34(V)
・Md60Hz=0.0952
V60HzMax=11.46(V)
V60HzMin=9.47(V)
図8を用いて、本発明の実施例3を説明する。図8は、実施例3における液体レンズ803を搭載した撮像装置のブロック図である。図8の撮像システムは、実施例2の撮像システムに構成に準じる。ただし、実施例2ではフォーカス合わせに固体レンズを移動させる方法を用いたが、本実施例ではウォブリングを行う液体レンズ803がAFのためのフォーカスレンズの役割も併せ持つシステムとなっている。
VMax=10.49(V)
VMin=9.49(V)
(Md=0.05)
VMax2=11.54(V)
VMin2=10.44(V)
(Md=0.05)
この状態では中心電圧が変動し変調深さは変化しないため、液体レンズ803の平均的な光学的パワーが時間変動し、その平均値を中心としてウォブリング動作が行われることになる。この様に、同じフレームレート内で変調深さを維持しながら中心電圧を変化させることで、ウォブリング動作とAF動作を一つの素子で行うことが可能になる。
L=kδF (5)
LF=2.8=2*0.004*2.8=0.0224mm
ここで、この変動量を与えるために、VMaxF=2.8=10.5V、VMinF=2.8=9.5VのAM変調波を与えるとすると、変調深さMdF=2.8は次の値となる。
Md=(10.5-9.5)/(10.5+9.5)=0.05
LF=8=2*0.004*8=0.064mm
このときの変調深さMdF=8はMdF=8=0.05*(0.064/0.0224)=0.143であり、最大電圧と最小電圧はそれぞれVMaxF=8=11.33(V)、VMinF=8=8.50(V)となる。
Claims (11)
- 2つの液体の界面を変動させることにより光学的パワーを変化させる液体レンズの駆動方法であって、
搬送波に変調波を重畳した振幅変調信号である駆動信号により、前記液体を介在させて電圧を印加し、
搬送波のみの駆動信号により2つの電圧値の電圧をそれぞれ印加することで与えられる2つの光学的パワーの差と、搬送波に変調波を重畳した振幅変調信号の駆動信号により与えられる前記2つの電圧値に対応する光学的パワーの差の比率を振幅比とし、振幅変調信号の最大振幅の電圧値をV Max 、振幅変調信号の最小振幅の電圧値をV Min とし、変調波の変調深さMdをMd=(V Max -V Min )/(V Max +V Min )としたとき、前記変調波の変調周波数の変化に対する前記振幅比の変化の傾きとは逆の符号を持つように、前記変調波の変調周波数の変化に対して前記変調波の変調深さを変化させることを特徴とする駆動方法。 - 前記変調波の変調周波数は、複数の定められた周波数から選択されることを特徴とする請求項1に記載の駆動方法。
- 前記液体レンズは共振周波数を有し、前記変調波の変調周波数のうち少なくとも一つは、前記共振周波数より大きいことを特徴とする請求項2に記載の駆動方法。
- 前記変調波の変調周波数のうち、前記共振周波数より低い変調周波数が選ばれた場合では、前記変調波の変調深さを変化させず、前記共振周波数を超える変調周波数が選ばれた場合では、前記変調波の変調深さを変化させることを特徴とする請求項3に記載の駆動方法。
- 前記振幅比と前記変調波の変調深さの積が略一定となる様に、前記変調波の変調周波数の変化に対して前記変調波の変調深さを変化させることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の駆動方法。
- 前記変調波の変調周波数で前記液体レンズの光学的パワーを変化させるとともに、前記変調波の中心電圧を変化させることで前記液体レンズの光学的パワーの平均値を時間変動させることを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の駆動方法。
- 前記液体レンズの焦点距離を微小振動させるウォブリングを行って焦点距離を調整するために、前記駆動信号により前記液体を介在させて電圧を印加することを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の駆動方法。
- 撮像光学系と撮像素子を有し、前記撮像光学系は、2つの液体の界面を変動させることにより光学的パワーを変化させる液体レンズを含む撮像装置であって、
搬送波に変調波を重畳した振幅変調信号である駆動信号を前記液体レンズに供給する信号供給手段を備え、
搬送波のみの駆動信号により2つの電圧値の電圧をそれぞれ印加することで与えられる2つの光学的パワーの差と、搬送波に変調波を重畳した振幅変調信号の駆動信号により与えられる前記2つの電圧値に対応する光学的パワーの差の比率を振幅比とし、振幅変調信号の最大振幅の電圧値をV Max 、振幅変調信号の最小振幅の電圧値をV Min とし、変調波の変調深さMdをMd=(V Max -V Min )/(V Max +V Min )としたとき、前記信号供給手段は、前記変調波の変調周波数の変化に対する前記振幅比の変化の傾きとは逆の符号を持つように、前記変調波の変調周波数の変化に対して前記変調波の変調深さを変化させた駆動信号を供給することを特徴とする撮像装置。 - 前記撮像装置は複数のフレームレートを有し、
前記信号供給手段は、前記フレームレートが切り替えられた際に、前記フレームレートに比例して前記液体レンズの駆動信号の変調波の変調周波数を変化させることを特徴とする請求項8に記載の撮像装置。 - 前記信号供給手段は、前記液体レンズの光学的パワーを前記変調周波数に合わせて変動させるとともに、前記撮像素子上に形成された被写体像のコントラストが高くなるように前記液体レンズの光学的パワーの平均値を変動させる駆動信号を生成することを特徴とする請求項8または9記載の撮像装置。
- 前記信号供給手段は、前記撮像光学系のF値が大きくなるほど前記変調深さが大きくなるように駆動信号を生成することを特徴とする請求項8から10の何れか1項に記載の撮像装置。
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